第十四章面向国家重大战略需求的基础研究

第十四章面向国家重大战略需求的基础研究
内容提要：神经、免授、内分泌系统在健康与重大疾病发生发展中的具有重要作用。

掌握病原体传播、变异规律和致病机制,以及药物在分子、细胞与整体调节水平上的作用机理是实现人类健康的重要基础性工作积极发展中医药学理论体系。

认识植物杭逆性及水分养分和光能高效利用机理,开展农业生物安全与主要病虫害控制原理研究,是解决农业问题大基础科学问题。

认识重点流域大规模人类活动的生态影响、适应性和区域生态安全,从而更好为人类健康服务。

海洋资源可持续利用与海洋生态环境保护关系我国经济全局。

全球气候变化对中国具有巨大影响。

研究青藏高原和极地对全球变化的响应及其气候和环境效应，温室效应的机理,气溶胶形成、演变机制及对气候变化的影响及控制是营造人类有利生活环境的必需邵分。

研究可再生能源规模化利用原理和新途径，大规模核能基本技术和氢能技术的科学基拙是解决能源问题的关健之一。

纳米研究是国际前沿性学科。

我国其他关键科学技术还涉及生殖与发育、干细胞等诸多领域。

核心概念:神经一内分泌一免疫系统；中医药理论体系；全球气候变化；气溶胶；可再生能源;氢能；纳米技术。

第一节人类健康与疾病的生物学基础
一、重大疾病发生发展过程及其干预的分子和细胞基础
蛋白质组学是继基因组学之后,国际科学界关注和竞争的又一个焦点。

随着人类基因组全序列测定的完成,人类基因组中绝大部分基因及其功能都需要在蛋白质水平上揭示与阐述。

蛋白质组学将全面研究细胞、组织乃至整个生命体内蛋白质组成及其活动规律，全景揭示生命活动的本质和规律、阐明重大疾病发生发展机制,同时,蛋白质组研究也是开发新型药物，促进生物医药产业腾飞的重要途径，随着研究的深人,人们可以直接获得一批应用性抗体、发现一批诊断和药物靶标,并依此研究发现大量新药，从而
推动整个生物医药产业的迅速发展。

另外，蛋白质组研究还将刺激和带动其他生物、分析、信息、材料等相关技术、设备与产品的产业化发展，通过新技术和新产品的应用，广泛影响工业、农业、畜牧业、环境保护等领域的发展,从而推动整个国民经济与整个社会的发展与进步。

为此,国际科学界将人类蛋白质组作为2１世纪最大的战略资源之一，在联合完成了“人类基因组计划”后,又推出了规模更大的“人类蛋白质组计划”。

二、神经、免疫、内分泌系统在健康与重大疾病发生发展中的作用
免疫、神经和内分泌系统是动物和人体内三大调节系统。

这三大系统之间不仅存在大的回路，而且彼此之问还进行着直接的双向交流，维持着机体正常的生命活动。

这种功能上的相互联系是通过三大系统共同存在的细胞因子、神经递质和内分泌激素及受体实现的免疫系统的细胞(淋巴细胞、巨噬细胞等)在病毒、内毒素等的作用下可以产生不同的所谓“免疫递质”( immuｎｅ tｒaｎsmiｔter）来作为应答,这些“免疫递质”包括淋巴因子、胸腺素、内源性阿片样物质ＡＣTH、TSH、IL-－1等等。

例如研究发现感染病毒的淋巴细胞可产生一种与ACTH具有共同抗原特性和生物活性的蛋白质，此物质局限在垂体及大脑内，称为阿黑皮素原（pｒｏopiomelaｎｃortiｎ, PＯＭＣ)，并证实POMC即为ACＴＨ的前体;在激活的淋巴细胞内含有与催乳素和生长激素相同的MRＮA，推测淋巴细胞也可能是这两种激素的来源;另外.还证实淋巴细胞可对LＨRH的刺激产生免疫应答而分泌LH,它与垂体所分泌的LＨ具有同样结构的β亚单位，经Ｔ细胞激活的淋巴细胞可反应性地产生FSH。

这些不同的“免疫递质”首先能对兔疫系统本身施加不同的影响,从而使免疫系统受到不同的调节效应。

此外，不同的“兔疫递质”也能对神经和内分泌系统起不同的作用,使机体的许多功能(其中包括免疫功能）受到相应的调节。

神经内分泌系统与免疫系统有各自的活性物质,但共有促肾上腺皮
质激素和内啡肮等物质,又同时都有这些多肤的受体，因此,人们认为促肾上腺皮质激素和内啡肤是神经内分泌系统与免疫系统相互联系的信使和渠道。

在细菌、病毒及其他抗原性物质进人机体后,特异性淋巴细胞识别抗原,引起相应的免疫应答。

与此同时，免疫系统释放多肤因子,向神经系统发出信息,神经内分泌系统产生相应的生理或病理反应。

同时，神经内分泌系统又反过来通过共同的多肤因子，将信息反馈给免疫系统，再引起正常的或异常的免疫应答。

三、病原体传播、变异规律和致病机制
世界正面临着传染病的严重挑战，一些过去基本控制的传染病卷土重来，而随着自然、社会因素的变化,新的传染病在不断出现。

最近十余年来,全球几乎每年都有新发传染病流行近30多年来，世界上出现了40余种过去从未认识的传染病。

如艾滋病、疯牛病、埃博拉出血热、ＳAＲS以及人感染高致病性禽流感。

最近十余年来，全球范围内几乎每年都有新发传染病的流行。

新发传染病的流行严重危及人类健康与生命安全,影响经济和社会的发展。

我国口前已有至少十余种新发传染病出现并造成流行，同时还存在其他新发传染病传八的可能。

我国目前部分传染病发病率仍居高不下,如病毒性肝炎、流行性出血热、细菌性痢疾等;部分曾被控制疾病出现流行扩散趋势,如肺结核、性病、血吸虫病；一些新发传染病也已在我国出现并造成流行，例如艾滋病、SAＲS、禽流感。

我国还存在其他新发传染病传人的可能，包括埃博拉、西尼罗、尼帕等，因此对于新发传染病的防控必须加强。

新发传染病特点是涉及的病原体种类繁杂、传播途径各异，感染方式复杂多变、容易造成跨国界、跨洲界甚至全球性传播。

人类普遍缺乏对新发传染病的免疫力,且新发传染病的早期发现及诊断较为困难,并缺乏特异的预防和治疗方法。

同时，新发传染病发生、出现具有很大的不确定性，加强部门联防联控,完善应急预案和监测预警体系,加强科学研究,并广泛
开展国际合作，共同应对新发传染病疫情。

四、药物在分子、细胞和整体调节水平上的作用机理
光导化合物的发现与优化、甚于药效团的分子设计、基于结构的分子设计、构效关系研究、乡巳合化学、药物代谢、药物作用机理研究、药物作用新靶标的发现等多个专题是当前药物研发的前沿和重点药物作用机理是阐述药物在体内如何起作用的理沦对于药物特异作用及其机理进行研究，现已发展到细胞、亚细胞和分子水平特别是一些药物受体的纯化及克隆,为深入了解药物作用的本质及体内一些重要的生理生化过程提供了重要的理论依据。

（一）非特异性药物作用机理有些药物的作用主要与药物的理化性质如解离度、溶解度、表面张力等有关,其化学结构缺乏特异性。

例如口服硫酸镁,M g2+和SＯ42-不易被肠壁吸收,在肠内造成高渗,阻止水分自肠道吸收而起导泻作用。

静注甘露醇高渗注射液，对周围组织有脱水作用，可清除脑水肿或肺水肿。

口服抗酸药如三硅酸镁可中和胃酸,治疗消化性溃疡。

口服活性炭，具有吸附胃肠内有害物质的作用,用于食物中毒。

（二）特异性药物作用机理大多数药物属于特异性药物( Speｃiｆｉｃｄrug) ,它们的生物活性与化学结构密切相关，能与机体生物大分子的特定功能基因结合，产生一系列生理生化效应。

这些药物大部分作用十受体。

有些通过影响递质或激素的释放和分泌起作用。

如利血平耗竭去甲肾上腺能神经递质去甲肾上腺素（ＮE)贮存而发挥降压作用；大剂量黄体酮抑制腺垂体黄体生成素(LＨ）抑制排卵。

有些药物影响自体活性物质而起作用,如阿司匹林（乙酰水杨酸）能抑制体内前列腺素的合成从而产生解热镇痛及抗血小板聚集等作用。

还有些药物影响离子通道，如抗心律失常药，改变心肌电生理而起作用。

由于大多数药物通过与特异性受体结合而起作用，所谓受体是细胞膜、
胞浆和胞核内的一些能与生物活性分子如神经递质、激素、药物相互作用的分子。

其中蛋白质是最重要的一类药物受体。

五、环境对生理过程的干扰
开展环境与人类健康的基础研究是环境科一学与医学共同面对的课题，在环境问题中，化学物质污染占７0%左右，其中以环境内分泌干扰物( E ｎvｉｒonmental Enｄocｒine Disruptoｒs,ＥＥDｓ)对环境质量和人类健康影响最广,危害最大。

EEDｓ指存在于环境中并能干扰体内天然激素的合成、分泌、运输、结合、作用、代谢或消除的外源性化学物质,表现出拟天然激素或抗天然激素的作用，通过干扰机体的内分泌功能,引起中毒或在较低的接触水平即对心、肺、肝、肾、性腺等器官产生危害,通过改变人的内分泌系统而致病。

六、中医药学理论体系
中药是中国医药行业参与国际竞争的优势所在。

中医药学的发展,离不开历代中医药学家在临床医疗实践中以中医药学理论为指导,通过在临床实践中研究、发现问题，创新思路、建立新学说,对其基础理论进行的创新、补充和发展。

中医药学既有它发展时理论学术思想中基本理论的“不变性”（即“原则性”，也有人称“封闭性”),又有其接受外来医药知识的“吸纳性”和“改造融合性”，这也是中医药学与时俱进、不断发展的根源所在。

她既吸纳人类发展各个不同时期社会科学（包括哲学、政治、军事）的各种学术观点,也吸收各种自然科学学科的知识纳人中医药学理论中，同时，也引进当时其他医学的治疗思想和方法,将其补充、归化为中医药学的内容。

中医药的现代研究应该结合具体的中医药学研究对象和研究目的。

在中医药现代化研究中，有不少研究课题从一开始就脱离了中医药临床实际，脱离了中医药理论,忽视了统计学的指导作用。

因此，其研究结果很难说明问题、很难被中医药界所认可和接受，而队对中医药学的临床实践也
起不到任何作用。

中医药学是医学科学,在临床医疗中治愈很多疾病,其临床疗效为社会所公认。

进行中医药研究不应是研究中医药是否能治疗疾病，疗效是否可靠、可以重复,而应是研究中医药是如何治疗疾病的、如何治愈疾病的,尤其是如何治疗过去没有发现和记载过的疾病以及西医药无法诊断（实验检查无阳性指标与病理发现）和无法治疗的疾病（如肿瘤晚期）,甚至是应用西药后出现不良反应而西医无法救治的疾病（相似于中医古籍中记载的“坏病”）等。

这是中医药研另的指导思想问题。

医药学界也随着基因学利一的飞速进展,从生理、病理到临床各科,从临肺诊疗技术到治病用药，从治疗概念到用药选药方法的认识,都发生了翻天覆地的巨大变化继基因组学、蛋白质组学之后，提出了系统生物学的新概念。

以往的研究注重于某个基因双细胞及机体的影响，如通过敲除或敲人某个基因来实现研究构想,但基因的功能表现是许许多多基因共同参与的网络信息调控的结果,我们只观察到了这个基因对机体的影响所带来就结果，而不清楚这个基因给整个基因网络所带来的改变具体发生在哪里。

至今对人类基因组中的100００ -20０00个基因的功能还不甚了解或对其功能的确认表示怀疑，因此必须对这些基因的功能进行重新注释。

这说明现代生命科学界的科学家们也已开始自觉或不自觉地引进和应用中医药学的整体观念了。

第二节农业生物遗传改良和农业可持续
发展中的科学问题
一、生物多样性与新品种培育的遗传学基础
生物多样性是人类赖以生存的物质基础。

它提供人类所有的食物和许多诸如木材、纤
维、油料、橡胶等重要的工业产品。

中医药绝大部分来自生物,它是维持人们健康的重要组
成部分。

人类生存与发展,归根结底，依赖于自然界各种各样的生物。

生物多样性是人类赖
以生存的各种生命资源的汇集和未来农林业、医药业发展的基础,为人类提供了食物、能
源、材料等基本需求。

生物多样性的生态功能价值也是巨大的,它在自然界中维系能量的流
动、净化环境、改良土壤、涵养水源及调节小气候等多方面发挥着重要的作用。

丰富多彩的
生物与它们的物理环境共同构成了人类所赖以生存的生物支撑系统,为全人类带来了难以估
价的利益。

生物多样性的存在,使得人类有可能多方面,多层次地持续利用,为人类的生存
环境提供保障。

丧失生物多样性必然引起人类生存与发展的根本危机。

保护生物多样性已成
为2１世纪全人类共同关注的重点。

中国是地球上生物多样性最丰富的12个国家之一。

中国
野生物种和生态系统类型多，仅高等植物就有3万多种,脊椎动物6３4７种，分别约占世界
总数的10％和1４%。

另外栽培植物和家养动物品种及其野生近缘种的繁多,超过世界上任
何其他国家，如水稻有5万个品种、大豆有２万个品种、药用植物有１万多种等等。

此外,
中国特有属、特有种多，科研价值高。

中国生物多样性丰富程度在北半球首屈一指。

但是,
中国历史上战乱频繁,人口众多,近年经济发展迅速，对生物多样性破坏十分严重。

中国保
护生物多样性的任务极其繁重二千姿百态的生物给人以美的享受,是艺术创造和科学发明的
源泉。

人类文化的多样性很大程度上起源于生物及其环境的多样性。

利用多样性的生物资源,进行深度开发将成为生物技术创新的源泉,并培育新兴生物产
业培育一批能源植物新品种、经济林木新品种，培育具有特殊用途的植物如纤维植物、油
脂植物、芳香植物、食用植物等新品种,为工业、精细化工提供重要的原料和制剂等。

培育
一批环保植物新品种，包括环境监测植物、抗污染植物、防风固沙植物、改土增肥植物、改
良环境植物、绿化美化植物等,为改善生态环境提供技术支撑。

二、植物抗逆性及水分养分和光能高效利用机理
据统计,我国的干旱、半干旱地区约占国土面积的一半以上,年受旱面积达3－4亿亩。

特别是担负我国粮食生产任务65%以上的华北、东北和西北,恰恰是我国最缺水的地区，
即使在非干旱的农业区,也常常因季节性干旱而对农业生产产生严重影响。

我国现在有1亿
亩盐碱土拼地，还有3亿亩盐碱荒地尚待开发，另外北方灌溉地区的次生盐渍化土地生产潜
力还有待进一步挖掘.同时我国淡水资源严重短缺,仅为世界人均占有量的1/４，但我国灌
溉水的利用率和农田水分生产效率却很低,不足发达国家的一半。

还有,我国既是磷、钾矿
产资源贫乏的国家，又是粮食产量受磷、钾限制最严重的国家之一。

同时我国作物的磷、钾
肥利用率很低,其中磷肥的当季利用率只有10%-15%。

面对我国人口不断增长、耕地和
水肥资源日益减少、环境状况急剧恶化、粮食供需矛盾日益尖锐的严峻现实,如何通过提高
作物的抗旱、抗盐、耐养分亏缺的能力和水分、养分资源利用效率来增加粮食产量、节约资
源和改善环境,已成为我国农业持续高效发展的重大需求。

国家中长期科学和技术发展规划
纲要（２00６－2020年)中明确指出,“把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置,
下决心解决制约经济社会发展的重大瓶颈问题”。

水资源已列到重点领域及其优先主题。

合理利用植物的特异性基因资源,采用保护生物学理论、分子遗传学理论、现代育种学
理论和基因工程技术,在分子、蛋白质和细胞体层次上研究各类植物的抗生物与非生物逆境
肋、迫特异性基因适应相关表达的调控，阐明植物抗逆性调控机制。

三、农业生物安全与主要病虫害控制原理
近10年来，中国的现代生物技术有了较快发展,转基因抗虫、抗病毒和品质改良农作
物和林木已有100多种,转基因棉花、大豆、马铃薯、烟草、玉米、花生、菠菜、甜椒、小
麦等进行了田间试验，其中抗虫棉、抗病毒番茄等６种品种已商品化生
产。

中国转基因动
物、微生物的研究也取得重人进展。

随着中国经济的发展和对外开放的逐步深化,今后可能
会有越来越多的转基因生物在中国境内进行环境释放。

根据《中国国家生物安全框架》的有关内容,中国的生物安全政策主要由以下几个部
分组成:①生物安全管理的总体目标:通过制定政策、法规制度和相关的技术标准，把现代
生物技术及其产品可能对生物多样性、生态环境和人体健康产生的危险降低到最低限度，以
最大限度地保护生物多样性、人类健康和生态环境，同时促使现代生物技术的研究开发和产
业化能够健康有序地进行；②生物安全管理的总体原则：研究开发与预先防范并重,预防为
主，统一监管与部门分工管理,科学管理,公众参与，加强生物安全国际事务合作；③转基
因活生物体及其产品的国内市场开发政策:按照生物安全等级，对各类现代生物技术产品的
商品化生产、销售和使用分别实行鼓励、限制或禁止措施，鼓励低风险现代生物技术产品的
生产、销售和消费,禁止生产高风险的转基因生物与产品，努力使转基因生物及其产品在生
产、转运、销售和使用过程中可能对生物多样性、人类健康及生态环境的影响降低到最低水
平。

生物技术为控制农作物病虫害正在发挥重大作用,不但增加了农业产量，降低了成本，
还减少了对农药的依赖一项调查显示,目前已有大豆、玉米、棉花、南瓜等六种经生物技
术改良的农产品进人市场每年仅美国可使食品和纤维产量增加１８0万吨，农户增收巧亿
美元，减少使用农药2万吨。

另一项对27种农作物的综合估算则显示，如果这些农作物都
用生物技术开发抗病虫害新品种，可以使美国每年增收636万吨食品和纤维，使农户增加收
入25亿美元，并减少使用农药7．４万吨。

研究报告说，在某些情况下生物技术是避兔大规
模病虫害的唯一途径。

比如使墨西哥果园遭受毁灭性打击的柑橘衰退病毒就是一个例子，这
种病毒可能很快就会侵袭美国得克萨斯州,破坏那里年产值4800万美元的柑橘种植业，只
有开发抗病毒柑橘品种才能防治这种病毒。

又如灌木化矮态病毒对树幕危害甚烈，这种木本
植物有１５年生长周期,但遭受病毒侵害之后五年就得砍伐,使种植者每年损失4500多吨树
毒如果培育抗矮态病毒品种,则可避免这种损失，每年还可减少使用近17０吨熏蒸剂。

第三节人类活动对地球系统的影响机制
一、资源勘探与开发过程的灾害风险预测
重点开发内容和预期目标
(一)油气藏勘探关键技术①油气勘探综合评价新技术。

重点开发前陆盆地、隐蔽岩
性油气藏、海相碳酸盐岩油气藏的勘探综合评价技术。

②高精度、高分辨率地球物理勘探技
术。

重点是针对复杂地表和地质条件下进一步提高三维地震的精度和分辨率。

开发浅海、海
上过渡带地震勘探技术。

③海上油气勘探关键装备。

重点研制海洋地震勘探装备,海洋钻、
修井装备。

通过关键技术开发,使探井成功率在现有水平上提高５ %。

在山地、黄土源及深
层地震勘探领域有突破性进展，达到准确构造成像的水平；振幅保真成像技术达到实际应用
水平;提高油气预测水平，三维地震分辨率再提高2０%一50％;隐蔽复杂油藏识别、前陆
盆地勘探、碳酸盐岩储层勘探、天然气勘探和深层勘探等技术有重大突破。

(二）油气田高效开发新技术提高采收率新技术。

重点开发高含水油田改善水驱、剩
余油精细挖潜、三次采油提高采收率技术；低渗透油气藏、稠油、超稠油的开采新技术以及
特殊工艺钻井技术。

通过上述关键技术的实施，使采收率平均提高０.5%到１%。

满足油气
勘探开发的目标需求、提高开发整体效益;提高钻井工程效率、降低钻井工程成本
（三）煤炭资源高精度勘探及地质保障技术①西部煤炭资源高精
度勘探技术。

重点开
发山区、黄土源区、沙漠、戈壁地区三维地震勘探的整套数据采集、处理与解释技术。

②东
部深部煤炭地质勘探及地质保障技术。

重点是地面三维地震勘探新技术研究,井下长距离超
前探测技术为主的地球物理综合地质保障技术开发等。

提出西部复杂地震地质条件(山区、
黄土源地区、沙漠、戈壁地区）开展地震勘探的整套工作方法，显著提高分辨率。

提供一
套针对东部地区深部煤炭1000米深度以上范围内3一５米小构造精细勘查物探技术；实现对
掘进工作面前方15０米内地质条件的综合预报
(四）深厚冲积层建井及资源高效开发新技术①深厚冲积层建井技术。

重点开发6００
米以上深厚冲积层钻井法、冻结法特殊凿井技术②薄煤层全自动刨煤机成套装备。

重点开
发自动控制系统软硬件、支架电液系统及工作面自动化作业程序、电液系统的配套、综采创
煤机各设备间的配套合理性研究③边角煤开采技术与装备。

重点开发适合我国煤层和矿井
条件的高效短壁开采工艺；开发连续采煤机、连续运输系统及其配套生产装备掌握冲积层
厚度为400 -600米情况卜的建井关键技术及冻结法特殊凿井技术。

提高难采煤层资源回采
率.并使设备国产化程度达到95％。

形成２. 5一4米煤层或综采边角。