重磅！自然科学基金委“十三五”发展规划正式发布

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3．生物大分子动态修饰与化学干预

人体是由200多种共几万亿个细胞组成的复杂系统，越来越多的证据表明基因组不能完全决定细胞的状态和命运；此外，基因组本身、蛋白质组、甚至RNA和多糖也处于不断变化和化学修饰的动态过程中，组成生命体的生物大分子（蛋白质、核酸和多糖等）的动态化学修饰对生物个体发育、细胞命运调控和疾病的形成均起着决定性作用。研究生物体内生物大分子化学修饰的动态过程和机制，并对其进行化学干预和调控，对探索新的生命过程和发现新的疾病诊疗手段，均具有重要的科学意义和应用价值。

核心科学问题：动态化学修饰（如蛋白质翻译后修饰和核酸表观遗传修饰等）调控生物大分子结构、功能及相互作用的分子机制；生物大分子动态化学修饰的生物学意义；生物大分子动态化学修饰的探针技术与检测手段；靶向生物大分子动态化学修饰的小分子干预策略；外源（化学合成）生物大分子的修饰和生物功能化。

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4．手性物质精准创造

手性是自然界的基本属性，存在于从基本粒子到宇宙的各个物质层次。手性起源的探索、手性物质的精准创造和功能的发现已经成为化学、物理、生物、材料和信息等领域的前沿科学问题；手性物质与光的特殊相互作用研究也将为手性物质的功能化提供新视野；揭示手性诱导和传递、控制和放大的本质规律，对于发展手性科学与技术的新理论、实现手性物质的精准创造并赋予其新功能具有重大科学意义，将推动解决国家在医药、材料等领域对手性物质方面的重大需求。

核心科学问题：手性物质精准创造的高效性和高选择性；宏观手性材料制备的有序化和可控性；手性功能材料性能调控的分子基础；手性分子的生物学效应。

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5．细胞功能实现的系统整合研究

细胞是由复杂的生物大分子（复合体）和亚细胞结构（细胞器）组成的生命基本单元。以往的研究主要针对单一组分或单一细胞器，而随着组学大规模数据的积累、信息理论的应用，以及化学和工程科学等多学科交叉和融合，系统、整合、跨尺度研究细胞内不同组分和结构的功能与互作机制成为可能。细胞功能的系统整合研究是在对细胞内所有组分进行鉴定和认识的基础上，描绘出细胞的系统结构，包括生物大分子相互作用网络和细胞内亚结构间的互作系统，构造出初步的细胞系统模型，通过不断地设定和实施新干预实验，对模型进行修订和精练，最终获得一个理想的模型，使其理论预测能够反映出细胞的系统功能和真实性。细胞功能实现的系统整合研究对于推动生命基本单元－细胞的功能机制的深入认识，更好地诠释组织、器官和个体生长和发育机制，有效地开展防病治病和农作物生产等，对于未来的人造细胞、合成生命以及新型生物产业发展如细胞工厂、细胞治疗等均具有重要的意义。

核心科学问题：多个细胞器之间的相互作用和网络调控；胞浆中的生物大分子（复合体）与亚细胞结构的相互作用和调控；细胞器形态生成和维持中的力学机制；细胞功能预测和诠释的细胞模型和模拟；细胞器和亚细胞结构的人工设计原理与构建。

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6．化学元素生物地球化学循环的微生物驱动机制

在地球各种生命形式中，微生物类型最为多样，分布最为广泛，生存与代谢方式最为丰富，在生物地球化学循环中发挥关键的驱动作用。微生物通过光合、呼吸和固氮等代谢活动，改变地球元素价态，促进矿物岩石风化、土壤及矿藏形成，介导海洋元素成分和海底沉积物的转化,影响海洋和大气组成，推动地球与生命的共演化。由于技术方法的局限，占总数99%以上的微生物至今尚不能培养，对微生物尤其是未培养微生物在地球化学元素循环中的基础性作用仍知之甚少。研究地球典型环境中如大洋、热液口等微生物群落及结构、生态学特征、功能类群丰度及时空变化规律，阐述微生物受温度、洋流等因素影响条件下各种过程如碳捕获与释放/反硝化等的调控机制，揭示微生物遗传和代谢多样性、关键元素的生物地球化学循环过程、耦合机理与驱动方式，有助于阐明微生物在地球重要元素（碳、氮、硫、磷等）的生物地球化学循环中的驱动机制。

核心科学问题：典型环境微生物群落结构与元素循环的关系；微生物物质代谢途径对元素循环的作用；微生物能量转化机制及其与元素循环的偶联；驱动元素循环关键微生物（群）的环境适应与响应机制。

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7．地学大数据与地球系统知识发现

随着现代科学技术的飞速发展，极大地提高了人类对地球的观测和探测能力，观测数据量成幂律增长。探索地球所涉及的海量静态数据和动态数据，是一种时空大数据，具有典型的多源、多维、多类、多量、多尺度、多时态和多主题特征，其中还包含着大量的非关系型、非结构化和半结构化数据。对地球科学领域的不同来源、不同获取方式、不同结构及不同格式的离散数据，开展结构化重建、关联分析、地学建模，将加速地学知识的融汇，深化对地球系统的认识和理解，可望引发地球科学研究方式的变革。

核心科学问题：三维空间分析与时空数据挖掘方法体系；地学大数据规则化重构；地学大数据关联分析与统计预测；快速、动态、精细全信息三维地学建模方法；三维地学空间数据结构模型；多维时空大数据组织、管理与动态索引；地学大数据计算理论、技术方法与知识发现；资源环境空间格局及其变化探测。

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8．重大灾害形成机理及其减灾对策

我国是一个自然灾害频繁的发展中国家，灾种多、分布广、频次高、灾情综合复杂。对我国经济建设和社会发展有重大影响的自然灾害主要包括气象灾害、地震灾害、地质灾害、海洋灾害、生态灾害等。深入研究灾害事件的致灾机理、灾害发展规律及其与人类活动的相互作用，有效预防和控制自然灾害，最大限度减轻灾害损失，对保证我国经济和社会的可持续发展有着重要的意义。重大灾害形成机理及其减灾对策所涉及的重大科学问题，亟需加强多学科的交叉合作，开展系统综合的创新性研究，形成多学科交叉合作的研究团队。

核心科学问题：强震的孕育环境、发生机理及预测探索；大陆活动火山成因机理与灾害和环境效应；重大滑坡、泥石流等灾害事件的成灾机理；极端气象灾害形成机理；水旱与海洋灾害风险形成机理；重大工程活动及致灾机理；不同类型自然灾害的诱发、成灾和灾害链；人类活动与自然灾害的相互作用；重大灾害的监控预警与风险评估。

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9．新型功能材料与器件

新型功能材料是利用物理和化学的新现象、新效应、新规律获得具有光、电、磁、热、化学和生化等特定功能的材料，主要涉及信息材料、能源材料、生物医用材料、催化材料和环境材料等。新型功能材料与器件是材料、物理、化学、生命、医学、能源和环境等多学科交叉的前沿研究领域，是材料科学领域最活跃的研究地带，具有丰富的学科内涵有待挖掘，相关研究进展将对发展材料新技术，促进国家产业升级具有基础性的重要意义。

核心科学问题：功能材料的新现象和新机制；功能材料及器件多层次结构的表界面调控；新型功能材料的宏量制备与缺陷控制；影响能量转换/存储材料效率的物理机制、器件模型和失效原理；信息探测、传输、计算与存储功能材料及器件的可控制备原理、稳定性及新物性、新效应的物理起因；柔性电子技术关键材料的设计制造与可靠性；催化材料功能调控机理、制备及新型催化材料设计理论和方法；高性能生物医用诊断、替换和修复、治疗、药物载体新材料的功能性、相容性和服役寿命；面向不同功能特性的材料计算基础。

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10．城市水系统生态安全保障关键基础科学问题

随着城市化的快速发展和环境污染的加剧，城市水环境日趋恶化，城市缺水和雨涝等难题也日益严重，城市水系统的生态安全保障正面临严峻挑战。目前以常规污染物控制为核心的城市水环境保护理论、方法和技术体系，已无法满足城市可持续生态安全和人体健康的实际需求，迫切需要工程、化学、生物、地学和管理科学的多学科交叉。以城市水生态系统完整性保护和恢复为核心，深入研究污染控制、污水深度净化与再生利用、生态储存及水环境修复、生态毒理与健康、城市水系统规划管理等基础理论问题；突破水质变化与生态系统响应及交互作用的过程机制，解决城市水系统生态风险控制难题；构建城市水储存、输送和利用的良性循环新模式，创建城市水系统生态安全保障和风险控制的理论和技术体系。

核心科学问题：水生态系统与水质水量变化的交互影响与调控机制；污染物共暴露过程对城市水体生物群落及敏感物种的危害机理；基于生态完整性的城市水环境健康安全与生态修复理论和方法；城市水系统多元循环的物质流、能量流变化规律与动力学模式；城市再生水生态储存与多尺度循环的风险控制原理与途径；城市水系统可持续健康的综合保障策略。

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11．电磁波与复杂目标/环境的相互作用机理与应用

随着计算电磁学理论与方法研究的迅猛发展，通过数值模拟精确地量化研究电磁波与目标/环境相互作用的物理原理与相关规律已成为可能。相应的数值模拟和理论预估可为复杂环境中的目标探测与识别，地下资源的勘探开发，地、海、空、天环境中的信息获取，电磁隐身设计和电磁对抗研究等技术研发提供坚实的理论基础，激励崭新的研究思路并通过精确高效的数值模拟与理论预估工具的研发与应用，促使相关技术研发在质量与水平上产生新的飞跃。

核心科学问题：超电大、多尺度复杂结构目标电磁散射特性建模；地空和海空半空间背景中复杂结构目标的复合电磁散射特性建模；具有普适性的精确、高效的理论建模和数值计算方法研究；随机时变环境（如粗糙地、海面）的电磁散射及与确定性目标电磁散射模型的融合方法；分层介质低频近场探测中的空间选择性和自适应聚焦方法；大规模可信电磁计算中的数理模型验证、校核与评价；非均匀介质中电磁探测的反演解释模型、全局约束条件和解的收敛性、解的置信度分析。

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12．超快光学与超强激光技术

超强超短激光能创造出前所未有的强场超快综合性极端物理条件。基于超强超短激光及其产生的超快X射线、g射线、电子束、离子束和中子束，可以开展阿秒科学、原子分子物理、超快化学、高能量密度物理，极端条件材料科学，实验室天体物理，相对论光学，强场量子电动力学等前沿科学研究，也可推进激光聚变能源、台式化高能粒子加速、放射医学、精密测量术等战略高技术领域的创新发展。

核心科学问题：面向激光聚变、激光加速、阿秒（10-18s）科学等重大需求，突破提升超强超短激光的峰值功率、可聚焦能力、重复频率和电光转换效率的瓶颈问题，力争达到1016W的激光峰值功率和1023W/cm2激光聚焦强度；发展中红外等新波段超强超短激光和超高通量激光放大技术；开拓阿秒非线性光学等超快非线性光学新前沿，包括高光子能量和极短脉宽阿秒脉冲的产生与诊断，超快光谱与超快成像等。发展可支撑超高峰值功率与超宽带宽以及新波段超强超短激光、具有超高破坏阈值的新型激光与光功能材料与元器件。