基础研究与国家目标——国家重点基础研究发展计划[转自科学社]

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引 言

科学是人类文明进步的动力，是技术创新与经济发展的源泉，是培养和造就优秀人才的摇篮。科学前沿的研究和社会的重大需求是推动经济和社会文明的强大动力。

就生命科学领域而言，当前的科学前沿是：生物信息学、功能基因组学、系统生物学、蛋白质组学、表观遗传学、干细胞和发育生物学、转基因和克隆生物、脑和认知科学。社会需求有农、林、牧、渔各业的需求，包括优质、高产、抗逆品种的开发；人口与健康需求，包括疾病防治、延缓衰老、节育优生、开发智力；环境需求，包括防治污染、保护生态等。

信息科学领域的科学前沿是：海量信息智能检索，宽带网络接入和管理，千万亿次运算系统，传感、计算、控制网格，语音翻译和图像识别，虚拟现实和虚拟世界，智能机器人，数字地球，量子通信和量子计算。这个领域的社会需求有以下几方面：从信息中形成知识，由知识产生智慧、创造力和决策；用机器部分代替人的脑力劳动；智能个性化的生产线和供应链网络；无线移动智能接入；扩大人的活动时空和交往范围；实时预报、交通管理和灾害防治；保密通信及信息安全。

纳米科学领域的科学前沿有：微光机电、单原子操作和纳米级加工，纳米材料和智能材料，纳电子学和纳光电子学，纳生物学和仿生学。社会需求包括：制造超大规模微电子芯片和超大容量微型存储器，微型传感器；家用产品微型化；人工生命——自组装、自学习、自适应亚微米级智能机器人；微型卫星；微型智能电脑工作站；智能化的自适应服装。

复杂性科学和环境科学前沿是：认识复杂性，了解、控制和利用混沌现象，危机发生的机制和预防，环境变迁和污染控制，生态系统的演化，可持续发展的理论和措施。社会需求包括：多元化复杂系统的控制和管理；复杂产品的生产流程及其质量成本的控制；保持高速发展中系统整体的相对稳定；网络社会的生产关系和管理；再造良好环境，实现人与自然协调发展；保护和发展生物多样性，创造生态系统进化的条件；创造实现可持续发展的条件。

世界各国都在增加知识密集型经济的强度和投资，对一个国家知识密集型经济强度的量度是：研究和发展经费＋软件产业产值＋高等教育经费。各国都针对科学研究加强了组织领导，组织实施大科学工程，如人类基因组、国家纳米计划等；经常进行科技预测，制定和调整科技发展战略；强调基础研究与国家目标的联系，增加对战略性基础研究的投资。

确立我国基础研究的国家目标

1997年6月4日，原国家科技领导小组第三次会议决定制定《国家重点基础研究发展规划》，实施973计划。对精心挑选的重点基础研究项目，组织精干科研队伍，保证需要的经费强度，给以为期五年的稳定支持，五年之后，经过评审，可以继续给予支持。973计划重点选择对我国经济建设和社会发展有重大意义的六个领域：农业、能源、信息、资源环境、人口与健康和材料，以后又增加了综合交叉与重要科学前沿领域。

973计划根据基础研究自身发展的规律和特点，将科技前沿上的基础研究同国家经济和社会发展的重大需求结合起来，重点加以支持。与一般学科规划不同，973计划着眼于国家经济、社会长远发展中的重大需求和瓶颈问题，以及科技自身发展的前沿关键问题，为解决问题和发展相关技术提供理论依据和科学支撑。 973计划属于基础研究范畴,遵循基础研究的特点和规律，它是整个基础研究工作的一部分，同其他方面基础研究工作是互相联系，互相促进的。

973计划坚持重大和基础的结合，把是否属于重大的和基础的作为两个关键指标和立项依据：是否属于国民经济和社会发展中的重大问题？能否形成未来重大新技术的科学基础？项目是否属于基础研究？能否体现学科前沿发展趋势或在国际科学前沿占有一席之地？

973计划的管理机制，一是设立高层次的专家顾问组，对973计划的发展战略、项目指南的制定、项目的评审和研究成果的评估进行咨询和评议。对整个评审过程实行公开、公正和公平的原则，通过择优、择重、择需和有所为、有所不为的原则决定入选的课题。二是实行项目“课题制”管理，即实行分项目的全额预算、过程控制和全成本核算，将聘用人员的津贴、研究费用和仪器设备通过合同落到实处。

六个领域的国家需求分析

由于经济的高速发展，我国面临着一系列的问题，如资源相对短缺，生态环境恶化，人民生活和健康水平亟需大幅度提高，传统产业和高技术的发展迫切需要基础研究提供有力的科学支撑等。

从农业领域来看，耕地面积不断减少，粮食需求越来越大；水、土、林、草资源日益相对短缺，洪涝、旱灾害，以及草场和耕地退化加剧，荒漠化危害愈演愈烈；农业污染严重，生态严重破坏；植物病虫害和动物疫病严重；农业综合效益低、经济结构不够合理。

能源领域有四大方面问题。第一是能源供需矛盾突出。我国人均能源可采储量远低于世界平均水平：石油2.60吨，天然气1 074米3，煤炭90吨，分别为世界平均值的11.1%，4.3%，55.4%。我国目前人均能源消费约为1吨标煤，世界平均值为2.1吨标煤，美国为11.7吨标煤，经济合作与发展组织（OECD）国家平均值为6.8吨标煤。2050年要达到目前中等发达国家水平，人均能源消耗应达3.0吨标煤以上，能源需求总量约为50亿吨标煤。第二是能源安全，尤其是石油安全问题突现。2010年石油年缺口1亿吨，天然气年缺口400亿米3。第三是能源利用效率低下，节能任务十分艰巨。我国能源效率约为31.4%，与先进国家相差10个百分点，主要工业产品单位能耗比先进国家高出30%以上。第四，环境污染严重，可持续发展压力较大。我国二氧化硫排放量为1 620万吨，氮氧化物排放量为1 880万吨，到2020年，如不采取措施，两者的排放量将分别达到4 000万吨和3 500万吨。我国二氧化碳的排放量已为世界第二位，未来将面临巨大的国际压力。

在信息领域，芯片生产加工技术落后，微电子产业规模较小，集成电路产值低；通信网络产品大部分属于跟踪性质，网络高端设备主要依赖进口，缺乏独立创新设计的能力，竞争力较低；计算机系统形成了一定的产业规模，但缺乏研制高性能处理器芯片的能力，产品技术含量较低；在系统软件、中文软件和应用软件等方面取得了可喜的成果，但与发达国家相比还存在相当大的差距。

关于资源环境领域，人均资源占有量低，国民环境保护意识和能力较弱；化石能源和矿产资源后备储量严重不足，部分紧缺资源的进口量增大；生态问题和环境污染严重，危及国家生态安全及生存环境；水资源供应持续出现危机，土地质量急剧下降，自然灾害频发。

人口与健康领域，人口数量初步得到控制，人口健康素质明显提高，但人口老化严重，出生性别比失调；疾病患者众多，人口基数大、病种多，同时拥有发展中国家与发达国家的疾病谱；天然药物资源丰富。　

就人口素质而言，我国人口出生缺陷发生率为4%～6%，每年有80 ～ 100万例，残疾人口为7 000万，其中70%因出生缺陷，3 000万贫困人口中，80%家中有残疾。我国人口还面临重大疾病，包括传染病和慢性病的威胁。传染病中艾滋病感染者 84万, 其中80％在农村，2010年可能达1 000万，控制在150万的目标任务艰巨；乙肝带毒者为1.2 亿, 占世界的1/3，患者 2 000万；活动性肺结核450万,为世界第二,年死亡13万；血吸虫病患者84万，威胁人口 6 500万。据预测，未来20年全球新发传染病30种。慢性病中癌症年发病人数200万，年死亡人数155万，预测2020年, 年发病为300万，死亡250万；心脑血管疾病年死亡人数近300万，死因居首位，为35%～40%；高血压患者1.3亿，患者数上升快且年轻化；糖尿病患者为3 000万，年发病150万；精神疾病患者为1 600万；老年病中痴呆患者500万，年发病30万，帕金森病患者大于200万。因慢性病死亡占疾病死亡人数70%以上, 是劳动力丧失主要原因。可见，我国的人口素质还有待提高。

在材料领域，传统材料生产的单位能耗大、污染严重，产品的整体质量低；缺少轻质高强度结构材料、复合材料和综合性能好的功能材料；稀土材料资源丰富，但利用效率低，缺乏自主产权的核心技术，这与世界第一稀土大国的地位极不相称。此外，需要大力发展生态环保材料，如农用薄膜、环境降解材料、生物医用材料等。

已有的工作安排与典型实例

在坚持高标准、严要求的条件下，经过严格遴选，到2003年底已经批准立项的有157个项目，国家投入33亿元。这些投入的具体领域分布为：农业领域20项，能源领域17项，信息领域20项，资源环境领域27项，人口与健康领域24项，材料领域22项，综合交叉与重要学科前沿27项。

具体实施情况是，到2003年末，参与研究的人员约14 766人，其中具有高级职称的占35.7％，45岁以下的年轻学术骨干11 257人,占76.3%。157个项目共有199位首席科学家，其中45岁以下的占1/3。共培养硕士研究生6 711人，博士研究生6 217人，出站博士后1 567人。到2003年末已发表论文52 717篇，SCI和EI收录28 705篇，出版著作846部，申请专利1 921项。

我们可以从几个典型实例来了解立项研究的成果。

实例一，“疾病基因组学” 研究的主要进展

“疾病基因组学”研究项目已建立起8类疾病研究模型和基因组学平台。在疾病基因的定位、分离、结构、功能关系，以及相应生化通路和调控网络中基因蛋白产物的相互作用方面取得进展。

（1） 单基因遗传病致病基因与机理的研究

单基因病致病基因定位克隆取得突破性进展；Ⅱ型乳光牙本质发育不良、遗传性A－1型短指症及突发性房颤致病基因的研究，提示同一基因不同位点的变异可导致不同的疾病表型，而不同基因的突变也可导致相同的疾病表型。

中国科学家首次发现家族性房颤致病基因KCNQ1的突变位点，阐明了突变钾离子通道的电生理行为与房颤发病机制的内在关联，有关研究成果在美国《科学》周刊上发表。

（2） 肿瘤的遗传易感性和体细胞突变研究

通过对鼻咽癌、肝癌和食道癌的研究，在国际上第一次证明了癌症的遗传易感性；对白血病的研究，在获得三个新致病融合基因的基础上，成功建立了一系列转基因小鼠模型，并在急性早幼粒细胞白血病（APL）诱导分化、凋亡治疗方面取得新的突破，在国际上首次应用肿瘤细胞的分化疗法获得成功，使APL有可能完全治愈。

（3） 多基因复杂性状疾病易感基因研究

多基因病的研究是一个国际难题，参与本项目的课题组以原发性高血压和Ⅱ型糖尿病为原型，充分利用我国人群遗传资源优势，通过全基因组扫描，定位了一批易感基因的候选位点，并对已定位区域上的候选基因进行单核苷酸多态性（SNP）筛查，取得了可喜的进展：在Ⅱ型糖尿病定位区域内发现PRKCZ和Pank4可能是我国汉族人Ⅱ型糖尿病的易感基因；而过氧化氢酶基因SNP-844C/T多态则可能在原发性高血压的发病中起重要作用。

973计划项目“‘疾病基因组学’理论和技术体系的建立”共发表论文564篇，其中SCI收录论文354篇，总影响因子 (ΣIF ) 达到1 259.364 (SCI 2002年)，其中IF >5的论文有68篇，ΣIF =764.635。

实例二，数学机械化与自动推理平台

计算机产生智能行为的关键在于实现推理自动化。数学机械化就是由计算机代替人脑自动地完成数学的主要活动——推理与计算的过程。吴文俊先生创立的几何定理机器自动证明方法——吴方法，已经发展成具有中国特色的数学机械化和推理自动化理论。数学机械化的目标是探讨各个数学分支机械化的可能性，从而为数学研究提供新工具，促进数学的发展和应用。

在几何定理机器证明方面继续保持领先，在工程几何方面系统、完整地解决了几何图形的自动生成，建立了广义斯图尔特（Stewart）平台新概念、最一般6D并联机构，开发了“几何智能”专家软件。在几何代数与机器证明方面，开发了新的方向和新的工具，建立了有强大几何表示能力的CGA，建立了用于机器证明的CG代数展开理论。

经过20多年的努力，在北大指纹自动识别系统方面建立了数字空间几何理论，开发了PU-AFIS，这一系统曾击败日本与法国的系统，在美国中标。目前国内超过60%的公安系统用户均采用该系统，设计容量、破案量、破案率全国第一，获得了国家科技进步二等奖。

此外，吴方法在信息压缩和隐藏领域中也获得成功应用。

实例三，新一代钢铁材料的重大基础研究

973计划首批立项的“新一代钢铁材料的重大基础研究”取得了重大成果，2001—2003年，全国生产超细晶钢约192万吨，产值约60亿元，利税4.73亿元。发表论文583篇，获得13项专利授权，培养研究生158人。有关研究已获4项省（部）级一等奖，已获国家科技进步奖专业组一等奖提名。

实例四，光电功能晶体的结构性能、分子设计、微结构设计和制备过程的主要进展

创立和完善了介电体超晶格、包括准相位匹配（QPM）材料、光子晶体与声子晶体的理论和实验体系。在国际上首先提出准周期光学超晶格概念和多重准相位匹配原理，使发展和建立级联非线性光学成为可能。发明了BBO、LBO、KBBF、SBBO、CBO、LAP等一系列优良紫外非线性光学晶体，发现了两种具有应用前景的晶体——RCOB晶体和KABO晶体。

深紫外非线性光学晶体制备和谐波产生取得突破，该项目陈创天课题组、蒋民华课题组和许祖彦研究组在晶体的发明、晶体的生长、晶体的表征评估、器件的制备和有效输出功率的测量等方面通力合作，得到了被国际学术界推为光存储第四代光源(λ=193 纳米)的优选材料 KBBF晶体及其器件。实现了深紫外谐波光输出的三个国际首创，创下了两项世界纪录。使用倍频方法，实现了197～193纳米的谐波光输出，并获得 4.5 毫瓦有效功率输出。首次实现了掺钕钒酸钇晶体（Nd:YVO4 ）激光的 6 倍频谐波光输出（可调范围355～177.3纳米），获得了 3.5毫瓦的有效功率输出，将可能为深紫外波段光谱学、能谱学和纳米光刻、微机械成型等领域的开拓提供关键手段。首次实现了钛蓝宝石（Ti: Sapphire ）可调谐激光的4倍频谐波光输出，可调范围达到 200～170纳米，平均输出功率为0.18毫瓦左右。这一实验结果预示着深紫外可调谐激光光谱的光源问题有可能得到解决，从而为激光光谱学开辟了新的光谱领域。

微结构光电功能材料的基础理论研究、新材料设计和新器件研制取得突破，1989年提出耦合参量过程的初步的理论设想， 1997年准周期光学超晶格的3倍频获实验验证，2004年光学超晶格在全固态多波长激光器上获得应用。

实例五，中国叠合盆地油气形成富集与分布预测

在塔里木盆地，发现了两类原生储层类型，一类为中上奥陶统的生物礁灰岩，另一类为与深部热液活动有关的白云岩。它们的发现将对塔里木盆地台盆区碳酸盐岩层系的油气勘探起到积极的指导作用。深部热流体进入盆地后能量传输的定量研究获得初步认识。研究结果表明，深部流体携带的能量非常大，是影响区域地温场的重要因素。对我国著名的克拉2号气田的所在地库车前陆盆地的构造特征提出了新认识，得到了该盆地的地热特征和中生代、新生代演化特征。发现渤海湾盆地深部流体活动对成藏有重要影响。

实例六，农业领域的重大基础研究主要进展

完成了若干水稻和小麦核心种质群体的构建；对控制水稻白叶枯病抗性和稻米品质、小麦磷高效、纹枯病抗性、抗旱和产量性状等基因进行了遗传作图，发现了若干新的数量性状遗传位点。鉴定出一些与作物适应干旱、盐胁迫和磷、钾养分亏缺的相关主效基因。完成水稻突变体库的构建，获得近4000株独立转化的水稻；克隆了多个有重要意义的水稻转录因子同源基因；建立并完善了高效的基因克隆和基因转化技术体系。完成了稻瘟菌插入突变体库构建，建立了稻瘟菌群体致病性变化的快速检测方法，在国际上率先构建了水稻、小麦、大豆三大作物的核心种质库与微核心种质库，基本解决了富集种质资源基因多样性的问题。

973计划的影响

973计划项目的实施，激发了科学家的科学研究热情、高度的责任心和使命感，受到了我国整个科学界和社会各界的密切关注和高度重视；增强了科技界的凝聚力，促进了学科的交叉和融合，促进了部门、地方和相关产业界之间以及各领域科学家之间的强强联合和密切协作，促进了项目、基地和人才培养的有机结合。较高强度的经费支持，促进了科学研究队伍的稳定和中青年优秀人才的培养，为海外优秀人才提供了回国报效祖国的舞台。

973计划项目从1998年开始组织实行，已经经过了七个年头。从近几年中国经济和社会的迅速发展中所暴露的矛盾更加显示当初的决策是正确和十分必要的。中国要实现可持续发展和自立于世界民族之林，就必须掌握和发现最新的科学技术知识，从中国的国情出发对本国经济和社会面临的重大问题给出科学的回答，制定科学的对策，发展相应的理论和技术，这是中国科技界的历史责任。我希望有更多的中国青年科学家投身到这一重要的研究工作中来，求真唯实，勇于创新，克服一切困难，登上世界科学的最高峰，为中华振兴作出历史性的重要贡献。

〖本文刊载于《科学》杂志2005年第1期〗

[作者简介]周光召：教授,中国科协主席,中国科学院院士,中国科学院,北京100864。 Zhou Guangzhao: Professor, President of China Association for Science and Technology, Member of Chinese Academy of Science, Beijing 100864.