B 类先导动态

2014 年 第 1 期

主办单位 中国科学院前沿科学与教育局

承办单位 中国科学院文献情报中心

创 刊 词 战略性先导科技专项（以下简称先导专项）是中国科学院“创新

2020”的重要举措，也是中国科学院制定、实施《“率先行动”计划》

的核心内容，对中国科学院长远发展至关重要。实施“创新 2020”

以来，中国科学院提出了“民主办院、开放兴院、人才强院”发展战

略，确立了出成果出人才出思想“三位一体”的战略使命。特别是聚

焦事关我国全局和长远发展的重大科技问题，部署并启动了一批战略

性先导科技专项，并以此为基础，建设一批卓越创新中心。其中，B

类先导专项侧重于瞄准新科技革命可能发生的方向和发展迅速的新

兴、交叉、前沿方向，取得世界领先水平的原创性成果，占据未来科

学技术制高点，并形成集群优势。

自 2011 年 12 月以来，中国科学院精心策划、遴选、组织了两批

批共 16 个 B 类先导专项，其中首批启动的“国家数学交叉科学中

心”、“量子系统的相干控制”、“脑功能联结图谱研究”、“青藏

高原多层圈相互作用及其资源环境效应”、“超导电子器件应用基础

研究”、“大气灰霾追因与控制”等专项已经在相关的前沿领域研究

和关键技术突破方面取得了重要进展。

为加强 B 类先导专项的工作交流与宣传报道，院前沿科学与教

育局决定主办《B 类先导动态》，主要栏目包括专项管理、成果进展、

学术交流和国际动态等四个部分，使其成为重要工作进展的发布平台。

本期是《B 类先导动态》的创刊号，集中介绍了 2014 年以来 B 类先

导专项取得的新进展和重要的组织管理工作。希望《B 类先导动态》

以此为契机，越办越好，力争早日办成我院 B 类先导专项重要的信

息和工作平台！

中国科学院前沿科学与教育局

目 录

专项管理

第二批 B 类先导专项立项启动 ................................................................ 1

ARP-B 类先导管理系统正式部署运行.................................................... 2

前沿科学与教育局发布《关于战略性先导科技专项（B 类）加强管理

的意见》 ..................................................................................................... 3

成果进展

SNSPD 与超导 HEB 混频器件研究取得重要进展 ................................. 3

发现半个晶胞厚度的 Bi2212 仍存在高温超导特性 .............................. 4

陈鸽等人的论文被美国《SIAM Review》评选为“SIGEST 论文” ....... 4

陈翰馥院士获国际系统与控制科学院院士称号 .................................... 5

可容错量子信息处理取得重要进展：中国科大实现对任意噪声免疫的

薛定谔猫态 ................................................................................................. 5

中国科大成果入选美国物理学会 2013 年度国际物理学重大进展 ...... 6

中国科大实现麦克斯韦妖式量子算法冷却 ............................................ 6

青藏高原降水稳定同位素揭示的西风和印度季风相互作用的三种模

态 ................................................................................................................. 6

“大气灰霾追因与控制”先导专项在京津冀地区动态源解析和

SO2-NO2 复合致霾效应方面取得重要进展 ............................................. 7

ii

发现雄甾二烯酮和雌甾四烯可在个体间有效地传递性别信息 ............ 8

果蝇中平行通路传递价值相反的嗅觉信息 ............................................ 9

学术交流

2014 年材料科学中的计算问题研讨会召开 ........................................... 9

“环境污染的毒理与健康研究方法学”双清论坛在京召开 .............. 10

第三届凝聚态物理前沿 Super-PIREREIMEI 国际会议在物理所召开

................................................................................................................... 10

“重点区域大气灰霾综合观测研究”专题研讨会 .............................. 11

第十届中德星系宇宙学国际会议在西安召开 ...................................... 12

“作物病虫害的导向性防控－生物间信息流与行为操纵”组织系列

学术研讨会 ............................................................................................... 13

国际动态

美国 NASA 计划 2017 年实现激光通讯 ............................................... 13

英国量子技术研究专项（National Network of Quantum Technologies）

................................................................................................................... 14

加拿大大脑研究基金宣布启动 5 个新项目 .......................................... 14

Janelia Farm Research Campus 果蝇脑联结组项目进展 ....................... 15

石墨烯在透射电镜载网中的应用 .......................................................... 16

冷冻电镜（Cryo-EM）和 PALM 超高分辨显微成像的关联技术 ...... 16

1

第二批 B 类先导专项立项启动

2014 年 3 月 17 日-6 月 6 日期间，中国科学院第二批战略性先导科技专项（B

类）分别在北京、昆明、三亚等地召开启动会，中国科学院丁仲礼副院长、张亚

平副院长、吴建国副秘书长，前沿科学与教育局，条件保障与财务局，以及“海

斗深渊前沿科学问题研究与攻关”、“拓扑与超导新物态调控”、“生物超大分

子复合物的结构、功能与调控”、“宇宙结构起源-从银河系的精细刻画到深场

宇宙的统计描述”、“页岩气勘探开发基础理论与关键技术”、“作物病虫害的

导向性防控-生物间信息流与行为操控”、“功能 pi-体系的分子工程”、“动物

复杂性状的进化解析与调控”、“土壤-生物系统功能及其调控”、“典型污染

物的环境暴露于健康危害机制”等 10 个 B 类先导专项的领衔科学家、学术咨询

专家、承担单位负责人及科研骨干参加了会议。

会议听取了各先导专项领衔科学家，项目及课题负责人关于实施方案、组织

和管理方案、年度工作计划等的详细汇报，并围绕专项的技术路线、预期成果、

管理模式等进行了热烈讨论。与会领导和专家充分肯定了各先导专项的科学意义，

要求相关的研究团队以高度责任感和历史使命感，通力协作，瞄准新兴科学技术

前沿，促进国际领先水平的重大原创性成果产出，同时要充分发挥专项领衔科学

家的领导和调控作用，不断完善专项运行和管理机制，在完成专项科学目标的同

专项管理

2

时，凝聚国内外优秀人才，争取建成国际一流的卓越中心。

ARP-B 类先导管理系统正式部署运行

为加强和规范 B 类先导专项的管理工作，提升科研管理信息化水平，中科

院相关部门在 ARP 业务管理平台基础上，组织开展了 ARP-B 类先导管理系统的

建设工作。该系统采用离线填报、在线审核的数据处理方式，支持先导专项全生

命周期管理，能够完成专项策划与立项、实施责任书签订、实施执行（年度工作

计划与经费预算申报、年度工作报告与决算）阶段的信息管理与即时查询等功能，

能够有效地提高先导专项的管理效率。经过前期的开发测试，该系统于 2014 年

6 月 10 日正式部署运行。

6 月 24 日-7 月 3 日，中科院前沿科学与教育局在北京等 7 个地区组织了 12

场次的 ARP-B 类先导管理系统培训，全面介绍该系统的运行方式与操作方法，

16 个 B类先导专项共 500 余人接受了培训，为系统的顺利运行奠定了良好基础。

3

-2 -1 0 1 20

1000

2000

3000

4000

IF o

utpu

t (a.u

)

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Voltage (mV)

-0.02

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0.00

0.01

0.02

前沿科学与教育局发布《关于战略性先导科技专项（B 类）

加强管理的意见》

为进一步突出顶层设计，加强科学组织管理，确保重大成果产出，中科院前

沿科学与教育局根据《中国科学院战略性先导科技专项管理办法》、《中国科学院

B 类战略性先导科技专项管理实施细则（试行）》等管理规定，于 2014 年 6 月 9

日发布了《关于战略性先导科技专项（B 类）加强管理的意见》，要求各先导专

项加强规章制度建设，建立人员队伍遴选考核机制、学术交流总结机制、项目间

有机集成和衔接机制、专项内部考核评价机制等；并根据自身科研与管理特点，

尽快成立总体专家组和咨询顾问组，加强对先导专项的组织、指导和管理工作；

在组织推进的过程中，充分重视各方面形势变化，及时、科学、高效地进行动态

调整；加强知识产权和经费管理。

SNSPD 与超导 HEB 混频器件研究取得重要进展

上海微系统所研发的超导纳米线单光子探测器件(SNSPD)性能获得进一步

提升，1550nm 工作波长，最高探测效率超过 70%，通过在片上集成光学带通滤

波器，实现低暗计数高性能 SNSPD。抑制光纤背景辐射，使得暗计数降低一个

数量级，本底暗计数低于 1Hz，系统噪声等效功率达到 2×10-19 W/Hz1/2，已达

到世界最好水平。

紫金山天文台承担“面向天文应用的高灵敏度太赫兹超导探测器关键技术

低暗计数 SNSPD器件结构图和性能曲线 超导 HEB 热电子混频器在

1.3THz的接收机噪声温度

成果进展

4

研究”课题，研制的平面双槽天线耦合的超导热电子辐射计(HEB)混频器在 1.3

THz 的接收机噪声温度仅为 650K，已达到国际领先水平，低于任务书 1000K 的

指标要求。该成果将会应用于我国正在研制的南极 5 米太赫兹望远镜上。

发现半个晶胞厚度的 Bi2212 仍存在高温超导特性

本专项超导材料研究团队制备了不同厚度 Bi2212 和石墨烯构成的异质结，

发现即使 Bi2212 仅有半个晶胞厚，仍然可以观察到 80K 以上的超导转变温度，

推翻了此前单晶胞厚度 Bi2212 为绝缘体的结论。研究表明尽管由不同厚度

Bi2212 构成的异质结的正常态电阻和电阻－温度曲线斜率变化非常大，但是他

们超导转变温度却几乎不变，表明正常态的电阻和超导机制之间并无本质联系。

该研究既可以为研制基于超导－石墨烯异质结的新型器件提供材料基础，同时也

可以为强关联超导体超导机理的理论研究提供重要的约束条件。

a）不同厚度的 Bi2212 的 R-T 曲线，从体材料

到半个晶胞厚； b）正常态斜率与转变温度的

关系，比较了我们的研究体系与其他超导材料

的不同； c）正常态电阻与转变温度的关系，

比较了我们的研究体系与其他超导材料的不

同。

陈鸽等人的论文被美国《SIAM Review》评选为“SIGEST论文”

近日，国家数学与交叉科学中心陈鸽、刘志新和郭雷于 2012 年发表的论文

“群体同步的最小相互作用半径”，被《SIAM Review》期刊评选为“SIGEST

论文”，并被邀请在 2014 年第 3 期的《SIAM Review》上重新刊登。美国工业

与应用数学学会（SIAM）将“SIGEST 论文”视为一项奖励，目前尚无中国大

陆学者获此荣誉。据悉，证书将在 2015 年的 SIAM 授奖仪式上颁发。

陈鸽等人的论文从理论上深入研究了一类典型大群体系统的同步行为。陈鸽

5

等人在上述论文中证明了，在演化方向局部趋同机制作用下，为保证动态大群体

系统的整体同步性，所最小容许的局部相互作用半径与初始静态随机几何图的最

小连通半径基本一致。该文入选“SIGEST 论文”的理由是“研究问题及贡献的

重要性，论文写作的清晰性，以及 SIAM 领域的相关性”（the importance of its

contributions and topic, its clear writing style, and its accessibility for the SIAM

community）。

陈翰馥院士获国际系统与控制科学院院士称号

近日，陈翰馥院士因在系统和控

制论科学的研究和实践中的杰出贡

献被国际系统研究联合会（简称

IFSR）和国际系统与控制科学院（简

称 IASCYS）授予国际系统与控制科

学院院士称号。这是系统工程领域中

的最高学术荣誉称号。

可容错量子信息处理取得重要进展：中国科大实现对任意

噪声免疫的薛定谔猫态

中国科学技术大学潘建伟院士及其同事陈宇翱、刘乃乐等组成的研究小组采

用光子级联编码的方式实现了对于任意噪声都具有高容错率的薛定谔猫态，朝着

实现大尺度量子网络乃至宏观纠缠态迈出了重要一步。该研究成果发表在 5 月的

国际权威学术期刊《自然•光子学》上 [Nature Photonics 8, 364-368 (2014)]。

该小组发展了一套可扩展的编码方式，用两个光子比特编码一个逻辑比特，

制备了一个三逻辑比特的级联猫态，通过实验观察级联猫态与普通猫态在不同噪

声影响下各自的纠缠演化特性，演示了编码猫态在噪声影响下具有的显著优越性。

由于其天然的高容错性，级联猫态可被广泛应用于大尺度的量子网络中，如三人

密码协议，量子密钥共享等。同时，这种制备级联猫态的方法可扩展到任意比特

数，甚至可能达到宏观级别，实现多年来的研究热点——宏观纠缠。

6

中国科大成果入选美国物理学会 2013 年度国际物理学重大

进展

美国物理学会《物理》杂志（Physics）2013 年 12 月 30 日公布了 2013 年度

国际物理学领域的十一项重大进展（Highlights of the Year），中国科学技术大学

潘建伟院士及其同事张强、马雄峰和陈腾云等“利用测量器件无关量子密钥分发

解决量子黑客隐患”的研究成果位列其中。

中国科大实现麦克斯韦妖式量子算法冷却

中国科学技术大学郭光灿院士领导的团队与哈佛大学和清华大学的理论组

合作，提出了一种新型的麦克斯韦妖式的量子算法冷却，并在光学系统中利用量

子模拟技术实验演示了这种量子冷却方法

的工作原理。这项研究成果发表在《自然•

光子学》杂志上[Nature Photonics 8, 113–

118 (2014)]。

该成果提供一种新的途径用以量子模

拟经典方法难以实现的物理系统和化学系

统的低温性质。另一方面，由于平均能量

接近基态能量的量子态与真实基态有很高

的重合度，并可通过量子算法估计的方法

以很高的概率来得到量子基态，因此这项工作还可以用来为普适的量子计算和量

子模拟提供初始量子态资源。

青藏高原降水稳定同位素揭示的西风和印度季风相互作用

的三种模态

西风与印度季风是影响青藏高原气候和环境变化的两大主要环流。认识西风

和印度季风两大环流对青藏高原水汽传输过程的影响，是从机制上揭示这一地区

冰川、湖泊和河流等的空间差异性变化的关键环节，也是这一地区冰芯、树轮和

湖芯等古气候和古环境解释的重要科学依据。

7

青藏高原降水δ

18O研究站点分布图。

其中 N代表北纬，E代表东经。 青藏高原降水δ

18O季节变化揭示的西风模态（a,

b, c）、印度季风模态（d, e, f）和过渡模态（g,

h, i）。横坐标为月份。

“青藏高原多层圈相互作用及其资源环境效应”先导专项通过利用遍布青

藏高原的 24 个站点，超过 10 年的降水稳定同位素观测结果和目前精度最高的 2

个稳定同位素大气环流模型（LMDZiso 模型和 ECHAM5-wiso 模型）及 1 个区域

稳定同位素模型（REMOiso 模型）模拟结果，系统分析了青藏高原降水 δ18O 的

日变化、月变化和季节变化特征，分区域和季节计算了不同时间尺度的青藏高原

降水 δ18O 与气温、降水量和海拔的相关关系，模拟了青藏高原季风期和非季风

期的主要水汽传输过程。这一研究证实了西风与印度季风对青藏高原降水 δ18O

变化的决定性影响，并发现其呈现三种模态，即西风模态、印度季风模态和过渡

模态。这一研究还确认了整个青藏高原降水 δ18O 的温度效应和海拔效应也显著

受控于三种模态。相关成果已发表在 Reviews of Geophysics, Tellus 和 Journal of

Climate 等知名杂志上，在国际学术界引起重大的反响。

“大气灰霾追因与控制”先导专项在京津冀地区动态源解

析和 SO2-NO2复合致霾效应方面取得重要进展

首先，根据京津冀地区 PM2.5 动态源解析的结果，提出了该区域大气污染

防治的近期、中长期策略。对 2013 年 1 月北京重污染和清洁时段 PM2.5 源解析

结果表明，重污染时段和清洁时段 PM2.5 来源有很大不同。清洁时段 PM2.5 的

主要来源为燃煤、生物质燃烧、扬尘和机动车，分别约占 45%、17%、15%和 13%，

其它源合计占 10%；重污染时段 PM2.5 的主要来源则为机动车、燃煤、工业和

扬尘，分别约占 42%、28%、13%和 12%，其它占 5%。因此，降低近期北京地

区强霾污染事件发生频率和强度的建议是：在极其不利的气象预报条件下，提前

8

雄甾二烯酮和雌甾四烯引起的性别辨别标准

的偏移在性别/性取向被试组中的分布

限制河北、山东及河南的燃煤、天津的重化工和北京市机动车出行量。

其次，发现了 SO2-NO2复合致霾效应，提出优先控制 NOX排放的策略。硫

酸盐是 PM2.5 的重要组分，具有很强的光散射效应，与灰霾成因密切相关。我

院科学家发现，在大气中 NOX（氮氧化物）共存的条件下，SO2 和亚硫酸盐向硫

酸盐的转化速率显著加快，即 NOx 是促进 SO2 转化为硫酸盐的关键因素。这个

结论在烟雾箱模拟中得到验证，也被 2013 年 1 月北京地区强霾期间的观测数据

所证明。因此，在大气灰霾防治中必须优先考虑控制 NOX 排放，特别是控制城

市机动车的 NOx 排放，阻断城市重度大气复合污染发生的条件。控制机动车 NOx

排放，可以非线性地为工业源污染排放创造空间，减少大气污染治理对国民经济

的冲击。

发现雄甾二烯酮和雌甾四烯可在个体间有效地传递性别信

息

发现雄甾二烯酮和雌甾四烯可在

个体间有效地传递性别信息，从而为人

类性信息素的存在提供了有力证据。

该研究结果已于 5 月 19 日在 Current

Biology 正式发表，并引起了广泛的媒

体关注，Science, Scientific American,

Time Magazine, Huffington Post, Daily

Mail (UK) 等多家国际知名媒体予以了

深度报道。本文目前的 Altmetric 分数

（一个用以表达发表文献影响力的指

Mineral Oxides

SO2(g)

SO32-

Synergistic reaction:A potential sulfate formation pathway

Synergistic reaction:Synergistic reaction:A potential sulfate formation pathwayA potential sulfate formation pathway

N2O4 SO42-

NO2(g)

9

兴奋性胆碱能投射神经元途径(mPN)和抑制性

GABA 能投射神经元途径(mlPN)协同工作，抑制的

异常的嗅觉行为的发生模式。

标）为 236，这在 Current Biology 历史上发表的所有文章中排名 29，跨期刊全部

发表文章中排名位于前 5%。

果蝇中平行通路传递价值相反的嗅觉信息

采用果蝇转基因操作、精密控制

的光遗传学刺激、双色钙成像和在体

电生理记录等技术，研究果蝇嗅觉信

息从外周向高级中枢传递中的不同投

射途径，揭示了果蝇脑内嗅觉信息加

工的一种神经环路机制。相关研究成

果在 2 月的《美国国家科学院院刊》

上发表。

2014 年材料科学中的计算问题研讨会召开

2014 年 4 月 12-13 日，由国家数学与交叉科学中心材料环境研究部、武汉大

学数学与统计学院共同主办的“2014 年材料科学中的计算问题研讨会”在武汉

大学召开。

研讨会的主要议题包括电子结构计算、纳米晶体材料的破裂研究、纳米材料

多尺度耦合方法以及动理学方程的模型约化方法等。中国科学院计算数学与科学

工程计算研究所周爱辉研究员, 香港科技大学的项阳教授以及中国科学院力学

研究所魏悦广研究员等 10 余位学者分别就材料与计算领域各自研究工作的最新

进展作了介绍，并就未来可能合作的问题做了深入的探讨。

此次研讨会是 2009 年在北京大学举办的“多尺度与随机建模研讨会”、

2010 年在苏州大学举办的“材料科学中的计算与建模研讨会”、2011 年在武汉

学术交流

10

大学举办的“材料科学中的计算问题研讨会”、2012 年在中国科学院数学与系

统科学研究院举办的“材料科学中的计算问题研讨会”及 2013 年在苏州大学举

办的“材料科学中的计算问题研讨会”的延续，旨在推动数学与材料科学的交叉

研究，特别是青年交叉人才的培养。研讨会今年邀请了更多的青年学者参加会议。

该系列研讨会加强了计算数学与材料科学领域的交流与合作。

“环境污染的毒理与健康研究方法学”双清论坛在京召开

2014 年 3 月 31 至 4 月 1 日，由国家自然科学基金委员会化学科学部、生命

科学部、医学科学部与政策局联合举办，中国科学院生态环境研究中心环境化学

与生态毒理学国家重点实验室协办的第 111 期双清论坛在北京召开，此次论坛的

主题为“环境污染的毒理与健康研究方法学”，陈宜瑜院士、陈洪渊院士、柴之

芳院士、江桂斌院士和赫捷院士为论坛的共同主席。来自全国 30 余所大学和研

究机构 60 余名专家学者参加了此次会议，环境化学与生态毒理学国家重点实验

室 30 余名科研人员旁听了会议。

在论坛上，各位专家针对环境污染的毒理与健康方法学研究，分别对我国居

民环境与健康现状、污染与健康研究的方法学基础、污染的暴露组学、污染物与

生物分子的作用机理、污染物的毒性与健康危害机制以及计算毒理学在环境健康

研究中的作用等六个议题进行了学术交流，重点讨论了环境污染物对人体健康造

成影响的关键因素、大家所关心的大气细颗粒物对人体的健康效应和分析方法、

以及我国环境与健康研究的现状与展望。

本次论坛的召开，将为积极推动我国未来环境与健康的多机构跨学科合作研

究、以及中国科学院战略性先导科技专项“典型污染物的环境暴露与健康危害机

制”的顺利实施打下良好基础。

第三届凝聚态物理前沿 Super-PIREREIMEI 国际会议在物理

所召开

3 月 17-21 日，物理所与美国哥伦比亚大学举办的第三届凝聚态物理前沿

Super-PIREREIME 在物理所举办。物理所王楠林研究员和哥伦比亚大学 Uemura

教授担任本次会议主席。会议就铜氧化合物高温超导体、铁基超导体、有机超导

11

体、拓扑绝缘体、稀磁半导体以及电荷密度波体系等方面的前沿课题进行了深入

探讨，近 200 人参加了会议。

13 位教授做专题讲座，综述了相关领域的研究进展和未来展望，31 位教授

做前沿研究报告，介绍了他们在相关前沿研究领域的最新研究成果。于渌院士应

邀参会并发表演讲。他着重回顾了中日、中美在物理领域的交流与合作，评述了

中国在凝聚态物理方面的发展历程。本次会议为与会的研究生和本领域著名专家

学者讨论、交流提供了一个很好平台，对加强国际合作起到了促进作用。

Super-PIREREIMEI 国际会议是基于美国国家科学基金会（NSF）的“国际

研究与教育合作伙伴项目”（Partner ship for International Research and Education，

简称 PIRE）和日本原子能研究机构 REIMEI 前沿项目基础上召开的联合会议，

此前已经在美国举办过两次。

“重点区域大气灰霾综合观测研究”专题研讨会

2014 年 3 月 25 日，中国科学院战略先导科技专项“大气灰霾追因与控制”

总体组在中科院合肥研究院安徽光机所召开“重点区域大气灰霾综合观测研究”

专题研讨会。会议由专项首席中科院生态环境研究中心贺泓研究员主持。

围绕京津冀区域重度灰霾污染过程的综合立体监测和污染总量观测，中科院

安徽光机所刘建国研究员汇报了重点区域大气灰霾综合观测研究计划的初步方

案及相关准备工作，来自中科院生态环境研究中心、大气物理研究所、过程工程

研究所、广州地化所、城市环境所、化学所、地球环境研究所、重庆绿色智能技

术研究院、北京市环境监测保护中心、中国科学技术大学、中科院合肥研究院等

十多所科研院校和行业部门的科学家，就计划的观测时段、进展安排、科学问题

研究、数据共享、成果发布等方面进行了深入讨论。

12

“重点区域大气灰霾综合观测研究”旨在通过立体观测、实验模拟和数值模

拟以及相应天气过程分析，以京津冀地区秋冬季重霾污染事件过程的加强观测为

契机，研究准确获取区域大气污染物总量的途径和方法，建立以整层大气浓度为

输出的大气污染模型，从宏观和微观双向阐明我国重点区域秋冬季灰霾形成的原

因与机制，支持我国重霾污染的预警和科学合理的应急管理，为重大活动的空气

质量保障提供支持。

第十届中德星系宇宙学国际会议在西安召开

2014 年 5 月 18-23 日，第十届中德星系宇宙学国际会议“从暗物质到星系”

在西安召开，来自 10 多个国家和地区的约 170 名代表出席。本次会议由中国科

学院紫金山天文台和德国马普天文所联合成立的中德马普伙伴小组主办（中方主

持人为先导 B 成员、紫金山天文台康熙研究员）。会议得到了科学院 B 类先导项

目“宇宙结构起源专项”和德国马普学会支持。

本次会议主题跟科学院先导项目“宇宙结构起源”直接相关，涵盖主题有：

星系中央黑洞和活动星系核、银河系和近邻星系群、引力透镜、星系形成、宇宙

学。本次会议不仅展示了国内天文界在星系宇宙学研究的实力，同时会议期间的

热烈讨论，达成的合作意向都将推动国内星系宇宙学相关研究，并将促进科学院

B 类专项‘宇宙结构起源’的国际合作取得更大的成果。

13

“作物病虫害的导向性防控－生物间信息流与行为操纵”

组织系列学术研讨会

“作物病虫害的导向性防控－生物间信息流与行为操纵”先导专项已经在

北京和上海两地分别组织了“生物分子互作青年论坛”和“植物代谢与生物互

作创新团队系列学术研讨会”。成员课题组积极积极交流讨论、相互学习借鉴，

已经成为我院奥运园区和上海生科院的品牌学术论坛。

“生物分子互作青年论坛”由中国科学院微生物研究所、中国科学院遗传与

发育生物学研究所和中国科学院动物研究所等单位跨所联合主办，每月一次定期

组织青年研究人员交流生物分子互作研究领域的最新进展，目前已经召开了 10

次，同时不定期邀请在相关研究领域取得重要成果的国内外青年科学家做报告。

“植物代谢与生物互作创新团队系列学术研讨会”由中国科学院上海生命科学

研究院植物生理生态研究所主办，每月定期组织一次，目前已经举办了 8 次。这

两个学术交流活动已经成为专项内各课题组的青年科学家和研究生展示研究成

果与进展，积极、自由地开展学术讨论的重要平台。

美国 NASA 计划 2017 年实现激光通讯

美国NASA于2013年9月发射的绕月卫星实现了与地球的高速激光通信（速

率超过 600Mbps）。其成功主要归功于地面基站采用了超导单光子探测器。NASA

的下一项激光通讯任务——激光通讯中继演示(LCRD)将于 2017 年发射，旨在于

地球和一颗地球同步卫星之间建立激光连接，速度将达到每秒 1000 兆，用以替

代传统的无线电通信。地球同步卫星与地球之间的距离只有地月距离的十分之一。

LCRD 将运转 5 年，用以验证深空激光通讯技术的可靠性。除了可用于传输高清

视频外，激光通讯系统还允许人类远程遥控机器人，用于执行小行星采矿或者在

月球上建造基地等任务。

国际动态

14

英国量子技术研究专项（National Network of Quantum Technologies）

英国政府在 2014 年 1 月正式通过了 5 年资助总金额达 2.7 亿英镑（约合 27

亿元人民币）的量子技术研究专项（National Network of Quantum Technologies）。

该专项将于 2014 年 10 月启动，主要针对实用化量子技术的研究以及相关新兴产

业的发展。这是目前国际上公开报道的量子技术领域资助金额最高的专项。

该专项的大部分资助由英国工程与物理科学研究委员会（Engineering and

Physical Sciences Research Council, EPSRC）组织。EPSRC 是英国最大的科研组

织机构，负责相关科研政策的制定和英国最大规模的科研经费分配。EPSRC 在

2014 年 5 月初对 16 个申请项目进行了国际评审。其中 14 个项目的申请资助额

度超过 2000 万英镑，最高达到 6500 余万英镑。项目涉及实用化量子通信、基于

光与冷原子的量子模拟、量子计算、量子精密测量和传感器件、量子成像以及与

生命科学的结合等多个重要的研究方向，在部分方向还将成立专门的研究中心。

项目负责人包括牛津大学副校长 Ian Walmsley 教授、布里斯托大学 Jeremy O’

Brien 教授、剑桥大学 Mete Atature 等量子信息领域的国际著名学者。

这些项目负责人所在的大学也将为项目的实施提供高强度的配套支持。比如，

牛津大学将专门设立 3 至 5 个终身固定教职，并提供 600 万英镑的设备和基建费

用；布里斯托大学在前期已投入的用以建立纳米科学和量子信息中心的 1200 万

英镑经费基础上，还将新招聘 2 个讲席教授（人均年薪 15 万英镑）、4 个副教授

以及相关技术支撑人员；南安普顿大学将专门新设 1 个量子技术讲席教授和 2

个副教授的职位，并在项目执行期间提供总计 180 万英镑的薪水。

加拿大大脑研究基金宣布启动 5 个新项目

2014 年 5 月 1 日，加拿大政府宣布进一步资助神经科学研究。为应对脑疾

患带来的挑战，加拿大政府于2011年启动大脑研究项目（Canada Brain Research），

计划于 2011 至 2017 年间提供总计 1 亿美元的资金，以支持加拿大的神经科学研

究，推动对脑疾病和心理疾病的认识与治疗。2012 年 12 月 21 日，加拿大政府、

阿兹里利基金会（the Azrieli Foundation）、Chagnon 家族（the Chagnon Family）

和加拿大脑基金会（the Brain Canada Foundation）宣布联合注资 4600 万美元支

持神经科学研究。

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5 月 1 日，阿兹里利基金会和加拿大政府宣布各出资 325 万美元使得总资助

额达到 5250 万美元。阿兹里利基金会表示，当日宣布的 650 万将投给阿兹里利

神经发育项目（Azrieli Neurodevelopmental Program），特别用于自闭症谱系障碍

（Autism Spectrum Disorders）与脆性 X 综合征（Fragile X syndrome）。Chagnon 家

族表示，对阿尔茨海默症及相关疾病干预的资助总数已达到 3750 万美元，截止

至 2017 年加拿大政府将陆续注资 1250 万，同时 Chagnon 家族在接下来的 5 年

也将会对该领域进行选择性资助。

Janelia Farm Research Campus 果蝇脑联结组项目进展

Janelia Farm 果蝇脑联结组项目以利用电镜在突触水平重构果蝇神经系统为

目标。在强大的工程团队和图形处理团队的努力下，该项目组大大提高了电镜数

据采集的精度，速度和自动化程度，已经完成了对电镜和切片系统的改造，实现

了全自动化切片、换样，电镜成像和自动对齐拼接软件的开发，基本克服了电镜

数据收集方面的速度限制。现在最大的瓶颈在于从海量电镜数据中追踪和重构完

整神经元工作，项目团队在软件方面投入了巨大的资源，但目前计算机技术和图

形处理技术还远达不到科学研究对结果准确率的要求。Janelia Farm 果蝇电镜团

队一方面在寻求图形处理算法上的突破，另一方面采用一种广泛合作的方法来募

集更多的人力参与其中。支持多用户在线人工追踪和重构神经系统的软件环境尚

在完善中，人工智能电镜重构神经元的算法则是目前开发的重点。

该项目已经取得的科研成果包括，果蝇视叶中一个完整小眼单元的重构，以

及对果蝇幼虫伤害性感受通路-从外周感受神经元到中枢再到输出运动神经元-

整个神经环路的重构。

幼虫伤害性感受通路的重构项目是由世界范围内 19 个实验室合作完成的，

每个实验室负责一小部分数据的处理，被重构的神经元最终拼合到一个标准化的

果蝇幼虫神经系统中。这项工作不仅重构出了完整的伤害性感受通路，还重构出

一些其他的神经元，最终 1 年内总共完成了幼虫神经系统的~20%的重构。

成虫神经系统重构的工作也在进行中。成虫神经系统的数据量相比幼虫有数

量级的增长，该团队预计 1 年内能完成数据的采集和初步处理。随后希望采用广

泛合作的方式来完成重构工作。他们把数据分割成小块，分配到世界各地的实验

室，然后把各个实验室的结果拼合成完整的果蝇神经系统联接图谱。由于人力的

限制，他们粗略估计需要 5 到 10 年才能完成完整的果蝇成虫全神经系统重构。

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石墨烯在透射电镜载网中的应用

2014 年 4 月，英国 MRC 实验室的 Christopher J. Russo 和 Lori A. Passmore

在 Nature Methods 上发表了题为“Controlling protein adsorption on graphene for

cryo-EM using low-energy hydrogen plasmas”的文章。报道了如何在透射电镜载

网上铺设由化学气相沉积法（CVD）合成的单层石墨烯，并将其应用到低温电

镜单颗粒样品的制备中。

采用精确控制的氢气环境下辉光放电的方法处理铺设在 Quantifoil 铜网表面

的石墨烯层。处理后的石墨烯－Quantifoil 铜网在制备低温电镜单颗粒样品时，

与无连续膜铺设的 Quantifoil 铜网相比，表现出更强的样品吸附能力，从而降低

了制样时对样品浓度的要求。在样品的取向性分布方面，其表现与无定形碳膜铺

设的 Quantifoil 铜网相当。在电子辐照引起的样品漂移方面，与无连续膜铺设的

和无定形碳膜铺设的 Quantifoil 铜网相比，石墨烯膜的加入减少了相同电子剂量

下的样品位移。在相同条件下，使用石墨烯铺设的 Quantifoil 铜网收集的数据在

进行了位移校正后分辨率的提升并不明显，暗示着使用石墨烯铺设的 Quantifoil

铜网可以免去使用需要耗费大量计算机存储、传输和计算资源来处理直接电子探

测相机拍摄的 movie 模式数据的位移校正。

冷冻电镜（Cryo-EM）和 PALM 超高分辨显微成像的关联技

术

2014年5月，美国加州理工大学、HHMI和德国马普研究所的科学家在Nature

Methods 发表了题为“Correlated cryogenic photoactivated localization microscopy

and cryo-electron tomography”的文章。报道了关于光镜-电镜联合技术的最新进

展。

将冷冻电镜（Cryo-EM）和 PALM 超高分辨显微成像相结合，用于观察细胞

中蛋白质的定位和生物大分子的结构，VI 型分泌系统的多种构象和新结构。该

文章进一步促进了光镜-电镜融合技术的发展，进一步使得光镜-电镜成像成为当

前成像领域的最热点，并具有很强的竞争特性。该工作还具有很大的提升空间，

例如，系统的稳定性有待提高，所用的荧光蛋白在低温下的光子数不高（才 200

多），还没有实现 3D 成像等。另外，该方法所需要的设备也比较复杂和昂贵。

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