材料基因组

第一篇：材料基因组

彭贤文

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材料基因组计划

自从十九世纪八十年代以来，技术变革和经济的发展越来越依赖新材料的发展。正如硅在十九世纪七十年代引起现代信息技术产业的崛起，先进材料可能推进新兴的旨在解决能源、国家安全以及人类福利等问题的价值数十亿美元的产业的发展。随着先进材料不断应用于解决清洁能源、国家安全以及人类福利等问题，它对经济安全以及人类的幸福生活越来越重要。加速先进材料的发现和发展对提升全球竞争力也是至关重要。材料基因组计划将创建一个新的材料创新的时代。

目前，一种材料从发现到第一次投入使用的时间范围大约是10到20年，这使得新材料的发展速度远远落后与产品的开发速度。这是因为长久以来材料的发展和研究依赖科学的直觉的反复的实验。而且，当前大多数的材料设计和测试是通过旷日持久的反复试验以及表征循环来执行的。同时，一种新材料发展的各个阶段可能由不同的工程师或科研团队在不同的研究机构完成，各个阶段间缺乏促进整体快速发展的信息反馈。为实现材料的快速发展，必须加速计算模型、数据交换以及模拟材料行为的高级算法的发展来补充物理实验。改善的数据分享系统以及更加综合的工程团队将使设计、系统工程以及生产活动交互重叠。用数学模型和计算仿真来取代冗长昂贵的经验研究将显著加速材料的发展和配置。

为此，材料基因组计划将创建一个材料创新框架，首先，打造材料创新基础。材料基因组计划将研发新的综合计算、实验和数据信息学的工具。这些软件和集成工具将跨越整个材料发展过程，并以一种开放平台进行开发，提高预测能力，并按最新标准快速整合整个材料创新基础数字化信息。这一基础设施将与现有的产品设计框架无缝结合，推动材料工程设计快速、全面的发展。然后，开发数据共享平台。材料基因组计划将设置数据共享平台让研究人员能够轻松地将自己的数据导入模型，同时使研究和工程人员能够彼此整合数据，促进处于不同材料开发阶段的科学家和工程师的跨学科交流。此外，材料基因组计划将用研发的新材料来实现国家的目标。美国目前面临的清洁能源、国家安全和人类福祉等问题的求解都有赖于先进材料的发展。对于国家安全相关材料，美国国防部和国防实验室都在材料研究方面投入巨资。研究实验室忙于轻质保护材料、电子材料、储能材料、生物替代材料等的研究。军方则使用先进材料来保护和武装军队。对于人类健康和福利相关材料，先进材料的许多应用可解决人类健康和福利面临的挑战，从生物相容性材料，如假肢或人工器官，到用于设计防止受伤的保护材料。对于清洁能源系统相关材料，众所周知开发清洁能源、减少对于石油的依赖是美国明确优先发展的项目。材料研究可以帮助找到新技术，如为生物燃料生产更好的催化剂、直接从阳光产生能量的人工光合作用、新颖高效的太阳能光伏、便携式能源存储设备等。

最后，在政府、学术界和产业界的利益相关者要接受并不断扩大材料创新基础设施的范围和内容，以给我们的下一代生产力必要的工具和方法来实现我们国家的目标。

第二篇：材料芯片与材料基因组

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 课程论文

《材料芯片与基因组》

论文题目：

第一章 材料基因组计划

1.1 提出背景

金融危机之后，美国政府意识到仅靠服务业已无法支撑美国经济走出泥潭，必须重振制造业。美国制造业的振兴不是传统制造业的复兴，而是新兴制造业的培育，其中建立在材料科学基础上的新材料产业是重点之一。

美国科学院和工程院共同设置的国家研究理事会在2008年发表了题为《集成计算材料工程》的报告。报告明确指出了传统材料设计的方法和系统面临的问题：

① 现代的计算工具已经从根本上大大缩短了新产品设计的时间，材料设计却没有相似的可靠而普适的计算工具，使材料设计主要靠试验，从而导致材料设计远远落后于新产品设计；

② 太长的材料设计周期和低成功率使得新材料在新产品中的使用越来越少，从而导致非最佳的材料被用在产品中；

③ 用于产品的材料性能欠佳而成为制约产品性能设计的瓶颈，造成恶性循环。

应对美国提出的材料基因组研究计划，对我国如何规划、开展实施自己的科学计划提出建议并进行深入的研讨，在中国科学院和中国工程院的推动下，于2011年12月21—23日在北京召开了S14次香山科学会议。在此前召开的由两院部分院士参加的筹备会上，大家认为：“材料科学研究成分—结构—性能之间的关系，从新材料的发现、合成、性能优化、制备、应用、回收再利用，既有基础科学，又有工程科学，是一个系统工程。”因此，一致同意把那次会议定名为“材料科学系统工程”香山科学会议。

结合我国的国情，材料界的专家学者提出建设发展符合中国材料领域的“材料科学系统工程”，具体包含如下建议：

1）共用平台协同建设。建立几个集理论计算平台、数据库平台和测试平台“三位一体”的“材料科学系统工程中心”，结合国家大科学工程设施，集中国内材料计算与模拟领域优势力量，通力合作，跟上并引领国际材料领域新一轮发展的浪潮。

2）重点材料示范突破。选择几项国家急需的、战略需要的、国内有良好基础的结构材料和功能材料作为示范突破，通过与平台建设相结合，进行演示示范，为更大范围的推广积累经验。

3）产业链条协同创新。成立一个包括政府机构、科学家和产业代表在内的指导协调委员会，全面协调从材料基础研究、软件开发、数据库建立、测试平台直至产业化的各项工作，以充分发挥我国社会主义制度在统筹科学研究和产业化革命的优越性；建议有条件的教育机构开设相关课程。

1.2 基因组计划

1.2.1基本内容

从宏观上讲，所谓材料基因组可以理解为反映材料某种特性的“基本单元”及其“组装”。基本单元是指能直接反映材料性能差异的最小物质单元，不同材料基本单元是非唯一的，可以是组成物质的任何自然存在的原子、分子、电子、离子、单一相等物质粒子，也可以是这些物质组合而形成的团簇、单元或组合相。而组装是指将这些相同或不同的基本单元以某种工艺或技术结合，形成大尺寸材料。

美国“材料基因组计划”试图创造一个材料创新框架，以期抓住材料发展中的机遇，重点包括以下3方面的内容：计算工具平台、实验工具平台和数字化数据(数据库及信息学)平台。如图1所示：

图1材料创新框架

材料基因组技术包括高通量材料计算模拟、高通量材料实验和材料数据库三大组成要素；其中材料计算模拟是实现“材料按需设计”的基础，可以帮助缩小高通量材料实验范围，提供实验理论依据；高通量材料实验起着承上启下的角色，既可以为材料模拟计算提供海量的基础数据和实验验证，也可以充实材料数据库，并为材料信息学提供分析素材，同时还可以针对具体应用需求，直接快速筛选目标材料；材料数据库可以为材料计算模拟提供计算基础数据，为高通量材料实验提供实验设计的依据，同时计算和实验所得的材料数据亦可以丰富材料数据库的建设。

1.2.2 高通量材料计算模拟

材料基因组技术中所指的高通量计算，是指利用超级计算平台与多尺度集成化、高通量并发式材料计算方法和软件相结合，实现大体系材料模拟、快速计算、材料性质的精确预测和新材料的设计，提高新材料筛选效率和设计水平，为新材料的研发提供理论依据。其中并发式材料计算方法包括第一原理计算方法、计算热力学方法、动力学过程算法等，跨越原子模型、简约模型和工程模型等多个层次，并整合了从原子尺度至宏观尺度等多尺度的关联算法。

1.2.3 高通量实验

“材料高通量实验”是在短时间内完成大量样品的制备与表征。其核心思想是将传统材料研究中采用的顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变。

作为“材料基因组技术”三大要素之一，它需要与“材料计算模拟”和“材料信息学/数据库”有机融合、协同发展、互相补充，方可更充分发挥其加速材料研发与应用的效能，最终使材料科学走向“按需设计”的终极目标。当前，即使在材料计算模拟技术领先的欧美国家，由于受到目前计算能力、理论模型和基础数据的限制，绝大多数材料计算结果的准确性还远不能达到实验结果水平，难以满足实用要求。因此，在由传统经验方法向新型预测方法的过渡中，高通量实验扮演着承上启下的关键角色。首先，高通量实验可为材料模拟计算提供海量的基础数据，使材料数据库得到充实；同时，高通量实验可为材料模拟计算的结果提供实验验证，使计算模型得到优化、修正；更为重要的是，高通量实验可快速地提供有价值的研究成果，直接加速材料的筛选和优化。随着中国材料科技的快速发展和材料基因组方法在研发中不断被广泛采用，高通量实验的重要性将日益彰显。

1.2.3.1 高通量实验制备技术

高通量实验中组合材料样品的制备一般分为“组合”与“成相”2个步骤：1）将多个元素系统性地进行混合，以获得所需的材料成分“组合”；

2）通过扩散或者热力学过程形成晶相或非晶相材料，即“成相”。组合材料样品的制备方法种类繁多，可根据不同应用领域的要求灵活选用。包括:基于薄膜沉积工艺的高通量组合制备技术（基于薄膜形态的组合材料芯片是目前发展最为成熟的高通量材料制备技术。

1.2.3.2 材料高通量表征工具：

高通量微区成分、结构表征：同步辐射光源在从红外至硬X射线全光谱范围内均能实现高亮度微聚焦，同时还具有高准直性、全光谱、高偏振、高纯净等优秀特性，从而能够很好地满足高通量组合材料样品所需的亮度和空间分辨率要求，因此是理想的高通量组合材料表征测试手段。

高通量微区光学性质表征：现有的连续光谱椭偏仪商业产品可提供10μm的空间分辨率和比较广的光谱范围，可用于高通量微区光学性质的表征。除连续光谱椭偏仪外，激光椭偏仪、阴极荧光计、光致荧光测试仪均可实现高通量微区光学性质表征。

高通量微区电磁学性能表征：衰逝微波探针显微镜的微区分辨率是普通的电磁仪表难以实现的，配以自动化的样品台控制和数据采集，可以实现组合材料芯片的高通量、全自动电磁学特性测量。

高通量微区热力学性能表征：利用飞秒脉冲激光技术进行时间域热反射成相，可以达到1μm的空间分辨率和10000点/h的测试速率，广泛适用于薄膜及体材热力学参数的微区表征，包括导热系数、热膨胀系数、熔点、热力学参数（Cp、H，等）、热电参数等。

高通量微区电化学性能表征：美国PrincetonAppliedResearch，AMETEK,Inc.开发的VersaSCAN微区电化学扫描系统是以电化学过程和材料电化学特性为基础的高通量微区电化学测试平台，可提供6种微区电化学测试技术，包括扫描电化学显微镜、扫描开尔文探针、扫描振动电极测试、微区电化学阻抗测试、扫描电解液微滴测试、非接触式微区形貌测试。

1.2.4材料数据库

近年来，大数据这一概念在科学与工程领域兴起并快速扩展，引起大量不同领域研究者的广泛兴趣。现代科学与工程的各个的领域都会涉及大数据概念。湍流模拟过程中追踪流场演变错产生的数据、分子动力学模拟金属塑性变形过程中存储原子空间位置所产生的数据、望远镜资料库中记录星体光谱信息的数据。

基于材料基因组技术的材料发展计划将大数据概念与传统的材料发展紧密联系在一起。从材料、工艺，直到最终的结构件，需要涉及大量的、不同类型的数据。图２为不同阶段、不同尺度范畴结构材料涉及的图像以及背后存在的潜在海量数据大数据概念已经深人到材料科学与工程的各个方面，如材料成分筛选、工艺优化、微结构机理分析、以及物理与力学性能评估等。就一种特定的材料而言，完整的数据信息由结构性数据与非结构性数据构成。结构性数据包括化学成分、加工与热处理艺、微观组织特征、物理性能、以及力学性能（如强度、伸长率、疲劳寿命、裂纹扩展速率、蠕变速率、温度与应变率敏感性等）非结构性数据包括测试用的仪器设备、测试与检测标准、测试环境温度与气氛条件等影响实验数据适用范围、可靠性与置信度等限制性条件，以及为便于数据传播与理解的解释性信息。

图2 跨越不同尺度的结构材料图像

材料数据分为计算数据和实验数据。长期以来，材料数据研究处于单打独斗和小规模的“数据制造-简单处理”模式，往往采用图表和统计方法等传统低通量人工数据处理方法，针对单次或数次计算、实验得出的少量数据进行分析，并对其规律进行猜想和提出经验公式，无法严谨预测和深度挖掘材料本质科学规律，造成材料研究经验结论多于理论的现状，无法完成从“试错”材料研究向材料理性设计的转变，同时也使得相同工作盲目重复进行，极大地浪费了有限的科研资源。

为解决上述问题，目美国麻省理工学院建立的Materials Project数据库，主要集中在无机固体上，尤其以锂离子电池材料为主。Materials Project利用密度泛函理论(density functional theory)收集的巨型数据库来预测模拟物质模型的实际属性。目前该数据库里保存了大约10万种可能存在的材料。为了充分发挥这些据在新材料研发中的作用，研究人员用人工筛选结合机器学习的方式来探索这些数据间蕴含的材料本质性能规律。Materials Project采用分布式计算的原理，使用者可以通过在电脑上下载一个程序来进行运算并返还结果。

美国哈佛大学清洁能源计划建立起来的Molecular Space数据库也是基于密度泛函理论，采用人工加机器学习的方式来挖掘数据库的潜力。目前，Molecular Space数据库在网上发布了230万种元素组合供研究人员使用。

日本国立材料科学研究所建立的材料数据库是在其原有的11个材料数据库基础上整合建立的，涵盖了聚合物、无机非金属材料、金属材料、超导材料、复合材料以及扩散等内容，是目前世界上最大的、最全的材料数据库系统。目前，其含有数据库及应用系统已达到20个，包括8个材料基本性能数据库，3个工程应用数据库，5个在线结构材料数据库以及4个数据库应用系统。目前注册用户超过80000名，分别来自149个国家的21228个组织机构。

1.3 基因组总体目标

2011年6月,美国总统巴拉克·奥巴马在卡耐基·梅隆大学的演讲中宣布了“先进制造业伙伴关系”计划,材料基因组计划是其中的一个重要组成部分.他明确指出了材料基因组计划的总体目标:“将先进材料的发现、开发、制造和使用的速度提高一倍” 《材料基因组计划》拟通过新材料研制周期内各个阶段的团队相互协作，加强“官产学研用”相结合，注重实验技术、计算技术和数据库之间的协作和共享（利益通过学习标识以解决知识产权问题），目标是把新材料研发周期减半，成本降低到现有的几分之一，以期加速美国在清洁能源、国家安全、人类健康与福祉以及下一代劳动力培养等方面的进步，加强美国的国际竞争力。

1.4 培育下一代材料工作者“材料基因组计划”

提出、建立所需网络共享结果和信息，打破材料固有分散多学科性质形成的障碍；建立基础设施并签署协议，促进学术界、政府和工业界的合作，让研究人员、教师和学生都有机会充分利用各种基础设施。根据该计划，2012财年，美国政府将投入1亿美元，拟用数年时间在各个部门之间开展一系列的联合研究行动：①美国能源部（DOE）科学办公室将与国家科学基金会（NSF）携手开发、维护和实施可靠、可互操作和可重复使用的下一代物质设计软件。DOE将通过“材料和化学计算设计”项目，NSF将通过“21世纪科学与工程网络基础设施框架”项目，来协调发展高品质生产软件工具包。②为支持先进软件项目开发，DOE和NSF还将协调发展下一代的表征工具，为算法和软件工具的发展和验证提供基础数据。③美国国家标准与技术研究院主导的“先进材料设计”项目将针对标准基础设施，使材料的发现和优化计算建模和仿真更可靠，该项目将与DOE、NSF的项目密切配合。④美国国防部（DOD）将重点投资计算材料的基础研究和应用研究，提高材料性能，满足广泛的国家安全需求，在材料防御系统保持技术优势，陆军研究实验室、海军研究办公室和空军研究实验室将共同进行该项目的研究。⑤DOE能源效率和可再生能源部门的新一代材料方案将充分利用计算工具，加速制造和新能源材料的表征技术，新投资领域包括：用于制造过程的新材料，提高材料性能和降低制造成本的新复合材料系统，用于预测空间和时间变化的建模和仿真工具等。⑥NSF和DOD将发挥引领示范作用，培育和发展下一代材料工作者，推动建立政府、学术界和产业界的新伙伴关系。1.5 材料基因组计划应用成功实例

美国国家研究理事会(NRC)最近发表的报告《轻质化技术在军用飞机、舰船和车辆中的应用》中引用了两个成功的ICME合金设计实例[180]。一个是由Olson领导设计由QuesTek创新公司开发的FerriumS53飞机着陆架用齿轮钢[181-182]；另一个是GE开发的燃气涡轮机用GTD262高温合金[180,183]。作者作为共同发明人(江亮博士是主导发明者)参与了GTD262合金的设计和开发。它的设计和开发从概念到生产只用了4年时间，研发所用经费是以前同类合金的开发成本的1/5左右。通过把计算热力学相稳定性的预测与GE内部的材料性能模型和数据库的整合，我们设计GTD262的成分一次到位，没有像以前开发合金那样要经过几次来来回回的重复实验才能达到成分的优化。因为设计时考虑到了很多因素，如可铸性、可焊性和抗氧化等，中试和生产过程中也没有出现任何问题。GTD262合金的设计是一个很好的ICME的例子。但希望它的成功不要给人一种错觉，以为现在就可以在把一个全新的合金的研发时间缩短到4年之内。GTD262是修改一个现有的合金(GTD222)而获得的。在GTD222的成分附近，GE有过去的经验数据库以帮助我们设计。如果是一个成分远离现有合金的全新的合金，我们现在还没有所需的以物理/机制为基础的模型和性能数据库来进行合金设计。材料基因组工程就是要建立这样的模型和性能数据库来实现快速设计新材料。

第二章 组合芯片技术

2.1 背景

组合材料芯片技术是近年来发展起来的一种新型的材料研究方法.区别于传统材料研究中一次只合成和表征一个样品的策略,组合材料芯片技术的基本思想在于大量不同的样品通过并行的方式在短时间内被制备而形成样品库(也称作材料芯片),同时结合快速或高通量的检测技术以获得样品的各项特性,从而达到快速发现和优化筛选新型材料体系的目的.该技术自1995年首次报道以来,已引起了材料学界的极大重视,并先后在光学材料、电子材料、磁性材料等多个技术领域中被成功地加以运用。

2.2 组合芯片技术与基因组计划的关系与意义

组合材料芯片是高通量材料实验技术的重要组成部分，可实现在一块较小的基底上，通过精妙设计，以任意元素为基本单元，组合集成多达10~108种不同成分、结构、物相等材料样品库，并利用高通量表征方法快速获得材料的成分、结构、性能等信息，以实验通量的大幅度提高带来研究效率的根本转变，实现材料搜索的“多、快、好、省”。组合材料芯片技术经历了20 年的发展与完善，已形成一系列较为成熟的材料制备技术与表征方法。

高通量材料制备和快速表征是“材料基因组计划”的三大要素平台之一，而“组合材料芯片”技术在高通量材料制备和快速表征平台中占有独特地位，因此它在“材料基因组计划”中的重要意义与作用是不言而喻的。

2.3 组合材料芯片技术发现、优化新材料的过程步骤

2.3.1 材料芯片的设计和制备

根据所要解决的问题,在掌握现有材料结构、理化性质的基础上,设计涵盖范围尽可能宽的材料芯片———由不同成分、不同掺杂的微小试样组成的试样阵列或梯度试样,然后按照所设计的材料芯片,在同一块基片上以相同或相近的条件同时合成大量的材料试样,形成由众多微小材料试样密集组合而成的材料芯片。目前较为成功的制备技术主要有组合溶液喷射法和结合掩模技术的物理沉积法。组合溶液喷射法是最先发展起来的制备技术。但用这种技术制备的材料芯片试样密度较低,在(1in2)的基片上仅包含100个分立试样;结合掩模技术的物理沉积法已广泛应用于薄膜材料芯片的制备。与传统成膜方法不同的是,该方法是在薄膜沉积的同时结合一定的掩模技术(如二元掩模、四元掩模等),并通过掩模的遮蔽和运动,在基片形成特定的成分分布,从而组合成空间可定位的薄膜材料芯片,其试样密度比组合溶液喷射法要高得多,它能够在(1in2)的基片上制备上千个,甚至几十万个成分连续梯度变化的薄膜试样。

2.3.2材料芯片的处理

制备好的材料芯片上的试样还需要通过后续工艺最终形成设计的材料结构。物理沉积制备的材料芯片是通过在中低温下进行长时间的退火处理,促使组元间的充分扩散、亚稳相的形成和防止组元的蒸发,然后再在高温下经固相反应合成所设计的材料。材料芯片在较低温度下长时间退火后的组织同传统的受控固相反应类似。薄膜有限的厚度和大量的界面使之处于高自由能的状态,为组元间扩散和混合提供了驱动力,也为亚稳相的形成提供了可能。

2.3.3 材料芯片的表征

检测材料芯片的目的是从中快速发现具有较好性能的材料配方,即“线索材料”。由于检测技术必须能在其精度范围内正确反映所测材料的性质,对高密度材料芯片的性能测量提出了挑战。考虑到材料试样库上的试样数量多(可达1000或10000个),而每个试样的量很少(微克至毫克量级),单个试样的尺寸非常小(亚毫米至毫米量级),目前传统的材料表征方法大多不能满足组合材料芯片技术研究对高通量表征的需求。因此发展满足不同芯片性能测量要求的相关检测技术极为重要。现在已发展的检测技术有发光性能的检测、介电/铁电性能的检测、电光/磁光性能的检测和材料结构/成分的检测等。

2.3.4 线索材料的优化

通过前面三个基本步骤,尤其是第三步的芯片表征,可以从材料芯片的试样库中发现“线索材料”。围绕着“线索材料”,重新在较小范围设计更精细的材料芯片,重复前面步骤,对线索材料的组分、结构及热处理工艺等条件进行微调和优化。

2.3.5 目标材料的放大

组合材料芯片中的试样都是以薄膜态的形式出现的,经过上述步骤优化出的目标材料(或称先导材料)可以直接作为研究成果以薄膜的形式加以应用转化。另外,组合材料芯片所形成的数据库和目标材料也为粉体和块体材料的开发提供了先导数据。由于三维的块体材料与二维的薄膜材料之间存在一定的差异,需要目标材料的放大制备和放大检测。作为组合材料芯片技术的最后一个步骤,目标材料的放大主要是采用传统方法合成相应的材料(粉体或块体),并对材料的组分、结构及性能与目标材料(薄膜)进行对照,获得与目标材料性能指标一致的材料。

2.4 组合材料芯片技术优势

由组合材料芯片技术获得的研究结果与用传统方法在块体(粉体)试样上获得的结果具有一致性,可以用于先导材料的快速选择和评判。此外,组合材料芯片技术还具有以下明显优势:（1）高效性

采用组合技术来实现新材料的开发和优化,可以减少试验次数、缩小试验规模、降低试验成本、缩短筛选周期,加快发现新材料的速度。同时,利用组合材料芯片技术制备的试样库包含相关化学成分、制备过程参数、试样性能、结构特征等信息,在客观上还大大增加了材料研究过程中意外发现新材料的几率。

（2）数据库的建立

合材料芯片技术可以快速、系统地建立材料性能与各层次结构、组分间的制约关系和关联数据库,为后续的材料设计提供可靠的科学依据。

（3）特别适用于多元材料体系相图的研究

二元、三元相图的研究已证实了组合材料芯片技术的可行性。鉴于四元以上复杂系统相图研究的艰巨性,若以传统方法逐点制备试样,则组合太多,成本太高,耗时太长,而且由于取点密度的限制,一些窄的相区还有可能被漏掉,而这些区域的材料往往有异常的性能。连续组合方法是研究复杂系统相图的有效手段,并能直观形象地将相区、相界显示出来。

(4)理论研究

材料芯片中大量的组合和界面还为扩散动力学、成核生长等理论的研究提供了丰富数据,从中有望发现新的规律,进而丰富材料科学理论。

2.5 组合材料芯片技术应用

组合材料芯片技术与材料芯片的高通量表征水平的发展密切相关,具备什么样的芯片检测技术才能开展相应的材料研究。受材料芯片检测技术的限制,组合材料芯片技术早期主要集中在发光材料、介电/铁电材料、催化剂等的优化和筛选。近年来随着材料结构/成分、纳米压痕测试技术等的建立,组合材料芯片技术开始在金属材料研究中获得应用。在铁-镍二元合金体系的研究中,组合芯片技术体现出很大的优势。Young等选择铁-镍合金为研究对象,采用X射线衍射仪测定晶体结构,采用扫描霍耳探针和扫描磁光克尔效应测量仪测定磁性能,将组合材料芯片技术应用在铁-镍合金组织和性能的研究中,成功得到了铁-镍合金的连续相图。其结果与用传统方法在块体试样上获得的结果基本一致,但用组合技术获得的研究成果系统性好,效率高,研究周期大大缩短。随后Young等又对铁-镍-钴三元合金系进行了研究,进一步证实了这一结果,同时他们还意外发现了两个狭窄的非晶相区,这是以前用传统方法没有发现的,或是因传统方法相对“粗放”而被忽视的相区。

Banerjee等采用组合材料芯片技术研究了生物医用合金钛-铌-锆-钽体系不同成分的组织,同时通过压痕技术测定了芯片中各组分的硬度和弹性模量,建立了成分-组织-力学性能的数据库。同时指出:对Ti-32Nb-10Zr-5Ta合金,当组织中含有20%α相是有益的,此时可以在保持较小弹性模量的同时提高强度;而当组织中不存在α相时,即使合金成分不变,在保持类似弹性模量下强度也将降低。

Seung等利用纳米压痕技术测量了钛-铝成分梯度试样芯片的力学性能,建立了成分-硬度的关系,发现其结果与块体材料一致,证明采用组合材料芯片技术预测块体材料性能的方法是可行的。

Specht等利用同步辐射加速器测定铬-铁-镍试样芯片的成分、结晶相、晶粒尺寸,描绘了铬-铁-镍纳米薄膜在200～800℃退火的三元相图,显示了铬-铁-镍纳米薄膜的相和晶粒尺寸随成分、退火温度的变化情况。Ludwig等则利用组合材料芯片技术研究了铁-铂体系的成分和退火温度对其磁性能的影响,为退火温度的选择提供了依据。

Jun等采用组合材料芯片技术研究了具有形状记忆效应的镍-钛-铜合金体系,得到了滞后温度值与合金成分的关系,研究结果与镍-钛-铜块体合金一致。他们还首次给出了滞后温度值与转变延伸张量的中间特征值之间的关系,并且确定出可以改进控制形状记忆性能的新的合金成分范围。

最近,中科院上海硅酸盐研究所等开展了“组合材料芯片技术在快速筛选及优化镀锌钢板新体系中的应用”的研究。运用组合材料学思想,使用离子束溅射方法,制备了铝-锌全组分的材料芯片,采用纳米压痕方法对材料芯片的力学性能进行了表征。结果显示,随着铝含量的提高,芯片的硬度和弹性模量均增加。这与传统块体材料结论相似,显示材料芯片结果可以用于预测铝-锌材料的力学性能。同时,采用电化学方法对材料芯片的耐蚀性能进行了表征。在综合阳极极化曲线、线性电阻和平衡电位结果后认为,铝质量分数为50%～73%时耐腐蚀性能最好。而目前在工业上得到广泛应用的热镀锌55%Al-Zn合金恰好处于此成分范围。这一研究结果表明组合技术在优选新型钢铁材料时也大有用武之地。

2.6 材料组合芯片技术发展与展望

从组合材料芯片技术的发展趋势分析,自从1995年美国科学家率先提出创新的组合材料方法学思想以来,组合材料芯片技术已成为当今,乃至今后几十年材料研究的主流方向之一。当前,组合材料研究方法已经在发达国家实际应用于材料科学多个分支,由此将给材料科学和相关产业带来新机遇。该技术最诱人的特点在于大幅度缩短材料研究周期、节省资源消耗、降低研究成本等方面的优势。近年来,中国对新材料界(尤其是以钢铁等为代表的传统产业)实现跨跃式发展和突破的要求很强烈。从某种意义上讲,作为发展中国家,往往更加迫切地需要实现跨跃式发展,或者说更加迫切地依赖于超常规的技术和途径,如果能把握和充分利用新兴组合材料学和组合技术所带来的机遇,就有可能实现发展的大跨越。我国在组合材料研究领域虽已有所部署,但还没有形成以产业为背景的研究和开发势头,在这样的情况下,选择我国有基础优势的钢铁或合金材料为切入点,发展组合材料芯片技术与应用研究,必将加速新钢种和合金的研发进程,进而带动相关技术和产业的发展。

第三章 总结

材料基因组技术是近年来全球新材料研发方法的革命，在美国被列为国家发展战略，在我国被列入新材料重大科技专项的重要主题之一。材料基因组技术是材料研发新理念与高性能计算、材料基因芯片、大数据、互联网+等现代信息技术深度融合的产物，是典型的多学科交叉，是新兴学科生长点。

材料基因组技术旨在数十倍乃至数百倍地加速新材料从研发到应用的进程，提高效率，降低成本，支撑包括电子信息、能源环保、航空航天等先进制造业的发展，是国民经济和国家安全的重要保障。

材料基因组技术基于计算材料科学、高通量实验表征与测试、数据库与数据挖掘技术等，是对传统新材料研发模式提出的全新的变革，是材料科学研究与新材料研发在新时期的重要突破与创新，是解决国计民生与国防工业中关键技术材料瓶颈的重要途径。自材料基因组计划提出以来，得到材料科学家的积极响应并取得一系列重要进展。但是，在当前条件下完全建成材料基因组技术所需要的软件与硬件基础，完全抛弃实验支撑而直接计算出新材料 的成分与工艺，实现新材料的完全按需设计，仍然是不现实的。通过建设与发展高通量计算模拟、高通量实验样品制备与表征、服役环境下材料力学行为的计算模拟、以及数据库等技术，并基于已有的海量实验数据结果，充分利用传统材料科学领域中对材料成分、工艺、微结构与力学性能相互关联规律的认识，积极发挥材料基因组技术在新材料研发过程中的作用、切实推进材料基因组技术发建设与发展，对充分认识并全面推进材料基因组技术在新材料研发中的变革与突破，具有极其重要的意义与价值。

中国的新材料产业与先进国家相比，整体水平仍存在较大差距。

在此背景之下，中国材料界对材料基因组技术已形成基本共识，即必须顺应国际新材料研发的趋势，尽快启动中国版的“材料基因组计划”，变革以“炒菜法（试错法）”为基础的材料研发传统模式，实现新材料领域的超常规速度发展。

材料基因组计划是以市场与应用为导向的材料研发新理念，是新材料研发的“加速器”。中国版材料基因组计划必须根据国情，面向国家战略需求，围绕加速新材料应用。与欧美国家相比，中国的差距是宽谱的、全方位的。因此，需要首先做好5项工作：

1）建设基于材料基因组技术的先进材料创新基础研发平台； 2）尽快研发自主的软硬件技术与工具；

3）大力传播材料基因组技术提出的高效率研究方法、文化和理念； 4）通过国家级科研项目进行有导向性的推广； 5）加快培养材料基因组技术领域专业人才。

材料基因组技术是材料科学技术的一次飞跃，在中国实施材料基因组计划，就是要构建将先进实验工具、模型计算手段与数据无缝衔接的新型材料创新技术框架体系，用高通量并行迭代替代传统试错法中的多次顺序迭代，逐步由“经验指导实验”向“理论预测、实验验证”的新模式转变。在前期充分发挥中国在高通量实验技术上的相对优势，逐渐向“计算引领”过渡，以加速中国关键新材料的“发现—开发—生产—应用”进程，推动中国新材料产业跨越式发展。只有这样，才能实现习近平主席提出的“推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变”的目标。

参考文献：

[1].中国材料基因组计划如何跨出第一步?[J].中国材料进展,2014,Z1:528-529.[2]刘俊聪,王丹勇,李树虎,陈以蔚,魏化震.材料基因组计划及其实施进展研究[J].情报杂志,2015,01:61-66.[3]王海舟,汪洪,丁洪,项晓东,向勇,张晓琨.材料的高通量制备与表征技术[J].科技导报,2015,10:31-49.[4]项晓东,汪洪,向勇,闫宗楷.组合材料芯片技术在新材料研发中的应用[J].科技导报,2015,10:64-78.[5]赵继成.材料基因组计划简介[J].自然杂志,2014,02:89-104.[6]赵继成.材料基因组计划中的高通量实验方法[J].科学通报,2013,35:3647-3655.[7]关永军,陈柳,王金三.材料基因组技术内涵与发展趋势[J].航空材料学报,2016,03:71-78.[8]向勇,闫宗楷,朱焱麟,张晓琨.材料基因组技术前沿进展[J].电子科技大学学报,2016,04:634-649.[9]王海舟.材料基因组计划中的新材料表征技术实验平台[A]..分析科学 创造未来——纪念北京分析测试学术报告会暨展览会（BCEIA）创建30周年[C].:,2015:2.[10]万勇,黄健,冯瑞华,姜山,王桂芳.浅析美国“材料基因组计划”[J].新材料产业,2012,07:62-64.[11]刘茜,陈伟,刘庆峰,归林华,朱丽慧,王利.组合材料芯片技术应用最新进展——新型合金材料的快速发现和优选[J].科技导报,2007,23:64-68.[12]罗岚,徐政,许业文,刘庆峰,刘茜.物理气相法制备材料芯片的发展[J].材料导报,2004,02:69-71+64.[13]秦冬阳.组合材料芯片技术在钛合金研究中的应用[D].东北大学,2010.[14]朱丽慧,朱硕金,刘茜,刘庆峰,王利.组合材料芯片技术及其在金属材料研究中的应用[J].机械工程材料,2008,01:1-4.

第三篇：材料基因组计划(MGI)专题学习报告

材料科学与工程前沿课程报告

第一部分：材料基因组计划（MGI）专题学习报告

学院：材料科学与工程学院 专业：材料科学与工程 姓名：XXXXX 学号：XXXXX 班级：XXXXX

2012年11月19日

第1页 材料基因组计划（MGI）专题学习报告

摘要：在美国2012 年财政预算中，新增了1 亿美元用以支持一项名为“材料基因组”的创新计划。美国“材料基因组计划”试图创造一个材料创新框架，以期抓住材料发展中的机遇，这个试图揭示物质构成、不同元素排列与材料功能之间关系，进而实现有目的设计新材料的科学工程，有着更强烈的实用和需求背景，也是美国为保持其在先进材料及高端制造业领域领先地位的一大举措。十多年前的中国没有能抓住“人类基因组计划”的先机，面临比“人类基因组计划”更为重要和广泛的“材料基因组计划”，我们不能再次丧失历史机遇。本文主要介绍我对材料基因计划的认识和对我们国家如何能抓住这次历史机遇提出自己的认识并提出展望。

关键词：材料基因组计划历史机遇新材料材料数据库 引言：

2011 年6 月24 日，美国总统奥巴马宣布启动一项价值超过5亿美元的“先进制造业伙伴关系”（Advanced ManufacturingPartnership，AMP）计划，呼吁美国政府、高校及企业之间应加强合作，以强化美国制造业领先地位，而“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative，MGI）作为AMP 计划中的重要组成部分，投资将超过1 亿美元。“材料基因组”计划是“先进制造业伙伴关系”计划的主要基础部分，新兴材料才是新型制造业的基础。MGI 的实施正是抓住了AMP计划实施的“牛鼻子”，是重中之重[1]。这是金融危机之后，美国政府意识到仅靠服务业已无法支撑美国经济走出泥潭，必须重振制造业。美国制造业的振兴不是传统制造业的复兴，而是新兴制造业的培育，其中建立在材料科学基础上的新材料产业是重点之一。

2011年9月16日，奥巴马签署了《美国发明法案》，对现行专利体制进行重大变革，并宣布了一系列旨在促进科研成果转化的重要政策措施。可以看出，美国当前的科技政策更加重视科技成果的商业化和开发新市场的改革，“材料基因组计划”也体现出了这一特点：该计划将大大加快材料投入市场的种类及速度，并可通过降低研发成本和周期降低失败风险。

回顾1999 年中国参与了“人类基因组”计划的研究，负责其中3号染色体短臂上约3000万对碱基的测序任务。虽然参加时间晚，承担任务最少，占总任

第2页 务的1%，但工作效率和工作质量却得到了国际HGP项目组的公认，于2001年8 月26日完成了中国卷部分。但是坦诚的说，中国并没有赶上这次计划的机遇，近10年来，“人类基因组”研究的成果，应用在研究人类乃至生命本质一系列问题上所展示的光辉，无不令世人惊叹，参加“人类基因组”计划（HGP）计划我们晚了，MGI计划我们不能再晚了，要抓住机遇，将我们国家的新材料研究水平提上一个新的水平。

一、“材料基因组计划”的主要内容

“材料基因组计划”是美国经过信息技术革命后，充分认识到材料革新对技术进步和产业发展的重要作用，以及在复兴制造业的战略背景下提出来的。其主要目的是试图把新材料的开发周期缩短一半，打造全新“环形”开发流程，推动材料科学家重视制造环节，并通过搜集众多实验团队以及企业有关新材料的数据、代码、计算工具等，构建专门的数据库实现共享，致力于攻克新材料从实验室到工厂这个放大过程中的问题。材料基因组计划主要包括3大系统：材料超级计算系统、材料性能扫描测试技术系统和材料设计性能数据库与信息平台系统。该计划可能的影响：一是将进一步发挥和加强美国的技术优势和创新能力；二是将进一步增强美国在新材料产业的领先地位；三是为美国进一步做大先进制造业打下关键和坚实的基础，四是将开创新材料研发的新局面。

与“人类基因组工程”类似，“材料基因组工程”是通过高通量的第一性原理计算，结合已知的可靠实验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料，建立其化学组分、晶体和各种物性的数据库，并利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式，为材料设计师提供更多的信息。

根据以上内容可知MGI的重点内容就是：（1）打造材料创新基础。将开发新的集成式计算、实验和数据信息学工具，将这些贯穿整个材料研发链，提高预测能力，用新标准实现整个材料的创新基础数字化信息的整合，与现代产品的设计框架无缝结合，推动材料工程研发、设计的快速化、全面化发展。（2）开发数据共享平台。数据共享将促进不同开发阶级的各国科学家和工程师跨国跨学科交流。（3）通过先进材料计划，希望在国家安全材料研发方面投入巨资，特别关注轻质保护材料、电子材料、储能材料、生物替代材料、稀土关键材料等领域。

第3页 美国国家科学院国家研究理事会在其综合计算材料的报告中展望了“材料基因组计划”潜在的优势：结合材料计算工具与信息以及复杂的已在工程领域使用的计算和分析工具，材料的开发周期可从目前的10~20年缩短为2~3年。

二、“材料基因组计划”的意义

国外提出“材料基因组”（亦称之为“材料基因工程”）的概念，“材料基因组”主要包括3大系统：材料超级计算系统、材料性能扫描测试技术系统和材料设计性能数据库与信息平台系统。此3大系统是新材料设计的3大支柱，其目的就是寻找和建立材料从原子排列到相的形成到显微组织的形成到材料性能与使用寿命之间的相互关系，把成分-结构-性能关系的数据库与计算材料设计结合起来，以期加快材料研发速度、降低材料研发的成本、提高材料设计的成功率，从而缩短材料开发的时间跨度[2]。

“材料基因组（工程）”是一种新提法，本质上仍为材料计算模拟，作为一个交叉领域，综合了凝聚态物理、材料物理学、理论化学、材料力学、工程力学和计算机算法等相关学科。半导体超晶格材料、非线性光学材料和自旋电子材料等都是材料设计的成功范例。

目前，大部分材料的设计与测试是通过耗时的重复实验来完成的，实际上，有些实验通过计算工具就能完成。计算不仅可以深入理解材料的细节，节约研发成本，而且在某些特殊情况下，计算可以用来代替或指导实验，例如：材料还未能制备出来，无法测量它们的性质；有些材料可能会对人体健康有害，或者处在高压、超低温、强磁场等某些极端条件下，实验测量很难实现或者耗费巨大。“材料基因组计划”将为新的研究范式发展提供一个必要的工具集，强大的计算分析将减少对物理实验的依赖，改进的数据共享系统和更加一体化的工程团队将允许设计、系统工程和生产活动的重叠与互动。这种新的综合设计将结合更多的计算与信息技术，再加上实验与表征方面的进步，将显著加快材料投入市场的种类及速度。

三、“材料基因组计划”的展望

从大的方面来讲，新材料产业已被世界公认为最重要、发展最快的高新技术产业之一。新材料与信息技术、生物技术共同构成了当今世界高新技术的三大支柱，成为产业进步、国民经济发展和保证国防安全的重要推动力。因此，工业发

第4页 达国家都高度重视新材料在国民经济和国防安全中的基础地位和支撑作用，为保持其经济和科技的领先地位，都把发展新材料作为科技发展战略的优先目标，在制定国家科技与产业发展计划时，无不将新材料列为优先发展的关键技术之一，给予重点关注。

“材料基因组（工程）”科学研究具有2方面的重要作用：一是为高技术新材料研制提供理论基础和优选方案，对新型材料与新技术的发明产生先导性和前瞻性的重大影响；二是可以促进材料科学与工程由定性描述跨入到定量预测阶段，提高材料性能和质量，大幅缩短从研究到应用的周期，对经济发展和国防建设作出重要贡献。

许多国家都加大了材料理论与计算设计方面的人力和财力投入，都在争夺该领域某个方面的领先地位和知识产权。例如，日本在玻璃、陶瓷、合金钢等材料的数据库、知识库和专家系统方面开展了很多工作；美国在计算材料科学方面一直处于领先水平，橡树岭国家实验室、美国国家标准与技术研究院、麻省理工学院等也都有一定的优势。

材料计算模拟与材料的制备/加工、材料表征同属于共性材料技术。在未来的发展趋势方面，随着计算技术的快速发展、科学理论模型的日渐成熟，在微观、介观和宏观等不同层次上，在分子、原子、电子等不同层面，按预定性能设计新材料将日趋成熟；以“按需设计材料”为目标的多尺度、跨层次材料设计将得到重视；材料微结构的协同设计也会受到关注。

四、“材料基因组计划”在国内的进展情况

我在“十二五”规划听取意见的时候已经提出过，最重要的是建立材料科学的平台，上海是有这个优势的，这个平台包括材料基因组计划所需要的数据库、工艺流程、大量的原始数据以及国内外同行做成功的大量材料的案例。比如我所在的中科院上海硅酸盐研究所和国内相关研究所研究各种晶体，在通过大量掺杂数据和由此产生新晶体和新功能方面有不少数据，如果别人能够查阅到这些数据，就能避免将已经探索过的路再走一遍[3]。

要公开自己积累的数据不是那么容易的，这其中牵扯到各个科研机构的利益问题，所以没能够实施。

为应对美国提出的材料基因组研究计划，深入探讨我国应如何规划、实施自

第5页 己的材料科学系统工程，以“材料科学系统工程”为主题的S14次香山科学会议学术讨论会，于2011年12月21~23日在北京举行。与会专家在讨论中指出：(1)我国亟须整合现有零散的计算算法和程序开发小组，集中优势力量，形成规模化的长期稳定的开发队伍，开发自主知识产权的第一性原理计算软件，摆脱国外软件的垄断和限制；(2)建设以第一性原理计算为主的多层次材料计算和预测平台，以基地或中心建设为主，坚持软硬件结合，形成对用户的有效支持；(3)建立合理的评价体制，培养各领域的能够发展算法和开发程序的交叉型人才，建立计算平台开发梯队。

为加速我国新材料的研发过程，发展真正有用的国际领先的新材料，并为我国的新材料产业化体系提供技术和人才储备，我们急需抓住这次机遇，整合和完善我国的材料研究和产业化体系。专家建议：共用平台协同建设；重点材料示范突破；强化政策导向作用；个人认为这些还是要走中国特色道路，和平演变，稳定各方机构的既得利益，这样的话中国的材料基因组研究计划将还需要更长的时间才能真正形成模式，可能在一定时间之内无法赶上国际水平。

五、总结与展望

综上所述，“材料基因组计划”将是一个规模宏大的计划，将可能会引发新材料研发的一场革命，世界各国正在争相引入，不断加大投入，我国也要尽快实施、规划自己的材料科学系统工程相关，虽然我们国家相比于发达国家还存在很多问题，像数据库建立、企业参与不灵活、科学技术体制深化不够等问题，不过我相信，在中央有关部门的政策引导和国内各方的积极参与下，我国的材料基因计划也将能有很好的明天。

参考文献：

[1]徐子成，陈思浩，涂闽，从“人类基因组”计划说到“材料基因组”计划[J]，上海化工，2012，37(9)：1-2 [2]万勇，黄健，冯瑞华，姜山，王桂芳，浅析美国“材料基因组计划”[J]，新材料产业，2012，07：62-64 [3]沈湫莎，江世亮，悄然启动的“材料基因组”计划[J]，文汇报，2012，008，1-5

第6页

第四篇：主要动植物功能基因组研究重大项目课题申请指引

附件1：

863计划现代农业技术领域“主要动植物功能基因组研究”

重大项目课题申请指南

一、指南说明

动植物功能基因组研究为人类认识生物、改造生物提供重要基础，已成为农业高技术的重要组成部分，同时也是农业生命科学领域国际竞争的焦点。本项目依据我国经济社会，特别是农业农村经济发展的重大需求和现有研究开发基础，以水稻和家蚕为支持重点，同时支持有较好研究基础的主要动植物，以获得一大批有重要应用价值的基因产权为主要目标，系统开展功能基因组研究，为主要动植物品种改良，实现“高产、优质、抗逆、生态、安全”发展目标提供基因资源和知识基础。

项目利用“十五”建立的水稻功能基因组的技术平台，系统开展水稻产量、品质、抗病抗逆、营养高效性状的功能基因组研究，克隆验证新基因和调控因子，应用芯片技术建立水稻重要农艺性状的全基因组表达谱，并开展比较基因组学研究和第3、4染色体功能基因的系统鉴定；利用水稻、拟南芥等模式植物功能基因组的技术平台，开展小麦、玉米、棉花、油菜、大豆、花生、番茄等作物的功能基因组研究，克隆验证重要农艺性状基因；建立家蚕和家鸡的功能基因组研究技术平台，分离克隆与家蚕丝蛋白质合成、性别决定、发育变态、分子免疫和对微生物抵抗性、鸡的生长、品质、抗性、繁殖等重要经济性状相关的重要功能基因和调控因子。

项目的总体目标为：建立并完善水稻、家蚕大规模地开展功能基因组研究的技术体系；建立水稻产量、品质、抗逆、营养高效等重要性状的全基因组表达谱，揭示表达调控网络，初步弄清水稻第3、4两条染色体大部分基因的功能；克隆水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、油菜、花生、番茄、家蚕、家鸡等物种新基因和调控因子1700个以上，其中50个以上有重要应用前景；申请基因（含调控因子）专利450个以上，发表高水平研究论文400篇以上。通过项目的实施，使我国水稻功能基因组研究领域整体达到国际领先水平；小麦、玉米、大豆、棉花、油菜、花生、番茄等作物的功能基因组研究具备一定的规模，并在国际上形成局部优势；建立较完善的家蚕功能基因组研究的技术平台，家鸡功能基因组研究取得较大进展，形成进入国际先进水平的能力。

此次发布的是现代农业技术领域“主要动植物功能基因组研究”重大项目的课题申请指南，安排国拨经费1.7亿。

二、指南内容 课题1.水稻产量性状的功能基因组研究

研究目标：分离克隆控制水稻产量和杂种优势的基因并验证功能。

研究内容：通过对课题前阶段产生的突变体库进行系统筛选，获得水稻株型、穗型、粒重、生育期等性状的突变体，分离克隆基因及调控因子；系统建立产量性状和杂种优势的基因表达谱，鉴定特异表达基因的功能，分析其对提高产量和增强杂种优势的价值；图位克隆法分离克隆产量性状基因（QTLs）。

考核指标：分离克隆调控水稻株型、穗型、粒重、生育期等性状的基因及调控因子300个以上，其中有重要应用前景基因10个以上，申请专利120项以上，发表高水平研究论文70篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨2700-2800万。课题2.水稻品质性状的功能基因组研究

研究目标：分离克隆控制稻米品质的基因并验证功能。研究内容：通过对课题前阶段产生的突变体库的系统筛选，获得稻米外观品质、食味品质、蒸煮品质、营养品质等性状的突变体，分离克隆基因及调控因子；图位克隆法分离克隆稻米品质基因（QTLs）。考核指标：分离克隆调控稻米外观品质、食味品质、蒸煮品质、营养品质等性状的基因及调控因子300个以上，其中有重要应用前景基因5个以上，申请专利80项以上，发表高水平研究论文60篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨2700-2800万。

课题3.水稻抗逆和营养性状功能基因组研究

研究目标：分离克隆控制水稻生物和非生物逆境、氮磷养分吸收和利用效率的基因并验证功能。

研究内容：通过对课题前阶段产生的突变体库的系统筛选，获得水稻抗病、抗旱、抗盐、氮磷营养高效等性状的突变体，分离克隆基因及调控因子；系统建立病原、逆境、低氮低磷等条件胁迫的基因表达谱，系统鉴定胁迫条件下特异表达基因的功能，分析其对提高抗逆和营养利用效率的价值；图位克隆法分离克隆抗逆和营养性状基因（QTLs）。

考核指标：分离克隆调控抗病、抗旱、抗盐、氮磷营养高效等性状的基因及调控因子300个以上，其中有重要应用前景基因10个以上，申请专利100项以上，发表高水平研究论文70篇以上。支持年限：5年

经费来源：国拨2700-2800万。

课题4.水稻第3、4染色体基因的功能分析

研究目标：确定第3、4染色体大部分基因的表型效应。研究内容：通过比较基因组学分析，系统分析和鉴定水稻3、4号染色体功能基因；突变体库（项目十五期间我国自行构建及必要的国外引进）与RNAi及其它基因功能分析技术相结合，田间种植并辅之以干旱、低氮、低磷等胁迫条件筛选，系统鉴定基因功能。

考核指标：初步阐明水稻3、4号染色体大部分基因对表型的影响，分离新的功能基因100个以上，申请专利20项以上，发表高水平研究论文5篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨900-1000万。

课题5.水稻功能基因组研究技术和信息平台的完善 研究目标：建立完善水稻功能基因组研究平台技术。

研究内容：繁殖、整理好已建成的突变体库，进一步分离侧翼序列，使70%以上的转基因株系有侧翼序列的标签；进一步分离克隆全长cDNA，使全长cDNA克隆总数覆盖基因数的90%；完善水稻功能基因组的各种数据库及生物信息分析系统和设施；建立基因组水平DNA甲基化分析技术、组蛋白甲基化和乙酰化修饰等功能基因组新的平台技术。

考核指标：数据完整、能对外及时供种的突变体株系20万个，其中70％有侧翼序列，覆盖全基因组90％以上基因的全长cDNA，较完善的稻属比较基因组学数据库和技术平台。

支持年限：5年

经费来源：国拨900-1000万。课题6.小麦抗病性状功能基因组研究

研究目标：分离克隆控制小麦主要病害的抗病基因并验证功能。研究内容：以小麦对白粉病、赤霉病、条锈病、纹枯病和黄矮病的抗性为研究对象，利用具有我国特色的遗传资源，研究小麦基因组中的抗病基因（R基因）、抗病信号传导基因、防卫反应基因的数量、结构与基因组分布，鉴定和分离与抗病过程紧密相关的关键新基因，明确关键新基因的物理定位、表达调控规律、生物学功能以及经济利用价值。

考核指标：获得与小麦抗白粉病、赤霉病、条锈病、纹枯病和黄矮病相关的基因300个以上，关键新基因10个以上，其中3个具有重要应用前景，申请专利10项以上，发表高水平研究论文20篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨450-550万。

课题7.小麦营养高效利用性状功能基因组研究

研究目标：分离克隆控制小麦氮磷吸收利用效率基因并验证功能。

研究内容：以小麦对磷和氮高效利用性状为研究对象，利用我国特有的遗传资源，鉴定和分离与磷、氮高效利用密切关联的相关和关键新基因，明确关键新基因的物理定位、表达调控规律、生物学功能以及经济利用价值。

考核指标：获得与小麦高效利用磷、氮营养元素相关的基因100个以上，关键新基因5个以上并验证其功能，其中2个具有重要应用前景。申请专利10项以上，发表高水平研究论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨450-550万。课题8.玉米功能基因组研究平台建设和农艺性状基因的克隆 研究目标：获得玉米全长cDNA库和突变体库，克隆农艺性状基因。

研究内容：以我国玉米生产上广泛应用的自交系为材料构建全长cDNA文库2-3个，进行测序和生物信息学分析，供基因克隆和表达分析使用。同时，通过转座子（特别是Mu）或农杆菌介导转座子插入等多种方法，建立我国的玉米突变体库，获得独立的突变体2000个以上，并对突变体进行初步的遗传分析。在此基础上，克隆与玉米产量等重要农艺性状相关的基因，并进行基因的表达特性和功能分析。

考核指标：获得玉米全长cDNA克隆和序列信息5000条；获得玉米突变体材料2000份，应用突变体分离克隆农艺性状基因5个以上。申请专利10项以上，发表高水平研究论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨200-300万。

课题9.玉米抗逆、抗病、品质的功能基因组研究

研究目标：分离克隆玉米抗病、抗逆、品质基因并验证功能。研究内容：通过基因表达谱分析、比较基因组和同源克隆等方法筛选玉米抗逆、抗病和品质等候选基因。在此基础上，进行基因表达产物分析、转基因功能验证（过量表达、基因沉默技术和RNA干扰技术等）、转基因模式植物和转基因玉米的生理遗传学分析等，确定目标基因的功能，进而分析这些基因在玉米遗传改良中的利用价值和途径。

考核指标：鉴定出调控玉米抗逆、抗病、品质等重要农艺性状的候选基因100个，包括具有重要应用价值的新基因5个以上。申请基因（含调控因子）专利10个，发表高水平研究论文20篇。

支持年限：5年

经费来源：国拨250-350万。

课题10.棉花抗衰相关功能基因的克隆与验证

研究目标：分离克隆棉花抗早衰、抗逆基因并验证功能。研究内容：构建逆境诱导的全长cDNAs 文库，筛选与抗逆相关基因，研究基因表达；分离鉴定与抗早衰、抗旱、耐盐碱的相关基因，研究其表达模式，阐述棉花抗早衰、抗旱、耐盐碱的分子机制；分离特异启动子，并进行功能验证。

考核指标：鉴定抗早衰、抗旱、耐盐碱特异表达的全长cDNA 1000条；获得在棉花早衰、抗旱、抗盐中具有利用价值的关键基因5个以上，其中有重大应用前景的功能基因3个以上；分离特异启动子2-3并验证其功能。申请专利5个；发表高水平论文10篇。

支持年限：5年

经费来源：国拨200-300万。

课题11.棉花纤维品质相关功能基因的克隆与验证 研究目标：分离克隆棉花纤维品质基因并验证功能

研究内容：构建棉花纤维发育时期的全长cDNA 文库，筛选与棉花纤维品质相关的基因，研究其表达谱；克隆棉花纤维起始、延伸、加厚（生长素合成、乙烯合成、延展蛋白、纤维素合成酶等）相关的基因，研究其在棉花纤维和品质形成中所起的作用；分离棉花纤维发育基因表达的调控因子、特异启动子，并研究其表达模式。

考核指标：鉴定棉纤维突起及快速伸长期特异性表达的全长cDNA 1000个，获得纤维主要发育时期的关键基因5个以上，并研究其功能，其中有重大应用前景的功能基因2个以上。申请专利5项；发表高水平论文10篇。

支持年限：5年

经费来源：国拨200-300万。

课题12.大豆优质基因的克隆及功能研究 研究目标：分离克隆大豆蛋白质、油份形成关键基因并验证功能。研究内容：构建大豆种子发育时期全长cDNA文库，筛选与大豆蛋白质和油分形成相关的全长cDNA，研究基因的表达谱；利用模式植物和大豆基因组的共线性关系，筛选大豆蛋白质和油分形成的关键基因，并进行功能研究。

考核指标：获得品质相关全长cDNA 1000条以上；克隆控制大豆油分和蛋白质相关基因30个，鉴定10个以上键基因并验证其功能，发掘有重要应用价值的基因1－2个；申请专利10个以上，发表高水平论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨250-350万。

课题13.大豆抗病、抗逆及广适应性基因的克隆及功能研究 研究目标：分离克隆大豆抗病、抗逆及广适应性基因并验证功能。研究内容：利用遗传作图、TILLING和模式植物生物信息分析等方法，克隆与生态适应性相关的基因，筛选出控制大豆开花及光周期反应的关键基因，研究其功能并阐明其信号传导网络；克隆抗病、抗逆相关基因，分析等位基因的变异，鉴定关键基因的功能并阐明其分子机理。

考核指标：鉴定与大豆病害（大豆花叶病毒病、大豆疫霉根腐病等抗性）、大豆生态适应性（光周期反应、开花）相关基因20个以上；获得抗病、广适应性关键基因5个以上，并验证其功能，其中有重大应用价值新基因1－2个；申请专利10个以上，发表高水平论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨250-350万。

课题14.油菜抗菌核病和抗逆相关基因的克隆与功能分析 研究目标：分离克隆油菜抗菌核病和抗逆基因并验证功能。研究内容：通过比较基因组学等方法克隆抗倒、抗寒、磷高效基因；利用基因过表达、RNAi、酵母双杂交、多元表达载体等技术，研究抗菌核病和抗逆基因的功能。

考核指标：鉴定与抗病和抗逆的相关基因40个；获得功能明确的抗病、抗倒伏、抗寒、磷高效基因或调控因子10个以上，其中具有重要应用价值的新基因3个以上，申请专利10 项以上，发表高水平论文10篇以上。支持年限：5年

经费来源：国拨200-300万。

课题15.油菜品质和杂种优势利用相关基因的克隆与功能分析 研究目标：分离克隆油菜品质和杂种优势利用相关基因并验证功能。

研究内容：利用图位克隆、染色体步移等方法，克隆油菜雄性核不育基因、恢复基因和调控因子；利用拟南芥基因组芯片技术，研究核不育和育性恢复近等基因系的基因表达谱，克隆调控因子或关键基因；采用TILLING/ECOTILLING、图位克隆、T-DNA插入等方法，分离与油脂品质形成（高油酸、低亚麻酸、低硫苷、低芥酸和黄籽基因）及鞘脂形成的关键基因；利用基因过表达和RNAi等技术，研究控制育性基因或油脂品质形成基因的功能及其相互作用网络。

考核指标：鉴定与雄性不育及其育性恢复、油脂和品质形成（高油酸、低亚麻酸、低硫苷、低芥酸和黄籽基因）、鞘脂形成的相关基因20个；获得控制育性、含油量及品质形成的关键基因10个以上，明确其功能，其中有重要应用价值的新基因2个以上，申请专利10项以上，发表高质量的论文10篇以上。

支持年限：5年 经费来源：国拨200-300万。

课题16.花生脂肪酸代谢的相关基因克隆与功能研究 研究目标：分离克隆花生脂肪酸代谢的相关基因并验证功能。研究内容：构建花生种子发育时期的全长cDNA文库，建立花生不同发育时期的基因表达谱；克隆花生含油量和脂肪酸合成相关基因，鉴定控制花生含油量和脂肪酸合成的关键基因，并阐明其功能。

考核指标：获得与含油量和脂肪酸合成相关的全长cDNA 200条以上，克隆控制花生种子含油量和脂肪酸合成的关键基因5个以上，并鉴定其功能，其中有重大应用前景的功能基因2个以上；申请专利5项以上，发表高水平论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨200-250万。

课题17.花生抗病基因的克隆及功能研究 研究目标：分离克隆花生抗病基因并验证功能。

研究内容：构建病原菌诱导的全长cDNA文库，建立抗病基因表达谱；同时，利用比较基因组学方法，克隆与抗病（黄曲霉、青枯病等）相关基因；分离控制花生抗病的重要基因并进行功能研究。考核指标：获得与抗病性相关的全长cDNA 200条以上；克隆抗病基因5个以上并验证其功能，其中有重大应用前景的功能基因2个以上；申请专利5项以上，发表高水平论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨200-250万。

课题18.番茄重要功能基因的克隆与验证

研究目标：分离克隆番茄抗病虫新基因并功验证能。

研究内容：大规模筛选番茄抗性缺失突变体，通过图位克隆的方法分离番茄抗病虫新基因及其调控基因；鉴定在抗虫、病反应中起重要作用的功能基因及其调控基因。

考核指标：鉴定出100个可能调控重要农艺性状的（直系）候选基因；分离和鉴定重要基因50个，包括2个以上具有重要应用价值的新基因；申请专利10项以上，发表高水平论文10篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨280万。

课题19.家蚕功能基因组研究平台技术

研究目标：建立家蚕功能基因组研究所必须的平台技术。研究内容：建立家蚕全基因组芯片和分析技术，蛋白质双向电泳和图谱分析技术，适应于功能基因组研究的家蚕遗传资源体系，重点建立覆盖家蚕所有连锁群的近等位基因系统，高效转基因技术。

考核指标：设计制作包括20000个探针以上的家蚕全基因组芯片；建立以2-D和质量指纹图谱为核心的家蚕蛋白质组学研究体系；制作30个覆盖家蚕主要连锁群的等位基因系统。申请专利1项，发表高水平论文15篇。

支持年限：5年

经费来源：国拨500-600万。

课题20.家蚕基因表达谱和蛋白质组研究

研究目标：建立家蚕主要器官的基因表达谱和蛋白图谱，分离功能蛋白。

研究内容：应用家蚕全基因组芯片，建立重要发育时期、重要组织器官的基因表达谱；应用蛋白质组学技术，建立重要发育时期，主要组织和器官的蛋白质电泳图谱，鉴定功能蛋白；建立家蚕基因组表达和蛋白质组学数据库。

考核指标：利用家蚕全基因组芯片对家蚕15个主要发育时期和组织器官的基因表达特征进行研究，建立表达图谱；利用蛋白质组学和比较蛋白质组学，研究蛋白质在不同时期和器官的表达特征，获取50个特征蛋白，建立家蚕基因表达和蛋白质数据库。申请专利5项，发表高水平论文10篇。

支持年限：5年

经费来源：国拨650-750万。

课题21.家蚕重要经济性状功能基因克隆

研究目标：分离克隆家蚕丝蛋白质合成、性别决定、发育变态和对微生物抵抗性等重要性状基因，并验证功能。

研究内容：重点围绕家蚕丝蛋白质合成、性别决定、发育变态和对微生物抵抗性等重要经济性状，分离克隆功能基因和调控因子。

考核指标：克隆丝蛋白质合成、性别决定、发育变态、分子免疫和对微生物抵抗性等重要性状新基因和调控因子30个以上，其中5个以上有重要育种应用前景；基本阐明其中5个重要基因的生物学功能和其调控机理。申请专利25项，发表高水平论文20篇。

支持年限：5年

经费来源：国拨650-750万。

课题22.家鸡重要经济性状功能基因组研究 研究目标：分离克隆重要生产性状的基因，并验证功能。研究内容：利用资源群体，精细定位影响重要生产性状的数量性状座位，通过建立重要QTL区域的高密度SNP单体型图结合连锁不平衡（LD）、候选基因关联、图位表达谱变异分析等方法，鉴定和克隆其功能基因；通过全基因组的寡核苷酸或cDNA芯片，建立肌肉、卵巢、免疫组织等分化、发育、代谢和衰老的转录组、生理组、化学代谢组，鉴定和分离相关功能基因。

考核指标：本课题要精细定位重要数量性状座位50个以上，克隆并阐明分子机理的重要功能基因5个以上，建立2-3重要性状的基因表达谱，申请专利15-20项，发表高水平论文15篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨500－600万。课题23.家鸡表观基因组技术及功能研究

研究目标：分析表观遗传现象与表型变异的关系。

研究内容：确定重要染色体区域甲基化、组蛋白乙酰化与表型变异的关系；克隆和鉴定小分子RNA等非编码RNA，分析其对重要生产性状形成的影响，利用RNAi等技术主要生产性状发育、表达和调控的相关网络。

考核指标：揭示影响重要经济性状的染色体区域表观遗传变异10-15个，分离克隆小分子RNA20种，并解析调控网络。申请专利5-10项，发表高水平论文15篇以上。

支持年限：5年

经费来源：国拨300-400万。

三、注意事项

1、课题申请单位及要求

课题申请依托国家重点实验室、国家基因研究中心、国家重大科学工程等研究基地的优先支持。

2、课题负责人的条件和要求

在动植物功能基因组研究取得了突出研究成果，有良好的工作基础，发表过高水平的研究论文。

3、课题任务落实方式

对于水稻功能基因组，延续“十五”重大专项的实施方式，根据能力、基础和课题需要，组织队伍落实研究任务，并明确各自的分工和任务。原则上课题4、5的研究内容应与课题1、2、3结合申报。

第五篇：中国梅花鹿全基因组测序计划启动

中 国 科 技 通 讯

中华人民共和国科学技术部

第592期2010年8月20日

第二届全国健康科技高层论坛暨新特药博览会在京召开

第二届全国健康科技高层论坛暨新特药博览会于2010年7月8～10日在北京国家会议中心召开。全国人大常委会副委员长桑国卫，全国政协副主席、科技部长万钢等领导出席。万钢在开幕式上致辞并指出，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》已把人口与健康作为优先发展的重点领域。“十一五”期间，国家启动的16个重大科技专项中，涉及健康科技领域的有“重大新药创制”和“重大传染病防治”2个专项，“十一五”期间，科技部在863计划中投入涉及健康科技的经费已超过30亿，973计划中涉及生命科学方面的投入约占973计划总经费的30%。

万钢提出了加速推进健康科技发展的战略与措施。1.加强健康科技发展规划研究，统筹资源，全面部署，支持我国健康科技的自主创新和产业化发展。2.全面实施“重大新药创制”和“重大传染病防治”国家重大专项，在新药创制上推出一批标志性的成果。3.加强健康科技相关的高技术研究，抢占一批核心关键技术，加速培育健康科技战略型新兴产业。4.支撑计划面向省部共建，推进地方生物和医药产业基地与园区的发展。5.建立一批生物和医药领域的产学研战略联盟，大幅度提升医药产业的国际竞争力。6.加强人才的培养和尖子人才的引进，造就一批国际一流的健康科技队伍，依托“千人计划”等一系列人才引进计划，吸引国外一流领军人物和创新团队回国工作，提升相关领域科研创新水平。

国家技术创新工程上海市试点工作启动

科技部、财政部、教育部等部门共同实施国家技术创新工程。上海作为试点城市提出，通过实施技术创新工程，到2012年，基本形成以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系，社会创新意识显著提升，R&D经费投入占全市生产总值的比例达到3.0%，其中企业研发投入比例保持在70%左右；关键核心技术取得突破，百万人年发明专利授权量达到245件，高技术产业自主知识产权拥有率达到32%左右；高新技术产业化不断加速，重点领域高新技术产业产值达到11000亿元，占工业总产值的比重增至30%左右。

为实现上述目标，上海市聚焦国家战略任务需求和上海高新技术产业化九大重点领域，着力在以下六个方面加大工作推进力度：1.培育一批创新型企业。到2012年，国家和上海市创新型企业总数达到500家。2.构建一批产业技术创新战略联盟。到2012年，在大飞机、半导体照明、激光显示、电子标签、下一代广电网、新能源、智能电网、新能源汽车、抗体药物、医疗器械等领域构建60个产业技术创新战略联盟。3.建设和完善一批产业技术创新服务平台。到2012年，建设15个国家和上海市级产业技术创新服务平台，大幅度提高技术创新效率。4.建设企业技术创新人才队伍。5.构建科技金融体系，充分发挥金融

资源对科技创新创业的支持支撑作用。6.建设高新技术产业化基地和创新型城区。加快推进张江自主创新示范区建设，推进杨浦创新型城区建设试点和示范。

我国科学家成功获得亨廷顿舞蹈症转基因猪模型

中科院广州生物医药与健康研究院研究员赖良学与美国爱默瑞大学教授李晓江合作，采用转基因克隆技术成功获得人类亨廷顿舞蹈症的转基因猪模型。转基因猪模型表现出亨廷顿舞蹈症的典型症状。研究成果发表在8月8日出版的《人类分子遗传学》杂志上。

赖良学团队运用体细胞转基因技术与体细胞核移植技术，与李晓江团队构建亨廷顿蛋白转基因载体密切合作，成功获得6头亨廷顿舞蹈症转基因猪；同时首次在转基因猪大脑中发现与人类亨廷顿舞蹈症患者脑中类似的神经细胞凋亡现象，这在亨廷顿舞蹈症的动物模型中还是第一次见到。该研究成果对于亨廷顿舞蹈症病理发生机制的研究以及治疗药物开发具有重要的意义，同时，该成果也使人们更加认识到建立人类遗传性疾病的转基因大动物模型的重要性。

中国梅花鹿全基因组测序计划启动

近日，由中国农科院特产所牵头的中国梅花鹿全基因组测序计划启动。该计划将采用测序深度达30X的新一代高通量测序技术（鸟枪法），联合新西兰皇家农业科学院茵沃梅农业研究中心、加拿大阿尔伯塔大学以及国内外相关单位，合作完成中国梅花鹿基因组的测序、组装和注释工作，以奠定中国梅花鹿功能基因组学、蛋白组学和分子遗传育种的研究基础。该计划的实施将使中国梅花鹿成为世界上第一个全基因组测序的鹿种。基因组序列框架图谱的绘制将大大加速中国梅花鹿的育种过程，对于寻找与鹿生产性能有关的SNP标记和功能基因，特别是寻找控制鹿茸再生的相关基因具有重大的意义。

我国科学家首次发展早期预测人流感病毒危害性计算方法

流感病毒传播及其危害性的新模型。

中科院生物物理研究所蒋太交课题组提出一个新的宿主-病毒相互作用模型（如图所示），首次建立了病毒导致的超额死亡和其抗原变异程度之间的定量关系，并进一步发展了直接从病毒序列出发快速准确估算流感潜在危害性的计算方法。该研究成果已在线发表在8月12日的《公共科学图书馆·计算生物学》（PLoS Computational Biology）。

根据该模型，课题组首次发现了季节性流感病毒造成的死亡人数与它抗原改变大小的正相关性，并建立了两者的定量关系。该计算模型被同行专家认为是一个概念上的创新，研究成果将有助于各国卫生部门制订快速有效的流感防控策略。该研究得到国家传染病重大专项和“973”项目的大力支持。

我国首台深井探测机器人研制成功

由武桥重工和上海交通大学历时7年联合研制的中国首台深井探测机器人8月18日在四川锦屏水电站地区海拔2000米地下岩层实验成功。据介绍，该机器人呈圆筒形，主要由“大脑”、“躯体”和“触角”组成，“大脑”为地面控制系统，通过电脑显示和控制该机器人的地下活动。

在海拔2000米的地下岩层，电脑显示器对机器人的活动一目了然：机器人深入到预定深度之后，各“触角”轮番上阵，支撑固定位置、打扫岩面、吹干、磨平、喷涂粘胶、粘贴应力片、测量应力，所有功能一气呵成，半个小时就收到了第一组数据，现场试验取得圆满成功。该技术将主要用于地壳稳定性分析，地质构造，水库、水坝的地质分析，并对地震、泥石流等地质灾害能起到预测和预防的作用。

高性能公路反光胶带研制成功

河北中胶国际胶带有限公司近日研制成功高性能公路反光胶带。该产品采用合成橡胶及合成树脂预制成型，具有适应性强、施工简便、反光性好、使用寿命长、自洁等特点，可以用作交通标识线、符号、文字等。特别是在夜间行驶时，标线反光，格外亮丽醒目。

这套专有的反射系统的表面采用了独特的凹凸图案及反光折射强的玻璃微球体，内层是特殊配方的合成树脂、颜料和添加剂，玻璃球均匀附着在内层树脂上，即使在面层磨损的情况下，也同样具有很强的反光效果。独特的凹凸图案可以最大限度地优化安全，当车轮压过标线时，会通过声响和振动给司机提供警示，从而使车道标志更鲜明、更安全。弥补了多年来公路标线采用的反光道路标线涂料的持久性能和反光性能一般，使用寿命不长和施工时间长等不足。

天宫一号目标飞行器完成总装 2011年升空

中国载人航天工程新闻发言人8月17日表示，我国载人航天工程第一个空间交会对接目标——天宫一号目标飞行器已于近日完成总装，全面转入电性能综合测试阶段。在完成一系列电性能、力学性能和热性能测试后，飞行器将于2011年发射进入预定轨道，之后，发射神舟八号飞船与之交会对接。

据介绍，去年底以来，执行交会对接任务的天宫一号目标飞行器、改进型长征二号F运载火箭和改进型神舟载人飞船等主要飞行产品陆续完成了初样阶段的各项研制、试验工作，全面转入正样研制阶段。目前，交会对接任务的各项装备工作进展顺利。神舟八号飞船正在进行总装；改进型长征二号F火箭产品已齐套，正在进行分系统综合试验；针对交会对接任务的航天员训练工作全面展开，我国第二批航天员包括两名女航天员也参加了训练；天宫一号目标飞行器和神舟八号飞船装载的各项空间科学实验载荷设备陆续按计划交付飞行器总装，有关地面支持系统准备工作全面推进。

我国启动气候变化国家重大科研计划项目

全球变化研究国家重大科学研究计划项目“南大洋-印度洋海气过程对东亚及全球气候变化的影响”8月13日在青岛启动。该项目主要针对影响中国气候的亚洲季风系统，从海洋-大气相互作用的角度探索亚洲季风的爆发、推进和年际变化等重要过程的机理，为提高中国短期气候预测水平、防灾减灾能力服务。该项目将在未来5年内围绕南大洋-印度洋-东亚这条南北纵贯断面，组织开展一系列现场强化观测、理论研究和气候预测建模工作。深入认识南大洋、印度洋主要海气过程影响中国汛期和长期气候变化的主要机理，改进中国短期气候的动力和统计预测模型，提高预测水平。

我国土地覆盖变化数据库建成近日，由中科院遥感应用研究所联合多家单位共同编著的《中国土地覆盖遥感监测》一书由星球地图出版社出版发行。在“国家科技基础条件平台建设—地球系统科学数据共享网”的支持下，中科院相关研究所组织实施了全国区域的土地覆盖遥感监测，进行了中国1：25万比例尺的土地覆盖遥感制图和动态监测，全面、系统地掌握了我国陆地及近海岛屿的土地覆盖状况，建设了自20世纪80年代至2005年的中国土地覆盖及其变化数据库。《中国土地覆盖遥感监测》一书即是这项工作成果的集中展示。

全球最大甲醇制烯烃工业装置投料试车一次成功

近日，世界首套、全球最大的甲醇制低碳烯烃工业装置（年产60万吨烯烃）投料试车一次成功。该装置采用了中科院大连化物所具有自主知识产权的甲醇制烯烃（DMTO）技术。据了解，DMTO技术是在中科院大连化物所原创技术的基础上，联合新兴能源科技公司和中国石化集团洛阳石油化工工程公司，通过工业性试验，开发的具有完全自主知识产权的甲醇制烯烃成套技术。2007年9月与神华集团签订了工业应用技术许可合同，2008年9月该项目开工建设，2010年5月装置建设完毕。