中科院&科睿唯安-2024研究前沿

由中科院、科睿唯安发布了《中科院&科睿唯安-2024研究前沿》这篇报告。以下是对该报告的部分摘录，完整内容请获取原文查看。科学研究的世界呈现出蔓延生长、不断演化的景 象。科研管理者和政策制定者需要掌握科研的进展和 动态，以有限的资源来支持和推进科学进步。对于他 们而言，洞察科研动向、尤其是跟踪新兴专业领域对 其工作具有重大的意义。

1.农业科学、植物学 和动物学

热点前沿及重点热点前沿解读

农业科学、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿发展态势

农业科学、植物学和动物学领 域居于前 10 的热点前沿主要分布 在植物基因调控、动物营养、食品 科学与工程及林木生态监测等 4 个 子领域（表 1）。其中，植物基因 调控子领域的热点前沿数量最多， 有 5 个，聚焦三个研究方向：生长 发育调控、免疫调控和 RNA 修饰 调控。生长发育调控重点研究了植 物气态激素乙烯、微生物接种及单 细胞转录组测序；免疫调控着重研 究了植物 NLR 免 疫 受 体；RNA 修 饰调控重点研究了植物 RNA 中的 N6- 甲基腺苷修饰。食品科学与工 程子领域的热点前沿有 3 个，也聚 焦三个研究方向：食品污染检测、 食品营养物质和食品发酵工程，主 要关注了表面增强拉曼散射检测 法、植物多糖及白酒风味形成的微 生物代谢网络。动物营养、林木生 态监测子领域各有 1 个热点前沿， 分别在研究饲料添加剂生物纳米颗 粒及深度学习的运用。

纵观近 11 年的前沿研究，上 述植物基因调控、食品科学与工程、 动物营养三个子领域一直是热点领 域，多年都有热点前沿入选。植物 基因调控子领域主要集中在生长发 育调控和免疫调控，其中植物 NLR 免疫受体的研究最为突出，最近 4 年连续入选 Top10 热点前沿；RNA 甲基化修饰的调控则是该子领域今 年新出现的一个热点前沿。食品科 学与工程子领域多集中在食品污染 物检测和营养物质分析这两个方 向，11 年来先后分别有 4 个、6 个 热点前沿入选 Top10；今年最新出 现了一个新的热点研究方向――食 品发酵工程。动物营养子领域对饲 料添加剂研究较多，先后共有 4 个 热点前沿入选 Top10。

重点热点前沿――“植物 RNA 中 N6- 甲基腺苷修饰的检测、调控及其功能”

RNA 甲基腺苷修饰是指在甲基 转移酶的催化下，RNA 的腺嘌呤被 选择性地添加甲基基团的化学修饰 现象，其中，N6- 甲基腺苷（m6A） 甲基化是 RNA 最关键的内部修饰 之一，是 RNA 腺苷酸（A）第六位 N 上发生的甲基化，是真核生物 mRNA 中最丰富的表观转录组学修 饰。m6A 甲基化是一种保守的转录 后机制，用于丰富和调节真核生物 的遗传信息。植物中该修饰的范围 和功能一直是研究的热点，特别是 在模式植物系统中。参与植物 m6A 甲基化的有三种关键蛋白，包括甲 基转移酶（writers）、去甲基化酶 （erasers）和结合蛋白（readers）， 这三种蛋白的表征及功能分析是当 前植物生物学研究中最引人关注的 热 点。 在 可 预 见 的 未 来，m6A 在 植物中的功能分析会蓬勃发展，将 有助于通过操纵表观转录组进行作 物遗传改良。

该热点前沿共有 33 篇核心论 文，重点围绕上述三种关键蛋白开 展研究。在基础理论方面，研究了 植物中 m6A 甲基化调节机制的组 成和进化，以及 m6A 修饰的功能， 包括对抗逆性、果实发育和产量等 的作用。在技术研发方面，创新 RNA 甲基化修饰的检测方法――纳 米孔直接 RNA 测序法，以及研究 利用该方法分析 mRNA 的加工和 m6A 修饰的复杂性等。 其中，英国 DNA 测序公司牛 津 纳 米 孔 科 技（Oxford Nanopore Technologies Ltd.） 于 2018 年 发 表 在《 自 然 - 方 法 》（Nature Methods）上的 1 篇研究性论文被 引频次最高，达 494 次。 该文开创了一种纳米孔直接 RNA 测序法，这是一种高度平行、实时 和单分子的方法，无需经过逆转 录或 PCR 扩增步骤，可以直接对 RNA 分子进行测序，并能够直接检 测 RNA 中的核苷酸类似物，是研 究 RNA 甲基化修饰的重要技术。

核心论文 Top 产出国家和机构 中，中国贡献最多，有 22 篇，占比约为 67%；其次是美国， 贡献了 11 篇论文，是中国的一半。 其余国家均不足 5 篇，远低于中美 两国。中国的北京大学在核心论文 Top 机构中表现突出，名列第一。 美国的芝加哥大学和霍华休斯医学 研究所并列第二，中国科学院和西 北农林科技大学紧随其后。

施引论文产出国家和机构中，产出最多的依然是中国和美国， 且远领先于其他国家，表明中美两 国在该研究方向上的关注和跟进。 英国和德国积极跟进，在施引论文 数量上形成第二梯队。施引机构方 面，中国科学院贡献了 89 篇施引论 文，排名第一；其次是法国国家科 学研究中心，贡献了 71 篇。核心论 文数量排名中表现突出的北京大学 和芝加哥大学持续保持热情，施引 论文数量分列第四和第五位。

2.生态与环境科学

热点前沿及重点热点前沿解读

生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势

生态与环境科学领域的 Top 10 热点前沿主要分布在生态科学和环 境科学两个子领域（表 7 和图 4）。 环境科学子领域的热点前沿主 要涉及新污染物、气候变化、污染 物消除、环境友好材料及环境流行 病学等研究方向。微塑料污染相关 研究是近 10 年来环境科学的热点 问题，也是在研究前沿报告中多次 呈现的重要前沿方向，其相关研究 在 2015-2017、2020-2023 年多次入 选热点前沿和新兴前沿。2024 年 微塑料相关的热点前沿有两个，分 别是“人体组织微塑料污染的发现 与定量检测”和“轮胎磨损颗粒的 环境归趋与生态毒理”。其中“人 体组织微塑料污染的发现与定量检 测”正是 2023 年的新兴前沿。轮 胎磨损颗粒是环境中微塑料的主要 来源之一，也是一种新近受到关注 的新污染物。英国一项最新测试显 示，汽车轮胎磨损产生的颗粒污染 是尾气排放污染的近 2000 倍。此 外，应对气候变化的固碳技术是当 前环境科学中广受关注的环境技 术，2024 年有两个热点前沿与固 碳技术相关，分别是“二氧化碳和 氮气高效催化合成尿素技术”和“二 氧化碳直接空气捕获的技术经济评 估”，后者是连续第二年入选热点 前沿。污染物消除相关的热点前沿 是“用于污染物降解的过氧单硫酸 盐活化剂及活化机制”，利用过硫 酸盐活化氧化消除污染物的相关前 沿也在 2017-2018、2022-2023 年 多 次入选热点前沿。聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 是可微生物合成的一种聚酯， 由于其具有生物可降解性、生物相 容性和光学性能等优良性质，现已 成为科技界和工业界广泛关注的生 物塑料，与之相关的热点前沿是“聚 羟基脂肪酸酯生物塑料的生产、应 用及生物降解特性”。在环境流行 病学方向的热点前沿有两个，分别 是“废水中新冠病毒的检测及基于 废水的流行病学监测”和“人类活 动导致的生态环境问题与人畜共患 病的关系及相关风险”，其中“废 水中新冠病毒的检测及基于废水的 流行病学监测”已经连续三年被选 为热点前沿，“人类活动导致的生 态环境问题与人畜共患病的关系及 相关风险”是聚焦环境问题与流行 性疾病关系的研究。

生态科学子领域的热点前沿主 要涉及生物多样性、生物保护两个 方面的问题，具体包括“全球昆虫 衰退现状、驱动因素与解决方案” 和“群体基因组学在野生生物保护 和管理中的应用”两个研究前沿。 其中，“全球昆虫衰退现状、驱动 因素与解决方案”连续第四年入选 热点前沿，反映出生物多样性保护 议题成为全球关注热点。

重点热点前沿――“轮胎磨损颗粒的环境归趋与生态毒理”

轮 胎 磨 损 颗 粒 物（Tire wear particles，TWP）是轮胎与道路摩 擦而产生的颗粒物，粒径通常小于 2.5μm。轮胎生产制造过程中需要 使用大量化学品，除了橡胶，还可 能添加填料、增强剂、加工助剂、 缓凝剂、粘合剂和活化剂等，导致 TWP 含有多种环境污染物，TWP 还可能在热量和摩擦的作用下与路面材料或其他交通排放物质反应生 成 新 的 成 分 复 杂 的 污 染 物。TWP 及其转化物可沉积在道路上或路 边，随着降雨径流汇集到水体中， 进而进入水生生物系统，释放具有 致畸和致突变的强毒性污染物，为 水体生物带来健康风险。全球每年 约生产 31 亿条轮胎，人均每年排 放 0.81 公斤 TWP。有研究估算， 这些颗粒物占进入河流、湖泊和海 洋的微塑料的一半，占空气中微塑 料 的 80%。TWP 大量排放并进入 环境，其污染及对生物的健康危害 越来越受到关注。 本研究前沿共18 篇核心论文， 其中发表最早的核心论文是 2018 年德国亥姆霍兹联合会环境研究中 心的 Reemtsma Thorsten 教授和奥 地利维也纳大学的 Hofmann Thilo 等学者合作发表于《水研究》（Water Research）上的一篇综述论文，该 文被引用 367 次，是被引频次最高 的一篇论文。其回顾了 TWP 的性 质、 产 生、 分 析、 排 放、 环 境 行 为及生态毒理。估算表明，欧盟 每年约产生 1,327,000 吨 TWP，美 国每年约产生 1,120,000 吨 TWP， 0.1%~10% 的 TWP 最终进入地表水。

在TWP导致的污染物成分中， 6PPD- 醌是一种关键的剧毒物质。 本研究前沿的 18 篇论文有超过一 半聚焦 6PPD- 醌的环境特征和生态 毒理。6PPD- 醌的前体物是在橡胶 轮胎中广泛使用的抗氧化剂 N-(1,3- 二甲基丁基 )-N′ - 苯基对苯二胺 （6PPD）。6PPD 在臭氧环境中极 易转化为 6PPD- 醌，其环境暴露对 生物体和人体健康危害极大。本研 究前沿被引频次第二高的论文来自 美国和加拿大科学家 2021 年合作 发表于《科学》（Science）的研究， 该文提出 6PPD- 醌是造成美国太平 洋西北部与雨水有关的鲑鱼急性死 亡的主要致病毒性物质。 6PPD- 醌是橡胶抗氧化剂 6PPD 的衍生物，几乎所有的轮胎 都含有 6PPD。6PPD- 醌在全球广 泛存在，且达到有毒浓度。本研 究前沿中一篇来自中国香港的核 心论文的研究结果表明，中国城 市 PM2.5 中来自 TWP 的六种新兴 PPD和衍生物 (6PPD-醌) 普遍存在， 总检出率为 81%。当前迫切需要进 一步开展研究，调查 TWP 相关污 染及生态毒理风险。同时，全球橡 胶轮胎行业也面临绿色制造转型的 紧迫形式。最新通过的“欧 7”排 放标准首次对轮胎排放污染作出限 制。行业急需生产 6PPD 含量较低 或替代 6PPD 的产品，以减少轮胎 磨损颗粒带来的环境污染问题。

从核心论文的产出国家和机构 来看，中国是该研究前沿 核心论文的最大产出国，共 9 篇， 占核心论文总数的一半。美国和德 国均有 4 篇核心论文，并列排第二 位，核心论文占比接近四分之一。 发文机构中，中国的东南大学有 4 篇核心论文，位列第一，其他机构 包括中国的香港浸会大学和浙江工 业大学、美国的华盛顿大学和华盛 顿州立大学、德国的亥姆霍兹联合 会和德国联邦高速公路研究院等， 均有 2 篇核心论文。

施引论文的来源国家和机构 来看，中国仍是该前沿施 引论文最多的国家，共有 280 篇， 占比接近三分之一。其次，美国 和德国分别以 198 篇和 104 篇施引 论文排名第二、三位。施引论文的 Top 10 产出机构中，4 家机构来自 中国，其中中国科学院贡献了 45 篇施引论文，数量最多。德国亥姆 霍兹联合会和法国国家科学研究中 心分别以 36 篇和 24 篇施引论文排 第二、三位。

3.地球科学

热点前沿及重点热点前沿解读

地球科学领域 Top 10 热点前沿发展态势

2024 年地球科学领域 Top10 热点前沿学科领域分布较为均衡， 4 个热点前沿属于地质学，地理学、 大气科学和行星科学各 2 个，总体 聚焦新能源发展与全球气候变化。 在地质学领域，地下储氢技术发展 潜力研究，煤中稀土元素的赋存特 征与富集提取研究，是各国愈发重 视的国家战略需求，可以有效带动 材料装备技术和高新产业发展。大 气科学领域的复合型极端天气气候 事件，以及地理学领域的气候变化 对美国西部野火后森林恢复力的影 响，都展现出地学界对国际社会所 关注的人类活动与气候变化研究的 积极响应。在行星科学领域，依托 洞察号、隼鸟2号、起源-光谱分析资源识别 - 安全 - 风化层探测器等 重要探测平台，火星和小行星探测 持续产出新的高价值发现，火星地 震探测研究以及小行星地表特征和 成分分析多次入选《研究前沿》报 告。同时，全新世温度变化、利用 卫星数据反演地球植被信息、放射 性碳测年技术等基础研究和技术应 用，凸显地球科学研究的巨大潜力 和活力。

重点热点前沿――“地下储氢技术发展潜力研究”

地下储氢是利用地下地质构造 实现大规模氢能高压气态储存，即 将氢气注入盐穴、枯竭油气藏、含 水层和废弃矿井等地下场所中封闭 储存，具有安全性高、成本低、规 模大、周期长、可跨季节储能等优 势，是未来氢能大规模储备的重要 发展方向。 欧洲是全球地质储氢工程项 目最为丰富的地区之一，德国、荷 兰、英国、波兰等是欧洲主要的氢 气生产国，自 20 世纪 70 年代开始 陆续开展了盐穴储氢、枯竭气藏、 含水层储氢的全尺寸实验以及工业 示范，在地质选址评价、库容设计、 建库工艺包以及储氢库运行监测等 方面积累了丰富的研究经验。而澳 大利亚、沙特、巴西等作为拥有巨 大可再生资源潜力的国家，近年来 也积极谋求在迅速崛起的氢能市场 中的战略定位，推进实施一系列氢 能试点项目。

本热点前沿 40 篇核心论文中 有 14 篇是综述文章。其中，波兰 科学院在《可再生与可持续能源评 论 》（Renewable and Sustainable Energy Reviews）上发表的综述文 章“Underground hydrogen storage: Characteristics and prospects” 在 该前沿中被引频次最高，强调了实 施地下储氢项目前需要解决的地质 性、工程性、经济性、法律性和社 会问题，并提出了政府、非政府组 织、高校、研究机构和产业界在项 目路线图中各自可以发挥的作用。 其余 26 篇研究论文重点聚焦不同 储氢类型的特点，以及不同地质条 件、气候条件对储氢库的影响。其 中，德国亚琛工业大学和德国尤里 希研究中心在《国际氢能杂志》 （International Journal of Hydrogen Energy）上合作发表的“Technical potential of salt caverns for hydrogen storage in Europe”一文，从规模、 地质条件和储存能力等方面对欧洲 地下盐层进行了适宜性评估，研究 发现若只考虑陆上和近海盐穴，德 国的储氢潜力最大，为 9.4 千兆瓦 时，其次是波兰的 7.24 千兆瓦时。

在本热点前沿中，澳大利亚的 表现最为活跃，发文量占核心论文 总量的 55%，其中伊迪斯科文大学 通过积极与资源型海湾国家开展国 际合作，提升学术影响。产出的 16 篇核心论文中，与沙特阿拉伯机构 合作 12 篇，与伊朗合作 5 篇，与 伊拉克机构合作 3 篇。该校专门设 立了可持续能源与资源中心，聚焦 地质储氢和甲烷 / 氢气转化等研究 领域。

从 施 引 论 文 的 角 度 看，中国表现远超其他国家，表 现出了对该领域的高度关注，其后 依次为澳大利亚、美国、沙特阿拉 伯等。在 Top 施引论文产出机构中， 对核心论文有突出贡献的伊迪斯科 文大学以 101 篇的施引论文数量位 列第一。中国石油大学也出现在施 引论文 Top 机构中，排名第四。

编辑：999感冒灵