编者注

近日，中国科学院科技战略咨询研究所、中国科学院文献情报中心、科睿唯安联合发布“2019年研究前沿”及“2019年研究前沿热度指数”，评选2019年自然科学和社会科学十大科学领域，本期收录了100个热门研究前沿和37个新兴前沿。 本期报告摘录部分内容。

农业、植物学和动物学

热点前沿主要分布在植物生理调控机制、作物性状改良、除草剂抗性、植物活性物质结构与功能、农田土壤污染修复、牲畜胃肠消化、农业无人机等研究方向。 今年植物生理调控机制方向的热点主题是调控植物生长和防御的茉莉酸信号机制、植物自噬的分子调控机制研究、植物细胞壁纤维素的合成与结构及其相互作用的研究与木聚糖，植物光形态建成的调节机制。 今年作物性状改良和除草剂抗性研究的热点是植物生物刺激素在促进果蔬作物生长和提高抗逆性方面的作用以及草甘膦除草剂抗性研究。 植物活性物质的结构与功能、农田土壤污染修复、牲畜胃肠消化、农业无人机等是今年新的热点和前沿研究方向。 相应的前沿领域是植物活性多糖的结构与功能以及生物炭对农田的影响研究。 土壤重金属镉污染修复效果、牛瘤胃微生物组和肠道甲烷排放研究、无人机系统在作物表型分析中的应用。 农业、植物学和动物学的一个新兴前沿是研究水稻 OsAUX1 基因在低磷条件下促进根毛伸长的机制。

化学与材料科学

热点前沿主要分布在有机合成、电化学合成、先进材料以及机器学习在该领域的应用等研究方向。 其中，一半热点前沿入选《研究前沿》报告，一半首次纳入，呈现出既延续又发展的特点。 今年有机合成领域有四个热点前沿，分别是过渡金属催化的电化学促进的碳氢键功能化反应、过渡金属催化的酰胺碳氮键活化、钳锰配合物有机催化剂和分子机器。 今年电化学合成领域有两个热点领域。 除了前面提到的电化学利用碳氢键功能化反应外，还有氨的电化学合成。 今年先进材料领域有四个热点前沿，分别是无铅钙钛矿吸光层材料、高能量密度聚合物纳米复合材料、有机超长磷光材料、界面光气相转换。 机器学习在该领域的应用方向今年有一个热门前沿：机器学习预测分子特性。 化学和材料科学领域有五个新兴前沿，包括用于光热疗法的半导体聚合物、使用远程迁移策略的非活化烯烃的双功能化、基于铋的光催化剂和杂原子掺杂的碳纳米材料。 在锌空气电池中，氧气被用作氧化剂和氧源来合成含氧化合物。

天文学和天体物理学

热点前沿体现了与空间科学任务平台高度相关的特点。 其中，今年引力波方向的热点话题有3个，分别是双中子星并合引力波事件GW170817的多信使观测、双黑洞并合引力波事件的观测与理论研究、标量张量重力修正理论和引力波事件的影响。 其他热点研究前沿还有“阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵”、“甚大望远镜”等原行星盘的观测与研究、快速射电暴的观测与理论研究、哈勃望远镜的测量等通过各种方法保持不变。 南极“冰立方中微子天文台”和“费米伽马射线太空望远镜”对高能中微子和伽马射线的观测研究，对银心伽马射线过剩现象的各种理论解释，以及利用宇宙流体动力学利用科学模拟方法研究星系的形成和演化，利用哈勃太空望远镜研究早期宇宙暗淡星系的性质。 天文学和天体物理学领域存在三个新兴前沿，分别是斯巴鲁望远镜主焦相机战略计划及其巡天发现、基于21厘米超精细谱线观测的早期宇宙暗物质研究以及中子约束基于引力波多信使观测的恒星。 质量、半径和状态方程。

生态与环境科学

热点前沿主要分布在污水处理技术、水污染物分析与分离技术、环境污染物的环境特征与风险研究、宏观生物圈和生态系统变化与风险等研究方向。 其中，今年污水处理技术的热点话题有：活性污泥消化技术的机理、过程及影响因素，消化过程中微生物菌种间电子传递的机理及应用，厌氧氨氧化技术及其在污水处理中的应用。污水处理。 。 今年水污染物分析与分离技术的热点是利用纳米复合材料吸附去除水中有毒金属离子、金属有机骨架材料去除水污染物、分析分离有毒物质新材料的制备与制备和液体中的生物活性物质。 功能。 研究方向：环境污染物的环境特征与风险。 今年的热门话题包括内分泌干扰物的环境特征、人体暴露和健康风险。 宏观生物圈和生态系统变化和风险方向。 今年的热点话题包括地表植被覆盖变化对气候的影响、全球范围内的外来物种入侵监测与影响分析、磷排放与蓝藻水华污染及健康风险等。 生态和环境科学的一个新兴前沿是环境污染物对肠道微生物群的影响。

生物学

热点前沿主要分布在药物开发、衰老研究、合成生物学、细菌耐药机制、T细胞等研究方向。 其中，药物开发的热点是诱导蛋白质降解的小分子PROTAC、3D打印医疗药物以及绿色合成纳米粒子在防治蚊媒疾病和癌症中的应用。 衰老研究的热点包括衰老和年龄相关疾病中的细胞衰老：从机制到治疗、DNA甲基化和衰老的表观遗传时钟理论，以及一种新的细胞死亡模式——铁死亡。 合成生物学方向的热门前沿是针对RNA的新型CRISPR基因编辑系统——Cas13，一种人工合成的基因组。 细菌耐药机制和T细胞今年各有一个热门话题，即质粒介导的多粘菌素耐药基因、组织驻留记忆T细胞及其肿瘤免疫保护机制。 生物科学有6个新兴前沿：环状RNA作为癌症新生物标志物、用于疾病建模和药物筛选的肿瘤近生理有机培养系统、FOXO蛋白转录因子在癌症中的新作用、新一代超声Sensitive Xpert MTBRIFUltra检测用于快速检测结核病、巨型病毒的翻译机制以及单细胞水平的细胞谱系追踪。

地球科学

热点前沿主要分布在固体地球物理与地质、气候变化、地球化学等研究方向。 其中，今年固体地球物理与地质领域的热点前沿有6个，包括磁层多尺度任务科研进展、人工神经网络在太阳辐射预测中的应用、复杂破裂过程和撞击研究等。大地震的滑移机制，研究美国多地地下流体注入诱发地震的机制，利用好奇号对盖尔陨石坑进行岩石和矿物学研究，以及欧洲和中东的地震数据库和地震动模型。 今年气候变化方向有三个热点前沿，即利用CESM模型和RCP8.5情景研究全球气候变化、利用热带降水测量任务和全球降水测量任务进行全球多区域降水分析，以及元古代时期大气和海洋的氧化。 影响。 今年地球化学的一个热门领域是：中国主要矿床重金属的地理富集与环境风险控制。 地球科学的一个新兴前沿是研究热损伤对岩石力学性能的影响。

数学、计算机、工程

热点研究前沿包括高阶非线性薛定谔方程孤子解的求解及其在光通信领域的应用，基于D数论、DEMATEL方法、TOPSIS理论的决策方法研究，数值模拟研究水下瞬态空化湍流研究、人机中继网络部署与轨迹优化、时滞系统稳定性分析方法研究、高温部件寿命预测与可靠性评估、氧化镓材料生长与器件开发、水下数据安全等云计算环境、非正交多路径访问网络、电动汽车锂离子电池充电状态估计。

数学、计算机科学和工程领域有五个新兴前沿，分别是求解时间分数阶展开方程、基于最小二乘的迭代参数估计算法及其应用、马尔可夫跳跃系统的H无穷控制和卷积神经网络磁共振图像处理、工业传感器网络和智慧城市中的网络应用。

临床医学

热点前沿主要分布在慢性病管理与新技术应用、疾病新机制发现、影像诊断新技术与安全性、肿瘤免疫治疗、生物技术药物临床应用等研究方向。 其中，今年慢病管理和新技术应用的热点有四个，分别是降压治疗后的血压和心血管事件结局、连续血糖监测和人工胰腺系统用于糖尿病管理、药物基因组学技术。 指导PCI术后抗血小板治疗、支气管扩张的临床特征和治疗。 今年新的疾病机制发现有两个热点前沿，即长链非编码RNA PV1在肿瘤中的功能和机制以及中枢神经系统周细胞功能障碍在阿尔茨海默病中的作用。 今年影像诊断新技术和安全方向有两个热点前沿，即PET中Tau蛋白示踪剂对神经退行性疾病的结合特性和磁共振成像中含钆造影剂脑沉淀危害的研究。 肿瘤免疫治疗和生物技术药物临床应用两个方向今年各有一个热门话题，即PD-1/L1抗体肿瘤免疫治疗的不良反应和英夫利昔单抗生物类似药的临床疗效和安全性。 临床医学领域有11个新兴前沿，包括PCI对稳定型冠心病的临床获益、68Ga-PSMAPET/CT结果对前列腺癌管理模型的影响、新型口服降糖药物SGLT-2抑制剂减少 2 型糖尿病。 患者心血管事件风险、弥漫性大细胞淋巴瘤基因分型、溶瘤病毒辅助肿瘤免疫治疗、代谢正常肥胖与心血管疾病风险、免疫检查点抑制剂组合治疗肾细胞癌的临床应用等真实世界研究1/2研究，PD-L1表达的分子调控机制与肿瘤免疫治疗增强策略，非他汀类降脂药与心血管疾病风险，DAAs药物Glecaprevir/Pibrentasvir联合治疗慢性丙型肝炎伴或不伴的疗效免疫治疗时代的肝硬化与安全性、肿瘤疗效评价。

经济学、心理学和其他社会科学

热点前沿包括基于共享社会经济的预测问题研究、共享经济中若干问题的研究、智能手机成瘾的原因及其对人们身心健康的负面影响、偏好最小二乘结构方程模型（PLS） -SEM）及其应用。 、大数据分析在企业管理中的应用、能源消耗和碳排放的分解分析方法、网络众筹背景下投资者行为研究、大脑功能结构和连接模式的fMRI研究方法、多区域输入输出模型在世界经济和资源环境研究中的应用，社会隔离（隔离）对人类身心健康的影响。

经济学、心理学等社会科学领域有两个新兴前沿，即“多属性（目标）决策的一些新模型”和“工业4.0及其影响”。

物理

热点前沿主要分布在凝聚态物理、光学、理论物理、高能物理等研究方向。 其中，今年凝聚态物理热点前沿有四个，分别是量子自旋液体理论与实验研究、氮基二维材料锑烯、砷烯和铋性质研究、马约拉纳费米子研究、拓扑声子晶体和拓扑声学机制。 今年光学方向有三个热点前沿，分别是新型深紫外非线性光学晶体材料的合成与性能、金属纳米结构表面等离子体特性研究、光学原子钟研究。 今年理论物理领域有两个热点前沿，即量子力学模型Sachdev-Ye-Kitaev模型的研究和周期驱动量子系统特性的研究。 今年高能物理领域有一个热点前沿：四夸克态和五夸克态的实验和理论研究。 物理学领域有两个新兴前沿，即基于无时相关函数的量子多体系统的研究和B介子异常的研究。

（作者：中国科学院科技战略咨询研究院《2019年研究前沿》及《2019年研究前沿热度指数》报告编写团队：卞文岳、韩林、冷福海）

世界科研竞赛四大趋势

（一）世界主要科技强国积极布局前沿科技研发。 例如，中国和七国集团正在积极研究分子机器。

（二）各国积极通过科技创新解决社会挑战。 例如，沙特阿拉伯、新加坡等淡水资源紧张的国家对界面轻蒸气转换技术非常感兴趣。 韩国正在积极开发英夫利昔单抗生物类似药，以满足患者的需求。 经济负担需要。

（三）各国基础前沿竞争激烈。 例如，2012年，荷兰研究人员报告了一维系统中存在马约拉纳费米子态的证据，2016年，中国研究人员报告在二维系统中发现了马约拉纳费米子态。 拉纳费米子态存在的证据。

（四）国际合作助力重大科学发现。 例如，通过美国、欧洲、中国等国家和地区70多个地基和天基观测站的密集联合观测，GW170817引力波事件被证实是由两颗中子星合并引起的。 产生的。

中国基础研究亮点

近两年来，中国科学家在基础科学领域取得了许多重要成果，具体如下：

在农业和植物学领域，发现了不遵循孟德尔遗传规则的水稻自私基因和氮肥高效利用的关键基因GRF4，并首次分析了硅藻捕光天线蛋白复合物的晶体结构时间。

在生态、环境、地球科学领域，构建了1997年至2015年中国及各省二氧化碳排放清单，显示中国二氧化碳排放总量被高估了9%至18%。

在临床科学领域，基因编辑的造血干细胞首次被用于治疗患有白血病的艾滋病患者。 移植后，患者的急性淋巴细胞白血病得到完全缓解，并且没有发生与基因编辑相关的不良事件。

在生物科学领域，成功克隆“中中”、“花花”两只猕猴，填补了灵长类克隆的空白； 成功改变了真核染色体的数量，人工创造出了含有单条染色体的酵母细胞。

在化学与材料科学领域，成功研发出一种廉价高效的铈基催化剂与醇催化剂协同光催化体系，解决了利用光能在室温下将甲烷一步转化为液体产物的科学难题； 合成的铯铅溴钙钛矿纳米晶闪烁体可用于实现超灵敏的X射线探测。

物理领域，首次获得离子水合物原子级分辨率图像，利用“墨子号”量子科学实验卫星实现7600公里距离洲际量子密钥分配，开展引力量子纠缠退相干实验。 测试。

报告的研究方法

研究报告首先将ESI数据库中的21个学科划分为10个高度聚合的大学科领域，然后根据总被引频次对每个ESI学科中研究前沿的核心论文进行排序，并提取出每个ESI的排名前茅收集学科内10%最具被引影响力的研究前沿，整合至前十领域。 在此数据基础上，按照核心论文的平均发表年份重新排序，选出各领域“最年轻”的研究前沿。

通过上述步骤，在各主要学科领域筛选出10个热点前沿，共计100个热点前沿。 由于每个领域都有不同的特点和引用行为，因此某些学科领域的许多研究前沿在核心论文数量和总引用次数上会相对较小。 因此，从十个学科领域中分别选出前十名。 热点前沿代表了各个领域最有影响力的研究前沿，但不一定代表跨数据库（所有学科）最大、最热门的研究前沿。

为了选择新兴前沿，构成研究前沿的基础文献的核心论文的时效性是一个优先因素，报告称之为“新兴前沿”。 为了识别新兴前沿，报告更加重视或优先考虑研究前沿中核心论文的发表年份。 只考虑核心论文平均发表年份为2017年6月之后的研究前沿。 ESI各学科的研究前沿按引用频率从高到低排序，选出前10%的研究前沿。 然后各学科的战略情报研究人员通过调查和评审，选出ESI各学科的新兴前沿，并将其整合到十大领域中，在十大领域中选出了37个新兴前沿。 因此，评选并不局限于学科，37个新兴前沿在十大学科中的分布并不均匀。