利用NMT、imOmics和GiP国自然申请指南（2）按科学部与学科板块分类

许越1,2,3,4

1.      中关村旭月非损伤微测技术产业联盟，中国，北京 100080

2.      NMT国际联盟，南迪尔菲尔德 ，美国马萨诸塞州01373

3.      旭月（北京）科技有限公司，中国，北京 100080

4.      美国扬格公司，南迪尔菲尔德 ，美国马萨诸塞州01373

通讯作者：许越, jeff@xuyue.net

4. 生命与医学板块：破解重大生命健康与农业难题

生命与医学板块是NMT与imOmics应用最成熟、成果最丰富的领域，也是NSFC申请的热点。这里的核心策略是利用“动态”视角，对已有的“静态”认知进行颠覆性或补充性的研究。

4.1 生物学：揭示核心生命过程的动态调控机制

研究方向建议：

1. 植物科学：研究植物在响应盐、旱、重金属等非生物胁迫时，根、茎、叶等不同器官关键离子（Na⁺, K⁺, H⁺, Ca²⁺）的动态流速变化，揭示SOS、HKT等信号通路的实时调控网络[16]。例如，研究植物气孔对光、CO₂、ABA信号的动态响应机制。

2. 神经生物学：在体外培养的神经元网络或脑片上，利用NMT实时监测神经递质（如谷氨酸、GABA，需开发新电极）和关键离子（K⁺, Ca²⁺）在突触活动、长时程增强（LTP）或神经元兴奋性毒性过程中的时空动态，为理解学习记忆和神经退行性疾病提供新视角。

3. 细胞生物学：研究细胞周期、细胞凋亡、细胞迁移等基本生命过程中，细胞表面离子流（特别是Ca²⁺和H⁺）的标志性动态变化模式（ion signature），探索其作为细胞命运决定的功能性生物标志物的可能性。

4. 生态学：研究植物根系与丛枝菌根真菌（AMF）共生界面、或植物与根际促生菌（PGPR）互作过程中的信号分子（如NO, H₂O₂）和营养离子（N, P）的动态交换，揭示种间互作的化学语言。

4.2 农业科学：服务“智慧育种”与“精准农业”国家战略

imOmics技术被认为是继分子标记辅助选择（MAS）和基因组选择（GS）之后的第三代生物育种技术革命，即“功能表型组育种”。

研究方向建议：

1. 耐逆作物智能育种：建立基于NMT的高通量活体功能筛选平台，对大量种质资源（如水稻、小麦、玉米）的幼苗进行耐盐、耐旱、耐低氮/磷等胁迫处理，通过测量根尖离子流表型，快速筛选出优异的抗逆基因资源或品种，将育种周期从5-8年缩短至1-2年[17]。

2. 肥料高效利用与精准施肥：通过原位监测作物根系对氮（NH₄⁺, NO₃⁻）、磷、钾等主要营养元素的实时吸收速率，结合环境参数，构建作物营养需求的动态预测模型，指导水肥一体化的精准管理，提高肥料利用率，减少农业面源污染[18]。

3. 种子活力与储藏：研究不同储藏条件下种子萌发过程中，胚根的离子（如H⁺, K⁺）外排活性与种子活力的定量关系，为建立快速、无损的种子活力评价新方法提供理论依据[19]。

4.3 医学与药学：迈向“活体病理学”与精准医疗新时代

imOmics有望推动医学从基于组织形态变化的“静态病理学”发展到基于细胞功能异常的“活体病理学”[20]，实现疾病的超早期预警和精准干预。

研究方向建议：

1. 肿瘤学：研究肿瘤微环境中关键离子（H⁺, K⁺, Ca²⁺）的动态特征，揭示其在肿瘤增殖、侵袭、转移和耐药中的作用机制。利用NMT技术实时监测化疗或靶向药物对肿瘤细胞离子流的影响，为开发新药和评价药效提供功能性筛选平台[21]。

2. 心血管疾病：在离体灌流心脏或心肌细胞模型上，研究药物（特别是抗心律失常药或具有心脏毒性风险的药物）对心肌细胞Ca²⁺, K⁺离子流的影响，为药物心脏安全性的早期评价提供高灵敏度的方法[22]。

3. 神经退行性疾病：针对阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）的细胞或动物模型，研究Aβ蛋白、α-突触核蛋白等病理蛋白对神经元钙稳态的动态干扰过程，探索基于神经元离子流异常的超早期诊断生物标志物[23]。

4. 中医药现代化：利用NMT技术，研究针灸刺激下穴位点皮肤组织的离子信号（如Ca²⁺, K⁺）动态变化，探索经络传导的物质基础[24]。或者，研究中药活性单体对靶细胞离子通道的功能性影响，阐明其药理作用机制[25]。

5. 交叉融合板块：推动学科范式变革与管理创新

交叉融合是NSFC大力鼓励的方向。NMT、imOmics和GiP本身就是多学科深度融合的产物，天然契合交叉科学部的定位。

图4：在交叉融合板块中，imOmics作为核心驱动力，推动新兴交叉学科的形成，而GiP的实施则为管理科学提供了丰富的研究案例。

5.1 交叉学科：催生“动态组学”与“预测生物学”

申请交叉科学部的项目，应着重强调研究的“范式变革”潜力。

研究方向建议：

1. 动态多组学（Dynamic Multi-omics）：在同一生物学过程（如细胞分化、免疫应答）中，同步进行imOmics、时间分辨的转录组学和蛋白质组学测量，构建包含“基因-转录-蛋白-功能”完整因果链的动态调控网络模型，推动生命科学从“关联”研究走向“因果”研究。

2. 活体合成生物学：在设计和构建人工生物系统（如基因回路、代谢通路）时，将NMT作为一种实时“读出”设备，监测工程细胞的功能输出（如特定离子的外排），从而实现对人工生命系统的在线优化和精准调控。

3. 环境健康：结合NMT技术和环境科学、毒理学，研究纳米材料、微塑料、环境内分泌干扰物等新型污染物对模式生物（如斑马鱼、大型溞）的活体动态毒理效应，揭示其干扰离子平衡和神经信号传导的机制。

5.2 管理科学：研究大科学计划的创新生态与国际战略

GiP作为一个由中国主导、雄心勃勃的国际大科学计划，其组织模式、实施路径、国际合作和标准制定策略，为管理科学部提供了绝佳的研究案例。

研究方向建议：

1. 大科学计划的治理模式研究：以GiP为例，研究其“政-产-学-研-用”协同创新生态系统的构建与演化机制，分析“理事会-学术委员会-产业联盟”三级治理模式的有效性，为我国未来发起和组织更多国际大科学计划提供管理学理论和实践参考[26]。

2. 颠覆性技术创新的国际标准战略：研究像NMT这样的原创性技术，如何通过GiP这样的平台，从技术引领走向标准引领，最终掌握国际话语权的全过程。分析其在标准制定过程中的策略、挑战与国际博弈，为我国科技“走出去”提供战略建议[27]。

3. 全球科研合作中的数据治理研究：针对GiP Database的建设，研究在遵循国际数据开放共享原则的同时，如何保障国家数据主权、知识产权和生物安全。探索基于区块链等新技术的“技术共享+数据确权”新型国际合作模式的可行性与法律伦理框架[28]。

本报告内容基于截至2025年9月的公开检索信息和专家分析，旨在为科研人员提供申请思路启发，具体研究设计需结合个人学术背景和最新的学科进展。

参考文献

[1] 许越教授的背景与学术贡献.[2] 非损伤微测技术简要介绍.[3] 《imOmics离子分子组学白皮书》——从静态组学到动态整合的生命科学研究新范式.[4] 《GiP及imOmics常问解答50问》.[5] 《全球离子分子组计划（GiP）、离子分子组学（imOmics）及非损伤微测技术（NMT）战略问答》V1.0.[6] 《NMT通讯（植物藻类专刊）》.[7] 全球离子分子组计划（GiP）白皮书.[8] 《GiP及imOmics常问解答50问》.[9] 非损伤微测技术简要介绍（提及材料腐蚀应用）.[10] 研究报告：imOmics离子分子组学信息管理系统构建蓝图.[11] 离子分子组学——imOmics 数据标准化.[12] 中国农作物离子分子组学计划.[13] 全球离子分子组计划（GiP）白皮书（涉及数据标准与共享）.[14] 《imOmics离子分子组学白皮书》（提及精准农业应用）.[15] 《imOmics离子分子组学白皮书》（提及医学应用）.[16] 《NMT通讯（植物藻类专刊）》.[17] 中国农作物离子分子组学计划.[18] 《imOmics离子分子组学白皮书》（提及精准农业）.[19] 中国农作物离子分子组学计划（提及种子活力）.[20] 《全球离子分子组计划（GiP）、离子分子组学（imOmics）及非损伤微测技术（NMT）战略问答》V1.0.[21] 《imOmics离子分子组学白皮书》（提及肿瘤研究）.[22] 《imOmics离子分子组学白皮书》（提及心血管研究）.[23] 《imOmics离子分子组学白皮书》（提及神经退行性疾病）.[24] 《NMT中医针灸机制研究联合实验中心项目建议书及实施计划》.[25] 世界科技未来在中国，中国科技未来在中医！（提及中药机理研究）.[26] 《全球离子分子组计划（GiP）、离子分子组学（imOmics）及非损伤微测技术（NMT）战略问答》V1.0（提及组织架构）.[27] 全球离子分子组计划（GiP）白皮书（提及标准战略）.[28] 全球离子分子组计划（GiP）白皮书（提及数据治理与区块链）.