1. 云南天文台发现引力波能触发脉冲星磁层的能量释放

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近期，国际天体物理杂志The Astrophysical Journal 在线发表了中国科学院云南天文台李惠泉和王建成的研究成果：脉冲星的磁层在引力波穿过时，可能会释放大量能量。当引力波源非常靠近脉冲星时（例如0.01秒差距），磁层的能量释放率可达到脉冲星的射电光度，并在比较极端的条件下，能达到快速射电暴的光度。这项研究首次探讨引力波对致密天体磁层的影响，为寻找引力波的观测效应提供新途径。 　　致密天体的磁层是天体周围充盈着等离子体的磁场结构，基本上满足无力条件，即电场和磁场垂直，表现出丰富的物理现象。例如，它能提取致密天体的旋转能量，用于加速高能粒子，产生辐射。研究人员详细分析了磁层被引力波形变时的几何结构变化，发现磁层背景时空扰动时，导致无力条件被打破，迫使磁层调整磁结构，出现平行于磁场方向的电场，带电粒子将被加速。在此过程中，存储于磁层中的能量通过粒子加速和辐射等被释放出来，磁层的能量释放依赖于引力波的强度。 　　由于磁层结构和能量释放过程的复杂性，研究人员正在对其展开深入的研究，以期获得新发现。 　　该工作得到国家自然科学基金、云南省自然科学基金、中国科学院天体结构与演化重点实验室等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

2. 动物所发现蝎毒素功能进化的新机制

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12月18日，中国科学院动物研究所朱顺义团队在Mol Biol and Evol 杂志在线发表了题为Scorpion toxins: positive selection at a distal site modulates functional evolution at a bioactive site 的研究论文，首次揭示了变构通讯介导的超距效应（action at a distance）在蝎毒素结构和功能进化中的关键作用。 　　先前的许多研究已经表明，蛋白质生物活性位点的正选择驱动了基因功能的多样性进化。但是，远离生物活性区域的正选择位点的进化和功能意义尚不清楚。2016年，他们的一项研究发现，特异性靶向昆虫和哺乳动物钠通道的蝎α-型神经毒素在承受正选择的生物活性位点区域（直接与钠通道结合）远端存在一个快速进化的非生物活性位点（位点52）(不参与钠通道的结合)（见图）。 　　在该项研究工作中，该团队利用定点突变技术，结合结构分析、电生理学实验和活体毒性测定技术，首次发现在不同的蝎α-型神经毒素位点52引入不同类型的氨基酸能够选择性地改变这些毒素的结构和功能。分子动力学模拟发现此远端位点突变可以诱发变构效应导致毒素生物活性位点区域的构象动力学发生改变，进而引发功能分化。这一结果提示远端位点的进化与生物活性位点的正选择密切相关。统计偶联分析进一步揭示了它们之间的共进化关系。该研究表明了毒素内部位点间的超距效应以及补偿突变介导的共进化为有毒动物应对猎物/捕食者选择压力的一种适应性策略（见图）。这些发现为理解蝎毒素内在生命（inner life）的活动基础以及分子进化的生化机制提供了全新的思维，有助于推动聚焦远端正选择位点突变的蛋白质功能进化研究方向的发展。 　　论文第一作者为动物所博士毕业生朱丽梅。实验室高级工程师高斌以及博士生袁守丽参加了此项研究。研究员朱顺义为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金的资助。

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发布时间: 2019-04-06

3. 上海硅酸盐所在柔性应变敏感材料研究中取得进展

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随着柔性电子学的发展，轻、薄、柔的便携式、可折叠、可穿戴的柔弹性器件逐渐成为一大研究热点。其中，柔性传感器是应用最为广泛的柔性电子器件，在运动感应、健康监测、医疗诊断等方面均有广泛的应用前景。应变传感器的基本原理是将器件的应变变化转化为电信号进行输出，从而用于监测引起应变的应力信号，其最主要的性能参数包括灵敏度（通常用Gage factor（GF）、相对电阻变化与应变变化的比值来表征）、应变感应范围、检测下限、循环稳定性等。其中，灵敏度和应变感应范围是最重要的两个性能参数，如何兼具高灵敏度和大的应变响应范围是柔性传感器发展中面临的重要挑战。然而获得高灵敏度需要器件在小的应变下发生显著的结构变化，而大的工作范围则要求器件在大应变下仍能保持导电结构的连通性，通常这二者互为矛盾，难以兼得。目前，制作出同时具有较大应变感应范围（大于50%）和高灵敏度（全应变范围内灵敏度大于100）的柔性电子传感器存在一定困难。 　　最近，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员孙静带领的科研团队以MXene材料——Ti3C2Tx为研究对象，通过对Ti3C2Tx进行材料微结构设计，成功研制了基于Ti3C2Tx纳米颗粒-纳米片混合网络结构的高性能柔性应变传感器。利用纳米颗粒-纳米片的协同运动，该柔性应变传感器同时实现了高灵敏度及宽响应范围，在整个应变感应范围内（53%）的灵敏度高于100（GF>178.4），并具有极低的检测限（0.025%）和高循环稳定性等优势，能够精准检测呼吸、脉搏等生理信号。该研究首次提出了限制式裂纹增值感应新机制，为高性能柔性应变传感器的设计提供了新思路。相关研究成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Material 2019, 1807882），上海硅酸盐所在读博士生杨以娜为文章第一作者，副研究员王冉冉和研究员孙静为文章共同通讯作者。 　　相关研究工作得到国家自然科学基金面上项目、上海市基础重点项目、上海市青年科技启明星项目等的资助。

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发布时间: 2019-04-06

4. 宁波材料所在二维纳米防护薄膜材料方面取得进展

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石墨烯具有大的比表面积、高的化学惰性以及优异的阻隔性，被认为是已知最薄的防护材料，采用化学气相沉积（CVD）法制备的石墨烯薄膜可直接用于金属的腐蚀防护，逐渐成为制备石墨烯防护薄膜最主要的方法。但石墨烯薄膜在制备过程不可避免会引入空位、晶界等结构缺陷，将其长时间暴露在空气中，腐蚀介质容易通过这些缺陷与基底金属发生反应，且高导电的石墨烯薄膜将促进界面处的电化学反应进而加速基底金属的腐蚀。 　　近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室研究员王立平团队利用CVD技术在多晶铜衬底上成功制备了一系列的氮掺杂石墨烯薄膜，通过调节NH3的气流量获得不同氮浓度的氮掺杂石墨烯薄膜。同时，研究发现氮掺入石墨烯晶格网络中会造成薄膜体系的导电率相比于原始石墨烯下降，在大气长效暴露试验条件下，低导电的氮掺杂石墨烯薄膜可抑制电子在腐蚀界面的传输，降低铜和氮掺杂石墨烯界面处的电化学腐蚀速率，有效延缓腐蚀区域的扩散，表现出更佳的长效腐蚀防护性能（图1），但该方法仍不能根除薄膜在生长过程中形成的结构缺陷，以及所造成的表面不均匀的腐蚀点。相关结果已经发表在Journal of Materials Chemistry A（2018, 6, 24136-24148）上，并作为期刊的Inside back cover被亮点报道。 　　另一方面，六方氮化硼（h-BN）纳米片作为一种石墨烯类似物，也具有很好的抗渗透性。王立平团队通过CVD法在多晶铜衬底上生长出不同层数的h-BN薄膜，由于h-BN自身的绝缘特性，无论是单层或是多层h-BN薄膜，将其包覆在铜衬底表面都表现出优异的大气长效防护性能。在高温加热条件下（200℃），单层h-BN薄膜包覆铜箔的氧化主要发生在薄膜晶界和缺陷处，而多层h-BN的氧化主要集中在薄膜的褶皱区；相比于单层h-BN薄膜，多层h-BN薄膜能够有效阻碍氧气的横向扩散，显著提高了基底铜的抗氧化性能（图2）。相关结果发表在ACS Applied Materials & Interfaces（2017, 9, 27152-27165）上。 　　以上研究工作得到中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDY-SSW-JSC009）、国家自然科学基金（41506098）、青岛海洋科学与技术国家实验室开放基金（QNLM2016ORP0409）等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

5. 【光明日报】中国科大发现廉价简洁可见光催化体系 有望促进有机合成新药规模化生产

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脱去羧基，将自由基片段从羧基的紧密束缚中释放出来，是有机合成尤其是新药合成领域最受关注和最有前景的方向之一。全世界科学家们设计各种催化剂来尝试挑战，中国科大的青年科学家团队独辟蹊径，发明了一种廉价简洁的催化剂体系，成果以研究长文的形式日前在线发表在国际权威期刊《科学》上。 　　羧酸化合物在生活和生产中占据着重要地位，我们身边很多耳熟能详的物质都是羧酸化合物，比如构成蛋白质的基本物质氨基酸、食用醋的重要成分乙酸等。 　　将羧酸化合物中的羧基脱去，产生的自由基片段，在材料、制药等行业中都有重要用途。传统的脱羧方法往往是在高温下进行，这种方法会产生数量众多、种类不明的各种副产品，导致最终产品无法在产业中方便使用。 　　近年来，科学界尝试使用光催化反应的手段实现脱羧转化，利用光照来激发电子跃迁，进而通过电子转移过程产生自由基片段，实现在温和条件下化学键的断裂与重组。相比于传统的加热反应，具有操作简单、易于控制和节能环保等优点。光催化体系已成功应用于多种复杂功能分子的合成，展现出突出的催化合成价值和工业应用潜力。 　　然而，目前光催化剂的类型主要为贵金属配合物（如铱、钌等）或有机染料，结构复杂且价格昂贵。这使得光催化工业体系成本高昂，流程复杂，控制难度大。因此，开发新型廉价多功能的光催化体系已经成为未来发展的重要方向。 　　中国科大研究团队首次提出了基于可见光激发的分子间电荷转移用于光氧化还原催化的新概念，发现了一种简单易得、高效环保的非金属阴离子复合物光催化体系，仅仅使用廉价的碘化钠、三苯基膦（彩色胶卷显象的抗氧剂）和羧酸酯原料的三者的协同反应，成功实现了脂肪羧酸衍生物脱羧反应。 　　该催化体系可以驱动氧化还原循环，简化光催化体系，降低光催化剂成本。利用该体系，中国科大傅尧和尚睿研究团队成功将多种天然、非天然氨基酸脱去羧基官能团，该反应在产量达到克级规模时仍可保持较高的催化效率，这也意味着产业化的可行性。 　　这种新型光催化体系大大降低了催化剂成本，成功实现了温和条件下一系列重要的脱羧脱胺偶联反应，突破了传统反应的限制，解决了过渡金属在功能化合物和药物合成中残留等问题，为生物质羧酸分子转化、手性药物合成和多肽修饰提供了新的手段，具有重要的合成化学价值和良好的工业应用前景。 　　该工作得到《科学》审稿人的高度评价：“这个工作可能会在光氧化还原催化领域引发新的研究方向，基于盐、膦以及电子受体的三组份组成氧化还原活性配合物，从而避免传统的过渡金属或者复杂的染料催化剂。”“这项工作给我们提供了一个非常有趣的概念：在不需要昂贵的过渡金属或者有机染料的作用下实现脱羧烷基化转化的方法，这对许多合成化学家来说可能是个好消息，催化体系非常简单、具有很好的应用前景，许多化学家将很快会使用该方法解决一些合成上的问题。”

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发布时间: 2019-04-06

6. 研究发现DNA甲基化参与调控柑橘成熟新机制

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1月12日，《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所上海植物逆境生物学研究中心郎曌博研究组题为Global increase in DNA methylation during orange fruit development and ripening 的研究论文，该研究揭示了DNA甲基化在柑橘果实成熟过程中的调控作用。 　　DNA胞嘧啶的甲基化修饰（Methyl-cytosine）是真核生物中非常保守的表观遗传修饰，它参与调控基因表达、基因印记等多种生物学过程。最近研究发现DNA去甲基化酶表达上调导致番茄在成熟过程中 DNA甲基化水平整体下降，进而参与调控番茄果实的成熟。肉质果实按照其成熟过程是否发生呼吸跃变分为呼吸跃变型果实（如番茄）和非呼吸跃变型果实（如柑橘）。然而在其他果实尤其是非呼吸跃变型果实中，DNA甲基化对于果实成熟的调控是否重要并保守，仍然未知。 　　该研究通过整合分析五个成熟时期柑橘全基因组DNA甲基化和转录组数据(A)，发现柑橘成熟过程中DNA甲基化明显上升，这种变化与番茄成熟过程DNA甲基化水平下降呈相反的变化趋势。进一步分析表明，柑橘成熟中DNA甲基化水平的上调(B, C)与DNA去甲基化酶基因表达的下调呈相关性(D)。研究者发现对未成熟时期的果实进行DNA甲基化抑制剂的处理能够阻碍柑橘成熟进程(E)，这说明DNA甲基化的上调对于柑橘正常成熟十分重要；结合转录组数据，发现可能受DNA甲基化调控的基因中有1113个上调基因、950个下调基因和3119个没有差异表达的基因。 　　研究进一步发现表达有差异的基因与DNA甲基化的变化有很强的相关性，而表达没有差异的基因与DNA甲基化的变化不存在强相关性(F,G,H)。通过GO功能分析发现，被甲基化调控的差异表达基因对果实成熟过程十分重要，例如参与光合作用，以及ABA合成及其信号响应等基因。进一步分析柑橘果实的小RNA水平，发现甲基化变化区域有明显的小RNA的富集，因此这些区域的甲基化形成与RNA介导的DNA甲基化通路相关(I)。 　　综上，该研究以柑橘为研究对象，第一次发现了果实成熟过程中的DNA甲基化上调现象，并解释了DNA甲基化修饰对成熟相关基因的表达调控以及柑橘的果实成熟有重要意义。 　　植物逆境中心助理研究员黄焕和刘瑞娥为共同第一作者。相关工作得到中国科学院、中国科学院先导B项目等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

7. 中国科大等实验演示用集体测量减少测量对热力学演化的反作用影响

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中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子测量研究中取得新进展，该研究团队李传锋、项国勇研究组与德国马克斯·普朗克研究所博士Martí Perarnau-Llobet合作，在光子系统中首次实验演示使用集体测量（collective measurement）减少热力学中量子投影测量的反作用（back action）问题。相关研究成果于3月1日在线发表在国际期刊《科学进展》（Science Advances）上。 　　在热力学中，人们为了探求一个物理系统在演化过程中的能量涨落，分别对演化前和演化后物理系统的能量做一次测量，然后用两次测量的结果来计算能量的涨落——这就是传统热力学的两次投影测量方法（two projective energy measurement）。但是当人们要对量子热力学系统做一个能量涨落的分析时，这种传统方法是行不通的，因为量子投影测量会完全破坏一个体系的量子叠加性，所以测得的能量涨落是不包含量子体系的量子叠加信息的。这种由于测量而造成对系统演化的影响而无法准确估计能量涨落的限制，在热力学中被称为反作用力。该工作的理论合作者Martí Perarnau-Llobet在2017年的一篇理论工作 [Phys. Rev. Lett. 118, 070601 (2017)] 中指出，在不违背量子热力学的基本涨落理论（fluctuation theorems）前提下，无法设计出一个测量方案完全避免反作用，但可以通过集体测量的方式来减少反作用的程度——假如有两份相同拷贝的量子态，对这个整体做一个特定的广义量子测量,就可以提取量子态中部分初始叠加性的信息；也就是说，通过集体测量，能减少投影测量所带来的反作用。 　　项国勇等人及其合作者为了在实验中减少量子测量的反作用，设计出适用于线性光学系统的集体测量方案，来有效地模拟一个量子热力学过程。该体系利用了光子的多自由度特性，将两个量子态编码到单个光子的偏振和路径态上，并通过对偏振和路径的集体测量，从而提取出了初始量子态的叠加信息，预测了具有初始相干性的量子态在特定演化下的行为，预测出了在此演化过程中，能量的具体转化方式。该研究组同时做了一组对照实验，模拟了传统热力学中的两次投影测量方法，同样得到一组能量转化方式的预测。实验结果如图所示，红色与蓝色代表了实验预测的末态概率分布与实际演化的概率分布的保真度。实验结果表明，不管是针对不同的量子态，还是不同的演化过程，由传统方法得到的热力学过程的预测结果与体系本身的演化行为相去甚远，而用集体测量得到的结果更为接近事实演化（在下图实验结果中表现为更高的保真度）。 　　审稿人对该工作给予了高度评价。该工作对集体测量以及量子热力学的研究具有重要意义。 　　文章第一作者是中国科学院量子信息实验室博士生吴康达，通讯作者是项国勇和Martí Perarnau-Llobet。该项研究得到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和教育部，以及Alexander von Humboldt基金的支持。

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发布时间: 2019-04-06

8. 华南植物园“一种海人树种子萌发及育苗的方法”获发明专利

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1月18日获悉，由中国科学院华南植物园涂铁要等科研人员完成的“一种海人树种子萌发及育苗的方法”获得国家发明专利授权（专利号：ZL201610289252.X）。 　　该发明公开了一种海人树种子萌发及育苗的方法。采集新鲜成熟的海人树种子，置于干燥通风处进行后熟处理，得到后熟处理的种子；将待萌发的种子浸泡于60℃热水中12小时，取出置于质量分数95~98%的硫酸水溶液中浸泡20~60分钟，再取出置于质量分数0.1%赤霉素水溶液中48~72小时，得到预处理好的种子，然后将预处理好的种子播种于消毒过的培养基质中，控制萌发温度为25~32℃，浇水或喷雾保湿，在培养基质上方还设有一层遮阳网。 　　该发明提高了海人树种子出苗率，解决了中国南海海洋岛屿生态重建过程中海人树种子育苗问题，使其能够通过播种繁殖开展育苗栽培，达到海人树规模化育苗从而为市场提供海人树苗木的目的。

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发布时间: 2019-03-30

9. 昆明动物所在温泉微生物多样性分布研究中取得进展

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微生物菌群的时空分布系生物地理学核心内容，也是目前微生物生态研究的热点课题。近日，中国科学院昆明动物研究所“计算生物与医学生态学”课题组博士生李连伟应用“多样性－面积”模型（DAR模型：Diversity-Area Relationship)，重新分析了加拿大学者收集全球160多处温泉的宏基因数据（Sharpe et al. 2014, the ISMEJ），首次建立温泉微生物多样性变化的生物地理模型，并从中揭示了一些重要发现，特别是首次发现细菌和古菌在空间异质性方面的显著差别。细菌和古菌在系统生物学“分界”已经超过半个多世纪，但对于他们在生物地理学分布的差异研究并不多见。其主要原因是，在宏基因测序技术大量采用之前，要进行大规模、全球规模的微生物物种分布调查并不现实。因此，该研究为进一步研究细菌和古菌在生态适应方面的差异具有重要意义。同时，该研究所建立的一系列数学模型本质上勾画出了温泉微生物多样性分布最重要的特征“地图”（Biogeographic maps)。 　　该研究采用的“多样性—面积”DAR模型来自于昆明动物所研究员马占山近年来对于经典“物种—面积关系”（SAR：Species Area Relationship）的一系列扩展。SAR模型有上百年历史，被广泛认为是生物地理学和保护生物学最重要的理论模型之一。马占山采用以Renyi熵为基础推导出来的“希尔数”（Hill Numbers）作为通用的“多样性指数”取代SAR模型中的“物种数”，从根本上解决了传统SAR存在的一些缺陷。并根据幂法则所具备的尺度恒定理论（Scale-Invariance）推导出了另外三项重要参数：多样性重叠参数（PDO: Pair-wise Diversity Overlap）、累计多样性最大值（MAD: Maximal Accrual Diversity），以及“局部-地区（全球）”（LRD/LGD: Local to Regional/Global Diversity）比率参数。这些参数可以用来构建前文提到的生物多样性分布的特征地图。 　　应用“多样性—面积关系”DAR模型对温泉中古菌和细菌数据分析，比较了古菌和细菌的空间分布模式，发现古菌总体比细菌总体的空间分布异质性更高，而古菌的主要物种分布空间异质性比细菌主要物种低。多样性重叠参数（PDO）显示高阶多样性在区域之间的重叠度更高，即高阶多样性的空间异质性更低。通过累计多样性最大值（MAD）估计出温泉中古菌近8400种，细菌多达55000多种，是古菌的6倍。LGD揭示，平均水平上，单一温泉所含有的古菌仅占全球范围所有温泉中所含古菌的1.25%，细菌约占全球范围的1.52%，这也是环境微生物空间分布高度异质性的佐证。这些关于温泉微生物多样性分布特征的参数都是首次揭示。 　　该研究成果以Global Microbiome Diversity Scaling in Hot Springs With DAR (Diversity-Area Relationship) Profiles为题，发表在Frontiers in Microbiology上，李连伟为文章的第一作者，马占山为文章的通讯作者。

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发布时间: 2019-03-30

10. 中国科大揭示金属纳米催化剂尺寸效应

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金属纳米颗粒的尺寸效应对负载型金属纳米材料的催化活性和选择性有重要影响。从几何结构上看，随着金属颗粒尺寸的减小，低配位原子逐步暴露且比例渐渐升高，显著改变催化材料活性中心的结构和比例。从电子结构上看，金属颗粒的电子能级也因量子尺寸效应发生显著改变，极大地影响催化材料和反应物之间的轨道杂化和电荷转移。由于金属纳米催化颗粒的几何结构和电子结构随其尺寸同步改变，使得人们无法有效区分两种结构效应对催化反应活性、选择性的贡献以及对尺寸的依赖关系。如何揭示金属催化剂尺寸效应的内在本质，打破几何结构效应和电子结构效应与颗粒尺寸的强关联性，进而优化设计性能更好的催化剂，是目前多相催化领域的一大挑战。 　　针对这一问题，中国科学技术大学教授路军岭课题组和李微雪课题组展开实验和理论合作研究，首次揭示了金属纳米催化剂中几何效应和电子效应各自对催化反应随尺寸变化的调变规律，创造性地提出一种拆分剥离金属颗粒几何效应和电子效应的策略——金属纳米颗粒的“氧化物选择性包裹”。在具有重要应用背景的Pd催化苯甲醇选择性氧化到苯甲醛反应中，实现了高活性和高选择性转化。相关研究结果以Disentangling the size-dependent geometric and electronic effects of palladium nanocatalysts beyond selectivity 为题，发表在国际期刊《科学进展》上（Science Advances,2019, 5, eaat6413）。 　　醛类化合物是合成精细化学品的关键中间体。醇选择性氧化制醛是重要的基本化工过程。路军岭课题组系统研究了苯甲醇选择性氧化反应中金属Pd催化剂的尺寸效应，发现Pd颗粒的催化活性和选择性随颗粒尺寸均呈“火山型”变化趋势（图1A,B）：在大尺寸时，虽然选择性高，但比活性较差；在4nm处，虽然比活性较高，但选择性较差；而在小纳米尺寸时，虽然选择性较高，但比活性较差。为了剥离几何效应对此变化趋势的贡献，该课题组基于原子层沉积（ALD）技术，利用Al2O3和FeOx分别选择性地包裹Pd颗粒的低配位和高配位原子（图1C,D），在不改变颗粒尺寸和电子结构情况下，实现了对Pd颗粒暴露原子的低配位/高配位比例的精准调控，为研究几何效应对催化反应的单独贡献奠定了基础。基于该策略，研究团队发现当催化剂尺寸大于4nm时，几何效应占主导地位：尺寸越大，低配位原子比例越低，选择性越好；当催化剂尺寸小于4nm时，尽管低配位原子比例越来越高，但选择性却越来越好，光电子能谱(XPS)数据表明Pd的电子结构发生显著变化，预示着电子效应可能反转了选择性的变化趋势。 　　为了理解实验中观测的催化反应活性和选择性随尺寸变化的双火山曲线变化规律，李微雪课题组展开了第一性原理的理论计算研究。在理论上首次发现在大尺寸Pd催化苯甲醇选择性氧化中，高低配位Pd表面上活性氢物种的氧化与加氢两个反应路径的竞争是几何效应产生的关键：高配位Pd原子处的活性氢物种容易与表面羟基反应生成水，有助于苯甲醛的产生；相反，低配位Pd原子处的活性氢物种更容易对苯甲基加氢，从而有助于甲苯的生成。该结果揭示了实验上观测大尺寸几何效应产生的微观机制。基于不同尺寸的Pd团簇模型（图2），计算发现由于电子效应导致Pd的功函数随粒径减小逐步降低，和实验上观测到的光电子能谱数据变化规律一致，Pd颗粒和反应物中间体之间有更多的电荷转移，形成更强的化学键，从而降低了反应活性，使得加氢到甲苯变难，苯甲醛选择性提高。这一结果从微观上证明了在小纳米粒子时的确是电子效应反转了选择性随尺寸的变化规律。 　　综上所述，研究人员发现在较大（>4nm）和较小（<4nm）的颗粒上，几何效应和电子效应分别控制主导反应的性能，从而使催化反应的选择性和活性都随颗粒尺寸呈“火山型”变化趋势。在此基础上，通过“氧化物选择性包裹”4nm颗粒的低配位原子，有效抑制了副反应的发生，获得高比质量活性和高选择性的催化剂（图1）。该工作提出的“氧化物选择性包裹”金属纳米颗粒的策略，不但能够有效拆分剥离金属颗粒的几何和电子效应，而且打破了催化性能随颗粒尺寸变化的“火山型”曲线。该策略为理解催化反应中的几何效应和电子效应提供了有效手段，并且为设计高活性、高选择性的金属催化剂提供重要指导。 　　论文第一作者是中国科大化学与材料科学学院博士生王恒伟和美国韦恩州立大学博士顾向奎。通讯作者路军岭和李微雪共同指导了该研究。该项研究得到国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重大研究计划、国家重点研发计划、中国科学院创新群体、中国科学院前沿重点研究课题、中央高校基本科研业务费、马克思-普朗克伙伴小组等资助。

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发布时间: 2019-03-30

11. 研究揭示蛋白质SUMO化修饰精细调控植物次生细胞壁增厚新机制

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1月18日，PLOS Genetics 杂志在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所李来庚研究组题目为SUMO modification of LBD30 by SIZ1 regulates secondary cell wall formation in Arabidopsis thaliana 的研究论文，揭示了蛋白质SUMO(small ubiquitin-related modifier)化修饰精细调控植物次生细胞壁增厚新机制。 　　细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的主要特征之一。所有植物细胞都具有初生细胞壁，一些细胞类型，例如维管组织的纤维细胞和管状细胞中，需要形成加厚的次生细胞壁，为植物的直立生长提供机械支撑力以及水分和养分长途运输通道。次生细胞壁形成直接影响植物生长发育和抗逆性状，次生细胞壁加厚过程在时空上受到多层次的精细、复杂和严格的调控。 　　SUMO化修饰是一种蛋白翻译后的修饰方式。SUMO化修饰在蛋白质之间相互作用、蛋白质在细胞内的定位、转录因子活性等方面发挥多种调节功能。近日，李来庚研究组发现转录因子LBD30通过SIZ1介导的SUMO化修饰作用于拟南芥纤维细胞次生细胞壁加厚过程。研究证明了LBD30的SUMO化修饰直接对纤维细胞壁加厚的转录程序进行调控。SUMO化的LBD30促进细胞壁加厚的转录程序启动，如果LBD30不被SUMO化，则该细胞壁加厚程序不能正常启动(如图所示)。该研究首次发现了蛋白质SUMO化修饰在调控次生细胞壁形成中的重要功能，揭示了次生细胞壁形成多层次调控网络的一个新途径，为实现对细胞壁生物质的精确和定向改造提供了一条新的可操作技术路径。 　　博士生刘畅和哈斯为该论文的共同第一作者。该研究由国家自然科学基金委、科技部重点研发计划和中国科学院战略先导项目提供经费支持。

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发布时间: 2019-03-30

12. 云南天文台主序前盾牌座delta型变星星震学研究获进展

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近期，中国科学院云南天文台恒星物理组科研人员在主序前演化阶段盾牌座delta型脉动变星星震学领域获得新进展，首次用星震学方法精确给出了该类变星的演化状态。研究成果发表在国际天文学杂志《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。 　　盾牌座delta型变星在赫罗图上处于经典脉动不稳定带和主序交叉的位置，是一类很早就被发现具有多重脉动周期的变星，因而也一直被认为是星震学的重要研究对象。该类变星的质量在1.5-2.5M之间，主要处于中心氢燃烧阶段，部分变星中心氢刚刚耗尽离开主序，少数变星属于主序前恒星。主序前演化是恒星演化的最早期，决定着恒星一生。深入研究主序前阶段的盾牌座delta型变星，对了解主序前及以后阶段恒星的内部结构与演化具有重要意义。 　　近年来，空间望远镜MOST、CoRoT和Kepler对一批盾牌座delta型变星获取了高精度的测光数据，为其星震学研究创造了前所未有的机遇。然而，由于盾牌座delta型变星的振动波频率既不遵循类太阳变星那样的等频率间隔关系，又不遵循脉动白矮星那样的等周期间隔关系，如何准确认证观测频率是盾牌座delta型变星星震学长期以来面临的最大难题。当前应用到盾牌座delta型变星上的模式认证方法有最常用的多色测光方法和光谱学方法，及寻找等频率间隔序列方法和旋转分裂方法。 　　基于该团队近期提出的旋转分裂方法，他们对HIP 80088和IP Persei开展了细致的星震学研究。研究发现：(1)变星HIP 80088和IP Persei的脉动频谱均可以基于旋转分裂得到很好的解释。尤其是对HIP 80088，在其12个观测频率中认证了两组多重线结构(1组完整的自转分裂三重线和1组自转分裂五重线的四组分)。(2) 变星HIP 80088和IP Persei内部的碳氮(CN)循环过程均未达到平衡态，并首次精确给出其当前C12的转化比例(对HIP 80088，28%的C12已经转化为N14；对IP Per，14%的C12已经转化为N14)。 　　该系列研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院天文大科学研究中心和西部青年学者B类项目的资助。

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发布时间: 2019-04-06

13. 物理所等利用强激光大幅提升太赫兹脉冲能量

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太赫兹(THz)辐射位于中红外和微波辐射之间，由于其单光子能量低和谱“指纹性”等独特优势，在材料科学、生物医疗和国防安全等领域具有重要应用价值。然而大能量太赫兹辐射源的缺乏是限制太赫兹科学和应用发展的关键瓶颈问题之一。有多种电子学和光学的方法可以获得太赫兹辐射，但到目前为止，公开报道的太赫兹脉冲能量均小于毫焦。 　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室L05组研究员李玉同和上海交通大学张杰、廖国前等人组成的研究团队，对强激光-固体靶相互作用产生太赫兹辐射的新途径进行了探索。在前期利用激光加速的高能电子激发太赫兹渡越辐射工作的基础上[Phys. Rev. Lett. 116, 205003 (2016)]，最近在与英国卢瑟福实验室教授David Neely等人进行的联合实验中，大幅提升了太赫兹脉冲能量。 　　实验是在卢瑟福实验室的Vulcan激光装置进行的，实验方案由中方提出。利用皮秒超强激光装置，他们首先在固体薄膜靶中加速大量高能电子，之后，当电子从靶背面逃逸到真空时，通过渡越辐射，激发了高强度太赫兹辐射。实验表明，太赫兹脉冲能量高达50 mJ，这是迄今为止在实验室中获得的最高太赫兹能量。 　　太赫兹已经在许多研究和技术领域获得应用，例如，用于机场安检的全身扫描仪。这种由高功率激光器驱动的强太赫兹光源为人们研究物质的非线性动力学等问题提供了机遇。 　　相关研究结果近期发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。该研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院、科技部和牛顿基金的支持。

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发布时间: 2019-03-29

14. 全球海洋变暖研究获进展

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自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）研究员S. Levitus于2000年在《科学》（Science）撰文正式发布第一条全球上层海洋热含量变化时间序列，发现20世纪下半页全球海洋次表层升温的现象以来，全球海洋到底变暖了多少，一直是一个争议不断的问题。2013年发布的国际政府间气候变化第五期评估报告（IPCC-AR5）列出的5个海洋热含量变化趋势估算中，最小的估计竟只有最大的估计的一半。对海洋变暖速度估算的不确定性，一方面限制了人们对全球变暖的科学认知，影响地球系统能量不平衡、气候敏感性等关键气候参数的估算；另一方面也阻碍了对气候模型的评估：从能量变化的角度，气候模型能否准确反映出过去的气候变化，进而对未来做出合理预估呢？ 　　中国科学院大气物理研究所副研究员成里京联合美国圣-托马斯大学J.Abraham、加州大学伯克利分校Z.Hausfather和美国大气研究中心K.Trenberth在Science上撰写perspective论文，对上述问题进行了解答。 　　海洋变暖多少的争议来源于过去海洋观测数据质量和数量的不足。自IPCC-AR5发布以来，研究人员发现传统的估算方法低估了过去几十年海洋热含量上升速率。虽然2005年之后，海洋科学家们在海洋中布放了一些新的仪器Argo，得到了较好的全球海洋热含量估计。但是科学家们永远无法穿越到2005年之前，重新用高精度的仪器观测过去的海洋状况，因此海洋数据领域科研人员一直在持续不断地改进旧数据的质量、发展新的技术以更准确地重构过去海洋的状态。 　　大气所团队多年研究解决了历史海洋热含量估计中的一系列问题，于2017年提出了一个新的海洋上层2000米热含量估计；同时日本气象厅、澳大利亚联邦科学与工业研究组织、美国普林斯顿大学等也提出了更新的或改进的方法对海洋热含量变化进行估算。这些新的方法显示出非常一致的自1955年以来的全球海洋热含量上升趋势。 　　最近一些估计一致性表明：热含量研究领域已经逐步解决已有问题，可以对全球海洋变暖做出更准确的计算了。根据最新估算，1971-2010年间全球海洋上层2000米变暖速率为0.36~0.39 Wm-2。新的估算显示出比IPCC-AR5更强的海洋变暖速率：IPCC-AR5的同期估计仅为0.20~0.32 Wm-2。海洋变暖在上世纪90年代后显著加速：1991年后海洋上2000米变暖速率为0.55~0.68 Wm-2。这直接反映了大气中不断积累的温室气体对海洋的影响。 　　气候模型能否准确模拟过去的海洋变化呢？Science研究表明，耦合模式比较计划5（CMIP5）模型集合平均可以非常好地模拟历史海洋变暖：1970-2010年间，CMIP5模拟的海洋上层2000米变暖速率为0.39 Wm-2，与最新的观测几乎一致。模型对过去情况的优秀的模拟效果极大提升了其对未来预估的可信程度。根据CMIP5模型预估，在rcp8.5情景下（假设未来不施行任何气候政策），2081-2100年间，整个上层2000米海洋将平均变暖0.78摄氏度（相对于1991-2005年的平均状态），这是过去60年海洋变暖总量的6倍。在rcp2.6情景下（假设未来将接近或达到《巴黎协定》目标），2081-2100年间海洋上层2000米将平均变暖0.4摄氏度。 　　人类活动已经深刻地改变了海洋环境，海洋增温已经造成了海平面上升、溶解氧下降、极端事件加剧、珊瑚白化等后果。然而，由于海洋对温室气体响应的“滞后效应”，海洋正在加速变暖，更强的海洋增暖将发生在本世纪。即使接近或者达到《巴黎协定》目标，海洋升温及其带来的影响也将持续。若不积极应对，未来人类和地球生态系统都将面临严重的气候风险。 　　论文于北京时间2019年1月11日上线，得到国际媒体的广泛关注。美国国家航空与航天局戈达德空间科学研究所主任Gavin Schmidt在接受采访时指出“海洋热含量确实是地球系统能量不平衡的最佳度量”，评论文章称“该发现进一步验证了已有的科学研究工作，并为本世纪末的气候预估提供了更强的可信度”。

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发布时间: 2019-04-06

15. 科学家利用聚吡咯-铜金属海绵制备能量转换和存储一体化器件

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柔性电子器件作为一种可弯曲、可形变的新型电子器件，日益受到广泛关注。近年来的科学研究也推动了柔性电子器件在信息、能源、医疗等领域的飞速发展，但现有的柔性电子器件依然存在质量大、形变不易恢复等不足之处。因此，制备机械稳定性高、质量小的柔性电子器件迫在眉睫。海绵是一种形变可逆的多孔材料，其已被广泛应用在储能、传感器、光催化等领域。目前研究的海绵主要分为两大类：一类是基于三维互联结构的石墨烯和金属泡沫海绵等；另一类是弹性聚合物，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚氨酯(PU)海绵。在上述海绵中，基于PDMS的海绵具有抗疲劳性好、寿命长、易于修饰、成本低廉等优点，在传感器等柔性电子产品的制造方面具有巨大的应用潜力。 　　近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所研究员李舟课题组和深圳大学化学与环境工程学院副教授周学昌研究团队合作，首次利用聚吡咯-铜金属海绵制备了一种集能量转换和能量存储功能于一体的柔性电子器件。依据现有的非电沉积法，深圳大学硕士生杨梦嫣制备得到了易形变、密度小的铜金属海绵。北京纳米能源所博士研究生李喆和助理研究员胡宽通过附载聚吡咯，制备了柔性、稳定的聚吡咯-铜金属海绵，使这种复合海绵具有较稳定的高导电性，为摩擦纳米发电机和超级电容器同时提供了更为优质的柔性电极选择。他们将聚吡咯-铜金属海绵用在电容器上，与聚乙烯醇-氢氧化钾凝胶组装成三明治结构，得到了一种全固态双电极超级电容器。一方面利用来自于铜金属海绵内表面较高的双电层电容，另一方面来源于聚吡咯产生的赝电容，实现了电容器结构和性能的优化，有效提高了电容器的稳定性和循环寿命，也增加了界面处的感应电流。博士研究生邹洋利用聚吡咯-铜金属海绵作为纳米发电机的摩擦层又作为电极层，制备了多孔、质轻的单电极摩擦纳米发电机，并通过材料本身处理，有效提高了纳米发电机的电学输出。研究人员将以上摩擦纳米发电机和超级电容器组装成一个器件，制得了集能量转换和能量存储功能于一体的柔性电子器件。 　　该器件在不改变性能的情况下，可被压缩50% 或弯曲180°，适用于可穿戴装置。摩擦纳米发电机产生的2.4V电压的能量能被存储在与其串联的多个超级电容器中，并可驱动LED灯工作。该研究工作为聚吡咯-铜金属海绵的应用提供了新方向，也为可穿戴电子器件和弹性多功能能量存储复合系统的研制提供了新思路。 　　相关研究成果以Elastic Cu@PPy sponge for hybrid device with energy conversion and storage 为题发表在近期的Nano Energy上（DOI:10.1016/j.nanoen.2018.11.093）。北京纳米能源所李喆、邹洋、胡宽以及深圳大学杨梦嫣为共同第一作者。李舟和周学昌为共同通讯作者。该项工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及国家相关人才计划“青年拔尖”人才的经费支持。

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发布时间: 2019-04-06

16. 植物所在硅藻特有捕光天线蛋白复合体结构研究中取得突破

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硅藻是海洋中最“成功”的浮游光合生物之一，它们通过光合作用贡献了地球上每年约20%的原初生产力，且在地球的元素循环和气候变化中发挥重要作用，这与硅藻特有的捕光天线蛋白“岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体”（Fucoxanthin chlorophyll a/c protein，FCP）的功能密切相关。硅藻的FCP复合体具有出色的蓝绿光捕获能力和极强的光保护能力，这是硅藻能够在海洋中繁盛的重要原因之一。 　　硅藻的FCP复合体属于捕光天线蛋白复合体（Light harvesting complex，LHC）超级家族，但其氨基酸序列与高等植物和绿藻的叶绿素a/b捕光天线蛋白的同源性很低，而且最为突出的是FCP结合大量岩藻黄素和叶绿素c，能够捕获蓝绿光以适应水下弱光环境。同时，FCP结合的岩藻黄素和硅甲藻黄素参与建立硅藻的超级光保护机制可以帮助这种浮游生物适应海水表面的强光环境。然而硅藻FCP复合体的结构长期没有得到解析，限制了硅藻光合作用机理的研究。 　　中国科学院植物研究所沈建仁和匡廷云团队一直致力于高等植物和藻类捕光天线蛋白的研究工作，通过多种手段解析了一种羽纹纲硅藻——三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）FCP二聚体1.8埃的晶体结构。研究人员发现，每个FCP单体中结合7个叶绿素a、7个岩藻黄素、2个叶绿素c、1个硅甲藻黄素和一些脂类及去垢剂分子；每个叶绿素c分子分别与2个叶绿素a分子成簇，并与其中一个叶绿素a分子紧密耦合，叶绿素c的原卟啉环结合在叶绿素a和岩藻黄素之间；每个叶绿素簇内部的叶绿素距离都在3.5埃左右，可以使能量快速高效地传递；FCP二聚体内部的叶绿素距离都在10埃以内，使激发能达到快速的平衡和传递。 　　研究人员还发现，FCP单体中有6个岩藻黄素分子插入到光合膜内，另1个新型的岩藻黄素分子水平结合在膜表面，这拓展了类胡萝卜素在捕光天线蛋白中的结合方式，提高了其绿光捕获能力；所有岩藻黄素与叶绿素距离都在4埃之内，使其捕获的光能可以高效地向叶绿素传递，同时也可能使岩藻黄素成为光保护的有效成员；硅甲藻黄素分子与FCP蛋白结合较弱，以便于参加到硅藻的类胡萝卜素循环中，进而使得硅藻适应从水下到水面的快速剧烈的光环境变化。 　　该研究首次描绘了叶绿素c和岩藻黄素在硅藻光合膜蛋白中的结合细节，阐明了叶绿素和岩藻黄素在FCP复合体中的空间排布，揭示了叶绿素c和岩藻黄素捕获蓝绿光并高效传递能量的结构基础；首次揭示了FCP二聚体的结合方式，对几十年来硅藻主要捕光天线蛋白聚合状态研究提供了第一个明确的实验证据。研究成果为揭示光合作用光反应拓展捕光截面和高效捕获传递光能机理，以及硅藻超强的光保护机制提供了坚实的结构基础；为实现光合作用宽幅捕获和快速传递光能的理论计算提供了可能，为人工模拟光合作用机理提供了新理论依据；为指导设计新型作物、拓展捕光截面、防止光破坏提供了新思路和新策略。 　　该研究成果于2月8日在国际学术期刊《科学》（Science）以长文（Online Research Article）形式发表，文章题为Structural basis for blue-green light harvesting and energy dissipation in diatoms。匡廷云与沈建仁为论文通讯作者，王文达和于龙江为论文共同第一作者。该项目得到日本冈山大学的合作研究支持，并得到上海同步辐射光源、日本SPring-8和KEK同步辐射光源、瑞士SLS同步辐射光源的技术支持。中国科技部国家蛋白质重点研发计划、中组部人才项目以及中国科学院先导专项、前沿重点项目和院长基金提供了经费支持。

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发布时间: 2019-04-06

17. 北京基因组所合作揭示RNA m6A修饰调控抗肿瘤免疫机制

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免疫治疗是对抗肿瘤的前沿阵地，其治疗成功的关键是引发针对肿瘤抗原的自发性T细胞反应。许多病人的免疫系统无法有效识别肿瘤抗原，难以引发持续性的T细胞应答并清除肿瘤。研究免疫系统识别肿瘤抗原的分子机制有望发现新型药物靶点，提高免疫治疗效果。 　　中国科学院北京基因组研究所韩大力团队与清华大学徐萌团队、美国芝加哥大学何川团队合作发现，RNA m6A修饰通过调控树突状细胞的溶酶体组织蛋白酶翻译效率，影响肿瘤抗原特异性的T细胞免疫应答新机制，相关研究成果在2月7日在线发表于《自然》杂志。 　　m6A修饰是mRNA上丰度最高的修饰类型，负责对mRNA分子进行转录后调控。m6A修饰通过其结合蛋白YTHDF1影响下游基因的翻译效率。韩大力及其合作者发现，RNA m6A修饰通过YTHDF1调控肿瘤抗原特异性免疫反应。相比于野生型小鼠，Ythdf1敲除小鼠展现出较强的肿瘤抗原特异性CD8+T细胞应答。进一步研究表明，体内删除树突细胞中的YTHDF1会提升其对肿瘤抗原的交叉呈递能力和T细胞的交叉激活。结合m6A-Seq、Ribo-Seq等转录组学数据发现，多个树突细胞溶酶体组织蛋白酶的转录本均带有m6A修饰且被YTHDF1识别，进而促进其翻译效率。同时，使用组织蛋白酶的抑制剂可以有效增强野生型DC细胞的交叉呈递能力。 　　研究人员进一步在其小鼠肿瘤模型中发现，Ythdf1敲除小鼠携带的肿瘤中PD-L1基因表达具有明显上调。PD-L1阻断疗法在Ythdf1敲除小鼠的治疗效果亦有大幅提升。结肠癌病人样本中的研究较高与小鼠模型相一致：肿瘤基质细胞中YTHDF1表达较低的肿瘤样本中含有较多的T细胞浸润。 　　这项研究具有广阔的临床应用价值，YTHDF1删除将为免疫检查点阻断疗法提供新型联合免疫治疗策略。

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发布时间: 2019-03-29

18. 研究揭示植物及动物来源单不饱和脂肪酸与 总死亡率和特定病因死亡率之间的关系

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1月28日，国际学术期刊Circulation Research 在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所宗耕课题组与哈佛大学公共卫生学院营养系合作的最新研究成果“Associations of Monounsaturated Fatty Acids from Plant and Animal Sources with Total and Cause-Specific Mortality in Two US Prospective Cohort Studies”。该研究发现较高的植物来源单不饱和脂肪酸（MUFA-Ps）摄入量与较低的总死亡率相关，而动物来源单不饱和脂肪酸（MUFA-As）的摄入则与较高死亡率相关。另外，用植物来源单不饱和脂肪酸替代饱和脂肪酸（SFAs）、精加工的碳水化合物或反式脂肪可以显著降低死亡风险。 　　在全球范围内，心血管疾病（CVD）和癌症是造成过早死亡的最主要原因。目前，越来越多的研究表明采取健康的生活方式（如戒烟、增加体力活动和提高膳食质量等）能够有效降低过早死亡的风险。多个国家的膳食指南均强调了膳食脂肪的质量对预防慢性疾病的重要性，尤其提倡植物油及其他植物来源的脂肪摄入。例如，膳食中的多不饱和脂肪酸（PUFAs）主要来自植物，而现有的研究表明PUFAs能够降低心血管疾病风险和死亡率的关系。与之相比，饮食中的单不饱和脂肪酸只有一半来自植物油（尤其是橄榄油）、坚果等植物类食物，另一半则来自动物油脂，如肥肉、黄油等。尽管两类食物中的单不饱和脂肪均为油酸（18:1n-9），但其它的营养成分差别较大，并可能对单不饱和脂肪的作用产生影响。目前的研究中，单不饱和脂肪酸与慢性疾病风险尤其是死亡率之间的关系尚不明确。 　　该研究纳入了2个大规模的前瞻性研究队列【护士健康研究（Nurses’ Health Study）、健康医护人员研究（Health Professionals Follow-up Study）】的近10万名调查对象，研究人员根据每四年一次的饮食问卷（FFQ）和产期更新的食品成分数据库评估调查对象的长期膳食状况。在22年的随访期内，共发现死亡案例20672例。通过统计分析，研究人员发现总MUFAs和MUFA-Ps与总死亡率呈负相关，而MUFA-As与总死亡率呈正相关。尤其值得引起注意的是，当植物来源的MUFA替换相同热量（按每日总能量摄入的5%计算）的饱和脂肪酸时，总死亡率下降16%；替换精加工的碳水化合物时，总死亡率下降14%；替换动物来源的MUFA时，总死亡率下降23%，心血管疾病死亡率下降26%，癌症死亡率下降27%，其它死亡率下降18%（下图）。 　　该研究是首个分析不同来源MUFA与死亡率联系的前瞻性研究，结果提示，应该将植物油、坚果等食物作为膳食MUFA的主要来源，该发现对于优化饮食结构、促进全民健康具有重要的指导意义。研究得到科技部和中国科学院等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

19. 化学所在理论计算预测双核铁酶活性中间体结构 和相关反应机制方面取得系列进展

yanyf@mail.las.ac.cn

一氧化氮分子(NO)和氧分子(O2)，是自然界中最重要的两种双原子自由基分子。在生物体内，NO分子是重要的信号分子，在平滑肌血管舒张、神经信号传递、血小板解聚、微生物感染免疫反应等方面，发挥着重要的生理作用。在自然界生物体中广泛存在着双核铁酶，其活性中心含有两个铁位点。双核铁酶不仅能参与O2分子的活化，而且可以活化NO分子。黄素双核铁蛋白(FDP)就是活化NO的双核铁酶（图1），并使其还原为N2O。人体免疫系统为了对抗微生物和病菌，可以产生具有杀灭微生物和病菌功能的高浓度NO，而作为对抗，致病菌所产生的黄素双核铁蛋白，可催化还原NO，从而导致感染的发生。因此，研究黄素双核铁蛋白催化NO还原反应的机制，对控制微生物感染具有重要意义。 　　在国家自然科学基金委和中国科学院化学研究所理论计算化学平台项目的支持下，化学所光化学重点实验室研究员陈辉团队，在理论计算预测双核铁酶活性中间体结构及其反应机制研究方面取得系列进展。双核铁酶活化O2/NO的活性中间体结构，是揭示其自由基小分子活化机制的钥匙。然而，由于这些瞬态中间体的高活性和不稳定性，用传统的X-ray单晶衍射方法获取其结构是非常困难的。因此，如何通过其它方法预测双核铁酶含O2/NO瞬态活性中间体的结构，成为当前制约其O2/NO活化机制和酶催化反应机制研究的瓶颈问题。在前期工作中，针对这一难题，陈辉团队发展了结合57Fe穆斯堡尔谱模拟的多尺度QM/MM方法，发现理论计算模拟可以给出中间体的结构信息，并成功运用于双铁芳胺加氧酶AurF和CmlI (J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13038-13046)，以及蓝藻醛去甲酰化加氧酶cADO (J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 4427-4432)的含氧瞬态活性中间体结构预测和机制研究中。然而，对于含有NO的双核铁酶瞬态活性中间体，该方法的有效性还有待确定。 　　最近，针对黄素双核铁蛋白Tm FDP，利用多尺度QM/MM模拟结合57Fe穆斯堡尔谱模拟，陈辉团队首次揭示了黄素双核铁蛋白中关键的双亚硝基中间体的第二配位层效应，及其对NO还原的重要影响(图2)，成功解决了领域中两个重要的机制难题。该工作有三个重要发现：（1）从双亚硝基中间体出发的N-N直接偶联，是Tm FDP中NO还原更合理的第一步反应机制；(2) Tm FDP中酪氨酸残基Tyr197的第二配位层效应，是一种对NO还原反应有特定选择性的稳定化作用；（3）NO还原过程中外部电子的注入，并不会对提高反应速率有帮助。该工作表明，QM/MM 57Fe穆斯堡尔谱模拟不仅对O2活化瞬态中间体结构，而且对NO分子活化瞬态中间体结构，不仅对第一配位层结构，而且对第二配位层结构，都能给出有用的信息，这为这种理论计算模拟方法在双核铁酶体系中更广泛的应用，奠定了基础。相关结果发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3795-3799。

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发布时间: 2019-03-30

20. 生物物理所提出靶向内质网蛋白质氧化折叠通路治疗宫颈癌新策略

yanyf@mail.las.ac.cn

近日，《柳叶刀》旗下EBioMedicine 杂志在线发表了来自中国科学院生物物理研究所的研究论文“Targeting the functional interplay between endoplasmic reticulum oxidoreductin-1α and protein disulfide isomerase suppresses the progression of cervical cancer”。该研究发现了负责内质网蛋白质氧化折叠的主要通路在宫颈癌发生中起重要作用，破坏该通路得以有效抑制宫颈癌进展。 　　宫颈癌是一种在女性中发病率和死亡率均位居前列的恶性肿瘤。尽管宫颈癌疫苗已经在预防宫颈癌方面起重要作用，但目前的治疗手段仍主要为手术、放疗和化疗。这些手段的风险和副作用较大，病人生存质量也有待提高。因此创新治疗手段、探索有效靶标成为亟待解决的问题。癌细胞有旺盛的生命活动和失控的生长势头，其蛋白质的合成和加工也异常活跃。许多细胞因子和膜受体分子都富含二硫键，需要通过分泌途径经过氧化折叠。在细胞内质网中，蛋白质氧化折叠的主要通路由巯基氧化酶Ero1α和蛋白质二硫键异构酶PDI构成。PDI负责催化底物蛋白中二硫键的形成，而Ero1α则负责为PDI 提供上游氧化力，这一过程消耗O2，同时产生H2O2。 　　该研究首先通过检测临床样本及组织芯片中Ero1α的蛋白表达，发现Ero1α在宫颈癌中明显上调，其表达量与宫颈癌的恶性程度呈正相关，与病人预后呈负相关。在宫颈癌细胞系HeLa中将ERO1A基因敲除后，癌细胞的生长速度明显减慢，迁移和侵袭能力下降，在小鼠皮下成瘤的能力也明显减弱，这一现象可通过H2O2-相关的上皮间充质转化(EMT)机制实现。随后，通过定点突变、活力测定以及蛋白互作等实验，研究者发现Ero1α与其下游的搭档蛋白PDI相互作用的关键位点为Ero1α的101位缬氨酸残基(Val101)，该位点特异地识别PDI的催化结构域。突变该位点之后，Ero1α-PDI相互作用被破坏、两者复合物减少、Ero1α的氧化酶活力下降。表达Ero1αVal101突变体的HeLa细胞也呈现生长减缓、迁移和侵袭能力下降以及小鼠皮下成瘤能力降低的表型。 　　该研究首次将蛋白质氧化折叠与宫颈癌联系起来，并揭示了其分子机制。鉴于Ero1α和PDI在许多癌症中均高表达，该工作从概念上证明开发靶向Ero1α-PDI互作界面的药物有望作为抑制肿瘤生长和癌症发生的新策略。 　　中国科学院院士王志珍课题组副研究员王磊为论文的通讯作者，博士生张旖旎为论文的第一作者。该研究得到生物物理所研究员卫涛涛以及温州医科大学第一附属医院教授吕斌的支持，并受到国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国科学院青年创新促进会等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

21. 大连化物所纳米晶三线态能量转移动力学研究取得新进展

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近日，中国科学院大连化学物理研究所光电材料动力学特区研究组研究员吴凯丰团队基于量子限域的CsPbBr3纳米晶与多环芳烃分子构建模型异质结，并结合稳态和飞秒瞬态光谱，揭示了该体系内纳米晶量子限域效应主导的三线态能量转移动力学过程，清晰地展示了转移速率对纳米晶载流子表面概率密度的线性依赖关系。相关成果发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。 　　多环芳烃的三线态敏化在光子上转换和光催化有机合成等领域具有重要应用。光子上转换可减小太阳能转换中的低能光子透过损失，有望使转换效率突破传统的Shockley-Queisser极限。三线态敏化的一般途径为：含重金属的敏化剂分子受光子激发后通过系间窜越产生敏化剂分子的三线态，此三线态再通过能量转移产生多环芳烃的三线态。然而，敏化剂分子的系间窜越会带来较大的能量损失（≥0.5eV），降低上转换过程的有效增益（上转换光子与激发光子的能量差）。近年来，半导体纳米晶作为三线态敏化材料开始受到广泛的关注。与传统的敏化剂分子不同的是，纳米晶具有较弱的电子-空穴交换作用，明态-暗态能量分裂极小（几个meV），所以几乎不存在系间窜越能量损失。因此，纳米晶作为三线态敏化材料可最大化光子上转换过程的有效增益。然而，由于其较大的尺寸和复杂的内部和表面态电子结构，从纳米晶到多环芳烃的三线态能量转移机理可能不同于传统的敏化剂分子，到目前为止文献中都缺乏深入系统的研究。比如，最近的研究大多采用荧光量子产率很低的半导体纳米晶（如CdSe和PbS等）作为敏化材料，且将能量转移速率的影响因素笼统地归因于纳米晶尺寸相关的能量转移驱动力和光谱重叠。 　　吴凯丰研究团队提出，近期在光伏和发光应用领域广受关注的钙钛矿纳米晶也是一类理想的三线态敏化材料，因其具有较高的荧光量子效率（≥60%）和对称的载流子波函数分布，可用于构建模型体系，探索纳米晶三线态能量转移的主要影响因素。光谱动力学研究发现，纳米晶尺寸相关的能量转移驱动力和光谱重叠对转移速率的影响极小；相反，纳米晶的波函数表面分布在三线态能量转移过程中起主导作用，其速率随尺寸相关的载流子表面概率密度（波函数平方）呈线性关系。纳米晶尺寸越小，量子限域效应越强，载流子在纳米晶表面的波函数分布越大，越能有效地与吸附于纳米晶表面的多环芳烃进行波函数交换从而实现三线态能量转移。这与三线态能量转移的Dexter机理是符合的。 　　该研究首次揭示了纳米晶到多环芳烃分子三线态能量转移的核心影响因素，对采用纳米晶吸光材料驱动的光子上转换和光催化反应具有重要指导意义。此外，该研究也表明，虽然在光伏和发光应用领域钙钛矿材料的量子限域效应未受关注，但在三线态敏化等应用领域量子限域对钙钛矿材料是不可或缺的。 　　该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

22. 沈阳自动化所等在载人月球探测预先研究方面获进展

yanyf@mail.las.ac.cn

近日，国际学术期刊Environmental Toxicology 以封面论文的形式，邀请刊载了中国科学院沈阳自动化研究所空间自动化技术研究室研究员刘金国团队在载人月球探测预先研究领域的最新成果。 　　载人月球探测是目前各个航天大国关注的焦点，在未来的载人月球探测任务中，航天员可能要长期暴露在月尘之中，但国内外对于月尘生物毒性的认识极其有限。刘金国团队利用模拟月尘，对月尘对呼吸系统的毒性及其作用机制进行了深入研究。研究表明，吸入月尘可能会引起炎性肺纤维化病变，炎症和氧化应激是月尘引起肺损伤的重要因素。研究成果将为航天员月尘毒性的防治提供重要依据和参考。该研究工作由沈阳自动化所、沈阳医学院、澳门科技大学、中国科学院地球化学研究所等单位联合完成，得到国家自然科学基金、澳门科技大学月球与行星科学实验室开放课题和载人航天工程预先研究项目的资助。 　　近年来，沈阳自动化所承担了一系列嫦娥工程型号任务和载人航天工程型号任务。在此基础上，面向载人航天工程与月球探测后续发展需求，沈阳自动化所积极开展了载人月球探测的预先研究工作，不断取得新的进展，并在国内外产生影响。

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发布时间: 2019-03-30

23. 化学所在RNA表观遗传修饰的化学调控研究方面取得进展

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RNA的表观遗传修饰是RNA调节基因表达的化学基础，利用新反应技术和新分子工具对RNA修饰进行精准调控对揭示RNA介导的遗传信息表达网络具有重要意义。然而由于RNA本身的不稳定性，使得在活细胞水平进行化学调控变得异常艰难。N6-甲基腺嘌呤（m6A）是真核生物最常见和最丰富的一种修饰，占甲基化修饰的80%以上。m6A修饰广泛参与调控mRNA的剪接、运输、稳定性和翻译效率等，并且与肥胖和肿瘤等多种生理功能异常及疾病相关。发展能够直接与m6A修饰进行相互作用的小分子化合物，以此实现在细胞水平上特异性识别m6A修饰并且进行选择性调控，更加精确地描绘RNA的修饰动态过程及其效应，具有十分重要的生物学意义和应用价值。 　　在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所分子识别与功能重点实验室研究员程靓团队长期从事该领域的基础研究，发展了一系列针对重要RNA表观遗传修饰的高选择、高灵敏、时空分辨的化学转化、荧光标记的原理和方法。他们前期报道了首例在蓝光照射下，维生素B2选择性促进核苷水平的m6A去甲基化研究（Chem. Commun. 2017, 53, 10734），为后续在细胞水平调控m6A奠定了基础。最近，他们和活体分析化学重点实验室研究员汪铭课题组合作，首次实现了化学小分子对RNA表观遗传修饰的直接干预。研究表明，核黄素单核苷酸（FMN）作为人工去甲基化酶，能够利用细胞中的氧气实现核苷、寡核苷酸以及活体细胞水平上的m6A去甲基化。FMN的作用方式是特异性地氧化N6-甲基取代的腺苷，而不是传统的作为甲基化酶的抑制剂或去甲基化酶的激动剂。即使在甲基化酶过表达的细胞中，FMN依然可以有效地下调m6A的表达水平，表明FMN有望作为新型的靶向m6A修饰的小分子抑制剂进行开发，对治疗由m6A过表达引起的生理疾病以及深入研究m6A的生物学功能提供了候选化合物。相关成果发表于《德国应用化学》

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发布时间: 2019-03-30

24. 中国科大实现室温固态可编程量子处理器

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近日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授杜江峰领导的中国科学院微观磁共振重点实验室首次在室温大气条件下实现基于固态自旋体系的可编程量子处理器。该研究成果以A programmable two-qubit solid-state quantum processor under ambient conditions 为题，发表在1月25日的npj Quantum Information上[npj Quantum Information 5, 9 (2019)]。 　　量子计算利用量子叠加性，能够有效处理经典计算科学中许多难以解决的问题。可编程量子计算是量子计算走向实用化的一个重要条件。对于经典计算而言，用户通常使用同一种硬件架构就可以灵活地完成多种多样的计算任务。但是目前绝大多数量子计算实验仅仅被设计来运行特定的量子算法，如果要执行新的量子算法，往往需要重新配置量子计算的硬件。可编程量子计算概念的提出就是用来解决这一问题，它能够在不改变硬件的前提下，仅需要配置这些量子处理器的若干参数就可以实现各种不同的量子算法。近年来，在离子阱、超导体系和硅量子点体系中已陆续演示了可编程量子计算。但由于室温固态体系中的量子比特通常面临嘈杂的噪声，其量子相干性非常容易受到破坏，因此在室温固态体系中开展可编程量子计算演示仍然是一项艰巨的挑战。 　　杜江峰课题组利用金刚石中的电子自旋与核自旋作为两量子比特体系，首次实现了室温固态自旋可编程量子处理器。研究人员利用绿色激光脉冲实现该量子处理器的初始化和读出功能，并利用一系列高精度的微波与射频脉冲序列来执行量子算法。他们设计了一类普适量子线路，将一系列量子算法的执行转化成为相应的微波和射频脉冲的幅度和相位参数。对于用户而言，仅需要对这一系列参数进行有效配置，就可以完成多种量子算法，避免了繁琐而且昂贵的硬件重新配置。在量子算法执行过程中，研究人员结合前期发展的动力学解耦技术有效抑制固体中嘈杂的噪声带来的不利影响，在该可编程量子处理器上成功运行了Deutsch-Jozsa算法和Grover搜索算法，算法的成功率超过80%。预期在未来，通过提升该量子处理器的材料（金刚石）性能，譬如降低13C的含量，将有助于进一步提升算法的成功率。该工作展示了可编程量子处理器的灵活性，向构筑室温固态量子计算迈出了重要一步。 　　中国科学院微观磁共振重点实验室伍旸和王亚为该文并列第一作者。此项研究得到科技部、中国科学院和安徽省的资助。

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发布时间: 2019-04-06

25. 半潜式海洋气象探测无人艇研究获进展

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我国海岸线漫长，沿海经济发达，临近大陆和岛屿的海域辽阔，蕴藏着丰富的资源。随着海洋强国和“一带一路”战略的实施，海上交通运输、渔业养殖、油气开采、科学研究、旅游和军事等活动日益频繁。然而，我国沿海地区以及濒临海域的气候多变，气象条件和海陆环境复杂，经常发生台风暴雨、大风、风暴潮、大雾和海上强对流天气等海洋气象灾害。目前人们对这些海洋灾害性天气生消演变的科学认识还存在诸多不足，进而难以准确预报这些海洋灾害性天气，而海上尤其是外海气象观测资料的缺乏是主要原因。 　　海洋上的气象观测资料在发达国家和地区主要由卫星遥感、商船气象报和非业务性飞机观测提供，但比起陆地台站网所提供的资料在质量和数量上都有极大差距，不能满足科研和业务需要。这种状况限制了台风生成与发展机理、海-气相互作用以及厄尔尼诺事件相关的气候变化等研究的深入开展，极大地阻碍了海洋气象和水文环境预报尤其是台风天气预报能力的提高。我国周边广阔海域上的气象和水文观测站点还非常少，近海布置的浮标也不多。商船只能提供不连续、分散的气象海况报告，而海监飞机在恶劣天气时不能提供气象水文信息；岛屿和综合考察船的气象探空少，缺少覆盖面宽、时间连续的对流层廓线剖面探测。 　　目前我国在远海气象探测，尤其是海上垂直探空观测方面，还缺乏有效而又经济的技术手段。国内外还没有长航时无人驾驶可进行探空的海上气象观测系统，尤其是没有在复杂海况条件下生存并适用于气象探测的海上自动航行专用平台及综合观测技术。要尽快改变这种状况，需要发展海上自动部署及在任何海况条件下生存并实用的海洋气象环境原位探测技术，研制科研与业务共用新型海上气象水文观测平台。 　　2016年5月，中国科学院大气物理研究所无人艇研发团队成功研制了一款基于自控驾驶的半潜式海洋气象观测专用无人艇。该艇为半潜式结构，艇身大部分处于水线之下，只有设备仓位于水面以上，大大降低了海浪对艇体的影响，使无人艇航行非常稳定；同时无人艇的重心远远低于其浮心，使无人艇具备自扶正功能，大大提高了其在恶劣海况下的生存能力。 　　2016年5月至2017年11月半潜式海洋气象观测无人艇在淮河和渤海开展了一系列河试和海试，测试了半潜式海洋气象观测无人艇的功能、技术成熟性和业务化可行性，并首次在无人船上发射了探空火箭；获得了实时的海上气象观测数据、海表温度和海上边界层内的温度、湿度、气压以及风速和风向垂直廓线。系列河上和海上试验成功表明这种半潜式艇体结构设计结合自动航行控制、实时卫星数据通讯、气象水文自动观测和探空火箭发射等技术相结合，使得该艇能够远距离、长航时及在复杂海况条件下工作，能够开展连续、实时的海面气象观测，能够对中下对流层进行气象探空探测、实时数据和指令传输以及工作状态监控；可实现海洋尤其是远海气象与水文多要素的定点或走航式探测，作为海上自主部署与回收的流动自动气象站和探空站实时监测海上大风、大雾和雷暴等天气，同时监测海温海盐和海流等参数，为海洋气象水文业务和科研提供资料。这些海洋气象观测数据可以促进海-气相互作用、海气界面感热和潜热通量的估算、海洋边界层模拟和海洋卫星产品验证等的研究。 该研究成果被选为《大气科学进展》2019年第四期封面文章。

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发布时间: 2019-04-06

26. 生物物理所揭示绿藻光系统I高效捕获及传递光能的分子机制

yanyf@mail.las.ac.cn

3月8日，Nature Plants 杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所常文瑞/李梅研究组与章新政研究组的合作研究成果，题为Antenna arrangement and energy transfer pathways of a green algal photosystem I-LHCI supercomplex，该项工作首次报道了莱茵衣藻光系统I-捕光复合物I（PSI-LHCI）超级复合物的高分辨率冷冻电镜结构，提供了精确的衣藻PSI-LHCI结构模型，展示了其各亚基的组装和色素排布方式，揭示了其高效的光能捕获和能量传递的分子机制。 　　放氧光合作用利用太阳能产生氧气及碳水化合物，为地球上几乎全部生物提供生存的基础。放氧光合生物（包括植物、真核藻类和蓝藻）有两个光系统，分别是光系统I（PSI）和光系统II（PSII）。植物和藻类中的光系统I是由核心复合物和外周的捕光蛋白复合物（LHCI）组成的多亚基膜蛋白-色素复合物，其通过外周天线吸收光能，传递到核心，驱动电子传递，并最终将电子提供给ferredoxin生成NADPH。在进化过程中，不同物种的PSI核心是相对保守的，但外周捕光天线系统差异很大，尤其是绿藻的光系统I的外周天线系统更为多变。对绿藻模式生物莱茵衣藻的研究表明，其光系统I的天线系统相比于其它真核藻类和植物来说更大也更为复杂，可能结合多达10个捕光天线蛋白，而高等植物的光系统I核心只稳定结合4个LHCI，低等红藻光系统I中也只有3或5个天线蛋白。研究表明，虽然衣藻PSI-LHCI的捕光天线系统更为庞大，但它与植物PSI-LHCI具有相似的平均荧光寿命，表明衣藻PSI-LHCI中捕光天线向核心的激发能传递效率更高。到目前为止，来源于红藻及高等植物的PSI-LHCI复合物都已经有高分辨率的结构，但尚缺乏来源于绿藻的PSI-LHCI的高分辨率结构信息，对衣藻PSI-LHCI复合物的结构研究将有助于深入了解其高效捕获和传递能量的途径和机制。 　　生物物理所研究团队通过单颗粒冷冻电镜技术解析了来源于衣藻的两种不同的PSI-LHCI超级复合物的精细结构，结构中PSI核心分别结合8个或10个捕光天线蛋白，其分辨率分别达到2.9埃 (PSI-8LHCI)和3.3埃(PSI-10LHCI)。两种类型的复合物均在核心复合物的一侧结合有8个捕光天线蛋白，分为两层排列，该工作通过结构生物学手段，首次直接确认了这8个捕光天线蛋白的身份及定位，并指认了18个蛋白亚基，216个叶绿素，48个类胡萝卜素及其他一些辅因子。在PSI-10LHCI结构中，核心复合物的另一侧还结合了两个捕光天线，结构中共构建了23个蛋白亚基，这也是迄今为止解析的最大的PSI-LHCI（约750kDa）结构。结构分析表明，相比于植物PSI，衣藻PSI的每个捕光天线结合更多的叶绿素，且色素分子间形成更多的能量传递通路，因而更有利于光能的捕获和激发能的快速传递。上述研究结果对于在分子水平上理解光系统I超级复合物中的光能捕获和传递的分子机制具有重要意义。 　　生物物理所研究员李梅和章新政为该工作的共同通讯作者，副研究员苏小东、马军和潘晓伟为该项工作的共同第一作者，中国科学院院士常文瑞、研究员柳振峰和赵学琳参与了该项研究工作。该研究工作得到科技部重点研发计划、中国科学院B类先导专项、中国科学院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金、国家“青年相关人才计划”和中国科学院青年创新促进会的共同资助。数据收集和样品分析等工作得到生物物理所“生物成像中心”和蛋白质科学研究平台等有关工作人员的支持和帮助。

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发布时间: 2019-04-06

27. 宁波材料所在太阳能界面光热转化及多介质纯化方面取得进展

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传统的分离与纯化技术是一个高能耗、高成本的过程，在当前能源危机和环境压力不断增加的情况下，急需革新技术以突破能耗障碍。太阳能是一种清洁、可再生能源，高效开发和利用太阳能得到全世界的重视，也是我国可持续发展战略的重要内容。太阳能光热蒸发技术因其可持续、低/无能耗、零CO2排放等特点，近年来成为分离领域的研究热点，在海水淡化、污水净化等方面展现出巨大应用潜力。其中光热转化材料是该技术的核心，主要包括等离激元材料、碳纳米材料和半导体材料三类材料，然而制备复杂、成本高、稳定性低等是当前限制光热材料推广和阻碍光热技术发展的主要原因，因此研发高转化效率、低成本、高稳定性和普适性的光热转化材料显得尤为重要和迫切。 　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所刘富研究员团队在前期光热材料多介质纯化应用研究的基础上（J. Mater. Chem. A 2019, 7, 586-593），发展了一种低成本的全生物质光热蒸馏器，并实现了从多种含水介质中提取纯水（如图1）。基于水稻秸秆生物质，通过限氧裂解方法得到多孔碳基光吸收材料，并与细菌纤维素复合制得高稳定性、高机械强度的光热蒸发膜，太阳光吸收达89.4%。同时利用秸秆生物质的空腔结构作为汲水通道和支撑体来构筑界面蒸发系统，水稻秸秆独特的毛细内腔和壁面多级微纳结构赋予该原生通道优异的无障碍供水能力。由光热蒸发膜和汲水通道组装成的全生物质光热蒸馏器，用于模拟海水淡化装置进行连续室外运行，在晴天和多云天气下日产水量分别为6.4～7.9kgm-2和4.6～5.6kgm-2，且直接达到饮用标准（盐离子去除率保持在99.9%以上）。除了适用于海水淡化，该生物质光热蒸馏器还可从滩涂、湿地、沼泽等含水介质中稳定提取纯净水，展现出良好的普适性。相关工作发表在ACS Appl. Mater. Interfaces. 2019, DOI: 10.1021/acsami.9b00291，该工作得到阿卜杜拉国王科技大学Peng Wang教授的合作支持。 　　除了水溶液，研究团队针对有机溶剂体系的分离与纯化，进一步研发了耐溶剂光热材料，首次系统性研究了太阳能光热蒸发技术在有机溶剂纯化中的应用。普鲁士蓝（PB）是一类典型的Fe2+-C≡N-Fe3+面心立方晶配位聚合物，具有优异的水溶液和有机溶剂稳定性，晶体内Fe2+和Fe3+可发生电荷转移赋予PB特定的光热效应，然而结晶度和晶体空位是影响PB光热转化效率的关键因素。课题组基于单一铁源，通过慢速结晶的配位聚合，合成低空位率、高结晶度的普鲁士蓝（PB）纳米立方晶体（如图2），并通过原位生长将其负载在同样耐溶剂的棉纤维（CF）基体上，载量可控且结合稳定。制备的PB@CF复合纤维材料综合了光热转化和溶剂自汲取功能，光吸收达到93.7%；成功应用于水和一系列有机溶剂（介电常数2.38～37.78）的光热纯化，在保持99.9%去除率的前提下，蒸发通量从丙酮的29.2 Lm-2h-1到N-甲基吡咯烷酮的0.73Lm-2h-1不等（一个太阳下），与溶剂蒸发焓成显著负相关。对部分有机溶剂的纯化效率与传统压力驱动的耐有机溶剂纳滤膜相当。此外对高极性溶剂（DMAC）呈现出稳定的光热蒸发性能，对DMAC溶剂纯化运行3个月仍可保持稳定蒸发速率。该研究结果有望应用于化工和医药领域的溶剂体系分子筛分、溶剂回收、催化剂循环利用等，相关工作发表在J. Mater. Chem. A 2019, DOI: 10.1039/C9TA00798A。 　　以上工作得到国家自然科学基金委面上项目（51603209），国家自然科学基金委与香港研究资助局联合项目（5161101025、N-HKU706/16）以及宁波市科技局（2017C110034）等项目支持。

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发布时间: 2019-03-30

28. 昆明动物所中国厚唇螺科沟蜷属种类研究获进展

yanyf@mail.las.ac.cn

中国厚唇螺科沟蜷属这个类群鲜有人知，然而，它却是非常重要的一些物种，它们生活在水质清澈的溪流里，对水质有很高的要求。因为其个体较大，常被当地人喜食。 　　早在19世纪中期，依据齿舌及厣的形态结构，厚唇螺科的种类就已经被认为是与淡水黑螺类不同的类群。但是，由于分类学上名称的混用，以及形态结构变异较大，使得这一分类结果被忽视了100余年。Kohler and Glaubrecht（2001）结合以前的资料，将以上几个属放在厚唇螺亚科，并在分类地位上将其提升为厚唇螺科。 　　厚唇螺科的种类广泛分布于除南极洲和澳洲以外的南半球，在东南亚大陆，沟蜷属种类主要分布于泰国的西部到中国的南部、婆罗洲和爪哇岛（Kohler and Dames, 2009）。在中国，关于沟蜷属种类的研究并不多。Yen（1939）记录4种沟蜷属种类：Sulcospira sinensis (Reeve), S. biconica (Brot), S. ebenina (Brot)和S. hainanensis (Brot)。刘月英等（1993）在海南岛记录海南沟蜷（Sulcospira hainanensis）。Kohler and Glaubrecht（2002）认为S. sinensis, S. biconica和S. ebenina是海南沟蜷的同物异名。对于沟蜷属在中国的分布及多样性的研究尚属空白。 　　2014年至2017年，在国家基金青年基金项目的支持下，中国科学院昆明动物研究所博士研究生杜丽娜对中国大部分地区的腹足类标本进行了系统采集。利用分子与形态相结合的方法，发现原被记录于短沟蜷科的田螺短沟蜷应隶属于厚唇螺科沟蜷属，并因为田螺短沟蜷的模式标本在二战中丢失，新模也被重新指定。此外，还在湖南、广西两省发现沟蜷属的三新种，被分别描述为湖南沟蜷（Sulcospira hunanensis Wang et al., 2018）、码市沟蜷（S. mashi Du and Yang, 2019）和广西沟蜷（S. guangxiensis Du and Yang, 2019）和一个新记录，即越南沟蜷（S. tonkiniana (Morlet, 1887)）。 　　沟蜷属种类在我国主要分布于广西、湖南、广东、海南等省。沟蜷属的种类多分布在水质较清洁的河流或溪流中，对水质和溶氧的要求较高。但由于人类活动增加了水体中的营养物质含量，使得沟蜷属种类的种群数量减少。《舌尖上的幸福》节目中提及5年前，一个抓螺蛳高手，一个晚上可以捕获5斤山螺（码市沟蜷），大概售价是30元每斤，到了2017年，一个捕螺高手一个晚上也捕不到半斤螺，码市沟蜷的价格也由30元涨到了200元每市斤，却也是一斤难求。此外，人类活动对该物种的种群数量也有一定的影响。 该研究首次明确了中国沟蜷属种类的物种多样性及在我国的分布范围，也初步了解了导致沟蜷属种类种群数量减少的主要因素，为淡水水生物物种保护提供理论的依据。研究成果发表在Molluscan Research上，杜丽娜为文章的第一作者。该研究得到国家科学基金青年基金（31301865）、中国科学院经典分类人才项目（ZSBR-011）和中国科学院东南亚生物多样性研究中心项目（Y4ZK111B01）的资助。

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发布时间: 2019-03-30

29. 大连化物所纳米晶多空穴转移动力学研究取得新进展

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近日，中国科学院大连化学物理研究所光电材料动力学特区研究组研究员吴凯丰团队基于钙钛矿纳米晶与并四苯分子构建模型体系，利用飞秒瞬态吸收光谱揭示了该体系的超快空穴转移、超长电荷分离态，以及多空穴转移动力学过程。相关成果发表于《化学科学》（Chemical Science）上。 　　多电荷转移过程在光催化与太阳能转换领域占有重要地位，很多重要的光催化反应（如水分解、CO2还原等）都涉及多电荷转移过程。在这些反应中，捕光材料通常需要连续吸收多个太阳光子实现到催化剂的逐步电荷分离过程。而在这种逐步电荷分离过程中，捕光材料或者催化剂上的累积电荷会带来各种电荷复合途径，大大降低总体电荷分离效率。吴凯丰研究团队在前期工作中，通过动力学研究系统地揭示了这些电荷复合途径（JACS 2018, JACS 2018, JPCL 2018）。 　　科研人员提出了一种高效的多电荷分离思路：采用较高的激发功率，在捕光材料中产生多激子并实现从捕光材料到催化剂的同步多电荷转移，从而回避各种中间复合过程。目前，从纳米晶到受体分子的多电子转移反应在国际上已有较多展示，而多空穴转移此前并无报道。其原因在于传统的纳米晶材料（如CdS、CdSe等）的光生空穴通常被表面缺陷态快速捕获，不利于实现快速空穴转移，更无法与多激子俄歇复合竞争实现多空穴转移。吴凯丰团队提出采用近期被广泛研究的钙钛矿纳米晶作为模型体系研究多空穴转移，该类纳米晶具有良好的“缺陷容忍性”，可避免空穴被缺陷态快速捕获。动力学研究发现，该体系确实存在超快的空穴转移过程（~7.6皮秒），且其电荷分离态寿命长达5.1微秒。进一步高功率激发实验证明多空穴转移可与多激子俄歇复合有效竞争，从而在每个纳米晶中实现多达5.6个激子解离。 　　该研究首次展示了纳米晶体系的多空穴转移动力学过程，对采用纳米晶吸光材料驱动多电荷光化学反应具有重要指导意义，且对钙钛矿光电器件中的空穴转移具有重要启示。 　　该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。

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发布时间: 2019-04-06

30. 研究揭示人线粒体丙氨酰-tRNA合成酶识别tRNA独特机制

yanyf@mail.las.ac.cn

2月15日，国际学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所王恩多研究组最新研究成果“The G3-U70-independent tRNA recognition by human mitochondrial alanyl-tRNA synthetase”。 　　丙氨酰-tRNA合成酶(AlaRS)催化tRNAAla的氨基酰化水平，生成Ala-tRNAAla。细菌、真菌及真核生物细胞质的tRNAAla主要依赖tRNA氨基酸接受茎单一的碱基对G3-U70作为被AlaRS识别的关键元件；与之对应的，AlaRS具有保守的识别G3-U70的氨基酸模块；小鼠细胞质AlaRS编校反应的微弱降低导致神经退行性疾病。王恩多研究组的前期工作表明，人线粒体AlaRS (hmtAlaRS)的编校反应对于胚胎发育至关重要(Nucleic Acids Res., 2018)。此外，hmtAlaRS基因(AARS2)上的R592W突变导致致死性早发性心脏病；而研究组最近的工作也表明，AARS2 R580W突变也导致致死性早发性心脏病(Hum Mol Genet., 2019)。但对于hmtAlaRS如何识别人线粒体tRNAAla (hmtRNAAla)完全未知。 　　在研究员王恩多与周小龙的共同指导下，博士研究生曾奇玉等发现，hmtAlaRS/hmtRNAAla具有区别于常规AlaRS/tRNAAla的特征：hmtRNAAla缺乏G3-U70、hmtAlaRS识别G3-U70的模块已发生显著变异，提示hmtAlaRS识别hmtRNAAla进化出独特规律。研究发现，hmtAlaRS是独特的单体形式；区别于线虫(C. elegans)及酵母(S. cerevisiae)线粒体AlaRS，hmtAlaRS通过非依赖G3-U70的独特方式识别hmtRNAAla，与果蝇(D. melanogaster)线粒体AlaRS识别tRNAAla具有明显异同，牵涉氨基酸接受茎更多的碱基对；hmtAlaRS显著地误活化非对应氨基酸Gly，利用高效的非依赖tRNA的转移前编校途径及转移后编校途径可以去除非对应的Gly以保证线粒体翻译的精确性，进一步鉴定了编校过程中tRNA转位的核心氨基酸元件；发现心脏病致病点R592W不影响蛋白质的稳定性及经典活力，暗示其通过非经典功能导致疾病，相关小鼠实验正在进行。 　　该研究首次系统揭示了人线粒体AlaRS识别氨基酸及tRNA的基本规律，阐明了线粒体AlaRS不依赖于G3-U70的识别机制，为氨基酰-tRNA合成酶与tRNA的共进化理论提供了新的证据。 　　该研究得到科技部、基金委、中国科学院及上海市科委的项目资助。

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发布时间: 2019-03-30

31. 1.3GHz超导腔研发获新进展

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在北京先进光源技术研发与测试平台（PAPS）与上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）的关键样机研制中，中国科学院高能物理研究所在高性能（高Q值、高梯度）超导腔的研发上持续攻关。经过深入细致优化超导腔的加工工艺及流程和制造环节、完善超导腔表面处理及测试技术，在2018年年末之际，1.3GHz 9-cell超导腔（细晶串腔）及1.3GHz 1-cell超导腔（细晶单腔）的研制再获新进展。 　　研制完成的两只1.3GHz 9-cell超导腔，经2.0K垂测，均达到了SHINE关键样机的非掺氮超导腔的技术指标上限。其中，1300-N001超导腔加速梯度Eacc达到18.5MV/m，在16MV/m的加速梯度下，Q0达到1.5×1010，较高能所研制的1.3GHz 9-cell超导腔的品质因数提高了约50%。此外，两只超导腔垂直测试中均无明显辐射剂量，标志着洁净间组装技术达到国际先进水平。 　　同时，对1.3GHz 1-cell超导腔进行了掺氮（N-doping）实验，垂测结果达到3.3 ×1010@18MV/m，Q值比掺氮前提高了1倍。这是国产超导腔（细晶单腔）第一次达到SHINE的设计指标（2.7×1010@16MV/m）。此外，测试过程中观察到了明显的anti-Q-slope现象，即超导腔的Q值随加速梯度Eacc的升高而变大，这是1.3GHz超导腔进行掺氮后的典型现象。 　　下一步将总结和进一步优化研制工艺步骤并固化流程，同时采取EP及掺氮等手段进一步提高1.3GHz 9-cell超导腔的Q值及加速梯度，以最终达到工程的大批量、高性能需求。

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发布时间: 2019-04-06

32. 研究发现蛋白质翻译后修饰通过泛素化降解途径调节脂肪酸合成的新机制

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2月7日，国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所李于研究组的最新研究成果“Post-translational regulation of lipogenesis via AMPK-dependent phosphorylation of insulin-induced gene”。该研究发现腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通过磷酸化增加内质网锚定蛋白Insig的活性，进而抑制肝脏脂质合成的功能，揭示了蛋白质翻译后修饰通过泛素化降解途径调节脂肪酸合成的新机制。 　　随着生活方式和饮食结构的改变，非酒精性脂肪肝病在全球范围所占比例越来越高，并且近年来其发病率呈上升趋势。非酒精性脂肪肝与2型糖尿病、肥胖以及心血管疾病等重大代谢性疾病的发生发展密切相关。肝脏脂肪酸从头合成的增加在非酒精性脂肪肝的发生发展过程中扮演着重要角色。AMPK是真核生物主要的能量感应因子，在能量应激的情况下感应细胞内升高的AMP：ATP和ADP：ATP水平，通过抑制合成代谢，促进分解代谢使能量达到稳态。AMPK作为机体重要的能量感应因子，调控着蛋白质、脂肪和糖代谢等过程。二甲双胍是临床中治疗2型糖尿病的首选药物，能够通过激活AMPK改善机体糖脂代谢紊乱。二甲双胍在改善肝脏脂质沉积、降低人的非酒精性脂肪肝病方面同样具有良好的效果，但其作用分子机制仍需要进一步阐明。 　　带着这一科学问题，李于团队博士研究生韩亚美、胡志敏等人构建了二甲双胍给药的饮食诱导的肥胖小鼠模型，通过筛选小鼠肝脏中的差异蛋白，发现二甲双胍处理能够在激活AMPK的同时显著地增加肝脏细胞内锚定于内质网的Insig-1和Insig-2的蛋白水平，与肝脏内甘油三脂含量呈负相关。通过进一步的研究发现，AMPK能够磷酸化修饰Insig，抑制Insig与E3泛素连接酶gp78的相互作用，通过抑制Insig泛素化水平和蛋白酶体降解途径，增加其蛋白稳定性；进而抑制SREBP-1的剪切活化，降低脂质合成基因表达和肝细胞脂质积累。蛋白质谱检测和生化分析表明，Thr222位点介导了AMPK对Insig-1活性增强的作用，以及对SREBP-1剪切和脂质合成基因表达水平的抑制作用。同时，研究人员发现利用腺病毒过表达Insig-1可以缓解肝脏特异性AMPKα2缺失引起肝脏脂质沉积增加的作用。这些研究表明Insig是AMPK新的靶蛋白，在介导二甲双胍-AMPK信号通路抑制肝脏脂质从头合成过程中起重要作用。 　　 最近，李于团队发现新型代谢因子CREBZF能够感应胰岛素信号，通过抑制Insig的转录水平，使胰岛素发挥促进肝脏脂质合成的功能，从而揭示了肝脏中为什么会发生选择性胰岛素抵抗的科学问题（Zhang F, et al, Hepatology, 2018）；另外，研究发现AMPK能通过磷酸化SREBP，抑制肝脏脂质合成（Li Y, et al, Cell Metabolism, 2011）。在生理条件下，这些复杂的营养感应机制和代谢调控途径，可以有效维持机体在能量缺乏或者充足条件下的脂代谢动态平衡；然而，在长期肥胖和营养过剩条件下，这些代谢调控分子网络受阻或紊乱，引起肝脏脂代谢失衡和功能障碍，导致非酒精性脂肪肝、胰岛素抵抗和2型糖尿病。这些研究成果表明，CREBZF和AMPK介导的Insig转录调控和翻译后修饰在脂质代谢中起关键作用，为临床治疗非酒精性脂肪肝提供新的治疗策略。 　　该研究得到武汉大学教授宋保亮、上海交通大学附属新华医院教授范建高、中国科学院上海药物研究所研究员李佳和李静雅、营养与健康所研究员方靖、浙江工业大学教授魏春的支持和帮助。该项目得到国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院科研基金、王宽诚教育基金等的支持。 　　博士研究生韩亚美、胡志敏为论文共同第一作者，李于为通讯作者。

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发布时间: 2019-03-29

33. 东亚古人类牙齿生长发育研究取得进展

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01月17日，《科学》子刊《科学进展》在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所邢松等与国际同行合作完成的关于许家窑古老型人类幼年个体的牙齿生长发育研究结果。该研究发现：在形态特征上还比较原始的许家窑人在牙齿生长发育规律（被认为反应生活史）上已经步入现代人变异范围内。提示人类在演化成如今模样之前，可能就已经像现代人一样遵循着一个较慢的生理节律。 　　区别于现生的其他灵长类，现代人有着独特的、较长的生理系统生长和发育期。具体表现为，幼童时期长、第一次生育期晚、寿命长等，也就是“Live slow and die old”。除了在形态、遗传、行为等方面的鉴定标准外，生长发育也是判断是否现代人的一项重要指标。现代人这一特殊的生长发育模式何时出现一直以来未受关注。由于在化石记录中，软组织难以保存，保留生长轨迹的牙齿就成为生长发育演化研究的重要材料。这主要基于两点原因：1）牙齿在生长过程中，留下了以天为单位的短周期线以及多天为单位的长周期线，通过对这些长短周期线的观察和计数，可以复原其生长轨迹；2）牙齿的生长发育指标，如齿冠形成时间、第一臼齿萌出时间被认为与生活史指标有相关性。 　　以往研究表明，南方古猿、非洲早期人属、直立人牙齿生长发育节奏较快，与现代人差别较大。尼安德特人牙齿的部分生长发育指标已经进入现代人变异范围内反映较快节奏的一侧，但仍与现代人有明显差别。那么直立人之后、智人之前的代表过渡类型的古老型人类在牙齿生长发育上表现如何呢？ 　　在中国化石记录中，恰恰保存下了一件产自河北许家窑地点的幼年个体上颌骨材料，其第一臼齿刚刚萌出不久，其他门齿、犬齿、前臼齿和第二臼齿还都在颌骨中未萌出或即将萌出。年代测定显示许家窑人生活在距今14.8-24.8万或10.4-12.5万年前，处于中晚更新世的交替，也是现代人起源的一个关键时间点。1976、1977、1979年三次在许家窑地点的发掘共发现包括头骨片、下颌骨片、单颗牙齿在内的人类化石共20件，其中编号I的就是许家窑幼年个体的上颌骨，是在1976年发现的。针对许家窑的演化地位开展了一系列研究，一致认为其代表过渡性的古老人类，其形态特征具有镶嵌型，既有直立人的原始特征，又表现出智人的进步特征，还有在尼安德特人中高频出现的性状。 　　该项研究使用同步辐射扫描技术对许家窑幼年个体的萌出和未萌出的恒齿进行了高精度扫描，复原了许家窑幼年个体牙齿的内外长短周期线，并完整推算出该个体所有恒齿的齿冠形成时间、齿根形成时间和速率、齿冠钙化的开始时间、第一臼齿的萌出时间、釉面横纹的分布规律。并计算出该幼年个体的死亡年龄为6.5岁。随后，通过与南方古猿、非洲早期人属、傍人、直立人、尼安德特人、智人比较后发现，除了较快的齿根延伸速率外，许家窑幼年个体牙齿的绝大多数生长发育指标都落入现代人变异范围内，表现为齿颈侧较多的釉面横纹、较长的齿冠形成时间、较晚的第一臼齿萌出时间（~6.0岁）。 　　这一研究是先进的同步辐射技术首次在中国古人类化石研究中的应用，并报道了东亚古人类中最早表现出现代人牙齿生长发育模式的化石证据，提示现代人这种慢节奏的生活史可能在过渡类型的古老人类上开始出现。 　　该研究得到自然科学基金和中国科学院先导专项资助。

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发布时间: 2019-04-02

34. 南京土壤所揭示青藏高原不同生境下甲烷氧化微生物的群落分异

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自然湿地是大气甲烷重要的排放源，在自然湿地生态系统中，有高达90%的甲烷在还未释放到大气之前就被好氧甲烷氧化微生物所消耗。因此，甲烷氧化微生物对全球甲烷循环起重要作用。以往的研究主要集中在甲烷氧化微生物群落组成及甲烷原位气体通量观测等方面，然而，在甲烷氧化微生物群落构建过程及共存网络模式方面的研究尚无报道。 　　中国科学院南京土壤研究所褚海燕课题组于青藏高原海北生态试验站采集了三种不同生境（高寒草甸、沼泽化草甸、湿地）的土壤样品，利用高通量测序研究了甲烷氧化微生物的群落组成、群落构建及共存网络模式。结果表明：甲烷氧化微生物在三种不同生境中显著分异；随机性过程主导甲烷氧化微生物的群落构建过程，其对群落构建的相对贡献随着土壤水分的增加而增加；三种不同生境下甲烷氧化微生物共存网络（Co-occurrence Network）结构存在显著差异，土壤水分较少的高寒草甸生境网络结构更加稳定，表明了干湿水分的筛选作用对甲烷氧化微生物共存关系的潜在影响；网络中关键物种分析发现，I型甲烷氧化菌（主要是Methylobacter、USCγ、RPC-1）在网络模块中起着连接作用，可能在种间合作关系中扮演重要角色。 　　该研究首次探明了青藏高原不同生境下甲烷氧化微生物群落构建机制及共存网络模式，为认识自然湿地生态系统甲烷氧化的微生物学机制提供新的视角，对理解全球变化背景下湿地生态系统中甲烷氧化过程也有助益。

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发布时间: 2019-04-06

35. 研究揭示距今10万年左右中国古人类石器技术的复杂性

feifei

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李浩、高星与国内外同行（包括山东大学李占扬、南非金山大学 Kathleen Kuman 以及美国德保罗大学 Alexandra Sumner ）合作，对许昌人遗址历年（ 2005-2016 ）发掘出土的 14862 件石制品进行研究，首次全面、系统地揭示了 “ 许昌人 ” 的石器制作技术及相关人类行为活动信息。研究显示，“许昌人”已具备较为复杂和进步的石器技术，发展出灵活、高效的原料和环境适应策略。该成果于 1 月 9 日在线发表在国际考古学期刊 Archaeological and Anthropological Sciences 上。

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发布时间: 2019-03-11

36. 宁波材料所在先进气体传感材料与传感器关键技术方面取得进展

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传感器与计算机、通信被称为信息系统的三大支柱，传感器技术的优劣成为衡量一个国家科技水平和是否处在国际战略竞争制高点的重要标志，是发达国家高度重视的核心基础技术。传感器产业已被国内外公认为是具有发展前途的高技术产业，其技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。 　　由中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员杨明辉带领的固体功能材料团队在先进气体传感材料的研发与先进气体传感器设计方面进行了系统的研究。通过对材料结构、形貌及组成的设计，开发出一系列高性能的气体传感材料，包括首次将金属氮氧化物异质结构材料应用于气体传感材料(Small, 2016, 12(23): 3128-3133)、首次合成纯相Sn3N4材料并应用于酒精传感(Chemistry of Materials, 2017, 29(3): 969-974) 及多种多壳层中空传感材料(ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(17): 15314-15321、Nanoscale, 2016, 8(36): 16349-16356等)。 　　团队在研发高性能传感材料的基础上，开发了多种类型气体传感器以满足不同应用环境，主要包括半导体型、电化学型、催化燃烧型及光学型气体传感器。团队目前已经采用先进的制造工艺，开发了低功耗、小尺寸、高性能的多种气体传感器。 　　基于研制的先进气体传感器件，固体功能材料团队正在积极研制多场景智能气体检/监测装备。“室内空气监测设备”面向室内典型的污染物进行监测，主要包括VOCs( 甲醛、苯系物)、颗粒物(PM2.5、PM10) 及臭氧等，实时获取室内空气质量状况，并及时反馈到空气净化装置。“空气质量微型监测站”面向室外空气污染物的监测，主要包括颗粒物(PM2.5、PM10)、NO、CO、SO2及O3。设备在城市中进行网格化布置，并通过无线网络将数据及时传回控制中心，实现对污染源迅速定位，促使人员快速赶赴现场排查原因，对其进行紧急处置，尽量将污染所产生的影响降到最低。

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发布时间: 2019-04-06

37. 上海硅酸盐所在甲烷光催化转化研究方面取得新进展

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作为天然气、页岩气等主要成分的甲烷具有储量相对丰富和价格低廉的优势，在替代石油生产液体燃料和基础化学品领域是学术界和产业界研究和发展的核心之一。甲烷的含氧衍生物，尤其是醇类衍生物，被认为是碳一化学的支柱；而甲烷是最稳定的有机小分子，C-H键活化后却得到高活性的中间物种，容易发生过度活化并彻底矿化。正因为有着广阔的前景和巨大的挑战，甲烷的选择性活化和定向转化是世界性难题，被誉为是催化乃至化学领域的“圣杯”。迄今为止，甲烷的转化通常采用间接法：在高温下通过水蒸气重整将甲烷转化为合成气，再通过费托合成获得多碳的基础化学品；或由合成气制备甲醇，再生产其它化学品。该转化路线冗长，能耗高，过程中排放大量温室气体二氧化碳，不仅带来环境负荷，也使总碳的利用率不到一半。因此，科学家一直在努力探索甲烷直接转化利用的方法。 　　光催化直接转化可以打破传统热力学平衡的束缚，使甲烷的转化可以在低温常压下进行。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所王文中研究员带领的科研团队在甲烷的光催化转化研究方面取得新进展。该团队设计并制备出铜修饰氮化碳材料，实现甲烷向乙醇的光催化直接转化，并对该过程的机制进行了较为深入的研究。相关研究结果以“Direct functionalization of methane into ethanol over copper modified polymeric carbon nitride via photocatalysis”为题，发表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-019-08454-0），并申请中国发明专利一项（201811339733.2），第一作者为上海硅酸盐所博士生周沅逸。 　　针对甲烷容易发生过度活化并彻底矿化的问题，从活性氧物种的生成以及甲烷的吸附活化两个角度出发，研究团队通过在氮化碳材料的有序空腔中进行铜修饰，不仅实现了羟基自由基的原位生成，还促进了材料对甲烷C-H键的活化以及对高活性中间物种的稳定。该材料表现出卓越的光催化甲烷转化性能，乙醇的产率达到106 μmol g-1 h-1，为目前相关领域报道的最优值。深入研究表明，除了自由基机制以外，该材料中的铜物种与邻近碳原子存在协同效应，使得转化过程沿着甲烷-甲醇-乙醇的路径进行。该工作提出了温和条件下甲烷向液体燃料直接转化的新策略，有助于加深对多碳产物的形成机制的认识。 　　相关研究工作得到了国家自然科学基金的资助和支持。

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发布时间: 2019-03-29

38. 科学家鉴定出肝脏中Sox9+双向祖细胞

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2月14日，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组在国际学术期刊Stem Cell Reports上发表了题为Lineage Tracing Reveals the Bipotency of SOX9+ Hepatocytes during Liver Regeneration 的最新研究成果。该项工作基于更为精准的遗传谱系示踪系统，利用Sox9-CreER和HNF4a-DreER双同源重组技术特异性标记了Sox9+的肝细胞而非Sox9+的胆管细胞。结合基于双同源重组酶的新型Confetti报告基因小鼠，进行克隆分析实验阐明：单个Sox9+的肝细胞在肝损伤后可以同时产生肝细胞和胆管细胞。该项研究首次证明了Sox9+肝细胞在肝损伤后可作为双向祖细胞同时产生肝细胞和胆管细胞参与肝脏修复和再生。 　　在肝脏稳态情况下，肝细胞更新非常缓慢，而在损伤过程中，肝脏再生能力非常旺盛。肝脏中含有肝脏祖细胞，参与维持肝脏的体内平衡。在损害肝细胞增殖的慢性肝损伤情况下，胆管细胞可以充当干细胞并产生肝细胞参与肝修复再生。此外，肝细胞在某些损伤条件下也可以经历由肝细胞到胆管细胞的转变。这两种主要的上皮细胞群胆管上皮细胞（BEC）和肝细胞在特定的损伤或疾病状况下可以相互产生，但是单个肝细胞是否可以作为双向祖细胞同时产生胆管细胞和肝细胞仍然是未知的。 　　遗传谱系示踪技术是揭示发育、疾病和再生过程中细胞命运的有效方法。常规的遗传示踪方法在很大程度上取决于驱动Cre重组酶的启动子来确定标记的细胞群。然而，一个基因很大程度上不能精确地定义一个细胞群。例如，Sox9不仅表达在胆管细胞中，还表达在门静脉周围的一群肝细胞中，因此Sox9-CreER就会同时标记门静脉周的肝细胞和胆管上皮细胞。为了更为精确地标记细胞并在体内追踪它们的细胞命运，周斌组的研究人员利用了一种新的交叉遗传学策略，能够特异性标记Sox9+肝细胞而不会标记胆管上皮细胞。 为了研究肝脏损伤后Sox9+肝细胞的细胞动态，研究人员使用了CCl4、肝切和DDC等肝损伤模型。实验结果表明，在CCl4肝损伤模型中，Sox9+的肝细胞快速扩增。胆管结扎（BDL）或DDC模型可以诱导肝细胞转变为BEC。研究人员在BDL（胆管结扎）或DDC诱导的肝损伤模型下观察到Sox9+肝细胞在损伤条件下数量有所减少，但这些细胞确实贡献了BEC。上述数据表明SOX9+肝细胞在不同的损伤模型中有不同的响应。在群体水平，SOX9+细胞具有向BEC和肝细胞转变的潜能。但在单个细胞水平，SOX9+肝细胞在损伤期间是否也具有双向谱系的潜能呢？于是研究人员使用了双同源重组酶介导的新的Confetti报告基因小鼠并结合克隆分析技术，发现Sox9+的肝细胞亚群在单个细胞水平上确实是具有双向分化的潜能，其在肝损伤和修复期间可以同时分化成肝细胞和胆管上皮细胞。 　　周斌研究组博士生韩溪檬和博士后王越是论文的共同第一作者。该研究工作得到中国科学院、国家基金委、上海市科委等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

39. 上海有机所等发现延缓受损神经退化新机制

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2月13日，国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）发表了由中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心方燕姗课题组联合香港科技大学、暨南大学研究团队的最新研究成果“Rapid depletion of ESCRT protein Vps4 underlies injury-induced autophagic impediment and Wallerian degeneration”。该工作首次发现了Vps4蛋白在神经损伤中的重要作用，揭示了Vps4和内吞体分选转运复合物 (endosomal sorting complexes required for transport, ESCRT) 具有调控神经束中自噬水平的功能，并运用多种神经损伤模型充分证明了提高神经元中Vps4水平可以明显延缓受损神经的退化，为治疗神经损伤和神经退行性病变带来了新希望。 　　神经轴突退化 (axonal degeneration) 是急性神经损伤和多种慢性神经退行性疾病的重要病理变化之一。特别是神经损伤中，远离神经元胞体的神经纤维会逐渐发生肿胀，继而发生串珠样、碎片样改变，并最终被周围的神经胶质细胞和巨噬细胞吞噬清理，这一过程被称为沃勒变性 (Wallerian degeneration)。神经轴突的沃勒变性是一个主动的、在细胞和分子水平上受到高度调控的“自我毁灭”过程。近二三十年的研究对于沃勒变性分子机制的认识有了长足进步，特别是关于调控NAD+代谢相关的基因如NAD+合成酶Nmnat和NAD+水解酶Sarm1以及它们的上下游通路。然而，神经损伤引发的是一系列复杂、多因素参与的细胞和分子反应，哪些未知的关键基因和分子机制介导了神经损伤中“死亡”信号的转导并最终导致神经轴突沃勒变性的发生是神经损伤领域的重要科学问题。 　　在这项由沪港粤三地研究团队联袂合作的工作中，研究人员首先通过基于果蝇模式动物的大规模遗传学筛选实验发现了一个全新的、从未被报道过的维持神经轴突完整性的关键基因——ESCRT复合物基因Vps4。进一步的研究表明，神经损伤引起Vps4蛋白水平迅速下降，造成ESCRT复合物功能异常，导致神经轴突自噬清理障碍。自噬是细胞通过溶酶体将细胞中错误折叠蛋白、受损细胞器等进行吞噬、清理和降解的过程，对于维持神经元生存和正常功能至关重要，并且与多种人类神经退行性疾病密切相关。此项研究则明确显示，神经损伤中自噬小体在神经纤维中的堆积导致或加剧了沃勒变性的发生。进而，研究人员在包括果蝇翼神经束、小鼠原代神经元以及小鼠视神经等多种不同的神经损伤模型中提高Vps4蛋白的表达水平，该方法不仅显著减轻神经损伤引起的自噬清理障碍而且有效延缓受损神经的退化。 　　Vps4新机制的发现，打破了过往认为只有Nmnat酶和NAD+相关通路可以有效阻止受损神经退化的论断，是理解神经轴突沃勒变性分子调控机制的重要发现。目前通过提高Vps4表达量的实验可以延缓受损神经退化3天左右，未来的研究中继续寻找阻止Vps4蛋白迅速降解的有效方法有望获得更强的神经保护作用。此外，该研究还指出，神经损伤中所谓的自噬水平“升高”并非简单的自噬被诱导激活，而是更多归结于Vps4蛋白下降造成的自噬清理障碍、自噬小体堆积。这也解释了为什么在神经损伤的应对策略中，阻遏自噬发生不如增强自噬清理——犹如“大禹治水，疏胜于堵”。 　　上述工作由上海有机所研究员方燕姗、香港科技大学教授刘凯和暨南大学副研究员李昂为共同通讯作者，上海有机所生物与化学交叉研究中心博士生王海琼为第一作者。经费支持主要来自科技部“863”计划青年科学家专题、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委、国家青年相关人才计划、中国科学院和上海市科委等的资助。

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发布时间: 2019-04-06

40. 大连化物所发表单原子催化剂用于二氧化碳转化专论文章

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近日，中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究室研究员黄延强和中国科学院院士张涛团队受邀在Accounts of Chemical Research上发表了题为Single-Atom Catalysis toward Efficient CO2 Conversion to CO and Formate Products 的专论文章，总结了研究团队将单原子催化剂用于二氧化碳催化转化研究方面的工作进展，该工作被期刊选为当期的Supplementary Cover。 　　“单原子催化”的概念由张涛、清华大学教授李隽及美国亚利桑那州立大学教授刘景月于2011年共同提出（Nature Chemistry）。近年来，“单原子催化”的概念得到了迅速发展，围绕这一概念国内外众多课题组在电催化、光催化和传统多相催化等领域取得突出研究进展。该专论文章将焦点集中在单原子高效催化转化二氧化碳工作上。 　　该团队长期致力于二氧化碳的热、电催化转化研究，借助金属与载体间的晶格匹配、载体配位基团功能化、助剂及活性中心电子态调控等作用实现对二氧化碳转化产物的可控调节。单原子催化剂结构的特殊性为二氧化碳的活化和定向转化研究提供了一种理想模型。该团队利用IrO2与金红石型TiO2晶型相同、晶格匹配高的特性，制备出具有高热稳定性的Ir1/TiO2单原子催化剂，并实现CO2高选择性转化制CO（ACS Catalysis，2017）；与新加坡南洋理工大学合作，开发出一种氮掺杂石墨烯锚定的Ni单原子催化剂，利用Ni单原子最外层3d未成对电子易于离域化的特点，形成带负电的Ni-CO2δ-结构，实现了高效电化学还原CO2制CO（Nature Energy，2018）；模拟均相催化剂对CO2分子的低温高效转化机制，研制出含吡啶-酰胺基团的多孔有机聚合物载体负载的单原子Ir催化剂，成功实现CO2的“准均相”活化与催化应用（Nature Communications，2017；Chem，2019）。这些研究成果为高效CO2还原催化剂的设计提供了新思路。 　　相关研究工作得到国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项等的资助。

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发布时间: 2019-03-30

41. 力学所等在超声速螺位错研究中取得进展

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日前，中国科学院力学研究所、上海交通大学和浙江大学的团队在晶体材料中的基本缺陷——螺位错在变形过程中的超声速现象研究方面获得进展。他们发现面心立方晶体材料中的螺位错不仅能超声速，并能稳定地以声速运动。相关结果以Supersonic Screw Dislocation Gliding at the Shear Wave Speed 为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters 122,045501(2019)）上。 　　金属晶体的强度跟韧性很大程度上取决于位错的运动性质，特别是螺位错在材料的强度和变形能力中扮演重要角色。然而位错的速度极限和确切的速度–应力关系尚不明确。传统理论认为位错超声速运动所需能量具有奇异性，尽管后续的理论和模拟研究都表明位错可以超声速运动，但这些研究集中于刃位错。该团队利用分子尺度计算和理论分析，发现铜晶体中的螺型全位错和螺型孪晶界不全位错都能稳定地以声速滑移，并都能超声速运动(超过三个各向异性剪切波速，如下图中的三个马赫锥所示)。由于螺位错运动过程存在结构不稳定性，超声速螺位错还是首次被模拟发现。同时，他们的工作表明，位错的运动还与非施密特应力(不贡献分解剪应力RSS)有关，与传统施密特原理相悖。这项研究推翻了传统连续介质力学中对超声速位错的认知，确认了超声速螺位错的存在。该研究结果为晶体材料的动态力学行为，以及孪晶界面的位错运动提供了更深入的理解。 　　力学所博士彭神佑为论文第一作者，研究员魏宇杰为通讯作者。论文作者还包括上海交大教授金朝晖、中国科学院院士杨卫。该项目得到国家自然科学基金(Grants NO.11425211和NO.11790291)和中国科学院战略性先导科技专项(XDB22020200)的支持，计算模拟得到中国科学院超级计算中心支持。

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发布时间: 2019-04-06

42. 科学家解析STRIPAK复合物拓扑结构并发现其动态组装调控Hippo通路

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1月8日，国际学术期刊Cell Discovery 在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周兆才研究组的最新科研成果“Architecture, Sub-structures and Dynamic Assembly of STRIPAK Complexes in the Hippo Signaling”。该成果首次系统性研究了STRIPAK复合物主要成员间的直接相互作用模式及其对Hippo信号通路的装调，解析了相关亚复合物的三维结构，并发现了该复合物响应细胞密度而动态组装的现象。 　　STRIPAK (Striatin-interacting phosphatases and kinases) 复合物是一类在进化过程中高度保守的超分子复合物。该复合物既含有以STRN家族作为调节亚基的PP2A磷酸酶组分，又包含MST等激酶家族成员；除此之外，SLMAP、SIKE1、STRIP1/2、MOB4等也被鉴定为其核心组分。STRIPAK复合物已被报道参与调控包括Hippo信号通路在内的多种生理及病理过程。然而，该复合物的具体拓扑结构及其动态组装目前尚不清楚。 　　周兆才研究组长期致力于STRIPAK复合物与Hippo信号通路的研究，此前已解析了STRIPAK核心组分STRN3及MOB4的结构（J Biol Chem, 2014; J Biol Chem, 2018），阐释了MST家族激酶的结构与功能机制（Structure, 2013a; Structure, 2013b; J Struct Biol, 2014a; J Struct Biol, 2014b; Nature Immunology, 2015），发现了Hippo信号通路的核内调控新机制（Cancer Cell, 2014; Nat Commun, 2017; Oncogene, 2017; J Exp Med, 2018）。在此基础上，该项工作系统研究了STRIPAK复合物的拓扑结构与动态组装，发现PP2A的调节亚基STRN3作为核心支架蛋白，除了能够直接与Hippo激酶相互作用外，还可以通过两个分子“手臂”以磷酸化依赖的方式“拥抱”Hippo激酶：其中一个手臂是STRIP1，另一个手臂是SIKE1-SLMAP。在解析STRN3-SIKE1以及SIKE1-SLAMP亚复合物的高分辨率三维结构基础上，进一步发现，细胞密度降低能够引发STRIP1的解离，从而揭示了STRIPAK复合物作为Hippo通路上游对不同信号或刺激进行动态感应和集成的功能作用。该成果为今后深入探究STRIPAK复合物与Hippo通路奠定了基础。 　　研究生汤扬、陈敏、周立和马健是该文共同第一作者，焦石和周兆才为共同通讯作者。此项工作得到中国科学院战略性科技先导专项、国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金委相关人才计划、中国科学院青年创新促进会的资助。研究得到上海光源BL17U和BL18U1线站、生化与细胞所细胞生物学平台、分子生物学平台的支持与帮助。

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发布时间: 2019-04-06

43. 科学家在1T''' MoS2结构解析与其非线性光学性质研究中取得进展

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二硫化钼作为层状过渡金属硫化物的典型代表，具有非常丰富的晶体结构，包括2H、3R、1T、1T'和1T'''等。在这几种不同相中，2H MoS2的制备较为简单，在电催化、光电探测、储能、超导等领域都取得非常多的研究成果。然而近几年来，理论学家通过计算预测了亚稳相1T'和1T''' MoS2具有非常奇特的物理特性，如：量子自旋霍尔效应和二维铁电性。相关奇特的物理性质促使该类亚稳相二硫化钼成为目前的研究热点。但是该类亚稳相二硫化钼晶体结构处于热力学不稳定状态，在高温下会转变为2H MoS2，使得该类材料的物理化学性质尚未得到研究。因此，亚稳相二硫化钼的制备与结构解析具有重要的科学意义。 　　近日，中国科学院上海硅酸盐研究所光电转换材料与器件研究课题组与北京大学、上海交通大学、华中科技大学合作，采用拓扑化学法制备出1T''' MoS2晶体并首次解析出其晶体结构。鉴于1T''' MoS2具有非对称中心的结构，合作团队进而研究了其非线性光学效应。采用不同波长的激光对单片1T''' MoS2晶体进行二次谐波响应测试，发现其在波长为850nm的激发光下具有最强的响应强度。在此基础上，合作团队测试了偏振二次谐波响应，测试得到的图像呈六角花瓣状，与其本征晶体结构中的三次对称轴相对应。相关研究成果以Structural Determination and Nonlinear Optical Properties of New 1T'''-Type MoS2 Compound 为题发表于国际期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2019 DOI: 10.1021/jacs.8b12133)，论文共同第一作者为上海硅酸盐所在读博士生方裕强、华中科技大学在读博士生胡晓宗与上海硅酸盐所光电转换材料与器件研究课题组助理研究员赵伟，共同通讯作者为上海硅酸盐所研究员黄富强、华中科技大学教授翟天佑及上海交通大学教授刘攀。该研究成果为亚稳相二维材料体系的研究提供了研究基础与新的思路。 　　上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院和上海市科委等的资助。

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发布时间: 2019-04-06

44. 全球海洋热含量研究获进展

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多个国内外机构联合发布的最新海洋观测数据显示，2018年海洋升温又创新高：成为有现代海洋观测记录以来海洋最暖的一年。2018年全球上层2000米海洋热含量比1981-2010年的平均状态高了19.67×1022焦耳，比历史第二高的年份2017年高出0.91×1022焦耳——相当于中国2017年全年发电量的约388倍，广岛原子弹爆炸释放出能量的1亿倍。全球海洋热量升高的主要原因是海水温度上升，新的数据表明：上层2000米海水过去60年大约平均变暖了0.13摄氏度，表层比深海变暖更剧烈。 　　本次发布的海洋热含量数据是由中国科学院大气物理研究所研制，同时联合美国圣-托马斯大学、美国国家大气研究中心、中国科学院海洋研究所、中国科学院海洋大科学研究中心、自然资源部国家海洋环境预报中心、河海大学和自然资源部国土空间规划局等单位共同发布。该报告作为封面文章发表在英文刊Advances in Atmospheric Sciences（《大气科学进展》）2019年第三期。 　　全球海洋热含量变化是气候变化的一个稳健的指针，不断创纪录的全球海洋升温表明了无可辩驳的全球变暖事实。全球变暖主要是由于大气中的温室气体不断增加，使地球系统不断累积能量导致，海洋累积了全球变暖的主要信号。联合国政府间气候变化专门委员会第五次气候评估报告表明：全球变暖导致的地球系统能量增加中，有93%储存在海洋中，使得海洋热含量增加。 　　海洋和全球气候变暖对人类和生态环境都已经造成了严重的影响，若不治理，将造成更严重的后果。例如，由于海洋变暖和酸化，以大堡礁为代表的海洋珊瑚礁系统已经经历了连续三年大规模白化事件，如果全球变暖持续，本世纪末99%以上的珊瑚礁系统将白化消亡。珊瑚礁虽然只占了全球海洋面积的0.1%，但其是25%的海洋生物赖以生存的环境，是海洋中的“热带雨林”。同时，海洋是台风、飓风等极端天气的能量来源，更暖的海洋将导致未来台风更强、降水更多。2018年发生的台风“山竹”、飓风“莱恩”等是近些年最强或降水最多的台风之一，给登陆地造成了极大的经济和社会损失。此外，更热的海洋会持续降低海水中的溶解氧含量，影响海洋生态系统，进一步影响人类利用海洋渔业资源。最后，海水温度升高的热膨胀效应贡献了目前海平面变化的三分之一，不断变暖的海洋将持续推升全球海平面，给沿海、低洼和小岛屿地区带来越来越多的气候风险。

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发布时间: 2019-03-29

45. 大连化物所木质纤维素高密度航空生物燃料研究取得新进展

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近日，中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究室研究员李宁、中国科学院院士张涛团队，与大连化物所生物能源研究部研究员路芳团队、天津大学化工学院教授邹吉军团队合作，在长期从事生物质转化研究基础上，首次报道了将纤维素两步法转化为高密度液体燃料。相关工作发表在《焦耳》（Joule）上。 　　木质纤维素作为一种可再生碳资源，将其转化为运输用液体燃料对保证我国能源安全和我国的二氧化碳减排均非常重要。在该工作中，科研人员首次报道了一种将不可食用的纤维素转化为高密度航空煤油的方法：首先，采用氢解反应高选择性地将纤维素转化为2,5-己二酮，并通过反应分离的方法，最终获得71.4%的2,5-己二酮分离碳收率；随后，采用一个双床层催化系统通过羟醛缩合-加氢-加氢脱氧反应，将2,5-己二酮转化为具有支链结构的C12和C18的多环烷烃燃料，碳收率为74.6%。该过程获得的多环烷烃具有高密度（0.88g/mL）和低冰点（225K）的特性。在实际应用中，该产物可作为高密度先进航空燃料单独使用；亦可以作为燃料添加剂，提高航空煤油的体积热值。 　　上述研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院洁净能源创新研究院合作基金、中国科学院战略性先导科技专项、国家重大研发计划和教育部能源材料化学协同创新中心的资助。

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发布时间: 2019-04-06

46. 武汉岩土所基于光纤传感监测超临界二氧化碳运移前缘研究取得进展

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全球气候变暖已日益成为人们所关切的重要环境问题。为减轻大气含碳量及控制温室效应对全球气候的影响，二氧化碳（CO2）地质封存技术逐渐被认可为是一种安全且有效的方法来应对上述气候问题。地下深部咸水层作为主要的封存载体因具有分布广泛、储存量大等特点被视为CO2长期封存的最优场地。然而，由于储层应力场改变以及存在的天然裂缝、断层等地质结构、构造，CO2封存过程可能存在泄漏的风险。因此，有必要对CO2运移过程包括运移路径和前缘进行实时监测。目前，国内外实验室已经对CO2室内岩芯驱替实验进行了深入研究，主要集中于CO2溶解捕获机理及运移过程的监测，但缺乏在封存条件下针对超临界二氧化碳（scCO2）实时运移过程中应力场变化及运移前缘的同步监测。中国科学院武汉岩土力学研究所首次利用光纤布拉格光栅（FBG）传感技术对不同状态CO2的驱替过程进行实时动态监测，揭示了在CO2注入压力诱导下的应力场变化机理以及运移前缘规律。 　　研究人员采用的岩芯驱替夹持器可满足在50 MPa以及60℃条件下的实验要求，同时能够实现scCO2（31.1℃，7.38 MPa）的稳定驱替。采用的两根FBG传感器，规格为单根光纤上嵌入三个中心波长连续分布的光栅且沿岩芯轴向方向对称粘贴于岩样表面。实验样本为四川盆地侏罗纪上统蓬莱镇组红色砂岩。实验结果表明，岩芯表面动态应变响应与CO2注入压力相关且保持线性增长的关系（图1）。基于此，可进一步针对较高注入压力条件下诱导的应力场变化进行预测且为储层及井筒稳定性评估提供室内实验数据及理论依据。另外，从实验结果可以看出在45℃条件下的应变响应值略高于20℃条件下，这是由于光栅对温度变化敏感且岩芯受热易产生膨胀变形等因素。由于三个光栅沿轴向布设于岩样上、中、下三个位置，当CO2注入后诱导岩芯内部应力场的波动会先后传递到三个光栅的感应区域从而产生相应的应变响应和初始响应时间差（图2）。在不同温压条件下，初始应变时间差不同。由图2可知，当注入压力为2 MPa，围压为10 MPa时，最大时间差为0.5 s；而在20℃，孔压增至8 MPa及围压保持16 MPa时，初始响应时间差已增至1.3 s。这主要是因为注入压力的改变使CO2由气态（gCO2）转变为了液态（lqCO2），而对lqCO2增温后使其保持超临界状态时，初始时间差又略有减小。温压的变化对CO2物质属性影响明显，特别是流体的动力粘滞系数。根据时间差及光栅中心间隔的比值可初步估计不同状态CO2在岩芯内部的运移速度：gCO2运移速度最快；lqCO2最慢；scCO2介于两者之间。因此，根据FBG测量结果可知这种监测技术可用于观测CO2流体运移路径及相应的前缘信息，有助于应用在CO2封存现场渗漏监测。最后，针对上述实验过程利用COMSOL软件进行编程模拟，模拟结果与实验结果高度一致，从而进一步验证了实验数据的真实性及监测技术的有效性。 　　该研究相关成果发表于Wiley出版社旗下的《温室气体：科学与技术》(Greenhouse Gases: Science and Technology)杂志，第一作者为武汉岩土所硕士研究生范成凯，通讯作者为研究员李琦。该成果得到国家自然科学基金（No. 41274111）、中澳二氧化碳地质封存（CAGS3）项目共同资助。

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发布时间: 2019-04-06

47. 营养与健康所发现李斯特菌劫持巨噬细胞线粒体自噬新机制

yanyf@mail.las.ac.cn

2月25日，国际学术期刊《自然-免疫学》（Nature Immunology）在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所钱友存课题组的最新研究成果“Listeria hijacks host mitophagy through a novelmitophagy receptor to evade killing”。该研究发现单增李斯特菌通过诱导巨噬细胞发生线粒体自噬反应来促进自身的存活，并且鉴定出一个新型线粒体自噬受体NLRX1。 　　线粒体自噬（mitophagy）是一类选择性自噬过程，通过特异性降解细胞内受损的或者多余的线粒体从而完成对细胞代谢水平和命运决定的调控。然而生理或者病理条件下哪些物质可以诱发线粒体自噬反应，又由哪些分子特异性介导了线粒体自噬通路的激活，是该研究领域仍亟需解答的关键科学问题。钱友存课题组多年来围绕先天免疫家族NOD样受体（NOD-like receptors，NLRs）开展研究探索工作，前期研究成果发现，NLR家族成员NLRC5通过调节组织相容性复合体蛋白MHC class I基因的表达促进机体抵抗李斯特菌感染（Yao, et al., Cell Research 2012），而NLRP3炎症小体可以被杀伤性T细胞中的Perforin激活进而促进抗肿瘤免疫（Yao, et al., Nature Communications 2017）。然而作为唯一定位于线粒体的NLR家族成员NLRX1的功能仍不清楚。 　　为了探究细菌感染能否激活线粒体自噬通路，研究人员分别利用胞内菌（李斯特菌、沙门氏菌）和胞外菌（大肠杆菌、柠檬酸杆菌）感染巨噬细胞并系统性分析了线粒体自噬发生情况，结果表明胞内菌感染可以显著诱导巨噬细胞发生线粒体自噬反应。进一步研究发现李斯特菌通过分泌溶血素O（listeriolysin O, LLO），诱导细胞发生钙离子内流、线粒体损伤和线粒体自噬。通过生物信息学预测和RNA干扰等手段研究人员发现NLRX1的NACHT（nucleotide binding and oligomerization domain）结构域中含有一个保守的自噬标记物LC3结合位点（LC3-interacting region, LIR），并且依赖于此位点特异性介导了李斯特菌和LLO诱导的线粒体自噬过程。在生理功能层面，通过利用NLRX1基因全身性敲除和巨噬细胞特异性敲除小鼠，以及线粒体自噬抑制剂Mdivi-1，研究证实抑制线粒体自噬通路的激活会导致细胞内线粒体活性氧的累积，从而抑制了李斯特菌的存活。在机制层面，静息状态下NLRX1的LRR（leucine-rich repeat）结构域与NACHT结构域发生相互作用，形成稳定单体状态，封闭其LIR与LC3的结合；而李斯特菌感染或LLO刺激会导致细胞内NLRX1发生多聚化，促进其LIR结构域与LC3的结合进而介导线粒体自噬的发生。 　　综上所述，此研究首次报道了NLR家族成员NLRX1作为新型的线粒体自噬受体参与线粒体稳态调控，同时也深化了人们对于线粒体自噬生理学功能的理解，为抗感染治疗提供新的分子靶点和治疗思路。 　　营养与健康所助理研究员张一凡和博士后姚依昆为论文共同第一作者，研究员钱友存为通讯作者。该研究得到加拿大多伦多大学教授Stephen E. Girardin、浙江农林大学教授宋厚辉和苏州大学教授王建荣的帮助和支持。经费支持来自科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等，同时该研究得到营养与健康所公共技术平台和动物平台的支持和帮助。

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发布时间: 2019-04-06

48. 研究揭示骨关节炎基因治疗的关键分子靶标

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骨关节炎是与机体衰老密切相关的退行性骨关节病，严重影响老年群体的生活质量。对于骨关节炎患者，目前尚无安全有效的治疗方法。间充质干细胞的衰老和耗竭被认为是骨关节炎的主要诱因之一。因此，揭示间充质干细胞衰老的分子机制将为有效干预骨关节炎提供线索和靶标。 　　中国科学院生物物理研究所刘光慧研究组、北京大学汤富酬研究组和中国科学院动物研究所曲静研究组合作，首次揭示表观调节蛋白CBX4具有稳定人间充质干细胞核仁异染色质结构、维持细胞年轻化的作用。更为重要的是，基于该蛋白过表达的基因治疗可在小鼠中显著缓解骨关节炎的病理表型。该研究于3月26日以Maintenance of nucleolar homeostasis by CBX4 alleviates senescence and osteoarthritis 为题发表在Cell Reports 杂志。 　　CBX4是PRC1（Polycomb repressive complex 1）蛋白复合物的组分之一，作为转录抑制因子，其在机体发育和细胞分化过程中发挥表观调控作用。在该研究中，研究人员发现CBX4是维持人间充质干细胞年轻态的重要分子开关。CBX4在衰老的人间充质干细胞中表达量显著下调；利用CRISPR/Cas9敲除CBX4可导致人间充质干细胞加速衰老。在机制方面，CBX4通过与核仁及异染色质蛋白的相互作用，维持核仁rDNA异染色质稳态，确保rRNA适度转录，防止蛋白质过度翻译，从而维持细胞的年轻状态。在细胞水平，过表达CBX4可延缓人间充质干细胞的衰老；在组织水平，向骨关节炎小鼠的关节腔中注射CBX4过表达慢病毒能降低衰老细胞比例，抑制炎症反应，刺激软骨再生，从而有效缓解骨关节炎的病理过程。 　　该研究首次从概念上证明了通过基因导入干细胞“年轻化”因子治疗骨关节炎的可行性，为衰老相关疾病的干预提供了全新的解决方案，在老年医学和再生医学中具有重要应用前景。 　　该研究工作由生物物理所、动物所、中国科学院干细胞与再生创新研究院、北京大学、首都医科大学宣武医院等机构合作完成。刘光慧、汤富酬以及曲静为共同通讯作者。生物物理所博士后任晓庆、北京大学博士研究生胡博强及动物所研究员宋默识为并列第一作者。该项目得到科技部、国家自然科学基金委和中国科学院先导专项等的支持。

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发布时间: 2019-03-30

49. 共轭延伸的弯曲碳纳米管片段及其超分子异质结研究获进展

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近日，国际化学期刊《德国应用化学》以Photoconductive curved‐nanographene/fullerene supramolecular heterojunctions 为题，在线发表了中国科学技术大学教授杜平武课题组关于共轭“分子皇冠”及其超分子异质结光电响应的最新研究成果（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie. 201900084）。该工作首次构建了不同共轭延伸的类似皇冠状的弯曲碳纳米管片段，并利用富勒烯作为客体分子组装了超分子异质结，发现了其显著的光电效应。 　　碳纳米管由于其突出的机械、电学以及光学性质而受到广泛关注。碳纳米管诸多重要性质主要由其管壁结构所决定，在制备过程中保证碳纳米管结构的均一性显得尤为重要。现有方法比如电弧放电法或者化学气相沉积法所制备的碳纳米管通常是碳纳米管的混合物，因此选择性合成结构单一的碳纳米管或者碳纳米管片段成为纳米碳材料和合成化学领域面临的一个重大挑战。基于合成化学的自下而上合成策略，通过从环对苯撑碳纳米环逐渐增长成碳纳米管，在控制碳纳米管纯度方面具有重要意义。 　　近几年，杜平武课题组致力于自下而上法制备大共轭碳纳米管片段，实现了嵌入大共轭片段的扶手椅型[18,18]碳纳米管片段的合成，首次利用STM观测到弯曲共轭纳米管片段的分子形貌（Chem. Commun. 2016, 52, 7164-7167. 图1a）；发展基于铂配合物四边形然后还原消除的方法，成功合成全六苯并蔻基[12,12]碳纳米管片段（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 158-162. 图1b）；提出通过封端“帽子”的方法构建锯齿型碳纳米管片段及纵向切割碳纳米管构建基元的策略，利用过渡金属钯、镍等催化的偶联反应连接弯曲稠环共轭片段前体，成功合成了以六苯并蔻为封端“帽子”的锯齿型[12,0]碳纳米管弯曲共轭片段(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9330-9335.图1c)。 　　在刚刚发表的工作中，该课题组将共轭程度逐渐增大的纳米石墨烯作为“分子皇冠”侧壁嵌入到弯曲共轭的碳纳米环中，成功合成了不同共轭延伸的扶手椅型[10,10]碳纳米管片段（图2a）。该工作首先通过稳态光谱和电化学方法，系统研究了共轭程度对碳纳米管片段性质的影响。然后通过与中国科大教授杨上峰合作，研究了“分子皇冠”与富勒烯C60之间的超分子作用，随着侧壁共轭依次增大，皇冠分子与C60的结合常数依次增大。并且首次发现将其与富勒烯构建超分子异质结薄膜作为光导层，在光照条件下能够产生强烈的光电流，与参比物相比较，其最大光电流可急剧增加约1000（图2b）。 　　该工作还利用超快光谱测定了大共轭碳纳米管片段和C60复合物的光诱导中间态变化（图2c）。光谱结果清楚地表明，大共轭碳纳米管片段(电子给体)与富勒烯(电子受体)之间存在快速电子转移过程，可以检测出给体和受体的自由基离子的瞬态吸收特征峰。侧壁共轭增大的碳纳米管片段为分子碳纳米管的合成及性质研究提供了借鉴，对碳纳米管与富勒烯超分子异质结在光电器件方面的应用提供了实验基础。 　　中国科大化学与材料科学学院材料系博士生黄强、贾洪兴和浙江工业大学副教授庄桂林为文章的共同第一作者。杜平武和杨上峰为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、科技部、能源材料化学前沿协同创新中心的资助。

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发布时间: 2019-03-30

50. 上海光机所在体布拉格光栅角度放大器研究方面取得进展

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上海光机所薄膜光学实验室和高功率激光单元技术实验室联合针对光束大角度偏转系统中的角度放大器——级联复用体布拉格光栅进行了优化设计，成功制备出了工作波长为1064nm的3块4通道复用体布拉格光栅，级联得到的角度放大器具有12个通道，各通道的衍射效率均达80%以上,并具有良好的偏振无关特性。将该角度放大器与小角度连续偏转放大器件如液晶光学相控阵相结合可实现光束在±45°角范围的一维空间大角度连续偏转。 　　非机械光束偏转技术广泛应用于激光雷达、自由空间光通信、高能激光系统等领域。大角度空域扫描在微波频段容易实现，而在近红外光波段，由于受到工艺水平及物理极限的限制，目前使用的单一器件如液晶光学相控阵(LCOPA)或者液晶偏振光栅等只能在小角度范围内连续偏转。为了实现高能激光系统中的空间大角度光束连续偏转，目前已有的一种方案是双LCOPA加体布拉格光栅的方法：第一层LCOPA通过对激光光束的小角度转向实现对全息光栅的照射部位选择，然后利用体布拉格光栅(VBG)实现激光光束的离散大角度偏转，最后利用LCOPA实现对出射光束偏转角度的精确控制和填充。目前，国际上关于VBG作为角放大器的研究除几项专利技术外，深入系统的理论研究和实验上的实现尚未见报道。 　　在该项研究中，研究人员综合考虑了光热敏折变玻璃的最大折射率调制范围、较小的吸收损耗和走离距离要求、多通道之间的串扰影响，以及激光发散角对体光栅衍射效率的影响等因素后，进行了角度放大器的多参数优化设计。理论分析结果表明，光热敏折变玻璃的最大折射率调制范围和激光光束的发散角是限制体光栅各通道最大衍射效率的主要因素。多块多通道复用体光栅级联的方式可以有效解决这一问题。此外，通过对称的光栅通道设计，每块4通道光栅只需搭建2套曝光光路，大大提高了复用体光栅的制备效率。将多次曝光和单次热处理得到的几块复用体光栅依次级联，实验上实现了-45°~45°的一维大角度离散偏转，各通道衍射效率达80%以上并表现出偏振无关特性。该项工作为基于复用体光栅的角度放大器的理论设计和实验制备提供了清晰详实的指导，对促进复用体光栅在光束大角度连续偏转系统中的应用具有重要意义，同时也为基于复用体光栅的二维角度放大器的实现奠定了基础。 　　该研究成果已被Optics Express [Optics Express, 2018, 26(19), 25336]在线发表，并作为当期亮点文章进行报道。

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发布时间: 2019-03-30

51. 植物所揭示葡萄白藜芦醇合成反馈调节机制

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白藜芦醇（ resveratrol ，缩写为 Res ）属于多酚化合物中的芪类化合物，在植物中主要具有抗生物胁迫的作用。近年研究表明，白藜芦醇具有防治癌症和心血管疾病的作用，因此受到学术界和企业界的高度重视。自然界中，只有葡萄等少数植物能够合成并积累白藜芦醇，葡萄已成为市场上白藜芦醇的重要来源。然而，目前人们对葡萄白藜芦醇合成的分子调控机理知之甚少，仅知道转录因子 VvMYB14 和 VvMYB15 可以直接调控白藜芦醇生物合成的关键酶——芪合酶（ stilbene synthase ， STS ）基因的转录。 　　 中国科学院植物研究所李绍华研究组长期致力于葡萄白藜芦醇合成调控机制的研究。研究人员发现，葡萄 WRKY 基因家族成员VvWRKY8 在葡萄响应 UV-C 辐射的过程中，与VvMYB14 和VvSTSs 高度共表达；在葡萄中瞬时和稳定过表达VvWRKY8 ，均可导致葡萄芪合酶基因成员VvSTS15/21 和VvMYB14 转录水平下降、白藜芦醇积累减少。进一步研究发现， VvWRKY8 不能直接转录调控VvSTS15/21 和VvMYB14 ； VvMYB14 通过其 N 端与VvSTS15/21 启动子结合并转录激活其表达，不能直接转录调控VvWRKY8 表达；VvWRKY8 通过其 N 端与 VvMYB14 的 N 端蛋白互作，从而抑制 VvMYB14 诱导的VvSTS15/21 转录。研究人员还发现，外源白藜芦醇可以导致葡萄悬浮细胞中VvWRKY8 表达升高、VvMYB14 和VvSTS15/21 表达降低。 　　 该研究结果揭示了葡萄白藜芦醇合成存在 VvMYB14-VvSTS15/21-Res-VvWRKY8 的反馈调节机制，对于深入研究葡萄白藜芦醇合成精细调控机制具有重要意义，同时对利用生物工程方法生产白藜芦醇或培育高白藜芦醇含量葡萄品种具有重要价值。 　　 该成果于近日正式发表在国际学术期刊 Journal of Experimental Botany 。编辑部在同期配发了题为 Regulation of resveratrol biosynthesis in grapevine: new approaches for disease resistance? 的评论文章，给予该研究高度评价。李绍华研究组博士研究生姜金铸为论文的第一作者，李绍华和王利军为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目和宁夏回族自治区葡萄育种专项的资助。

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发布时间: 2019-03-30

52. 研究发现决定家蚕食性的主效基因

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2月28日，国际学术期刊PLOS Biology 在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谭安江研究组题为A determining factor for insect feeding preference in the silkworm, Bombyx mori 的研究论文。该研究首次报道了一个苦味受体基因可以决定家蚕的桑叶专食性。 　　栽桑养蚕在我国有着悠久的历史，在传统的蚕业生产上，栽桑和养蚕密不可分，桑叶是家蚕的唯一食物来源。为什么家蚕只取食桑叶？这是一个长久以来没有得到解答的科学问题。虽然有报道家蚕的一些突变体可部分取食其它植物叶片，但决定家蚕桑叶专食性的分子基础及相关的基因一直没有得到揭示和鉴定。 　　昆虫的取食偏好和对食物的选择具有高度多样性，而植食性昆虫的取食行为主要是由其化学感受体系（嗅觉和味觉）决定的。数量众多的嗅觉受体和味觉受体基因在植食性昆虫的宿主植物定位及可食性鉴别等过程中起重要作用。相对于嗅觉受体的研究，味觉受体的作用机理复杂，其研究相对滞后，目前功能得到鉴定的味觉受体数量也非常少。家蚕有76个味觉受体基因，作者根据前期的研究线索，针对位于三号染色体上的唯一味觉受体基因GR66开展了功能分析，并利用转基因和CRISPR/Cas9等基因编辑手段获得了其纯合突变体。在正常饲养条件下，GR66突变体的生长发育没有受到任何影响，但其食性发生了显著变化。突变体家蚕幼虫除了桑叶以外，还可以取食苹果、梨、玉米、大豆、花生甚至面包等多种野生型家蚕拒食的食物。在选择性实验中，突变体五龄幼虫可以无差别地取食桑叶和其他食物，但野生型家蚕只会取食桑叶或含有桑叶成分的人工饲料。根据以上证据，研究人员推测GR66是家蚕针对非宿主植物的一个取食抑制因子，突变后其抑制作用消失，导致突变体可以无差别地取食桑叶及其它食物。该研究发现苦味受体基因GR66在家蚕食物选择中起决定性作用，为昆虫食性以及植物-昆虫互作研究提供了新的视角。随着现代农业的发展，由于土地资源的限制、季节性的影响以及人力成本的上升，桑叶的供应已成为制约规模化和工厂化养蚕的重要因素。该研究也为今后持续规模化养蚕的去桑叶化、大幅度降低人工饲料成本以及培育适合工厂化饲养的家蚕新品种奠定了坚实的理论基础。 　　实验过程中得到中国科学院动物研究所研究员王琛柱、浙江省农业科学院研究员牛宝龙和计东风、中国农业科学院蚕业研究所研究员李木旺的合作支持。该研究得到国家自然科学基金(U1738110, 31572330)的资助。

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发布时间: 2019-04-06

53. 地幔间断面成因及地幔对流模式研究获进展

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板块构造学说是固体地球科学的基石，刻画了岩石圈的基本运动学特征，而地幔对流理论则为理解板块运动规律提供了动力学基础。然而长期以来，地幔对流模式的研究一直存在巨大的争议，分歧主要集中于全地幔对流和上下地幔分层对流两个模式。近年来，还有一些学者提出了地幔混合对流模式猜想，即一些区域地幔分层对流、其它区域上下地幔整体对流。 　　中国科学院测量与地球物理研究所倪四道团队与中国科学技术大学及国际同行开展合作，首次发现了非对称路径660千米间断面散射波震相，揭示了地幔410及660千米间断面的小尺度起伏特征，为地幔对流模式研究提供了关键证据。 　　研究团队基于温度及化学成分对地幔间断面各种横向尺度起伏的不同控制作用，对间断面的成因及地幔对流模式开展研究。温度异常及化学成分异常均可造成大尺度（1000千米）和中等尺度（100千米）的地幔间断面起伏。但是，间断面的小尺度（10千米）起伏，难以利用温度异常解释，而是主要反映了化学成分的变化。学者们对地幔间断面的大中尺度起伏特征已经有了深入的认识，但是其小尺度起伏特征尚未见报道，也因此难以判定410/660千米间断面的成因。在大中尺度的间断面起伏研究中，P波、S波及其转换波或多次波等体波震相发挥了重要作用，但是由于这些体波的菲涅尔区较大，难以约束小尺度起伏特征。 　　该研究聚焦于地球内部界面起伏探测方法，提出了非对称路径背向散射PKP波约束小尺度起伏的新方法。基于新方法，研究了非对称路径散射波P′SurfP′震相，据此估算的地表起伏及地壳浅部散射体强度与已有的结果一致，表明了该方法的有效性( Wu et al, 2012, GRL)。此后数年间，研究团队搜集了全球密集台阵记录到的深震波形，开展了慢度、偏振、到时、包络形态等多震相特征分析，计算了系列理论散射地震图，并与实测地震波形对比，发现了660千米界面小尺度起伏导致的前驱散射波（P′.660.P′），而且该信号强度存在区域差异。然而，对应于410千米界面的前驱散射波没有被观测到，表明该界面比较平滑。以PKiKP、P′SurfP′等体波作为参考震相，估计了采样区域内660千米间断面小尺度起伏的幅度，推算其功率谱系数C2D量级范围为10-1000米，远大于地表的全球平均小尺度起伏（C2D为米级），表明660千米间断面小尺度起伏远比地表的更剧烈。基于地震学的观测与分析，研究团队提出410千米界面主要成因为相变；但是660千米界面则不完全为相变面，在一些区域还应该是化学分界面，在其它区域化学分层不明显。这项发现难以用全地幔对流或分层对流模式解释，而支持地幔混合对流模式。文章还建议，开展地球动力学、地震学、地球化学等多学科交叉合作，有助于定量研究上下地幔物质交换的效率，从而进一步深化对地球动力学的理解。国际著名学者Christine Houser在《科学》（Science）同期Perspective栏目撰文评述道：“该项研究成果可以帮助回答地球演化的根本性问题。” 　　该研究成果于2月15日在国际学术期刊《科学》（Science）以Report形式发表，文章题为Inferring Earth's discontinuous chemical layeringfrom the 660-kilometer boundary topography。中国科学院先导专项“地球内部运行机制与表层响应”、国家“973”项目以及国家自然科学基金提供了经费资助。“全院办校，所系结合”政策为此项研究的顺利开展提供了保障。

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发布时间: 2019-04-06

54. 成都生物所小麦响应紫外胁迫机制研究获进展

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高原地区紫外辐射较强，特别是臭氧层的破坏使得紫外胁迫成为影响农业生产的重要因素。因此，解析植物在紫外胁迫条件下调控生长发育和耐受的机制、以及选育紫外耐受的作物品种对促进高原农业生产有重要意义。 　　中国科学院成都生物研究所王涛课题组通过系统地鉴定不同小麦品种在紫外胁迫和非胁迫处理条件下的表型发现：紫糯麦168胚芽鞘受到的紫外胁迫程度较小，并伴有大量黄酮类代谢物的积累。高通量测序结果表明，紫外胁迫对植物光合作用以及固碳相关基因的表达具有明显的抑制作用，且紫糯麦168受到的抑制程度最小。紫糯麦168在紫外胁迫条件下的独特表现是由UVR8受体介导的多种防御响应相关基因的表达产生的，包括编码MAPK激酶、活性氧清除剂、转录因子、植物激素信号和酚类代谢物等相关基因。同时，利用HPLC—ESI-MS/MS技术对种植于成都和西藏的小麦籽粒进行代谢物含量与成分的测定，结果表明紫外胁迫对花青素类物质的积累具有显著促进作用。该研究所挖掘的基因可用于遗传改良小麦抗紫外能力。此外，富含花青素的小麦具有良好的营养价值，是作为功能性营养食品的优异资源。 　　该研究结果于1月16日以封面文章形式发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry（DOI: 10.1021/acs.jafc.8b05104）杂志。王芳为该论文第一作者，研究员王涛和副研究员冯波为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院种子创新院的资助。

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发布时间: 2019-03-30

55. 深圳先进院在云计算环境下的任务协同调度研究取得进展

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3月15日，国际体系结构领域的CCFA类会议ISCA2019(International Symposium on Computer Architecture)结果揭晓，中国科学院深圳先进技术研究院数字所异构智能计算中心客座博士生王玉钊（华中科技大学）和硕士生李乐乐在研究员喻之斌指导下合作的论文（TPShare: A Time-Space Sharing Scheduling Abstraction for Shared Cloud via Vertical Labels）被录用为长文（双栏15页）。这项研究得到美国南加州大学教授钱学海团队的帮助。 　　该工作针对共享云环境下系统软件栈多层次调度器之间不协调的问题，提出了基于纵向标签的协同调度机制——时空共享调度抽象TPShare。由于当前云计算系统软件栈调度层次多，包含了单节点操作系统调度器、云操作系统调度器以及应用框架中的任务调度器（如Spark），而各层次间的调度状态无感知、不协调问题，不仅导致了集群资源浪费现象，而且严重影响了应用程序的性能。TPShare通过基于双向标签的通信协议设计，实现相邻调度层之间调度状态/资源需求等关键信息的流动和有效利用。基于云计算操作系统Mesos和数据分析应用框架Spark、流处理框架Flink，该论文开发出了一个TPShare抽象的实现原型。实验表明，在各类应用混部的环境下，TPShare不仅能提高云调度器的吞吐率2x以上，而且有效降低了延迟敏感应用的尾部延迟，平均达45%。 　　ISCA会议创办于1973年，是由ACM SIGARCH（计算机系统结构特殊兴趣组）和IEEE TCCA（计算机架构技术委员会）联合举办的体系结构领域的顶级会议，致力于展示和讨论计算机体系结构中的新思想和最新研究成果，与ASPLOS, HPCA, MICRO并称体系结构领域的“四大顶会”。参会对象包括微体系结构、云计算、计算机系统等领域的研究人员或学生。2019年的ISCA会议将于6月22至29日在美国凤凰城召开。

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发布时间: 2019-03-30

56. 中国科大首次实验演示纠缠交换过程的自检验

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中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在量子纠缠网络的研究中取得新进展，该团队李传锋、陈耕等人把纠缠态的非局域性和Bell基测量定量地联系起来，从而首次实现了纠缠交换过程中Bell基测量的自检验。该研究成果3月8日发表在国际期刊《物理评论快报》上。 　　量子纠缠是量子通信和量子计算的重要资源。在构建量子纠缠网络的过程中，不仅需要制备高品质的量子纠缠态，还需要在节点之间进行高品质的纠缠交换，才能把各个节点纠缠起来。纠缠交换需要通过Bell基测量来实现。比如一开始Alice这个节点上有A1和A2两个粒子是纠缠的，Bob这个节点上B1和B2两个粒子也是纠缠的，但是Alice和Bob的粒子之间不纠缠，Alice和Bob可以分别把A2和B2这两个粒子（通常是光子）发送到一个约定的地点进行Bell基测量，以测量消耗掉A2和B2两个粒子为代价，就可以使得处于不同节点的原本不纠缠的A1和B1两个粒子纠缠起来了。与设备无关的纠缠态和Bell基测量的品质检验被学术界称为纠缠的自检验，通过自检验可以在设备不可信的情况下依然保障构建的量子纠缠网络的安全性。此前李传锋、陈耕等人已经实现了纠缠态自检验[Phys. Rev. Lett. 121, 240402 (2018)]和高维纠缠态的自检验[npj Quant. Info. 5, 4 (2019)]，然而对于Bell基测量，学术界一直没有找到合适的方法来度量其品质，因而无法对其准确性进行定量表征，更无法实现对它的自检验。 　　李传锋、陈耕等人通过把Bell基测量和纠缠态的非局域性定量地联系在一起，在光学系统中实验实现了与设备无关的对Bell基测量的度量。实验中不仅包含了对纠缠交换产生的两体纠缠的自检验，而且对纠缠交换前的两对纠缠态的独立性也进行了自检验。这使得实验结果具有非常好的鲁棒性，最终对Bell基测量的保真度估值达到0.87。这是国际上首个针对Bell基测量的自检验的原理性验证实验，为实现量子纠缠网络的自检验、保障量子网络的安全性解决了关键难题。 　　文章第一作者为博士研究生张文豪。该工作得到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院量子信息创新研究院的资助。

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发布时间: 2019-04-06

57. 福建物构所钕掺杂LiLuF4近红外纳米发光材料电子结构研究获进展

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稀土掺杂近红外纳米发光材料由于深层生物组织穿透、无背景荧光干扰和对生物样本损伤小等特点在生物成像和温度传感等领域具有重要的应用前景。Nd3+离子在介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学，对Nd3+基纳米发光材料开展深入的光物理研究对其光学性能的优化及其在生物医学领域的应用至关重要。然而，由于晶格内部和表面缺陷等影响，Nd3+离子在纳米材料中通常存在多格位发光，导致其晶体场跃迁发射谱线复杂、难以区分。目前，在纳米发光材料中揭示Nd3+离子发光中心的局域电子结构仍是该领域的一个技术挑战。 　　中国科学院福建物质结构研究所功能纳米结构与组装重点实验室陈学元团队在中国科学院战略性先导科技专项、创新国际团队以及郑伟和黄萍主持的国家自然科学基金面上基金、中国科学院青促会、海西研究院“春苗”人才专项等支持下，首次在LiLuF4纳米晶中揭示了Nd3+离子的局域电子能级结构。该团队以Eu3+为结构探针，利用低温高分辨光谱、时间分辨光谱和位置选择光谱等先进的测试手段，揭示了稀土离子在LiLuF4纳米晶中存在单一的光谱学S4位置对称性，与其结晶学位置对称性一致。通过Nd3+的低温高分辨光谱和变温光谱等测试手段，精确指认出36条源自Nd3+的4F3/2 → 4IJ（J = 9/2, 11/2, 13/2）晶体场跃迁的发射谱线，并确定了Nd3+的4F3/2和4IJ组态的全部Stark子能级位置。进一步地，该团队利用指认出的4F3/2两个Stark子能级的跃迁强度与温度的不同依赖关系，将LiLuF4:Nd3+纳米晶作为近红外纳米荧光探针用于77-275 K低温区间的高灵敏温度探测，其最高相对灵敏度达到0.62% K-1，与此前报道的Nd3+掺杂纳米荧光温度计的最高值相当。该研究对发展高效Nd3+基近红外纳米荧光探针提供了理论基础，也为稀土纳米荧光探针在低温探测领域的新应用指明了方向。相关结果3月14日在线发表于《先进科学》（Adv. Sci. 2019, 1802282. DOI: 10.1002/advs.201802282）。 　　此前，陈学元团队在稀土掺杂纳米发光材料的发光物理和应用研究方面取得一系列进展。例如，发展高效LiLuF4:Yb,Er多层核壳结构上转换纳米晶，实现对肿瘤标志物β-hCG的高灵敏特异性检测和肿瘤细胞的靶向荧光成像（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252-1257; Sci. China Mater. 2015, 58, 156-177; Mater. Today Nano 2019, 5, 100031）；设计合成NaCeF4:Er近红外二区纳米荧光探针，实现对人体血清中尿酸的高灵敏检测及对小鼠深层组织高分辨成像（Chem. Sci. 2018, 9, 4682-4688）。

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发布时间: 2019-03-30

58. 南京土壤所揭示锑在铁锰氧化物表面氧化吸附分子机理

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锑（Sb）和砷（As）属于同一主族，具有潜在的致癌风险，但与其它有毒金属如Hg和As等相比，人们对Sb的环境污染过程还缺乏系统认识。Sb在环境中常以Sb(Ⅲ)和Sb(V)形式存在。水钠锰矿是自然界中一种常见矿物，具有较强的吸附和氧化能力；酚类有机酸是土壤有机质中具有较强的氧化还原活性的一类基团。他们在Sb的迁移和转化过程中扮演着重要角色。然而，人们对Sb与二者的反应分子机制仍不清楚。 　　为此，中国科学院南京土壤研究所研究员王玉军团队对Sb在水钠锰矿表面的吸附和氧化机制开展了深入探究。研究发现：水钠锰矿的边缘位点对Sb的氧化和吸附起着至关重要的作用，具有较多边缘位点的水钠锰矿对Sb具有更强的氧化和吸附能力。Sb(Ⅲ)在水钠锰矿的边缘位点被迅速氧化，但氧化过程会因产物的堵塞而被钝化。氧化反应后Sb(V)为水钠锰矿表面的主要Sb形态。Sb(V)主要吸附于水钠锰矿边缘位点，形成单齿单核络合结构。该研究揭示了Sb在水钠锰矿表面的氧化和吸附机制，可为环境中Sb污染风险评价及Sb污染场地修复方案的制定提供理论依据。相关研究结果发表于Chemical Engineering Journal (2018，342, 429-437)和Environmental pollution (2019, 246, 990-998)。 　　此外，该团队与华南理工大学教授石振清合作发展了一套机理性动力学模型用以预测Sb在水钠锰矿表面的氧化吸附动力学过程。模型结果显示，Sb(Ⅲ)的氧化速率随时间增加而迅速降低；水钠锰矿可迅速吸附Sb(Ⅲ)，而吸附Sb(V)的速率则相对较慢。该模型较好刻画了Sb在水钠锰矿表面的吸附/解吸-氧化还原耦合动力学行为，有助于进一步发展综合性动力学模型预测Sb的环境行为。相关研究结果发表于Environmental Science: Processes & Impacts (2018,20, 1691-1696)，论文入选该刊2018年度亮点文章。 　　土壤中有机质组分复杂，其中广泛存在的酚类基团使其具有较高的氧化还原活性。研究发现碱性条件下小分子酚酸能够产生半醌类自由基（SQ·ˉ），并在有氧条件下产生H2O2和·OH等活性氧基团，将Sb(Ⅲ)氧化为Sb(V) (Chemical Engineering Journal 2019，356, 190-198)，进而影响Sb在针铁矿表面的吸附过程。随着体系碱性增强，Sb(Ⅲ)在针铁矿表面的吸附得到显著抑制，并在针铁矿表面形成双齿共边的内圈配位构型。该研究结果进一步揭示Sb在环境中氧化的分子机制，为预测其在高有机质含量土壤中转化迁移行为提供理论支撑 (Chemical Engineering Journal 2019, 369: 414-421)。

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发布时间: 2019-03-30

59. 变分自回归神经网络求解统计力学研究取得进展

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如何准确地计算多粒子系统的自由能、热力学量，以及给出系统的无偏采样，是统计物理的核心问题之一。自上世纪初以来，统计物理学家建立了各种各样的理论和方法来处理此类问题，其中包括马尔科夫链蒙特卡洛、张量网络、重整化群、平均场近似及消息传递算法等。在实际应用中，这些方法各有其优劣：MCMC擅长采样玻尔兹曼分布，然而很难计算系统的熵和自由能；张量网络方法和重整化群被广泛用于计算配分函数和自由能，但是一般只适用于格点系统；平均场近似及相关的消息传递算法可以高效地给出系统的变分自由能，然而需要在较高的温度下，或者系统拓扑结构满足平均场近似的要求。 　　从更广角度看，统计物理的基本问题和机器学习中的非监督学习具有天然的联系：统计物理中的玻尔兹曼分布对应于贝叶斯推断的后验概率；最小化自由能原理等价于变分推断；寻找统计物理系统的基态等价于最大似然学习等。那么一个自然的想法是，可不可以用近年来快速发展的深度学习方法来推动统计物理的核心问题的进展？ 　　近年来，中国科学院理论物理研究所研究员张潘课题组致力于探索统计物理与机器学习的交叉领域，并在近期取得新进展。张潘与合作者中国科学院物理研究所研究员王磊以及北京大学本科生吴典，合作提出了一个应用于统计力学问题的计算方法——变分自回归神经网络(Variational Autoregressive Networks)。这个框架拓展了传统意义上的平均场方法，用自回归神经网络构建变分的概率分布，并通过强化学习的方法训练网络，进而可以同时计算系统的自由能上界，测量系统的能量、熵及各种热力学量，并直接无偏地对系统采样。张潘和合作者们将此方法成功地应用于伊辛模型、自旋玻璃以及统计物理反问题中。相关论文发表于《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 122, 080602），并被选为编辑推荐文章。 　　此工作得到中国科学院前沿重点项目“统计物理平均场理论在统计推断与机器学习中的应用”（项目编号：QYZDB-SSW-SYS032）以及国家自然科学基金委理论物理专款“彭桓武理论物理创新研究中心”的支持。

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发布时间: 2019-03-30

60. 成都文献中心2018年获得3件计算机软件著作权

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2018 年，中国科学院成都文献情报中心网络与信息系统部知识管理与大数据分析实验室研发的“科研管理平台”、“智云知识计算平台”，“干细胞知识图谱” 3 件计算机软件系统顺利通过中国版权保护中心审核，获得国家版权局颁发的计算机软件著作权登记证书。这是成都文献中心在面向学科信息学的领域知识发现、科学规范管理创新方面取得的重要成果。

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发布时间: 2019-03-11

61. 新疆理化所含氟碘酸盐非线性光学材料设计合成获进展

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随着全固态激光技术在光通讯、光加工和光存储等领域的发展，深紫外及红外非线性光学晶体材料成为目前国内外的研究热点。金属碘酸盐晶体因具有较强的倍频效应、较宽的透过波段、较高的热稳定性和光学损伤阈值在非线性光学晶体材料领域占有非常重要的地位。设计非线性光学晶体材料的难点是如何构筑无心结构及如何增加材料的极化率。前期，中国科学院新疆理化技术研究所新型光电功能材料实验室研究员潘世烈领导团队在含氟硼酸盐、磷酸盐等体系进行了系统研究，设计合成了系列氟硼酸盐、氟磷酸盐非线性光学晶体（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 10645; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 14119; Nat. Commun., 2018, 9, 3089; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 9828），开辟了深紫外非线性光学材料设计合成的新思路。 　　近年来，该研究团队基于碘酸盐体系也获得一系列性能优异的非线性光学功能晶体材料。由于氟的电负性比氧强，在碘酸铋体系中引入F原子不仅可以调节晶体结构，而且可扩大带隙，提升材料激光损伤阈值。经过大量的实验，团队首次合成金属碘酸盐氟化物，Bi3OF3(IO3)4。结果表明，该晶体结构中含有孤立的IO3离子基团，具有大的粉末倍频效应（~ 6× KDP），具有较高的激光损伤阈值，约为10×AgGaS2，宽的透射率范围约为（0.3-12μm），为设计新型非线性更新材料碘酸盐提供了一条可行的途径。上述成果已发表在美国化学学会期刊《化学材料》上（Chem. Mater. 2017, 29, 945）。 　　随后，团队在Cs-I-O-F体系中搜寻，设计合成了一系列性能优异的含氟碘酸盐晶体。该工作中选择了CsIO3作为母体结构，在水热合成条件下引入不同的阴、阳离子单元（F-、H5O2+和IO2F2-），首次成功制备出CsIO2F2，Cs3(IO2F2)3·H2O，和Cs(IO2F2)2·H5O2晶体，并对结构转变及性能进行了详细分析。其中，非中心对称CsIO3和CsIO2F2具有良好的非线性光学性质，包括大的倍频效应（15×和3×KDP）、宽的带隙（4.2和4.5eV）、宽的透射范围（~0.27-5.5μm）和高的激光损伤阈值（15×和20×AgGaS2）。研究结果提出了一种新的结构设计策略合成新的功能材料，并对大尺寸晶体生长进行了探索研究。相关成果已发表在美国化学学会期刊《化学材料》上（Chem. Mater. 2018, 30, 1136）。 　　近日，该团队又在稀土碘酸盐化合物中首次引入氟离子，成功合成了首例稀土碘酸盐氟化物Ce(IO3)2F2·H2O。稀土碘酸盐具有非常复杂的结构化学性质，特别是在非线性光学和发光材料方面吸引了研究者的广泛关注。到目前为止，还未发现含氟稀土碘酸盐化合物的相关报道。实验结果表明，Ce(IO3)2F2·H2O是一种结构新颖的新型碘酸盐氟化物，CeO5F4多面体跟孤立的IO3基团相互连接形成一维的无线链1∞[Ce(IO3)2F2]，链和链之间是弱的氢键链接。另外，该化合物具有大的非线性光学效应，约为（~ 3× KDP）。相关成果以封面文章发表在WILEY-VCH《欧洲化学》上（Chem. Eur. J. 2019, 10.1002/chem.201804995）。 　　上述研究结果丰富了碘酸盐化学，增加了晶体结构的多样性并扩展了含氟碘酸盐在非线性光学领域的应用前景。

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发布时间: 2019-04-06

62. 金属所科研人员发现固体庞压卡效应

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制冷技术在当今社会工农业生产、日常生活等多个领域均起到了至关重要的作用，联合国统计数据表明全球每年25-30%的电力被用于各种各样的制冷应用。而这些应用绝大部分依赖传统的气体压缩制冷技术，普遍使用对环境和人体有害的制冷剂。因此，寻求绿色、环保、低能耗的替代制冷方案已经成为学术界和工业界共同努力的方向。特别是当前我国高端制冷压缩机技术仍然欠缺，探索新的制冷技术方案则有望从根源上解决该技术领域的“卡脖子”问题。 　　近年来，基于固态相变热效应（caloric effects）的固态制冷技术被认为是最有希望取代传统气体压缩制冷的技术方案。固态相变热效应主要包括磁卡效应（magnetocaloric　effect,MCE）、电卡效应（electrocaloric　effect,ECE）、弹卡效应（elastocaloric　effect,eCE）以及压卡效应（barocaloric effect, BCE）。前三者分别源于相应外场对铁性体系（ferroics）中磁矩、铁电极化或晶体结构畴的有序度的调控，而后者则常常涉及压力诱导的晶体结构相变。固态相变制冷材料的性能主要由等温熵变所描述。固体压卡效应的制冷循环，如图1所示。遵循以上的物理认识，经过数十年的发展，主流固态相变制冷材料的等温熵变提高到了50 J kg-1K-1左右，且需要较大的外场，这成为该技术走向应用的障碍。因此，如何提高固态相变制冷材料的性能成为一个兼具物理意义和应用价值的研究课题。 中国科学院金属研究所功能材料与器件研究部李昺研究员、张志东研究员、任卫军研究员等组成的研究团队在一系列称为塑晶（plastic crystals）的有机材料里发现了基于分子取向序的压卡效应，等温熵变最高达687 J kg-1K-1，较传统固态相变制冷材料高出了一个数量级，见图2。塑晶是一类高度无序的固体材料，其有机分子或者无机结构单元的取向完全无序，但是质心位置却构成了长程有序的晶格。在这些体系中，所需驱动压力极低，且材料十分廉价，具有诱人的应用前景。选择新戊二醇（英文名：neopentylglycol，缩写为NPG；分子式：C5H12O2；IUPAC名称为2,2-Dimethylpropane-1,3-diol）为模型材料，运用高压热测量技术、高压中子散射技术、高压同步辐射X射线衍射技术等，揭示了塑晶材料出现庞压卡效应的深层次物理机制。该项研究工作发表于Nature（Nature 567， 506 (2019),（https://doi.org/10.1038/s41586-019-1042-5），李昺研究员为该文的独立第一作者兼通讯作者。该杂志同期还刊登了评述性短文《Refrigeration based on plastic crystals》来阐述该项工作的内涵和意义。　 金属所研究人员和日本大阪大学Takeshi Sugahara副教授合作，利用高压微量热仪测量了NPG在高压条件下的等温熵变，发现在45.0MPa压力下熵变已经达到最大值——389 J kg-1K-1，且在15.2 MPa下已经达到了最大值的一半（图3b）。这一驱动压力较传统压卡效应材料低很多，具有明显的应用优势。接下来，在日本大型同步辐射光源SPring-8 Saori I. Kawaguchi博士、Shogo Kawaguchi博士、Koji Ohara博士、陈艳娜博士、Osami Sakata教授的协助下，分别在BL02B2谱仪和BL04B2谱仪进行了高分辨同步辐射X射线衍射和高压同步辐射X射线衍射测量，发现压力可以驱动材料发生从无序到有序的相变（图3c）。最为关键地是在日本散裂中子源（J-PARC）中子科学部Kenji Nakajima主任、Yukinobu Kawakita副主任、Seiko Kawamura博士、Takanori Hattori博士和Tatsuya Kikuchi博士的全力支持和多方协调下，突破重重技术难关，在极短时间内成功实现了高压超高精度准弹性中子散射测量。利用世界上能量分辨率最高的冷中子时间飞行谱仪AMATERAS和特殊设计加工的高压样品腔，获得了高压环境下NPG样品的准弹性中子散射谱，直接从原子层次揭示了压力对分子取向无序的抑制是产生庞压卡效应的本质原因（图3d - g）。这一实验结果也被美国佛罗里达州立大学Shangchao Lin助理教授组的分子动力学模拟结果所证实（图3h,i）。同时与澳大利亚核科技组织（ANSTO）的Dehong Yu博士、Richard Mole博士合作，在时间飞行谱仪PELICAN上获得了完整的晶格动力学数据，发现了强烈非简谐特征。 借助大科学装置的强大实验能力，该研究团队成功地确立了庞压卡效应的物理机制，从本质来源角度确认了庞压卡效应的发现。塑晶这一特殊物态，兼有晶体和液体的特征。巨大的分子取向无序导致了固态相变处的熵变比熔化熵还大，无序自由度在系统总自由度的占比接近维持固体刚性的极限；分子间的弱相互作用导致极大的压缩性，微小压力即可驱动相变；强烈的晶格非谐性使得晶格的压力效应得以转化为熵变。该研究中所报道的这些有机材料所需驱动压力小、成本低廉，具有明显的应用价值。同时，将塑晶引入固态相变制冷材料研究领域，将极大地丰富固态相变制冷研究的材料体系，为发现和设计性能更加优异的材料提供了可能。 　　参与该项工作的还有台湾同步辐射研究中心驻ANSTO团队成员Shin-ichiro Yano博士、美国加州大学Irvine分校的王辉博士、北京高压科学研究中心的李阔研究员等。本工作得到了中国科学院“相关人才计划”、国家自然科学基金（11804346,51671192，51531008）的资助，也得到了J-PARC（2018AU1401，2018B0014）、SPring-8（2018B1095，2018A2061）和ANSTO的大科学装置机时支持。

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发布时间: 2019-03-30

63. 地质地球所合成用于磁共振血管造影的磁性铁蛋白纳米颗粒

yanyf@mail.las.ac.cn

磁共振成像(MRI)因其具有高的空间分辨率和无创伤性已成为现代医学临床影像诊断中使用的一项重要技术。高品质磁共振造影剂是增强磁共振成像效果的关键环节。针对动脉粥样硬化、心肌梗死等心血管疾病诊断的磁共振血管成像术，特别是利用安全高效造影剂来增强磁共振血管成像是研究的热点问题之一。 　　MRI造影剂按照作用原理可分为纵向弛豫（T1）造影剂和横向弛豫（T2）造影剂。目前临床上使用的T1磁共振造影剂主要为钆的复合物（Gd-DTPA），即缩短T1而增强磁共振信号使图像变亮。但是基于钆的造影剂存在一定的缺陷，如引发肾源性系统性纤维化，在组织中沉积的风险以及较短的体内循环时间等。近年来，研究人员重视研发基于纳米尺寸铁氧化物的磁共振造影剂。相对而言，铁氧化物纳米颗粒具有良好的生物相容性，通常被用于磁共振成像的T2造影剂（缩短T2而增强磁共振信号使图像变暗），已在微小肿瘤MRI诊断中取得重要研究进展。能否把生物相容性高的铁氧化物纳米颗粒作为T1造影剂？换句话说，细颗粒铁氧化物颗粒（小于5 nm）是否有可能用作T1造影剂，从而为研发新型非钆类T1磁共振造影剂开辟新途径？ 　　最近，中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室地磁场与生物圈演化学科组博士后蔡垚与合作导师潘永信等，利用基因工程异源表达的人H亚基空壳铁蛋白为反应模板，通过生物仿生矿化，合成了铁蛋白壳内含有赤铁矿/磁赤铁矿的磁性铁蛋白铁氧化物纳米颗粒，平均粒径分别为1.6 nm, 2.2 nm, 2.6 nm, 3.0 nm和4.7 nm。测试结果表明，平均内核粒径为2.2 nm的磁性铁蛋白具有最高的纵向弛豫率，达到0.86 mM-1s-1。通过在实验鼠上尾静脉注射这种磁性铁蛋白颗粒后进行磁共振血管成像，发现只需单次静脉注射该磁性铁蛋白纳米颗粒，就能在2小时内持续获得血管的高分辨图像（图1），明显优于钆造影剂，钆造影剂在单次静脉注射5分钟后磁共振信号会迅速减弱。磁性铁蛋白铁氧化物颗粒在实验鼠中的生物分布研究表明，肝、肾、脾是注射后的磁性铁蛋白主要分布脏器，且于注射后第二天这些脏器的铁含量就降低到正常值，不会引发过量铁负荷的风险；同时，组织病理检验表明实验鼠的主要脏器均无异常发生（图2）。 　　磁性铁蛋白纳米颗粒具有固有肿瘤生物靶向性、铁氧化物核粒径可控、生物相容性高等明显优势，具备研发高品质T1和T2磁共振造影剂的优良条件。这项研究也是基于铁蛋白壳多功能磁性纳米材料用于诊断和治疗一体化试剂研究的新进展。 　　研究成果发表于Nanoscale，并被选为封面文章。

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发布时间: 2019-03-30

64. 新疆生地所揭示穹状沙丘发育机制

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穹状沙丘外形浑圆、缺乏落沙坡且独立存在，是一类外形特殊的沙丘，在地球与火星上分布较普遍，但是，长期以来科研人员对穹状沙丘的形成发育机制解释不清。 　　中国科学院新疆生态与地理研究所副研究员高鑫采用元胞自动机模型模拟与实际观测相结合的方法，首次从动力学机制角度阐明了穹状沙丘的发育机制：在沙源不丰富的区域，输沙方向分布标准差增加促使新月形向穹状沙丘演变。在稳定状态下，新月形和穹状沙丘都表现为其移动速度与高度呈反比例的动力学机制。此外，科研人员可以利用局地区域穹状沙丘的形态与移动速度反演输沙和风况特征。 　　该研究首次从动力学机制角度阐述了穹状沙丘的形成与演化过程，相关研究结果以Morphodynamics of barchan and dome dunes under variable wind regimes 为题发表在美国地质学会期刊Geology上。

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发布时间: 2019-04-06

65. 昆明植物所在水稻短期干旱记忆提升植物抗旱性相关机制中取得进展

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植物在自然生长过程中往往会经历多次相同的环境胁迫，为了维持正常生长，很多植物会在经历多次胁迫时，表现出较经历第一次胁迫更强的抗逆能力，即植物具有胁迫“记忆”的能力。在众多的环境胁迫中，干旱是其中影响较大、破坏性较强的一种。水稻是我国最主要的粮食作物之一，其生长过程需水量较大，环境干旱对其生长、产量是不容忽视的威胁。关于水稻的抗旱机制，目前较多的是集中于具体功能基因或已知代谢途径的影响，而对于植物的系统抗旱能力的提升缺乏相关的研究。探索水稻中是否存在干旱记忆，并进行相关机制的探究一方面可以完善水稻抗旱机制的研究，另一方面也对提高水稻的抗旱能力提供了新的思路和备选基因库。 　　中国科学院昆明植物研究所功能基因组学与利用团队刘莉课题组首次在水稻（Oryza sativa L. ssp. japonica cv. Zhonghua 11）中验证了干旱“记忆”的存在，并建立了形成水稻干旱“记忆”的方法。对获得的不同处理时期的干旱“记忆”植物材料，该课题组通过转录组链特异性测序的方法（whole-transcriptome strand-specific RNA sequencing (ssRNA-seq)）得到大量与水稻干旱“记忆”相关的候选差异表达基因。而其中有大量的基因在表达水平上呈现出随处理时间的“记忆”规律，即表现出与第一次干旱胁迫时不同的变化趋势。从四个相关处理点，该研究获得了6885个干旱记忆转录本，以及238个干旱“记忆”lncRNA，并根据表达趋势变化，将干旱记忆基因分为包含dosage、linage、accumulate、initial以及stable五种变化趋势类别的16个表达趋势模式。其中dosage模式包含的基因经常会被研究植物干旱的研究者们忽略，因为这类基因在首次干旱胁迫时并不会发生差异表达，而在后期多次干旱胁迫下才会产生显著的差异表达现象。这一研究不但证明了水稻在合适的反复干旱处理条件下可以形成干旱记忆，还进一步对其机制进行探究，发现lncRNA，DNA甲基化以及内源激素（特别是ABA）均参与到这一短期干旱“记忆”的形成过程中，可能承担了“记忆”因子的使命，进一步激活光合作用、脯氨酸合成等代谢途径中“记忆”转录本的表达，从而提高植物在应对后期干旱胁迫中的能力。

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发布时间: 2019-04-06

66. 云南天文台应用单光子超导阵列探测器获取空间目标光变曲线

yanyf@mail.las.ac.cn

中国科学院云南天文台应用天文研究团组首次将单光子超导阵列探测器应用于空间碎片激光测距领域，并基于1064nm激光成功探测到距离约2000km，尺寸为36cm的空间碎片，达到国内领先水平。近期，团组成员汤儒峰、李祝莲、李语强（通讯作者）等通过分析试验数据，从激光测距试验的“噪声”数据中获得了空间目标的光变信息，该研究结果已经在光学期刊Optics Letters上发表。 　　2017年初，应用天文研究团组建立了超导阵列探测器的空间碎片激光测距系统（图1），该系统使用了大功率激光器，2*2阵列超导探测器，具备很强的测距能力。超导阵列探测器量子效率高、暗噪声低、恢复时间短，在测距试验中没有距离门，处于自由探测状态，不但可以探测激光回波光子，也可以探测被目标反射的太阳光。 　　在利用以前的探测器进行试验时，由于本身暗计数较高，因此很难区分目标反射的太阳光和器件本身的暗噪声，正是超导阵列探测器量子效率高以及暗噪声低的特点，团组研究人员仔细分析和处理背景光数据，获得了目标的高时间分辨率光变曲线（图2）。通过对部分目标的光变曲线进行处理，获得了目标的自转信息。该方法使用超导探测器激光测距系统，实现了对部分空间目标激光测距与光变的同步测量（图3）。 　　该研究成果以光子计数的方式获得人造天体高分辨率的光变曲线，拓展了超导单光子探测器的应用，丰富了空间目标监测的手段。 　　该研究工作得到国家自然科学基金、天文联合基金、中国科学院国家重大科研装备研制项目以及国防科技创新基金的资助。

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发布时间: 2019-04-06

67. 理化所等揭示液态金属表面非常规法拉第波及其电学切换效应

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近日，中国科学院理化技术研究所与清华大学联合小组，在美国物理学会期刊Physical Review Fluids上首次报道了由振动诱发的液态金属表面法拉第波及液滴悬浮效应，论文题为《液态金属液池上激发的可电学切换的表面波及液滴跳跃效应》(Zhao X., Tang J., Liu J., Electrically switchable surface waves and bouncing droplets excited on a liquid metal bath, Physical Review Fluids, 3: 124804, 2018)。 　　液体随容器垂直上下振动时，当驱动加速度超过某一临界值，液体表面会突然变得极不稳定，这会诱发出非线性亚谐驻波，该现象被称为法拉第波（Faraday Wave），这是经典的流体力学不稳定难题。研究法拉第波的表面波模态和形状对于发展水动力系统的复杂非线性动力学及模态成形理论有着十分重要的科学意义，如Rayleigh-Benard对流、Taylor-Couette流以及非线性光学等。更为有趣的是，竖直振动的液面可作为一个柔性基底来承载同种流体的悬浮液滴，上下两部分流体不融合的机理在于其间存在一层极薄的流动介质层，这个薄层提供了一定的托举力从而避免了上下流体间直接接触（Reynolds润滑理论）。此外，由于液滴振动激发的波与液滴自身的跳跃具有相互耦合作用，这种流体动力学意义上的“波粒二象性”能够使液滴表现出匪夷所思的量子力学特性。由于上述因素，法拉第波体系近年来引起了科学界的极大关注。 　　制约法拉第波振动模态的参数很多，主要有：驱动条件（频率、加速度），边界条件（容器形状、流体meniscus）及工作流体性质等。其中，流体密度、粘度、表面张力等具有根本性影响。传统上针对法拉第波及悬浮液滴的研究多在常规流体如水和油类进行，这主要因其具有较为适中的密度和较小的表面张力。与此不同的是，液态金属作为一大类新兴功能流体材料，其密度远高于常规流体（水的6倍），导电性强，表面张力极大（约为水的10倍），重力和表面张力的综合作用极易使上下布置的两部分液态金属立刻融合。迄今为止，学术界从未有过针对液态金属这一特殊流体对振动响应的相关研究，此次发现揭开了丰富的液态金属法拉第波现象，如显著区别于以往的表面波特性、悬浮液滴效应，以及无法在非导电流体上实现的电控切换效应等，由此打开了诸多新的探索和应用空间。 　　实验发现，通过调节驱动频率和加速度，液态金属液池表面会呈现出一系列高度对称的规则表面波图案（图1a）。随着驱动频率的增大，表面波图案变得更加复杂，图案折叠数总体上呈一个增长趋势（图1b）。然而，不同频率下也可以形成相同折叠数的图案，只是在图案细节上各有不同（图1b对应1c彩色方框）。文章深入探究了液态金属表面波状态与驱动参数之间的定量关系，指出了表面波模态的稳定工况范围。这些在液态金属表面激发的一系列高度对称的表面波图案，以往从未在单一的传统流体系统中被观测过。主要原因在于液态金属极大的表面张力，会使其耗散长度远高于传统流体，因此表面波受流体边界形状（meniscus）的影响很大。实验观测到的表面波实际上是振动激发的非线性驻波与边界发射波相互叠加的结果。 　　进一步地，研究人员研究了金属液滴在其液池上的悬浮行为。对于传统流体而言，就悬浮液滴的研究只能限于临界法拉第加速度以下。一旦驱动加速度高于法拉第临界值，整个液面会突然出现紊乱而不再能承载悬浮液滴。而液态金属体系由于能形成高度规则的图案，即使在法拉第临界加速度以上，金属液滴仍能十分稳定地悬浮于液面上。同时，液滴会被锁定在表面波的波腹位置，并在液态金属液滴振动到最低点时与液面发生碰撞从而获得一个竖直方向的稳定跳跃能量，位于相邻波腹点的液滴跳跃相位则相反（图2a）。放置多个液滴在液态金属液面上，液滴由于波动液面对其的锁定作用，会自动组装成表面波图案对应的类晶体结构（图2b）。论文还探究了能够稳定悬浮的液滴尺寸范围，发现对于更高的频率，能够悬浮的液滴直径范围会逐步减小（图2c）。 　　不同于传统非导电流体的是，液态金属得益于自身金属材料优良的导电性，使其能够通过外加电场来灵活改变自身性质。作者们由此提出了一种通过外加电场灵活快速调控液态金属表面波状态的方法（图3）。分析液态金属的电毛细曲线发现，只需一个很小的外加电压（5 V以下），即能迅速使液态金属的表面张力发生显著改变，而流体表面张力对于法拉第波临界值影响极大，进而决定表面波模态。值得注意的是，通过外加电场调节表面波模态是一个可逆的过程，当撤去外加电场后，表面波能够自动恢复到其自身原本的状态。因而对于液态金属这一特殊流体，利用外加电场来灵活切换表面波状态使其具有更高的可控性，对于研究法拉第波不稳定性、模态形成和模态间转换问题等具有重要意义。 　　总的说来，液态金属法拉第波体系中呈现出十分丰富的表面波模式，能够借助调节外界驱动参数来按需激发，并能通过外加电场实现快速有效的调节，同时表面悬浮液滴可以自组装成对应的图案结构，因此该系统十分适合于研究图形成形、模态变化和液滴自组装理论。其次，悬浮的液态金属液滴具有更高的自由度，不受基底材料性质的影响，对于研究液态金属机器人、智能马达、柔性泵、血管机器人等具有较为重要的科学意义和应用价值。该项工作建立的利用振动实现液滴悬浮的方法也为研究液态金属在柔性基底上的运动行为提供了一种崭新的非接触式的技术途径，相比于外加电场、改变化学场等传统方法，施加振动并不会改变液态金属和溶液体系的化学组分和化学性质，因而该方法具有极高的稳定性和可行性。此外，由于振动所引发的法拉第不稳定性与流体本身的性质关系巨大，因而对于液态金属这一特殊流体对振动响应的探究，对于完善流体力学的相关科学体系具有十分深刻的基础意义。 　　以上研究得到中国科学院院长基金、前沿科学项目以及国家自然科学基金重点项目资助。

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发布时间: 2019-04-06

68. 深圳先进院提出传统水凝胶材料实现可控三维形变普适性方法

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近日，中国科学院深圳先进技术研究院纳米调控与生物力学研究室杜学敏副研究员团队研发出一种离子交联型水凝胶，首次报道了通过生物兼容性离子（Na+/Ca2+）触发水凝胶可控三维形变，并揭示了其内外反转三维可逆形变机制。相关论文以Inside-Out 3D Reversible Ion-Triggered Shape-Morphing Hydrogels（离子触发内外反转三维可逆形变水凝胶）为题在Science合作期刊Research上在线发表（Research, 2019, DOI: 10.1155/2019/6398296），杜学敏副研究员是论文共同第一作者和通讯作者，崔欢庆助理研究员为本文共同第一作者。 　　近年来，仿生可控三维形变材料在组织工程与人工器官等医学领域应用广泛，但传统材料或是欠缺可控形变能力，或是刺激调控手段面临安全性挑战，因此极大限制了传统生物材料医学应用。如何成功实现传统生物材料的可控三维形变，及采用生物相容性手段调控形变，仍是材料生物学应用面临的一大难题。 　　为此，杜学敏研究团队基于前期在材料可控形变设计经验（Advanced Materials, 2017, 29, 1702231；Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120；Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1801027），创新性地仿生自然中触之形变植物的构造原理，通过表面定向排列微阵列结构与自上而下的梯度交联设计结合，成功实现钙离子交联的海藻酸钠水凝胶可控三维形变。研究人员将所得螺旋形水凝胶置于0.1 M NaCl溶液中，发现三维螺旋形会逐渐变形为二维平面结构，最终结构进一步反转形成微通道朝外的反向三维螺旋结构。当反转形变后的三维螺旋结构重新浸泡在0.1 M CaCl2溶液中时，样品会恢复到微通道朝内的初始三维螺旋结构。杜学敏研究团队还发现，将三维形变水凝胶置于NaCl与CaCl2的混合溶液中，通过调节溶液中Na+/Ca2+浓度比例，还可成功“冻结”海藻酸钠水凝胶三维动态形变过程中的瞬态形状。而且，通过耦合多种不同取向微阵列结构，杜学敏研究团队成功实现了类似DNA分子的双螺旋结构，及自然界中各种复杂花的三维形状，还成功模拟了仿生花在离子溶液中动态绽放与闭合。 　　该项研究揭示了应用广泛的海藻酸钠水凝胶的三维可控形变设计机制，不仅为传统材料可控形变设计提供了一种普适性方法，而且将极大拓展可控形变与响应性海藻酸钠等水凝胶在再生医学与柔体机器人等领域广泛应用。 　　该研究工作得到了科技部重点研发专项（2017YFA0701303）与粤港科技合作资助计划（2017A050506040）等项目资助。

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发布时间: 2019-04-06

69. 科学家实现氮-甲基吡咯啉的微生物合成

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1月29日，美国化学学会ACS Synthetic Biology 杂志在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室肖友利研究组和周志华研究组等合作完成的题为Building Microbial Hosts for Heterologous Production of N-methylpyrrolinium 的研究论文。 　　以N-甲基吡咯啉为生物合成关键共同中间体的（降）托品生物碱如（东、山）莨菪碱、打碗花精等具有重要的生物活性及临床药用价值。这些生物碱目前主要是通过本源植物的传统提取方法获得，而基于合成生物学的微生物异源合成技术为药用天然产物的制备提供了新策略。N-甲基吡咯啉的生物合成以L-鸟氨酸为前体，经过鸟氨酸脱羧酶催化得到腐胺，腐胺进一步被胺氧化酶氧化脱氨形成N-甲氨基丁醛，随后经过希夫碱式自发反应生成N-甲基吡咯啉。为了构建异源合成N-甲基吡咯啉的底盘细胞，肖友利研究组平羽和周志华研究组李晓东等研究人员进行了以下研究：1）首先解析了药用植物来源三分三的胺氧化酶AaDAO2及AaDAO3的生化功能，并耦联古柯来源鸟氨酸脱羧酶EcODC及山莨菪来源的腐胺-N-甲基转移酶进行体外酶催化一锅法合成，筛选出由EcODC、AtPMT及AaDAO3组成的体外合成N-甲基吡咯啉的最优催化模块；2）进一步将此模块中的三个结构基因导入大肠杆菌及酿酒酵母中构建相应的底盘细胞并进行摇瓶发酵测试，成功获得目标化合物N-甲基吡咯啉的产量分别为3.02及2.07mg/L的大肠杆菌和酿酒酵母底盘细胞；3）在此基础上，为进一步提高产量，该研究还敲除了酵母底盘细胞中N-甲基吡咯啉的竞争代谢途径相关酶ALD4、ALD5及HFD1，同时通过过表达SAM2加强了合成途径关键酶AtPMT催化所需辅因子SAM的合成，最终酵母底盘细胞中N-甲基吡咯啉的产量达到17.82 mg/L，相比原始菌株提高了8.6倍。该研究首次构建了异源合成N-甲基吡咯啉的微生物底盘细胞，为以N-甲基吡咯啉为前体的药用生物碱的未知合成途径的解析及异源合成奠定了重要基础。 　　该研究工作也得到浙江中医药大学教授开国银的合作支持以及中国科学院项目经费的资助。代谢物质谱和小分子核磁的测试表征工作得到分子植物卓越中心公共技术服务中心代谢组学与蛋白互作技术平台的支持。

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发布时间: 2019-04-06

70. 合肥研究院在波长调制吸收光谱技术研究方面取得新进展

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近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员高晓明课题组在提高波长调制吸收光谱测量系统的稳定性方面取得新进展，相关研究成果以《波长调制光谱气体传感中激光频率锁定和强度校正技术的研究》(Laser frequency locking and intensity normalization in wavelength modulation spectroscopy for sensitive gas sensing)为题发表在国际学术期刊Optics Express上。 　　光谱技术在大气痕量气体探测、医疗诊断和工业过程控制等领域具有广泛的应用。课题组副研究员王贵师等人首次利用扫描式锁频方法实现了激光器输出频率的锁定，避免激光频率漂移，提高了系统的稳定性。同时通过实时监测非吸收段的调制信号幅值作为参考，实现了测量过程中探测光强起伏的实时校正，消除激光强度变化对浓度测量结果的影响，进一步提高了测量系统的稳定性和准确度。 　　该技术对提高光谱测量仪器的性能具有重要的应用价值。该研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的资助。

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发布时间: 2019-04-06

71. 宁波材料所等提出全新MAX相和MXene合成新策略

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MAX相是具有六方晶体结构的纳米层状化合物，分子式为Mn+1AXn（n=1、2或3），其中M为前过渡族金属，A主要为ⅢA和ⅣA主族元素，X为碳或氮，n=1～3。MAX相的晶胞由Mn+1Xn单元与A原子面交替堆垛而成（如图1），特殊的晶体结构使MAX相兼具陶瓷和金属的优良特性，是一种很有潜力的高温结构材料。中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室（筹）前期在国家自然科学基金重大研究计划和中国科学院先导专项的支持下，与北京大学、中国科学院近代物理研究所、中国科学院上海应用物理研究所和美国麻省理工学院等单位对MAX相材料的耐辐照损伤能力开展了系统的研究，揭示了该类材料具有极佳的事故容错能力，在压水堆核燃料包壳涂层、钍基熔盐堆和加速器驱动新能源系统等国家重大工程可望得到应用。近年来，MAX相在熔盐储热、熔盐电解、熔盐辅助合成和熔盐堆等变革性能源领域获得广泛关注。高温熔盐大多具有较强的腐蚀性，其在应用环境下与结构材料的化学相容性直接影响到熔盐系统的容错能力与长期服役稳定性。因此，能源系统用先进结构材料与熔盐在高温下的化学相容性成为系统设计中普遍关注的材料科学问题。 　　前期，宁波材料所科研人员发现MAX相陶瓷材料在氯化物熔盐中会同部分氧化物发生显著的反应，并观察到独特的A位原子晶格位精确置换行为，由于生成物中存在不导电相氧化铝，使得合成的新材料产量低，原子分辨表征困难（《无机材料学报》，2019，1，60-64）。近期，研究人员详细研究了系列传统Ti3AlC2、Ti2AlC、V2AlC、Cr2AlC等MAX相材料同氯化物高温熔盐的相互作用，由于低沸点氯化铝极易同MAX相产物高温下分离，终于在世界上首次实现了高质量合成出Ti3ZnC2、Ti2ZnC、V2ZnC、Cr2ZnC等系列全新MAX相材料（图2a），并且发现该置换过程与MAX相化学键特征以及ZnCl2熔盐配位结构的内在关系。ZnCl2为代表的过渡族金属氯化物熔融盐通常都是较强的路易斯酸，这是因为熔融ZnCl2中存在配位不饱和的Zn2+离子，这部分Zn2+离子是强烈的电子受体，其作用类似于酸溶液中的H+离子。Zn2+离子攻击Ti3AlC2等MAX相中结合较弱的A层原子（Al），使其转化为低沸点的AlCl3而挥发，原位被还原的Zn原子进一步占据Al原子留下的空位，形成以Zn为A位的MAX相。此外，该研究发现V2ZnC和Ti2ZnN两种新型MAX相在ZnCl2熔盐中并未发生向MXene转化的过程，这是由于其Mn+1Xn亚层对A层原子的束缚能力较强，导致其在ZnCl2中结构稳定性更高，因此V2ZnC和Ti2ZnN有望为耐ZnCl2高温熔盐腐蚀的结构材料。实验室研究员常可可通过热力学相图分析得知，A位为Zn的MAX相材料在1300℃下为非稳定相，只能在低温下（如550℃）存在，而低温粉末冶金烧结合成无法提供足够的能量使得原子按照MAX相原子堆垛方式重排，这也是为什么MAX相材料组成元素受到局限的原因。A位原子精确置换的合成策略避免了传统粉末冶金合成MAX相所需克服的高热力学势垒以及竞争相的产生，因此有望成为合成更多全新MAX相材料的通用路径。系列锌MAX相材料的成功合成也将彻底改变材料领域关于MAX相中“A主要为ⅢA和ⅣA族元素”的经典定义。该研究也是继瑞典林雪萍大学在原子分辨透射电镜下观察到Ti3AuC2和Ti3IrC2 MAX相材料后再次人工合成出A位为副族元素的MAX相材料（Nature materials, 2017, 16 (8), 814）。考虑到副族元素具有丰富的外层d电子，该研究结果有望将三元层状MAX材料的研究从高温结构领域拓展到功能应用领域（如磁性、光电、催化、超导等），在物理、化学和生物诸多学科取得新的应用突破。 　　研究人员继而发现Ti3ZnC2和Ti2ZnC在ZnCl2熔盐中存在进一步的结构转化：即位于MAX相A层的Zn原子再次被熔盐中的Zn2+所攻击，从A层抽离（图2b）。熔盐中Cl-进一步进入A层与Mn+1Xn亚层结合，形成Mn+1XnCl2（Ti3C2Cl2和Ti2CCl2）的结构单元并沿层间解离，得到一类被称为MXene的全新二维材料（图2c）。MXene材料是近年来被发现的新型二维层状碳/氮化物，在储能、催化、电磁吸收/屏蔽、复合材料以及传感器等领域展现出良好的应用前景。迄今为止，多数MXene材料都通过HF酸刻蚀MAX相的A层原子所制备，得到表面基团类型大多为-F、-O、-OH。该研究得到的Ti3C2Cl2和Ti2CCl2系世界范围内首次制备得到全Cl基团的MXene材料。有研究表明基团类型的改变会对MXene的电子结构和化学稳定性带来影响，从而对其物理化学性质带来深刻的影响，因此利用该研究发现的熔盐刻蚀机理有望对MXene的应用性能提供全新的调控手段。高温熔盐刻蚀比含F溶剂刻蚀更加高效、安全和绿色，为MXene材料的规模化生产提供了新途径。 　　以上工作近期以全文的形式发表于国际化学期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，DOI: 10.1021/jacs.9b00574），并申请中国发明专利6项（CN201810751303，2018114736517，CN201810930369，CN201810751944，CN201810751942，CN201810750620），申请国际专利1项（PCT/CN/2018/117811）。论文的第一作者李勉2018年毕业于宁波材料所，导师为研究员黄庆，目前入选先进能源材料工程实验室首批“青年人才托举计划”。瑞典林雪平大学合作团队为材料结构表征提供了大力支持。该工作参与人员得到国家自然科学基金资助（21671195，91426304）。

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发布时间: 2019-03-30

72. 微生物所揭示气孔在植物免疫中的新功能

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气孔是由一对保卫细胞构成的植物叶表皮上的开孔，可响应环境因子刺激控制植物气体交换和水分蒸腾。作为植物表面的天然开孔，气孔也是许多病原菌入侵的通道。然而，植物可以主动关闭气孔来阻止病原菌的入侵，这一抗病过程被称为气孔免疫。但气孔在植物，特别是单子叶植物中是否还以其它的方式参与抗病免疫仍不清楚。最近，中国科学院微生物研究所邱金龙课题组研究发现，水稻Osaba1突变体对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae, Xoo)的广谱性抗性是由于气孔开放程度（气孔导度）的增加引起的。人为降低该突变体的气孔导度可部分恢复其对白叶枯病菌的感病性。通过药物或环境因子诱导野生型植物气孔的开放也能增强水稻对白叶枯的抗性。与之对应，水稻气孔导度增加的突变体es1-1也同样表现出对白叶枯病的极强抗性。有趣的是，Osaba1和es1-1突变体对水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola, Xoc)也具有很强的抗性。进一步研究表明，开放的气孔赋予水稻对病原细菌的侵入后抗性，而这种抗性可能是气孔开放造成植物叶片水势降低所导致的。 　　这项工作揭示了一个新的气孔参与植物免疫的方式，为研究植物、病原与环境三者互作提供了一个新的视角。相关研究成果以封面故事发表在Molecular Plant-Microbe Interactions 杂志上，并被选为MPMI Editor's Pick，在美国植物病理学（APS）相关网站及媒体推送，认为该研究“揭示了叶片水分状况在植物抗病中发挥重要作用，将为未来植物病害的控制提供新靶标”。邱金龙组博士研究生张丹丹和田彩娟为文章的共同第一作者，邱金龙是文章的通讯作者。该研究得到中国科学院战略先导性专项（B类）、国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金的资助。

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发布时间: 2019-03-30

73. 大连化物所在二维材料谷极化特性研究方面取得新进展

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近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员金玉奇、李刚等与新加坡南洋理工大学教授于霆和复旦大学教授丛春晓合作，在二硫化钨谷极化特性研究方面取得新进展，相关研究成果以内封面文章形式在英国皇家化学学会出版社的Nanoscale Horizons杂志上发表。 　　利用能谷自由度作为信息载体的谷电子学近年来吸引了科研人员的广泛关注，其在谷电子学器件领域具有潜在应用前景。控制电子在不同能谷中的数量，进而产生谷极化是制成谷电子学器件的先决条件，因此探索具有鲁棒性谷极化特性的材料成为该领域的研究热点。原子层薄的二硫化钨中，导带和价带边缘均具有两个能量简并的谷，是一种实现谷电子学的潜在材料。对于单层二硫化钨，科研人员已掌握其反演非对称性所导致的与能谷相关的光学选择定则；对于具有可调的层间耦合作用的双层二硫化钨，其不但具有稳定的谷极化特性，而且反演对称的双层二硫化钨还具有比单层二硫化钨高的谷极化值。然而，科研人员对于双层二硫化钨中鲁棒性谷极化特性的准确机理的认识仍十分有限，这极大地限制了二硫化钨在谷电子学器件中的应用。 　　该团队对不同衬底上具有不同层间堆垛结构的双层二硫化钨样品进行了系统的变温圆偏振光致发光光谱研究，并首次报道了间接带隙发光峰强度与谷极化特性的关系。研究表明，声学模对于能谷极化过程起重要作用，这类振动模式在间接带隙跃迁过程中的消耗促成了双层二硫化钨中的显著谷极化特性。该工作中观察到的通过层间距可调的能谷极化特性，阐明了电声耦合在谷间散射过程中的重要作用，进而为未来开发基于二维材料的谷电子学器件具有科学指导意义。 　　该工作得到中国博士后科学基金面上项目、中国科学院重点实验室创新基金项目和大连化物所优秀博士后基金项目的资助。

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发布时间: 2019-03-30

74. 营养与健康所发现间充质干细胞治疗自身免疫性疾病新机制

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2月7日，国际学术期刊Cell Metabolism 在线发表了中国科学院上海营养与健康研究所时玉舫/王莹课题组的最新研究成果“IGF-2 Preprograms Maturing Macrophages to Acquire Oxidative Phosphorylation-Dependent Anti-inflammatory Properties”。在该项研究中，研究人员系统分析了低氧条件下间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells, MSCs）的蛋白表达谱，发现其分泌的胰岛素样生长因子-2（Insulin like growth factor-2, IGF-2）是治疗自身免疫性疾病的重要分子，并揭示了IGF2执行免疫抑制功能的分子机制及其在对抗自身免疫性疾病中的应用潜能。 　　自1998年MSCs被报道具有免疫抑制功能以来，其在治疗自身免疫性疾病中的应用前景一直备受瞩目。该团队的前期研究发现MSCs的免疫抑制作用与其所处的炎症微环境密切相关，一方面炎症因子赋予MSCs的免疫抑制功能（Cell Stem Cell. 2008 7;2:141-50），另一方面炎症因子的多样性和其水平的动态变化又决定MSCs免疫调节能力的可塑性（NatureImmunology. 2014; 15: 1009-1016），这些认识对于指导MSCs的合理应用具有重要意义。此外，不同微环境下MSCs的特性优化和免疫调节机制认识也是当前国际MSCs治疗研究领域的热点。 　　通过系统比对不同培养条件下的MSCs对自身免疫性疾病的治疗作用，发现低氧培养条件下人源MSCs以IGF-2有效治疗多发性硬化的动物模型——实验性自身反应性脑脊髓炎。该作用主要依赖于IGF2对于PD-L1high巨噬细胞的促进作用，并通过PD-L1提高Foxp3+Treg的分化并执行对于自身免疫性疾病的抑制作用。对巨噬细胞的分析，发现IGF-2不影响成熟巨噬细胞向具有抗炎功能巨噬细胞的转变，而是作用于单核细胞向巨噬细胞分化成熟的过程，使得在IGF2调控下成熟的巨噬细胞具备持续的免疫抑制能力。这一作用的形成与IGF-2通过表观遗传调控和代谢重编程使得巨噬细胞处于对氧化磷酸化的代谢偏向性密切相关。阻断线粒体电子传递链复合物V的活性能够抑制IGF-2重编程巨噬细胞上PD-L1的高表达和其促进Treg分化的能力。 　　综上所述，该研究阐明了低氧条件下MSCs通过IGF2，赋予成熟过程中巨噬细胞的氧化磷酸化的代谢偏向性，诱导抗炎巨噬细胞的形成并促进Treg分化，从而有效抑制自身免疫性疾病。相关研究结果为自身免疫性疾病的治疗提供了新的策略和有效的分子。 　　营养与健康所博士研究生杜黎明和林良宇为共同第一作者，研究员时玉舫和王莹为共同通讯作者。该研究是营养与健康所、上海交通大学医学院和苏州大学附属第一医院的合作研究，得到苏州大学附属第一医院邵常顺的指导和支持。经费支持来自于国家科技部重点研发计划、中国科学院战略性先导专项、国家自然科学基金委、苏州市科技发展项目、江苏省科学技术研究基金和中国科学院青年创新促进会等，同时研究得到营养与健康所公共技术平台和动物平台的支持和帮助。

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发布时间: 2019-03-29

75. 理化所等光子晶体驱动材料研究取得新进展

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光子晶体超浸润性赋予具有独特光学调控性能的光子晶体材料在传感、检测、防污、驱动、油水分离等方面的新应用。中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室江雷团队在具有超浸润性光子晶体的制备及应用方面取得系列进展（Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 6833）。研究人员考察了基底浸润性对乳胶粒的形貌及其分子组装形式的影响（Adv. Mater. Inter., 2015, 1400365；J. Mater. Chem. C, 2015, 3 ,2445；J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 3849）；利用界面特殊的浸润性调控，实现了具有特殊光功能的花形（Chem. Commun., 2015, 51 ,1367）及面包形(Chem. Commun., 2016, 52, 3619)的各向异性结构光子晶体制备。制备得到具有良好光波导行为的光子晶体微阵列（ACS Applied. Mater. Interfaces, 2016, 8, 4985）；发展了通过电浸润水刻制备光子晶体图案的新方法(Adv. Funct. Mater., 2017, 1605221)；制备耐溶剂具有防伪特性的户外碳点光学涂层(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 6701，Nanoscale, 2018, 10, 4642) 及形状记忆功能的反蛋白石结构薄膜(ACS Applied. Mater. Interfaces, 2018, 10, 4243)。 　　驱动材料因能用于智能机器人、微型生物动态监测等领域而被广泛关注。自然界中比如小麦、松果等很多植物种子的脱落过程就是受湿度变化诱导不均质的体积变化引起。传统驱动材料多是将驱动层和支撑层连接在一起，基于驱动层在外界作用下的体积变化引起驱动。但双层材料驱动器因其双层结构间粘附力差在多次驱动过程中易分离等问题很难多次重复使用，为解决该问题，单一化学组成梯度型驱动材料应运而生。 　　江雷团队在具有超浸润性光子晶体的制备及应用方面取得系列进展。在此前的工作中，该团队利用所制备的单一材料聚离子液体反蛋白石光子晶体，基于其从表面朝内部的梯度的溶剂去浸润过程实现了驱动现象，光子晶体膜发生卷曲（Chem. Commun., 2016, 52, 5924）。但所制备的光子晶体驱动性能较差，很难满足应用需求。随后通过将液晶单体过度渗透到胶体晶体模板中并随后进行光聚合，制备了具有连续弯曲/去弯曲行为的溶剂响应驱动器(Soft Matter, 2018, 14, 5547)。 　　近期，理化所光子晶体驱动材料研究又取得新进展，江雷团队研究员王京霞与湖南师范大学教授陈波合作，通过梯度填充法制备了一种Janus 型聚（离子液体-甲基丙烯酸甲酯）共聚物反蛋白石光子晶体膜（图1），该膜上表面聚集亲水的聚离子液体，呈亲水性，而下表面富集疏水的聚甲基丙烯酸甲酯，呈疏水性。所制备样品两面的不同性能主要是由于光照聚合过程中离子液体和甲基丙烯酸甲酯不同的聚合行为而造成的相分离，导致其化学组成沿薄膜厚度方向的梯度分布。所制备薄膜的Janus 性使之遇水蒸气后具有明显的定向弯曲行为，在4s内弯曲角度接近1440o，并伴有亮丽的结构色变化。 　　薄膜的驱动行为可以通过薄膜的化学组成、孔洞大小及溶剂种类来调节。通过COMSOL模拟了样品的定向驱动性能，并利用单个薄膜（尺寸12mm *3mm* 20 μm）吸水后的驱动行为实现了单根机械轴的运动（图2）。该研究工作为发展新型光子晶体的光学器件提供了借鉴。 　　相关研究结果以A Hydrophilic/Hydrophobic Janus Inverse-Opal Actuator via Gradient Infiltration 为题发表在ACS Nano（2018, 12,12149-12158）上，并被选为内封面。文章第一作者张大杰为理化所与湖南师范大学联合培养的硕士研究生，共同第一作者刘捷为理化所硕士研究生。

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发布时间: 2019-03-30

76. 武汉物数所等从实验上获得自旋-轨道角动量耦合超冷原子体系的基态相图

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近日，中国科学院武汉物理与数学研究所研究员江开军团队实现了超冷原子的自旋-轨道角动量耦合效应，首次从实验上获得了该耦合体系的基态相图，研究成果发表在美国《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 122, 110402 (2019))。该工作是和青岛大学、美国莱斯大学以及澳大利亚斯威本科技大学的科研人员一起合作完成的。 　　粒子的内部自旋和外部轨道运动（线动量或者轨道角动量）之间的耦合在原子、光子和固体材料等体系中普遍存在，是大家普遍关注而没有解决的物理问题，而具有高度可操控性的超冷原子可以用来研究这种耦合效应。在超冷原子研究的前十年间，国际上已经实现了自旋-线动量耦合，并且揭示了很多新奇的量子效应，但是自旋-轨道角动量耦合效应在实验上还没有研究。在自旋-线动量耦合中，光的线动量在拉曼跃迁过程中相干地转移给原子，体系具有空间平移对称性，并且动量的连续性导致能谱也是连续的。在自旋-轨道角动量耦合中，光的轨道角动量在拉曼跃迁过程中相干地转移给原子，体系具有旋转对称性，并且轨道角动量的分立性导致能谱也是分立的，所以自旋-轨道角动量耦合展现出完全不同的量子特性。 　　江开军团队研究人员在球形光阱中制备了铷原子玻色凝聚体，利用一对高斯光和拉盖儿-高斯光诱导原子两个内态之间的拉曼跃迁，将拉盖儿-高斯光的轨道角动量相干地转移给玻色凝聚体，实现了超冷原子的自旋-轨道角动量耦合，首次从实验上获得该耦合体系的基态相图，证明相变是一阶相变，观察到一阶相变伴随的磁滞回线效应，并且观察到原子相互作用对相变的影响。该工作为研究超冷原子体系的相变、非平衡动力学行为提供了新的途径。 　　该研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金委以及中国科学院仪器项目和先导专项的资助。

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发布时间: 2019-03-30

77. 上海应物所在手征磁效应研究中取得进展

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近日，中国科学院上海应用物理研究所核物理研究室博士研究生赵新丽、研究员马国亮和中国科学院院士马余刚在关于夸克物质的手征磁效应研究中取得新成果。通过研究同质异荷素（相同质量数不同电荷数的原子核）9644钌+9644钌和9640锆+9640锆两种碰撞，发现原子核的形变对手征磁效应的观测量有不可忽略的影响，尤其是在周边碰撞中。由于旁观者平面相对于参与者平面和磁场方向有更强的相关性，因此他们提出测量与旁观者平面有关的实验观测量可为研究手征磁效应提供更加干净的信息。相关工作发表在国际刊物PHYSICAL REVIEW C上[Phys. Rev. C 99, 034903, (2019)] ，并被该期刊作为 “Editors’ Suggestion (编辑推荐)”文章发表。 　　位于美国长岛布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC)和横跨法国和瑞士边境的欧洲核子中心的大型强子对撞机(Large Hadron Collider, LHC)为研究宇宙早期可能存在的状态——夸克-胶子等离子体（QGP）提供了一个非常好的实验条件。相对论重离子碰撞不仅是一个深入探索QCD物质相变和性质的重要实验手段，而且为研究在极端条件下的奇特量子现象提供了“舞台”。近年来一个引起极为广泛关注的现象就是手征磁效应。地球的磁场大约是0.6高斯，但相对论重离子碰撞可以产生1018高斯的极端强磁场，强磁场下QCD真空中的拓扑涨落可以造成垂直于碰撞系统反应平面的电流现象，即手征磁效应。研究和寻找该效应对于探索强相互作用中QCD真空可能存在的局域的手征和电荷手征破缺有重要的科学意义。近年来，马余刚课题组一直在开展新颖手征拓扑效应方面的研究工作，本次研究结果的发表对最近RHIC对撞机开展的同质异荷素碰撞的实验研究提供了重要的理论依据和指导。 　　该项研究得到国家自然科学基金重大项目、基金委创新研究群体项目和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。

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发布时间: 2019-03-30

78. 地质地球所研发出一种新的Ar定年法

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由于样品照射产生的问题，40Ar/39Ar法难以测定黏土类细粒矿物（伊利石、蒙脱石、绿帘石、氧化物、地外行星物质、卤水矿物等）、高铁类矿物（黄铁矿、磁铁矿等），严重制约了40Ar/39Ar法在沉积地层、金属成矿、油气成藏、风化历史、卤水成矿、洋底锰结核、月球样品、活断层历史等领域的年代学研究；而大样量分析的传统K-Ar法难以应用等时线技术，从而不能判断年龄的可靠性，不能从事细微化样品分析。 　　针对以上问题，中国科学院地质与地球物理研究所40Ar/39Ar年代学实验室研究员王非等，与法国科研中心合作，研发出一种新的Ar定年法——激光无稀释剂K-Ar法，并首次提出了K-Ar反等时线概念。 　　新方法克服了40Ar/39Ar和传统K-Ar法的缺陷：不用中子照射、不用稀释剂、激光微量样品分析、使用反等时线技术，可以高精度准确测定上述矿物的年龄，进行相关领域的年代学研究。该方法在其他准确定年方面（如火山岩定年），也可以有效替代40Ar/39Ar法，同时给出高精度表面年龄和反等时线年龄

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发布时间: 2019-04-06

79. 广州地化所在深部俯冲洋壳含水相研究中取得新进展

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地球表面75%都是水，水在地球演化过程中，扮演重要角色。少量的水就能影响元素迁移与分布，降低岩石固相线，影响深部岩浆的产生与性质，改变地幔氧逸度、电导率、地震波速等。因而，地球深部的水循环备受关注。俯冲板片可以将水从地表带到地球深部，但俯冲板片能带多少水到多深的地方并不清楚。 　　俯冲板片除了最表层少量的沉积物，主要是由上部10%的洋壳和下部90%的地幔橄榄岩组成，主要矿物包括橄榄石、辉石、石榴石等，这些矿物含水不足1000 ppm。所以俯冲板片里的水主要储存在含水矿物里面。前人对这些含水矿物的稳定域做了大量高温高压实验工作，相图显示约在220公里深度(7 GPa)，即使最冷的俯冲板片，地幔橄榄岩部分都会发生脱水，那么俯冲板片里的橄榄岩部分也许不能把水带到地幔转换带（410-660公里）以及更深的地方。另一方面，对于洋壳部分来说，前人实验认为含水玄武岩体系无法稳定存在含水相，所以俯冲洋壳并不能携带水进入深部地幔，致使俯冲洋壳在深部地球水循环研究中长期被忽视。但最近的研究表明，低压下(<10 GPa)俯冲洋壳的水可以赋存在含水矿物硬柱石中，高压下含水相铁钛氢氧化物可以携带水到500公里深度(17 GPa)。那么更深的地方洋壳中含水相是否稳定？ 　　为了能够解决上述问题，中国科学院广州地球化学研究所博士刘星成以及合作者开展了地幔转换带与下地幔顶部条件下的高温高压模拟实验，以揭示俯冲洋壳在深部水循环中的角色。 　　该研究首次在含水玄武岩体系中发现了两个含水相：富铝phase D和富铝phase H。富铝phase D与石榴石共存，富铝phase H与布里奇曼石(Bdg)共存（图1），这两个相含水约11~17 wt%。从图2的相图可以看出，在冷的俯冲洋壳中，小于19 GPa有铁钛氢氧化物存在，19~24 GPa有富铝phase D存在，大于24 GPa有富铝phase H存在。那么意味着从地表到至少720公里的深度，俯冲洋壳中始终有含水相稳定，冷的俯冲洋壳可以将水从地表带到下地幔甚至更深的地方。 　　通过简单的质量平衡计算，富铝phase D和富铝phase H可以携带俯冲洋壳中至少2 wt% 的水，这意味着冷的俯冲洋壳可以携带大量的水进入地球深部，俯冲洋壳携带水的能力在之前被严重低估。另外，研究表明，铝能够增加含水相稳定的温度，那么俯冲洋壳里的这些富铝含水相，是下地幔一个潜在水库。 　　在中国科学院先导专项B（XDB18000000）以及国家自然科学基金的资助下，以上研究成果发表在国际地学期刊American Mineralogist上。

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发布时间: 2019-03-30