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科技名刊精选

来源:  发布时间:2018-01-16

植物
  
甘薯起源
  上海辰山植物园(中科院上海辰山植物科学研究中心)、中国科学院上海植物生理生态研究所与德国马克斯普朗克分子遗传研究所和分子植物生理研究所的科研团队合作,揭示了甘薯起源历史,研究论文发表于《自然—植物》。我国以占世界总种植面积50%的土地生产了全球80%以上的甘薯。甘薯基因组共有约4.4亿个碱基对,单组大小在700M到800M之间。在甘薯的90条染色体中,有30条染色体来源于其二倍体祖先种,另外60条染色体来源于其四倍体祖先种;约50万年前,二倍体祖先种和四倍体祖先种之间的一次种间杂交孕育了今天的重要作物。此发现解决了甘薯起源的谜题,为合理利用甘薯近源野生种提供了思路。
  
拟南芥研究进展
  北京大学生命科学学院白书农教授团队发现在拟南芥中决定生殖细胞分化的SPL基因的功能依赖于其编码蛋白的磷酸化,研究论文发表于《植物生理学》。GUS报告基因在mpk突变体的转基因植株花中表现出雄蕊和胚珠特异性。生殖细胞是遗传信息在代际传递不可或缺的载体。SPOROCYTELESS/NOZZLE(SPL/NZZ)基因过去被证明是模式植物拟南芥中二倍体生殖细胞分化中的关键调控因子。MPK3/6激酶可以通过磷酸化SPL蛋白而影响雄蕊中二倍体生殖细胞的分化。通过构建新的PSPL:GUS报告基因启动子,进一步证实了SPL基因表达的特异性,而且还提供了一个全新的研究二倍体生殖细胞分化所需的分子工具。
  
降低光合作用光系统天线大小可以提高叶片及冠层光合作用效率
  中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所朱新广研究组建立了能有效整合光合作用分子过程、叶片乃至三维株型特征的冠层光合模型,为定量研究冠层光合效率提供了重要理论工具,研究论文发表于《植物、细胞与环境》。提高冠层光能利用效率是进一步大幅度提高作物产量的重要途径。研究发现降低光合作用光系统I和光系统II的天线大小,有利于提高叶片光化学反应效率,降低热耗散,提高叶片及冠层光合利用效率,进而有利于提高作物生物量及产量潜力。自然界中植物光合系统保存较大光合天线有利于植物叶片保存较多氮元素,同时遮荫周边植物,进而提高其在自然界的竞争能力。
  
猕猴桃炭疽病和黑斑病/褐斑病的致病菌
  中国科学院武汉植物园钟彩虹研究组鉴定并发表两种猕猴桃炭疽病和黑斑病/褐斑病的致病菌,相关研究成果发表于《植物疾病》。中国猕猴桃栽培面积、产量和产值居世界首位,猕猴桃叶部病害的问题日益严重。通过对浙江省温州市泰顺县及贵州省六盘水市的猕猴桃病虫害情况进行周年调研,发现两地主要周年病害均为细菌性溃疡病,真菌性果实软腐病、灰斑病、褐斑病、炭疽病、黑斑病,不同季节各种病害的感病程度不同。该分析结果为泰顺及六盘水市后期病害的预测预报及综合防治提供了理论依据。同时,在病害鉴定过程中,首次发现稻黑孢菌株会引起猕猴桃黑斑病及褐斑病,胶孢炭疽病菌为猕猴桃炭疽病的主要致病菌。
  
植物基因组编辑研究综述
  中国科学院微生物研究所邱金龙研究组、遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组合作,综述了植物基因组编辑的现状,重点关注由于植物基因组编辑的自身特点所带来的特殊挑战和机遇,介绍了新近发展出的基因组编辑工具、方法及其在植物中潜在的应用;展望了植物基因组编辑的前景和未来方向;相关论文发表于《自然—植物》。序列特异性核酸酶使得基因组编辑成为可能。CRISPR-Cas9系统自出现以来,作为可转化植物的基因组编辑工具已得到广泛应用。新开发出来的Cas9变体、新型RNA导向的核酸酶、碱基编辑系统和无DNA的CRISPR-Cas9递送方法都为植物基因组工程提供了崭新的机遇。
  
根瘤菌研究进展
  中国农业大学生物学院陈文新院士课题组提出了“共进化的ISs”所介导的大豆根瘤菌共生匹配性的适应性进化规律,研究论文发表于The ISME Journal。根瘤菌在条件适宜的情况下可以诱导豆科植物形成根瘤,在侵染根瘤细胞后,分化为“类菌体”并固定空气中的氮气。这些被固定的氮素能够替代化学氮肥促进豆科植物生长。利用商业大豆品种对匹配菌株的选择压力,从野生型不匹配菌株的自发突变体中也获得了匹配克隆;这些起作用的ISs偏好低GC%的侧翼序列并且在T3SS所在的共生质粒 (含有结瘤和固氮基因的复制子) 上富集。该成果对根瘤菌种质资源开发利用提供了指导意义。
  
珍稀民族香料植物新种
  中国科学院昆明植物研究所王跃虎研究组与中央民族大学龙春林团队合作,发表了胡椒科(Piperaceae)胡椒属新种——麻根Piper magen B. Q. Cheng ex C. L. Long & Jun Yang,研究论文发表于Phytotaxa。在西双版纳地区,傣族、基诺族、哈尼族群众非常喜欢一种香料植物,当地称之为“麻根”,食用其茎或叶。香料植物专家程必强先生于1986年在“滇南民族食用香料植物”一文中首次记录了“麻根 Piper sp.”,并以“香气扑鼻”和“颇新颖”表达了对麻根香味的赞美。目前,该种仅发现2个居群,且数量稀少,其在野外的生存状况岌岌可危。根据ICUN标准,该物种的濒危等级为极危,亟待开展保护研究和持续利用。
  
基因组研究新方法
  北京林业大学计算生物学中心研究团队邬荣领等提出研究基因组结构、变异、功能与进化的新方法,研究论文发表于Trends in Plant Science。新方法构建的细胞遗传基础是由减数分裂引起的同源染色体之间的交换与重组,新的DNA变异类型产生,进一步导致新表型性状的出现。新变异产生的程度与遗传物质交换的模式与在染色体上的分布密切相关。引入多点连锁分析方法来探讨交换干扰的分布规律。利用该方法分析梅花基因重组、交换与交换干扰,发现梅花基因组在自然与人工选择下趋向于产生广泛分布的遗传干扰现象,具有很强的对环境变迁的适应能力。发现的几个关键染色体遗传干扰片段对于研究物种进化与选择育种具有重要作用。
  
  
纳米科学
  
肿瘤微环境中肿瘤相关血小板的安全高效清除
  中科院国家纳米科学中心聂广军课题组在构建环境响应型纳米药物载体,实现安全、高效的肿瘤局部血小板清除,以增强肿瘤血管EPR效应和化疗药物靶向富集方面取得进展,研究论文发表于《自然—医学工程》。该工作构建了一种具有核壳结构的脂质体—共聚物(lipid-copolymer)杂化纳米药物载体,对肿瘤血管内皮表面具有酶切活性的MMP-2具有响应特性,实现了抗血小板抗体(R300)对肿瘤组织的靶向输运。通过特异清除肿瘤相关血小板,该载体导致肿瘤血管孔隙增大,增强了EPR效应,进而促进了所载化疗药物阿霉素(Dox)在肿瘤组织中的渗透和富集,有效抑制了小鼠乳腺癌和肺癌细胞的增殖。
  
金属有机框架载药研究
  中科院上海药物研究所张继稳课题组与国内外科学家合作,制备出一类具有新型结构特征的缓释微球制剂,相关研究发表于《纳米尺度》。环糊精—金属有机骨架(CD-MOF)以γ-环糊精为有机配体、钾离子为金属中心,配位自组装形成多孔的网状结构,比表面积高,其在体内可分解为环糊精,生物安全性良好。研究团队以难溶性药物布洛芬和不稳定药物兰索拉唑为模型药,共结晶制备载药CD-MOF纳米晶体后,采用固体/油/油乳化溶剂挥发法制备了载药CD-MOF的聚丙烯酸(PAA)复合微球,在微球内部保持CD-MOF纳米晶多孔骨架结构完整性的同时,该微球具有明显的缓释特征和较低的细胞毒性。
  
仿指纹式多功能电子皮肤
  北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组开展基于摩擦滑动传感和多孔压阻探测的仿指尖电子皮肤研究,设计了一种基于指纹结构的新型多功能电子皮肤,研究论文发表于《纳米能源》。作为覆盖人体最大的器官,皮肤在保护人体的同时,其内部庞大的传感网络可实时检测压力、温度等多种物理信号;电子皮肤可模拟人体皮肤的物理特性和传感功能。模仿指纹结构设计双螺旋电极的摩擦发电机,通过摩擦电压输出频率检测滑动物体的粗糙度。通过数字式的摩擦检测方案,模仿真皮结构制备多孔碳纳米管/聚二甲基硅氧烷,通过接触电阻变化检测压力大小,调控纳米导电网络及多孔率,大幅提升压阻传感灵敏度。
  
低维纳米传热方向研究
  华中科技大学能源学院杨诺教授团队与国内科学家合作开展石墨烯中声子耦合的双温度模型研究,研究论文发表于《纳米快报》。电子—声子,磁子—声子和声子—声子等多载流子之间的耦合作用在能量输运和转换领域扮演着至关重要的角色。石墨烯平面内声子群和垂直于平面声子群之间的耦合作用很弱,因此两声子群之间很难进行热能传递,即存在很大的内部热阻。该热阻是石墨烯复合材料热导率不理想的关键原因之一。该论文为理解二维材料中声子输运提供了全新的视角和理论基础。同时,双温度模型和耦合长度可以为设计具有高热导率的石墨烯复合材料提供新的思路和指导。
  
全新分子自旋光伏器件
  中科院国家纳米科学中心孙向南研究员和西班牙巴斯克纳米科学中心Hueso教授等合作,提出了全新的分子自旋光伏器件,同时将分子自旋电子学研究进展发表于《科学》。分子半导体材料由于具有丰富的光电性质,被广泛应用于分子电子器件的研究中。分子自旋光伏器件(MSP)是基于自旋阀器件结构和富勒烯分子材料构建的一种新型器件。该研究提出的分子自旋光伏器件作为一种新型器件,在高灵敏度光、磁复合场传感器、单器件磁控电流转换器等方面具有潜在的应用价值,并且相较于传统的分子自旋阀,该器件获得相同磁电流响应信号的运行功率降低至1%以下。
  
超稳激光技术
  中科院国家授时中心研究员张首刚、姜海峰带领的飞秒光梳及其应用研究团队在超稳激光研究方面取得进展,研究论文发表于《光学快报》。研究利用自主设计和研制的电光调制器,大幅降低了常用激光PDH锁频技术中的剩余幅度调制噪声,将1555纳米光纤激光器频率锁定在超低膨胀系数玻璃(ULE)光学参考腔的谐振频率上。通过比对两套位于不同实验室内的超稳激光系统,测得超稳激光拍频线宽185mHz。超稳激光在光频标、超稳微波源、超精密光谱、引力波探测等领域有重要的应用。研究团队研制的超稳激光系统已成功应用于超稳光生微波研制。
  
集成一体化摩擦—电磁混合发电机
  中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和李从举研究员等将摩擦纳米发电机和电磁感应发电机高度集成在一起,制备出一种旋转套筒式摩擦-电磁混合发电机,相关论文发表于ACS nano。该研究在不影响电磁感应发电机工作的前提下,利用摩擦纳米发电机进一步收集转动的机械能,实现了对机械能的高效收集。低成本、制备简单的摩擦纳米发电机利用摩擦起电和静电感应效应,能高效地将低频机械能转化为电能。摩擦纳米发电机和电磁感应发电机在变压器的作用下可以高效的结合在一起:在250rmp的速度下,混合发电机的匹配内阻为8kΩ,输出功率高达14mW。
  
高负载量柔性电极材料
  中科院大连化学物理研究所储能技术研究部张华民研究员、李先锋研究员、张洪章副研究员团队在高负载量柔性自支撑电极研究方面取得新进展,相关论文发表于《纳米能源》。纳米级活性物质颗粒因其比表面高、离子/电子传输路径短,在电化学储能领域受到了广泛的关注。但随着电极负载量的增加,纳米颗粒易从电极中脱落,限制了其在柔性储能器件中的应用。研究团队发展了柔性自支撑电极规模化制备技术,该技术克服了传统方法(如抽滤法和模板法)只能采用一维和二维活性物质制备电极的缺陷,首次将零维纳米颗粒应用于柔性电极的制备,并制备出高负载量的、外形可控的、适合规模化生产的高性能自支撑柔性电极。
  
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2024年3月

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