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来源： 发布时间：2020-07-21
先进材料
高功率旋转电荷泵浦摩擦纳米发电机
中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队成功将电荷泵浦策略应用于旋转式摩擦纳米发电机（Rotary charge pumping triboelectric nanogenerator，RC-TENG）中，实现了低频激励下的高输出性能。研究论文发表于Advanced Energy Materials。RC-TENG由主TENG和泵浦TENG两部分构成，泵浦TENG为普通旋转式TENG结构，主TENG主要包括存储电极和输出电极。两部分通过一种新颖的同步旋转结构连接，使电荷可以高效可靠地从泵浦TENG注入主TENG的存储电极中。这些存储电极中的约束电荷可产生类似于摩擦表面电荷的作用，在输出电极中产生感应输出。
轻量化液态金属物质
清华大学医学院生物医学工程系刘静教授课题组首次提出了轻量化液态金属物质的概念，并展示了这一全新材料的特性和用途。研究论文发表于Advanced Functional Materials。文章特别以共晶镓铟合金及中空玻璃微珠为典型代表，制备出了密度仅为水的一半以致可漂浮于水面的轻量化液态金属复合材料。这种材料除保留了纯液态金属良好的导电性、导热性、力学强度及固液相变特性外，还拥有可塑性、可变形性乃至磁性等行为，作者们为此设计了系列平面及三维应用场景，并引入不同封装方式实现了对材料漂浮行为的调控，展示了水面电路及水中机器人的潜在应用。
晶界调控提高钕铁硼热变形磁体磁性能研究
中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁团队先后开发出添加纳米WC高熔点相和预扩散Pr-Cu低熔点相两种晶界调控方法，通过有效抑制界面粗晶区大幅提高了磁体的矫顽力，同时揭示了界面调控抑制粗晶区形成的机理。相关研究成果论文发表于Acta Materialia。钕铁硼热变形磁体由于具有磁能密度高、稀土用量少、制备流程短、易于实现近终成型等优点，在变频家电、绿色交通、智能制造等领域具有广阔的市场前景，巨大的应用需求也反向推动了提高热变形磁体磁性能的研究。然而，热变形磁体内颗粒界面处存在的无取向粗晶区对剩磁和矫顽力都具有严重的负面影响。该研究丰富了热变形磁体的晶界调控理论。
非富勒烯三维网络结构的高效太阳能电池受体材料
南方科技大学化学系副教授何凤课题组合成了一种定位三氟甲基取代的高效有机太阳能电池受体材料，该材料可通过H/J聚集的协同作用形成具有更多电子跳跃传输结点的三维网络结构，极大改善电荷在分子间的传输，大幅提高器件性能。研究论文发表于Joule。有机非富勒烯小分子受体材料设计合成简单，能级可调，在可见光甚至是近红外区域有较强吸收。研究团队成功地将三氟甲基引入到稠环电子受体中，得到了超窄带隙受体BTIC-CF3-γ，并将其应用于太阳能电子器件中，极大地提高了器件的能量转换效率，充分体现出光谱红移和超窄带隙的优势，在多元体系、半透明器件和叠层器件应用方面展示出非常有潜力的前景。
单原子层沟道的鳍式场效应晶体管
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心韩拯、孙东明等与国内外合作者首次演示了可阵列化、垂直单原子层沟道的鳍式场效应晶体管。研究论文发表于Nature Communications。研究人员设计了高～300nm的硅晶体台阶模板，通过湿法喷涂化学气相沉积（CVD）方法，实现了与台阶侧壁共形生长的过渡族金属硫化物单原子层晶体（MoS2、WS2等）。通过采用多重刻蚀等微纳加工工艺，制备出以单层极限二维材料作为半导体沟道的鳍式场效应晶体管，同时成功制备出鳍式场效应晶体管阵列。尝试引入碳纳米管替代传统金属作为栅极材料，结果显示该材料比传统金属栅具有更好的包覆性，可以有效提高器件性能。
超低功耗二维柔性神经形态器件光电协同调制新策略
复旦大学微电子学院副研究员陈琳、研究员孙清清等利用二维层状MoS2制备具有光电协同调制功能的可穿戴仿人脑神经形态器件，首次实现可穿戴仿生神经突触器件的aJ级别超低功耗，远低于生物功耗水平，为超低功耗、多端调制的可穿戴式类脑计算器件的应用开辟了新的道路。研究论文发表于Advanced Science。科研团队设计了一种基于柔性二维MoS2的异质突触，成功实现生物体内的长时程可塑性，将长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）过程中的能耗降低至为18.3aJ/脉冲和28.9aJ/脉冲，为神经形态计算系统提供了一条比人脑更出色的处理信息的途径。
3D打印复杂结构仿生骨支架
中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究团队在3D打印仿哈弗斯骨结构生物陶瓷支架用于多细胞递送和骨组织再生方面取得新进展。研究论文发表于Science Advances。大段骨缺损的修复是临床上的一大挑战，3D打印技术由于精度高、可个性化定制而广泛用于制备骨组织工程支架。该研究通过模拟骨的多级结构及多细胞组成，采用光固化3D打印技术制备出仿哈弗斯骨结构生物陶瓷支架，并负载骨髓间充质干细胞和内皮细胞，促进血管化骨的修复。该设计体现了这种基于仿哈弗斯骨结构支架的多细胞递送系统的普适性特征，可模拟体内多细胞组织工程的再生微环境。
界面聚合过程调控制备具有亚埃级超高分离精度的纳滤膜
中国科学院苏州纳米所靳健研究员课题组与美国范德堡大学林士弘教授课题组合作，设计开发了一种利用表面活性剂自组装有序单分子膜调控界面聚合过程（SARIP），制备具有超窄孔径分布的薄膜复合纳滤膜（TFC-NF）的策略，实现了亚埃级的分子/离子的高精度分离。研究论文发表于Nature Communications。研究者在油水界面处引入由阴离子表面活性剂——十二烷基磺酸钠（SDS）形成的自组装有序单分子膜，该有序排列的单分子膜极大地改变和调控了PIP单体的跨界面扩散行为。SARIP被证明是一种调控单体扩单行为，进而调控界面聚合反应，获得具有超窄孔径分布和超高精度分离性能的薄膜复合纳滤膜的有效策略。
植物科学
水稻花粉萌发孔发育新机制
上海交通大学生命科学技术学院梁婉琪研究组在植物花粉发育研究中取得新进展，证明水稻中的凝集素受体激酶OsDAF1（DEFECTIVE IN APERTURE FORMATION1）和未知功能蛋白OsINP1相互作用共同决定单子叶水稻花粉萌发孔的形成和发育模式。研究论文发表于Nature Plants。该研究首次报道了导致不同物种花粉萌发孔形态差异的重要因素，为揭示谷类粮食作物花粉发育过程中花粉的表面模式形成、萌发孔极性建立的分子机制提供了新线索。花粉是开花植物的雄配子体，在植物有性生殖、物种繁衍以及粮食生产中扮演重要角色。水稻、玉米、小麦等禾本科的粮食作物具有类似的花粉萌发孔的形态。
水生植物莲的基因组进化研究
中国科学院武汉植物园王青锋研究员、陈进明研究员等与合作者对莲基因组古倍化进行了深入研究。研究论文发表于Molecular Biology and Evolution。研究发现莲各类基因在古多倍化后的不同命运（如恢复单拷贝、全基因组复制遗留、持续小规模复制等）主要是由于功能层面的差异导致，主要反映在它们的表达调控、甲基化模式、蛋白互作网络、功能富集等方面的显著差异，并揭示这些差异化的功能约束对各类基因的微观进化（如群体核苷酸多样性、插入缺失频率）及宏观进化（物种间直系同源基因拷贝数变化）有重要的影响。此外，该研究还发现莲的古多倍化存在亚基因显性现象，认为莲可能曾是古老的异源四倍体。
农作物广谱抗病的分子机制与育种策略综述
中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究组和美国俄亥俄州立大学/中国农业科学院植物保护研究所王国梁教授等受邀撰写综述文章，对不同作物已克隆广谱抗病基因的功能、广谱抗病的分子机制、广谱抗病分子育种策略等进行了系统总结，并提出未来作物广谱抗病育种可能遇到的挑战及解决办法。该论文发表于Annual Review of Plant Biology。植物在整个生长季节受到不同病原微生物的侵染，在与病原菌的长期的斗争过程中，进化出一套先天免疫系统来抵抗病原菌的入侵。植物先天免疫系统主要包括两层免疫反应：（1）PTI（PAMPs-triggered immunity）；（2）ETI （Effector-triggered immunity）。
植物转亚硝基化酶被发现
中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室左建儒研究组与合作者最近发现了植物特异的转亚硝基化酶。研究论文发表于Developmental Cell。之前，科学家在动物和大肠杆菌已经发现了数个结构迥异的转亚硝基化酶。在植物中，尚未发现转亚硝基化酶。该研究发现拟南芥gsnor1突变体的抑制子突变ROG1介导GSNOR1的亚硝基化修饰导致其通过自噬途径被降解，从而形成一个正反馈环调控NO信号通路。ROG1即为过氧化氢酶CAT3（catalase 3）。对水稻ROG1-like蛋白（OsCATA）和CAT2-like蛋白（OsCATC）的特异性酶活分析得出相似的结论，表明这是植物中一种高度保守的机制。
假蜜腺形成机制和生态功能研究
中国科学院植物研究所孔宏智研究组在假蜜腺形成机制和生态功能研究中取得新进展。研究论文发表于Nature Communications。研究发现，假蜜腺是一类微小的半球形突起结构，表面覆盖有紧密排列的非分泌性表皮细胞，在紫外光和蜜蜂视觉下具有反光属性；假蜜腺突起结构的形成和光学属性的获得与细胞分裂、叶绿体发育及蜡质形成相关基因的特异表达密切相关；背性基因NidaYAB5的异位表达是假蜜腺形成的关键，其表达下调会导致假蜜腺完全消失。通过对照研究发现传粉者在缺少假蜜腺的花上的访问频率和访花时间均显著降低，访花行为也发生了明显改变，这表明假蜜腺具有视觉吸引和蜜导的作用。
温带阔叶树和针叶树通过不同的资源配置策略达到相似的功能平衡
中国科学院西双版纳热带植物园生理生态研究组与合作团队在长白山利用林冠塔吊通过采集当地常见的14个阔叶及针叶树种的冠层枝条，系统开展了两者的比较解剖学研究。研究成果发表于Tree Physiology。研究发现在相似叶面积投入下，针叶树种会投入更多资源用以构建更大的木质部面积，通过增加管胞面积减小射线细胞面积从而补偿针叶树种较低的导水率。同时，同等的叶面积下，针叶和阔叶树种的韧皮部面积相似，表明两者的糖分传输能力相当。这就说明针叶树种以快速消耗碳资源为主，减少碳储存的方式达到和阔叶树种相似的生长速率，从而达到共生。
菌根起源基因参与苔藓干细胞与配子体发育
中国科学院昆明植物研究所黄锦岭研究员、孙航研究员等与合作者揭示了菌根起源基因参与苔藓干细胞与配子体发育。研究论文发表于Nature Communications。菌根共生是一种古老而广泛存在于陆生植物与真菌之间的互惠共生关系。文章揭示了从菌根类真菌转移来的PpMACRO2基因通过ADP-核糖基化作用影响其他类型的表观修饰机制（甲基化、乙酰化），进而调控与发育相关的转录因子AP2和Homeobox，最终参与干细胞及三维生长的配子体发育。该研究结果也表明菌根类真菌与植物之间的基因转移在陆生植物重要性状起源和演化方面发挥了重要作用。
叶绿体DNA重组修复的分子机制被揭示
华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院结构生物学研究团队殷平教授等与合作者解析了植物叶绿体Holliday junction（HJ）解离酶序列特异性识别和切割DNA的分子机制。研究论文发表于Nature Communications。HJ是由英国生物学家Robin Holliday提出的DNA分子间的十字交叉结构，是同源重组过程中一类重要的DNA中间体，其对于DNA损伤修复及保持物种遗传多样性等具有重要意义。文章解析了植物叶绿体HJ解离酶MOC1单体以及结合HJ的复合体的晶体结构。鉴定了一个重要的DNA碱基识别环（base recognition loop）。从分子水平上对于HJ解离酶序列特异性切割HJ的科学问题进行了解答。
数理科学
智能计算成像研究进展
中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室与德国斯图加特大学应用光学研究所、美国麻省理工学院合作，提出并实验验证了一种基于物理模型和深度神经网络的新型计算成像方法，无需大量带标签的数据来完成神经网络训练，从而促进人工智能在计算成像中的应用。研究论文发表于Light: Science & Applications。研究人员利用物理模型替代训练数据来驱动网络参数的优化。以相位成像来验证了该方法的有效性，通过不断迭代使神经网络输出结果经衍射传播和测量过程（物理模型）后计算得到的衍射强度图逐渐逼近实际测量的衍射强度图，随着迭代的进行，神经网络输出结果也逐渐逼近实际待求相位物体。
高阶拓扑绝缘体理论研究进展
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心-国际量子功能材料设计中心与物理系乔振华教授课题组与美国德克萨斯大学奥斯汀分校牛谦教授合作，在理论预言低维体系高阶拓扑绝缘体方面取得新进展。相关成果发表于Physical Review Letters。论文提出一种新的方案来实现从一阶到二阶拓扑绝缘体的操控，即通过在二维一阶拓扑绝缘体上诱导出面内磁矩来实现二维二阶拓扑绝缘体。一阶拓扑绝缘体受时间反演对称性保护；然而，面内磁矩的出现破坏了该对称性，使得拓扑绝缘体变的拓扑平庸。同时，导电的边界态也由于对称性被破坏而变得绝缘不再导电，并且在两个绝缘的边界交界处，出现了零能电子态。
晶体手性判定新方法
上海科技大学物质学院马延航课题组与合作人员提出了一种使用电子显微镜确认晶体手性的新方法。研究论文发表于Nature Communications。手性在自然界中非常常见。两个化学组分完全相同的手性异构体，其性质却可能完全不同。一个典例就是手性沙利度胺（Thalidomide），一种对映体是有效的镇静剂，而另一种则可能导致胎儿畸形。该方法基于球差校正扫描透射电子显微镜原子分辨成像，通过拍摄单颗手性晶体沿不同带轴的高分辨图像，结合结构模型和图像模拟，成功实现了在原子尺度上直接确认晶体的左右手性。该方法对于手性材料的手性判定有着重要意义。
太赫兹实时双光梳光谱检测研究进展
中国科学院上海微系统与信息技术研究所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹（THz）光子学团队与华东师范大学曾和平教授合作，在太赫兹双光梳光谱检测领域取得进展。研究论文发表于ACS Photonics。研究团队利用THz QCL光频梳本身作为高速探测器，率先实现了紧凑型实时THz双光梳光谱检测系统。由于THz QCL是基于子带间电子跃迁的半导体器件，其载流子弛豫时间在皮秒两级，所以THz QCL在作为辐射源的同时也是一个天然的THz高速探测器。基于此原理，研究团队克服传统双光梳系统需要外置高速探测器的限制，成功实现了基于自探测的THz实时双光梳系统。
在能量景观上构建“路径图”的计算方法
北京大学北京国际数学研究中心张磊副教授与数学科学学院张平文院士、博士生殷鉴远等人合作，提出了在能量景观上构建“路径图”的计算方法，可以寻找系统的多个极小和过渡态，并揭示不同鞍点解之间的连接关系。研究论文发表于Physical Review Letters。寻找能量景观的全局极小和如何找到不同极小之间的关系始终是数学和物理领域中长期存在的两个关键问题。论文提出的算法克服了传统算法中选取合适初值的困难，可以更加有效地计算能量景观的多个极小。同时，能量景观上的“路径图”不但展示了不同解之间的连接关系，而且通过计算得到的动力学路径揭示了隐藏的物理过程。
利用PVDF线圈实现充液管道泄漏定位
中国科学院声学所噪声与振动重点实验室高艳研究员等提出应用PVDF线圈进行管道泄漏定位的方案，它具有易安装、低成本、灵敏度可调的优势，为塑料水管泄漏检测与定位提供了新的传感器设计方案。研究论文发表于Sensors。塑料管被广泛应用于城市地下管网。由于水资源短缺和管道老化加剧的现状，管道泄漏检测维修技术成为保障管网安全运行的关键，这对管网实时监测设备中泄漏噪声传感器的灵敏度与性价比提出了更高的要求。该线圈传感器测试信号在低频域（1kHz内）具有良好的相关性和相位线性关系，并与水听器测试结果基本一致。分析线圈传感器与水听器结果的相位谱得到的漏点定位误差在2%以内。
关于具有社团划分功能的网络模型研究
南京大学新闻传播学院计算传播学实验中心助理研究员尚可可等与合作者在关于具有社团划分功能的网络模型研究方面取得进展。研究论文发表于应用数学与统计物理交叉性著名期刊Chaos。文章提出的进化规则在创建模仿病毒遗传结构的网络方面取得突破，特别是模仿COVID-19病毒基因演化网络的已知公共数据。该模型的原理源自实际生活，即新团体的崛起会打破已有的资源分配格局，从而产生“新贵”，论文的初衷是对传播结构网络、社交网和经济网络的社团演化提供一个适配模型。然而，研究团队意外发现该模型还能够较好适配新冠状病毒基因的演化网络。
精确估计光度函数方法
中国科学院云南天文台博士袁尊理、研究员王建成与英国牛津大学教授Matt Jarvis合作，基于现代统计学中的核密度估计原理，提出了一种精确估计光度函数的普适方法，它对于统计研究星系、活动星系核、伽马暴等河外天体的演化性质有重要价值。研究论文发表于The Astrophysical Journal Supplement Series。光度函数是一个非常基本的统计量，它反映宇宙中某类天体的数密度随红移和光度（或星等）的变化情况。研究团队利用蒙特卡洛模拟，发现新方法的估计精度要比经典的binning方法高出近一个数量级，稳定性好，同时，新方法兼有参数方法和非参数方法的优点。
高功率旋转电荷泵浦摩擦纳米发电机
中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队成功将电荷泵浦策略应用于旋转式摩擦纳米发电机（Rotary charge pumping triboelectric nanogenerator，RC-TENG）中，实现了低频激励下的高输出性能。研究论文发表于Advanced Energy Materials。RC-TENG由主TENG和泵浦TENG两部分构成，泵浦TENG为普通旋转式TENG结构，主TENG主要包括存储电极和输出电极。两部分通过一种新颖的同步旋转结构连接，使电荷可以高效可靠地从泵浦TENG注入主TENG的存储电极中。这些存储电极中的约束电荷可产生类似于摩擦表面电荷的作用，在输出电极中产生感应输出。
轻量化液态金属物质
清华大学医学院生物医学工程系刘静教授课题组首次提出了轻量化液态金属物质的概念，并展示了这一全新材料的特性和用途。研究论文发表于Advanced Functional Materials。文章特别以共晶镓铟合金及中空玻璃微珠为典型代表，制备出了密度仅为水的一半以致可漂浮于水面的轻量化液态金属复合材料。这种材料除保留了纯液态金属良好的导电性、导热性、力学强度及固液相变特性外，还拥有可塑性、可变形性乃至磁性等行为，作者们为此设计了系列平面及三维应用场景，并引入不同封装方式实现了对材料漂浮行为的调控，展示了水面电路及水中机器人的潜在应用。
晶界调控提高钕铁硼热变形磁体磁性能研究
中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁团队先后开发出添加纳米WC高熔点相和预扩散Pr-Cu低熔点相两种晶界调控方法，通过有效抑制界面粗晶区大幅提高了磁体的矫顽力，同时揭示了界面调控抑制粗晶区形成的机理。相关研究成果论文发表于Acta Materialia。钕铁硼热变形磁体由于具有磁能密度高、稀土用量少、制备流程短、易于实现近终成型等优点，在变频家电、绿色交通、智能制造等领域具有广阔的市场前景，巨大的应用需求也反向推动了提高热变形磁体磁性能的研究。然而，热变形磁体内颗粒界面处存在的无取向粗晶区对剩磁和矫顽力都具有严重的负面影响。该研究丰富了热变形磁体的晶界调控理论。
非富勒烯三维网络结构的高效太阳能电池受体材料
南方科技大学化学系副教授何凤课题组合成了一种定位三氟甲基取代的高效有机太阳能电池受体材料，该材料可通过H/J聚集的协同作用形成具有更多电子跳跃传输结点的三维网络结构，极大改善电荷在分子间的传输，大幅提高器件性能。研究论文发表于Joule。有机非富勒烯小分子受体材料设计合成简单，能级可调，在可见光甚至是近红外区域有较强吸收。研究团队成功地将三氟甲基引入到稠环电子受体中，得到了超窄带隙受体BTIC-CF3-γ，并将其应用于太阳能电子器件中，极大地提高了器件的能量转换效率，充分体现出光谱红移和超窄带隙的优势，在多元体系、半透明器件和叠层器件应用方面展示出非常有潜力的前景。
单原子层沟道的鳍式场效应晶体管
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心韩拯、孙东明等与国内外合作者首次演示了可阵列化、垂直单原子层沟道的鳍式场效应晶体管。研究论文发表于Nature Communications。研究人员设计了高～300nm的硅晶体台阶模板，通过湿法喷涂化学气相沉积（CVD）方法，实现了与台阶侧壁共形生长的过渡族金属硫化物单原子层晶体（MoS2、WS2等）。通过采用多重刻蚀等微纳加工工艺，制备出以单层极限二维材料作为半导体沟道的鳍式场效应晶体管，同时成功制备出鳍式场效应晶体管阵列。尝试引入碳纳米管替代传统金属作为栅极材料，结果显示该材料比传统金属栅具有更好的包覆性，可以有效提高器件性能。
超低功耗二维柔性神经形态器件光电协同调制新策略
复旦大学微电子学院副研究员陈琳、研究员孙清清等利用二维层状MoS2制备具有光电协同调制功能的可穿戴仿人脑神经形态器件，首次实现可穿戴仿生神经突触器件的aJ级别超低功耗，远低于生物功耗水平，为超低功耗、多端调制的可穿戴式类脑计算器件的应用开辟了新的道路。研究论文发表于Advanced Science。科研团队设计了一种基于柔性二维MoS2的异质突触，成功实现生物体内的长时程可塑性，将长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）过程中的能耗降低至为18.3aJ/脉冲和28.9aJ/脉冲，为神经形态计算系统提供了一条比人脑更出色的处理信息的途径。
3D打印复杂结构仿生骨支架
中国科学院上海硅酸盐研究所吴成铁研究员与常江研究员带领的研究团队在3D打印仿哈弗斯骨结构生物陶瓷支架用于多细胞递送和骨组织再生方面取得新进展。研究论文发表于Science Advances。大段骨缺损的修复是临床上的一大挑战，3D打印技术由于精度高、可个性化定制而广泛用于制备骨组织工程支架。该研究通过模拟骨的多级结构及多细胞组成，采用光固化3D打印技术制备出仿哈弗斯骨结构生物陶瓷支架，并负载骨髓间充质干细胞和内皮细胞，促进血管化骨的修复。该设计体现了这种基于仿哈弗斯骨结构支架的多细胞递送系统的普适性特征，可模拟体内多细胞组织工程的再生微环境。
界面聚合过程调控制备具有亚埃级超高分离精度的纳滤膜
中国科学院苏州纳米所靳健研究员课题组与美国范德堡大学林士弘教授课题组合作，设计开发了一种利用表面活性剂自组装有序单分子膜调控界面聚合过程（SARIP），制备具有超窄孔径分布的薄膜复合纳滤膜（TFC-NF）的策略，实现了亚埃级的分子/离子的高精度分离。研究论文发表于Nature Communications。研究者在油水界面处引入由阴离子表面活性剂——十二烷基磺酸钠（SDS）形成的自组装有序单分子膜，该有序排列的单分子膜极大地改变和调控了PIP单体的跨界面扩散行为。SARIP被证明是一种调控单体扩单行为，进而调控界面聚合反应，获得具有超窄孔径分布和超高精度分离性能的薄膜复合纳滤膜的有效策略。
植物科学
水稻花粉萌发孔发育新机制
上海交通大学生命科学技术学院梁婉琪研究组在植物花粉发育研究中取得新进展，证明水稻中的凝集素受体激酶OsDAF1（DEFECTIVE IN APERTURE FORMATION1）和未知功能蛋白OsINP1相互作用共同决定单子叶水稻花粉萌发孔的形成和发育模式。研究论文发表于Nature Plants。该研究首次报道了导致不同物种花粉萌发孔形态差异的重要因素，为揭示谷类粮食作物花粉发育过程中花粉的表面模式形成、萌发孔极性建立的分子机制提供了新线索。花粉是开花植物的雄配子体，在植物有性生殖、物种繁衍以及粮食生产中扮演重要角色。水稻、玉米、小麦等禾本科的粮食作物具有类似的花粉萌发孔的形态。
水生植物莲的基因组进化研究
中国科学院武汉植物园王青锋研究员、陈进明研究员等与合作者对莲基因组古倍化进行了深入研究。研究论文发表于Molecular Biology and Evolution。研究发现莲各类基因在古多倍化后的不同命运（如恢复单拷贝、全基因组复制遗留、持续小规模复制等）主要是由于功能层面的差异导致，主要反映在它们的表达调控、甲基化模式、蛋白互作网络、功能富集等方面的显著差异，并揭示这些差异化的功能约束对各类基因的微观进化（如群体核苷酸多样性、插入缺失频率）及宏观进化（物种间直系同源基因拷贝数变化）有重要的影响。此外，该研究还发现莲的古多倍化存在亚基因显性现象，认为莲可能曾是古老的异源四倍体。
农作物广谱抗病的分子机制与育种策略综述
中国科学院分子植物科学卓越创新中心何祖华研究组和美国俄亥俄州立大学/中国农业科学院植物保护研究所王国梁教授等受邀撰写综述文章，对不同作物已克隆广谱抗病基因的功能、广谱抗病的分子机制、广谱抗病分子育种策略等进行了系统总结，并提出未来作物广谱抗病育种可能遇到的挑战及解决办法。该论文发表于Annual Review of Plant Biology。植物在整个生长季节受到不同病原微生物的侵染，在与病原菌的长期的斗争过程中，进化出一套先天免疫系统来抵抗病原菌的入侵。植物先天免疫系统主要包括两层免疫反应：（1）PTI（PAMPs-triggered immunity）；（2）ETI （Effector-triggered immunity）。
植物转亚硝基化酶被发现
中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室左建儒研究组与合作者最近发现了植物特异的转亚硝基化酶。研究论文发表于Developmental Cell。之前，科学家在动物和大肠杆菌已经发现了数个结构迥异的转亚硝基化酶。在植物中，尚未发现转亚硝基化酶。该研究发现拟南芥gsnor1突变体的抑制子突变ROG1介导GSNOR1的亚硝基化修饰导致其通过自噬途径被降解，从而形成一个正反馈环调控NO信号通路。ROG1即为过氧化氢酶CAT3（catalase 3）。对水稻ROG1-like蛋白（OsCATA）和CAT2-like蛋白（OsCATC）的特异性酶活分析得出相似的结论，表明这是植物中一种高度保守的机制。
假蜜腺形成机制和生态功能研究
中国科学院植物研究所孔宏智研究组在假蜜腺形成机制和生态功能研究中取得新进展。研究论文发表于Nature Communications。研究发现，假蜜腺是一类微小的半球形突起结构，表面覆盖有紧密排列的非分泌性表皮细胞，在紫外光和蜜蜂视觉下具有反光属性；假蜜腺突起结构的形成和光学属性的获得与细胞分裂、叶绿体发育及蜡质形成相关基因的特异表达密切相关；背性基因NidaYAB5的异位表达是假蜜腺形成的关键，其表达下调会导致假蜜腺完全消失。通过对照研究发现传粉者在缺少假蜜腺的花上的访问频率和访花时间均显著降低，访花行为也发生了明显改变，这表明假蜜腺具有视觉吸引和蜜导的作用。
温带阔叶树和针叶树通过不同的资源配置策略达到相似的功能平衡
中国科学院西双版纳热带植物园生理生态研究组与合作团队在长白山利用林冠塔吊通过采集当地常见的14个阔叶及针叶树种的冠层枝条，系统开展了两者的比较解剖学研究。研究成果发表于Tree Physiology。研究发现在相似叶面积投入下，针叶树种会投入更多资源用以构建更大的木质部面积，通过增加管胞面积减小射线细胞面积从而补偿针叶树种较低的导水率。同时，同等的叶面积下，针叶和阔叶树种的韧皮部面积相似，表明两者的糖分传输能力相当。这就说明针叶树种以快速消耗碳资源为主，减少碳储存的方式达到和阔叶树种相似的生长速率，从而达到共生。
菌根起源基因参与苔藓干细胞与配子体发育
中国科学院昆明植物研究所黄锦岭研究员、孙航研究员等与合作者揭示了菌根起源基因参与苔藓干细胞与配子体发育。研究论文发表于Nature Communications。菌根共生是一种古老而广泛存在于陆生植物与真菌之间的互惠共生关系。文章揭示了从菌根类真菌转移来的PpMACRO2基因通过ADP-核糖基化作用影响其他类型的表观修饰机制（甲基化、乙酰化），进而调控与发育相关的转录因子AP2和Homeobox，最终参与干细胞及三维生长的配子体发育。该研究结果也表明菌根类真菌与植物之间的基因转移在陆生植物重要性状起源和演化方面发挥了重要作用。
叶绿体DNA重组修复的分子机制被揭示
华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院结构生物学研究团队殷平教授等与合作者解析了植物叶绿体Holliday junction（HJ）解离酶序列特异性识别和切割DNA的分子机制。研究论文发表于Nature Communications。HJ是由英国生物学家Robin Holliday提出的DNA分子间的十字交叉结构，是同源重组过程中一类重要的DNA中间体，其对于DNA损伤修复及保持物种遗传多样性等具有重要意义。文章解析了植物叶绿体HJ解离酶MOC1单体以及结合HJ的复合体的晶体结构。鉴定了一个重要的DNA碱基识别环（base recognition loop）。从分子水平上对于HJ解离酶序列特异性切割HJ的科学问题进行了解答。
数理科学
智能计算成像研究进展
中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室与德国斯图加特大学应用光学研究所、美国麻省理工学院合作，提出并实验验证了一种基于物理模型和深度神经网络的新型计算成像方法，无需大量带标签的数据来完成神经网络训练，从而促进人工智能在计算成像中的应用。研究论文发表于Light: Science & Applications。研究人员利用物理模型替代训练数据来驱动网络参数的优化。以相位成像来验证了该方法的有效性，通过不断迭代使神经网络输出结果经衍射传播和测量过程（物理模型）后计算得到的衍射强度图逐渐逼近实际测量的衍射强度图，随着迭代的进行，神经网络输出结果也逐渐逼近实际待求相位物体。
高阶拓扑绝缘体理论研究进展
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心-国际量子功能材料设计中心与物理系乔振华教授课题组与美国德克萨斯大学奥斯汀分校牛谦教授合作，在理论预言低维体系高阶拓扑绝缘体方面取得新进展。相关成果发表于Physical Review Letters。论文提出一种新的方案来实现从一阶到二阶拓扑绝缘体的操控，即通过在二维一阶拓扑绝缘体上诱导出面内磁矩来实现二维二阶拓扑绝缘体。一阶拓扑绝缘体受时间反演对称性保护；然而，面内磁矩的出现破坏了该对称性，使得拓扑绝缘体变的拓扑平庸。同时，导电的边界态也由于对称性被破坏而变得绝缘不再导电，并且在两个绝缘的边界交界处，出现了零能电子态。
晶体手性判定新方法
上海科技大学物质学院马延航课题组与合作人员提出了一种使用电子显微镜确认晶体手性的新方法。研究论文发表于Nature Communications。手性在自然界中非常常见。两个化学组分完全相同的手性异构体，其性质却可能完全不同。一个典例就是手性沙利度胺（Thalidomide），一种对映体是有效的镇静剂，而另一种则可能导致胎儿畸形。该方法基于球差校正扫描透射电子显微镜原子分辨成像，通过拍摄单颗手性晶体沿不同带轴的高分辨图像，结合结构模型和图像模拟，成功实现了在原子尺度上直接确认晶体的左右手性。该方法对于手性材料的手性判定有着重要意义。
太赫兹实时双光梳光谱检测研究进展
中国科学院上海微系统与信息技术研究所曹俊诚、黎华研究员领衔的太赫兹（THz）光子学团队与华东师范大学曾和平教授合作，在太赫兹双光梳光谱检测领域取得进展。研究论文发表于ACS Photonics。研究团队利用THz QCL光频梳本身作为高速探测器，率先实现了紧凑型实时THz双光梳光谱检测系统。由于THz QCL是基于子带间电子跃迁的半导体器件，其载流子弛豫时间在皮秒两级，所以THz QCL在作为辐射源的同时也是一个天然的THz高速探测器。基于此原理，研究团队克服传统双光梳系统需要外置高速探测器的限制，成功实现了基于自探测的THz实时双光梳系统。
在能量景观上构建“路径图”的计算方法
北京大学北京国际数学研究中心张磊副教授与数学科学学院张平文院士、博士生殷鉴远等人合作，提出了在能量景观上构建“路径图”的计算方法，可以寻找系统的多个极小和过渡态，并揭示不同鞍点解之间的连接关系。研究论文发表于Physical Review Letters。寻找能量景观的全局极小和如何找到不同极小之间的关系始终是数学和物理领域中长期存在的两个关键问题。论文提出的算法克服了传统算法中选取合适初值的困难，可以更加有效地计算能量景观的多个极小。同时，能量景观上的“路径图”不但展示了不同解之间的连接关系，而且通过计算得到的动力学路径揭示了隐藏的物理过程。
利用PVDF线圈实现充液管道泄漏定位
中国科学院声学所噪声与振动重点实验室高艳研究员等提出应用PVDF线圈进行管道泄漏定位的方案，它具有易安装、低成本、灵敏度可调的优势，为塑料水管泄漏检测与定位提供了新的传感器设计方案。研究论文发表于Sensors。塑料管被广泛应用于城市地下管网。由于水资源短缺和管道老化加剧的现状，管道泄漏检测维修技术成为保障管网安全运行的关键，这对管网实时监测设备中泄漏噪声传感器的灵敏度与性价比提出了更高的要求。该线圈传感器测试信号在低频域（1kHz内）具有良好的相关性和相位线性关系，并与水听器测试结果基本一致。分析线圈传感器与水听器结果的相位谱得到的漏点定位误差在2%以内。
关于具有社团划分功能的网络模型研究
南京大学新闻传播学院计算传播学实验中心助理研究员尚可可等与合作者在关于具有社团划分功能的网络模型研究方面取得进展。研究论文发表于应用数学与统计物理交叉性著名期刊Chaos。文章提出的进化规则在创建模仿病毒遗传结构的网络方面取得突破，特别是模仿COVID-19病毒基因演化网络的已知公共数据。该模型的原理源自实际生活，即新团体的崛起会打破已有的资源分配格局，从而产生“新贵”，论文的初衷是对传播结构网络、社交网和经济网络的社团演化提供一个适配模型。然而，研究团队意外发现该模型还能够较好适配新冠状病毒基因的演化网络。
精确估计光度函数方法
中国科学院云南天文台博士袁尊理、研究员王建成与英国牛津大学教授Matt Jarvis合作，基于现代统计学中的核密度估计原理，提出了一种精确估计光度函数的普适方法，它对于统计研究星系、活动星系核、伽马暴等河外天体的演化性质有重要价值。研究论文发表于The Astrophysical Journal Supplement Series。光度函数是一个非常基本的统计量，它反映宇宙中某类天体的数密度随红移和光度（或星等）的变化情况。研究团队利用蒙特卡洛模拟，发现新方法的估计精度要比经典的binning方法高出近一个数量级，稳定性好，同时，新方法兼有参数方法和非参数方法的优点。
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