科技名刊精選

生態(tài)氣候

中國重大生態(tài)工程發(fā)揮巨大固碳效應

中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心、沈陽應用生態(tài)所、水土保持研究所、武漢植物園、地理科學與資源研究所、遺傳發(fā)育所等單位承擔的中國科學院戰(zhàn)略性科技先導專項“國家重大生態(tài)工程固碳量評價”項目的最新研究結果揭示.我國所實施的重大生態(tài)工程顯著提升了工程區(qū)域碳儲量和碳匯功能，發(fā)揮了巨大固碳效應，研究論文發(fā)表于PNAS。自2000年至2010年，6項重大生態(tài)工程實施對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量和固碳能力提升發(fā)揮了重要作用，重大生態(tài)工程區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量增加達到1.5Pgc，年均碳匯功能達到132Tgc/年，抵消了同期我國化石燃料燃燒CO2排放的9.4%。系列成果表明我國積極參與全球環(huán)境治理，落實C02減排承諾。

物種之間的補償作用在青藏高原草地生產(chǎn)力維持過程中起關鍵作用

中國科學院西北高原生物研究所“高寒生態(tài)系統(tǒng)與全球變化”學科組與北京大學城市與環(huán)境學院等單位合作，于2011年在青海海北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站（海北站），建立了大型的“增溫一降水改變”控制實驗。通過野外實驗.結合海北站連續(xù)32年的地面監(jiān)測以及青藏高原9個站點實驗研究的Meta分析，探討了氣候變化對高寒草地植物群落結構和生產(chǎn)力的影響，研究論文發(fā)表于PNAS。為解答系列科學問題，科研人員克服了高原的惡劣氣候條件，進行了嚴格的野外氣候變化控制實驗。如果未來植物多樣性喪失，高寒草地對氣候變化的緩沖作用降低，就會威脅到生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。

烏拉爾阻塞對北極海冰的影響

中國科學院大氣物理研究所羅德海研究員等與賓夕法尼亞州立大學教授Steven Feldstein和Sukyoung Lee合作，分析研究了烏拉爾阻塞的東移，西移和準定常對巴倫支和喀拉海海冰的不同影響，并探討了阻塞影響海冰的具體物理過程，相關成果發(fā)表于Journal of Climate。冬季烏拉爾阻塞是北極海冰減少的具體物理過程，最重要的物理過程是增加向下長波輻射，改變表面感熱、潛熱通量和風驅動的海冰漂移都是相對次要的過程。準定常型烏拉爾阻塞會帶來最劇烈最持久的海冰減少，最近20年巴倫支一喀拉海海冰劇烈減少可能與準定常型烏拉爾阻塞的增多有關。

造林對干旱半干旱地區(qū)土壤碳氮儲量的影響

中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所李蘭海研究員團隊通過收集過往發(fā)表文獻中的數(shù)據(jù).同時基于Metawin平臺對數(shù)據(jù)進行整合分析，評估了造林對全球干旱半干旱地區(qū)表層土（0～30cm）有機碳和全氮儲量的影響.分析了造林前土地利用類型、造林樹種和造林后時間長度對土壤碳、氮的動態(tài)影響，研究論文發(fā)表于Science of The Total Environment。結果表明，干旱半干旱地區(qū)土壤有機碳和全氮儲量在造林后分別顯著提升了131%和88%。因此，在干旱半干旱地區(qū).在荒地上栽植落葉闊葉樹種具有巨大的固碳和固氮潛力，且這種潛力能夠在短期內(nèi)就展現(xiàn)出來。

代謝育種

水稻穗發(fā)育細胞命運決定的sPL6-IRE1調(diào)控機制及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號過激導致細胞衰老退化和穗“禿頂”性狀產(chǎn)生的分子機理

中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所郭房慶研究組最新研究成果發(fā)表于Nature Plants。論文結果揭示水稻SBP-box家族轉錄因子sPL6抑制細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感應因子（ER-stresssensor）IRE1的轉錄，控制脅迫信號的輸出強度；SPL6在穗發(fā)育過程中呈現(xiàn)頂端高水平表達樣式，其功能缺失導致IRE1過度表達，造成細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號輸出失控和下游基因過激表達，導致頂端小穗細胞衰老退化和穗“禿頂”性狀產(chǎn)生。因此，SPL6作為細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫信號途徑的上游調(diào)控關鍵因子，調(diào)節(jié)脅迫信號輸出的時空強度和平衡，進而決定水稻穗發(fā)育過程中的細胞存活命運。

調(diào)控水稻高產(chǎn)的新機理

中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所易可可研究員與國內(nèi)科研結構合作，揭示了土壤磷肥狀況影響水稻葉片直立性的分子機理，為設計培育高產(chǎn)水稻品種提供了理論基礎，文章發(fā)表于《植物細胞》。土壤中的磷素易被固定而難以被作物吸收，水稻田間生產(chǎn)目前主要通過大量施加磷肥來克服該問題，不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，還增加了水質(zhì)污染風險。因此，解析土壤磷素肥力狀況調(diào)控水稻葉片直立性的機理，對于培育磷高效利用且耐密植水稻品種尤為重要。3種形成的一對相互抗結的調(diào)控模塊能夠響應土壤磷素肥力狀況，影響水稻葉枕（葉柄與葉鞘的連接區(qū)域）細胞的伸長，調(diào)節(jié)葉枕大小，最終影響水稻葉片直立性。

新的水稻谷粒大小調(diào)控開關

中國科學院植物研究所宋獻軍研究組與中國水稻研究所莊杰云研究組合作，發(fā)現(xiàn)一個新的水稻谷粒大小調(diào)控開關，研究論文發(fā)表于Molecular Plant。研究發(fā)現(xiàn)，TGW3是谷粒大小的負向調(diào)節(jié)因子，能夠通過增加穎殼細胞大小、減少細胞數(shù)目，從而使穎殼變長，谷粒變大、變重；TGW3的大粒等位基因的第三內(nèi)含子核苷酸堿基發(fā)生轉變，改變其mRNA的剪切方式，導致其第三和第四外顯子的丟失，其編碼蛋白喪失形成二聚體的功能。研究人員通過水稻種質(zhì)資源序列測定分析，找到了其他兩個具有長粒表型的遺傳材料，其編碼序列與本次發(fā)現(xiàn)的大粒親本相同，顯示了該基因位點的稀缺性。

油菜氮素營養(yǎng)生理研究

華中農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院魯劍巍教授團隊在油菜氮素營養(yǎng)生理方面的研究論文發(fā)表于Journal of Experimental Botany。冬油菜是我國主要油料作物，對氮素養(yǎng)分的需求量較大。在葉片快速生長期，水溶蛋白形態(tài)儲存氮是葉片擴展過程中主要儲備氮源，可以有效地協(xié)調(diào)葉片生長和光合器官建成；當葉片完全展開后，葉片光合能力的維持則主要與非蛋白形態(tài)儲存氦素密切相關。適宜的儲存氮素含量是協(xié)調(diào)葉片擴展和光合能力的關鍵，與光合氮素之間的周轉則可以維持高的光合速率以及延長高光合持續(xù)時間。從葉片氮素經(jīng)濟學的角度來審視，儲存氮素的合理配置有利于作物碳收益最大化。

藍藻代謝與環(huán)境適應的新途徑

中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所楊琛研究組利用動態(tài)代謝流量組與代謝組分析技術發(fā)現(xiàn)一條新的代謝途徑，揭示了該途徑為藍藻適應環(huán)境所必需及其重要的進化及生態(tài)學意義，研究論文發(fā)表于CNature Chemical Biology。研究表明在氮源充足條件下鳥氨酸一氨循環(huán)促使氮同化及存儲以最大速率進行，而在氮源匱乏時該循環(huán)使得細胞中的氮儲存迅速分解，從而滿足細胞的生長需要。因此，烏氨酸一氨循環(huán)具有氮存儲和活化的功能，對于藍藻適應環(huán)境氮源缺乏和變化極其重要。與動物體內(nèi)的鳥氨酸一尿素循環(huán)相比，鳥氨酸一氨循環(huán)更為古老，它的存在提示不同物種為適應其生存環(huán)境可能進化出各種鳥氨酸循環(huán)。

糖信號調(diào)控植物生長發(fā)育的新機制

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李云海研究組與汪迎春研究員，安徽農(nóng)業(yè)大學程備久教授，中國科學院植物所鄭雷英副研究員合作，揭示了油萊素內(nèi)酯受體BRl1和BAK1介導的糖信號轉導的新機制，研究論文發(fā)表于Nature Communications。研究結果表明BRl1和BAK1的功能缺失突變體表現(xiàn)出對糖反應不敏感的表型，BRl1和BAK1之間的蛋白互作和磷酸化水平受到糖濃度調(diào)控，而RBRl1和BAK1蛋白在細胞膜上的定位也受糖濃度所調(diào)控。進一步研究發(fā)現(xiàn)，BRl1和BAK1與G蛋白作用在同一遺傳途徑中參與糖信號的調(diào)控。BRl1和BAK1對G蛋白的磷酸化影響了GPA1和AGB1/AGGs的解離，從而調(diào)控了植物生長發(fā)育。

植物繁育系統(tǒng)進化研究

中國科學院華南植物園系統(tǒng)發(fā)育與繁殖生物學研究組完成了對茜草科玉葉金花屬植物半數(shù)以上種類的性系統(tǒng)和大部分物種的生活型研究；通過全面的采樣（70%），基于8個葉綠體基因進行了系統(tǒng)發(fā)育關系重建以及性狀相關性分析：在此基礎上探討了各種性系統(tǒng)、生活型對于物種分化速率的影響，研究論文發(fā)表于Molecular Phylogenetics and Evolution。二型花柱是玉葉金花屬的原始的繁育系統(tǒng)類型；二型花柱進化到雌雄異株，單型短柱花、單型長柱花；雌雄異株4次獨立從二型花柱起源，并兩次逆轉到兩性同型花；雌雄異株和攀援木本是顯著相關的，然而僅雌雄異株與快速分化的物種分化率相關，攀援木本對物種分化率沒明顯影響。

棉花黃萎病致病機制研究

中國科學院微生物研究所孔照勝課題組與石河子大學教授孫杰課題組合作揭示了V型肌球蛋白Myosin5介導的分泌裝置在大麗輪枝菌與棉花互作中的重要作用，研究論文發(fā)表于Molecular Environmental Microbiology。棉花黃萎病是一種土壤傳播的維管束病害，嚴重影響棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)Myosin5在大麗輪枝菌菌絲生長過程中定位在菌絲頂端和細胞分隔處，通過介導囊泡運輸調(diào)控分生孢子的發(fā)育和菌絲的極性生長過程。分泌蛋白組數(shù)據(jù)證實敲除突變體菌株分泌能力有缺陷，顯示Myosin5作為分泌裝置的重要組分，調(diào)節(jié)大麗輪枝菌致病相關因子的分泌，在大麗輪枝菌與宿主植物的互作過程中發(fā)揮重要作用。

物理

中國散裂中子源第一篇用戶實驗成果文章

北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授領導清潔能源和材料基因組研究團隊與陳和生領導的中國散裂中子源團隊緊密合作，開展將中子源通過中國散裂源團隊自主建設的通用中子衍射儀（GPPD）應用于鋰電池材料的微觀結構及相關機理的研究.研究論文發(fā)表于Nano Energy?；谥凶友苌鋵嶒灲Y果.建立了三元材料體系中反位缺陷隨過渡金屬組分的變化規(guī)律，提出材料中鋰鎳反位與三角晶格阻挫結構特征之間存在關聯(lián)的觀點，并從該角度對鋰鎳反位缺陷結構的形成做了自洽的解釋。這些結果有助于進一步澄清材料中缺陷結構與電池材料性能之間的關系，并且在對三元鋰離子電池正極材料的開發(fā)過程中起到直接的指導作用。

發(fā)現(xiàn)112型鐵基超導體的中子自旋共振模

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心的SC8研究組羅會仟副研究員等利用非彈性中子散射研究了新型112結構體系鐵基超導體，發(fā)現(xiàn)了其中的自旋共振模，相關論文發(fā)表于Physioal Review Letters。112型鐵基超導體于2013年被發(fā)現(xiàn).它具有與其他鐵基超導體系基本類似的晶體結構，磁結構和費米面，但又獨具個性，且更為復雜。例如：層狀結構中嵌有特殊的鋸齒形砷鏈。整體對稱較低的單斜結構，磁波矢與其他鐵砷化物類似但磁矩在面內(nèi)旋轉了45°，因砷4p軌道的介入導致在布里淵區(qū)邊緣多出一個電子型費米口袋。研究結果對理解鐵基超導體自旋共振的微觀起源乃至其超導機理都有重要的啟示。

用于準非易失應用的范德瓦爾斯結構半浮柵存儲

復旦大學微電子學院教授張衛(wèi)、周鵬團隊研發(fā)出具有顛覆性的二維半導體準非易失存儲原型器件.開創(chuàng)了第三類存儲技術，解決了國際半導體電荷存儲技術中“寫入速度”與“非易失性”難以兼得的難題，相關成果發(fā)表于《自然一納米技術》。這項研究選擇了二硫化鉬，二硒化鎢、二硫化鉿、氮化硼等多重二維材料堆疊構成了半浮柵結構晶體管，制成階梯能谷結構的范德瓦爾斯異質(zhì)結。其中一部分如同一道可隨手開關的門，電子易進難出；另一部分則像一面密不透風的墻，電子難以進出。對“寫入速度”與“非易失性”的調(diào)控.就在于這兩部分的比例。

紅外光源研究進展

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張子腸課題組與中國科學院半導體研究所劉峰奇。王占國實驗室合作利用調(diào)制摻雜的多層量子點結構.打破了傳統(tǒng)半導體寬光譜光源中輸出光譜寬度與輸出功率相互制約的關系，成功地研制出了近紅外波段高輸出功率>20mW、同時寬光譜>130nm的量子點SLD。研究論文發(fā)表于Light：ScienceApplications。又利用子帶間躍遷的量子級聯(lián)材料為增益介質(zhì)，采用寬譜光源與光放大器單片集成的器件結構，實現(xiàn)了國際上第一支室溫連續(xù)工作的中紅外量子級聯(lián)SLD。超輻射發(fā)光管（SLD）是一種利用放大自發(fā)輻射的非相干光源，是一些非相干光學系統(tǒng)（如光學相干層析成像系統(tǒng)（OCT）的理想光源。

全新量子測量方法實現(xiàn)最高效量子態(tài)層析測量

中國科學技術大學中國科學院量子信息重點實驗室李傳鋒、項國勇研究組與復旦大學、北京理工大學、南京郵電大學的合作者提出基于光子量子行走的確定性集體測量方法，在實驗上實現(xiàn)了目前國際上最高效的量子態(tài)層析測量.研究論文發(fā)表于Nature Communications。提出了一種基于量子行走確定性實現(xiàn)任意兩份拷貝的量子態(tài)集體測量的一般方法，在實驗上用光子量子行走高保真度地實現(xiàn)了最優(yōu)的集體測量，把這種確定性集體測量用于單比特量子態(tài)層析的實驗研究，突破了局域測量的量子精度極限.獲得了當前最高效的量子態(tài)層析效率。集體測量至少可以將層析效率提高50%，而且效率提高幅度隨著量子態(tài)的純度以及量子系統(tǒng)拷貝數(shù)增加而增加。

單個量子光源的超分辨選擇性激發(fā)和成像

中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心納米物理與器件實驗室魏紅副研究員和合作者設計了一種利用金屬納米線上的表面等離激元干涉場作為激發(fā)源的超分辨激發(fā)和成像方法，利用表面等離激元實現(xiàn)單個量子光源的超分辨選擇性激發(fā)和成像，相關論文發(fā)表于NanD Letters。光的衍射極限限制了常規(guī)光學成像的分辨率和介質(zhì)光子器件的尺寸，將對光的操控和利用制約在波長水平，而金屬納米結構的表面等離激元可以將光場束縛在納米結構表面，使突破衍射極限的納米尺度光操控成為可能。該工作為研究和表征等離激元納米波導與多個納米量子光源耦合體系的光學特性提供了一種實驗方法。

廣義索利斯泵的實驗觀測

中國科學技術大學微觀磁共振院重點實驗室杜江峰院士帶領研究團隊與新加坡國立大學教授龔江濱理論研究組合作，利用金剛石中的單自旋量子模擬器，實現(xiàn)了廣義索利斯泵的實驗觀測，相關研究成果發(fā)表在《物理評論快報》。相傳兩千多年前，阿基米德設計了一種機械裝置，用于把水從低處抽往高處。該裝置被稱為“阿基米德螺旋泵”。1983年.著名凝聚態(tài)物理學家索利斯（D.J.Thouless）提出了一種量子泵。索利斯指出，該過程引發(fā)的粒子輸運是整數(shù)，該整數(shù)與參數(shù)空間的拓撲性質(zhì)有關。此現(xiàn)象被稱為“索利斯泵”，相當于整數(shù)量子霍爾效應的動態(tài)版本。

蛋白質(zhì)中范德華作用的定量解析

中國科學院青島能源所蛋白質(zhì)設計研究組姚禮山研究員主持完成，部分實驗在中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置中進行，實現(xiàn)了蛋白質(zhì)跨范德華力的JCC一耦合常數(shù)測量，并對其來源機制進行了解析，為證明蛋白質(zhì)中范德華作用存在提供了直接的實驗證據(jù)，研究論文發(fā)表于《美國化學會志》。蛋白質(zhì)是生命體重要組成成分和生命活動的重要執(zhí)行者，在蛋白質(zhì)中存在多種非共價相互作用協(xié)同工作進而穩(wěn)定蛋白質(zhì)結構及實現(xiàn)蛋白質(zhì)的功能。其中，范德華作用是一種不可忽視的作用力。通常范德華作用可以根據(jù)蛋白質(zhì)中結構參數(shù)如側鏈基團之間的距離來推斷，該研究在科學實驗中實現(xiàn)其定量測量。