nature

地幔對流模型

Nature封面：地球一個對流模型的粘度場和表面。Nature雜志第7610期封面文章報道了地幔對流的研究進展。地球的亞表層以由各種不同大小和形狀的構(gòu)造板塊或巖石圈板塊構(gòu)成的一個連鎖網(wǎng)絡(luò)形式出現(xiàn)。地幔流動與地質(zhì)構(gòu)造之間之聯(lián)系的性質(zhì)以及板塊布局的起源在很大程度上仍不清楚。Claire Mallard等人建立了具有類似板塊行為的地幔對流的電腦模型，并用它們生成了通過時間投射板塊邊界網(wǎng)絡(luò)的一系列“虛擬地球”。這些模型表明，大板塊的布局是由消減板塊之間的間距控制的，由溝槽的彎曲造成的應(yīng)力將板塊分解成較小的碎片，這可解釋為什么小弧后板塊的迅速演變反映了在重大板塊構(gòu)造重組期間板塊運動的劇烈變化。

石墨烯自身從二維結(jié)構(gòu)變成三維結(jié)構(gòu)

Nature封面：來自一個單層主體石墨烯層的三個“絲帶”的并行自組裝。Nature雜志第7611期封面文章報道稱，James Annett和Graham Cross描述了一個系統(tǒng)，在其中單層石墨烯能通過一個折疊、滑動和撕破的過程將自身重組成三維結(jié)構(gòu)。當一小片石墨烯被折疊接觸到其本身時，它自然會開始滑動，并在這個過程中撕成一條帶狀結(jié)構(gòu)，就像絲帶一樣。當一個動能能障消除時，這種二維材料能合并成我們更熟悉的三維分層形式。這一“剝皮”現(xiàn)象的驅(qū)動因素是一個熱力學(xué)機制，該機制很穩(wěn)定，即便是在室溫下的空氣中也足以能夠在大面積內(nèi)發(fā)揮作用。這些發(fā)現(xiàn)有望成為以機械方式促動二維材料的一個新機制以及將它們組裝成復(fù)雜三維架構(gòu)的一個新方式。

珊瑚礁的保護

Nature封面：巴布亞新幾內(nèi)亞一小島周圍的一個珊瑚礁。Nature雜志第7612期封面文章報道了人類對珊瑚礁的研究和保護情況。世界珊瑚礁的健康狀況正在下降。這些生態(tài)系統(tǒng)的有效管理需要我們了解造成珊瑚礁健康狀況下降的因素。在一項橫跨生態(tài)學(xué)與社會科學(xué)的研究中，Joshua Cinner及同事利用來自世界范圍內(nèi)超過2500個珊瑚礁的數(shù)據(jù)建立了一個貝葉斯分層模型，以此來根據(jù)各種不同的社會經(jīng)濟驅(qū)動因素和環(huán)境條件預(yù)測巖礁魚的生物量。他們識別出15個亮點，即巖礁魚生物量顯著高于預(yù)期的地點。這些亮點不僅見于著名的偏遠和原始區(qū)域，而且見于社會文化機構(gòu)力量強大、地方參與保護程度很高的區(qū)域。文章進一步提出了對珊瑚礁保護工作的解決方案。

文化不同，賞樂相異

Nature封面：兩個音程的疊加頻譜，其中一個音程是和諧的（完全五度），另一個是不和諧的（三全音）。Nature雜志第7613期封面文章報道了音程的研究。和諧音程的復(fù)合頻譜是諧音列的一部分。相比之下，不和諧音程的頻譜是非諧音。通常認為，和諧與不和諧音程帶給人的美感不同是由生理因素決定的，因而普遍存在于人類。在位于玻利維亞的亞馬遜雨林中的一個偏遠地帶，Josh McDermott及同事與生活在那里的一個至今仍與西方文化相對隔絕的土著部落Tsimane合作進行實驗。他們發(fā)現(xiàn)，Tsimane人認為和諧或不和諧的和弦與和聲同樣令人愉快。相比之下，玻利維亞的城市和城鎮(zhèn)居民更喜歡和諧音，盡管喜愛程度低于美國人。研究表明，對和諧音的偏好并不是普遍的，而可能是因為接觸特定類型的多音音樂形成的。

Science

大自然的憤怒

Science封面：印度尼西亞Mount Sinabung火山大噴發(fā)。Science雜志第6296期報道了人類在面對大自然災(zāi)害時的應(yīng)對情況?？八_斯州肆虐著龍卷風(fēng)，海嘯摧毀了日本核電站，每天我們都在經(jīng)歷各種自然災(zāi)害，地震、龍卷風(fēng)以及洪水擁有自然界最驚人的摧毀力量，而這些災(zāi)難總是在我們毫無防略的時候來襲。我們擁有的經(jīng)驗教訓(xùn)幫助我們理解許多災(zāi)害的物理過程，追蹤熱帶氣旋利用溫度提高改變颶風(fēng)，為火山噴發(fā)和海嘯提供預(yù)警。人類社會團結(jié)起來勇敢面對大自然的憤怒。但與此同時，我們應(yīng)該總結(jié)和反思，采取措施從源頭做起，控制日益惡化的生態(tài)環(huán)境，并努力將自然災(zāi)害的危害程度降到最低。

兆道爾頓規(guī)模、雙組分的二十面體蛋白復(fù)合物的精確設(shè)計

MDa級雙組分二十面體蛋白質(zhì)復(fù)合物。science雜志第6297期封面文章報道了MDa級雙組分二十面體蛋白質(zhì)復(fù)合物的設(shè)計。自然提供了很多基于蛋白質(zhì)自組裝或共組裝的分子機器。Jacob等人完成了在分子量（1.8到2.8MDa）和尺寸（直徑24到40nm）方面與小型病毒衣殼相差無幾的雙組分共組裝120亞單元二十面體蛋白質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的計算機設(shè)計和實驗檢測。檢測結(jié)果顯示，10種設(shè)計生成了三種不同的二十面體架構(gòu)形式，組裝結(jié)果與計算機設(shè)計一致。使用單獨純化得到的組分進行二十面體復(fù)合物體外組裝時，組裝的速度非常快，可以與病毒衣殼的組裝速度相比較，并且，通過電荷互補可以實現(xiàn)分子貨物的可控包裝。

子囊菌大型地衣的皮質(zhì)里發(fā)現(xiàn)的單細胞擔子菌

Science封面：Hypogymnia imshaugii，北美洲西北部的大型地衣。Science雜志第6298期封面文章報道在囊菌大型地衣的皮質(zhì)里發(fā)現(xiàn)了單細胞擔子菌。在過去的140年，地衣被認為是單菌種和光合植物的一種共生聯(lián)合體。其他真菌偶爾會作為寄生物存在，但是地衣的單菌種模式很少受到懷疑。Spribille等研究發(fā)現(xiàn)，許多常見的地衣是由子囊菌、光合植物，甚至單細胞擔子菌三者共同構(gòu)成的。這些擔子菌包埋于地衣的皮層，而在以前難以解釋的地衣問的表型差異與地衣中擔子菌豐度的差異相關(guān)。無論地域分布的距離差異有多大，地衣中擔子菌的類別都和地衣的類別密切相關(guān)，而在六個大洲上均有含單細胞擔子菌的地衣被發(fā)現(xiàn)。

向日葵為何向著太陽

Science封面：向日葵的向陽性。Science雜志第6299期封面文報道了向日葵為什么總是向著太陽這一從達爾文時代開始就困擾人類的問題。并不是所有的植物都有向陽性，而向日葵的向陽性則有助于其生長。向日葵夜間的運動是自身生物鐘的主動調(diào)節(jié)而不是慣性反彈。進一步研究說明向日葵自身的生理節(jié)奏指導(dǎo)其向陽性，而光照角度以及時長的確能夠影響其運動。向日葵莖干兩側(cè)的類生長素基因表達有巨大差異，對光和生理節(jié)奏有響應(yīng)的基因控制著莖干兩側(cè)的不對等生長，而向日葵莖干的不對等生長對于向日葵的向陽性是必不可少的?？傊蛉湛南蜿栃允怯善浔旧淼纳砉?jié)奏以及外部環(huán)境刺激共同決定的。endprint

化學(xué)

植物激素獨腳金內(nèi)酯的受體

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院謝道聽教授與醫(yī)學(xué)院婁智勇教授、饒子和院士等合作，闡明了植物激素獨腳金內(nèi)酯的受體D14，發(fā)現(xiàn)了新型的激素活性分子CLIM，并揭示了一種全新的“底物-酶-活性分子-受體”激素識別機制，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。激素對于生物的各種生命活動起重要調(diào)節(jié)作用：獨腳金內(nèi)酯作為新型植物激素，不僅調(diào)控植物分枝等重要生長發(fā)育過程，還作為根際信號調(diào)節(jié)“植物與共生真菌”及“植物與寄生雜草”的互作。研究發(fā)現(xiàn)DWARF14蛋白是植物激素獨腳金內(nèi)酯的受體，受體D14蛋白在生成激素活性分子、感知活性分子和招募F-box蛋白的過程中發(fā)生了巨大的構(gòu)象變化，揭示了D14-D3的精細互作面及其在獨腳金內(nèi)酯信號通路中不可或缺的作用，并在植物體內(nèi)鑒定了與受體D14通過共價鍵結(jié)合的獨腳金內(nèi)酯活性分子CLIM。

基于納米尺度尖端效應(yīng)實現(xiàn)高效二氧化碳催化加氫

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院曾杰教授課題組通過構(gòu)筑Pt3Co八足體合金納米晶并利用其尖端效應(yīng)實現(xiàn)高效二氧化碳催化加氫，研究論文發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。實驗設(shè)計并構(gòu)筑出Pt3Co八足體合金納米晶，其在二氧化碳加氫催化反應(yīng)中表現(xiàn)出卓越的催化活性。相較于Pt3Co立方體、Pt八足體、Pt立方體納米晶，Pt3Co八足體合金納米晶催化二氧化碳加氫生成甲醇的轉(zhuǎn)化頻率分別是它們的2.2，6.1和6.6倍。隨后，研究人員基于原位紅外反射吸收光譜觀測到二氧化碳在Pt3Co金屬納米晶催化作用下活化成二氧化碳δ-自由基，證實了電子在尖端處Pt原子上的富集有利于二氧化碳活化。

白磷直接合成有機膦

北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院席振峰/張文雄課題組，利用雙金屬試劑直接與白磷反應(yīng)，首次實現(xiàn)了從白磷直接高效高選擇性合成有機膦化合物，相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。有機膦化合物是最重要、應(yīng)用最廣泛的元素有機化合物之一。有機膦化合物中的磷元素主要來自于白磷，然而從白磷到有機膦化合物的傳統(tǒng)合成路線復(fù)雜而冗長。新方法利用丁二烯基橋聯(lián)的雙鋰試劑與白磷直接反應(yīng)，在溫和的條件下高產(chǎn)率地制備了磷雜環(huán)戊二烯的鋰鹽，并直接從白磷的四個磷原子中“鏟走”一個磷形成磷雜環(huán)戊二烯的鋰鹽。磷雜環(huán)戊二烯鋰鹽不僅可用作配體穩(wěn)定不同的金屬有機化合物，而且可用來合成多種含有磷雜環(huán)戊二烯結(jié)構(gòu)單元的有機共軛分子。

同步輻射技術(shù)研究二維磁性半導(dǎo)體材料

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室韋世強研究員等，利用同步輻射軟×射線吸收譜學(xué)技術(shù)，在研究二維超薄MoS₂半導(dǎo)體磁性材料的結(jié)構(gòu)、形貌和性能調(diào)控，相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。二維超薄半導(dǎo)體納米片具有宏觀上的超薄性、透明性、柔韌性和微觀上優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，是實現(xiàn)自旋電子器件微型化和功能最大化、制備大面積和高質(zhì)量的納米自旋電子器件等領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?。通過“兩步合成法”，在2H相的Mos：納米片中引入硫空位，它能將周圍呈八面體配位的Mo原子轉(zhuǎn)變?yōu)槿抢庵呐湮?，從而實現(xiàn)將1T相的MoS₂摻雜到2H相的MoS₂納米片中。

化學(xué)

高張力的苯并氮雜環(huán)丁烷的合成

南開大學(xué)的陳弓、何剛團隊與美國匹茲堡大學(xué)劉鵬教授等報道了高張力的苯并氮雜環(huán)丁烷的合成，通過分子內(nèi)鈀催化的C-H鍵胺化反應(yīng)，廉價高效地制備多種苯并環(huán)丁烷類化合物，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然-化學(xué)》雜志上。含氮雜環(huán)骨架的構(gòu)建在有機合成和藥物化學(xué)中意義重大，自然界中廣泛存在著含氮雜環(huán)化合物，如血紅素、葉綠素以及生物堿類，這些化合物在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的生理作用。研究報道了通過鈀催化C-H鍵活化胺化反應(yīng)高效制備苯并氮雜四元環(huán)產(chǎn)物的方法；通過生成高價鈀中間體，利用雙齒氧化劑PhI（DMM）實現(xiàn)突破，填補了氮雜四元環(huán)類化合物難于制備的空白，為小分子藥物研究提供簡便的方法。通過計算化學(xué)研究了反應(yīng)中間體，提出了三價鈀的反應(yīng)過程。

蛋白質(zhì)-高分子偶聯(lián)物拓撲結(jié)構(gòu)的簡潔合成

北京大學(xué)呂華課題組在蛋白質(zhì)一聚氨基酸拓撲偶聯(lián)物的簡潔合成方面進行了研究，研究論文發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。由于缺乏有效的方法在聚合物中精確引入多種不同的生物正交官能團，導(dǎo)致構(gòu)建帶精細拓撲結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)一高分子偶聯(lián)物過程復(fù)雜而低效。該研究開發(fā)了一種方法能夠在聚氨基酸鏈增長的過程中原位引入可修飾活性基團，得到兩端分別含有不同生物正交官能團的異遙爪聚合物，簡化了后續(xù)的蛋白質(zhì)一高分子偶聯(lián)步驟，得到了一批位點特異、且具有不同拓撲結(jié)構(gòu)的綠色熒光蛋白一聚氨基酸偶聯(lián)物，包括環(huán)狀的偶聯(lián)物。隨后用此方法制備了一系列不同拓撲結(jié)構(gòu)的干擾素α與聚氨基酸的偶聯(lián)物。

葫蘆脲的超分子化學(xué)：協(xié)同性的定量表征與精確調(diào)控

清華大學(xué)化學(xué)系張希教授課題組，與尉志武教授和英國劍橋大學(xué)的Oren A Scherman教授協(xié)作，發(fā)展了一種精確調(diào)控多重非共價相互作用的協(xié)同性的新策略，研究成果發(fā)表于《Langmuir》。葫蘆脲等水溶性的大環(huán)主體分子的主客體復(fù)合是熵焓共同驅(qū)動的過程。以葫蘆脲介導(dǎo)的三元主客體復(fù)合為研究對象，設(shè)計并合成了一系列帶有不同親疏水側(cè)鏈的客體分子用于協(xié)同性調(diào)控，通過逐漸調(diào)節(jié)客體分子的側(cè)鏈從親水性變?yōu)槭杷裕行У卣{(diào)控三元主客體復(fù)合從正協(xié)同到負協(xié)同轉(zhuǎn)變。類似的策略可以用于熵驅(qū)動或者焓驅(qū)動的其他超分子體系，通過平衡經(jīng)典和非經(jīng)典的疏水效應(yīng)，可能實現(xiàn)對協(xié)同性的精確調(diào)控。

納米材料轉(zhuǎn)化過程穩(wěn)定同位素分餾

中科院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室江桂斌院士研究組在納米材料轉(zhuǎn)化過程同位素分餾方面取得突破，相關(guān)成果發(fā)表于《自然一納米技術(shù)》。研究發(fā)現(xiàn)了納米銀在自然轉(zhuǎn)化過程中的穩(wěn)定同位素分餾現(xiàn)象，通過多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜測定了納米銀在轉(zhuǎn)化過程中天然銀同位素組成的極細微變化。發(fā)現(xiàn)不同的環(huán)境過程能夠?qū)е虏煌你y同位素分餾效應(yīng)，進而通過同位素變化揭示了納米銀在自然水體中的轉(zhuǎn)化途徑與機理。人工納米材料與天然納米材料在一些環(huán)境過程中具有顯著不同的同位素分餾效應(yīng)。這一現(xiàn)象為甄別環(huán)境中納米材料的來源提供了一種潛在的方法，從而為更準確的環(huán)境納米毒理學(xué)研究提供了可能。endprint

物理學(xué)

超冷原子光晶格量子計算

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室潘建偉院士及其同事苑震生、陳宇翱等次實現(xiàn)了對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產(chǎn)生、操控和探測，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然-物理學(xué)》雜志上?；诹孔恿W(xué)的基本原理，量子信息處理技術(shù)被認為是后摩爾時代推動高速信息處理的顛覆性技術(shù)。其中最關(guān)鍵的問題是如何產(chǎn)生和測控大量量子比特的糾纏態(tài)，并進一步開展容錯的量子計算。該研究向基于超冷原子的可擴展量子計算和量子模擬邁出了重要一步。由中科大主導(dǎo)研制的世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”已于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射升空?！澳犹枴背晒Πl(fā)射和在軌運行，將助力于我國廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，服務(wù)于國家信息安全，開展對量子力學(xué)基本問題的空間尺度實驗檢驗。世界上最快的量子隨機數(shù)發(fā)生器

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張軍等和英國牛津大學(xué)的同事合作，實驗實現(xiàn)了68Gbps的高速量子隨機數(shù)發(fā)生器，為未來超高速量子密碼系統(tǒng)的量子隨機數(shù)需求提供了可行的解決方案，相關(guān)論文發(fā)表于《科學(xué)儀器評論》。隨機數(shù)發(fā)生器是用來產(chǎn)生隨機數(shù)序列的一種器件，真隨機數(shù)通?；谖锢硐到y(tǒng)并具備不可預(yù)測性、不可重復(fù)性和無偏性等特征。量子隨機數(shù)發(fā)生器是基于量子物理原理或量子效應(yīng)而產(chǎn)生真隨機數(shù)的系統(tǒng)，在實用化量子密碼系統(tǒng)等對隨機性質(zhì)量和安全性要求較高的領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用。比特率是量子隨機數(shù)發(fā)生器最重要的指標。通過最小熵模型確定原始數(shù)據(jù)中量子隨機數(shù)的比例下限并提純后，最終輸出的量子隨機數(shù)提高了一個數(shù)量級。

石墨烯外延生長原子尺度的機理

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室李震宇教授研究組與同行合作，在石墨烯外延生長原子尺度的機理研究方面取得進展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《物理評論快報》。利用化學(xué)氣相沉積法在銅襯底上外延生長石墨烯是目前廣泛采用的一種生長大面積、高質(zhì)量單層石墨烯的方法。揭示石墨烯外延生長的原子尺度機理，對實現(xiàn)石墨烯非平衡生長的精確控制十分關(guān)鍵。研究首次揭示出在不同銅襯底上碳-碳二聚體是石墨烯生長的主要碳供給單元，解釋了不同銅襯底上石墨烯生長中由不同的關(guān)鍵原子動力學(xué)過程所決定的微觀機理，并預(yù)測了銅表面石墨烯不同生長形態(tài)（分維型或密集型）間相變的轉(zhuǎn)變溫度。

二維固體熔化

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐寧教授研究團隊在二維固體熔化研究中取得了新的進展，相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論快報》。二維軟芯膠體固體的熔化存在可重入熔化特性。最大熔化溫度所對應(yīng)的臨界密度是一個分水嶺，低于臨界密度時，六角相一液體相變呈現(xiàn)出一級相變特性，六角相和液相會共存，該共存區(qū)隨著靠近臨界密度而縮小，并在臨界密度處消失；高于臨界密度時，六角相一液體相變始終是連續(xù)的。因此，最大熔化溫度是六角相一液體相變由不連續(xù)到連續(xù)的轉(zhuǎn)變點。非連續(xù)六角相一液體相變的起因目前還沒有理論解釋，該工作表明，密度是影響二維軟芯膠體體系六角相一液體相變本質(zhì)的重要因素，非連續(xù)相變的出現(xiàn)并不依賴于系統(tǒng)，而可能依賴于距離剛性粒子極限的遠近。

物理學(xué)

利用量子模擬技術(shù)實現(xiàn)拓撲數(shù)的直接測量

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士課題組和耶魯大學(xué)蔣良教授合作，利用金剛石中自旋作為量子模擬器，在國際上首次直接測量了拓撲數(shù)，研究成果以“編輯推薦”的形式發(fā)表于《物理評論快報》。撲數(shù)可以用來表征一種特殊的相變——拓撲相變，這種相變無法用朗道對稱性破缺理論解釋。自量子霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來，許多拓撲相被理論預(yù)測和實驗驗證。研究通過耦合多個氮一空位點缺陷可以構(gòu)建可擴展量子模擬器，通過精確調(diào)控各個自旋可以模擬更為復(fù)雜的拓撲體系，也可以用未研究其他有趣的量子系統(tǒng)。相比于建造通用量子計算機，量子模擬器有望率先進入實用階段。對于一些復(fù)雜的材料體系，實驗制備存在技術(shù)挑戰(zhàn)，經(jīng)典計算機又無能為力，這時利用量子模擬器研究便具有十分重要的意義。

半導(dǎo)體超快量子控制非邏輯單元

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息重點實驗室固態(tài)量子芯片組郭國平教授、肖明教授等實現(xiàn)了半導(dǎo)體量子點體系的兩個電荷量子比特的控制非邏輯門，相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然-通訊》?，F(xiàn)代計算機的核心部件為全電控的半導(dǎo)體芯片cPu。開發(fā)與之兼容的半導(dǎo)體全電控量子芯片是量子計算機研制的重要方向之一。有單比特邏輯單元和兩比特控制非邏輯單元應(yīng)該就可以實現(xiàn)任意量子計算過程，電荷編碼單比特和兩比特的量子邏輯門的完成，表明電荷量子比特雖然相干時間比自旋量子比特短兩個量級左右，卻具有快兩個量級以上的邏輯門運算速度，并且具有易于全電操控、可集成化、兼容傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝技術(shù)等優(yōu)點。

高容錯率量子密碼

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強等和清華大學(xué)馬雄峰合作，實驗演示了高容錯率量子密鑰分發(fā)，他們在50公里的光纖鏈路上，誤碼率達29%的條件下仍然獲得了安全密鑰，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《物理評論快報》。量子密鑰分發(fā)從原理上保證了通信的絕對安全性。在量子密鑰分發(fā)協(xié)議的安全性分析中，通常認為錯誤來自于信道噪聲和竊聽兩個方面。當誤碼率超過一定界限，通信將不再安全。研究提出了一種易于實驗實現(xiàn)的高容錯率量子密鑰分發(fā)協(xié)議，即被動循環(huán)差分相位量子密鑰分發(fā)協(xié)議，該協(xié)議容許誤碼率高達50%。在此基礎(chǔ)上利用自主研發(fā)的上轉(zhuǎn)換探測器，實驗實現(xiàn)了50公里距離，29%誤碼率條件下安全密鑰分發(fā)。這套系統(tǒng)在大量背景噪聲的安全通信里將有直接的應(yīng)用。

利用弱引力透鏡峰值統(tǒng)計方法限制修改引力理論

北京大學(xué)物理學(xué)院天文系宇宙學(xué)研究團組劉項琨等對CFHTLenS弱引力透鏡觀測數(shù)據(jù)進行了詳盡的分析，利用弱引力峰值統(tǒng)計方法對“Hu-Sawicki f（R）修改引力理論”給出了嚴格的限制，明確證實了利用弱引力透鏡峰值統(tǒng)計方法區(qū)分不同引力理論的可行性，相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論快報》。大量的觀測證據(jù)表明，我們的宇宙正處在加速膨脹的狀態(tài)，這需要在廣義相對論的框架下，引入未知的具有“負壓”性質(zhì)的“暗能量”成分，或者在宇宙尺度上修改引力理論。二者均會極大地影響我們對宇宙的認知。在合適的模型以及參數(shù)空間下，上述兩類理論均可解釋宇宙加速膨脹。然而，它們將會預(yù)言不同的結(jié)構(gòu)形成與演化過程。因此，大尺度結(jié)構(gòu)的觀測對于人們理解宇宙加速膨脹的本質(zhì)、加深對基本物理和宇宙的認識。endprint

大氣與海洋

21，000年以來的東亞季風(fēng)變化研究

北京大學(xué)物理學(xué)院大氣與海洋科學(xué)系聞新宇、劉征宇教授及其合作者，用先進的氣候模式，系統(tǒng)地研究了古氣候?qū)W界的一個經(jīng)典問題：東亞冬季風(fēng)與夏季風(fēng)之間的相互關(guān)系。他們的研究結(jié)果澄清了長期以來在該問題上的不同認知，為近21，000年以來的東亞季風(fēng)變化研究提供了模擬證據(jù)，并為預(yù)估未來全球變暖背景下的東亞季風(fēng)變化提供了科學(xué)依據(jù)；研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。中國氣候主要受季風(fēng)系統(tǒng)影響。人們通常認為東亞夏季風(fēng)與冬季風(fēng)彼此呈負的相關(guān)關(guān)系，即夏季風(fēng)強時冬季風(fēng)弱，反之亦然；這一未經(jīng)充分證實的先驗假設(shè)關(guān)系一直被用來解釋東亞現(xiàn)代氣候變化和古氣候演化的諸多問題。然而，基于超長時間連續(xù)模擬試驗的結(jié)果證實冬季風(fēng)和夏季風(fēng)本質(zhì)上并沒有內(nèi)在、必然的聯(lián)系，只是在不同時間尺度上各自對多種外強迫有不同的響應(yīng)機理。

南黃海第四紀年代地層學(xué)研究

中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所“大陸架科學(xué)鉆探”項目組，通過對采自南黃海陸架的鉆孔（CSDP-1，孔深300.1米）進行高分辨磁性地層學(xué)等研究，最終建立了鉆孔的磁性地層年代框架，相關(guān)研究發(fā)表于《第四紀科學(xué)評論》。根據(jù)巖石磁學(xué)的測試結(jié)果，該孔的磁性礦物比較復(fù)雜，既有低矯頑力的磁鐵礦，又有中等矯頑力的膠黃鐵礦，還有高矯頑力的赤鐵礦。這些磁性礦物既可單獨存在，又可以組合共存，給古地磁定年帶來了一定的困難。研究采用交變退磁與熱退磁數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法建立鉆孔的磁性地層，成功地獲取了沉積物原生的剩磁信息，最終建立了鉆孔的磁性地層年代框架。磁性地層顯示鉆孔高斯正極性期和松山反極性期的界線（G/M：2588ka）位于227米附近。

降水影響下的生物氣溶膠的釋放

中科院大氣物理研究所傅平青研究團隊，揭示了北京春季一次降水過程中真菌類氣溶膠、類細菌氣溶膠以及非熒光生物顆粒物在降水不同時期的變化特征，研究論文發(fā)表于《科學(xué)報告》。生物氣溶膠是大氣有機氣溶膠的重要組成部分，既分布在細粒子模態(tài)也分布在粗粒子模態(tài)。生物氣溶膠不僅可以作為云凝結(jié)核和冰核來參與天氣氣候過程，部分生物氣溶膠還是人體過敏原。降水有助于地表生物氣溶膠（真菌孢子、細菌等）釋放到大氣中，但限于研究手段的限制，對降水過程不同階段的實時在線觀測研究仍很有限，因此，對降水過程中生物氣溶膠的詳細特征的了解仍存在很大缺失。真菌類氣溶膠在降水前期和后期釋放增加，空氣中數(shù)濃度增加兩倍多，而在降水中期，類細菌生物氣溶膠數(shù)濃度加倍。

全球增溫減緩背景下中國驟發(fā)干旱增加

中科院大氣物理研究所袁星研究員、謝正輝研究員與英國氣象局Peili Wu研究員和中國氣象局干旱所李耀輝研究員合作，研究了驟發(fā)干旱的長期變化趨勢，研究論文發(fā)表于《科學(xué)報告》。驟發(fā)干旱更有可能在濕潤半濕潤地區(qū)發(fā)生，如中國南方和東北地區(qū)。從1979到2010年，中國驟發(fā)干旱增加了109%。這種增長主要由長期變暖引起，但與土壤濕度下降和蒸散作用增強也有關(guān)。與全球溫度變化相似，自1997/98強厄爾尼諾事件以后中國增溫減緩，其對驟發(fā)干旱的影響被土壤水分含量降低和蒸散發(fā)增強抵消，從而導(dǎo)致在增溫停滯期間驟發(fā)干旱的發(fā)生加倍。驟發(fā)干旱與全球氣候變化直接相關(guān)，它與高溫、熱浪相伴，而全球變暖則會導(dǎo)致高溫等極端天氣事件增加。氣候變暖可能會在未來幾十年中加重中國的驟發(fā)旱情。

大氣與海洋

東亞海運排放清單研究表明亟待加強遠洋船舶排放監(jiān)管

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院劉歡副教授等采用衛(wèi)星和岸邊基站追蹤數(shù)據(jù)研究了東亞海運排放帶來的健康與氣候影響，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《自然-氣候變化》雜志上。海運是全球運輸業(yè)的基石和大宗商品首選的運輸方式，但海運會產(chǎn)生大量溫室氣體和多種大氣污染物排放。東亞是全球海運最繁忙和發(fā)展增速最快的區(qū)域（目前占據(jù)全球十大港口中的八個席位，貢獻全球30%以上的貨物裝卸量），但受技術(shù)方法的限制，精準的東亞海運排放清單一直缺失。2013年，來自東亞船舶的二氧化碳排放量占全球海運排放量的16%。海運帶來的空氣污染每年造成大約14500至37500人的過早死亡，并且給氣候系統(tǒng)帶來了短期和長期變化。研究結(jié)果表明，控制船舶排放不僅對應(yīng)對氣候變化非常重要，對減少貿(mào)易對于當?shù)厝巳旱慕】涤绊懹幸饬x。

中國石筍氧同位素記錄揭示過去64萬年亞洲季風(fēng)氣候變化歷史

西安交通大學(xué)程海教授及其合作者基于我國洞穴石筍氧同位素記錄在亞洲季風(fēng)氣候變化歷史研究成果發(fā)表于《自然》雜志。研究團隊利用高精度鈾（U）-釷（Th）定年和穩(wěn)定同位素測試分析，將亞洲季風(fēng)的洞穴石筍氧同位素記錄延伸至過去64萬年，即U-Th測年方法的年齡上限。該項研究給出了一份迄今最為詳細和準確的64萬年以來亞洲季風(fēng)強度變化的歷史記錄，證實了過去7次主要冰期結(jié)束和千年尺度氣候事件的發(fā)生是由歲差（地球的軸進動）引起的太陽輻射變化驅(qū)動的。研究同時指出距今40萬年前后和最近2000年的氧同位素記錄可為預(yù)測未來的氣候變化提供參考。

赤道印度洋Wyrtki急流年際變異

國家海洋局第一海洋研究所海氣中心青年學(xué)者段永亮博士等，將赤道印度洋Wyrtki急流年際變異新進展發(fā)表于《科學(xué)報告》。該研究利用國家海洋局“全球變化與海氣相互作用專項”于2013年布放在赤道印度洋85°E的深海潛標觀測數(shù)據(jù)，揭示了2013年春季與秋季W(wǎng)yrtki急流演化特征，發(fā)現(xiàn)兩次急流過程都發(fā)生在海洋上層130米內(nèi)，且只持續(xù)一個月，相對于氣候態(tài)呈現(xiàn)強度更強、范圍更深、時間更短等特征。值得注意的是，春季急流強度超過同年的秋季急流，這與已有認識截然不同，而且秋季急流的盛期出現(xiàn)在12月份，與氣候態(tài)相比延遲近1個月。2013年異常Wyrtki急流變異是由季節(jié)內(nèi)震蕩事件所導(dǎo)致，這一假設(shè)也被數(shù)值試驗進一步驗證。

印度洋深海沉積物中分離獲得深海微生物活性硝基化合物

中科院南海海洋研究所劉永宏研究團隊與暨南大學(xué)徐石海教授、中科院華南植物園魏孝義研究員合作，在深海微生物活性物質(zhì)的研究中取得新進展，陳盛添從一株印度洋深海沉積物來源真菌，成功分離獲得具有抗炎活性的硝基苯反式環(huán)氧酰胺二聚體化合物，研究結(jié)果發(fā)表于《有機化學(xué)通訊》。研究人員從Penicillium chrysogenum SCSl041001中，分離獲得了三個硝基苯反式環(huán)氧酰胺Chrysamides A-C（1-3），其中化合物ChrysamideA結(jié)構(gòu)中含有一個新穎的7-oxa-2，5-diazabicyclo[2.2.1]heptane二環(huán)系統(tǒng)，為自然界首個硝基苯反式環(huán)氧酰胺二聚體。同時確定了Chrysamides A-C新穎結(jié)構(gòu)的立體構(gòu)型。分離獲得的硝基苯反式環(huán)氧酰胺化合物中，Chrysamide C對炎癥因子IL-17具有顯著的抑制活性。endprint

植物

玉米抗旱基因克隆和功能研究

中科院植物研究所秦峰研究組利用全球不同地區(qū)的玉米自交系組成的自然變異群體，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，83個遺傳變異位點（解析至42個候選基因）與玉米苗期抗旱性顯著相關(guān)，為玉米抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《自然-遺傳學(xué)》。在全球范圍內(nèi)，干旱等自然災(zāi)害嚴重威脅玉米生產(chǎn)，嚴重時會造成大幅減產(chǎn)甚至絕收。因此，克隆玉米抗旱基因、改良玉米抗旱性是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需求。在抗旱性強的材料中，ZmVPP1的啟動子中含有一個長度為366-bp的DNA片段插入（InDel-379），該片段中含有3個干旱應(yīng)答的MYB順式作用元件，因而提高了ZmVPP1在干旱脅迫下的表達量，從而促進根系發(fā)育、增加側(cè)根數(shù)目、提高葉片的光合速率和水分利用效率，增強玉米的抗旱能力。

植物葉綠體基因組可以全部轉(zhuǎn)錄的新機制

中科院昆明植物研究所高立志研究團隊，發(fā)現(xiàn)植物葉綠體基因組可以全部轉(zhuǎn)錄的新機制，研究論文發(fā)表于《科學(xué)報告》。葉綠體是地球上綠色植物把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、供給地球上的其它生物能量來源的重要細胞器。文章提出了一種新的葉綠體基因組雙向啟動子多重轉(zhuǎn)錄模型，即植物葉綠體基因組幾乎能夠在任意位置發(fā)生轉(zhuǎn)錄起始和終止，從而產(chǎn)生了諸多長短不一的轉(zhuǎn)錄本，其中很多轉(zhuǎn)錄本包含不完整的編碼框甚至假基因。這些轉(zhuǎn)錄本經(jīng)內(nèi)切酶和外切酶的作用，剪切掉不行使功能的序列，最終形成具有確切功能的轉(zhuǎn)錄本。葉綠體基因組的這種轉(zhuǎn)錄起始位點和終止位點隨機組合的轉(zhuǎn)錄模式，產(chǎn)生了若干相互重疊、長短各異的初始轉(zhuǎn)錄本，從而形成了研究所觀察到的葉綠體基因組全轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象。

一種被子植物中通用的雙酶切簡化基因組二代測序文庫構(gòu)建方法

中科院昆明植物研究所郭振華研究員、李德銖研究員，與中科院海洋研究所李莉研究組一起，開發(fā)出一種被子植物中通用的雙酶切簡化基因組（Modified ddRAD，簡稱MiddRAD）二代測序文庫構(gòu)建方法，研究論文發(fā)表于《植物方法》。在二代測序基礎(chǔ)上發(fā)展起來的RAD-seq技術(shù)是一項基于全基因組酶切位點的簡化基因組測序技術(shù)。由于特異性酶切位點在全基因組范圍內(nèi)廣泛分布，通過RAD-seq能夠在大多數(shù)物種內(nèi)獲得數(shù)萬至數(shù)十萬的單核苷酸多態(tài)性標記。該技術(shù)操作簡單靈活、檢測成本低、檢測通量高，特別適用于需要對大量個體進行SNP標記開發(fā)及分型的遺傳圖譜構(gòu)建、系統(tǒng)發(fā)育分析及群體遺傳學(xué)等研究。

抗癌原料藥白樺脂酸生物合成

中科院武漢植物園章焰生研究團隊，利用白樺樹的樹皮為研究材料，從中分離了控制白樺脂酸合成的關(guān)鍵細胞色素氧化酶基因，被命名為BPLO基因，研究結(jié)果發(fā)表《BMC生物技術(shù)》。白樺脂酸為五環(huán)三萜類化合物，該化合物本身以及其衍生物對多種人類癌癥疾病具有較好的治療功效，尤其是對結(jié)腸癌以及黑色瘤的抑制作用明顯。白樺脂酸在很多種植物中均有合成，但其主要來源為白樺樹的樹皮，含量約為萬分之幾數(shù)量級。中國目前每年需求白樺脂酸的量在18-20噸左右，消耗約23萬噸的白樺樹樹皮用以提取制備白樺脂酸，隨著藥物市場需求的迅猛增長，以及白樺樹資源的有限性，白樺脂酸供應(yīng)鏈出現(xiàn)斷層現(xiàn)象。新研究構(gòu)建了酵母細胞人工合成途徑。

植物

光調(diào)控種子休眠和萌發(fā)的分子機理

中科院植物研究所林榮呈研究組運用分子遺傳學(xué)等手段，發(fā)現(xiàn)了兩個類Myb型轉(zhuǎn)錄因子RVEl和RVE2負責(zé)光調(diào)控種子休眠和萌發(fā)的分子機理，研究結(jié)果發(fā)表在《自然-通訊》。種子休眠與萌發(fā)是兩個緊密關(guān)聯(lián)的植物生理過程，對農(nóng)作物生產(chǎn)至關(guān)重要。休眠在種子成熟過程中逐漸形成，其程度往往在新收獲的種子中達到最高，可以幫助植物度過不利的環(huán)境、防止穗發(fā)芽及“胎萌”現(xiàn)象的發(fā)生。后熟、低溫和光照等因素往往可以打破休眠、促使種子萌發(fā)，使植物開始新的生命周期。種子休眠與萌發(fā)既受內(nèi)在因素的控制，也受外界環(huán)境的調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)RVE1和RVE2是一對能同時調(diào)控種子休眠和萌發(fā)的轉(zhuǎn)錄因子，揭示了phyB抑制種子休眠的機理，解析了光信號通過phyB-RVE1/RVE2-GA30x2通路整合內(nèi)源激素代謝來調(diào)節(jié)植物早期生長發(fā)育的作用機制。

水稻同源重組起始研究

中科院昆遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所程祝寬研究組在水稻中鑒定出了一個同源重組起始因子OsMTOPVIB，OsMTOPVIB和古細菌拓撲異構(gòu)酶TopVIB具有結(jié)構(gòu)相似性，相關(guān)成果發(fā)表于《分子植物》。同源染色體重組是減數(shù)分裂的重要事件，同源染色體問的物質(zhì)交換促進遺傳多樣性的發(fā)生；重組產(chǎn)生的交叉結(jié)可以將同源染色體緊密連接在一起，保證同源染色體準確地和紡錘體連接并且確保同源染色體均等分向細胞兩極。減數(shù)分裂重組起始于DNA雙鏈斷裂（double-strand breaks，DSBs）的產(chǎn)生。目前已鑒定的重組起始蛋白在真菌、動物和植物之間并不十分保守。和古細菌一樣，水稻減數(shù)分裂DSB由TopVIA和TopVIB所形成的二聚體催化產(chǎn)生。

通過免疫調(diào)節(jié)的清除作用改善APP/PS1小鼠的認知損傷

中科院昆明植物研究所孫衛(wèi)邦研究組馬永鵬副研究員在系統(tǒng)分析前人的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的研究案例，提出了群體遺傳學(xué)與生殖隔離相結(jié)合的研究思路，研究論文發(fā)表于《植物科學(xué)前沿》雜志。Homoploid hybrid speciation，HHS，稱為植物同倍體雜交物種形成。對于蟲媒傳粉的被子植物，在得到清晰的群體遺傳學(xué)證據(jù)之后，應(yīng)該細致的評估和量化雜種與親本的生殖隔離強度，尤其是對于植物傳粉者敏感的花色與氣味方面。最新的研究案例顯示，天然雜交后代可以在很短的時間內(nèi)，通過花色與氣味的差異調(diào)控其與親本在傳粉者種類與偏好的差異，迅速達到與親本合子前隔離的目的，加速HHS的過程。

植物雌雄識別的分子機制

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院瞿禮嘉研究團隊在植物雌雄識別的分子機制研究中取得進展，相關(guān)成果發(fā)表于《當代生物學(xué)》。植物和動物的有性生殖過程有賴于雌雄配子之間進行有效的信號交流?；ǚ酃埽ㄐ鄯剑┩ㄟ^與雌性的孢子體組織之間的相互作用和識別，將精細胞準確地運送到胚珠的珠孔端。其中，助細胞是花粉管最先接觸的雌配子體組織，它們與花粉管之間的相互識別和信號傳遞為接受花粉管并保證雙受精的完成提供了重要保障?；ǚ酃芘c助細胞的信號交流需要FERONIA受體和ENODLs的共同參與。ENODLs蛋白是植物花粉管接受過程中從雌方鑒定出來的又一個重要組分，其功能的鑒定有助于深入理解植物雌雄互作的分子機制。endprint