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2018-07-12

科学中国人 2018年10期
关键词:基因组量子小麦

我国将在川滇、新疆建设地震科学试验场

5月15日,在成都举办的汶川地震十周年国际研讨会暨第四届大陆地震国际研讨会上,中国即将在川滇、新疆建设地震科学试验场成为了国内外与会专家们关心的热门话题。

据中国地震局科学技术司(国际合作司)司长胡春峰介绍,中国地震局将以深化地震孕育发生规律和成灾机理的科学认识、提升地震风险的抗御能力为目的,建设集野外观测、数值模拟、科学验证及科技成果转化应用为一体的地震科学实验场。川滇、新疆地区地震活动频度高、强度大,构造十分复杂,有着长期进行地震监测的基础,是理想的建设基地。

据胡春峰介绍,此次中国地震科学试验场是“一带一路”国家在地震安全合作上的一个新尝试,希望未来更多国家参与进来,进行科学研究、信息共享。亚洲地震委员会主席帕拉美什·巴纳吉介绍,不少“一带一路”沿线国家的防震减灾基础能力薄弱,表现在地震监测能力弱、建筑物抗震设防标准低、应急救援能力差。

目前,中国在开展“一带一路”地震安全合作上主要有4个举措,援建或合建地震监测台网;推进震灾防御工作,服务重大工程建设;提供地震人道主义救援及应急能力建设援助;积极开展防震减灾科技合作。

我国“月宫365”实验再创世界纪录

近日,随着4位志愿者走出“月宫一号”实验室,我国“月宫365”实验成功结束,实现了闭合度和生物多样性更高的“人—植物—动物—微生物”四生物链环人工闭合生态系统的长期稳定循环运转,且保持了人员的身心健康,再次刷新了人类密闭生存的世界纪录。

实验于2017年5月10日开始,共历时370天,是世界上时间最长、闭合度最高的生物再生生命保障系统实验。实验志愿者共有8人,他们被分为3班交替入舱,第一班60天,第二班200天,第三班110天。其中,第二班时长已打破此前由俄罗斯创造的同类系统中驻留180天的世界纪录。此次出舱时间比原计划延迟了5天,延迟出舱是“故意”模拟的突发状况,且舱内志愿者事先不知情,主要为研究突发状况下舱内人员的心理状态设置。

汶川地震十周年国际研讨会暨第四届大陆地震国际研讨会

这次实验积累的经验、技术、成果等将为在月球及其他星球长期驻留和飞船星际飞行提供重要的科技支撑。此外,还可探索该项成果在地球特定地区的推广应用,如缺水地区、高原缺氧和交通极不便地区及提高现有透明温室大棚单位容积产量等。下一步研究人员将在总结分析实验结果的基础上,研制空间站、月球/火星探测器搭载的小型生物再生生命保障系统实验装置,并争取搭载机会,通过天地对比分析,获得矫正参数和模型,进一步为该技术应用于太空奠定技术基础。

我国首次实现二维空间量子行走

我国科研团队于近日研制成功了大规模三维集成光量子芯片,并演示了首个真正空间二维的随机行走量子计算。这一最新进展对于推进模拟量子计算的发展、实现“量子霸权”具有重大意义。

近年来,关于通用量子计算机的新闻屡见于报端,IBM、谷歌、英特尔等公司争相宣布实现了更高的量子比特数纪录。但即使实现几十甚至更多量子比特数,如果没有做到全互联、精度不够且无法进行纠错,通用量子计算仍然无法实现。相反,模拟量子计算可直接构建量子系统,不需要像通用量子计算依赖复杂的量子纠错,因此,一旦能制备和控制的量子物理系统达到新尺度,将可实现超越经典计算机的计算能力,直接用于探索新物理和特定问题。

作为模拟量子计算的一个强大算法内核,二维空间中的量子行走,能将特定计算任务对应到量子演化空间中的相互耦合系数矩阵中。研究团队借助飞秒激光直写技术,制备了节点数多达49×49的三维光量子计算芯片。正是这种目前世界最大规模的光量子计算芯片,使真正空间二维自由演化的量子行走得以在实验中首次实现,并将促进未来更多量子算法的实现。

据悉,不同于过去20年里采用的通过增加光子数来增加绝对计算能力的方式,研究团队另辟蹊径,通过增加量子演化系统的物理维度和复杂度来提升量子态空间尺度,开发了更加可行的全新量子资源,对未来量子模拟计算的研发具有重要意义。未来他们将继续致力于量子信息技术芯片化和集成化研究,构建尺度和复杂度上都达到全新水平的光量子系统。

中国科学家发现新型催化机制

最新一期国际学术期刊《自然·纳米技术》的封面文章,介绍了来自中国的重要成果:新型催化剂可把二氧化碳这一温室气体高效转化为清洁液体燃料——甲醇。

二氧化碳是当今最主要的温室气体,也是一种“碳源”,如果能借助科技手段将其“变废为宝”,不仅能缓解碳排放引发的温室效应,还将成为理想的能源补充形式。

据介绍,在这种新型催化剂中,铂以原子级别分散在载体表面,从而实现了最大化的贵金属原子利用率,有效降低了材料成本。实用化贵金属催化剂的负载量一般在5%以上,然而,过去的制备手段合成的单原子催化剂负载量很低,整体催化效率不高。该项工作中,科研人员将其负载量提高到7.5%,大大加快了单原子催化剂从实验室走向工业界的进程。

科研人员还发现,在二氧化碳加氢制甲醇的反应中,两个近邻铂原子的催化活性远高于两个孤立的铂原子的活性之和。针对这种“1+1>2”的现象,他们创造性地提出了“单中心近邻原子协同催化”这一新概念,颠覆了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。

我国完成小麦A基因组测序

5月10日,《自然》杂志刊发了中国科学家的一项最新研究成果,该项研究完成了小麦A基因组的测序和染色体精细图谱的绘制。这项研究,全面揭示了小麦A基因组的结构和表达特征,对深入和系统研究麦类植物的结构与功能基因组学,以及进一步推动栽培小麦的遗传改良具有重要理论意义和实用价值。

研究团队在前期小麦A基因组草图绘制的基础上,完成了乌拉尔图小麦材料G1812的基因组测序和精细组装,绘制出了小麦A基因组7条染色体的分子图谱,注释出了41507个蛋白编码基因,发现在小麦基因组中参与春化和开花的REM类转录因子基因有明显扩增。

通过与水稻、高粱和短柄草基因组的比较和共线性分析,研究团队推演出小麦A基因组7条染色体的进化模型,并鉴定出小麦A基因组从二倍体、经四倍体到六倍体进化过程中的染色体结构变异。群体遗传学分析显示,来自于新沃月地区的乌拉尔图小麦可分为3个亚群,其遗传多样性与海拔高度密切相关,并证明海拔高度在乌拉尔图小麦适应环境和重要性状(如白粉病抗性)形成中起到重要作用。

小麦A基因组测序和精细图谱绘制的完成,为国内外科研工作者解析小麦基因组进化和驯化提供了高质量的基因组信息和全新视角。注释出的基因信息将助力小麦重要农艺性状基因的精细定位、克隆和功能解析,加速栽培小麦的遗传改良和分子设计育种,将对提升小麦产业竞争力、保障粮食安全和农业提质增效与可持续发展产生重要作用。

科技部公示8个国家重点研发计划项目拟立项清单

5月8日,科学技术部公示了8个2018年度国家重点研发计划重点专项拟立项清单,分别是“高性能计算” “云计算和大数据”“地球观测与导航”“战略性先进电子材料”“增材制造与激光制造”“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”“新能源汽车”“先进轨道交通”。

此次公布的拟立项项目总数共128个,总经费超过31亿元。其中,51个项目由高校牵头,占比接近40%,其余项目由科研单位、企业等牵头。

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