世界一流科技期刊文章精选

环境科学

HONO在不同季节的源（大于0）和汇（小于0）的平均日变化（图片来源于中国科学院城市环境研究所网站）

大气亚硝酸的大气化学过程与来源研究

中国科学院城市环境研究所陈进生研究员、安徽光学精密机械研究所秦敏研究员等人合作，揭示了沿海城市大气环境中亚硝酸气体（HONO）的化学特征、分布及来源。相关成果发表于《大气化学与物理》（Atmospheric Chemistry and Physics）。大气HONO的光解是羟基自由基（OH自由基）的重要来源，识别大气HONO来源对于理解大气化学过程及模型准确模拟有重要意义。硝酸盐光解很可能是春季和夏季主要来源，而NO2在BC表面光催化可能是秋季和冬季HONO主要来源。基于HONO/NOx比值可以较好地拟合夜间HONO的浓度变化，而昼间需要结合硝酸盐光解才能改善拟合结果。与臭氧光解相比，除了夏季午后，HONO光解在整个昼间都是OH自由基的重要来源。

电催化二氧化碳甲烷化研究新进展

华东理工大学材料科学与工程学院清洁能源材料与器件团队刘鹏飞等人提出调节催化剂表面水覆盖度提升深度还原产物的研究方法。相关成果发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。可再生能源电力驱动的电化学转化技术可将二氧化碳还原为具有高附加值的燃料和化学品。然而，目前大部分电催化剂材料对深度还原产物（如8电子转移的甲烷、12电子转移的乙烯和乙醇等）的选择性和反应速率较低，严重限制了这一技术的实际应用。密度泛函理论计算证明，在局部水浓度较低的铜表面上利于促进甲烷生成;进而可控制备出具有疏水性的碳包覆铜核壳结构，降低了催化剂表面的水覆盖度。

光伏产品贸易自由化对全球碳减排具有重要意义

北京师范大学环境学院毛显强教授团队与合作者认为，破除光伏贸易壁壘将促进全球碳减排。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。国际贸易在降低全球光伏产品价格及应用成本方面作用显著。然而伴随全球光伏市场扩张，贸易保护主义持续抬头，关税和非关税贸易壁垒在光伏产品贸易中屡见不鲜。研究指出，光伏产品贸易对提高全球太阳能光伏发电装机容量、光伏发电量及促进全球温室气体减排具有重要贡献。应通过构建协调的贸易政策体系，推动贸易机制改革，加强区域及全球贸易合作，将光伏产品纳入环境产品清单，能更好实现全球光伏产品贸易自由化、便利化，进而释放其环境效益。

自然启迪的二氧化碳水热还原长链烷烃

上海交通大学环境科学与工程学院金放鸣教授研究团队与合作者通过模拟地壳高温高压水热环境，利用铁钴金属将碳酸氢钠还原为长链烷烃。相关成果发表于《美国科学院院报》（PNAS）。石油的成油机理有生物成油和非生物成油两种学说。研究发现，碳酸氢根不仅充当碳源，还促进钴氧化物的还原，原位生成高活性的钴纳米片催化中心，突破了化工领域钴遇水即失活这一长期难解决的瓶颈问题。利用新开发的高温高压水热原位红外观察表明，零价钴的存在促进铁表面羟基物种的生成，二者的协同作用增强反应中间体一氧化碳的吸附，有利于其进一步氢化偶联，生成长链烷烃。该研究为石油的非生物成因学说提供了关键的实验证据和机理阐释。

不同季节颗粒硝酸盐光解与Runknown的关系（BC着色）红线和虚线分别代表对数拟合曲线和转折点（图片来源于中国科学院城市环境研究所网站）

环境科学

优化的土地管理措施能极大提高全球陆地生态系统固碳能力

武汉大学遥感信息工程学院沙宗尧教授与合作者在全球陆地生态系统固碳潜力研究方面取得新进展。相关成果发表于《自然·通讯-地球与环境）（Nature Communications Earth & Environment）。为应对全球变暖等气候变化问题，我国提出“碳达峰”“碳中和”双碳计划，从国家层面实施了一系列战略部署。全球陆地生态系统是重要的碳汇，通过绿色植物光合作用，每年可从大气中吸收超过1000亿吨的碳。这一研究基于全球近20年的植被遥感数据，结合全球气象、土壤、地形地貌数据，采用邻域相似性空间分析的方法，以邻域土地管理措施为参考对象，绘制了土地管理措施优化情景下，全球陆地生态系统植被固碳增加的通量地图。

城市土壤有机碳库空间分异规律与预测

中国科学院地球环境研究所王云强研究员团队分析西安市表层土壤有机碳库空间变异特征、分布规律和主控因子，并比较不同空间预测方法对城市土壤有机碳密度的预测效果。相关成果发表于《土链》（Catena）。西安市表层土壤有机碳库相较于郊区具有一定富集性，距离市中心越远，表层土壤有机碳密度越小;西安市表层土壤有机碳密度呈现短距离斑块状分布特征，主要受土壤质地、植被类型和人类活动（功能区、物理扰动、植被管理等）的综合影响;合理管理，如减少清扫、修剪，经常浇水等会增加城市表层土壤有机碳积累。文章也指出准确预测仍然具有挑战性，需进一步研究城市特定因素和过程对土壤有机碳周转的影响。

基于毒性效应调控的大气污染防控机制研究

复旦大学环境科学与工程系大气化学团队与清华大学环境学院教授王书肖团队和香港理工大学土木与环境工程系教授李向东团队合作，提出基于毒性效应调控的大气污染防控机制。相关成果发表于《自然·能源》（Nature Energy）。通过对固体燃料（能产生热能或动力的固态可燃物质，如煤、薪柴、秸秆等）产生的气溶胶开展研究，基于燃烧源现场测量、化学成分甄别、生物毒性解析和空气质量模拟及暴露风险评估，阐明气溶胶关键化学组分的源头形成机制、人群暴露健康风险和生物毒性机制，发现我国民用固体燃料燃烧所产生的气溶胶人群暴露风险比燃煤电厂排放的气溶胶高出两个数量级，进而提出面向人民生命健康为导向的空气质量管理建议。

微生物生存“饥饿游戏”的新进展

清华大学环境科学与工程学院温东辉教授与清华大学杨云锋教授、美国俄克拉荷马大学周集中教授合作，揭示微生物生存“饥饿游戏”的新进展。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。研究发现，富营养环境中快生长菌“数强独大”，慢生长菌被“竞争排除”;而在寡营养环境中，微生物更倾向于通过“抱团合作”来缓解资源限制、维持生命过程。由此，文章提出了以环境营养供给、个体生长策略、种间相互作用为核心的“饥饿游戏”假说。为了验证这一假说，研究者进一步设置不同营养供给水平的微宇宙模拟实验体系，确证了营养供给对不同策略型微生物的选择及其相互作用关系的影响。

优化土地管理措施全球陆地生态系统植被固碳增量通量地图（2001-2019年）（图片来源于武汉大学新闻网）

医学前沿

强迫症的发病可能和染色质结构失调有关

上海交通大学生物医学工程学院林关宁教授团队与上海交通大学医学院附属精神卫生中心王振主任医师团队组合作，对强迫症进行了核心家系（强迫症患者及其健康父母）队列的全基因组的研究。相关成果发表于《科学·进展》（Science Advances）。强迫症在世界范围的终身患病率可高达3%，其病因复杂、病理不清，影响因素包含环境和基因等。相关研究不仅证实了超罕见突变（新发严重突变）对强迫症的发病可能有着显著的作用，还提示这些突变所造成的染色质结构调控的异常将可能是强迫症病理过程中的重要因素。研究还发现大约一半的患者携带至少一个严重的新发突变，也为强迫症“新发突变假说”提供了新证据。

炎症性肠病研究进展

首都医科大学基础医学院周德山教授团队阐述了老化肠上皮miR-1/miR-124协同损伤肠黏膜屏障促进炎症性肠病的新机制。相关成果发表于《克罗恩病与结肠炎杂志》（Journal of Crohns and Colitis）。隨着年龄增加，肠黏膜上皮miR-1-3p和miR-124-3p二者的轻度升高能够发挥协同抑制黏蛋白糖基化修饰的限速酶—T合酶（T synthase）及细胞增殖周期蛋白CDK4/CDK6的作用，并证明了二者通过协同作用破坏肠黏膜屏障功能，促进老化肠黏膜炎性损伤的机制，为理解老年人易罹患结直肠炎性疾病提供了新的研究视角。表观遗传调控可能是老年人群肠黏膜屏障受损和慢性肠炎的重要因素，有望为临床延缓衰老、健康老龄化和预防老年慢性肠病提供新方法。

糖尿病创面修复研究进展

中山大学附属口腔医院夏娟教授、李卫昌副研究员团队开发了一类新型形状可编程层级结构复合膜修复体系，可有效促进创面的快速愈合与组织重建，为糖尿病创面的临床治疗提供了新的思路。相关成果发表于《微尺度》（Small）。糖尿病是一类以高血糖为特征的代谢性疾病。由于糖尿病创面（皮肤及口腔黏膜）存在长期慢性炎症、胶原代谢异常、愈合困难等问题，传统的治疗方法大多无法取得满意的愈合效果。文章重点探究了高分子纤维网络结构对材料体系宏观性能的影响规律及对糖尿病创面的修复机制，并通过理化性能测试、生物学检测、动物实验等手段，系统评价了其应用的灵活性、安全性和有效性。

DNA测序新技术

同济大学附属东方医院院长陈义汉院士团队与合作者开展研究，开发出基于UdgX的在单碱基分辨率水平上的DNA脱氧尿嘧啶的检测技术。相关成果发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。Ucaps-seq测序技术是国际上第一个用酶法检测DNA中的脱氧尿嘧啶（dU）碱基的技术，现存的dU测序技术均为化学法。通过借助被称为UdgX的特殊的酶分子，发明了灵敏性好、特异性强和分辨率高的DNA脱氧尿嘧啶检测技术，首次用酶法在单碱基分辨率水平上精准检测DNA中的dU，实现了DNA中dU碱基检测技术的根本性突破。Ucaps-seq测序技术对基因编辑脱靶具有强大的识别能力。

基于环境因素和基因风险交互影响的强迫症表观遗传的发病机制假设（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

全基因组家系研究发现的OCD关键突变基因及它们可能影响的神经递质系统基因（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

医学前沿

气动软体机器人研究进展

清华大学医学院生物医学工程系廖洪恩教授课题组提出的气动驱动与控制系统，具有“正负压一体化”和“可控充放气”的独特优势，可作为通用的气动平台，适用于研究气动软体机器人的多种气压需求和精细气压控制。相关成果发表于《软体机器人》（Soft Robotics）。软体机器人作为机器人领域的一个新兴分支，与刚性结构相比，具有高柔顺性、大自由度和环境共融性，在仿生机器人、搜索机器人、辅助设备和医疗机器人等领域都有潜在应用。该研究突破了软体机器人气动驱动方案的技术瓶颈，解决了现有气动驱动方案单一压力状态、放气过程压力不可控的问题，对软体机器人驱动和控制领域具有重要价值和意义。

血管平滑肌细胞感知、转导与响应细胞外基质刚度的新机制

北京大学基础医学院周菁课题组报道了血管平滑肌细胞中的胶原受体——盘状结构域受体1（DDR1）。相关成果发表于《生物活性材料》（Bioactive Materials）。血管平滑肌细胞具备可塑性，其表型可以响应多种微环境因素刺激而发生变化。其中，细胞外基质固有的机械信号（如基质刚度）可能与生物化学因素单独或协同作用，参与调控平滑肌细胞的表型与功能。在多种常见的慢性血管炎性疾病中，如动脉粥样硬化、高血压和术后狭窄，动脉壁刚度显著增加。DDR1可充当力学感受器，以不依赖于其配体的方式感知细胞外基质刚度升高，并介导细胞内力学信号转导，抑制平滑肌细胞收缩功能并促进促炎因子合成，引起管壁微环境变化从而加重血管硬化。

人工视网膜新器件技术

复旦大学微电子学院陈琳教授团队制备了一种高效、稳定的柔性人工视网膜感知器件，可以同时实现电/离子和光的双调制。相关成果发表于《纳米快报》（Nano Letters）。视网膜的光敏感细胞为了避免刺激性光线的伤害，在视觉系统中通过自我调节来适应光线，这个过程被称为光适应。利用这一器件也可以实现类似的光强响应变化。器件不仅具有光传感器的作用，还能将光刺激转化为电信号，对信息进行处理和存储从而实现视觉记忆功能，这与人脑中的视觉系统功能相类似，真正实现了感知-存储-计算一体化。光强可以从勒克司的几分之一到超过104勒克司不等。此外，通过器件所能实现的噪声点预处理功能，进一步提高图像的识别率和效率。

运动促进神经干细胞移植治疗脑卒中的动物实验进展

中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员潘光锦团队与中山大学附属第三医院教授胡昔权团队，以缺血性脑卒中（MCAO）动物为模型，在神经干细胞治疗方面展开深入合作，在神经干细胞移植结合运动训练促进移植神经细胞的体内成熟和动物行为学功能修复方面取得进展。相关成果发表于《干细胞报告》（Stem Cell Reports）。随着医学进步，脑卒中患者的生存率得到提高，但在存活患者中80%以上遗留神经功能障碍，如常见的运动感觉功能障碍，目前尚无有效治疗手段。研究表明，运动训练可以促进移植细胞的成熟和整合，神经干细胞移植结合运动训练的组合介入有望为相关神经疾病提供新型治疗方案。

可控并联平台应用示范（图片来源于清华大学网站）

正负压一体化可编程压力气动驱动系统原型机及单路气动方案原理（图片来源于清华大学网站）

植物科学

油茶基因组图谱和群体基因组学研究

中国林业科学研究院亚热带林业研究所姚小华等人与合作者破译了油茶的遗传密码。相关成果发表于《基因组生物学》（Genome Biology）。油茶，泛指山茶科山茶属植物中油脂含量高、具有一定栽培面积的、有经济栽培价值的物种的总称，是我国主推的重要木本油料树种。油茶籽油中不饱和脂肪酸达90%以上，以单不饱和脂肪酸油酸为主，富含角鲨烯、维生素E、甾醇、多酚等成分。研究者以二倍体油茶为对象，构建了油茶全基因组图谱，明确了油茶的起源和演化机制，结合200余份代表性油茶品种油脂高速合成期种仁的转录组数据，挖掘了油脂性状的关键基因及变异位点，揭示了油茶以种子油脂为栽培目标的驯化遗传机制。

苹果树腐烂病菌致病机理研究

西北农林科技大学植保学院黄丽丽等人揭示了苹果树腐烂病菌Vm-milR1通过抑制受体蛋白激酶基因表达，从而抑制寄主免疫反应并促进病菌侵染的分子机制。相关成果发表于《新植物学家》（New Phytologist）。研究发现Vm-milR1在侵染寄主过程中高度诱导表达，将Vm-milR1敲除后导致病菌的致病力大幅度下降。接种Vm-milR1敲除突变体可以诱导寄主活性氧的产生、胼胝质沉积和免疫相关基因的高效表达，Vm-milR1可以抑制寄主类受体蛋白激酶基因MdRLKT1和MdRLKT2的表达，进一步利用过表达和沉默试验证明，MdRLKT1和MdRLKT2正调控寄主产生对苹果树腐烂病菌的抗病性。

蒺藜苜蓿复叶模式建成的分子机制

中国科学院西双版纳热带植物园贺亮亮、陈江华等人针对蒺藜苜蓿复叶模式建成过程中关键基因和激素信号等展开综述，比较了不同物种间复叶发育机制的异同。相关成果发表于《植物科学前沿》（Frontiers in Plant Science）。通过对豆科模式植物蒺藜苜蓿叶发育的研究，积累了对复叶形态建成的基因调控基础。研究者进一步总结了蒺藜苜蓿复叶性状相关的遗传调控因子;描述了复叶模式建成中干细胞活性和边界划分的调控模型;探讨了复叶模式建成中生长素的作用模型和背腹极性的调控机制;提出了未来复叶发育研究中值得关注的重点内容，以及在紫花苜蓿上的应用前景等。

利用根系解剖结构揭示草原植物根系功能

中国科学院植物研究所白文明研究组以内蒙古典型草原常见的32种植物为研究对象，从根系解剖结构的角度揭示了内蒙古典型草原植物根系结构与功能随根级的变化规律，以及单子叶植物和双子叶植物根系吸收和传输的权衡策略。相关成果发表于《新植物学家》（New Phytologist）。研究发现，单子叶植物根系的所有根级都存在皮层和菌根侵染，而随着根级的升高，内皮层的细胞壁加厚程度和中柱的比例升高。双子叶植物的根系随着根级升高，皮层厚度和菌根侵染显著下降，中柱比例显著升高，表明双子叶植物的根系功能在高级根由吸收转变为传输。进一步研究发现，单子叶植物和双子叶植物通过不同的皮层和中柱比例实现吸收和传输功能的权衡。

油茶品种群体关联分析发掘油脂产量与品质的调控基因（图片来源于中国林业科学研究院亚热带林业研究所网站）

油茶果实（王开良摄）（图片来源于中国林业科学研究院亚热带林业研究所网站）

植物科学

拟南芥芽再生染色质状态动态图谱

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王佳伟研究组揭示了生长素和细胞分裂素时序性调控外植体体细胞命运转变，诱导细胞多能性产生，并进而实现芽再生的分子机制。相关成果发表于《发育细胞》（Developmental Cell）。植物芽再生一般分为两个步骤：先是离体植物组织（外植体，explant）在高生长素/细胞分裂素配比培养基（callus induced medium， CIM）上诱导愈伤组织（callus）形成，接下来在高细胞分裂素/生长素配比培养基（shoot induced medium， SIM）上誘导芽的发生。研究者挖掘到一系列可能在芽再生过程中发挥作用的转录因子，为我们理解植物细胞重编程及细胞命运转变提供了全新的视角。

豚草天敌广聚萤叶甲耐寒性快速适应的生理与分子遗传机制

中国农业科学院植物保护研究所周忠实等人研究发现，豚草天敌昆虫广聚萤叶甲北京种群比广西种群具有更强的耐寒能力。相关成果发表于《害虫科学》（Journal of Pest Science）。豚草原产于北美洲，是一种恶性入侵杂草，在我国华南至东北的大部分地区均有分布。广聚萤叶甲是豚草专一性天敌，对南方十几个省区市的豚草起到了非常显著的持续控制作用，有效抑制了豚草种群的扩张和蔓延。比较研究发现，北京种群成虫体内总糖、海藻糖、甘油、脂质和脯氨酸等耐寒性物质含量及Tret1a等耐寒关键基因表达水平均明显高于广西种群。研究结果有助于指导在更高纬度豚草发生区利用广聚萤叶甲开展有效的生物防治工作。

油桃形成的遗传机制

中国科学院武汉植物园揭示了油桃形成的分子机理。相关成果发表于《新植物学家》（New Phytologist）。油桃是普通桃的变种，起源于中国。油桃果皮质地明显不同于普通桃：油桃果实表皮无毛，光滑发亮、颜色鲜艳，好似涂了一层油;而普通桃果实表皮有绒毛，颜色较暗、无亮光。研究发现，控制油桃果实无毛性状的G位点包含一个PpMYB25候选基因。研究进一步揭示了桃PpMYB25和PpMYB26协同调控果实表皮毛发育和表皮蜡质积累，当它们的表达同时受到干扰后，就产生了桃的变种——油桃。果实表皮蜡质合成可有效地防止果实水分散失，研究结果为改良桃果实耐贮藏性提供了新思路。

中国主栽食用玫瑰的“复杂网状起源”假说

中国科学院昆明植物研究所胡金勇研究员等人收集了16个国内主栽食用玫瑰品系，构建了涵盖蔷薇属所有主要分类群的质体基因组系统树，追溯了中国食用玫瑰种质间的遗传关系及其可能的野生近缘种。相关成果发表于《园艺研究》（Horticulture Research）。文章指出，可能有6个野生种作为母本参与了中国主栽食用玫瑰种质的形成;至少9个野生种参与了现有主栽食用玫瑰品种的形成，野生玫瑰、“大马士革”和法国蔷薇是参与多个食用玫瑰品种形成的主要贡献者。现有主栽种质中仅“金边玫瑰”和“墨红玫瑰”具连续开花习性，YN01、YN02、“商水玫瑰”、“定陶玫瑰”和“紫枝玫瑰”具有偶尔二次开花现象，其他种类均为一次开花品种。科

通过染色质状态转变和顺式作用元件分析挖掘再生重要转录因子的示意图（图片来源于中国科学院分子植物科学卓越创新中心网站）

15种染色质状态的注释及不同染色质状态与转录调节因子ChIP-seq的关联性（图片来源于中国科学院分子植物科學卓越创新中心网站）

（本栏目责编：黄雪霜）