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1. 无人艇集群控制技术研究综述

鲍凌志, 杜家辉, 胡辛明, 袁晓宇, 翁磊, 钟雨轩

自然杂志 2023, 45 (3): 207-216. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.005

摘要（852）

PDF（pc）（5522KB）（2828）

在日益复杂的海洋环境下，为了适应多样的作战任务，无人艇通常以艇群方式协同作业，其中无人艇集群技术近年来发展迅速。文章主要介绍了各国无人艇集群系统发展现状，着重梳理了无人艇集群任务分配、集群编队以及集群避障这三项关键技术的最新发展。最后，对无人艇集群协同控制的研究方向和未来趋势进行总结和展望。

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2. 人工智能在环境科学领域应用研究进展

劳佳怡, 王小燕, 施博, 王斌, 焦正

自然杂志 2024, 46 (4): 271-280. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.04.004

摘要（918）

PDF（pc）（1681KB）（2689）

人工智能(AI)的快速发展和高效率使其在科研领域越来越受欢迎。在过去十年中，环境学科对人工智能的应用呈指数级增长。使用人工智能的主要优点是能够高效地分析和处理大量数据，这正是环境科学研究面对的重要问题，因此人工智能的应用可以极大地促进环境科学与工程领域的发展。文章回顾了人工智能在环境科学领域中的最新应用，讨论了其优势和存在的问题，以及人工智能为环境科学带来的机遇和挑战。

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3. 细菌转录翻译偶联机制研究

张晶, 王程远

自然杂志 2024, 46 (2): 95-104. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.02.003

摘要（575）

PDF（pc）（5065KB）（2414）

中心法则描述了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的传递过程。转录过程是RNA聚合酶以DNA为模板合成信使RNA的过程，翻译过程是核糖体利用信使RNA合成蛋白质的过程。与真核生物不同，细菌和古菌没有细胞核膜的分隔，其转录过程和翻译过程在相同时间、相同位置上进行。其中，RNA聚合酶与核糖体相互协同，同步完成转录和翻译的现象被称为转录翻译偶联。转录翻译偶联是细菌和古菌的一种重要基因调控机制，能同时有效地调控转录过程和翻译过程，是细菌适应复杂环境的重要生物学基础。数十年来，大量的研究逐步揭示了细菌转录翻译偶联机制在细菌基因表达调控中的作用，一系列参与转录翻译偶联过程的调控因子也被鉴定发现。近期，基于不同偶联状态的转录翻译偶联复合体结构的突破性研究，首次系统地展示了在不同信使RNA间距下，转录翻译偶联过程的动态变化，为后续研究转录翻译偶联基因调控机制提供了理论基础。

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4. 镓基液态金属的结构与物性

张春小, 崔丹丹, 杜轶, 徐迅, 钟建新, 任龙

自然杂志 2023, 45 (5): 340-354. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.003

摘要（1203）

PDF（pc）（5439KB）（2221）

镓基液态金属由于其良好的流动性以及高导电导热性，在室温范围内展现出许多与固态金属材料不同的性质，也突破了固态金属无法实现的一些瓶颈，在柔性器件、软体机器人等方面展现巨大的应用前景。镓基液态金属的特殊物性与其原子结构、键价关系、电子性质等密切关联。深入理解镓基液态金属的基本结构与物性，对研究和应用液态金属材料有着重要意义。文章从液态金属的微观原子结构着手，综述了研究液态金属基本物性的常用理论和分析方法，并以此剖析了镓基液态金属最引人关注的一些性质，最后对液态金属物性研究及扩展其应用领域的可能方向进行了探讨。

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5. 超精密平面光学元件检测技术

周永昊, 常林, 何婷婷, 于瀛洁

自然杂志 2023, 45 (3): 157-176. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.002

摘要（571）

PDF（pc）（7249KB）（2127）

超精密光学元件是决定高端装备性能的核心元件，在大科学装置、精密仪器等领域中被广泛应用。对光学元件进行高精度检测是保证元件质量的重要途径。光学检测技术因具有非破坏性、高精度而成为光学元件检测的有效技术。首先，对超精密光学元件主要检测技术进行了综述，重点介绍技术原理、研究现状和应用瓶颈；其次，针对光学检测技术中的相位解调问题，以波长移相测量技术为例，结合超精密平面光学元件检测，概述了相位解调算法的原理与实现过程，并对其性能进行综合评估；最后，展望光学元件检测技术的未来发展趋势。

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6. 量子点的发现和创新——诺贝尔化学奖背后的科学精神

钟海政, 刘小丽

自然杂志 2023, 45 (6): 417-422. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.06.003

摘要（6826）

PDF（pc）（1261KB）（1891）

2023年诺贝尔化学奖授予对量子点的发现和合成作出重要贡献的三位科学家：芒吉•G•巴文迪(Moungi G. Bawendi)、路易斯•E•布鲁斯(Louis E. Brus)和阿列克谢•I•叶基莫夫(Alexei I. Ekimov)。文章主要介绍量子点研究开始前后的科学背景、发现过程以及发展过程中的创新历程，特别是以三位科学家为代表的量子点研究者们所表现出的科学精神。

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7. 气候变化与碳中和

周天军, 陈晓龙, 张文霞, 张丽霞

自然杂志 2024, 46 (1): 1-11. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.001

摘要（6442）

PDF（pc）（3339KB）（1778）

工业化以来化石燃料的广泛使用使大气中的二氧化碳浓度急剧升高，造成全球气候变暖、极端天气气候事件频发。为有效应对和减缓气候变化，国际社会通过《巴黎协定》设定了2 ℃和1.5 ℃温控目标，由此提出了碳中和的概念。文章介绍了全球变暖的基本事实、人类碳排放对工业化以来全球变暖的作用，归纳了关于未来气候变化的主要结果，阐释了1.5/2 ℃温升阈值与碳中和的关系，概述了国际社会为有效应对全球变暖而在减少碳排放方面的努力。

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8. 昆虫嗅觉系统编码规律

程李莉, 康乐, 郭晓娇

自然杂志 2023, 45 (4): 239-246. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.001

摘要（1360）

PDF（pc）（1722KB）（1725）

嗅觉在昆虫的整个生活史中发挥着重要作用，从定位取食寄主植物维持个体生存，到同种个体联系以及求偶交配维持种群发展。昆虫在长期的适应过程中发展出一套完备的嗅觉感受-处理系统。虽然不同种类昆虫的嗅觉系统在结构和功能上表现出各自的特色，但依然遵循着通用的编码规律。文章总结了昆虫外周感受系统与中枢神经系统感受-处理嗅觉信息的关键节点及彼此的对应关系，归纳昆虫嗅觉系统编码的一般规律并与一些昆虫特殊的嗅觉特征进行比较分析，为人们认识昆虫嗅觉作用机制与进化提供了新的角度。

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9. 纤维丛：万物之理

朱宏伟

自然杂志 2023, 45 (3): 234-238. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.007

摘要（919）

PDF（pc）（2436KB）（1667）

纤维丛是一门研究复杂系统的数学理论，用于描述许多深刻的数学和物理现象，已广泛应用在微分几何、拓扑学、物理学和信息学等领域。文章简述了纤维丛的起源、基本概念和理论基础，结合实例介绍了其在多个领域的应用。

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10. I型组蛋白去乙酰化酶复合物结构生物学研究进展

王雁南, 王晓, 张贺桥

自然杂志 2024, 46 (2): 130-138. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.010

摘要（374）

PDF（pc）（5180KB）（1554）

I型组蛋白去乙酰化酶复合物是从酵母到人所有真核生物中都保守的依赖于锌离子的组蛋白修饰酶。酿酒酵母Rpd3S和裂殖酵母来源同系物Clr6S包含多个亚基，可以被甲基化修饰的组蛋白H3第36位赖氨酸招募到相关核小体位点，随后对组蛋白H3和H4上的乙酰化修饰位点进行去除，以防止隐匿转录的发生。文章总结了近期关于I型组蛋白去乙酰化酶复合物结构生物学及生化方面研究进展，对I型组蛋白去乙酰化酶复合物识别核小体底物并对其乙酰化位点进行特异性去除的分子机制进行了讨论。

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11. 推荐《半导体物理学》

姬扬

自然杂志 2023, 45 (5): 397-398. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.010

摘要（673）

PDF（pc）（1458KB）（1536）

20世纪初发展的量子力学和相对论改变了我们对世界的认识，而20世纪中期开始迅猛发展的半导体科技是我们改造世界的利器。半导体电路在每个家庭里都司空见惯，半导体改变了我们工作、交流、娱乐和思考的方式。半导体物理学是半导体科技的基础，是量子理论在固体材料中的应用，而半导体科技的未来发展也离不开量子理论和半导体物理学的进步。可是大家对半导体的了解还不太多，现在的一些教材也不太能够跟上时代的步伐。《半导体物理学》这本书有助于填补这个空白。

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12. 植物光合作用原初反应与电子传递调控

陈铸峰, 田利金

自然杂志 2024, 46 (1): 35-45. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.004

摘要（810）

PDF（pc）（4322KB）（1489）

光合作用是地球上最大规模的能量物质转换和生物固碳过程，是绝大多数生命生存和发展的物质基础。光反应是光合作用的第一步，其调控机制对于植物的生长至关重要。近年来随着分子生物学、结构生物学等现代学科交叉融合发展，许多经典光反应调控途径的分子元件得以深入解析，多种新的调控机制逐渐浮现。文章简述了光合作用光反应过程，并结合国内外最新成果重点讨论了捕光和电子传递链调控机制。相关研究不仅加深对光合作用的认识，而且对优化植物生长进而解决能源粮食等重要问题具有潜在应用意义。

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13. 纳米多孔金属制备及其在传感检测领域的应用

刘瑾, 宁金妍, 吴琳, 张玲, 潘登

自然杂志 2023, 45 (4): 271-290. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.004

摘要（573）

PDF（pc）（4005KB）（1468）

纳米多孔金属是一类具有三维孔隙/韧带双连通结构的材料，具备高比表面积、化学稳定、特征结构稳定可调控、可选材料体系众多等特点，已成为电化学催化、储能领域的研究热点。近年来，基于其微纳尺度特征尺寸及金属特有的表面等离激元效应，纳米多孔金属已展现出在传感及检测应用领域的巨大潜力。文章讨论了纳米多孔金属的各类制备方法的优缺点，并简要介绍了金属表面等离激元材料及其在检测、致动、传感领域的典型应用。

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14. 植物单倍体诱导的方法、应用及展望

杨延铭, 王娜

自然杂志 2024, 46 (4): 285-298. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.012

摘要（2432）

PDF（pc）（4204KB）（1420）

单倍体育种技术可以极大地提高育种效率。单倍体诱导的产生主要包括体外配子体组织培养和体内染色体消除。文章综述了体内单倍体诱导的几种策略及其发展和应用，还对目前单倍体诱导系的作用机制进行了介绍，并重点介绍了着丝粒蛋白CENH3介导的单倍体诱导机制。

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15. 疲劳寿命预测的机器学习模型研究进展

邓阳, 戴春春, 王瑞金, 朱芳艳, 冷建涛, 张田忠

自然杂志 2024, 46 (4): 247-260. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.04.002

摘要（2009）

PDF（pc）（2848KB）（1415）

疲劳寿命的准确预测一直是重大装备设计研发所面临的挑战性难题。近年来，人工智能模型为疲劳寿命预测提供了新的研究范式，特别是在人工智能模型中融入已有知识，可有效提升其训练和预测能力。文章综述了知识和数据融合驱动的疲劳寿命预测模型的国内外研究进展，分析了各自的优势与不足，并对未来发展趋势进行了展望。

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16. 规范场纲领

朱宏伟

自然杂志 2023, 45 (4): 303-307. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.006

摘要（276）

PDF（pc）（1873KB）（1367）

规范场论是粒子物理标准模型的理论基础。文章简述了规范场的基本概念和起源，并运用初等数学和微积分知识，从函数变换的角度初步解释了规范场的思想。最后评述了规范场论对自然科学和社会科学的影响。

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17. 用于脂质体制备的微混合器的流动机理

王康, 刘心悦, 胡国辉

自然杂志 2023, 45 (3): 177-187. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.003

摘要（396）

PDF（pc）（2877KB）（1275）

脂质体的制备是当今纳米材料和生物医学工程研究的一个重要领域，尤其在制备粒度可控、尺寸均匀、组分可调的脂质体方面还面临着较大的挑战。微混合器作为微流控技术中的重要组成部分之一，它可以通过微米级通道控制流体的混合，从而实现高效、精准、可控的脂质体制备。文章概述了脂质体的制备方法及微流控技术的优势，并介绍了不同类型的微混合器在脂质体制备中的应用及优缺点，重点对微混合器的流动机理进行了综述，旨在为微混合器在脂质体制备中的应用研究提供一定的参考。

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18. 无机抗病毒纳米材料发展现状及机理研究进展

张雅婧, 王音典, 陈红霞

自然杂志 2023, 45 (4): 291-302. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.010

摘要（489）

PDF（pc）（3191KB）（1163）

病毒是造成人类疾病和死亡的主要原因之一，新的致命病毒以及现有病毒耐药性的出现对医疗、制药和生物技术部门构成了严重挑战。尽管针对病毒疫苗的研究已经受到了广泛的关注，研究人员仍不断致力于开发新型、广谱的抗病毒药物和材料。目前纳米技术的进步为开发新型抗病毒材料提供了便利，通过对纳米材料进行修饰，可使其具有显著的理化性能以及更好的抗病毒效果。无机抗病毒材料因具有较好的生物相容性、低成本和低毒性等优点，给抗病毒药物的开发带来了新思路。文章总结了近年来碳基材料、金属及金属氧化物等无机抗病毒纳米材料的研究现状及重要成果。

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19. 人工智能在文物保护中的应用

程远, 黄继忠, 张悦, 彭宁波

自然杂志 2024, 46 (4): 261-270. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.04.003

摘要（3050）

PDF（pc）（2449KB）（1152）

人工智能技术正在推动文物保护的现代化进程。文章全面梳理了人工智能在文物保护领域的应用现状。在文物数字化方面，激光点云语义分割等人工智能技术显著提升了文物数字化的效率和精度；在文物识别与管理方面，深度学习图像分类、知识图谱等为文物智能档案管理提供了支撑；在文物监测与检测领域，机器学习可以从环境参数与无损检测数据中自主分析文物状态，实现病害的早期预警；在文物虚拟修复与展示领域，人工智能技术正在从图像、几何、交互等多个层面来优化文物的虚拟修复方法与展示体验。研究显示，人工智能正在从多个维度重塑文物保护的理念、方法与手段，显著提升了文物保护的效率和精度。该综述为进一步探索人工智能赋能文物保护的实现路径提供了参考，有助于推进文物保护科技创新，实现文物保护与现代科技的深度融合。

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20. 软体机器人流体驱动技术研究进展

林杨乔, 张泉, 金滔, 庞萌, 杨小李, 齐雨璇, 夏彬榕, 钱昶旭, 王亢, 李龙, 田应仲

自然杂志 2023, 45 (3): 217-233. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.03.006

摘要（1145）

PDF（pc）（3408KB）（1151）

近年来，软体机器人成为机器人研究领域的一个重要研究方向。其主体结构由超弹性材料或柔性材料制成，在顺应性、安全性、灵活性以及成本效益等方面具备独特优势。随着软体机器人的发展，其驱动方式的选择变得尤为重要，而流体驱动技术作为软体机器人的重要驱动方式之一，能够充分适配软体机器人高自由度下的复杂运动。文章回顾了传统流体驱动技术(如气压驱动和液压驱动)的应用，讨论最新的智能流体驱动技术(如液压放大自愈静电驱动技术和电共轭流体驱动技术)，以及全软体流体基础元件的研究进展。最后，提出未来流体驱动技术研究的重点关注方向。

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