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1. 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（5036）

PDF（pc）（2449KB）（5483）

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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2. 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（3128）

PDF（pc）（4204KB）（4872）

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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3. 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（2060）

PDF（pc）（1681KB）（4840）

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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4. 从工具到个人助理——AI Agent 的原理、演进与安全风险

程彭洲, 张新鹏

自然杂志 2026, 48 (2): 79-087. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2026.02.001

摘要（1571）

PDF（pc）（1516KB）（4439）

人工智能智能体(artificial intelligence agent, AI Agent)作为2025 至2026 年最具变革性的技术方向之一，正在重塑人机交互的边界，推动人工智能从被动响应向主动服务的跨越。通过构建感知、规划、决策与反思等核心模块，结合工具调用能力与分层记忆管理机制，AI Agent 已具备多步骤推理与环境交互能力，成为大模型时代技术落地的核心应用形态。以OpenClaw 为代表的新一代AI Agent 框架，凭借自然语言指令驱动的桌面环境自动化操作能力，打破了传统智能工具的应用局限，推动智能系统实现了从“工具”向“个人助理”的范式跃迁，并展现出持续服务、个性适配和逐步演化为“用户数字分身”的发展趋势。然而，随着AI Agent 自主决策权限的提升与环境控制范围的扩大，其安全风险日益凸显，包括意图误解、感知幻觉等内生认知偏见问题，以及提示注入、隐私泄露和后门攻击等外部恶意威胁，使其成为一种新的高风险应用形态。本文系统回顾AI Agent 从工具调用到智能个人助理的发展历程，分析其关键原理与技术演进，并探讨其交互机制中的安全风险及未来研究方向。

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5. DeepSeek：从“概率生成”到“因果推理”

赵葛剑, 张新鹏

自然杂志 2025, 47 (2): 79-84. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.02.001

摘要（2406）

PDF（pc）（1555KB）（4303）

DeepSeek-R1的横空出世标志着人工智能研究范式的历史性转折。这一突破性成果颠覆了传统AI系统依赖概率生成与模式匹配的圭臬，通过思维链推理与强化学习的深度融合，首次实现了工业级的人工智能推理能力。其创新性的推理架构不仅极大地降低了训练专业人工智能模型的成本，更在数学证明、逻辑推理等复杂任务中展现出类人的思维链特征，推动了从 “概率生成”到“因果推理”的深刻变革，开启了AI技术发展的新纪元。本文对DeepSeek系列模型的发展历程进行回溯，并介绍了其在思维链框架以及模型架构中的关键创新，最后就其思维链的安全性问题展开讨论。

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6. 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（3174）

PDF（pc）（2848KB）（4218）

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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7. 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（1402）

PDF（pc）（5065KB）（3879）

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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8. 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（8159）

PDF（pc）（3339KB）（3790）

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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9.

创新药物设计——从计算机辅助到人工智能

卞月珉

自然杂志 2025, 47 (1): 1-10. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.01.001

摘要（1107）

PDF（pc）（3165KB）（3577）

计算科学的高速发展不断为药物发现领域带来革新与机遇。伴随着生命科学领域数据的持续增长和计算硬件设备的迭代更新，计算化学以及化学信息学在临床前药物设计领域的支撑作用日益凸显。本文围绕计算机辅助药物设计(computer-aided drug design, CADD)和人工智能药物设计(artificial intelligence-driven drug design, AIDD)两大主题，简要阐述计算科学和药物发现在学科交叉中的探索和创新，以及针对临床前小分子药物的应用和进展。

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10. 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（7581）

PDF（pc）（1261KB）（3424）

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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11. 从电路计算到人工智能——从计算机视角看“诺贝尔物理学奖颁给人工智能学者

李晓强

自然杂志 2024, 46 (6): 435-443. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.06.006

摘要（3622）

PDF（pc）（1500KB）（3216）

从字面意义上看，人工智能和物理学是两个完全不同的学科。实际上，人工智能的另外一个名称是“机器智能”，其中的“机器”是指电子计算机。1946年，电子计算机成功脱胎于能够表达逻辑代数的电路系统(物理学)，具有了媲美甚至超越人类计算和记忆(存储)的能力，逐渐发展出一个新的学科——计算机科学。本文从计算机科学的视角，通过概述计算机诞生以来近80年的发展历程，来解读2024年诺贝尔物理学奖颁给人工智能学者的原因。

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12. 中国光子大科学装置的发展

刘志, 万唯实, 王东

自然杂志 2024, 46 (3): 161-172. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.001

摘要（2389）

PDF（pc）（9529KB）（3186）

光子大科学装置主要分为同步辐射光源和自由电子激光装置两大类，可以产生光子能量范围从红外到硬X射线的高通量、高亮度、光子能量连续可调的光，在过去半个多世纪里已经发展成为服务于物理学、化学、材料科学、生命科学、能源、环境科学等众多学科的综合性科研中心。光子大科学装置在我国经过了40多年的发展，已经建立起较完整的体系，达到世界先进水平。文章通过对已有的和建设中的装置的描述分别介绍同步辐射光源和自由电子激光在国内的发展历程和现状，并对未来发展趋势进行展望。

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13. 雷暴电学与人工引雷

蒋如斌, 刘冬霞, 袁善锋, 张鸿波, 吴学珂

自然杂志 2025, 47 (4): 249-260. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.04.002

摘要（958）

PDF（pc）（2766KB）（3104）

雷暴和闪电是严重的自然天气灾害，影响社会经济各个领域。云动力和微物理过程的共同作用，使电荷在霰、冰晶等水成物粒子之间转移。这导致雷暴云带电，并在不同区域聚集大量电荷，从而发生闪电放电。闪电可产生氮氧化物、高能辐射，引起上下大气层物质和能量交换等，所涉及的问题是多学科的。青藏高原的特征是海拔高、面积大且地形复杂，雷暴和闪电活动频繁。中国科学家的研究揭示了青藏高原雷暴的下部主导型三级电荷分布模态，其普适性也被其他高海拔雷暴研究所证实。青藏高原雷暴的独特结构及其对全球和区域的生态环境及气候变化的响应与反馈，会受大尺度环流和局地热动力因素的共同控制，值得进一步关注和重视。人工引雷技术使随机性很高的闪电能够在一定时空可控的状态下发生，为闪电的物理机制和效应、雷击防护技术测试等研究提供了良好条件，基于此取得了一系列进展。未来，通过开发新技术来影响雷暴云起电过程或高空一定区域引发闪电以实现对雷暴、闪电的人工干预，仍有待深入探索。

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14. 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（740）

PDF（pc）（5180KB）（3077）

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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15. 皮肤类器官的构建与应用

郑宗耀, 王亚龙

自然杂志 2025, 47 (3): 223-232. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.03.009

摘要（1131）

PDF（pc）（2676KB）（2767）

皮肤是人体最大的器官，由表皮和真皮紧密相邻组成。皮肤在人类生命中发挥着许多重要作用，例如屏障、体温调节、感觉和免疫等。近年来，随着类器官研究的蓬勃发展，皮肤类器官越来越受到关注，并得到广泛的应用。本文总结了复合型皮肤类器官和单独皮肤附属物类器官，从iPSC诱导分化到成体干细胞自组装成类器官的不同构建方法、培养条件，归纳了皮肤类器官的不同应用场景，包括疾病模型、组织器官再生、肿瘤研究、药效评价等，并在已有研究成果的基础上，给出皮肤类器官技术未来发展的建议，以期为皮肤类器官的更深入研究提供合理的参考。

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16. 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（1543）

PDF（pc）（4322KB）（2567）

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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17. 跨入X射线波段：超快和非线性光谱学的研究进展

刘伟民, 李润泽, 彭鹏, 戴晟, 李祯辉, 王涵, John Andrew McGuire

自然杂志 2024, 46 (3): 173-184. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.03.002

摘要（2191）

PDF（pc）（3396KB）（2473）

超快非线性光谱技术(远红外至近紫外波段)是探测物质动力学过程及对称性的有效手段。近年来X射线自由电子激光技术的发展使超快光谱学测量拓展至X射线波段成为可能。文章对相关的研究进展进行了评述，并着重强调X射线波段的超快非线性光谱技术对于加深人们对物理和化学现象以及材料性质等的理解具有重要意义。

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18. 生物防腐保鲜技术在果蔬采后领域的应用

万嗣宝, 秦臻, 魏云帆, 闫家宝, 田骁, 董靓儿, 高海燕

自然杂志 2025, 47 (3): 215-222. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.03.008

摘要（1031）

PDF（pc）（2974KB）（2457）

中国是全球最大的果蔬生产国，但由病原微生物侵染导致的采后损失率高达15% ~ 25%，这不仅造成巨大的经济损失，也对食品安全和资源可持续利用构成严峻挑战。在“健康中国”战略和“双碳”目标的政策驱动下，发展绿色、安全的生物防腐保鲜技术对减少化学防腐剂依赖、推动果蔬产业低碳转型具有重要意义。本文系统综述了动植物源抗菌活性物质、拮抗菌及其代谢产物、新型酶制剂等生物防腐保鲜技术的作用机制与应用前景，探讨其产业化应用的瓶颈与对策，为突破果蔬采后减损关键技术、构建绿色供应链提供理论支撑。

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19. 人形机器人双臂遥操作技术

宋爱国, 尹铭洋

自然杂志 2025, 47 (5): 350-359. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.05.003

摘要（1567）

PDF（pc）（3174KB）（2337）

人形机器人因其类人结构与行为模式，在复杂环境中展现出良好的适应能力。然而，受限于当前自主智能水平，机器人在高风险、高复杂度任务中仍难以独立完成操作。作为关键补充，双臂遥操作技术通过引入人类操作者的意图与判断，实现对机器人双臂的精细控制，成为推动其实际应用的重要路径。本文系统梳理了人形机器人的发展历程与感知、认知、控制等关键技术，重点分析双臂遥操作在人机映射、多模态反馈与主从控制等方面的研究进展及典型应用。最后，本文探讨了双臂遥操作技术的发展挑战与未来趋势，旨在为后续研究与工程应用提供参考。

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20. 面向机器智能的情感分析

彭俊杰

自然杂志 2024, 46 (2): 150-156. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.013

摘要（1202）

PDF（pc）（1479KB）（2156）

大模型的兴起，尤其是以大模型为基础的人工智能技术的发展与应用引起了全社会对人工智能技术的广泛关注。人工智能技术已经在很多方面达到甚至超越人类，可以替代人工完成一些技艺要求较高的工作。不过，在人工智能迈向人类智慧的道路上，仍然有许多难题亟待克服与解决，其中一个重要的问题就是情感分析与理解问题，如让机器准确理解人类的情感。针对该问题，文章从情感的定义与分类入手，对情感分析研究需要解决的问题，研究方向、研究现状、面临的挑战、应用前景与展望等进行了讨论。

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