《自然杂志》高影响力文章推介（2023

Select

1. 面向制药配药的智能双臂机器人及其关键技术研究进展

张辉, 孔垂旺, 李康, 陈为立, 陈波, 樊叶心, 江一鸣, 王耀南

自然杂志 2025, 47 (5): 330-349. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.05.002

摘要（895）

PDF（pc）（6352KB）（549）

医药行业是关乎国计民生的支柱产业。人工智能等技术的发展促进了智能双臂机器人在制药配药领域的广泛应用。智能双臂机器人为医药生产注入新的活力，但是也面临着问题和挑战。鉴于此，文章综述了智能双臂机器人在制药配药领域的最新研究进展。首先概述制药配药场景的特殊性、智能双臂机器人系统及其在制药配药中的核心挑战；其次，针对面向制药配药的智能双臂机器人所面临的瓶颈和挑战，分析与总结智能感知、自主调度、先进控制、具身智能等关键技术；最后，对面向制药配药的智能双臂机器人的未来发展趋势进行展望。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

2. 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（977）

PDF（pc）（2974KB）（2397）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

3. 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（2361）

PDF（pc）（1555KB）（4256）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

4. 大陆硅酸盐岩风化通量与碳汇

雒恺, 马金龙, 韦刚健, 朱冠虹, 王嘉浩, 王志兵

自然杂志 2025, 47 (1): 52-63. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.01.006

摘要（952）

PDF（pc）（2567KB）（1269）

大陆硅酸盐岩风化及碳酸盐岩埋藏是从地表碳库中移除二氧化碳的关键地质过程，被广泛认为对调节全球大气二氧化碳水平和地球气候演化具有重要意义。一直以来，准确评估大陆硅酸盐岩风化通量及其二氧化碳消耗通量是地球科学研究的一个重要前沿领域。鉴于此，本文系统梳理了量化硅酸盐岩风化通量的计算模型及关键参数，评述了各模型的优缺点和适用范围，并对未来如何更准确量化硅酸盐岩风化通量进行展望。此外，基于现有的风化通量计算模型，本文还全面评估了全球硅酸盐岩化学风化消耗的二氧化碳通量，并对因风化作用引起的气候变化提出定性/定量的判别依据。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

5.

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（1089）

PDF（pc）（3165KB）（3559）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

6. 第四代半导体浅析

朱宏伟

自然杂志 2024, 46 (6): 444-447. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.05.015

摘要（1771）

PDF（pc）（1323KB）（1527）

与前三代半导体相比，第四代半导体不仅在材料种类上实现突破，更在性能上实现质的飞跃，在诸多领域展现出巨大的应用潜力。文章概述了第四代半导体的定义、分类、核心优势、应用领域与前景，并指出其面临的挑战。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

7. 目标观测与极端天气预报

段晚锁, 秦晓昊, 杨丽超

自然杂志 2024, 46 (6): 395-405. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.06.001

摘要（852）

PDF（pc）（4864KB）（787）

“目标观测”是用于提高极端天气事件预报水平的新的观测策略。在世界气象组织于2003年提出的全球大气十年研究发展计划——观测系统研究与可预报性试验(THORPEX)的推动下，国际上众多国家和地区已开展了大量针对极端天气事件预报的目标观测研究和外场试验，有效提高了预报水平。中国针对目标观测的研究和实践起步较晚，但在近十余年取得了突破性进展。该文介绍了目标观测的理念，阐释了实施目标观测需要解决的核心问题，概述了国际上已开展的目标观测外场试验，评述了中国关于热带气旋预报的目标观测研究的进步和外场实践的努力。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

8. 面向微生物的CRISPR基因编辑工具的功能应用

程洲华, 俞汉青

自然杂志 2024, 46 (5): 317-329. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.05.001

摘要（1655）

PDF（pc）（3332KB）（928）

成簇规律间隔短回文重复(CRISPR)系统作为一种强大且可调控的基因编辑工具，由于其精准性和灵活性，在微生物机制解析、功能强化以及检测溯源等领域中有着广阔的应用前景。其中，Cas(CRISPR associated)蛋白的特异性识别与切割(cis-cleavage)以及无差别的附属切割(trans-cleavage)，作为CRISPR系统的两大核心功能而备受关注。基于特异性识别和切割功能建立的高效微生物基因组编辑工具，实现了对微生物功能的强化，增强了其在环境保护、生态修复以及能源回收等领域的应用能力；基于其附属切割功能创制的病原微生物的快速检测方法，为病原微生物引起的疫情防控提供了技术支撑。文章着重介绍CRISPR基因编辑技术在微生物中的应用现状和发展前景。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

9. 北极海冰变化及其影响

陈金雷, 康世昌

自然杂志 2024, 46 (5): 330-336. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2024.05.002

摘要（4032）

PDF（pc）（5253KB）（1514）

在全球变暖背景下，北极冰冻圈正在发生显著变化。近几十年来，北极海冰总体呈退缩状态，面积减少、厚度减薄、体积减小，预计到21世纪中叶夏季，海冰将完全消失。北极海冰的减少对生态系统、大气环流、海洋环流、中纬度天气气候以及社会经济发展等均产生影响。北极海冰变化及其影响研究可为北极可持续发展提供重要支撑，同时也可增加中国在北极的话语权，保障中国的北极权益。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

10. 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（3105）

PDF（pc）（4204KB）（4453）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

11. 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（3133）

PDF（pc）（2848KB）（4173）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

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（2357）

PDF（pc）（9529KB）（3118）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

13. 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（8104）

PDF（pc）（3339KB）（3739）

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。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

14. 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（1513）

PDF（pc）（4322KB）（2524）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

15. 中国被子植物多样性及其保护研究进展

赵雨杰, 赵莉娜, 胡海花, 彭丹晓, 陈之端, 鲁丽敏

自然杂志 2023, 45 (6): 399-409. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.06.001

摘要（1531）

PDF（pc）（39996KB）（658）

由于气候变化与人类活动的影响，中国生物多样性受到严重威胁，急需开展保护工作。《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提出“3030目标”，即到2030年保护全球至少30%的陆地和海洋。目前中国各级各类自然保护地虽覆盖陆域国土面积达18%，但距30%的目标仍有差距，亟需识别更多优先保护地。研究人员基于丰富度、特有性、受威胁程度、进化历史等多样性指标均识别出中国西南地区是被子植物的多样性热点，进一步利用新-古特有分析、整合多个指标的综合丰富度指数和综合系统发生多样性指数识别出更多独特的保护空缺，为完善中国自然保护地体系建设提供了科学支撑。

参考文献 | 相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

16. 二维半导体光催化材料研究进展

徐若航, 崔丹丹, 郝维昌

自然杂志 2023, 45 (5): 355-362. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.00410.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.004

摘要（8153）

PDF（pc）（3218KB）（1737）

光催化技术可以直接利用低能量密度的太阳光驱动化学反应，实现用太阳能-高密度化学能直接转化来生产清洁能源和工业原料，也可以驱动污染物和有毒物质降解来治理环境污染，具有巨大的应用潜力。尽管光催化材料的研究开发已有越来越多的报道，但在催化活性、选择性、稳定性等方面还远不能满足大规模应用的要求。近年来，在众多被报道的光催化剂中，二维半导体材料表现出优异的催化性能和应用潜力，文章系统性总结了二维半导体光催化材料的研究现状，并对未来的研究方向进行了展望。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

17. 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（2050）

PDF（pc）（5439KB）（4379）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

18. 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（1668）

PDF（pc）（5522KB）（4654）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

19. 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（2186）

PDF（pc）（3408KB）（2884）

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。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

Select

20. 镁合金结构材料应用现状与展望

谭军, 王芳磊, 蒋斌, 潘复生

自然杂志 2023, 45 (2): 93-105. DOI: 10.3969/j.issn.0253-9608.2023.02.003

摘要（3762）

PDF（pc）（3268KB）（9086）

镁合金密度仅为铝合金的2/3，钢铁的1/4，因此镁合金零部件的大规模应用有助于轻量化和节能减排。在碳达峰、碳中和背景下，镁材料的发展应用潜力巨大。文章分析了国内外镁合金的产业现状及其加工技术，重点综述了镁合金作为结构材料在汽车、轨道交通、自行车、3C(计算机、通信和消费电子产品)、航空航天、国防工业等领域的发展与应用情况，梳理了目前镁产业存在的主要问题，最后对镁合金结构材料的未来发展进行了展望。

相关文章 | 多维度评价 | 评论（0）

专题专辑