当期目录

2024年 第46卷 第1期    刊出日期：2024-02-25

上一期   

特约专稿

气候变化与碳中和

周天军, 陈晓龙, 张文霞, 张丽霞

2024, 46(1):  1-11.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.001

摘要 ( 6780 )   PDF (3339KB) ( 2220 )  

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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。




专题综述

叶绿体蛋白质传送器TOC-TIC超复合物的组成和结构机理

李甜, 刘昊, 柳振峰

2024, 46(1):  12-22.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.002

摘要 ( 998 )   PDF (3040KB) ( 1109 )  

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叶绿体作为植物及藻类细胞中含有内外双层被膜的细胞器，能够通过光合作用过程将光能转化为化学能。大部分的叶绿体蛋白由细胞核基因编码，其前体蛋白是在细胞质中的80S核糖体上合成的。前体蛋白在转运肽的引导下，通过跨越叶绿体外被膜和内被膜的路径被传送进入叶绿体内部，进而到达发挥其生物学功能的目的微区。目前已知的前体蛋白转运的一个主要途径是通过叶绿体外被膜转运子(translocon in the outer envelope membrane of chloroplast, TOC)和内被膜转运子(translocon in the inner envelope membrane of chloroplast, TIC)，在二者的协同作用下前体蛋白得以跨越双层被膜进入叶绿体。文章回顾了TOC-TIC超复合物的结构生物学研究进展，并深入探讨了各组件的功能特性以及前体蛋白易位至叶绿体内部的潜在途径和调控机制。




紫色光合细菌LH1-RC复合物的结构生物学研究进展

岳星宇, 王征宇, 于龙江

2024, 46(1):  23-34.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.003

摘要 ( 550 )   PDF (13896KB) ( 436 )  

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紫色光合细菌作为研究光合作用分子机制的一种古老的模式生物，通过无氧光合作用将太阳能转化为化学能，其光合作用原初反应主要发生在由捕光天线复合物1(LH1)及反应中心复合物(RC)组成的核心复合物(LH1-RC)中。近年来，随着晶体学和冷冻电镜技术的迅速发展，多个不同菌种来源的LH1-RC复合物的三维结构被解析出来，极大地拓展了人们对该复合物的认识。文章系统总结了近年来紫细菌光合膜蛋白复合物的结构生物学研究进展，为深入了解光合作用分子机制、提高光合效率、促进人工光合作用系统的开发及应用提供了理论基础。




植物光合作用原初反应与电子传递调控

陈铸峰, 田利金

2024, 46(1):  35-45.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.004

摘要 ( 946 )   PDF (4322KB) ( 1910 )  

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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。




科学创造未来

生成式人工智能与未来材料科学

朱宏伟

2024, 46(1):  46-49.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.005

摘要 ( 1181 )   PDF (1938KB) ( 689 )  

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人工智能是推动数据驱动科学飞速发展的强大动力。文章以深度学习在材料科学中的应用为例，介绍了生成式模型的概念，及其在新材料发现和自动化实验室等领域的应用。生成式人工智能不仅极大地加速了材料的研发进程，同时提高了整个研发过程的透明度和可信度，开启了材料科学研究的新纪元。




科技进展

二氧化钒发射率的调控方法与实践

曹传祥, 张志强, 张良苗, 陈长, 高彦峰

2024, 46(1):  50-62.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2024.01.006

摘要 ( 524 )   PDF (4661KB) ( 1066 )  

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二氧化钒(VO₂)是一种常用的相变材料，它能在68 ℃附近可逆地改变光学、电学特性以响应外部温度刺激。自20世纪90年代以来，人们对VO2光学特性进行了广泛的研究，并在紫外、可见和近红外区域的调制方面取得了重大进展，而室温黑体辐射所处的中远红外区能量只相当于太阳辐射的15%，因而获得的关注较少。然而随着研究的深入，研究者发现中远红外光区的长波辐射对热调控也具有至关重要的作用，甚至在太阳辐射较强的白天也是不容忽视的，因此有关VO2发射率调控的研究受到越来越多的关注。文章聚焦VO₂发射率调控的最新研究进展，着重介绍VO₂发射率的调控手段以及常温热辐射调控性能，并对其应用前景进行了展望。文章指出，VO₂发射率可以有效调控室温黑体辐射能量，通过新型结构如Fabry-Pérot谐振腔、超材料等与VO₂的有机结合，极大丰富了VO₂发射率的调控手段，展现出显著的调控效果，这对于实现具有更高节能效率的智能建筑、空间热管理以及红外伪装具有很大的潜力。




基于微纳米技术的细胞内递送的物理方法

袁子群, 毛志宇, 高兴华, 胡国辉, 巫金波, 张萌颖

2024, 46(1):  63-72.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2023.05.011

摘要 ( 466 )   PDF (11203KB) ( 606 )  

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随着生物医药学的发展，向细胞内递送外源性大分子在基础生物学和临床应用中至关重要，但基于病毒载体的传统生物方法存在通量低、毒性大、递送性能低以及耗时等问题。文章综述了电穿孔、声穿孔、微注射和细胞挤压等基于细胞膜破坏实现胞内物质递送的技术，这些通过微纳米技术完成的高通量胞内物质递送的物理方法，可以弥补传统生物方法的很多缺陷，实验证明了其在保证细胞活性的基础上具有可观的转染效率。文章重点描述了基于细胞挤压实现细胞内递送的微流控操作平台与其机理，并讨论各种通过膜破坏技术完成细胞药物或分子递送技术的优势、局限性和发展前景。




动脉粥样硬化中的表观遗传机制及治疗作用

童晓岚, 宋佳欣, 姜继宗

2024, 46(1):  73-82.  doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2023.04.013

摘要 ( 437 )   PDF (2200KB) ( 752 )  

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动脉粥样硬化(atherosclerosis, As)的发展过程与炎症反应、脂质代谢紊乱以及环境等因素密切相关。表观遗传的研究主要涉及DNA甲基化、非编码RNA调控、组蛋白修饰和染色质重塑等调节机制。越来越多的研究揭示表观遗传参与了As的发生发展。表观遗传的异常变化在介导泡沫细胞产生、内皮功能障碍、血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)表型转换等方面发挥着关键作用。文章对表观遗传在As中的调控机制和治疗作用进行阐述，并总结其最新研究进展，旨在从非遗传因素角度为临床As的早期诊断和个性化治疗提供参考。