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一周前沿科技盘点｜耐高温镁电池技术取得关键性进展；柑橘“癌症”克星：小肽药物有效抑制黄龙病传播
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一周前沿科技盘点｜耐高温镁电池技术取得关键性进展；柑橘“癌症”克星：小肽药物有效抑制黄龙病传播

一周前沿科技盘点｜耐高温镁电池技术取得关键性进展；柑橘“癌症”克星：小肽药物有效抑制黄龙病传播 科技大兴
2025-04-14
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镁金属电池因高稳定性被视为耐高温电源的理想选择，但高温下电解质的稳定性和界面反应是挑战。最新研究通过新型聚合物电解质和导镁界面层的开发，大幅提升了其在高温下的性能和安全，推动了实用化进程。


近日，中国科学院微生物研究所叶健团队的研究揭示了柑橘抗黄龙病的关键分子机制，发现了重要氨基酸变异，并通过人工智能筛选出有效的小肽来防控该病害，为柑橘产业带来了新的希望。


基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第137期。


1

《Advanced Materials》丨耐高温镁电池技术取得关键性进展

原位交联聚合物电解质及其衍生的负极界面实现高温镁金属电池的稳定循环
高温电池作为特种电池的重要分支，镁金属电池凭借其化学稳定性、高熔点及不易生长枝晶的特点，被视为开发耐高温电源的理想选择。然而，在高温环境下，电解质的稳定性和界面反应成为关键挑战。为此，设计耐高温电解质并在镁负极表面原位构筑导镁固体电解质界面层，是推动高温镁金属电池实用化的关键。
中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究人员在高温镁金属电池聚合物电解质领域取得了重要进展。该研究基于新型镁电池聚合物电解质开发及镁金属负极界面构筑的基础，选用具有高热稳定性和良好镁负极兼容性的聚环氧氯丙烷进行改性，并引入双官能团小分子季铵化交联剂策略，实现了聚环氧氯丙烷的原位交联，同时引入了季铵根官能团。研究显示，这种原位生成的季铵根官能团具有较低的最低未占分子轨道能级，能够在镁金属负极表面优先分解，形成富含Mg3N2的有机-无机复合固体电解质界面层。利用此电解质体系组装的Mo6S8//Mg电池，在150°C高温下表现出出色的循环稳定性，经过超过200次循环后，容量保持率仍超过80%。此外，该电池在滥用条件下也展现了优异的安全性能。
这一成果为高温镁金属电池的电解质分子设计和界面优化提供了新的思路，有望加速高温镁金属电池技术的发展。
原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202418761

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《Science》丨柑橘“癌症”克星：小肽药物有效抑制黄龙病传播

靶向蛋白降解的柑橘黄龙病抗性调控机制
柑橘黄龙病被称为“柑橘界的癌症”。中国科学院微生物研究所叶健团队等解析柑橘抗黄龙病核心分子机制，并利用人工智能技术筛选出可有效防控该病害的小肽。这一研究破解了困扰国际农业界缺乏柑橘黄龙病抗性基因的科学难题，并为全球柑橘产业可持续发展提供了新的解决方案。
该研究通过挖掘我国柑橘属及芸香科远缘种质资源，首次发现植物茉莉素信号通路核心转录因子MYC2及其互作E3泛素连接酶PUB21构成抗病调控枢纽。研究发现，柑橘的“远亲”即花椒、咖喱等植物存在的PUB21DN旁系同源体，通过39位关键氨基酸变异形成显性负效应，增强MYC2蛋白稳定性，激活多种抗病蛋白及次生代谢物合成通路，使柑橘获得对黄龙病的高抗甚至免疫能力。基于天然抗性机制，研究构建了全球首个靶向稳定MYC2蛋白的药物筛选系统，并引入深度学习算法，在百万级分子库中高效筛选出APP3-14等系列治疗小肽。经跨纬度多中心田间试验在广西和江西等地证实，该小肽可显著抑制黄龙病菌定殖，阻断病害传播链，且单季防控效率达80%。
上述研究提供了可直接应用的绿色生物农药候选分子；发现了抗病基因，有望为未来利用基因编辑创制抗病新种质提供重要靶标以缩短柑橘抗病育种周期；建立了跨物种抗性元件利用范式，为其他作物抗病研究提供了新思路。研究同步建立了“抗病基因挖掘-分子机制解析-智能药物设计”全链条研发体系。
原文链接：
https://science.org/doi/10.1126/science.adq7203

3

《Physical Review Letters》丨质子内部夸克运动揭示其自旋结构复杂性

质子中夸克极化度在不同纵动量分数下随横动量变化示意图
20世纪80年代的质子自旋危机揭示夸克自旋对质子自旋贡献较小，自此质子自旋结构成为粒子物理研究热点。中国科学院近代物理研究所孙鹏和赵宇翔团队联合北京大学马伯强及山东大学刘天博，在质子自旋结构研究方面取得重要进展。
该团队采用量子色动力学横动量依赖因子化理论框架，分析了全球已有的半单举深度非弹性散射实验数据，提取了质子中横动量依赖的部分子螺旋度分布函数。研究表明，上夸克和下夸克的部分子螺旋度分布函数存在显著非零信号，且与共线螺旋度分布一致；而海夸克和胶子的分布则显示出较大不确定性。
在价夸克主导的中等纵向动量分数x区域，研究发现夸克极化度随横动量增加而下降，这验证了相对论运动学效应（Melosh-Wigner转动）是导致质子自旋“丢失”的主要原因。而在海夸克主导的小x区域，夸克极化度随横动量变化呈现出相反趋势，表明该区域质子自旋结构涉及复杂的强相互作用动力学效应。
这些成果不仅有助于理解质子三维自旋结构，还为下一代高精度实验测量提供了理论支撑，并指出中国极化电子离子对撞机在提高海夸克区域质子自旋结构测量精度方面的潜力。
原文链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.121902

4

《Science》丨骨关节炎“肠-关节轴”发病机制提出

“肠道细菌-胆汁酸-肠道FXR-GLP-1-关节软骨轴”为骨关节炎提供了潜在治疗靶点
中国科学院上海药物研究所谢岑课题组联合中南大学湘雅医院科研人员在骨关节炎的发病机制及临床转化研究方面取得了重要进展。当前，骨关节炎的发病机制尚不明确，缺乏有效延缓病情发展的药物。该研究基于湘雅医院建立的自然人群队列“湘雅骨关节炎研究”发现，血液中的甘氨熊去氧胆酸（GUDCA）水平与骨关节炎及其严重程度呈显著负相关，并在另一独立队列“湘雅步行研究”中得到验证。
动物实验表明，GUDCA可通过选择性抑制肠道法尼醇X受体（FXR），延缓小鼠骨关节炎的发展。进一步研究发现，敲除小鼠肠道干细胞中的FXR能够促进其增殖和分化，增加L细胞数量，从而提高胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的生成，升高血清GLP-1水平。研究表明，关节腔注射GLP-1受体抑制剂可阻断GUDCA对骨关节炎小鼠的治疗效果，而使用GLP-1受体激动剂则有助于延缓病情进展。
此外，研究还发现骨关节炎患者肠道内的鲍氏梭菌（C. bolteae）相对丰度降低，且这种细菌的丰度与血液GUDCA水平呈正相关。补充C. bolteae能升高GUDCA前体——熊去氧胆酸（UDCA）水平，并减缓骨关节炎的发展。真实世界研究也显示，口服UDCA和使用GLP-1受体激动剂与骨关节炎患者的病情进展风险下降有关，提示存在“肠-关节轴”机制，为骨关节炎的肠靶向干预治疗提供了新的视角。
这一研究成果揭示了骨关节炎的新发病机制，突破了传统认为局部因素是主要病因的观点，为未来开发新型治疗策略提供了理论基础。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt0548

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《JACS》丨利用可再生电力驱动新型电催化剂高效制氨

耦合策略：可同时制氨和甲酸盐的成对电化学电解精炼系统示意图
金属氰胺化合物作为一种有机-无机复合材料，因其独特的[NCN]2−阴离子结构而展现出不同于传统氧化物的电化学特性。相比O2−，准线型[NCN]2−增加了晶体结构的空旷度，并能调控金属位点的电子离域性和配位环境，为开发新型高效催化剂提供了可能。
中国科学院上海硅酸盐研究所联合瑞典皇家理工学院和大连理工大学，在金属氰胺化合物应用于电催化NOxRR制氨方面取得了重要进展。团队首先发现Cu2NCN在电催化CO2还原制甲醇方面的优异性能，随后将其应用扩展到电催化硝酸根还原（NO3RR）制氨。近期，他们开发了一种新型氰胺铜锌固溶体（Cu0.8Zn0.2NCN），作为NO2RR制氨的电催化剂。
研究显示，利用可再生电力驱动电催化NOxRR可以温和条件下实现“绿氨”生产，同时促进废水反硝化和氮循环平衡。与N2分子中的高结合能相比，NOx分子中的N=O键断裂能较低且在水溶液中有良好的溶解性，有利于快速电催化NO3RR/NO2RR制备氨。在Cu2NCN中，极化的[N−C≡N]基元提升了表面静电势，增强了NO3−的吸附能力，促进了氨的生成。实验表明，这种材料在中性低浓度硝酸盐溶液中表现出高氨收率和长期稳定性。
进一步的研究合成了具有局部结构扭曲和优化表面静电势的Cu0.8Zn0.2NCN固溶体，实现了对NO2−的不对称吸附。通过理论计算和原位光谱测试，研究人员发现该固溶体能够将原本对称的[Cu−O−N−O−Cu]吸附构型转变为不对称的[Cu−N−O−Zn]构型，增强了吸附效果并加速了化学键的断裂。基于Cu0.8Zn0.2NCN构建的电解系统在工业级电流密度下稳定运行超过140小时，氨生产速率达到约30 mgNH3 h–1 cm–2，展示了其在大规模氨生产中的潜力。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c00837

6

《New Phytologist》丨假根羽藻高质量基因组助力理解其环境适应性

假根羽藻潮间带环境适应性的基因组基础
假根羽藻（Bryopsis corticulans）是在北温带海洋潮间带广泛分布的大型绿藻。假根羽藻生存需适应不断变化的潮汐、温度和紫外线辐射等环境因素。涨潮时，假根羽藻的光合蛋白可在蓝绿光和绿光为主的弱光环境中捕获光能以满足自身生长需要，并在落潮时进行光保护，以抵御高光强胁迫。近20年来，中国科学院植物研究所科研人员已对假根羽藻的色素组成、光合膜蛋白结构与功能进行了系统性研究，但关于假根羽藻适应潮间带环境的基因组和遗传基础仍缺乏全面认识。近日，植物所科研人员解析了假根羽藻基因组图谱，探讨了假根羽藻适应潮间带环境的基因组基础。
藻类植物的生存环境复杂，测序样品易受到其他外源微生物的污染，基因组的测序和组装存在难点，为此，研究人员开发了高效评估测序原始数据并有效去污染的新流程，获得了高质量的假根羽藻基因组图谱。比较基因组和转录组分析发现，假根羽藻的捕光天线Lhcb1/2/3、MAPK非生物逆境响应、BPL-1/Bryohealin凝集素和mTERF等基因家族发生扩张，同时水平基因转移事件进一步扩增了假根羽藻的适应性基因。研究显示，羽藻目绿藻普遍缺失LHCSR、PsbS和VDE基因，无法进行能量依赖型非光化学淬灭和叶黄素循环。假根羽藻基因组具有管藻黄素、管藻素和ABA生物合成相关基因，可能是其具有特殊光保护和光吸收的重要原因。
上述研究为假根羽藻高质量基因组以及藻类基因组高效去污染和组装提供了新策略，拓展了学界对假根羽藻适应潮间带环境的基因组基础的认识。
原文链接：
https://doi.org/10.1111/nph.70083

来源：北京国际科技创新中心

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