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未知世界中的那些中国发现

——专家点评2013年度中国科学十大进展（上）

//m.auribault.com 2014-04-25 来源：科技日报

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　　他们的研究阐明了这种新型病毒的起源和重组事件，揭示了这种新型病毒感染人以及抗药性的结构基础。同时，他们的研究还表明在合适条件下，该病毒有可能会发生人间传播。

　　上述这些研究成果分别发表于New England Journal of Medicine、Nature、Science、Lancet等顶尖杂志上，引起国际广泛关注。我国科学家在H7N9流感病毒的基础与临床研究方面的重大突破，为我国迅速应对和控制这种新发传染性疾病提供了科学支撑，彰显了中国科学家积极应对新发传染病的能力。

　　专家点评

　　陈凌（广州医科大学教授、中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员）：我国科学家在应对人感染H7N9禽流感这个新发重大传染病过程中，从迅速甄别病原体到完成基因组测序，阐释致病机理，提高临床救治水平等方面，在很短的时间内做出了一系列在国际上领先的成果，为疫情预估与防控、抗病毒药物选择及临床治疗等提供了大量的科学依据，为降低人感染率、降低死亡率、稳定社会做出了不可或缺的贡献，显示了中国在应对新发传染病方面能力与水平的巨大进步。

　　在磁性拓扑绝缘体中观测到量子反常霍耳效应

　　量子反常霍耳效应(QAHE)是指在零磁场下由于材料的自发磁化而产生的量子霍耳效应。科学家预测这种效应可能存在于磁性拓扑绝缘体中，但量子反常霍耳效应的实验观测此前一直未能实现。

　　清华大学薛其坤、王亚愚研究组与中国科学院物理研究所何珂、马旭村研究组等合作，首次在Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3磁性拓扑绝缘体薄膜中成功观测到量子反常霍耳效应。他们的研究显示，在零磁场下，反常霍耳电阻呈现出所预测的量子化值(h/e2)，同时伴随纵向电阻的大幅下降；在强磁场下，纵向电阻完全消失，而霍耳电阻仍然保持量子化值。量子反常霍耳效应的实现将引导和推动低能耗电子学的发展。相关研究进展发表在2013年4月12日Science[340(6129):167-170]上。

　　专家点评

　　金晓峰（复旦大学物理系教授）：该发现的意义不仅在于最终实现了零磁场中的量子霍耳效应，而且还首次从实验上毫无争议地证实了由能带几何相位产生的内禀反常霍耳效应的存在，从而结束了对这一问题长达60多年的争论。因此这项工作在拓扑量子物理和自旋电子学两个不同的领域都会产生深远的影响。尽管目前实现量子反常霍耳效应的温度还很低，离应用尚有距离，但我们相信，通过科学界的努力，它很可能在不远的将来在信息和能源技术等领域会产生重大的应用。

　　利用原子力显微镜直接观测到分子间氢键

　　国家纳米科学中心裘晓辉和程志海研究组与中国人民大学物理系季威合作，利用非接触式原子力显微镜对在Cu(111)表面上吸附组装的8-羟基喹啉分子间形成的氢键进行了直接观测，第一次获得了氢键的实空间图像。

　　实验中获得的原子级分辨结构能够精确地描述氢键网络的特征，包括成键位点、键取向和长度。利用第一原理密度泛函计算的结果表明氢键成像的机制与其杂化电子态及电子密度的贡献相关。

　　这种利用原子力显微技术直接探测分子间化学键的方法可被广泛运用于对具有多个活性位点的复杂分子间相互作用的研究，并为化学键的特性研究提供了新的实验手段。相关研究进展发表在2013年11月1日Science[342(6158):611-614]上。

　　专家点评

　　万立骏（中国科学院院士、中国科学院化学研究所研究员）：氢键是一种在自然界中广泛存在的、重要的分子间作用形式，对许多物质的性质和形态有着至关重要影响。

　　国家纳米科学中心裘晓辉研究团队利用自主升级改造的高性能原子力显微镜在世界上首次实现了对分子间氢键的实空间成像，并精确地测量了氢键网络的特征参数，该结果不仅深化了对氢键的化学键本质的认识，也有助于从微观尺度揭示分子间作用的规律，对于功能材料和药物分子的设计有着重要理论指导意义。该研究工作展示的原子力显微技术将为氢键研究提供一种崭新的、有力的实验工具。

　　北京谱仪Ⅲ观测到一种包含至少4个夸克的带电粒子

　　工作在北京正负电子对撞机上的北京谱仪Ⅲ（BESⅢ）国际合作组，利用BESⅢ探测器获取的数据，在高能正负电子对撞中发现了一个新的共振结构——Zc（3900）。如果Zc(3900)被解释为一个新粒子，它相当于一个重夸克偶素携带有一个电荷，这提示其中至少含有4个夸克。虽然人们对这个新粒子的性质有多种解释，但“四夸克态”的解释得到了更多关注。评论指出“如果四夸克解释得到确认，粒子家族中就要加入新的成员，我们对夸克物质的研究就需要扩展到新的领域”。相关研究进展发表在2013年6月21日Physical Review Letters[110, 252001]上。

　　专家点评

　　赵光达（中国科学院院士、北京大学教授）：基本粒子的标准模型认为，夸克之间可以通过强相互作用组成质子和中子一类的强子。迄今为止，人们仅发现了由3个夸克组成的重子和由一对夸克和反夸克组成的介子，未能确切回答是否还存在由更多夸克或反夸克组成的强子。北京谱仪Ⅲ的实验发现，Zc(3900)很可能是一个由两个夸克和两个反夸克组成的带电的四夸克态强子。这无疑将极大地扩展我们对夸克组成的物质世界的认识，对理解基本粒子强相互作用的本质具有重要意义。

　　小麦A基因组和D基因组草图绘制完成

　　小麦是全球最重要的粮食作物，养活了世界上40%的人口。由于广泛种植的普通小麦是一种异源六倍体，包括A、B和D三个基因组。其基因组大（17000 Mb，是水稻基因组的约40倍）而复杂，85%以上序列为重复序列，致使基因组测序研究困难重重，进展缓慢，成为限制小麦基础和应用研究进一步发展的瓶颈。

　　小麦A基因组是普通小麦及其它多倍体小麦的基本基因组，是小麦演化、驯化以及遗传改良研究的关键，特别是在穗和种子的形态和发育上。而小麦D基因组在抗病、抗逆、适应性以及品质方面体现出独特的特点。中国科学院遗传与发育生物学研究所、中国农业科学院作物科学研究所与深圳华大基因研究院合作在世界上率先完成对小麦A基因组前体种乌拉尔图小麦及D基因组供体种粗山羊草全基因组测序、组装与分析；研究人员在A基因组与D 基因组中分别鉴定出34879和43150个编码蛋白基因，发现了一批A、D基因组特有基因和新的小分子RNA，鉴定出一批控制重要农艺性状的基因。他们的研究还发现，小麦的抗病基因、抗非生物应激反应基因以及品质基因等农艺性状相关基因家族都发生显著扩张，大大增强了普通小麦的抗病性、抗逆性、适应性及其品质。上述研究结果为理解普通小麦对环境的适应性提供了新的认识，并为小麦功能基因组研究及正在发展的小麦全基因组选择育种提供了重要的信息。相关研究进展发表在2013年4月4日Nature[496(7443):87-90和91-95]上。

　　专家点评

　　方荣祥（中国科学院院士、中国科学院微生物研究所研究员）：小麦A、D基因组测序与草图绘制的完成，为多倍体小麦提供了二倍体基因组参照序列，为小麦驯化研究提供了一个全新的视角，使小麦改良进入分子时代。研究成果将极大地促进小麦的基础理论研究和小麦产业的发展，对保障粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。

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编辑：尹盼秋