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  糖尿病(DM)是一种慢性代谢性疾病,高血糖是DM的主要表型,随着时间的推移导致严重的糖尿病并发症,包括冠状动脉疾病、中风、外周动脉疾病、视网膜病变、肾病和神经病变。调节餐后血糖(PBG)水平是治疗糖尿病和预防糖尿病相关并发症的有效治疗方法。a-葡萄糖苷酶抑制剂已被推荐作为治疗DM的一线药物,但在临床上由于其副作用使其使用受到限制。因此,从天然产物中筛选高效低毒的α-葡萄糖苷酶抑制剂仍然是研究的热点。   “植被恢复与药用植物资源课题组”通过对唐古特大黄中化学成份的系统分离和筛选,发现白藜芦醇苷具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性。其IC50值为22.9±0.17μM,抑制活性明显强于阳性药物阿卡波糖和白藜芦醇(264±3.27μM和108±2.13μM)。体内研究结果显示,口服白藜芦醇苷可显著抑制正常小鼠和糖尿病小鼠的PBG增加,并呈剂量依赖性。此外,通过酶动力学分析和分子对接实验,确定了白藜芦醇苷对α-葡萄糖苷酶的竞争性抑制机制。该研究为开发治疗糖尿病餐后高血糖提供了备选化合物。   相关论文“ResveratrolosideAlleviatesPostprandialHyperglycemiainDiabeticMicebyCompetitivelyInhibitinga-Glucosidase”于2019年5月在一区期刊《JournalofAgriculturalandFoodChemistry》正式发表。赵晓辉副研究员为该论文第一作者,周国英研究员和岳会兰副研究员为共同通讯作者。该研究得到青海国际合作项目(2017-HZ-806),青海自然基金项目(2018-ZJ-913),四川省学术合作项目(2018JZ0019)等基金资助。 总体路线图

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  热带地区是全球气候变化的关键区域,该地区的降雨变化不仅影响着世界上40%的人口和全球生态系统的稳定性,而且对全球水文循环和能量平衡也起着十分重要的作用。20世纪后半叶,随着全球变暖,北半球热带地区的降雨呈下降趋势,但其原因到底是自然变化(如火山喷发、内部海气涛动)还是人类活动(如硫酸盐气溶胶和温室气体的排放)至今争议不休。由于缺乏对热带地区降雨变化驱动机制的完整理解,目前对未来降雨变化趋势的预测存在完全不同的观点。一些研究认为全球变暖将会使热带地区降雨增加,导致“湿润的地方变得更湿润”或者“暖的地方变得更湿润”。然而,也有观点认为在全球变暖的背景下,热带地区降雨将会减少。为了更好地理解热带地区的降雨变化,有必要在更长的气候背景下研究其特征和驱动机制。同时,过去暖期降雨变化研究还可以为全球变暖下未来趋势变化提供历史相似型,并有助于改善气候模式的精度。   中科院地球环境研究所“一带一路”气候环境研究中心谭亮成研究员领衔的国际研究团队,于2019年8月12日在国际顶尖学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表了2700年中印度-太平洋地区降雨变化的最新研究成果。他们还建立了一条新的、涵盖过去2000年的热带辐合带(ITCZ)移动指数记录。该研究的另一个亮点是揭示14世纪末到15世纪初的极端降水事件对吴哥文明消失的可能影响。   这个国际团队包括了来自亚洲、澳洲、美洲和欧洲等17所研究单位的科研人员,他们基于地处ITCZ中心区的泰国南部可兰洞(KlangCave)的3根可重复的、精确定年(最小测年误差为0.5年)的石笋氧同位素记录,重建了中印度-太平洋北部地区过去2700年(706BC-2004AD)连续的高分辨率降雨记录。重建结果显示过去2700年中印-太北部降雨呈长期下降趋势,与北半球热带其他地区如东南亚、中美洲、加勒比海的古水文记录一致,而与南半球热带地区如非洲东部、西太平洋暖池、热带太平洋东部和南美等地区的降雨增加趋势相反。这体现了轨道尺度上夏季太阳辐射对南北半球热带降雨变化反相位关系的驱动作用。   为了研究这一区域百年到十年尺度的降雨变化,研究人员去掉了石笋氧同位素的长期趋势。对比发现,在现代暖期和中世纪暖期,中印-太地区南北部降雨均显著减少。值得注意的是,他们的研究结果显示14世纪末期到15世纪初,这一区域存在持续数十年的极端降雨事件,这和柬埔寨吴哥文明时期城市排水系统的冲毁时间一致,表明强降雨导致的洪水事件可能对高棉帝国的灭亡产生了重要影响。通过进一步分析,他们发现中世纪暖期和现代暖期中印度-太平洋地区百年-十年尺度干旱的空间模式与厄尔尼诺事件发生时期类似。   考虑到热带地区的降雨变化不仅受到厄尔尼诺-南方涛动的影响,受控于沃克环流的纬向移动,还和ITCZ的南北经向移动密切相连,而沃克环流的纬向移动对中印度-太平洋地区南北部的影响相似。因此,研究人员通过泰国南部和印尼石笋重建的中印-太北南地区降雨的差值,构建了一条新的ITCZ南北移动指数记录。结果显示在过去2000年,ITCZ存在整体南移的趋势,和南北半球副热带地区温度梯度有关。在中世纪暖期的前期(950-1150AD)以及现代暖期,ITCZ的平均位置偏南。据此,研究人员认为20世纪以来热带北部地区的干旱趋势类似于历史暖期,主要由于厄尔尼诺活动的增强以及ITCZ的南移导致。人类活动对北半球热带地区降雨变化造成的影响,还没有改变自然变化的趋势。   该项研究有助于加深对中印度-太平洋地区历史时期降雨变化以及ITCZ动力演化的理解,为进一步提高我们预测全球变暖背景下这一重要地区未来降雨变化的能力提供古气候学的理解,服务“21世纪海上丝绸之路”建设。研究得到国家重点研发计划“亚洲季风变异及突变事件”(2017YFA0603401)、陕西省杰出青年科学基金(2018JC-023)以及中科院青促会优秀会员项目(2012295)等资助,是中科院地球环境研究所“一带一路”计划的系列研究成果(文章链接:https://www.pnas.org/content/early/2019/08/06/1903167116)

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  水资源短缺是目前面临的一个全球性问题,对地球上丰富的海水进行淡化则是解决水资源短缺问题的一个重要途径。但传统的海水淡化往往需要高能量消耗,在一些能源短缺的地区难以实现,因此,亟需一种绿色、高效、可持续的海水淡化方法来缓解上述危机。太阳光驱动的界面光热水蒸发,由于其可以通过在远远低于水沸腾的温度下产生蒸汽来进行海水纯化,在过去几年中引起了越来越多的关注。但是目前大多数的光热纯化都集中在二维(2D)界面汽化平台上,其存在立体空间利用效率低、热损失高等问题。因此,在一个受限制的系统中,将2D光吸收器单元构建成三维(3D)框架被认为是提高净化水收集能力的最为直接有效的方法之一。  基于前期发展的一种水-空界面毛细力诱导挤压,中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员团队构建了大面积、可任意转移的碳纳米管薄膜的方法(Chem.Mater.2016,28,7125;ACSNano2019,13,4,4368-4378),最近,该团队通过毛细力转移的方法,在水空界面上将碳纳米管薄膜和商业用打印纸原位复合,构建了一种柔性、可剪裁且可图案化的非对称碳纳米管复合纸。受到大自然中树木的结构的启发,树木能够在三维方向上生长,并具有分层的叶子和根用来增强蒸腾作用,研究人员进一步将这种图案化的非对称碳纸经过特定的剪裁、组合成3D树形结构,并将其运用于光热水纯化(如图1)。结果发现,这种3D树形结构的光热蒸发器相比较2D平面结构具有一个更强的光热水蒸发能力,其海水纯化能力最高能到达2.38kg/m2/h(SolarRRL2019,DOI:10.1002/solr.201900004)。  然而,当处于一个不受限的系统中时,2D结构有时比3D结构具有更大的优势。因此,怎样简单、快速地实现光热蒸发器2D/3D结构的转换来适应不同的环境仍然面临挑战。该团队通过吡咯单体在纤维素纸表面原位氧化聚合得到聚吡咯杂化纸(PPyP),并利用对PPyP微观/宏观层面的协同调控,实现了最佳的光热水纯化速度。相比于传统固定的3D结构,该PPyP可实现2D/3D结构的相互切换(如图2),并具有很好的切换稳定性,从而可以更好地适应不同的应用环境(ACSAppl.Mater.Inter.2019,11,15498-15506)。  基于上述研究,最近,研究人员通过在棉织物表面可控的氧化聚合吡咯单体,制备得到了一种低价、大面积且具有机械稳定性、可洗涤和可缝制的聚吡咯棉布(PCM,如图3)。令人惊喜的是,此光热织物是通过湿法制备,展示了其能够大规模生产的潜力,且成本低至2美元/米2左右,具有相当强的商业竞争力。随后,受到植物的吸水、蒸腾行为及其多级结构的启发,并结合织物特有的可裁剪性及可缝制性,获得了一种具有多级结构的3D“植物”,实现了高效的“out-of-plane”光热蒸发。在一个太阳的强度下,实验室环境中,这种3D的PCM最高可实现3.37kg/m2/h的海水纯化速度。此外,该光热蒸发器具有一个很强的排盐性能,能够在夜间将白天积聚的盐通过PCM中丰富的毛细通道扩散到水相中,从而保证其长期稳定的使用。在户外实验中,在多云的天气下,7个小时内,每平方米该3DPCM能够纯化约5.39kg海水,且可直接达到WHO饮用标准(各种盐离子去除率保持在99.9%以上),能够满足个成年人一天的饮水需求。更有趣的是,基于3DPCM的光热蒸发器,甚至可以从固体基质(沙子等)中提纯海水或其他不可饮用的水,显示出了其在某些极端条件下的巨大应用潜力。相关工作近期发表在NanoEnergy2019,DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104002。  以上工作得到了国家自然科学基金(51803226,51573203)、中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SLH036)、博士后创新人才支持计划(BX20180321)、中国博士后科学基金(2018M630695)及宁波市科技局(2018A610108)等项目的资助。 图13D树形结构光热蒸发器设计与光热蒸发性能 图22D/3DPPyP相互切换 图3低价、大面积、高机械稳定性、可洗涤和可缝制的聚吡咯棉布用于海水淡化

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  2019年8月12日,国际学术期刊NewPhytologist在线发表了中科院分子植物科学卓越创新中心苗雪霞研究组的文章“Novelcrosstalkbetweenethylene-andjasmonicacid-pathwayresponsestoapiercing-suckinginsectinrice”,该项研究揭示了水稻在响应刺吸式昆虫的过程中所激发的乙烯和茉莉酸信号途径的应答机制。  乙烯(Ethylene,ET)和茉莉酸(Jasmonicacid,JA)信号传导途径在介导植物响应生物胁迫的过程中发挥着重要作用,两种信号途径在介导植物抗病过程中的相互应答也多有揭示。在植物抵御刺吸式昆虫取食的过程中,ET和JA之间是否存在相互作用,以及相互作用的机理如何,尚缺乏研究。褐飞虱是以刺吸式的方式专一性取食水稻的害虫,对水稻生产危害严重。遗传分析表明,ET信号途径的信号分子,OsEBF1和OsEIL1分别正调控和负调控水稻抗褐飞虱。分子和生化分析表明,二者之间存在直接的相互作用,OsEBF1能够通过泛素化途径介导OsEIL1的降解,说明ET信号途径负调控水稻抗褐飞虱。RNA-seq的数据表明,oseil1突变体中JA信号途径的基因OsLOX9,被显著下调。生化分析证明了OsEIL1蛋白对OsLOX9基因的直接转录调控。研究揭示了JA和ET信号途径协同负调控水稻对刺吸式昆虫的抗性,OsEIL1蛋白对OsLOX9基因的直接转录调控介导了二者的协同性。OsEIL1-OsLOX9是介导ET和JA信号途径相互应答的新的信号交叉位点。  博士研究生马飞龙是这篇文章的第一作者,时振英研究员和苗雪霞研究员为文章的共同通讯作者,博士研究生杨小芳也参与了该工作。本研究获得国家重点基础研究发展计划(2015CB755703)、转基因专项(2016ZX08009-003-001)、国家重点研发计划(2016YFD0100603)、国家自然科学基金(31371949;31870232)以及杂交水稻国家重点实验室(KF201805)的基金支持。  论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/nph.16111

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  长期以来,化肥施用作为一种主要的农业措施在提高农作物产量上具有显著成效,但诸多研究表明长期的化肥施加可导致土壤有机质下降、土壤氮流失加重、土壤大面积酸化以及农产品中重金属超标等问题,同时也会改变土壤微生物群落结构。然而,对于不同种类化肥的施加对微生物群落结构的影响有何异同,尚缺乏系统性的研究。为此,东北地理所农田分子生态学科组与黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所合作,以长期不施肥(NoF)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、单施钾肥(K)、氮磷肥(NP)、氮钾肥(NK)、磷钾肥(PK)和氮磷钾混合肥(NPK)为研究对象,利用新一代高通量测序技术和分子生态网络分析,分别对上述不同化肥添加下农田黑土细菌和固氮菌群落结构进行解析。结果表明含有氮肥处理(N、NP、NK和NPK)和非氮肥处理(NoF、P、K、PK)的细菌群落和固氮菌群落均明显分成两大集团(图1),其中放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria)是主要的优势细菌门,慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)和斯科曼氏球菌属(Skermanella)是主要优势固氮菌属;含氮肥和非氮肥处理的细菌和固氮菌分子网络结构也存在明显差异(图2)。网络属性分析发现,含氮肥的细菌网络和非氮肥的固氮菌网络虽然结构简单但更稳定。土壤pH、全氮和速效钾是调控细菌网络的主要因子;土壤pH、全碳、全氮和硝态氮是影响固氮菌网络的主要因子。上述结果综合表明,在长期施加不同化肥组合处理中,含氮化肥的施加是驱动东北农田黑土细菌和固氮菌群落结构分异的主导因素。  相关研究成果于2019年发表在ArchivesofAgronomyandSoilScience和ResearchinMicrobiology上。研究得到中科院战略性先导专项和国家自然科学基金项目的资助。 图1不同化肥处理对农田黑土细菌群落(a)和固氮菌群落(b)结构影响的PCoA分析  图2不同化肥处理农田黑土细菌群落(a)和固氮菌群落(b)分子生态网络图,每个节点代表1个OTU,也就是相应的细菌/固氮菌物种;不同颜色的节点表示不同优势细菌/固氮菌类群;蓝色线代表物种间的正相关关系,红色线代表物种间的负相关关系  论文信息:  ZhenhuaYu,XiaojingHu,DanWei,etal.Long-terminorganicfertilizeruse  influencesbacterialcommunitiesinMollisolsofNortheastChinabasedonhigh-throughputsequencingandnetworkanalyses.ArchivesofAgronomyandSoilScience,2019,65:1331–1340.  XiaojingHu,LiuJunjie,DanWei,etal.Long-termapplicationofnitrogen,notphosphateorpotassium,significantlyaltersthediazotrophiccommunitycompositionsandstructuresinaMollisolinnortheastChina.ResearchinMicrobiology,2019,170:147-155.  论文链接:  https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/03650340.2018.1563685  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092325081930018X?via%3Dihub

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  近日,我所催化基础国家重点实验室邓德会研究员和包信和院士团队在《先进材料》(AdvancedMaterials)上发表题为“二维材料限域催化用于能源转化”(ConfinementCatalysiswith2DMaterialsforEnergyConversion)的进展报告。  二维材料独特的几何和电子结构使其在催化领域引起了科研人员广泛的研究兴趣。其中,二维材料自身的晶格,以及二维材料与其它材料形成的杂化结构为催化活性位提供了独特的限域环境。对于二维材料限域催化的基本理解将有助于理性设计高性能的二维催化剂。二维材料限域催化在能源小分子如氧气、氢气、水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和甲醇等催化转化方面,有着潜在的应用前景。作为两个代表性的二维材料限域催化体系,二维材料晶格限域单原子和二维材料限域金属颗粒已在一些催化反应中展现出了高的催化活性、选择性和稳定性。该进展报告总结了二维材料限域催化体系在结构设计、反应应用,以及构效关系中的研究进展,重点介绍了不同二维材料表界面调控方式对限域环境和活性中心的影响,并就二维材料限域催化在能源小分子转化和利用方面进行了总结和展望。  邓德会与包信和团队长期致力于二维材料与能源小分子催化转化研究。近年来,在二维材料限域催化方面取得了系列重要研究进展。在二维材料限域单原子催化方面,该团队利用低温溶剂热的方法,直接化学合成了氮原子掺杂的石墨烯,并利用低温STM首次直接观测到石墨烯限域氮原子的原子结构(Chem.Mater.,2011;Nat.Nanotechnol.,2016);利用固相球磨的方法将metal-N4限域在石墨烯晶格中,首次直接观察到Fe-N4中心的原子和配位结构,该系列催化剂在甲烷、苯等选择氧化转化中表现出了优异的催化活性和选择性(Sci.Adv.,2015;Angew.Chem.,Int.Ed.,2016;Chem,2018;Chem,2019);首次提出利用限域的杂原子调变二维硫化钼的面内活性(EnergyEnviron.Sci.,2015;Nat.Commun.,2017;Chem.Rev.,2019)。在二维材料限域金属颗粒催化方面,该团队为解决非贵金属催化剂在苛刻条件下的不稳定性问题,利用石墨烯限域非贵金属颗粒作为催化剂,在国际上率先提出“铠甲催化”的概念,为苛刻条件下高稳定催化剂的设计提供了新途径(Angew.Chem.Int.Ed.,2013;Angew.Chem.Int.Ed.,2015;EnergyEnviron.Sci.,2016;Adv.Mater.,2017)。  上述研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划、中科院前沿科学重点研究项目、教育部能源材料化学协同创新中心(2011·iChEM)项目的资助。这也是献礼我所七十周年所庆文章之一。(文/图唐雷、高鹤华)

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