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云南大学2023年度十大科技进展

2024-01-19  

2023年,云南大学以习近平总书记致云南大学建校100周年重要贺信精神为指引,努力推进“双一流”高校建设,继承和发扬“会泽百家、至公天下”的办学精神,凝心聚力、攻坚克难,持续产出高水平科技成果。通过全校范围内的征集、遴选,现发布2023年度云南大学十大科技进展。


1.寒武纪“干群苔藓虫”及纳米精细保存新突破

产自昆明小石坝生物群绿藻的基部固着于腕足动物壳瓣,证实它们为底栖生物,为认知其生活模式、早期演化,以及寒武纪海洋生态系提供了新的信息。

2023年,云南大学张喜光团队的代表性研究成果分别发表在Nature和Science上,为早期生命演化与化石生物学研究提供了切实新证据。(1)最近,西北大学发表Nature(Zhang et al.2021)的文章描述了寒武纪“潜在干群苔藓虫”,其触手伸出的关键构造“孔口”,被证明实为个体组件表层的残破口。从总体上看,这些绿藻躯体组构与上述“苔藓虫”十分相似,它们应为同类生物。张喜光团队的该发现为突破苔藓虫最早出现长期悬而未决的难题增加了新思路新途径。(2)Tian et al. (2022) 的Science论文报道了云南虫鳃弓上纳米级精细的“微纤丝”,然而,历经5亿多年地质历程中高温高压、置换矿化等理化作用的澄江化石,为何软组织纳米级构造未遭破坏?地化元素检测表明“微纤丝”与现生有机体一样,明显含微量的碳和氧元素。张喜光团队从全新视域深究了与之相关的地质学、生物学及埋藏学机理与证据,认为纳米级的保存至今尚无先例,同时,相关种种含糊推论和未澄清的事实谕示:如此超微保存应是现代有机物的混入。团队认为,客观辨析来自观察分析的信息,包括先进仪器提供的高精结果,加之合理的推导,“以所见知所不见”是推进当前特异保存化石研究的必要手段。

左图:寒武纪小石坝生物群的绿藻与澳大利亚Wirrealpa的“苔藓虫”;右图:寒武纪胚胎与现生甲壳动物,后者显示了相对较高的氧和碳含量。

团队成员:张喜光,杨杰,Martin R. Smith, Brian R. Pratt, 兰天


2.发现了哺乳动物新物种并揭示物种形成新机制

物种形成是生物多样性的来源。新物种的发现和物种形成机制的研究是理解生物多样性的钥匙。

2023年,云南大学于黎团队发现了哺乳动物中新的鳞甲目(穿山甲)物种,即世界第9种穿山甲。穿山甲是世界上非法贸易最严重的野生哺乳动物,此前,普遍认为存在8个穿山甲物种,所有穿山甲均被列入世界自然保护联盟濒危物种红色名录。此次发现的世界第九种穿山甲,表现出与已知8个穿山甲物种不同的鳞片形态特征和基因组特征,距离上一个穿山甲物种菲律宾穿山甲的发现已过去百年。研究扩展了目前对穿山甲物种多样性演化历史的认识;团队发现了哺乳动物中灵长类金丝猴属物种通过种间杂交导致新物种形成的案例。杂交物种形成已在植物、鱼类、昆虫及鸟类等类群中被广泛报道,但是,在哺乳动物中却鲜有报道。研究发现黔金丝猴来自川金丝猴种群与滇金丝猴/缅甸金丝猴祖先群的古老杂交事件,而且在杂交物种形成过程中,黔金丝猴从亲本分选和继承了与毛色形成相关的基因而形成了其独特的黑黄镶嵌毛色。研究首次揭示种间杂交是哺乳动物物种形成和表型多样化的重要机制。上述的研究提供了对哺乳动物物种多样性和物种形成机制的新认识,进一步揭示了生物多样性演化的奥秘。代表性研究成果以研究论文形式(Research Article)发表于国际顶尖期刊《Science》和《美国科学院院报》( PNAS)上。

基于基因组数据分析发现(A)鳞甲目第9种穿山甲物种 (B) 灵长目金丝猴属杂交物种形成

团队成员:于黎,吴宏,胡靖扬,刘建全,张荣华,谷桐桐,王则夫,章誉兴


3.实现了天然产物及药效团结构单元合成新方法

天然产物及其衍生物是药物发现的重要来源,然而许多天然产物在自然界中含量稀少,从自然界中直接获取该类化合物往往会给生态环境造成一定的负担。发展基于偶联反应、不对称催化以及自由基化学的合成新策略,获得具有重要生物活性药效团分子,为天然产物及其衍生物的合成提供了重要技术参考。

2023年,云南大学张洪彬团队在天然产物及重要药效团结构单元的合成方法研究方面取得一系列高水平创新性成果。首次完成了高度复杂的3个蕊木型单萜吲哚生物碱和2个降西松烷型二萜天然产物的人工全合成。首次发展了一系列合成新策略,实现了具有重要药学价值和合成意义的1,2-二胺、α-氨基腈和α-氨基膦氧化物的高效合成,为重要药效团分子的活性筛选提供了丰富的化合物库。代表性研究成果发表在本学科国际顶级刊物《美国化学会志》(1篇)、《德国应用化学》(3篇)、《美国化学会催化》(1篇)。以团队成员为核心的云南省创新团队和教学科研创新群体于2023年分别获得云南省科技进步奖(创新团队奖)一等奖和“云南省教育工作先进集体”荣誉称号。团队取得的原创性研究成果带动了我校化学和药学学科的高水平发展。

复杂天然产物降西松烷型二萜(a)及单萜吲哚生物碱(b)的全合成

药效团结构单元1,2-二胺(c)及α-氨基腈(d)的高效合成

团队成员:张洪彬,羊晓东,陈文,段胜祖,张逸鹏,江永刚,田红畅,杜娅,杜淑飞,潘艾琳


4.研发了钙钛矿太阳能电池关键应用技术

钙钛矿太阳能电池兼具高效率和低成本的优势,是新一代光伏技术的代表,具有重大的应用前景,被业内认为具有与晶硅电池相媲美的市场发展空间。但钙钛矿电池的实际应用仍然面临诸多问题。一是目前电池的稳定性不足以支持长时间的户外发电应用;二是欠缺大面积的电池制备技术,电池组件的面积放大后性能显著下降,不能体现出钙钛矿电池本身具有的成本优势。

2023年,云南大学张文华团队借鉴传统薄膜电池的进展,围绕与晶硅太阳能电池差异化的应用这一核心,重点开展柔性钙钛矿电池、建筑一体化用电池以及特殊弱光环境的钙钛矿电池体系(右图)。室内弱光环境中的研究已取得突破性进展,转化效率达到了创纪录的40.07%(2.56 cm2),且转化效率随面积增大的衰减显著降低,研究工作已发表在材料与能源科学领域国际著名期刊Advanced Materials。团队与华彩光能科技公司联合开展钙钛矿太阳能电池的关键应用技术研发与新产品的开发工作,深刻理解钙钛矿电池稳定性的失效机制与稳定性提升策略,发展长寿命的钙钛矿电池制备技术;开发大面积、高重复的钙钛矿电池组件的制备方法,解决因电池面积放大而导致的性能显著下降的问题,降低电池的制造成本;对钙钛矿电池的弱光使用环境进行探索与应用示范,实质性地拓展光伏电池的应用场景,实现与晶硅电池的并行发展,产生可观的社会效应。有望为云南省光伏发电产业布局的持续优化注入新的活力,推动云南光伏产业链走深走精走长。

柔性钙钛矿电池、建筑一体化用电池以及特殊弱光环境的钙钛矿电池体系

团队成员:张文华, 吕银花, 任小东, 蔡冰


5.创新了第三代杂交稻核心技术

第三代杂交稻是未来杂交稻的发展方向,普通核雄性不育的运用是其技术特征,而如何繁殖普通核雄性不育则是第三代杂交稻必须解决的核心问题。

2023年,云南大学张毅团队成功创制了一种水稻普通核雄性不育繁殖的新技术并通过专家鉴定。新技术以提高花粉致死效率,降低成本,增加纯度预警和提升功能,最终获得雄性核不育的全不育群体为目标,主要运用水稻内源基因,对现行技术的核心模块和整体进行了重新设计,即用干涉水稻内源花粉发育基因的策略实现花粉彻底致死,高效繁殖核雄性不育系;用常用除草剂分选可育株和不育株,提高分选准确性和降低成本;用水稻芽鞘紫线对不育系进行纯度鉴定和预警,并用除草剂提升纯度。研发团队经多次重复验证和完善,最终获得了一种新型、高效、低成本、低风险、高准入的普通雄性核不育繁殖技术。目前,第三代杂交稻正在兴起,由于其克服了前两代杂交稻的缺点,兼具其优点,有利于拓宽水稻杂种优势利用的种属和地域范围,应用前景广阔。新型核不育繁殖技术为第三代杂交稻的核心底盘技术,团队已获准国家发明专利7件。新技术将大力促进杂交稻的升级换代,充分发挥杂种优势的增产作用,有望为水稻产业和粮食安全国家战略提供技术支撑。

新技术繁殖的不育系纯度鉴定场景

团队成员:张毅、陈云、杜双林、刘婷、杜润、黄立钰


6.实现了高能锂硫电池技术的新突破

锂硫电池具有高能量密度和低成本的优势,是下一代动力电池的重要研发方向。然而,稳定性和安全性等问题严重限制了其商业应用。

2023年,为解决上述关键技术问题,云南大学郭洪团队首次设计了一种具有氰基和聚硫链双官能团活性位点的共价有机框架结构新隔膜,同时解决了锂硫电池的枝晶生长和穿梭效应问题,显著增强了锂离子的传输能力。电池在5mA/cm的条件下,可稳定循环超过9000小时,高于目前商业报道,表现出广阔的应用前景,并为高能量密度长循环寿命锂硫电池的快速发展提供了新思路。该研究揭示了界面工程的新功能,为锂硫电池有机材料的理性设计提供了新见解。通过开发新隔膜技术,可以有效提高锂硫电池的能量密度、循环寿命和快充性能,有助于推动电动汽车的技术进步和产业升级。

隔膜改性原理与技术示意图

团队成员:郭洪、安琪、王利莲、赵根福、段玲艳、孙勇疆、刘清、梅至远、杨永欣、张从辉


7.梦飞巡天望远镜发布首帧国际真彩色天图

云南大学刘晓为团队研制的多通道测光巡天望远镜(梦飞巡天望远镜)是世界首台大视场、多通道、高精度成像巡天望远镜,可同时在三个波段拍摄天体图像,获取天体超高精度亮度及颜色信息,录制宇宙天体运动和变化的彩色纪录片。颜色反映了天体的物理化学性质,高精度颜色测量为快速证认、分类及研究变源暂现源提供了解决方案,为发现和探索新天体、新现象,揭示新物理开辟了新窗口;高精度颜色测量同时也为精确测定海量统计无偏恒星样本基本物理化学参数,揭示星系的结构、星族组成及集成历史等二十一世纪天体物理学重大前沿问题提供了新的机遇。经过数年艰苦研制,覆盖全视场四分之一的望远镜主体2022年9月在丽江天文观测站完成安装,10月23日实现蓝、红双通道出光。迄今,望远镜已试运行2000余小时,取得重要观测数据。

2023年12月21日,梦飞巡天望远镜首次获得蓝黄红三通道同时拍摄的天体图像,发布了首帧国际真彩色天图,在学界和公众中引起了巨大的反响。梦飞巡天望远镜的建成,为天文学领域开展自主创新又增添了一国之重器。

2023年12月27日梦飞巡天望远镜团队发布的疏散星团NGC884和 NGC869首光ugi三波段真彩色天图

团队成员:刘晓为、刘项琨、方圆、杜国王、刘德子、尔欣中、杨元培


8.揭示了过去千年亚洲水塔对东南亚文明演化的影响

发源于青藏高原的大江大河对全球一半以上人口的福祉至关重要。准确量化气候变化背景下青藏高原水资源变化,科学研判未来河流径流量变化趋势,是水资源有效利用的基础与前提。然而,由于青藏高原气候和地形复杂,观测和模型结果不确定性大,长期以来限制了该问题的深入研究。此外,对青藏高原水资源研究主要集中在水资源变化,而忽视了对流域文明演化的影响。

2023年,云南大学陈峰团队基于青藏高原南部树木年轮宽度数据,重建了过去千年雅鲁藏布江、湄公河和萨尔温江总径流量变化,并利用相关模式数据预测了未来径流量变化趋势。结果表明,青藏高原径流量与流域下游旱季植被生产力显著正相关,突显了青藏高原径流量对东南亚生态和社会系统功能的重要性。此外,青藏高原径流量在流域文明演化进程中扮演了重要角色,包括中世纪暖期的蒲甘王朝崛起和吴哥窟修建到小冰期的缅甸衰弱和吴哥窟废弃,这为东南亚文明崛起与衰落的研究提供了新的视角最后,预测模型结果表明未来青藏高原径流量可能达到甚至超过中世纪暖期水平。该成果已发表在国际著名学术期刊Nature Geoscience。

过去千年雅鲁藏布江、湄公河和萨尔温江总径流量序列

团队成员:陈峰、满文敏、王世杰、Jan Esper、David Meko、Ulf Büntgen、袁玉江、Martín Hadad、何大明、陈发虎


9.解析了山地生态系统氮磷过程及其驱动机制

山地生态系统是重要的资源储存库和生态安全屏障,而氮磷养分循环主要维持着该系统内的生产力和相关生态服务。

2023年,云南大学程晓莉团队长期聚焦山地生态系统研究,在解析山地氮磷过程及其驱动机制方面取得了初步成果。(1)从生态系统尺度上揭示了玉龙雪山土壤氮磷转化的季节格局、海拔效应及其驱动机制,为该区域的养分预算和资源保护提供了参考依据;(2)从全球尺度上探索了土壤养分循环过程的生物和非生物驱动机制,并且首次发现了氨氧化微生物的气候生态位及其内在调控,为氮循环研究提供了新的理论基础和数据支撑。研究团队对山地氮磷养分循环机制的解析有助于推进山地生态工程规划和山地可持续发展。系列成果发表在全球变化方向权威期刊Global Change Biology(2篇)、Functional Ecology(2篇)和Geoderma(1篇)。

跨尺度解析山地生态系统氮磷循环机制

团队成员:程晓莉、张勇、陈琼、张丹丹、李金升、吴宝云


10.新型远程医疗助力乡村振兴

远程医疗是优质医疗资源下沉的重要手段,但是由于传统远程医疗技术与资源分离、功能单一、信息孤岛多、系统成本高且使用不易等问题,得不到良好的应用。特别是老少边农村地区,加上语言文化等问题,乡村群众很难获得优质的医疗服务,给巩固脱贫攻坚成果和乡村振兴带来了很大的压力。

2023年,云南大学郑家亮团队研发成功云南大学新型远程医疗互助平台。该平台得到省发改委新基建项目专项资金的支持,以省州(市)县乡村联动、资源与技术融合的方式,提供“一键式”操作的物联网、放射超声影像、心电、多学科会诊、健康咨询、上级就医支持、数据集成、大数据应用、供需信息匹配等体系化服务,做到了远程医疗“到村”“到户”“到地里田间”。同时,大学生加入社会服务,为乡村群众与城市医疗专家建立互动的桥梁,帮助咨询、协助就医和健康管理,打通了远程医疗的乡村末梢。该成果在德钦县、临沧市等县市示范应用取得了良好效果。该成果不仅让乡村群众求诊于专家变得触手可及,而且使传统的碎片化服务逐步过渡到可支撑的高质量发展的数字化服务模式,还可形成国家重点发展的面向边远、贫困地区的远程医疗协作网,辅以AI技术赋能降本,为乡村百姓解决看病难、看病贵的困境,走出行之有效的数字化路线。

新型远程医疗平台及实用场景

团队成员:郑家亮、雷晓凌、李兴兴、赵淞、胡兰芬、周庆、李汉斌、刘涛


供稿:科技处

编辑:李哲 责任编辑:王崴 终审:宁莉


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