最新Science 两篇中国科学家文章

　　

生物通报道：许多世界上的重要科学报道是首先出现在美国Science杂志上的。比如标志性的基因组研究、艾滋病与人类免疫缺陷病毒关系的发现、以及一个来自地球外的撞击导致恐龙灭绝的证据，这些都是首先在Science上刊登出来的具有历史意义的科学进展。在这一学术界著名的杂志上刊发文章从一个方面代表了业界对成果的肯定，近期中国科学家在Science杂志发表了两项重要的研究成果：Bt植物可持续控制重大害虫区域性灾变新理论，以及催化基础理论研究新成果。

第一项成果中，研究人员将其在野外工作的数据进行了编撰，并首次报告了这一栽种Bt棉花的非计划性后果的详尽调查。研究人员提出，蝽科虫子种群在最近的爆炸式增长是因为在这一地区引进了这些基因改良的作物之后，传统农药的使用有所减少之故。

研究人员以我国华北地区商业化种植Bt棉花（转Bt基因抗虫棉，Bt即苏云金杆菌）为案例，从1997～2009年，系统地研究了Bt棉花商业化种植对非靶标害虫盲蝽蟓种群区域性演化的影响。研究表明，Bt棉花大面积种植有效控制了二代棉铃虫的危害，棉田化学农药使用量显著降低，但也给盲蝽蟓这一重要害虫的种群增长提供了场所，导致其在棉田暴发成灾，并随着种群生态叠加效应衍生，而成为区域性多种作物的主要害虫。

由于蝽科虫子会吃范围广泛的植物，这种害虫现在第一次成为对其它作物（其中包括葡萄、苹果、桃子和梨）的一种威胁。这些发现证明，针对某一特别害虫的害虫控制政策的改变会导致其它非目标性害虫的扩散。他们强调了在贯彻大面积的病虫害治理策略之前分析这些可能性的重要性。这项研究明确了我国商业化种植Bt棉花对非靶标害虫的生态效应，为阐明转基因抗虫作物对昆虫种群演化的影响机理提供了理论基础，对发展利用Bt植物可持续控制重大害虫区域性灾变的新理论、技术有重要指导意义。

另外一篇文章中，来自大连化学物理研究所的研究人员借助贵金属表面与单层氧化亚铁薄膜中铁原子的强相互作用所产生的界面限域效应，结合表面科学实验和密度泛函理论计算的研究结果，成功地构建了表面配位不饱和亚铁结构（Coordinatively Unsaturated Ferrous，CUF）。这种界面限域的CUF中心与金属载体协同作用，在分子氧的低温活化过程显示出非常独特的催化活性，应用于富氢气氛下一氧化碳选择氧化（CO PROX），在质子膜燃料电池（PEMFC）实际工作条件下（60-80度，水蒸气和CO2存在），成功地实现了燃料氢气中微量CO的高效去除。这一工作以研究报告(Report)形式发表在Science杂志上，美国C&E News和英国Chemistry World同时对这一工作进行了报道。

纳米结构限域的配位不饱和金属原子是众多酶催化和均相催化反应的活性中心。在负载型多相催化体系中，实现可控制备具有类似酶结构特征的高效、稳定的活性中心，对多相催化的发展具有十分重要意义，也是对催化基础理论研究的一个巨大挑战。

研究人员发现，在贵金属铂表面可以实现可控生长2～5纳米大小的规整单层氧化亚铁（FeO）岛，在这些纳米岛边缘形成一种配位不饱和的亚铁中心（CUF）。与李微雪研究员合作，采用基于第一性原理的密度泛函理论对这一实验结果进行理论研究，发现单层氧化亚铁的稳定存在来源于Fe与Pt表面的强相互作用，并通过这种氧化物与金属界面的限域效应稳定了纳米岛边界上的CUF中心，这些亚铁活性位对分子氧具有较强的吸附能力（吸附能为-1.53 eV），但不吸附CO，从而解决了CO的中毒问题。进一步计算研究表明，吸附在CUF中心的分子氧在几乎不需要活化能的情况下便能迅速解离，生成高活性的原子氧物种，完成催化氧化反应。

由基础研究得到的概念推广到真实催化剂的创制过程，该研究组成功地制备出了SiO2担载的粒子尺寸在2～4纳米左右的Pt-Fe催化剂，用于氢气中微量CO的催化脱除反应（PROX）。实验表明，当原料气的配比（CO：O2：H2）为1：0.5：98.5时，在室温条件下，CO的转化率和氧分子氧化CO的选择性均达到100%。这表明，在大量氢气存在条件下，由该催化剂活化形成的原子氧物种高选择性地进行了CO氧化反应；而在相似反应条件下，采用通常的铂催化剂，CO的转化率仅为5%左右。借用新近落成的上海光源装置（SSRF），在Ｘ射线吸收精细结构谱线站（BL14W1）对真实催化反应过程中Pt-Fe催化剂进行原位X射线吸收谱表征，发现当催化反应达到稳态时，催化剂表面的铁物种处于低价的亚铁状态，这一结果很好地验证了基础研究和理论分析得到的结论。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Interface-Confined Ferrous Centers for Catalytic Oxidation

Coordinatively unsaturated ferrous (CUF) sites confined in nanosized matrices are active centers in a wide range of enzyme and homogeneous catalytic reactions. Preparation of the analogous active sites at supported catalysts is of great importance in heterogeneous catalysis but remains a challenge. On the basis of surface science measurements and density functional calculations, we show that the interface confinement effect can be used to stabilize the CUF sites by taking advantage of strong adhesion between ferrous oxides and metal substrates. The interface-confined CUF sites together with the metal supports are active for dioxygen activation, producing reactive dissociated oxygen atoms. We show that the structural ensemble was highly efficient for carbon monoxide oxidation at low temperature under typical operating conditions of a proton-exchange membrane fuel cell.

Mirid Bug Outbreaks in Multiple Crops Correlated with Wide-Scale Adoption of Bt Cotton in China

Long-term ecological effects of transgenic Bacillus thuringiensis (Bt) crops on non-target pests have received limited attention, more so in diverse smallholder-based cropping systems of the developing world. Field trials conducted over 10 years in northern China show that mirid bugs (Heteroptera: Miridae) have progressively increased population levels and acquired pest status in cotton and multiple other crops, in association with a regional increase in Bt cotton adoption. More specifically, our analyses show that Bt cotton has become a source of mirid bugs and that their population increases are related to drops in insecticide use in this crop. Hence, alterations of pest management regimes in Bt cotton could be responsible for the appearance and subsequent spread of non-target pests at an agro-landscape level.