2024年度云南大學十大科技進展發布
2025-01-22 17:13:27
來源：云南大學
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原標題：2024年度云南大學十大科技進展發布！
云南大學以習近平總書記致云南大學建校100周年重要賀信精神為指引，努力推進“雙一流”高校建設，繼承和發揚“會澤百家、至公天下”的辦學精神，凝心聚力、攻堅克難，基礎研究堅持“四個面向”，應用基礎研究服務國家戰略和地方經濟社會發展，持續產出高水平科技成果，賦能立德樹人，統籌推進教育、科技、人才一體化發展。通過全校范圍內的征集、遴選，現發布2024年度云南大學十大科技進展：
1 ?發現寒武紀軟體動物新物種并揭示軟體動物的早期演化
寒武紀是軟體動物快速演化的重要時期，但因其身體柔軟、易腐爛，完整保存的化石極為稀少，導致其起源及早期演化存在較大爭議。2024年，云南大學馬曉婭團隊在云南東部5.14億年前的寒武紀關山生物群中發現并報道了一個新的軟體動物物種——“多刺世山蟲”（Shishania aculeata）。該物種極為罕見地保存了完整的軟軀體構造，是目前已知最早的軟體動物化石之一，為解決軟體動物的起源及早期演化問題提供了關鍵證據。多刺世山蟲僅幾厘米長，身體扁平、兩側對稱，呈橢圓形。其背部密布幾丁質小尖錐骨片，腹面光滑，具有寬大且肌肉發達的足部。研究團隊通過先進的成像與分析技術，揭示了這些錐形刺的微觀結構，表明其生長機制與環節動物的剛毛相似，證明不同冠輪動物中硬質結構（如剛毛和生物礦化的殼）具有共同的起源。系統發育分析顯示，多刺世山蟲屬于軟體動物的干群，表明其祖先可能呈扁平形態，且背部覆蓋密集的中空幾丁質骨刺。這一發現推動了對軟體動物在寒武紀大爆發期間快速多樣化過程的理解，并為動物早期生物礦化過程提供了新的理論依據。研究成果發表于國際頂尖期刊《Science》，并受到《人民日報》《新華網》《BBC》《Nature》等中外主流媒體的廣泛報道，有力提升了云南大學古生物學研究的國際知名度與影響力。
圖一：寒武紀多刺世山蟲（Shishania aculeata）
化石標本
圖二：寒武紀多刺世山蟲（Shishania aculeata）
的多方位復原圖
圖三：寒武紀多刺世山蟲（Shishania aculeata）的錐形骨板和細微管狀構造
獲獎人：馬曉婭團隊
2 ?揭示了早期胚胎合子基因激活有序調控的新機制
“母體-胚胎轉換”是胚胎從依賴母源性基因產物到自身合子基因組開始表達和調控的關鍵過渡期。作為動物生命過程中經歷的重要早期發育事件，合子基因組激活的紊亂可導致胚胎夭折或出現特定缺陷，因此，解析早期胚胎中關鍵母源因子介導的相關調控機制是發育生物學研究的重要科學問題之一。然而，早期胚胎中如何建立和維持全能染色質狀態，以及先驅轉錄因子如何被調控，使其在早期胚胎發育過程中準時、有序、精確地啟動合子基因表達的機制目前還不清楚。
2024年，云南大學陳大華團隊通過遺傳、生化和生物信息學分析等系列方法，系統揭示了早期胚胎中dPCIF1作為監控因子，通過與HIRA競爭性結合來限制先驅轉錄因子GAF過早結合染色質，從而防止合子基因組的過早激活的重要功能與分子機制。該研究發現了早期胚胎發育過程中全能性染色質的建立及合子基因激活有序調控的新機制，為深入理解早期胚胎“母體-胚胎轉換”這一復雜而重要的發育事件提供了新的見解，同時也回答了發育生物學研究中的一個核心科學問題。該成果以研究論文形式（Research Article）發表于《美國科學院院報》(PNAS)。
圖一：HIRA和dPCIF1通過調控先驅
轉錄因子GAF調節合子基因激活
圖二：早期胚胎合子基因激活有序調控的新機制
獲獎人：陳大華團隊
3 ?建立光滑空間上的Proximal變分分析理論
Proximal法錐和次微分因其作為一階概念而體現出“二階”變分性態在理論和應用中占居獨特地位，成為變分分析中的主要內容。然而，現有Proximal次微分和法錐理論是在有內積結構的Hilbert空間上建立的，擴展Proximal次微分基本運算法則以及閉集的Proximal點在其邊界中稠密的基本變分幾何定理至非Hilbert空間類，被認為是變分分析中富挑戰的難題。特別地，變分分析大家Borwein在其關于變分分析的綜述文章中將非Hilbert空間中閉集的Proximal點在其邊界中是否稠密性稱為“most striking open question”. 2024年，云南大學鄭喜印獨立發表于Acta Mathematica Sinica 的論文在包括希爾伯特空間和所有空間在內的-光滑空間框架下建立了Proxiaml變分分析理論，該研究獨辟蹊徑地創立了Proxiaml次微分描述的多元變分原理，并據此在-光滑空間上建立了Proximal次微分的加法、乘法和復合等運算法則，并證明-光滑空間中任何閉集的Proximal法錐含有非零向量的點在其邊界中稠密。研究還證明當時Proximal次微分的運算法則在空間上不再成立，并證明這樣的空間中存在閉集在其每一點的Proximal法錐只有零向量；注意到Hilbert空間中每個閉集的Proximal點恰是其Proximal法錐含有非零向量的點, 這給出了Borwein公開問題的解答。此外，2024年，鄭喜印作為通訊作者與其博士生胡春海等發表在優化和變分分析國際頂刊SIAM J. Optim.上的文章還建立了逐段線性多目標優化問題的一致weak sharp minima理論。
圖一：光滑空間上的Proximal變分分析
圖二：目標優化的一致weak sharp minima
獲獎人：鄭喜印團隊
4 ?揭示了東亞夏季風過渡帶近期快速增溫特征及成因
東亞夏季風過渡帶是季風環流和西風帶環流的交匯區，同時也是濕潤區向干旱區的過渡地帶，是一條重要的氣候-生態-地理過渡界面。以往研究多聚焦于傳統季風區和干旱區的氣候變化，對夏季風過渡帶的氣候變化特別是其年代際變化缺乏研究。
2024年云南大學陳文團隊率先關注到夏季風過渡帶自上世紀80年代末成為全球增溫最顯著的區域之一，其升溫速度是北半球陸地平均升溫速度的3倍。此次快速升溫過程造成了該區域百年來前所未有的“干熱”狀態。該團隊進一步揭示出氣候系統內部變率的太平洋年代際振蕩（IPO）和大西洋海溫多年代振蕩（AMO）對這次過程有重要作用，兩者共同激發了中緯度大氣遙相關波列，在該區域上空形成了反氣旋環流趨勢。該反氣旋環流通過陸-氣正反饋加速了地表增暖，從而造成了此次快速升溫現象。該成果首次量化了氣候系統內部變率和人類活動對該區域極端增溫的貢獻,原創性地闡明了多種氣候系統內部變率在夏季風過渡帶氣候年代際變化中的協同作用。上述成果發表在國際著名期刊Nature Geoscience，獲得ESI全球高被引論文和國家自然科學基金委員會的資助成果亮點報道。
圖一. 東亞夏季風過渡帶快速增溫特征
圖二. 東亞夏季風過渡帶近期快速增溫機制圖
獲獎人：陳文團隊
5 ?發現生物多樣化與生境破碎化存在單峰模式
探討生物多樣性與生境破碎化之間的關系是保護生態學研究的核心議題，但生物多樣性與生境破碎化之間到底是何種關系目前仍存在激烈爭議。這就是保護生態學領域著名的SLOSS（Single-Large-Or-Several-Small）爭議，即單個大斑塊與多個小斑塊在生境總面積相等時，哪種情況可以維持更高的生物多樣性。
2024年云南大學廖金寶團隊通過理論模型預測與實驗整合分析，發現生境損失嚴格調控并誘導了生物多樣性對生境破碎化的單峰響應。具體而言，在生境損失較少的情況下，適度破碎化有利于定殖優勢種在小斑塊內存活，而不至于被強競爭者排除，從而達到景觀尺度上的物種共存；而當生境損失較為嚴重時，生境破碎化可導致競爭優勢種逐漸滅絕，從而整體上降低物種多樣性。該研究發現對當前關于生物多樣性-生境破碎化關系的SLOSS爭議提出了全新的調解方案，從而為生物多樣性保護與管理提供了新的理論視角與決策依據，具有重要的保護生物學意義。研究成果發表在國際頂級期刊《Nature Ecology & Evolution》和生態學經典期刊《Ecology》上。基于該成果，廖金寶2024年獲得了第八屆中國生態學學會青年科技獎。
（A）生境破碎化示意圖；（B）理論模型預測；
（C）實驗數據整合分析
獲獎人：廖金寶團隊
6 ?開發了兼顧土壤調理、作物生長促進和病害防控的系列健康栽培技術
維護耕地質量是保障國家糧食安全、維護云南省高原特色農業可持續發展的基礎。基于植物連作障礙嚴重以及土傳病害頻發主要源于土壤微生態失衡這一基礎認知，陳穗云團隊研發出涵蓋土壤調理、植物免疫提升、逆境耐受提高、植物生長促進、土傳病害防控等九項專利技術，其中兩項專利以100萬元向企業轉讓并實現產業化，部分技術已納入煙草企業技術規程。本年度，健康栽培技術在煙草、蔬菜、中藥材等作物推廣應用8.7萬畝，并在松華壩水源地和陽宗海煙草替代種植地塊實現了技術全覆蓋。在改善土壤微生態的同時，防控了多種病害發生，減少了大量化學農藥和化學肥料進入農田生態系統，成果的示范應用新增產值1800余萬元，實現了生態效益和經濟效益的雙贏。在長江流經云南的最后一站——昭通，旨在提高牧草植物低溫耐受性并促進牧草分蘗/生長的集成技術，在烏蒙山區高海拔草地恢復和建植工作中得到大規模應用，優質牧草的比例提升了60%，生物量提高一倍，蓋度提高20%，水土流失減少20%，在烏蒙山區低溫寡日照條件下構建兼顧生態效益和生產效益的生態草牧業模式起到重要示范和引領作用。以上述服務地方經濟的科研實踐為依托，帶動學生培養，指導的《烏蒙草情--烏蒙革命老區生態草牧業振興路》獲“挑戰杯”國家獎，《云南“紅云一號”--超級生物有機肥》獲“中國國際大學生創新大賽”省級金獎。
圖一：在昭通退化草地恢復中，示范
應用生長促進/抗低溫/養分回補綜合技術
圖二：兼顧土壤調理、病害控制和植物免疫
提升的健康栽培技術
獲獎人：陳穗云團隊
7 ?研發社交媒體數據的關聯挖掘、知識表示與協同推薦新技術
精準高效地提取社交媒體數據中蘊含的關聯關系并構建知識模型，捕獲用戶行為規律、實現知識推理并支持輔助決策，是當前人工智能領域亟待解決的問題和研究熱點。
2024年，云南大學岳昆團隊與云南移動公司合作，研發了社交媒體數據的關聯關系挖掘、知識表示與協同推薦的新技術。（1）提出社交媒體數據的深度聚類和鏈接預測新方法，克服了大規模、高維、具有圖結構信息、無標注數據聚類的效率瓶頸；研發移動5G業務投訴溯源和推薦模型并上線使用，大幅降低投訴量并增加5G業務收益。（2）開辟貝葉斯網嵌入研究新領域，構建了具有大規模數據處理能力的新型概率圖模型，創立了貝葉斯網表示學習新方法，解決了社交媒體數據中知識表示難、推理效率低、可解釋性差的問題；研發移動基站畫像構建、故障根因分析模型并上線使用，大幅提高故障診斷和處理效率。（3）創立情景感知服務質量預測新方向，建立了基于知識推理的協同推薦新技術，解決了情境信息表征難、質量預測不準確、推薦結果精度低且缺乏多樣性的問題，研發部署5G基站工程建設智能安全檢測和施工質量度量系列模型、并在全省推廣使用，大幅降低工程監管成本、提升檢測效率和準確性。成果發表在TKDE、TSC、AAAI、CIKM、UAI和《軟件學報》等期刊及會議，授權發明專利8項。
圖一：整體框架
圖二：產業應用
獲獎人：岳昆團隊
8 ? 高性能InP/InGaAs短波紅外單光子探測器新突破
單光子探測技術引領著量子保密通信、量子雷達、激光雷達、生物醫學影像設備、軍用夜視儀、超視際成像等極微弱信號檢測領域的發展。InP/InGaAs短波紅外單光子探測器芯片涉及35項“卡脖子”技術的3項——芯片、激光雷達和醫學影像設備元器件，屬于美西方國家對中國禁運的高端芯片之一。
云南大學史衍麗團隊對單光子吸收下的雪崩倍增機理進行了深入分析和模擬，發現了保持雪崩電場均勻性的新方法，并創新性地使用高電荷層濃度、厚倍增層設計和一次性擴散等工藝手段在芯片制備上實現了這一方法，最終實現了室溫（293 K，下同）下工作的高性能InP/InGaAs短波紅外單光子探測器。研制的探測器光敏面直徑25 um，在室溫下單光子探測效率20%時，暗計數率（相當于噪聲）為6.82 kHz，比目前國際上報道的最好水平（韓國Worrier公司同等條件參數下的暗計數率為60 kHz）低一個數量級。這一成果不僅打破了美西方國家的技術封鎖，而且將通常InP/InGaAs短波紅外單光子探測器的工作溫度從-40 °C提高到了20 °C，提升了我國單光子探測器的研究水平和制造水平。
本項目研制的芯片，制備工藝簡化、成品率高、成本低，將促進單光子探測器在移動電話、無人機、量子通信、武器裝備等輕量化、低功耗領域的應用。芯片已經提供給清華大學、山東大學等五家高校和公司進行應用開發，開發的低功率遠距離激光測距儀今年參加了深圳光博會，先后有兩家公司與項目組進行了成果轉化談判，有望通過成果轉化實現批量生產。
圖一：雪崩倍增原理示意圖
圖二：研制的單光子探測器芯片實物圖
獲獎人：史衍麗團隊
9 ? 真核生物轉錄與翻譯調控理論新突破
轉錄和翻譯調控是生命科學"中心法則"的核心問題，圍繞其中轉錄和翻譯過程的開拓和創新對于完善生命科學基礎理論和探索疾病診治策略有著重要的意義，同時也是生物學發展的核心研究領域和國際生物學研究的主戰場。
2024年，云南大學賴凡團隊和黨云琨團隊的代表性研究成果分別發表在國際著名期刊《Nature Structure & Molecular Biology》和《Nucleic Acids Research》上。兩個團隊通過深入合作，在“基因轉錄的方向性”層面，創新性地在國際上首次提出了關鍵核酸內切酶與RNA剪接相互配合，在轉錄起始時選擇正確的方向進行RNA的合成。該理論初步闡明了轉錄方向選擇的決定性因素，為理解轉錄整個過程打開了一扇新的窗口（圖一）。文章發表后，分子生物學頂級綜述雜志立即對此發表專題評論。在“蛋白表達的多樣性”層面，首次揭示了在人類基因組中存在由密碼子重復序列介導的全新蛋白翻譯現象。該現象產生的蛋白不僅廣泛存在，而且在疾病發生、發展中起著關鍵的作用（圖二）。這些成果通過解析“中心法則”中的關鍵問題，創新性地提出了具有普適意義的理論觀點，為進一步完善生命科學的基礎理論框架打開了全新的視野。
圖一：U1 snRNP拮抗整合子復合體保證基因
轉錄方向的分子機制
圖二：新型移碼肽段在正常人體組織中的分布
獲獎人：賴凡團隊
10 ?綠色關鍵技術新突破助力云南低碳發展
碳達峰碳中和是黨和國家重大戰略決策，事關民族未來。云南省在此過程中面臨嚴峻的挑戰，核心之一就是受困于關鍵技術和路徑的突破。云南大學碳中和創新中心利用學校人才和學科優勢，經多年研發，實現多學科交融的新能源關鍵技術和技術路徑新突破，構建了以綠色先進技術為底層支撐邏輯的技術型高端智策平臺，較好地解決了與雙碳工作中復雜、系統的關鍵技術和路徑密切相關的政策措施，為全省、重點企業開展碳達峰路徑研究、規劃建議、行動計劃提供頂層設計，完成云南省、省能源局省機關事務局、8個州市碳達峰實施方案。打造了以綠電直供、充分消納可再生能源、氫能體系建設、碳足跡等綠色技術為核心的政策創新體系，承擔建設了云南省綠色低碳先進技術與示范工程平臺, 研發、引進和推廣了一批符合云南實際的節能減碳、新能源等零碳和負碳技術，為政府相關部門、公共機構、重點用能企業園區開展能源效率提升、綜合能源服務、清潔能源利用和人才培訓提供了技術和人才支撐。在與玉溪高新區零碳園區建設和“百園百校萬企”創新合作、大理碳達峰試點城市建設、硯山工業園等四個零碳園區建設、昆明市廢舊電池資源化回收等工作中發揮了重要作用；研發的“云南大學智慧能碳管理平臺”助力云南大學榮獲“全國綠色公共機構”和“水效領跑者”榮譽。因成績突出，云南大學碳中和創新中心 2024 年榮獲云南省“雙碳”貢獻先進集體，為云南大學服務地方經濟社會高質量發展作出了重要貢獻。
圖：簽約儀式
獲獎人：張俊團隊
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