港大揭示大豆適應鹽土啟動機制 冀提高農業生產

香港大學生物科學學院黃乾利辛烱僖基金教授（植物生物技術學）蔡美蓮與研究助理教授龍兆章，揭示大豆啟動高鹽適應性變化的分子機制，有望提供解決鹽土問題的方法。這項新發現已於植物學權威期刊 《植物細胞》（The Plant Cell）發表，研究成果將有助開拓抗鹽植物的新策略。

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在高鹽環境下，固著不動的植物透過自身的迅速反應求存，當中包括改變根部結構、產生離子泵和製造特定代謝物等。這個適應性過程涉及多個逆境信號，包括兩類重要脂質 -  磷脂酸和脂氧化物。研究團隊早前發現，II類酰基輔酶A 結合蛋白（ACBP）能促進磷脂酸形成。ACBP家族成員在真核生物中高度保守，能結合酰基輔酶A（Acyl-CoA），即激活形式的脂肪酸；而脂氧化物是不飽和脂肪酸氧化成的衍生物，生物學者對激活其生成的過程及其與磷脂酸之間的串擾作用向來知之甚少。

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團隊發現，大豆根經鹽液處理的數小時內，產生比原體II類ACBP3及ACBP4更小的截短蛋白，並說它們經mRNA前體被異常剪接而成，這現象從没出現於植物ACBP研究中。

團隊表示，ACBP4的原體和截短蛋白在大豆毛狀根超表達時，相比對照組分別減少和提高耐鹽性。擬南芥轉基因試驗亦得出相似結論，即ACBP3截短蛋白的超表達株系比對照組更耐鹽，原體ACBP3及ACBP4超表達株系則更敏感。顯微鏡、分子及生化分析進而得出一個模型，闡明ACBP3和ACBP4啟動脂氧化物信號形成的機理作用，以及脂氧化物和磷脂酸信號的串擾。

截短ACBP4變體在大豆毛狀根的超表達提高耐鹽性。港大圖片

蔡美蓮簡述道，脂氧化物由脂氧化酶催化而成。在一般情況下，此酶與ACBP及酰基輔酶A可逆性結合時失去活性。在高鹽逆境下，複合體受到磷脂酸和ACBP截短蛋白的競爭性抑制而解離，並激活脂氧化酶。蔡美蓮期望揭開脂氧化物信號傳遞機理的其他元素，並嘗試利用基因工程改良大豆和其他作物的耐鹽性。科創成果或能減少鹽土對作物收成的損害，在氣候變遷的影響下提高糧食供應。

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香港大學工程學院機械工程系陸洋教授與北京科技大學新材料技術研究院李成明教授共同領導的研究團隊，成功研製出直徑達5英吋、厚度僅3毫米的超硬鑽石（金剛石）晶圓。該晶圓的維氏硬度高達208.3 GPa，是常規金剛石硬度的2倍，被視為突破半導體材料技術瓶頸的重要成果。

採用團隊新研發的「微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）」技術製作的大尺寸鑽石（金剛石）晶圓

鑽石雖被視為「終極形態」的半導體材料，但其導熱和耐輻射性能遠超硅與碳化硅等傳統材料。然而，傳統高溫高壓（HPHT）和化學氣相沉積（CVD）技術一直難以兼顧大尺寸與高硬度。

為克服此限制，團隊創新採用「微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）」技術，並配合高頻循環脈衝氮摻雜工藝，在金剛石生長過程中構建動態非平衡環境，成功實現了英寸級超硬晶圓的量產關鍵突破。此技術透過在等離子體中以高頻方式交替加入氮源，使等離子體活性基團的組成和生長溫度在極短時間內持續波動，打破了傳統穩定生長模式的限制。這種動態調控機制不僅強化了表面重構與缺陷過程，還有效促進了特殊微觀結構的形成。

測試結果顯示，該晶圓的耐磨性達普通多晶金剛石的7倍，並能在單晶金剛石表面留下清晰劃痕。透過高倍電子顯微鏡分析，團隊發現晶圓內部形成了密度高達 4.3×10¹² cm⁻² 的三維互鎖堆垛層錯網絡結構，有效抑制了位錯運動。此外，相關的摻氮生長技術亦適用於複雜三維結構表面，可直接運用於刀具與機械元件上。

領導研究的陸洋教授表示：「這項大尺寸超硬鑽石晶圓的突破，將為金剛石在極端環境探測、先進製造業及半導體熱管理等領域的應用打開新局面。我們期待新技術為第三及四代半導體材料發展注入強心針。」

這項研究成果已發表於國際頂尖學術期刊《自然—通訊》（Nature Communications），文章標題為「Inch-scale Ultrahard Diamond Wafer with 200 GPa Hardness via High-Frequency Pulsed Local Non-Equilibrium Growth」。