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面對全球森林退化加劇與氣候變化威脅的雙重挑戰，傳統以提升地上碳儲量為目標的森林恢復策略正面臨瓶頸——土壤碳庫恢復滯后、生態系統多功能性提升不足等問題日益凸顯。中國科學院華南植物園恢復生態學團隊聯合德國、美國、捷克、荷蘭和意大利等多家國際科研機構，在國際生態學頂級期刊Trends in Ecology & Evolution（TREE）發表綜述文章，系統闡述了植物-菌根共生體在地下碳庫形成與生態系統多功能性維持中的核心調控作用，并提出一套可操作的“植物-菌根協同”森林恢復新框架，為協同提升森林碳匯能力與生態韌性提供了科學路徑。核心發現：地下盟友的協同智慧研究團隊整合全球森林生物多樣性實驗證據，系統闡述了兩類主要菌根真菌——叢枝菌根（AM）和外生菌根（ECM）——如何以互補方式驅動土壤碳庫形成與生態功能提升。AM植物作為高效的“深層碳工程師”，通過輸入高質量的凋落物和根系分泌物，并借助其快速生長的菌絲網絡，顯著促進深層土壤中礦物結合有機質（MAOM）?的形成與穩定，對長期固碳、涵養水源和維持深層土壤肥力至關重要。ECM植物則扮演著“表層活性管家”的角色，產生分解緩慢的凋落物，并通過與腐生菌競爭氮源等機制，促進表層土壤中顆粒有機質（POM）?的積累，對維持土壤孔隙結構、活性養分供給、微生物活性和短期生產力具有關鍵作用。AM與ECM的互補效應并非孤立存在。在物種豐富的混交林中，兩者協同作用能夠同時優化土壤剖面不同深度的碳庫：AM主導的深層MAOM固碳提供長期穩定性，ECM主導的淺層POM庫則支撐系統活性和養分循環。這種協同不僅顯著提升整體碳儲量，還同步增強了森林的養分保持力、抗旱性、抗干擾能力及生物多樣性支撐等生態系統多功能性，實現了“碳匯”與“多功能”的共贏。從理論到實踐：可落地的恢復框架基于對菌根功能的深刻理解，研究團隊構建了一套面向實際應用的“評估-選種-接種-監測”四步恢復框架，為全球森林恢復提供了清晰的操作藍圖。該框架始于深入的本底評估，強調必須考慮當地氣候、土壤特性、現有植被及優勢菌根類型。例如，熱帶地區以AM主導，而溫帶/北方森林則需關注AM/ECM的混合策略。隨后是關鍵物種選擇階段，核心在于利用植物功能性狀的互補性：結合深根與淺根物種、速生與慢生樹種、以及AM和ECM相關樹種以優化資源利用效率和碳在土壤剖面中的分布。本地化菌根接種是重建退化土壤微生物網絡的核心環節，優先選用具有高效固碳能力的本地菌株，可顯著提升植物定殖成功率和脅迫耐受性。最后，持續的動態監測與適應性管理確保恢復成效，通過追蹤POM/MAOM比例等關鍵土壤參數以及生物多樣性指標，可實時調整管理策略。全球意義與未來展望劉占鋒研究員指出：“植物-菌根共生是超過4.5億年自然演化的智慧結晶，我們的框架首次將其轉化為可量化、可操作的森林恢復工具。” 華南植物園前期在熱帶海岸臺地植被恢復實踐表明，混交林在60年恢復期后，其土壤碳儲量較單一樹種人工林顯著提升約40%，生物多樣性也得到了同步的恢復，驗證了上述框架的長期有效性。該框架為《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》提供了關鍵的“地下解決方案””，不僅為應對氣候變化和生物多樣性喪失危機提供了“雙贏”策略，標志著森林恢復理念從單純“種植樹木”向科學“生態系統功能設計”的范式轉變。展望未來，研究團隊呼吁將菌根功能性狀納入全球森林恢復的評估與指標體系，并計劃依托TreeDivNet和Sino-BEFNet等研究網絡開展跨區域聯網研究與驗證，讓這一源于自然的智慧惠及全球生態修復實踐。相關研究成果以Mycorrhizal allies: synergizing forest carbon and multifunctional restoration為題近期發表于Trends in Ecology & Evolution（《生態學與進化趨勢》）上。中國科學院華南植物園博士后李騰騰為論文第一作者，劉占鋒研究員與德國萊比錫大學Nico Eisenhauer教授為共同通訊作者。研究獲得了國家重點研發計劃、廣東基礎與應用基礎研究旗艦項目和國家自然科學基金等項目資助。論文地址：https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.07.004圖.?整合植物-菌根關系的土壤碳匯與生態系統多功能性協同恢復概念框架

2025-08-14

廣州能源所和過程所科研團隊提出退役鋰電協同尾渣升級回收策略

近日，中國科學院廣州能源研究所袁浩然研究員團隊聯合中國科學院過程工程研究所楊軍研究員在Matter上發表了題為High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究論文。該研究提出了針對退役LiMn2O4電池陰極材料(S-LMO)與浸出渣磷酸鐵（S-FP）的協同處置技術：通過焦耳高溫沖擊活化水浸，實現金屬鋰的快速浸出（Li浸出率>99%）；進一步調整焦耳熱參數，對S-LMO和S-FP進行結構調整和過渡金屬替換，升級回收為高能量密度的聚陰離子陰極材料LiMnFePO4（R-LMFP）。該策略不僅大幅縮短了退役鋰電池陰極材料回收鋰的時間，更顯著提升了LMFP陰極材料的合成效率，為解決退役鋰電池陰極材料與浸出渣的協同處置提供了全新思路。隨著鋰電池退役量的持續攀升，其清潔回收技術被視為新能源產業健康發展的保障，回收策略在學術界和產業界成為關注的焦點。目前，退役鋰電回收的研究重點是濕法冶金或加熱直接修復，主要側重于金屬高效提取或恢復原有電池性能，但對陰極材料的高價值特性探索有限。因此焦耳加熱技術作為一種革命性的回收方法體系，為退役鋰電陰極材料的高價值利用提出了創新的概念。近日，中國科學院廣州能源研究所袁浩然研究員團隊聯合中國科學院過程工程研究所楊軍研究員在Matter上發表了題為High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究論文。該研究提出了針對退役LiMn2O4電池陰極材料(S-LMO)與浸出渣磷酸鐵（S-FP）的協同處置技術：通過焦耳高溫沖擊活化水浸，實現金屬鋰的快速浸出（Li浸出率>99%）；進一步調整焦耳熱參數，對S-LMO和S-FP進行結構調整和過渡金屬替換，升級回收為高能量密度的聚陰離子陰極材料LiMnFePO4（R-LMFP）。該策略不僅大幅縮短了退役鋰電池陰極材料回收鋰的時間，更顯著提升了LMFP陰極材料的合成效率，為解決退役鋰電池陰極材料與浸出渣的協同處置提供了全新思路。高溫焦耳熱處理實現退役鋰電和浸出渣升級回收研究得到國家自然科學基金委、中國科學院前沿科學與基礎研究局、廣東省科技廳、中國科學院過程工程研究所介質科學與工程國家重點實驗室的支持。論文鏈接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00365-0

2025-08-12

?廣州能源所在泡沫基高功率密度燃料電池技術研究方面取得進展

在全球加速能源轉型的背景下，中國科學院廣州能源研究所聯合伊朗阿米爾卡比爾理工大學在泡沫基流場質子交換膜燃料電池研究方面取得進展。在全球加速能源轉型的背景下，中國科學院廣州能源研究所聯合伊朗阿米爾卡比爾理工大學在泡沫基流場質子交換膜燃料電池研究方面取得進展。泡沫基流場因其獨特的結構成為提升燃料電池性能的理想選擇（圖1）。這種3D貫通式流場通過無氣體擴散層一體化設計，可將電堆整體厚度減少15%～20%，大幅提升了體積功率密度；其高達90%以上的孔隙率確保了反應物在催化層的均勻分布，有效解決了傳統流場存在的傳質不均問題；而且，其獨特的熱傳導特性能夠消除局部熱點，使溫度分布均勻性提升30%。圖1 本研究燃料電池示意圖：（a）平行蛇形流量分配器PS，（b）泡沫基流量分配器，（c）傳統肋狀/通道燃料電池（左）和泡沫基燃料電池（右）的側視圖研究提出了一種基于勢流場解析的功能梯度多孔材料（FGPM）流場系統化設計方法（圖2）。通過對流場內勢流進行數值求解，獲取關鍵等勢線分布。將各等勢線均分構建流線網格，形成從入口到出口的連續傳質路徑。基于網格單元位置動態分配孔隙率參數，確保軸向（流線方向）與徑向（等勢線方向）的梯度連續性，從而構建出具有優化傳質性能的FGPM流場結構。該設計方法通過CFD迭代驗證表明，在保持結構強度的同時可實現傳質效率40%以上的提升，為高性能燃料電池流場的工程化設計提供了可靠的技術方案。圖2 U型流場的梯度孔隙設計方法：（a）勢流網格劃分，（b）孔隙率分布，（c）質量流量分配該研究對FGPM流場與傳統4通道平行蛇形流場（4-PS）的性能進行了系統性對比。結果顯示，在50×50mm2活性面積條件下，FGPM流場展現出顯著的性能優勢。在關鍵指標體積功率密度方面實現了84%的大幅提升；其次，通過創新的無氣體擴散層一體化設計，成功將電堆總厚度減少了15%，從傳統設計的3.75mm降低至3.2mm；在1A/cm2的典型工作電流密度下，FGPM流場使電池的輸出功率提升了57%，這一提升幅度遠超預期。這為解決燃料電池在高功率輸出時的性能衰減問題提供了新的技術路徑。研究特別揭示了兩種典型配置下的性能差異。（1）具有微孔層的薄型膜電極配置下，傳統4-PS和新型FGPM燃料電池的性能均有所提升，然而FGPM流場的體積功率密度比傳統4-PS設計提升了84%；（2）無微孔層的厚型膜電極配置下，FGPM流場仍保持了47.8%的性能優勢（圖3）。圖3 不同配置下平行流道和FGPM 流場的燃料電池極化曲線：配置1-base厚型膜電極，配置3-具有MPL的薄型膜電極相關研究成果以Application of a foam-based functionally graded porous material flow-distributor to PEM fuel cells為題發表于Energy。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124230?

2025-08-08

?廣州能源研究所在電力系統碳排放智能監測領域取得進展

近日，中國科學院廣州能源研究所能源戰略與碳資產研究中心汪鵬研究員課題組在電力系統碳排放監測領域取得新進展。近日，中國科學院廣州能源研究所能源戰略與碳資產研究中心汪鵬研究員課題組在電力系統碳排放監測領域取得新進展。電力行業是人為碳排放的主要來源。當前，火力發電廠碳排放監測主要依賴于企業自主上報、安裝的排放監測設備，或基于太陽同步軌道衛星的稀疏觀測數據進行反演。上述方法普遍存在數據易被篡改、成本高昂、監測頻率受限等問題。為實現低成本、高頻率的連續監測，該研究提出了一種融合深度學習與自注意力機制的實時碳排放監測方法，首次基于高頻地球同步軌道衛星數據，實現了火力發電廠日尺度碳排放量與發電量的滾動協同監測，為電力行業碳排放監測提供了新路徑。圖1 研究框架研究以美國環保署（EPA）管理的火電廠為研究對象，采用GOES-16地球靜止衛星提供的多光譜遙感數據及火電廠相關靜態信息作為模型輸入，以火電廠日尺度的碳排放與發電量數據為預測目標，構建端到端的監測框架（圖1）。在算法設計上，模型融合了卷積神經網絡（CNN）、雙向長短期記憶網絡（BiLSTM）和特征與時間雙重注意力機制（圖2），顯著提升了模型測算的準確性與魯棒性。圖2 碳排放監測模型架構在模型評估方面，研究從個體（圖3），區域，國家三個空間尺度驗證了所提模型架構（CNN-BiLSTM-Attention）的性能優越性。以碳排放為例，模型在RMSE、MAPE、R2等關鍵指標上相比傳統方法平均提升10%-14%、5%-7%和16%-25%，在區域和國家尺度上亦展現出良好的測算準確性。圖3 火電廠個體尺度碳排放評估在模型擴展應用方面，研究首先利用完整衛星數據對EPA統計數據進行補充評估，發現火電廠碳排放和發電量數據存在約10%-25%的潛在記錄遺漏（圖4）。其次，通過誤差敏感性分析發現，季節因素和火電廠排放規模對模型預測精度有顯著影響（圖5）。此外，基于自注意力權重開展的模型可解釋性分析表明，模型高度依賴編號為5、7、8和10的波段數據，這些波段與大氣中的CO?濃度與水汽條件密切相關；同時模型對白天信息權重較高，在夜間則通過紅外波段數據進行有效補償（圖6）。圖4 美國EPA記錄火電廠數據與模型測算的完整數據對比圖5 模型監測誤差敏感性分析圖6 模型的特征和時間自注意力權重分布本研究開創性地將地球同步軌道衛星的高頻遙感數據引入火電廠碳排放與發電量的同步監測，為構建第三方高頻、低成本、廣覆蓋的碳排放監管體系提供了重要技術支撐。該方法可為政策制定者和能源監管機構提供實時碳強度評估工具，支撐電力系統碳配額動態調整與低碳調度策略優化。未來研究可進一步融合多源衛星數據與物理機制模型，提升模型的可解釋性與通用性，助力構建智能化、透明化的電力行業碳監測新路徑。相關研究成果以Real-time monitoring of daily carbon emissions and electricity generation from fossil fuel power plants using geostationary satellite band data and deep learning techniques為題發表于Energy期刊，博士研究生莫海華為第一作者，汪鵬研究員為通訊作者。研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項課題以及海南電網“基于多變量機器學習的電-能-碳核算體系研究”資金項目的資助。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544225032128

2025-08-12

廣州健康院聯合開發用于血管化組織工程的仿細胞外基質3D打印生物墨水

近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師團隊聯合在Advanced Healthcare Materials雜志在線發表標題為“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究論文。近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師團隊聯合在Advanced Healthcare Materials雜志在線發表標題為“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究論文。該研究采用動態共價交聯與光引發共價交聯正交設計制備了模擬細胞外基質 (ECM) 微觀適應性和宏觀穩定性的雙交聯3D打印生物墨水，其打印形成的動態交聯網絡為細胞提供適應性微環境，從而促進血管內皮細胞與血管平滑肌細胞自發形成具有仿生雙層結構的血管網絡，該血管網絡具備體外收縮以及體內快速重建血運的功能。該研究為血管化組織工程提供了新的生物制造策略。血管化是目前限制大尺寸組織工程支架構建的關鍵問題。盡管近年來人工血管/血管網絡的生物制造技術獲得了巨大的發展，但構建具備仿生結構以及收縮功能的血管網絡一直是領域重大挑戰。為解決上述問題，研究團隊開發了一種具有動態共價交聯網絡的仿ECM生物墨水，通過模擬ECM的適應性微環境和結構組分，引導血管內皮細胞和血管平滑肌細胞自發排列形成具有仿生雙層結構的血管網絡。通過蛋白質組學技術，研究團隊進一步發現功能化血管網絡中缺氧誘導因子-1 (HIF-1)信號通路和糖酵解/糖異生通路相關的蛋白顯著上調，表明血管內皮細胞與血管平滑肌細胞能夠有效相互作用，促進糖酵解和三磷酸腺苷（ATP）含量的增加，并通過細胞骨架重塑和細胞遷移促進血管結構的形成。同時功能化血管網絡中與細胞粘附、肌動蛋白細胞骨架形成以及焦點粘附相關的蛋白顯著上調，提示粘附斑激酶（FAK）信號通路參與了血管結構的形成，并通過調節細胞粘附和細胞骨架重塑，將機械刺激轉化為細胞代謝信號，促進糖酵解和血管結構的形成。此外，研究團隊發現功能化血管網絡在體外可響應血管緊張素呈現收縮反應。在植入后肢缺血模型小鼠后，功能化血管網絡可快速改善缺血側后肢的血流灌注，防止周圍組織壞死并促進肢體的功能恢復。研究團隊以此為基礎制備了血管化皮膚支架，植入后功能化血管網絡可通過快速重建損傷部位血運，有效支持支架中人源真皮成纖維細胞的存活和功能，從而顯著提高了大尺寸全層傷口的愈合速度。廣州健康院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師為該論文的共同通訊作者，南方醫科大學珠江醫院博士后陳珺（現為廣州健康院副研究員）與廣州健康院實習研究員吳玉瓊為共同第一作者。研究項目得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣州市科技重點研發項目、廣州市科技計劃、廣東省重大人才工程項目等經費的支持。論文鏈接圖1 利用雙交聯生物墨水打印的3D材料能夠引導細胞自組裝形成功能化血管網絡

2025-08-12

華南植物園在熱帶雨林動態演化歷史研究取得新進展

氣候變化是加速物種滅絕和驅動物種適應性進化的重要環境因子，不同地質時期的氣候劇烈波動對地球生態系統的塑造起到了關鍵作用。生物群系（Biome）作為具有自身獨特外貌特征且受制于特定氣候條件的自然群落，呈現為有形的生態進化單元，是從宏觀尺度理解生命演化過程的重要載體。研究人員近年對北極植物區系、東亞常綠闊葉林、非洲稀樹草原、溫帶高山植物區系以及全球干旱植物區系等眾多生物群系的代表類群展開研究，揭示了古氣候變化事件對相關群系演化歷史的重要影響。但此一系列群系多起源于漸新世或中新世，其演化歷史難以從較為久遠的時間尺度反映出古氣候變化事件與生物群系演化歷史之間的關聯性。熱帶雨林是當今地球陸地生態系統中起源最為古老的生物群系，可能在白堊紀中期已開始出現。相比于其他生物群系,熱帶雨林擁有全球最高的年均降水量和平均氣溫，在其分布區僅占全球不足7%的陸地面積基礎上孕育了全球近半數生物物種，是全球陸地生態系統中物種多樣性與生產量最高的生物群系，在調節全球氣候與維持生態平衡方面發揮著巨大作用。盡管全球氣候變化事件在很大程度上影響了眾多生物群系的演化歷史已是學界共識，但目前關于“古氣候變化事件是否影響了熱帶雨林的動態演化歷史過程”這一問題還頗具爭議。部分研究認為古氣候變化事件對熱帶雨林的動態演化歷史影響非常有限，熱帶雨林可能長期保持相對較為穩定的高溫、高濕環境條件，致使其物種分化速率長期趨于恒定狀態，其物種多樣性隨時間持續且穩定的積累，這一過程亦被視為熱帶雨林物種多樣化的重要演化模式。然而，另有研究則認為熱帶雨林的物種多樣化歷程可能受到了全球氣候變化事件的影響，其物種分化速率在不同時期可能存在明顯波動而非長期趨于恒定，但相關研究大多關注于熱帶雨林類群在新生代時期的演化歷史。棕櫚科（Arecaceae）隸屬于被子植物單子葉鴨跖草分支（Commelinid monocots），包含約184屬2500種，其中超過90%的物種分布于熱帶雨林地區，是探討熱帶雨林演化歷史的理想對象。中國科學院華南植物園葛學軍研究員聯合國內外多家單位的研究人員展開合作，基于近期采用葉綠體系統發育基因組學手段構建的棕櫚科屬級系統發育框架（Yao et al. 2023;BMC Biology 21: 50），結合NCBI等網站釋放的一代測序與二代測序所得葉綠體序列數據進一步擴大對棕櫚科在物種水平的取樣（共取樣該科181屬604種），在此基礎上整合系統發育重建、分子時間標定及物種多樣化過程分析等研究手段，對棕櫚科在中新世之前的動態演化歷史過程展開研究，以棕櫚科為例結合熱帶雨林其他代表類群的研究數據對該群系動態演化歷史過程與全球古氣候變化事件之間的關系進行了剖析。結果表明：（1）基于物種水平擴大取樣與大量葉綠體序列數據構建了棕櫚科堅實的系統發育框架，部分節點相比于前期基于葉綠體基因組學數據所得該科屬級系統發育關系獲得了更高支持；（2）棕櫚科在白堊紀中期約108.3百萬年前開始分化，該科多個分支可能發生過物種輻射分化事件；（3）在白堊紀中期至中新世之前的漫長地質歷史時期，棕櫚科物種分化速率隨全球平均氣溫的波動出現過明顯變化，大體呈現為隨全球氣溫下降而降低、隨全球升溫而增加的趨勢；（4）棕櫚科物種滅絕速率自漸新世開始明顯增加，與同時期開始出現的全球較低平均氣溫在時間尺度上相吻合。該研究是目前為止對棕櫚科在物種水平取樣最為廣泛的系統進化研究，研究結果不僅從葉綠體基因組學數據的角度深度解析了棕櫚科類群的系統演化關系，還增進了對該科物種多樣化歷史的認識，亦為深入理解熱帶雨林動態演化歷史過程與全球古氣候變化事件之間的關聯性提供了重要參考。研究成果以《Pre-Miocene evolutionary dynamics of tropical rainforests from a dated phylogeny of the palm family》為題近日發表在植物學期刊New Phytologist（《新植物學家》）上，華南農業大學姚綱博士為論文第一作者，華南植物園葛學軍研究員為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目“旗艦”項目、中國科學院國際伙伴計劃以及中國科學院戰略生物資源計劃等項目的資助。文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70440圖. 棕櫚科多樣化分析結果

2025-08-04

華南植物園在廣東陽春發現黃芩屬兩個新種

黃芩屬（Scutellaria L.）是唇形科的一個大屬，全世界約有350種，我國約有100種，全國各地均有該屬植物的分布，據記載廣東省有13種4變種。我國黃芩屬植物除少數種類如韓信草、黃芩為廣布種外，多數種類的分布區均較狹窄，僅分布于少數幾個省份，有些種類甚至僅見于模式產地，如變黑黃芩、赤水黃芩、囊距黃芩、狹管黃芩等。黃芩屬是分類上相對比較困難的一個類群，主要是由于對其花序形態這一關鍵特征的認識因人而異，一些種類僅依據模式標本描述，缺乏野外居群觀察，且一直以來用于分種的特征多為變異較大的性狀。自《中國植物志》出版以來鮮見對于該屬的修訂工作。該屬有一些種類是傳統中草藥，可用于治療炎癥、熱癥，如半枝蓮、滇黃芩、黃芩、并頭黃芩等。陽春市位于廣東省西南部，是一個植物調查相當不充分的區域，隨著調查的深入，近幾年陸續有植物新種被發現，如陽江川苔草，陽春紫薇、陽春球子草、陽春珠子木、兩廣珠子木、陽春薹草、陽春蜘蛛抱蛋、木莢南天藤等。2023年3月10日，陽江市植物愛好者陳國棣先生和廣東省農科院徐曄春研究員在陽春市春灣鎮拍攝到一種黃芩屬植物，并采集活體寄到華南植物園。曾佑派博士初步研究后認為該植物為黃芩屬一疑似新種，并于3月18日親自前往春灣鎮考察。此行還在陽春市區附近的崆峒巖風景區發現黃芩屬另一疑似新種。此后，曾佑派利用工作之余，花費了近兩年時間從頭研究黃芩屬，幾近完整搜集該屬國產及毗鄰地區所產種類的文獻，通過網絡數據庫（CVH、GBIF、JSTOR以及各大國外標本館數據庫）和到館查閱該屬模式標本和普通標本，還通過植物圖像庫如PPBC、CFH熟悉該屬植物活體，最終確認陽春這兩種黃芩屬植物為新種，并分別把它們命名為陽春黃芩（Scutellaria yangchunensis）和白毛黃芩（S. albovillosa）。在形態上，陽春黃芩和白毛黃芩在體態、苞片形態和花色上均與南粵黃芩（Scutellaria wongkei）近似。基于南粵黃芩標本（包括模式標本）和多個野外居群的觀察，發現陽春黃芩與南粵黃芩的區別在于其葉和苞片邊緣具淺鋸齒或全緣，葉兩面僅沿脈被短硬毛，花冠下唇中裂片有深紫色斑點，而在南粵黃芩，其葉和苞片邊緣具圓齒，葉兩面密被短硬毛，花冠下唇中裂片白色。白毛黃芩與南粵黃芩的區別在于其莖和花序軸被直立開展的白色長腺毛，葉基部心形，花冠管基部彎曲處具一長約0.8 mm的囊狀距，花冠下唇中裂片亦有深紫色斑點，而在南粵黃芩，其莖和花序軸密被向上彎曲的小硬毛，花冠管基部彎曲處無囊狀距，花冠下唇中裂片白色。陽春黃芩與白毛黃芩的區別在于前者的莖和花序軸被向上彎曲的無腺短硬毛，葉和苞片邊緣具淺鋸齒或全緣，花冠管基部彎曲處無囊狀距，后者的莖和花序軸被直立開展的白色長腺毛，葉和苞片邊緣具圓齒，花冠管基部彎曲處具囊狀距。相關研究成果以"Taxonomic studies on Scutellaria (Lamiaceae) from China (I): two new species from southwestern Guangdong province"為題于7月24日在線發表于國際分類學主流期刊Phytotaxa（《植物分類學報》）上。中國科學院華南植物園標本館與鑒定中心曾佑派工程師為論文第一作者和通訊作者。論文鏈接：https://phytotaxa.mapress.com/pt/article/view/phytotaxa.711.2.6陽春黃芩（野外照）陽春黃芩（解剖照）陽春黃芩（主模式標本）白毛黃芩（野外照）白毛黃芩（解剖照）白毛黃芩（主模式標本）

2025-08-02

南海海洋所?|?東沙群島海區海底泥火山噴發驅動機制研究取得新進展

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室、邊緣海與大洋地質實驗室閻貧研究員團隊聯合廣州海洋地質調查局教授級高工鐘廣見，在南海北部東沙群島海區海底泥火山噴發驅動機制研究中取得重要進展。相關成果發表于國際地學期刊Marine and Petroleum Geology（《海洋和石油地質》）。副研究員于俊輝為論文第一作者和通訊作者，助理研究員王彥林為共同通訊作者。海底泥火山活動大都由橫向構造擠壓或者沉積快速加載驅動。近年來調查發現，南海北部東沙群島海區發育大量海底泥火山。但該區新生代晚期經歷了強烈的構造隆升和沉積剝蝕（即東沙運動），既無明顯的橫向構造擠壓特征，也不具備沉積快速加載的條件，其泥火山活動無法利用傳統的驅動模式進行解釋。研究團隊通過對東沙泥火山區同線采集的多道地震和海底地震儀（OBS）資料進行處理，獲得了深部高分辨率反射剖面和高精度速度模型。結果顯示，泥火山下方中生界內發育多個由油氣等流體充注形成的泥底辟構造，深地殼內存在由新生代晚期巖漿底侵和侵入形成的高速體，巖漿向上侵入至約9 km深度。根據海底泥火山活動與深部巖漿活動的時空一致性，推測東沙海區的泥火山噴發是由深部巖漿加熱驅動。深部巖漿底侵和侵入首先導致地表隆升和斷裂形成；其加熱作用同時加速了烴源巖內有機質的熱演化，促進油氣生成并顯著增加地層壓力，進而導致地層底辟；隨著泥底辟不斷發育和超壓形成，底辟內流體沿上覆斷裂向上運移，最終在海底噴溢形成泥火山。該成果深化了對海底泥火山噴發驅動機制的認識，并為南海北部中生界油氣資源勘探提供重要線索和科學依據。該研究由國家自然科學基金、自然資源部海底礦產資源重點實驗室和廣州市科技計劃項目等共同資助。圖1 東沙群島泥火山區多道地震和OBS聯合測線CS-L1位置圖2 CS-L1測線多道地震反射剖面（a）、地質解釋（b）和OBS速度剖面（c）圖3 東沙海區深部巖漿加熱驅動型海底泥火山形成模式論文信息：Yu J.,Yan P.,Wang Y.,Zhong G.,Chen C.,2025. Seismic evidence for magmatism-driven mud volcanism in the northern continental margin of the South China Sea. Marine and Petroleum Geology,181,107523.原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2025.107523

2025-07-30

南海海洋所?|?鏈霉菌天然產物沉默基因簇激活方法開發取得新進展

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室、廣東省海洋藥物重點實驗室科研人員在鏈霉菌天然產物沉默基因簇的激活方法開發中取得新進展，相關成果以“Development of A Salt-Enhanced Promoter Strategy for Activating Silent Biosynthetic Gene Clusters from Streptomycetes”為題發表在代謝工程領域著名期刊Metabolic Engineering（代謝工程）。中國科學院南海海洋研究所博士王利娟、博士朱夢奕和副研究員楊春芳為本文共同第一作者，研究員張長生為本文通訊作者。鏈霉菌天然產物是藥物研發的重要資源。近年來，隨著測序成本的降低和生物信息學工具的普及，大量未知天然產物的生物合成基因簇序列被解析公布，亟待深入挖掘。然而，當前基因組挖掘面臨兩大核心挑戰：一是鏈霉菌生物合成基因簇在實驗室條件下大多數呈沉默或低表達狀態，其產物豐度極低；二是部分野生型鏈霉菌無法進行遺傳操作，導致其天然產物生物合成途徑挖掘受限。針對鏈霉菌基因組挖掘中的上述瓶頸問題，研究團隊近期開發了一種基于鹽響應啟動子的新型挖掘策略。該策略可有效激活鏈霉菌天然產物沉默基因簇，并成功應用于三種活性天然產物的激活與高產。研究團隊在對南海來源的、含有豐富天然產物生物合成基因簇但無法進行遺傳操作的鏈霉菌開展基因組挖掘的過程中，采用“異源表達-細菌人工染色體-啟動子工程”的協同策略對兩個沉默的大型天然產物生物合成基因簇進行激活。意外發現在培養基添加鈉鹽或鉀鹽，尤其是添加1% KCl，能夠顯著增強廣泛使用的組成型啟動子kasOp*的強度，進而高效激活其下游基因簇的表達并大幅提高目標天然產物的產量（圖1）。圖1?采用kasOp*-KCl協同策略激活海洋鏈霉菌中沉默天然產物生物合成基因簇研究人員首次發現了行業通用的組成型啟動子kasOp*的鹽響應特性，同時通過實驗證實kasOp*-KCl策略對不同培養基、不同基因簇及常見鏈霉菌異源表達宿主均具有普適性。采用這種策略使coprisamide（聚酮-聚肽雜合環肽）、padanamide（非核糖體多肽）和 SF2768 （異腈酯肽）這三種活性天然產物的產量均達到目前報道的最高水平（圖2）。這一發現凸顯了這種基于遺傳元件鹽響應特性的便捷基因組挖掘方法，在激活鏈霉菌沉默產物生物合成及增強其產量方面的潛在實用價值，為鏈霉菌沉默基因簇的挖掘及天然產物增產研究提供了全新工具。圖2?KasOp*-KCl策略對不同天然產物、不同培養基和不同宿主的普適性評估以上研究工作得到了國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項、國家自然科學基金面上項目、中國科學院青年創新促進會項目、博士后創新人才支持計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金項目、南沙區重點科技計劃項目和海南省自然科學基金等項目資助。論文信息：Lijuan Wang#,Mengyi Zhu#,Chunfang Yang#,Siqi Zhu,Bin Tan,Shu-Hua Qi,Yiguang Zhu,and Changsheng Zhang*. Development of A Salt-Enhanced Promoter Strategy for Activating Silent Biosynthetic Gene Clusters from Streptomycetes. Metabolic Engineering,2025,92:51-62.?論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2025.07.007?????

2025-07-31

廣州地化所吳逍，朱建喜等-SA：地殼斷裂驅動深部生命的能量引擎

由于長期隔絕于太陽光和地表有機物，地下數千米的深部空間傳統上被認為是地球上最大的寡營養環境，生命在這里幾乎難以存活和繁殖，但近年來的生命探測結果卻意外發現，深部地下存在一個規模巨大、活躍多樣的生物圈，棲息著地球上95%的原核生物，約占總生物量的19%，這些微生物從多種類型的氧化還原反應中原位獲取能量和電子進行代謝活動。因此，探索地下水-巖作用導致的氧化還原反應是解密深部生物圈能量來源與生態多樣性的關鍵。眾所周知，氫氣（H2）是深部生命主要利用的還原性物質，其生成途徑包括蛇紋石化反應、放射性元素輻射裂解、硅酸鹽礦物機械力化學反應等等。然而，在深部生命主要集中的斷裂系統中，究竟是哪種途徑能在這里提供足夠的H2以維持微生物生存和活動？此外，深部地下還存在鐵（Fe）等大量氧化還原敏感元素，它們如何與水-巖作用產生的氧化/還原物質反應？這些核心科學問題的解答對于理解深部地下宜居環境的形成與深部生物圈的延續具有重要意義。近日，中國科學院廣州地球化學研究所何宏平研究員、朱建喜研究員團隊的吳逍博士等人與林莽研究員、加拿大阿爾伯塔大學Kurt O. Konhauser教授、多倫多大學Barbara Sherwood Lollar教授開展合作研究，圍繞“深部地下的宜居性形成與演變”這一關鍵科學問題，從礦物表/界面反應的新視角出發，模擬斷裂活動導致硅酸鹽礦物中硅氧鍵（≡Si-O-Si≡）破裂產生自由基化學位點（≡SiO?和≡Si?）并分解水的過程（圖1），研究發現斷裂在地下巖石傳播過程中同時產生拉伸斷裂（Case I）和剪切斷裂（Case II），二者誘發的礦物-水界面反應均可產生少量活性氧（ROS）和高濃度H2，但拉伸斷裂更容易積累過氧化氫(H2O2)，由此形成新的氧化還原電對（H2O2/H2）（圖1），并在斷裂系統中構建顯著的氧化還原梯度（–0.41 V ~ +0.82 V），足以氧化或還原Fe等大多數物質。圖1 模擬巖石拉伸破裂(Case I)和剪切破裂(Case II)生成氧化/還原電對的過程實驗進一步證實，硅酸鹽礦物破裂產生的氧化/還原組分極易與深部環境中的Fe發生反應，地下水中的Fe2+被少量H2O2輕微地氧化為Fe3+（圖2），而礦物中的Fe3+被大量活性氫原子（?H）明顯地還原為Fe2+（圖2），從而產生一系列復雜的氧化還原電對（如Fe2+/Fe3+和Fe3+/H2等），導致氧化還原梯度發展和礦物演化。估算結果表明，在深部生命聚居的斷裂系統中，地震活動導致的H2產量（33.1 mol m–2?yr–1）比蛇紋石化反應和輻射裂解過程至少高105倍，同時產生的?H與H2O2可有效耦合驅動深部地下Fe2+–Fe3+氧化還原循環，進而關聯C、N和S等其他生源元素的地球化學過程（圖2）。這一重要發現挑戰了“萬物生長靠太陽”的傳統認識，極大地拓展了人們對生命基礎的理解邊界，揭示了深部地下生物圈的能量來源和生態多樣性成因。地震誘發的礦物-水界面自由基反應為深部生命提供了重要的能量來源，建立的氧化還原梯度將促使礦物與生命發生物質交換和能量轉化，支持了深部地下微生物群落的生長、繁殖和多種代謝活動（圖2）。隨著地球深部過程的巨大轉變，大陸地殼發生長英化轉變且構造活動增強，礦物機械力化學過程產生更多H2和H2O2，廣泛造就并維持了具有氧化還原梯度條件的深部地下環境，這不僅為生命提供免遭高能紫外線和隕石撞擊等重大災變事件的避難所，也為生命起源和演化提供了前所未知的重要場所。需要強調的是，礦物機械力化學過程不僅存在于構造活動、物理風化、河流/海岸沖刷及冰川運動等動力地質作用活躍的地球上，也在其他類地行星上時刻進行著。因此，研究團隊提出，火星等天體上具備顯著氧化還原梯度和良好水滲透性的斷裂系統可能滿足地外生命存在的有利條件，探測火星斷裂帶與氧化/還原組分相關的地球化學信號（如H2，CH4，O2，Fe2+和Fe3+）可能是一個發現地外生命的有效策略。圖2 類地行星深部地下礦物機械力化學過程驅動的氧化還原循環示意這項成果及研究團隊近年來發表的系列工作（PNAS,2023；Commun. Earth & Environ.,2023;?Nat. Commun.,2021）持續聚焦礦物機械力化學過程，發現了這種長期忽略的自由基化學反應可同時提供地球初始氧氣和氫氣的起源，提出了礦物可作為機械能向化學能/生物能轉變的能量轉換器，揭示了其在深時尺度上驅動礦物-生命協同演化的內在機制，證實了其在深部過程與表層系統耦合進程中促進宜居環境形成的作用，構建起地幔圈-巖石圈-大氣圈-水圈-生物圈相互作用的關鍵橋梁。該研究得到了國家杰出青年科學基金項目、國家自然科學基金項目、中國科學院先導專項等項目的聯合資助。研究成果于7月18日發表于《科學進展》（Science Advances）。論文信息：?Xiao Wu (吳逍)，Jianxi Zhu (朱建喜)*，Hongmei Yang (楊紅梅)，Yiping Yang?(楊宜坪)，Xiaoju Lin (林梟舉)，Xiaoliang Liang (梁曉亮)，Mang Lin (林莽)*，Barbara Sherwood Lollar,Kurt O. Konhauser*,Hongping He (何宏平)，2025. Crustal faulting drives biological redox cycling?in the deep subsurface. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adx5372文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx5372?延伸閱讀：He et al.,PNAS?(2023):https://gig.cas.cn/xwdt/kyjz/202303/t20230321_6702906.htmlWu et al.,CEE?(2023):https://gig.cas.cn/xwdt/kyjz/202304/t20230423_6743218.htmlWu et al.,Innovation Geosci. (2023):https://news.qq.com/rain/a/20230721A001S800He et al.,NC?(2021):https://gig.cas.cn/xwdt/kyjz/202111/t20211117_6258516.html地球初始氧起源:https://cloud.kepuchina.cn/newSearch/videoDetail?id=7233266456820043776

2025-07-19