科研进展--中国科学院广州分院

南海海洋所 | 研究发现系列抗菌活性新颖脂肽

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、热带海洋生物资源与生态实验室和广东省海洋药物重点实验室在海绵来源真菌天然产物研究方面取得新进展。科研团队基于分子网络分析导向分离的方法，从南海海绵来源的一株真菌中精准挖掘出系列新颖脂肽类化合物，具有较好的抗菌活性和糖苷酶抑制活性。相关成果发表于化学领域知名期刊《Chinese Chemical Letters》（中国化学快报）。中国科学院南海海洋研究所22届联合培养硕士生叶伟霞为论文第一作者，研究员张长生、研究员张文军及暨南大学研究员田海妍为共同通讯作者。真菌代谢产物是药物研发的宝库，但传统“盲目分离”的方法如同大海捞针，常导致已知化合物的重复鉴定。为应对这一难题，研究团队采用了MS2分子网络（MS2-MN）导向分离策略。该策略通过质谱数据的“指纹”聚类，将复杂的代谢产物可视化，让研究者能在实验初期就迅速排除“老面孔”，精准锁定具有新颖裂解特征的“潜力分子”。通过该策略，研究团队从南海海绵Halichondria panicea来源的真菌Aspergillus sp. SCSIO 40435中分离鉴定出4个新环七肽unguisins L–O（5–8）和11个新颖脂肽类化合物lipounguisins A–K（9–19）。进一步综合应用NMR、J-HMBC、旋光值、Marfey's水解、变温1H-NMR及ECD计算等方法解决了这类脂肽类复杂分子结构鉴定难题，确定了两种独特的C‒C和C‒N连接方式（图1）。活性评价显示，含有脂肪酸侧链的化合物抗菌活性和糖苷酶抑制活性明显优于相对应的环七肽母核，揭示了脂链对生物活性的重要贡献，也为后续开发新型药物先导化合物提供了关键依据。图1 (A) 典型脂肽的连接方式；(B)本研究报告的非典型脂肽；(C) 化合物1-19的结构图该项研究得到了国家自然科学基金、广东省及海南省自然科学基金等多项基金的资助。论文信息：Weixia Ye,Kai Liu,Wei Liu,Xianbo Chen,Xuemin Ding,Haiyan Tian*,Wenjun Zhang*,Changsheng Zhang*. Novel lipopeptides featuring unusual C–C and C–N linkages between cyclic peptides and fatty acyl chains. Chinese Chemical Letters,2025.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.112293

2026-01-04

南海海洋所 | 研究揭示边缘海洋壳氮富集机制

近日，中国科学院南海海洋研究所张运迎研究员团队、广州海洋地质调查局孙珍研究员团队和加拿大阿尔伯塔大学李龙教授团队联合在边缘海洋壳氮富集机制及其对全球俯冲氮通量的影响方面取得重要进展，相关研究成果以“Significant nitrogen enrichment in altered upper oceanic crust in marginal seas: New insights into global subducting nitrogen budget and deep nitrogen recycling”为题发表于国际著名地球化学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。博士后孙李恒为第一作者，张运迎和孙珍为共同通讯作者。氮是生命必需元素，其在地球各圈层间的循环对宜居环境的形成与演化具有重要作用。洋壳在海水蚀变过程中可吸收大量表生氮，成为俯冲带氮输入的重要载体。然而，目前对洋壳氮富集机制及其在俯冲氮收支中的贡献仍认识不足，尤其是在边缘海区域。研究团队基于国际大洋发现计划（IODP）在南海钻获的玄武岩样品，系统开展了氮含量与同位素组成分析。研究发现，南海玄武岩氮含量显著高于全球大洋平均值。通过二元混合模拟，研究揭示南海玄武岩中的氮主要来源于上覆富粘土沉积物，并有少量非生物氮还原的贡献。进一步分析表明，除了周围环境次生氮可用性外，洋壳蚀变程度也是控制氮富集的关键因素。在次生氮可用性高的条件下，洋壳蚀变程度越高，氮富集越显著。基于这一新认识，研究团队重新估算出全球俯冲带上部洋壳的氮输入通量为6.8 ± 0.7 × 109 mol⋅yr-1，这几乎是之前估计值的两倍。研究还发现，边缘海相关的俯冲带虽然仅占全球俯冲带总长度的约15%，但其上部洋壳对全球俯冲氮输入通量的贡献高达25%，单位长度氮输入通量约为开阔大洋的1.7倍。这一结果凸显了边缘海在大洋氮循环中的重要作用，也为理解全球氮循环的区域差异提供了新视角。该研究不仅首次系统揭示了边缘海洋壳的氮富集特征与控制机制，也为准确评估全球俯冲氮收支和深部氮循环提供了关键数据与理论依据。研究得到了国家自然科学基金、地质联合基金、西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划、广东省人才团队项目、国家重点研发计划等项目的联合资助。论文信息：Sun,L.H.,Zhang,Y.Y*.,Li,K.,Sun,Z*.,Huang,R.F.,Li,L.,2025. Significant nitrogen enrichment in altered upper oceanic crust in marginal seas: New insights into global subducting nitrogen budget and deep nitrogen recycling. Geochimica et Cosmochimica Acta.文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.12.038图1 IODP U1500、U1503、U1431、U1433和U1434站位分布图图2 南海洋壳玄武岩N含量和δ15N值特征图3 蚀变玄武岩平均N含量与（a）扩张速率、（b）洋壳年龄、（c）基底沉积物N含量和（d）平均LOI含量关系图

2026-01-04

南海海洋所 | 珊瑚记录揭示印度洋孟加拉湾人类活动对海洋环境的深刻影响

近日，中国科学院南海海洋研究所陈天然研究员团队联合澳大利亚昆士兰大学赵建新教授团队等，在孟加拉湾海洋环境研究领域取得重要进展，相关成果连续发表于《Environmental Research》与《Marine Pollution Bulletin》等国际学术期刊。博士研究生Md Habibur Rahman为论文第一作者，陈天然为通讯作者。孟加拉湾地处印度洋“一带一路”关键海上节点，其沿岸的孟加拉国位于恒河 — 布拉马普特拉河 — 梅格纳河三角洲，拥有全球最丰富的沉积物输入与高度密集的沿海人口。该区域气候受南亚季风强烈控制，海洋环境在自然波动与人类干扰的共同作用下极为复杂。近年来，随着快速的城市化、工业化以及港口、桥梁、拆船业等大型基础设施建设，孟加拉湾已成为全球关注的海岸带环境热点区之一，同时其独特的地缘位置使其在区域经济发展、海洋资源利用和生态安全方面具有战略意义。研究团队创新性地利用圣马丁岛的现代和古珊瑚样品作为高分辨率自然地质档案，建立了 2011 — 2022 年间的多元素（B、Fe、Mn、Ba、Cu、Ni、Pb 等）时间序列，精准甄别了不同人类活动的污染指纹。研究结果显示，珊瑚骨骼中微量元素的变化不仅清晰记录了海表温度与河流径流的季节性信号，更反映了沿岸城市化、农业化与工业化快速发展带来的污染累积。多元统计分析表明，约七成的元素变化可归因于人类活动。其中，铁、锰、砷的峰值与帕德玛大桥、马塔巴里深水港等大型基建工程以及建立罗兴亚难民营引发的土地利用剧变等高度吻合；磷、锌、镉的长期上升趋势则指向了农业化肥的使用加剧；而锡的异常则揭示了防污漆、农药及旅游业等污染源的贡献。珊瑚中铜、镍、铅等金属含量较前工业时期升高 2 至 3.5 倍，明确地将这些重金属的富集与吉大港全球性拆船产业的活动强度直接关联，并确定了每种金属输入的特定阈值，为针对拆船业的精准监管和风险预警提供了量化工具，也为我国参与国际合作框架下的区域治理（如《香港公约》等）提供数据话语权。这些成果不仅首次在孟加拉湾构建了基于珊瑚生物档案的污染变化序列，更在溯源解析不同产业污染信号方面实现了方法突破，提出了基于珊瑚地球化学阈值的污染监测框架，为沿岸海域的生态风险预警与可持续管理提供了新思路，也为 “一带一路” 沿线国家的海洋环境保护与资源管理提供了重要科学支撑。该研究得到了国家自然科学基金以及ANSO青年人才奖学金-2021等项目的支持。图1 孟加拉湾多类型人类活动及采样岛屿地理位置图2 2011年至2022年期间Sr/Ca、B/Ca、Ba/Ca、Fe/Ca、Mn/Ca等地球化学指标时间序列论文信息：MdHabibur Rahman, Tianran Chen, Syeda Maksuda Yeasmin, Yuyang Lin, Jianxin Zhao, Fabrice Papa, Md Hafijur Rahaman Khan. Decadal variability and anthropogenic influence on trace element dynamics in the Bay of Bengal: Evidence from high-resolution coral records. Environmental Research.2025.279:121828.Md Habibur Rahman,Tianran Chen,Syeda Maksuda Yeasmin,Xiaolan Tan,Md Haffjur Rahaman Khan. Coral geochemical archives reveal shipbreaking-driven heavy metal pollution in the Bay of Bengal. Marine Pollution Bulletin. 222(2026),118888原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121828 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2025.118888

2026-01-04

深圳先进院参与全球首次深海二氧化碳水合物封存海试

2025年11月，怀柔实验室联合中国海油在琼东南水深1695米海域，实施了全球首次深海CO2水合物固化封存探索性海试作业。此次作业应用了中国科学院深圳先进技术研究院海洋探测科学仪器研究团队研制的深海海底原位电磁脉冲声源（Boomer）进行海底地震的采集。2025年11月，怀柔实验室联合中国海油在琼东南水深1695米海域，实施了全球首次深海CO2水合物固化封存探索性海试作业。此次作业应用了中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）海洋探测科学仪器研究团队研制的深海海底原位电磁脉冲声源（Boomer）进行海底地震的采集。怀柔实验室海洋碳封存团队根据海试过程中封存地质体地震监测需求，提出了利用ROV搭载Boomer声源进行地震采集的设计方案。深圳先进院团队依据该作业设计，历时2个月研制适用于深海ROV搭载的Boomer声源，其最大工作水深可达2000米，并配合怀柔实验室团队开展了声源系统的实验室电气、通信、连续无故障等测试，以及大型压力舱内的带压联调联试和近海联调联试。在实际海上施工作业过程中，深圳先进院与怀柔实验室紧密合作，深圳先进院江彪、罗磊工程师在复杂海况和高强度连续作业下，保障了深海原位Boomer声源在海底的稳定运行，以及地震采集作业的顺利实施。Boomer声源（又称震源）是基于电磁脉冲原理的海底浅地层高分辨率勘探声源系统。该类型声源应用于深海时，需要克服高水静压引起的空化抑制等关键问题。深圳先进院海洋探测科学仪器研究团队于2023年提出了基于压力补偿平衡的解决方案（CN202410001361.1），成功实现了该类型声源在2000米深海环境下宽频、高振幅的子波激发（《集成技术》, 2025, 14(3): 134-144）。目前，研究团队依托深圳先进院自主部署项目正在开展水深达到6000米的Boomer声源技术开发，未来将应用于大洋海底资源的勘探与开发。深海Boomer声源在南海1695m海底作业深海Boomer声源在南海1695m海底作业深海Boomer声源搭载于中海辉固ROV

2026-01-06

深圳先进院 | 拓扑声镊操控粒子智能避障波浪前进（Science Advances）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、李飞研究员，联合华中科技大学祝雪丰教授，提出了一种在复杂强散射介质中实现精准、动态、稳定声操控的突破性解决方案声镊技术凭借其非接触式操控优势，已在细胞、生物分子等微纳米尺度颗粒操控领域获得广泛应用。然而，传统声镊在复杂非均匀介质（如生物组织、复杂流体）中面临着根本性挑战：声波穿过不同密度、声速的介质时会发生散射、反射、折射和畸变，导致声场紊乱，造成操控失效，成为非均匀复杂介质中实现精准操控的主要障碍。近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、李飞研究员，联合华中科技大学祝雪丰教授，提出了一种在复杂强散射介质中实现精准、动态、稳定声操控的突破性解决方案：1）通过引入声学拓扑新物理对结构无序、制造缺陷、环境扰动、背向散射的免疫和鲁棒性优势，在主动设计的拓扑声子晶体中，激发具有“拓扑保护”的局域化谷态驻波场，实现了颗粒沿任意设计轨迹的高精度、空间选择性、可编程的“波浪式”智能定向输运；2）通过调控入射波相位，利用散射系统中受拓扑保护的驻波辐射力，可在存在拐角、空腔和无序等缺陷条件下实现稳定的高效颗粒操控；3）通过与传统声子晶体波导对比，以及跨三通道拓扑质量环路实验，进一步凸显了拓扑鲁棒性的声操控优势。该体系的可扩展性与鲁棒性为在生物组织等复杂非均匀介质中维持稳定的操控力场提供了理论基础，也为从根本上解决声镊在复杂、非理想环境中精确稳定合成的难题提供了新范式，对光镊、拓扑物理等相关领域亦具有重要的借鉴意义。相关研究成果以"Demonstration of topological acoustic tweezing for robust mass transport"为题，于1月1日发表在Science Advances上。美国德克萨斯大学奥斯汀分校终身教授Yuebing Zheng在Science Advances上同期撰写了特约评论文章（Focus article）“Sound matters: Using acoustics to move material”，认为：Zheng and co-workers present one of the pioneering demonstrations of topological acoustic tweezers. …… The foundational work by Zheng and co-workers offers several promising avenues for future research: system miniaturization and integration, reconfigurable waveguide structures, diversified manipulation modes.中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣院士和李飞研究员、华中科技大学祝雪丰教授为论文共同通讯作者；中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员黄来鑫、华中科技大学博士研究生向霄与中国科学院深圳先进技术研究院博士后李宗霖为并列第一作者。该研究获国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市基础研究重点项目与广东省磁共振与多模态成像重点实验室等资助。拓扑颗粒输运的物理机制利用旋转角相反的不锈钢柱阵列构建了水下谷拓扑绝缘体。通过能带结构分析和透射谱测量确定了当声波频率为470kHz时，可激发沿结构界面传播的边界态产生，从而构建能量局域化的拓扑通道。当声波从通道两端入射后，会在通道内相互干涉，产生受拓扑保护的拓扑驻波场。通过调节入射波的相位差φ，可使捕获在势阱中的微颗粒随驻波声压波腹移动而实现输运。直线型拓扑波导中的局域化驻波与颗粒输运根据波动物理学基本原理，两列反向传播的平面波叠加可形成驻波场。当两列行波间的相位差变化时，所有声压波节与波腹将沿声传播方向移动。本研究通过光纤水听器测量了不同相位差条件下的拓扑界面处的声场分布，验证了该调控策略在拓扑保护散射系统中同样有效。进一步，实现了PDMS颗粒在通道内声压波腹处的捕获和沿锯齿状路径的输运，并揭示了拓扑声场中的辐射力对颗粒运动的操控机制。含缺陷拓扑波导中的稳健颗粒输运接下来研究了拓扑结构缺陷对颗粒输运的影响。首先，对比了包含拐角缺陷的声学拓扑波导（ATW）和由A晶格组成的声子晶体波导（PCW）。实验结果表明，在ATW中，微粒能够顺利穿越拐角，并在长距离的复杂轨迹上实现鲁棒输运。相比之下，PCW完全无法实现定向的微粒输运，微粒仅在起始位置附近振荡。随后，在直线型ATW中移除了两个柱体，构建了空腔缺陷。尽管颗粒在通过该腔体后，暂时偏离了界面，但之后迅速返回通道完成定向输运。以上结果凸显了拓扑声镊对颗粒的稳健操控能力。拓扑质量循环输运最后，利用谷边界态的声学分束能力（在界面交汇处，边界态会分裂至相同能谷的通道中）构建了一个声学循环器。此声学循环器由交汇于一点的三条拓扑通道组成。通过切换激活不同的通道端口和循环相位调制，实现了跨越三个端口的粒子循环输运，展示了拓扑声镊的智能化和路径选择性的输运能力。拓扑声镊“波浪式”智能避障定向输运颗粒示意图图1: 拓扑声学质量输运。(A) 利用谷霍尔拓扑绝缘体实现颗粒输运示意图。(B) 元胞能带结构。插图为两种谷态(q⁺和p⁻)的模拟本征场分布。(C) 超胞能带结构及通过傅里叶变换得到的相应频谱。(D) 在470 kHz频率下，谷霍尔拓扑绝缘体中的仿真声压场分布，平面波从左边界入射。(E) 晶格B和晶格A-B界面的实验测量透射谱。在带隙范围内（如黑色虚线标注）可观察到明显的拓扑波传输。图2：直线型拓扑波导中的驻波与质量输运。(A) 实验样品及驻波激励示意图。插图标明了晶格A-B界面（x-z平面）与颗粒操控观测平面（x-y平面），红色虚线标示x-y平面中晶格A与B的分界处。(B) 和 (C) 不同相位差条件下x-y平面的模拟声压场与x-z平面的实测声压场。其中z轴原点位于柱体上表面。(D) 距A-B界面四个晶格常数距离处的x-z平面声压场分布。(E) PDMS颗粒在拓扑通道中的输运。(F) 相位差φ递增与递减时颗粒往返仿真运动轨迹。(G) 颗粒位移随φ的变化关系。插图标注了φ=0,2.5π,5π时的颗粒位置（从左至右）。(H) x与y方向声辐射力随φ的变化关系。插图标注当Fy达到峰值时颗粒的位置（实心圆）及下一时刻位置（空心圆）图3：声学拓扑波导（ATW）中的声微流控技术。(A) 带有拐角缺陷的ATW中的稳健颗粒输运。(B) 声子晶体波导（PCW）中的颗粒运动。(C) ATW和PCW中颗粒（PCW以图B中颗粒1为例）沿x和y方向的位移。(D) 带有空腔缺陷的ATW中的颗粒输运。(E) 声波分别从结构两侧入射时，图D橙色矩形标注区域声场的相位云图及等高线图。(F) 声辐射力将ATW界面外的PDMS颗粒吸引至界面图4：拓扑质量循环。(A) 拓扑声学循环器示意图。(B) 声波从端口P1和P2入射时的仿真声压场分布。黑色箭头描绘了声辐射力的方向。(C)至(E)分别展示从端口P1到P2、从P2到P3、从P3到P1质量输运的实验结果。(F) 三个端口处声源相位的时序变化，以及在(C)至(E)中标记的六个点处计算得到的声压幅值视频1: 相位调控时间间隔（△t）和入射声压（p0）对颗粒输运的影响视频2: 直线型拓扑波导中操控颗粒智能避障“波浪式”前进视频3：声学拓扑波导中的颗粒运动视频4: 传统声子晶体波导中的颗粒运动视频5: 含有空腔缺陷的拓扑波导中的颗粒输运视频6: 拓扑质量循环输运

2026-01-05

华南植物园揭示南亚热带优势木本叶片最小导度种间差异及其影响因子

全球气候变化对陆地植物水分关系产生了深远影响，尤其是在降水格局改变、气温升高以及极端干旱事件频发的背景下，植物面临着严峻的生长和存活挑战。叶片最小导度表征气孔关闭后水分流失的速率，与植物在极端干旱条件下的生长和存活密切相关。前人的研究表明，叶片最小导度在物种间具有显著差异，但是影响不同功能类群植物（如喜光种VS耐荫种）叶片最小导度种间差异的关键因子，仍不明晰。中国科学院华南植物园恢复生态学研究团队博士后廖良宁等科研人员，选取南亚热带常绿季风阔叶林的39种优势木本植物，涵盖喜光种与耐荫种两个功能类群，通过测定叶片相关性状和模型分析发现，角质层厚度是影响叶片最小导度差异的主要因子。其中，喜光种叶片的角质层较薄，气孔分布比例较高，叶片最小导度显著高于耐荫种（图）。此外，喜光种通过较高的光合速率实现更高效的碳获取能力，但同时也承担着更大的水分亏缺风险；而耐荫种以较厚的叶片角质层和较低的气孔分布比例，采取的是更为保守的水分利用策略，进一步证明植物在碳获取与水分利用之间存在权衡关系。该研究揭示了光需求策略驱动的不同功能类群植物叶片解剖结构、叶片最小导度以及碳获取能力之间的协同变化，为深入理解气候变化背景下森林植物的干旱响应与适应提供了新的视角。相关研究结果以“Minimum leaf conductance varied across 39 sub-tropical woody species with contrasting light requirement strategies”为题发表于国际主流刊物Journal of Experimental Botany（《实验植物学杂志》）。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/eraf318图. 不同光需求策略物种的叶片功能性状差异。左图（A、C、E）：耐荫种的气孔与角质层特征（以黄果厚壳桂Cryptocarya concinna为例）；右图（B、D、F）：喜光种的气孔与角质层特征（以黄牛木Cratoxylum cochinchinense为例）。

2026-01-01

南海海洋所 | DAS技术探测新突破：光纤传感实现岛礁水动力过程高精度监测

近日，中国科学院南海海洋研究所夏少红研究员团队在南海北部岛礁区，成功利用分布式声学传感（DAS）技术开展水动力环境观测研究，为揭示岛礁水动力过程及其岸线演化机制提供一项革新手段。相关成果以Hydrodynamic Processes of a Typical Reef Island in the Northern South China Sea Revealed by Distributed Acoustic Sensing为题发表于《中国科学：地球科学》（Science China: Earth Science），论文第一作者为博士研究生周博，通讯作者为研究员夏少红，共同作者包括副研究员张昌榕、王新洋及博士后张成龙。水动力过程是控制岛礁地貌发育与演化的核心因素，也是影响岛礁工程建设安全的关键。然而，传统观测因测点稀疏、成本高昂，难以连续高分辨率监测。为突破这一瓶颈，研究团队通过自主铺设光缆（图1），创新性地在西沙群岛宣德环礁的赵述岛及其周边海域部署了一套海陆一体化的DAS观测系统。该系统成功实现了对岛礁复杂水动力环境的高密度、连续监听。通过对连续5天观测数据的精细解译，研究团队成功识别并分离出多种水动力信号，包括由海表重力波（海浪）传播引起的海底应力波动、由复杂地形导致的局部湍流、在岸线破碎的拍岸浪能量以及海流流经光缆时产生的涡激振荡信号。进一步分析揭示了这些水动力信号与区域潮汐周期、风场变化及海底地形（如礁坪、潟湖、水下沙洲等）之间存在显著耦合机制。图1 光缆铺设示意图研究发现，海浪和局部湍流信号分别集中于0.1-0.6 Hz和2-10 Hz频段，两者的能量随潮位涨落呈现显著的周期性波动特征（图2），并且在礁脊到潟湖方向上表现出明显的空间衰减梯度（图3）。光缆涡激振荡信号主要集中于0.6-2 Hz频段，其产生过程受到风向的控制，且振荡频率与潮位变化呈负相关。拍岸浪信号的能量则受地形、潮汐和风场的多重影响：防波堤海岸拍岸浪的破碎效应显著强于沙滩海岸（图4）；拍岸浪能量的波动与潮汐和风场变化具有强相关性；基于观测数据估算的波浪反射系数符合典型碎石防波堤的物理特征。图2 水下光缆记录的信号波形与时频谱，高频、中频和低频信号分别对应局部湍流、涡激振荡和海浪过程图3 水下阵列信号能量的空间分布特征图4 防波堤海岸（建设区）和沙滩海岸拍岸浪信号的强度对比该研究突破传统观测的时空分辨率瓶颈，证实DAS可在珊瑚礁复杂地形中同步获取海浪、湍流、拍岸浪与流致振动信息。所获高分辨率水动力数据集可直接用于防波堤稳定性评估与岸坡优化设计、岛礁港口航道选线与资源开发布局，以及珊瑚礁生态系统保护与修复的动态基线建立。该研究得到国家重点研发计划项目、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目和广州市科技计划项目的资助。文章信息：Zhou B，Xia S*，Zhang C,et al. Hydrodynamic Processes of a Typical Reef Island in the Northern South China Sea Revealed by Distributed Acoustic Sensing. SCI CHINA EARTH SCI,2025.原文链接：https://doi.org/10.1360/SSTe-2025-0100

2025-12-18

南海海洋所 | 深度学习驱动的大气降尺度技术研究取得新进展

近日，南海海洋所仪器中心与中山大学、汕头大学、香港天文台等机构合作，在深度学习气象数据降尺度研究中取得新进展。团队成功研发出一种基于隐式神经网络混合专家模型（Mixture of Implicit Networks,MINet）的大气降尺度新方法。相关研究成果以“Arbitrary-scale atmospheric downscaling with mixture of implicit neural networks trained on fixed-scale data”为题，发表于人工智能领域顶级期刊Pattern Recognition。该研究突破了传统深度学习模型仅能在固定分辨率下运行的局限，为精细化区域气候分析与天气预报提供了高精度、高灵活性的技术手段。南海海洋所仪器中心高级工程师周巍与中山大学副教授胡建芳为论文通讯作者，中山大学硕士研究生陈腾跃与汕头大学讲师谢洁岚为论文共同第一作者。在全球气候变化研究中，将低分辨率的大尺度气候模式数据（如CMIP6）转化为高分辨率区域数据，是准确评估极端天气与区域微气候的关键。然而，现有主流国际工具普遍受限于“固定尺度”约束。研究团队提出全新范式MINet，通过多尺度隐式特征构建与基于坐标的混合专家解码器，实现了仅需一次固定尺度训练，即可完成任意尺度气象数据的超分辨率重建。MINet在技术上展现出显著优势，在与微软研究院开发的地球科学基础大模型ClimaX的对比测试中，MINet不仅性能更优，更具备ClimaX所缺乏的任意尺度推断能力。在MPI-ESM到ERA5的标准降尺度任务（4倍放大）中，MINet在Z500（500hPa位势高度）、T850（850hPa温度）等五个关键气象变量上的加权均方根误差（LRMSE）均显著低于ClimaX，且皮尔逊相关系数更高。此外，MINet在陆地与海洋区域的误差分布较ResNet、U-Net等经典架构更为平稳，能灵活适应不同科研任务对分辨率的特定需求。图1 MINet实现大气变量任意尺度降尺度的示意图（以青藏高原Z500和斯里兰卡周边海域T850为例）研究团队下一步将依托南海海洋所超算平台，拓展MINet在实时天气预报及多源卫星数据融合中的应用，构建面向南海及周边区域的精细化气象要素重构系统，为海洋灾害预警和区域气候评估提供核心算法支撑。论文信息：Chen, T.-Y., Xie, J.-L., Zhou, W.*, Hu, J.-F.*, Yao, P.-Q., Liang, T.-M., Zheng, W.-S., & Chan, P.-W. (2026). Arbitrary-scale atmospheric downscaling with mixture of implicit neural networks trained on fixed-scale data. Pattern Recognition, 173, 112802.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.patcog.2025.112802

2025-12-18

酸性土壤的破局者：桃金娘如何“化害为利”？

——揭示ALMT家族功能分化促进植物对酸铝环境的适应机制酸性土壤是全球分布最广泛的耕地土壤类型之一，其面积占全球潜在耕地总量的50%以上，在我国南方更是农业生产的核心土壤基质。然而，酸性土壤中释放的可溶性铝离子（Al³⁺）极易对植物根系造成损伤，是限制作物生长发育的关键非生物胁迫因子。自然界中部分植物演化出了独特的铝适应策略，泛热带亚热带分布的桃金娘科植物普遍对酸铝环境具有良好的适应，包括该科代表物种桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）。作为酸性土壤的指示物种和我国南方退化生态系统的先锋树种，桃金娘不仅能在高铝胁迫环境中正常生长，还可利用低浓度铝离子促进自身发育。这一“化害为利”的特殊现象背后的分子机制，长期以来备受学界关注。近日，中国科学院华南植物园邓书林研究员团队在植物学经典期刊Plant Physiology上发表题为“Functional divergence of ALMTs mediates organic acid transport and callose synthesis for aluminum tolerance in rose myrtle”的研究论文，系统解析了桃金娘适应铝胁迫并实现铝促生长的双重分子调控机制。研究团队围绕桃金娘响应铝胁迫的核心通路展开深入探究，发现铝激活苹果酸转运蛋白（ALMT）家族中的两个关键基因RtALMT11与RtALMT18存在显著的功能分化特征，为解析植物铝适应的复杂调控网络提供了全新视角。该研究从系统生物学层面阐明，ALMT基因家族正是通过功能分化的方式，实现对植物铝响应过程的精细调控：RtALMT11介导经典的铝诱导型防御响应，通过分泌苹果酸螯合根际铝离子以降低其毒害作用，属于被动抵御铝胁迫的策略；而RtALMT18则演化出低铝诱导的类组成型表达特性，不仅参与调控细胞壁胼胝质合成，还能协同调控植物生长信号通路，实现“耐铝胁迫”与“促进生长”的双重功能，代表了一种主动适应铝环境的进化方向。这种功能分化模式，使桃金娘能够精准应对不同浓度的铝离子环境——在低铝条件下促生增效，在高铝胁迫下防御自保，最终实现对酸性土壤生境的完美适应。该研究拓展了植物铝毒耐受与铝促生长的分子理论体系，为植物逆境适应的进化生物学研究提供了新的框架，揭示了ALMT基因家族功能分化的具体机制，为该基因家族的功能演化研究开辟了全新方向。桃金娘中兼具耐铝与促生功能的关键基因RtALMT18为作物分子育种提供了优质的基因资源。该研究成果为桃金娘应用于酸性土壤的生态修复提供了重要的理论依据与技术支撑。华南植物园已出站博士后杨玲为该论文第一作者，邓书林研究员为通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金和广东省科技计划项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf655

2025-12-31

深圳先进院丨发现高脂饮食导致外侧隔核功能失调进而加剧肥胖的新机制（Nature Communications）

近年来，全球超重和肥胖人数持续增长，一个重要原因是高热量美味食品变得更容易获得。即使在不饿的时候，人们也常常因为食物的美味而额外进食。这种由愉悦感驱动的进食，被称为“享乐性进食”。它容易引发过度进食，是导致肥胖的关键原因之一。此前中国科学院深圳先进技术研究院朱英杰团队发现外侧隔核的激活能够抑制享乐性进食，是大脑进食行为调控网络中的“刹车系统”，也是防治肥胖的潜在靶点。近年来，全球超重和肥胖人数持续增长，一个重要原因是高热量美味食品变得更容易获得。即使在不饿的时候，人们也常常因为食物的美味而额外进食。这种由愉悦感驱动的进食，被称为“享乐性进食”。它容易引发过度进食，是导致肥胖的关键原因之一。此前中国科学院深圳先进技术研究院朱英杰团队发现外侧隔核（Lateral septum,LS）的激活能够抑制享乐性进食，是大脑进食行为调控网络中的“刹车系统”，也是防治肥胖的潜在靶点。肥胖本身会不会影响这个“刹车系统”的功能？它又如何反过来影响肥胖的发展？12月27日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院朱英杰团队于Nature Communications上发表最新研究，通过单细胞测序、电生理记录、钙成像等技术，揭示了高脂饮食通过削弱外侧隔核的“刹车”功能，导致进食失控，从而推动肥胖进程。研究团队发现，长期吃美味的高脂食物导致小鼠快速发生肥胖，同时其外侧隔核中的GABA能神经元的功能出现了明显减退。这些神经元中，两个关键基因的表达显著下降：一个是超极化激活环核苷酸门控阳离子通道1 (Hcn1)，可以调节神经元兴奋性；另一个是谷氨酸脱羧酶2 (Gad2)，负责合成抑制性神经递质GABA。随后，通过单细胞钙成像及膜片钳记录，团队证实肥胖小鼠外侧隔核神经元的兴奋性发生下调。进一步研究发现，Hcn1基因的下调是导致神经元“活性下降”的重要原因。而如果重新提高该基因的表达，就能有效抑制高脂饮食引发的小鼠暴食行为，从而消除肥胖的发生。有意思的是，这种干预并不影响小鼠对普通食物的正常进食。另一方面，Gad2基因的下降则导致LS合成的GABA减少，使得它对下游脑区（如外侧下丘脑，下丘脑结节核等）的“抑制指令”变弱。如果恢复Gad2的表达，就能重新增强其抑制性信号输出，有效阻止高脂饮食引起的过度进食与肥胖。同样的，这种干预也不影响小鼠对普通食物的正常进食。综上，这项研究不仅加深了我们对饮食如何影响大脑进食“刹车”系统的理解，还为未来精准干预享乐性进食诱发肥胖的治疗提供了新的靶点和思路。深圳先进院联合培养的博士姜少磊（上海理工大学，现为河南省医学科学院电生理研究所助理研究员）和博士生赖诗诗（云南大学）是本项工作的共同第一作者，通讯作者为陈高伟助理研究员与朱英杰研究员。该项目受到中国科学院先导专项、国家自然科学基金委、广东省科技厅、深圳市科创委等资助。感谢深港脑科学创新研究院以及深圳市脑解析与脑模拟重大科技基础研究设施对本研究的支持。文章上线截图图1. 长期高脂饮食导致LSGABA神经元兴奋性下降图2. Hcn1通过调节LSGABA神经元兴奋性干预高脂饮食引发的肥胖进程图3. Gad2通过调节LSGABA神经元对下游的抑制能力干预高脂饮食引发的肥胖进程文章链接

2025-12-31