科研进展--中国科学院广州分院

桉树（Eucalyptus）因其快速生长和显著的经济效益，在热带和亚热带地区被广泛种植。然而，单一种植的桉树纯林种植通常会引发生物多样性丧失、土壤养分流失以及生态系统服务功能的下降。将桉树与乡土树种混交被认为是一种潜在的解决方案，然而现有研究主要集中于短期（≤7年）的桉树人工林，并且多局限于1-2种乡土树种。长期来看，桉树人工林多营养级之间复杂的相互作用以及不同植被层多维生物多样性和生态系统服务之间的关系仍缺乏系统研究，适宜的桉-乡混交比例尚不清楚。为解决上述科学问题，中国科学院华南植物园恢复生态学团队依托广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站共和“植被恢复生物多样性梯度”大型野外控制实验平台，量化了4个不同条带混交比例（2:8，3:7，4:6，5:5）的桉-乡混交林的多营养结构与生态热力学健康，以及不同植被层多维多样性（分类，功能和谱系）和生态系统多服务性的长期动态。研究发现：（1）长期（13-15a）和短期（1a）桉树人工林群落在不同植物层的多维多样性上存在显著差异（2）桉树与高多样性乡土树种间作对多营养生物多样性保护、生物热力学健康发展和土壤肥力保持具有长期的积极作用（3）当乡土树种比例≥20%时，乔木层的多维生物多样性显著提升；≥30%时，桉树和起始乡土树种的长期存活率及自然迁入率显著提高；进一步增加至50%时，不仅提供了最高水平的生态系统服务，还显著增强了服务间的协同关系（4）人为调控的乔木层初始混交比例和灌木和草本层的自然恢复双向奔赴，共同促进了桉-乡混交林生物多样性、生态系统健康与生态系统服务的长期恢复。这些发现为全球热带和亚热带地区大面积分布的桉树人工林改造和长效管理提供了新的依据。相关成果在Journal of Cleaner Production（《清洁生产杂志》）（中科院1区Top，IF2023 = 9.8）和Journal of Applied Ecology（《应用生态学杂志》）（中科院1区Top，IF2023 = 5.0）发表。中国科学院华南植物园博士生张磊和已毕业硕士生汪雁佳（现中山大学在读博士）为第一作者，任海研究员和陆宏芳研究员为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金项目、青促会项目和广东省重点研发项目的资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.144288https://doi.org/10.1111/1365-2664.14558图1. 6种人工林地上、地下生物多样性、生物热力学健康和土壤肥力的结构方程模型图2. 生态系统多服务性与不同植物层多维多样性指数的关系

2024-12-08

广州能源所高温功能复合材料耦合调控低碳燃烧关键技术实现应用

广州能源所燃烧与热流科研团队在广东省重点领域研发计划等项目的支持下，积极开展低碳燃烧技术研发，经过多年攻关开发出天然气掺氢比例可任意调节的低氮燃烧器，突破了大功率天然气掺氢安全高效燃烧、燃烧负荷和掺氢比例动态调控等关键技术，并结合“源头控制，梯级降解”的氮氧化物治理理念，将稀土类高温功能复合材料与现有燃烧技术工艺有机结合，实现了高温功能复合材料耦合调控低碳燃烧关键技术的突破，迈出了技术推广转化过程中坚实的一步。广东省陶瓷建材、金属冶炼、材料深加工等领域企业众多，行业规模巨大，燃烧调控和大气污染防治是在向绿色能源转型的过程中亟待解决的关键难题。广州能源所燃烧与热流科研团队在广东省重点领域研发计划等项目的支持下，积极开展低碳燃烧技术研发，经过多年攻关开发出天然气掺氢比例可任意调节的低氮燃烧器，突破了大功率天然气掺氢安全高效燃烧、燃烧负荷和掺氢比例动态调控等关键技术，并结合“源头控制，梯级降解”的氮氧化物治理理念，将稀土类高温功能复合材料与现有燃烧技术工艺有机结合，实现了高温功能复合材料耦合调控低碳燃烧关键技术的突破，迈出了技术推广转化过程中坚实的一步。依托该技术成果，燃烧与热流科研团队在潮州深能燃气有限公司的委托资助下，联合潮州市索力德机电设备有限公司研制了国内首座智能化天然气掺氢陶瓷梭式窑。11月25日，窑炉正式成功点火，实现了掺氢比为32%条件下的稳定运行。11月26日至12月2日，窑炉完成了不同烧成温度（1220℃和1280℃）、共计4窑陶瓷出口产品的烧制。经广东省特种设备检测研究院潮州检测院测试，耦合高温功能复合材料的燃烧技术可实现节能5%和氮氧化物排放低至15 mg/m3的效果。该示范应用首次在高掺氢比条件下烧成高质量陶瓷产品，验证了高温功能复合材料耦合调控低碳燃烧技术的节能环保性、安全可靠性和产品适应性，为陶瓷企业及其他工业窑炉的绿色能源安全高效利用提供了关键技术和核心装备的样板。陶瓷梭式窑天然气掺氢燃烧技术示范应用点火仪式高温功能复合材料耦合调控低碳燃烧关键技术示范应用现场陶瓷梭式窑天然气掺氢烧成产品

2024-12-06

华南植物园揭示植物入侵影响热带珊瑚岛土壤碳库机制

土壤碳库包括有机碳库和无机碳库两部分。由于有机碳周转时间相对较短、对环境变化更为敏感、调控潜力大，目前研究多关注土壤有机碳。这导致土壤无机碳在碱性环境中的稳定性强和周转时间长的作用往往被忽视。土壤有机碳和无机碳可以相互转化相互影响，土壤无机碳的积累过程同样对陆地碳循环乃至全球碳平衡至关重要。在热带珊瑚岛生态系统中，土壤富含大量无机碳。外来植物入侵导致本地植物群落生物量减少，降低植物源有机碳的输入，这为研究这类生态系统为研究外来植物入侵如何影响土壤有机碳和无机碳的动态变化提供了独特的机会台。尽管植物入侵已被证明会对土壤碳输入和输出产生深远影响，但其对土壤有机碳与无机碳的相互作用尚缺乏清晰认识。因此，理解植物入侵影响土壤有机碳-无机碳平衡的内在机制，对于热带珊瑚岛生态系统保护与恢复具有重要的科学意义。中国科学院华南植物园恢复生态学任务团队以我国西沙群岛的热带珊瑚岛为对象，研究了无根藤（Cassytha filiformis）、飞机草（Eupatorium odoratum）和孪花蟛蜞菊（Wedelia biflora）等三种入侵植物对土壤有机碳库和无机碳库的影响。研究发现：（1）外来植物入侵显著降低了本地植被地上和地下生物量，但土壤总碳储量并未显著变化，主要由于土壤无机碳的增加在一定程度上抵消了土壤有机碳的减少；（2）外来植物入侵降低了微生物源碳（氨基糖和球囊霉素相关土壤蛋白）的浓度，但这些微生物源碳对土壤有机碳的贡献在湿季会有所增加；（3）植物入侵对土壤碳库受入侵植物物种和采样季节的共同调控，土壤总氮和总磷含量是关键影响因素。该研究阐明了外来植物入侵影响土壤碳库组分的机制，土壤无机碳的增加虽能部分抵消土壤有机碳的损失，但土壤有机碳的多功能性却是无机碳无法替代的，尤其是在养分循环和水分保持方面。该研究结果为热带海岛为应对外来植物入侵和保护修复提供了新的科学依据。未来需要进一步监测不同环境条件下土壤有机碳和无机碳的长期变化动态，深入理解植物-微生物相互作用对土壤碳固存的影响，进而为热带岛屿保护、恢复与管理提供科技支撑。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Biological Diversity（《生物多样性》）上。华南植物园博士后李腾腾为论文的第一作者，刘占锋研究员为论文的通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目等资助与支持。论文地址：10.1002/bod2.12024图1. 外来植物入侵对热带珊瑚岛屿植被生物量与土壤碳库的影响图2. 外来植物入侵对热带珊瑚岛屿土壤有机碳和无机碳库的影响

2024-12-04

华南植物园揭示转录因子相分离精确调控植物开花的分子机制

相分离作为生物大分子在细胞内形成无膜结构，在生物体的发育和信号转导过程中发挥着重要功能。植物光周期调控因子CONSTANS (CO)蛋白能够与核转录因子NF-YB2和NF-YC9互作，共同激活开花关键基因FLOWERING LOCUS T (FT)的表达，进而促进植物成花转换。而相分离在这个过程中是否发挥作用以及具体的分子机制仍不清楚。近日，中国科学院华南植物园农生中心侯兴亮研究员和新加坡南洋理工大学缪岩松副教授通过合作研究揭示了相分离在植物开花过程中的具体调控机制。研究发现CO、NF-YB2和NF-YC9蛋白在植物中可形成相分离，为深入解析其具体的形成机制和调控功能，研究人员分别利用原生质体、体外实验体系以及转基因植株检测这些转录因子对FT基因表达的调控。结果发现，CO蛋白在光信号响应下逐渐积累，并从扩散状态形成聚集的渗透簇，这一过程依赖于B-box基序；而NF-YB2和NF-YC9与CO通过多价共组装，维持CO液相凝聚体组装状态和转录活性，阻止CO抑制性慢扩散凝聚体的形成，后者会阻碍FT表达的激活。为了探明NF-Y因子如何维持CO/NF-YB2/NF-YC9凝聚体具有流动性，从而开花基因的转录激活。研究人员发现NF-YC9的内在无序区域（IDR）包含一个多谷氨酰胺（polyQ）基序，通过优化谷氨酰胺残基重复次数能够调节CO/NF-YB2/NF-YC9凝聚体的功能物质属性，并影响CO的功能。CO/NF-YB2/NF-YC9识别特定的FT启动子，形成的CO/NF-YB2/NF-YC9/FT凝聚体具有液相流体性，从而允许FT的转录激活。该研究揭示了相分离在植物成花转换过程中的关键作用，阐明植物如何通过调控转录因子凝聚体状态这一微妙的策略精确控制开花进程，为植物光周期成花途径机制的认识提供了新的见解。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊The EMBO Journal上。中国科学院华南植物园博士后黄翔和新加坡南洋理工大学博士后马智明为该论文共同第一作者，侯兴亮研究员和缪岩松副教授为共同通讯作者。该项研究得到广州市科技计划、广东省重点领域研发计划等项目的资助。论文链接：https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44318-024-00293-0

2024-12-04

底泥板结对洞庭湖沉水植物退化的影响机制及恢复取得新进展

气候变化和人类活动加剧（如大坝建设）在一定程度上改变了湖泊固有的水文节律，使湖泊成为世界上最受威胁的生态系统之一。沉水植物作为湖泊中主要的初级生产者，对维持湖泊生态系统的稳定起重要调节作用。自2010年来，洞庭湖沉水植被退化严重，部分区域甚至消失，对湖区生态环境健康构成较大威胁。自三峡大坝运行后，洞庭湖水文情势巨变，旱季延长，落水期提前，使以前未暴露的湖底出露时间延长，在旱季出现了大面积的底泥板结现象。然而，有关底泥板结对沉水植被的影响以及特定水文条件改变后如何恢复是当前面临的新情况，新特征。气候变化和人类活动加剧（如大坝建设）在一定程度上改变了湖泊固有的水文节律，使湖泊成为世界上最受威胁的生态系统之一。沉水植物作为湖泊中主要的初级生产者，对维持湖泊生态系统的稳定起重要调节作用。自2010年来，洞庭湖沉水植被退化严重，部分区域甚至消失，对湖区生态环境健康构成较大威胁。自三峡大坝运行后，洞庭湖水文情势巨变，旱季延长，落水期提前，使以前未暴露的湖底出露时间延长，在旱季出现了大面积的底泥板结现象。然而，有关底泥板结对沉水植被的影响以及特定水文条件改变后如何恢复是当前面临的新情况，新特征。针对上述问题，中国科学院亚热带农业生态研究所谢永宏研究员团队依托洞庭湖站研究平台，结合野外调查和受控实验等方法，分析了底泥板结特性及对沉水植物生长的影响，同时探讨了多种底泥修复措施对沉水植物生长的促进效果。研究结果表明：1）底泥板结后0~10 cm沉积物层的土壤特征发生了明显变化，如：大颗粒团聚体（＞2mm）的比例在板结底泥（63.93–85.88%）较未板结底泥（2.80–13.17%）显著增加，土壤TN、TP和SOC含量有所上升，土壤pH有所降低；2）板结底泥中细菌和真菌的丰富度显著高于未板结底泥，真菌群落结构主要受板结程度影响，细菌群落结构则主要受垂直深度的影响；3）底泥板结不利于沉水植物定植和建群，如降低了沉水植物的生物量，减少了最大根长但增大了平均根径，同时板结和水位的共同作用导致沉水植物整体根系变短；4）底泥修复措施对沉水植物生长的促进效果不同：一方面单独底泥疏松处理可以增加沉水植物生物量，促进根系发育，有利于沉水植物生长和建群，另一方面底泥疏松+凋落物添加（如苔草、南荻）的联合处理在不同生长型沉水植物间（如底栖型、直立型、冠层型）表现出特异性响应，如：疏松+苔草处理显著提高了冠层型沉水植物（轮叶黑藻和穗花狐尾藻）的生物量，但对直立型沉水植物（龙须眼子菜和微齿眼子菜）而言是增大了根茎比。未来在恢复沉水植物时，可以根据沉水植物生长型不同采取针对性的底泥修复措施，以达到最佳效果。上述结果以Sediment hardening changes the physicochemical characteristics and microbial diversity of sediment and has potential effects on submerged macrophytes和Response of submerged macrophytes of different growth forms to multiple sediment remediation measures for hardened sediment为题近期分别发表在Plant and soil和Frontiers in Plant Science上，研究得到国家自然科学联合基金和青年基金项目、湖南省重点研发计划项目等资助。洞庭湖底泥板结状况和受控实验平台

2024-12-03

华南植物园发现木豆叶提取物可以治疗牛皮癣

银屑病俗称“牛皮癣”，是一种慢性复发性炎症性疾病，全球发病率约为2%。银屑病的临床症状主要为表皮增厚、表皮上层角化过度伴角化不全，表皮微脓肿和中性粒细胞大量募集造成的炎症性浸润等。在我国云南思茅地区，木豆叶[Cajanus cajan (L.) Millsp]长期被用来治疗多种皮肤性疾病。中国科学院华南植物园战略植物资源保育与利用团队研究发现木豆叶提取物（EXT）具有治疗牛皮癣的潜力，并在细胞和分子水平上阐明了作用机制。中国科学院华南植物园植物中心博士后朱宝君和姚李媛等科研人员，首先以HaCaT细胞为研究对象，通过免疫荧光和荧光定量分析技术，发现木豆叶提取物可激活芳香烃受体AhR的相对表达并促进其蛋白核转移，初步证明其可能具有治疗牛皮癣的作用。随后以咪喹莫特诱导的小鼠银屑病模型为研究对象，通过转录组学和蛋白组学分析技术，阐明了木豆叶提取物通过下调多种趋化因子（Ccl2、Ccl20和Cxc5等）、炎症性细胞因子（IL7a、Il19、Il22和Il23等）和角质形成细胞分化相关基因（Lce和Sprr家族基因），激活AhR及其下游调控基因（Cyp450家族基因），达到缓解银屑病症状的目的。该研究为基于植物来源的天然产物抗银屑病药物的研发提供科学依据和物质基础，也为木豆叶这一重要的生物资源的高值化应用提供了理论依据。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Ethnopharmacology（《民族药理学杂志》）。华南植物园博士后朱宝君和姚李媛为共同第一作者，赵丽云助理研究员和邱声祥研究员为共同通讯作者。（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jep.2024.119109）图1. 木豆叶及主要菧类化学成分图2. 木豆叶提取物对HaCaT细胞AhR及其下游调控基因CYP1A1的激活和促核转移作用图3. 木豆叶提取物（EXT）治疗银屑病的作用和潜在分子作用机制

2024-12-01

华南植物园真菌异养植物与菌根真菌的共生关系研究获新进展

植物与菌根真菌之间的互利共生（菌根）是植物-微生物共生互作的主要模式，它能够促使植物积极响应并适应各种生物和非生物胁迫，从而进入新的生境乃至占领新的生态位，最终推动物种分化。真菌异养植物（Mycoheterotrophic plants）是植物-真菌互作驱动植物进化的经典案例，以其独特的营养方式、与光合自养植物截然不同的进化方向备受关注。真菌异养植物没有叶绿素，依赖真菌而生存，二者之间互作关系从祖先的互利共生转变为寄生，且在这种关系转变过程中往往发生真菌合作者的转变，同时伴随着真菌特异化的发生。真菌合作者的转变使得真菌异养植物能够拓展新的生态位，进入不同于光合自养祖先的生境（通常是阴暗、潮湿的森林地表层）并生存，进而发生物种分化，这也是植物-真菌互作推动植物多样性分化的具体体现。真菌异养植物通常比光合自养植物具有更高的真菌特异性（Fungal specificity），即其只与较少的真菌形成互作关系，且这些真菌往往具有较近的系统发育关系。然而，当前对真菌异养植物的起源与进化历程知之甚少，其共生真菌转变及特异化发生的生态机制仍困扰着众多研究者。为探究这一科学问题，中国科学院华南植物园植物中心赵中涛副研究员利用真菌异养植物的模式植物类群-水玉簪属进行了相关研究。研究团队对水玉簪属各物种开展了广泛采样，通过高通量测序等手段，对水玉簪属7个植物种、16个居群开展了伴生植物调查和微生物多样性调查。研究结果显示，真菌异养植物不依赖于特定的植物类群，而是能够与绝大多数伴生植物形成互作关系以获取真菌营养，且不同生境的共享真菌可能为其生境转移提供了前提条件。研究进一步发现，导致真菌特异性形成的因素不仅是植物方营养方式的转变，生境迁移也明显促进了植物中真菌特异性的发生。相关研究结果以“Not only transitions in nutritional modes but also niche shifts facilitate mycorrhizal fungal specialization in Burmannia”为题，发表在国际生态经典期刊Functional Ecology（《功能生态学》）。华南植物园赵中涛副研究员为第一作者，张奠湘研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助。文章链接：https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2435.14706图1. 水玉簪属不同营养型植物。图2. 水玉簪及其伴生植物中菌根真菌的系统发育结构。A.水玉簪不同物种中真菌群落系统发育结构；B.伴生植物中菌根真菌群落的系统发育结构；C.水玉簪与伴生植物中真菌群落的关系；D.水玉簪伴生植物中真菌群落的聚类结构。

2024-12-01

螯合铁施加降低水稻镉砷积累机制研究取得新进展

镉（Cd）和砷（As）在土壤中表现出强烈的生物毒性和较高有效性，容易在水稻中积累，通过食物链进入人体后影响身体健康，因而水稻中镉砷污染引起了广泛的关注。已有研究表明螯合铁施用可减少水稻籽粒中镉的积累，但螯合铁施加对镉砷共同污染下水稻吸收积累镉砷的影响及其作用机制尚不明确。镉（Cd）和砷（As）在土壤中表现出强烈的生物毒性和较高有效性，容易在水稻中积累，通过食物链进入人体后影响身体健康，因而水稻中镉砷污染引起了广泛的关注。已有研究表明螯合铁施用可减少水稻籽粒中镉的积累，但螯合铁施加对镉砷共同污染下水稻吸收积累镉砷的影响及其作用机制尚不明确。中国科学院亚热带农业生态研究所黄道友研究员团队采用盆栽试验，研究了不同量EDTA·Na2Fe施用对土壤镉砷有效性、根表铁膜形成及其对镉砷固定和镉砷在水稻植株中转运的影响。研究发现EDTA·Na2Fe通过降低土壤中镉砷的有效性，提高根表铁膜对镉砷的固定，减少镉从根表铁膜到根系和砷从根系到籽粒的转运来降低籽粒镉和砷含量。研究还发现当EDTA·Na2Fe施用量为50 mg Fe kg-1时，籽粒镉和砷同时降低效果最佳。该研究为稻田土壤镉砷复合污染的治理提供了新的思路，对减少水稻籽粒镉和砷含量，减轻其对人体健康的威胁具有指导意义。该项研究近期以题为Effects of EDTA·Na2Fe on phytoavailability of cadmium and arsenic to rice (Oryza sativa L.)发表在TOP期刊Ecotoxicology and Environmental Safety上。硕士研究生张欣惠为论文第一作者，许超副研究员和黄道友研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、湖南省科技计划项目的共同资助。论文链接螯合铁添加降低水稻镉砷积累机制

2024-11-27

广州能源所空气源170℃工业蒸汽热泵机组开发成功并完成验收

近日，由中国科学院广州能源研究所储能技术团队承接的2023年度东方锅炉对外“揭榜挂帅”科研项目“适用于工业园区综合能源项目的热泵技术方案开发”在四川成都通过验收。近日，由中国科学院广州能源研究所储能技术团队承接的2023年度东方锅炉对外“揭榜挂帅”科研项目“适用于工业园区综合能源项目的热泵技术方案开发”在四川成都通过验收。广州能源所冯自平科研团队联合东方电气集团东方锅炉股份有限公司，采用自主知识产权的直接蒸发式热泵蒸汽技术，解决了高温高效双侧相变蒸发分离、宽温域环境自适应性调节、级间循环热量高效耦合、170℃蒸汽稳定制备控制等一系列技术难题，开发出适应﹣15℃-35℃环境温度的空气源170℃工业蒸汽热泵机组，扩宽了热泵的供热范围。本项目开发的示范机组经第三方机构测试，在环境温度27℃条件下，制取蒸汽温度为170±1℃，蒸汽压力为0.77±0.1bar，平均制取蒸汽流量为1.034t/h，平均制热量为759.89kW，平均耗电功率为478.4kW，平均COP为1.58。验收会现场空气源170℃工业蒸汽热泵示范机组

2024-11-27

中国工程院咨询项目《枣庄国家可持续发展议程创新示范区发展战略咨询》启动会在亚热带生态所召开

11月26号，中国工程院战略研究与咨询项目《枣庄国家可持续发展议程创新示范区发展战略咨询》启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开。11月26号，中国工程院战略研究与咨询项目《枣庄国家可持续发展议程创新示范区发展战略咨询》启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开。中国工程院院士、亚热带生态所首席科学家印遇龙，亚热带生态所党委书记谭支良，中国工程院院士、湖南师范大学校长刘仲华，中国工程院院士、湖南省农业科学院党委书记柏连阳，欧洲科学院院士、山东大学微生物技术国家重点实验室主任张友明，中国工程科技发展战略山东研究院执行院长王晓斌，山东科技厅党组成员、山东创发院院长刘峰，山东枣庄市科技局书记、局长周慧，湖南林业科学院李昌珠院长，湖南师范大学李建中教授，亚热带生态所孔祥峰研究员，亚热带生态所科技处邓正苗副处长，及课题组主要成员参加会议。会议由印遇龙主持。会上，谭支良介绍了参会人员并致欢迎词，王晓斌、刘峰先后代表项目管理公司和山东省科技厅致词。周慧就关于提高枣庄国家可持续发展议程创新示范区发展战略的项目背景进行了介绍。邓正苗表示，研究所将为本项目提供良好的支持和服务。印遇龙、曾庆元、钟永光、马欣以及邵超峰等分别就项目和各课题内容进行了汇报。与会专家围绕枣庄国家可持续发展议程创新示范区的科技发展引领产业发展的短板与问题，及面临的机遇和挑战进行了深入探讨。印遇龙作总结发言，并部署了项目工作计划。他强调，项目组成员要重视枣庄示范区的投入与建设，要发挥项目组各自优势，进一步加强合作交流，使项目研究成果始终围绕项目的整体布局，进而形成一个有机的整体，把团队在可持续发展方面取得的研究成果在枣庄落地，让研究成果在枣庄充分发挥出科技引领作用，助力传统农业转型升级。会议现场合影

2024-11-26