科研进展--中国科学院广州分院

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院巫林平研究员和南方医科大学珠江医院赵明主任医师团队联合在Advanced Healthcare Materials杂志在线发表标题为“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究论文。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院巫林平研究员和南方医科大学珠江医院赵明主任医师团队联合在Advanced Healthcare Materials杂志在线发表标题为“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究论文。该研究采用动态共价交联与光引发共价交联正交设计制备了模拟细胞外基质 (ECM) 微观适应性和宏观稳定性的双交联3D打印生物墨水，其打印形成的动态交联网络为细胞提供适应性微环境，从而促进血管内皮细胞与血管平滑肌细胞自发形成具有仿生双层结构的血管网络，该血管网络具备体外收缩以及体内快速重建血运的功能。该研究为血管化组织工程提供了新的生物制造策略。血管化是目前限制大尺寸组织工程支架构建的关键问题。尽管近年来人工血管/血管网络的生物制造技术获得了巨大的发展，但构建具备仿生结构以及收缩功能的血管网络一直是领域重大挑战。为解决上述问题，研究团队开发了一种具有动态共价交联网络的仿ECM生物墨水，通过模拟ECM的适应性微环境和结构组分，引导血管内皮细胞和血管平滑肌细胞自发排列形成具有仿生双层结构的血管网络。通过蛋白质组学技术，研究团队进一步发现功能化血管网络中缺氧诱导因子-1 (HIF-1)信号通路和糖酵解/糖异生通路相关的蛋白显著上调，表明血管内皮细胞与血管平滑肌细胞能够有效相互作用，促进糖酵解和三磷酸腺苷（ATP）含量的增加，并通过细胞骨架重塑和细胞迁移促进血管结构的形成。同时功能化血管网络中与细胞粘附、肌动蛋白细胞骨架形成以及焦点粘附相关的蛋白显著上调，提示粘附斑激酶（FAK）信号通路参与了血管结构的形成，并通过调节细胞粘附和细胞骨架重塑，将机械刺激转化为细胞代谢信号，促进糖酵解和血管结构的形成。此外，研究团队发现功能化血管网络在体外可响应血管紧张素呈现收缩反应。在植入后肢缺血模型小鼠后，功能化血管网络可快速改善缺血侧后肢的血流灌注，防止周围组织坏死并促进肢体的功能恢复。研究团队以此为基础制备了血管化皮肤支架，植入后功能化血管网络可通过快速重建损伤部位血运，有效支持支架中人源真皮成纤维细胞的存活和功能，从而显著提高了大尺寸全层伤口的愈合速度。广州健康院巫林平研究员和南方医科大学珠江医院赵明主任医师为该论文的共同通讯作者，南方医科大学珠江医院博士后陈珺（现为广州健康院副研究员）与广州健康院实习研究员吴玉琼为共同第一作者。研究项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广州市科技重点研发项目、广州市科技计划、广东省重大人才工程项目等经费的支持。论文链接图1 利用双交联生物墨水打印的3D材料能够引导细胞自组装形成功能化血管网络

2025-08-12

华南植物园在热带雨林动态演化历史研究取得新进展

气候变化是加速物种灭绝和驱动物种适应性进化的重要环境因子，不同地质时期的气候剧烈波动对地球生态系统的塑造起到了关键作用。生物群系（Biome）作为具有自身独特外貌特征且受制于特定气候条件的自然群落，呈现为有形的生态进化单元，是从宏观尺度理解生命演化过程的重要载体。研究人员近年对北极植物区系、东亚常绿阔叶林、非洲稀树草原、温带高山植物区系以及全球干旱植物区系等众多生物群系的代表类群展开研究，揭示了古气候变化事件对相关群系演化历史的重要影响。但此一系列群系多起源于渐新世或中新世，其演化历史难以从较为久远的时间尺度反映出古气候变化事件与生物群系演化历史之间的关联性。热带雨林是当今地球陆地生态系统中起源最为古老的生物群系，可能在白垩纪中期已开始出现。相比于其他生物群系,热带雨林拥有全球最高的年均降水量和平均气温，在其分布区仅占全球不足7%的陆地面积基础上孕育了全球近半数生物物种，是全球陆地生态系统中物种多样性与生产量最高的生物群系，在调节全球气候与维持生态平衡方面发挥着巨大作用。尽管全球气候变化事件在很大程度上影响了众多生物群系的演化历史已是学界共识，但目前关于“古气候变化事件是否影响了热带雨林的动态演化历史过程”这一问题还颇具争议。部分研究认为古气候变化事件对热带雨林的动态演化历史影响非常有限，热带雨林可能长期保持相对较为稳定的高温、高湿环境条件，致使其物种分化速率长期趋于恒定状态，其物种多样性随时间持续且稳定的积累，这一过程亦被视为热带雨林物种多样化的重要演化模式。然而，另有研究则认为热带雨林的物种多样化历程可能受到了全球气候变化事件的影响，其物种分化速率在不同时期可能存在明显波动而非长期趋于恒定，但相关研究大多关注于热带雨林类群在新生代时期的演化历史。棕榈科（Arecaceae）隶属于被子植物单子叶鸭跖草分支（Commelinid monocots），包含约184属2500种，其中超过90%的物种分布于热带雨林地区，是探讨热带雨林演化历史的理想对象。中国科学院华南植物园葛学军研究员联合国内外多家单位的研究人员展开合作，基于近期采用叶绿体系统发育基因组学手段构建的棕榈科属级系统发育框架（Yao et al. 2023;BMC Biology 21: 50），结合NCBI等网站释放的一代测序与二代测序所得叶绿体序列数据进一步扩大对棕榈科在物种水平的取样（共取样该科181属604种），在此基础上整合系统发育重建、分子时间标定及物种多样化过程分析等研究手段，对棕榈科在中新世之前的动态演化历史过程展开研究，以棕榈科为例结合热带雨林其他代表类群的研究数据对该群系动态演化历史过程与全球古气候变化事件之间的关系进行了剖析。结果表明：（1）基于物种水平扩大取样与大量叶绿体序列数据构建了棕榈科坚实的系统发育框架，部分节点相比于前期基于叶绿体基因组学数据所得该科属级系统发育关系获得了更高支持；（2）棕榈科在白垩纪中期约108.3百万年前开始分化，该科多个分支可能发生过物种辐射分化事件；（3）在白垩纪中期至中新世之前的漫长地质历史时期，棕榈科物种分化速率随全球平均气温的波动出现过明显变化，大体呈现为随全球气温下降而降低、随全球升温而增加的趋势；（4）棕榈科物种灭绝速率自渐新世开始明显增加，与同时期开始出现的全球较低平均气温在时间尺度上相吻合。该研究是目前为止对棕榈科在物种水平取样最为广泛的系统进化研究，研究结果不仅从叶绿体基因组学数据的角度深度解析了棕榈科类群的系统演化关系，还增进了对该科物种多样化历史的认识，亦为深入理解热带雨林动态演化历史过程与全球古气候变化事件之间的关联性提供了重要参考。研究成果以《Pre-Miocene evolutionary dynamics of tropical rainforests from a dated phylogeny of the palm family》为题近日发表在植物学期刊New Phytologist（《新植物学家》）上，华南农业大学姚纲博士为论文第一作者，华南植物园葛学军研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目“旗舰”项目、中国科学院国际伙伴计划以及中国科学院战略生物资源计划等项目的资助。文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70440图. 棕榈科多样化分析结果

2025-08-04

华南植物园在广东阳春发现黄芩属两个新种

黄芩属（Scutellaria L.）是唇形科的一个大属，全世界约有350种，我国约有100种，全国各地均有该属植物的分布，据记载广东省有13种4变种。我国黄芩属植物除少数种类如韩信草、黄芩为广布种外，多数种类的分布区均较狭窄，仅分布于少数几个省份，有些种类甚至仅见于模式产地，如变黑黄芩、赤水黄芩、囊距黄芩、狭管黄芩等。黄芩属是分类上相对比较困难的一个类群，主要是由于对其花序形态这一关键特征的认识因人而异，一些种类仅依据模式标本描述，缺乏野外居群观察，且一直以来用于分种的特征多为变异较大的性状。自《中国植物志》出版以来鲜见对于该属的修订工作。该属有一些种类是传统中草药，可用于治疗炎症、热症，如半枝莲、滇黄芩、黄芩、并头黄芩等。阳春市位于广东省西南部，是一个植物调查相当不充分的区域，随着调查的深入，近几年陆续有植物新种被发现，如阳江川苔草，阳春紫薇、阳春球子草、阳春珠子木、两广珠子木、阳春薹草、阳春蜘蛛抱蛋、木荚南天藤等。2023年3月10日，阳江市植物爱好者陈国棣先生和广东省农科院徐晔春研究员在阳春市春湾镇拍摄到一种黄芩属植物，并采集活体寄到华南植物园。曾佑派博士初步研究后认为该植物为黄芩属一疑似新种，并于3月18日亲自前往春湾镇考察。此行还在阳春市区附近的崆峒岩风景区发现黄芩属另一疑似新种。此后，曾佑派利用工作之余，花费了近两年时间从头研究黄芩属，几近完整搜集该属国产及毗邻地区所产种类的文献，通过网络数据库（CVH、GBIF、JSTOR以及各大国外标本馆数据库）和到馆查阅该属模式标本和普通标本，还通过植物图像库如PPBC、CFH熟悉该属植物活体，最终确认阳春这两种黄芩属植物为新种，并分别把它们命名为阳春黄芩（Scutellaria yangchunensis）和白毛黄芩（S. albovillosa）。在形态上，阳春黄芩和白毛黄芩在体态、苞片形态和花色上均与南粤黄芩（Scutellaria wongkei）近似。基于南粤黄芩标本（包括模式标本）和多个野外居群的观察，发现阳春黄芩与南粤黄芩的区别在于其叶和苞片边缘具浅锯齿或全缘，叶两面仅沿脉被短硬毛，花冠下唇中裂片有深紫色斑点，而在南粤黄芩，其叶和苞片边缘具圆齿，叶两面密被短硬毛，花冠下唇中裂片白色。白毛黄芩与南粤黄芩的区别在于其茎和花序轴被直立开展的白色长腺毛，叶基部心形，花冠管基部弯曲处具一长约0.8 mm的囊状距，花冠下唇中裂片亦有深紫色斑点，而在南粤黄芩，其茎和花序轴密被向上弯曲的小硬毛，花冠管基部弯曲处无囊状距，花冠下唇中裂片白色。阳春黄芩与白毛黄芩的区别在于前者的茎和花序轴被向上弯曲的无腺短硬毛，叶和苞片边缘具浅锯齿或全缘，花冠管基部弯曲处无囊状距，后者的茎和花序轴被直立开展的白色长腺毛，叶和苞片边缘具圆齿，花冠管基部弯曲处具囊状距。相关研究成果以"Taxonomic studies on Scutellaria (Lamiaceae) from China (I): two new species from southwestern Guangdong province"为题于7月24日在线发表于国际分类学主流期刊Phytotaxa（《植物分类学报》）上。中国科学院华南植物园标本馆与鉴定中心曾佑派工程师为论文第一作者和通讯作者。论文链接：https://phytotaxa.mapress.com/pt/article/view/phytotaxa.711.2.6阳春黄芩（野外照）阳春黄芩（解剖照）阳春黄芩（主模式标本）白毛黄芩（野外照）白毛黄芩（解剖照）白毛黄芩（主模式标本）

2025-08-02

南海海洋所 | 东沙群岛海区海底泥火山喷发驱动机制研究取得新进展

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、边缘海与大洋地质实验室阎贫研究员团队联合广州海洋地质调查局教授级高工钟广见，在南海北部东沙群岛海区海底泥火山喷发驱动机制研究中取得重要进展。相关成果发表于国际地学期刊Marine and Petroleum Geology（《海洋和石油地质》）。副研究员于俊辉为论文第一作者和通讯作者，助理研究员王彦林为共同通讯作者。海底泥火山活动大都由横向构造挤压或者沉积快速加载驱动。近年来调查发现，南海北部东沙群岛海区发育大量海底泥火山。但该区新生代晚期经历了强烈的构造隆升和沉积剥蚀（即东沙运动），既无明显的横向构造挤压特征，也不具备沉积快速加载的条件，其泥火山活动无法利用传统的驱动模式进行解释。研究团队通过对东沙泥火山区同线采集的多道地震和海底地震仪（OBS）资料进行处理，获得了深部高分辨率反射剖面和高精度速度模型。结果显示，泥火山下方中生界内发育多个由油气等流体充注形成的泥底辟构造，深地壳内存在由新生代晚期岩浆底侵和侵入形成的高速体，岩浆向上侵入至约9 km深度。根据海底泥火山活动与深部岩浆活动的时空一致性，推测东沙海区的泥火山喷发是由深部岩浆加热驱动。深部岩浆底侵和侵入首先导致地表隆升和断裂形成；其加热作用同时加速了烃源岩内有机质的热演化，促进油气生成并显著增加地层压力，进而导致地层底辟；随着泥底辟不断发育和超压形成，底辟内流体沿上覆断裂向上运移，最终在海底喷溢形成泥火山。该成果深化了对海底泥火山喷发驱动机制的认识，并为南海北部中生界油气资源勘探提供重要线索和科学依据。该研究由国家自然科学基金、自然资源部海底矿产资源重点实验室和广州市科技计划项目等共同资助。图1 东沙群岛泥火山区多道地震和OBS联合测线CS-L1位置图2 CS-L1测线多道地震反射剖面（a）、地质解释（b）和OBS速度剖面（c）图3 东沙海区深部岩浆加热驱动型海底泥火山形成模式论文信息：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.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2025.107523

2025-07-30

南海海洋所 | 链霉菌天然产物沉默基因簇激活方法开发取得新进展

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、广东省海洋药物重点实验室科研人员在链霉菌天然产物沉默基因簇的激活方法开发中取得新进展，相关成果以“Development of A Salt-Enhanced Promoter Strategy for Activating Silent Biosynthetic Gene Clusters from Streptomycetes”为题发表在代谢工程领域著名期刊Metabolic Engineering（代谢工程）。中国科学院南海海洋研究所博士王利娟、博士朱梦奕和副研究员杨春芳为本文共同第一作者，研究员张长生为本文通讯作者。链霉菌天然产物是药物研发的重要资源。近年来，随着测序成本的降低和生物信息学工具的普及，大量未知天然产物的生物合成基因簇序列被解析公布，亟待深入挖掘。然而，当前基因组挖掘面临两大核心挑战：一是链霉菌生物合成基因簇在实验室条件下大多数呈沉默或低表达状态，其产物丰度极低；二是部分野生型链霉菌无法进行遗传操作，导致其天然产物生物合成途径挖掘受限。针对链霉菌基因组挖掘中的上述瓶颈问题，研究团队近期开发了一种基于盐响应启动子的新型挖掘策略。该策略可有效激活链霉菌天然产物沉默基因簇，并成功应用于三种活性天然产物的激活与高产。研究团队在对南海来源的、含有丰富天然产物生物合成基因簇但无法进行遗传操作的链霉菌开展基因组挖掘的过程中，采用“异源表达-细菌人工染色体-启动子工程”的协同策略对两个沉默的大型天然产物生物合成基因簇进行激活。意外发现在培养基添加钠盐或钾盐，尤其是添加1% KCl，能够显著增强广泛使用的组成型启动子kasOp*的强度，进而高效激活其下游基因簇的表达并大幅提高目标天然产物的产量（图1）。图1 采用kasOp*-KCl协同策略激活海洋链霉菌中沉默天然产物生物合成基因簇研究人员首次发现了行业通用的组成型启动子kasOp*的盐响应特性，同时通过实验证实kasOp*-KCl策略对不同培养基、不同基因簇及常见链霉菌异源表达宿主均具有普适性。采用这种策略使coprisamide（聚酮-聚肽杂合环肽）、padanamide（非核糖体多肽）和 SF2768 （异腈酯肽）这三种活性天然产物的产量均达到目前报道的最高水平（图2）。这一发现凸显了这种基于遗传元件盐响应特性的便捷基因组挖掘方法，在激活链霉菌沉默产物生物合成及增强其产量方面的潜在实用价值，为链霉菌沉默基因簇的挖掘及天然产物增产研究提供了全新工具。图2 KasOp*-KCl策略对不同天然产物、不同培养基和不同宿主的普适性评估以上研究工作得到了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项、国家自然科学基金面上项目、中国科学院青年创新促进会项目、博士后创新人才支持计划、广东省基础与应用基础研究基金项目、南沙区重点科技计划项目和海南省自然科学基金等项目资助。论文信息：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. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2025.07.007

2025-07-31

广州地化所吴逍，朱建喜等-SA：地壳断裂驱动深部生命的能量引擎

由于长期隔绝于太阳光和地表有机物，地下数千米的深部空间传统上被认为是地球上最大的寡营养环境，生命在这里几乎难以存活和繁殖，但近年来的生命探测结果却意外发现，深部地下存在一个规模巨大、活跃多样的生物圈，栖息着地球上95%的原核生物，约占总生物量的19%，这些微生物从多种类型的氧化还原反应中原位获取能量和电子进行代谢活动。因此，探索地下水-岩作用导致的氧化还原反应是解密深部生物圈能量来源与生态多样性的关键。众所周知，氢气（H2）是深部生命主要利用的还原性物质，其生成途径包括蛇纹石化反应、放射性元素辐射裂解、硅酸盐矿物机械力化学反应等等。然而，在深部生命主要集中的断裂系统中，究竟是哪种途径能在这里提供足够的H2以维持微生物生存和活动？此外，深部地下还存在铁（Fe）等大量氧化还原敏感元素，它们如何与水-岩作用产生的氧化/还原物质反应？这些核心科学问题的解答对于理解深部地下宜居环境的形成与深部生物圈的延续具有重要意义。近日，中国科学院广州地球化学研究所何宏平研究员、朱建喜研究员团队的吴逍博士等人与林莽研究员、加拿大阿尔伯塔大学Kurt O. Konhauser教授、多伦多大学Barbara Sherwood Lollar教授开展合作研究，围绕“深部地下的宜居性形成与演变”这一关键科学问题，从矿物表/界面反应的新视角出发，模拟断裂活动导致硅酸盐矿物中硅氧键（≡Si-O-Si≡）破裂产生自由基化学位点（≡SiO•和≡Si•）并分解水的过程（图1），研究发现断裂在地下岩石传播过程中同时产生拉伸断裂（Case I）和剪切断裂（Case II），二者诱发的矿物-水界面反应均可产生少量活性氧（ROS）和高浓度H2，但拉伸断裂更容易积累过氧化氢(H2O2)，由此形成新的氧化还原电对（H2O2/H2）（图1），并在断裂系统中构建显著的氧化还原梯度（–0.41 V ~ +0.82 V），足以氧化或还原Fe等大多数物质。图1 模拟岩石拉伸破裂(Case I)和剪切破裂(Case II)生成氧化/还原电对的过程实验进一步证实，硅酸盐矿物破裂产生的氧化/还原组分极易与深部环境中的Fe发生反应，地下水中的Fe2+被少量H2O2轻微地氧化为Fe3+（图2），而矿物中的Fe3+被大量活性氢原子（•H）明显地还原为Fe2+（图2），从而产生一系列复杂的氧化还原电对（如Fe2+/Fe3+和Fe3+/H2等），导致氧化还原梯度发展和矿物演化。估算结果表明，在深部生命聚居的断裂系统中，地震活动导致的H2产量（33.1 mol m–2 yr–1）比蛇纹石化反应和辐射裂解过程至少高105倍，同时产生的•H与H2O2可有效耦合驱动深部地下Fe2+–Fe3+氧化还原循环，进而关联C、N和S等其他生源元素的地球化学过程（图2）。这一重要发现挑战了“万物生长靠太阳”的传统认识，极大地拓展了人们对生命基础的理解边界，揭示了深部地下生物圈的能量来源和生态多样性成因。地震诱发的矿物-水界面自由基反应为深部生命提供了重要的能量来源，建立的氧化还原梯度将促使矿物与生命发生物质交换和能量转化，支持了深部地下微生物群落的生长、繁殖和多种代谢活动（图2）。随着地球深部过程的巨大转变，大陆地壳发生长英化转变且构造活动增强，矿物机械力化学过程产生更多H2和H2O2，广泛造就并维持了具有氧化还原梯度条件的深部地下环境，这不仅为生命提供免遭高能紫外线和陨石撞击等重大灾变事件的避难所，也为生命起源和演化提供了前所未知的重要场所。需要强调的是，矿物机械力化学过程不仅存在于构造活动、物理风化、河流/海岸冲刷及冰川运动等动力地质作用活跃的地球上，也在其他类地行星上时刻进行着。因此，研究团队提出，火星等天体上具备显著氧化还原梯度和良好水渗透性的断裂系统可能满足地外生命存在的有利条件，探测火星断裂带与氧化/还原组分相关的地球化学信号（如H2，CH4，O2，Fe2+和Fe3+）可能是一个发现地外生命的有效策略。图2 类地行星深部地下矿物机械力化学过程驱动的氧化还原循环示意这项成果及研究团队近年来发表的系列工作（PNAS,2023；Commun. Earth & Environ.,2023; Nat. Commun.,2021）持续聚焦矿物机械力化学过程，发现了这种长期忽略的自由基化学反应可同时提供地球初始氧气和氢气的起源，提出了矿物可作为机械能向化学能/生物能转变的能量转换器，揭示了其在深时尺度上驱动矿物-生命协同演化的内在机制，证实了其在深部过程与表层系统耦合进程中促进宜居环境形成的作用，构建起地幔圈-岩石圈-大气圈-水圈-生物圈相互作用的关键桥梁。该研究得到了国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金项目、中国科学院先导专项等项目的联合资助。研究成果于7月18日发表于《科学进展》（Science Advances）。论文信息： Xiao Wu (吴逍)，Jianxi Zhu (朱建喜)*，Hongmei Yang (杨红梅)，Yiping Yang (杨宜坪)，Xiaoju Lin (林枭举)，Xiaoliang Liang (梁晓亮)，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文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx5372 延伸阅读：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

广州地化所李旺超、王强等EPSL：喜马拉雅东构造结榴辉岩相变泥质岩揭示印度-欧亚板块约50 Ma同步碰撞过程

印度板块与亚洲板块的碰撞是显生宙以来最受瞩目的构造事件之一，其精确的初始碰撞时间对理解青藏高原隆升、全球气候变化及大陆变形机制至关重要。然而，横跨2500公里的印度-亚洲碰撞带究竟是同时闭合还是自西向东穿时闭合，长期以来备受争议。尤其在喜马拉雅造山带东段，由于缺乏可靠的榴辉岩相变质年代数据，使得这一关键区域的碰撞时间始终模糊不清。针对这一难题，中国科学院广州地球化学研究所李旺超博士后、王强研究员等与牛津大学Richard M. Palin博士在雅鲁藏布江缝合带最东端——南迦巴瓦构造结鲁朗地区（图1）开展深入工作，发现了榴辉岩相石榴多硅白云母片岩，通过该岩石的系统研究精细厘定了该区初始碰撞相关的高压变质P-T-t轨迹，为探讨喜马拉雅碰撞的精细过程提供了新的证据。图 1.喜马拉雅造山系地质概略图。展示了与喜马拉雅碰撞相关的超高压/高压/中压变质岩的位置及其变质年龄。研究显示，鲁朗榴辉岩相变变泥质岩中的石榴石具有清晰的环带结构，记录了进变质至退变质的完整演化历史。结合矿物组合和相平衡模拟，确定其峰期变质条件为约1.5 GPa、590 °C（图2），对应深度约50公里。对石榴石边部独居石包裹体及变质锆石边部的定年获得了47–43 Ma的变质年龄（峰值为47 Ma），结合独居石和锆石的稀土元素特征，证实了47–43 Ma为榴辉岩相高压变质主期年龄。这一年龄与西段Tso Morari（峰值为47–43 Ma）、Kaghan（峰值为47 Ma）的高压–超高压变质年龄以及中段东边Yardoi穹隆（峰值为47 Ma）的中压变质年龄一致。Sr-Nd同位素特征及稀土配分模式表明，鲁朗榴辉岩相变泥质岩源于印度大陆边缘沉积物而非拉萨地块或增生楔。结合俯冲速率及变质滞后时间（1–4 Ma），推断印度板块在鲁朗地区的初始俯冲发生于50 ± 2 Ma，与喜马拉雅造山带西段和中段的初始俯冲时间一致，说明印度–亚洲大陆初始碰撞在整个喜马拉雅带（西、中、东）为同步发生（图3）。图 2. 鲁朗地区高压石榴石-云母片岩的锆石和独居石年龄以及重建的 P–T–t轨迹。尽管碰撞时间一致，不同区域的变质特征揭示出印度板块俯冲深度存在显著差异：西段发生超高压变质，指示陡倾俯冲；鲁朗高压变质岩指示中等深度俯冲；而中段东边部仅表现为中压变质，暗示低角度俯冲。这种空间变化可能与新特提斯洋闭合时的俯冲带倾角变化、汇聚速率差异或岩石圈强度不均有关，造成印度板块在不同区段“扎入”地幔的深度各异（图3）。图3. 印度-亚洲碰撞带相关的变质岩年龄、分布及以此推测的构造演化示意图。喜马拉雅造山带从西至东（近乎）发生了同步碰撞，在约 47 Ma万年时有三种可能的地球动力学模型解释喜马拉雅造山带变质作用的变化（未按比例绘制）。本研究首次在喜马拉雅最东端提供了精确的约47 Ma高压变质年代学证据，填补了区域空白，并通过沿造山带系统对比，有力地支持了印度–亚洲碰撞为约50 Ma的同步碰撞模式。这一发现为厘清大陆碰撞的动力学过程与时空演化提供了重要地质依据。相关成果发表于国际知名地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》，研究受国家自然科学基金创新群体项目、国家自然科学基金优秀青年项目、国家自然科学基金青年科学基金项目（C类）及中国博士后科学基金联合资助。论文信息：WangChao Li （李旺超）,Qiang Wang*（王强）,Richard M. Palin,Long Zhang（张龙）,XiuZheng Zhang（张修政）,Weiwei Xue（薛伟伟）,Tongyu Huang（黄彤宇）,Erkun Xue（薛尔堃）. (2025). New pressure-temperature-time constraints on initial India-Asia collision from Eastern Himalayan Syntaxis eclogite-facies metamorphic rocks. Earth and Planetary Science Letters,https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119547

2025-07-23

广州地化所杨春等-EPSL：东亚大地幔楔碳循环的定量研究及其气候效应

西太平洋板块向东亚大陆深俯冲并滞留在地幔过渡带，形成了规模宏大的东亚大地幔楔。近年来，诸多地球化学示踪及地球物理观测数据均表明，东亚大地幔楔是一个富集再循环碳的深部储库。自白垩纪东亚大地幔楔形成以来，全球气候经历了从“温室”向“冰室”的转变，其背后是大气CO2浓度的长期下降。传统观点强调该时期大陆风化作用增强等表层作用对大气CO2消耗的影响，但古地理重建模型显示，该时期固体地球去气通量的减少对于大气CO2下降的推动作用同样不容小觑。那么，东亚大地幔楔的发育是否影响了大气CO2 浓度并驱动长期气候变化？其碳储库规模及循环通量是破解这一问题的关键，但是一直缺少定量约束。图1：东亚大地幔楔及板内玄武岩（EAIB）原始岩浆碳含量对比图2：蒙特卡洛模拟恢复东亚大地幔楔源区碳含量针对以上科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士后杨春在博士导师中国地质大学（北京）刘盛遨教授和博士后导师中国科学院广州地球化学研究所李洪颜研究员共同指导下，收集整合了东亚地区板内玄武岩（EAIB）的主微量元素及Zn同位素数据，并运用基于实验岩石学的熔体CO2 浓度恢复方法，系统计算了EAIB原始岩浆的CO2 含量（图1）。研究发现，EAIB的Zn同位素组成（δ66Zn）与CO2含量、Ca/Al比值等地球化学指标存在显著的相关性，指示EAIB形成于辉石岩熔体与富碳地幔熔体的混合（图2a）。通过构建“先熔融后混合”的蒙特卡洛模型，本研究首次定量估算出东亚大地幔楔的平均碳含量为297±118 µg/g，该值约为正常对流地幔的三倍（图3）。这一结果为东亚大地幔楔是一个规模宏大的碳储库提供了直接证据。图3：东亚大地幔楔平均碳含量与其他深部储库对比同时，基于Gplates古地理重建模拟，本研究恢复了1.45亿年以来西太平洋俯冲带的演化历史。结果显示，西太平洋深部俯冲碳进入大地幔楔的通量存在两个明显的高峰期，分别位于约130 Ma和52 Ma （图4）。这两次俯冲碳输入高峰与EAIBs火山活动的大规模爆发之间存在一个约 26 Ma的显著时间延迟。这一滞后效应表明，被输送至地幔深部的碳并不能被快速、有效地通过火山作用释放回大气。相较于弧岩浆，东亚板内玄武岩的喷发频率及通量显著偏低，这种低效的深部碳循环过程，使得东亚大地幔楔在全球碳循环中扮演长期、稳定的深部碳汇角色。这种由大地幔楔发育而驱动的固体地球去气通量降低，是解释白垩纪以来全球气候变冷的一个重要补充机制（图4）。该成果于近日发表在地球科学权威学术期刊《Earth and Planetary Science Letters》上，本研究得到国家自然科学基金项目（42425304），国家重点研发项目（2022YFF0801002），国家资助博士后项目（GZB20230763;2023M743505）等资助。图4：古地理重建模拟东亚大地幔楔俯冲碳通量变化文章信息：Yang,C. (杨春),Liu,S.-A.* (刘盛遨),Li,H.-Y.* (李洪颜),Xu,Y.-G. (徐义刚),2025. Deep carbon sink in the East Asian mantle and its impact on atmospheric CO2 drawdown since the Cretaceous. Earth and Planetary Science Letters 667,119541. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119541

2025-07-31

广州地化所刘明铠、胡伟伟等-JGR-A：中国大气颗粒氯分布特征、来源解析与环境影响：基于气溶胶质谱（AMS）的外场观测结果

本研究摘要图中国快速的城市化、工业化和不断升级的能源消耗加速了空气质量的下降。在过去十年里，中国关于颗粒物（PM）污染的观测研究出现了前所未有的激增。尽管在中国的大多数实地研究集中在调查硫酸盐（SO42−）,硝酸盐（NO3−），氨盐（NH4+）和有机气溶胶（OA）的污染特征和形成机制，然而对颗粒氯（Cl−）形成和环境影响的系统探索和认知仍然有限。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所胡伟伟课题组博士生刘明铠等通过汇编基于气溶胶质谱仪 (AMS) 检测的亚微米气溶胶 (PM1) 的综合数据集，考察了Cl−在中国各地的时空分布、来源和环境影响。此外，结合了中国六个代表性地点的AMS高时间分辨率气溶胶成分数据，以获得更详细的见解。中国的Cl−质量浓度（1.9 ± 2.7 μg m-3）显著高于全球平均值（0.3 ± 1.0 μg m-3），呈现明显的 N-S 模式（北方 > 南方）,并具有明显的季节性特征（冬季 > 其他季节）。利用K-means分析方法对全国Cl−日变化特征进行聚类分析，表明一次燃烧排放和气/颗粒分配是Cl−动态变化的主要驱动因素。Cl−与人为燃烧源示踪剂之间的良好相关性证实了基于排放清单的推断，即煤炭和生物质燃烧是Cl−的主要人为来源。此外，系统地探讨了Cl−对氨平衡、气溶胶液态水含量和吸湿性的量化环境影响。在极端情况下，Cl−在污染期间可以提高100%的气溶胶水含量（ALWC）,强调其在影响气溶胶物理化学中的关键作用。总之，本研究增强了我们对Cl−在中国分布、来源和环境效应的理解，强调在阐明细颗粒物的环境效应时应系统地考虑Cl−。图 1 2006 年至 2020 年间，AMS 和 ACSM 在中国测量的 NR-PM1 中的质量浓度 (单位：μg m-3) 和 Cl− 的空间分布。来自本研究和文献调研的数据分别用橙色圆圈和灰色圆圈标记。甜甜圈图表示北方、南方和北京地区 NR-PM1 的平均化学成分。北京地区用虚线框表示。对于同一地点的多个观测数据，进行偏移处理，以提高清晰度。图2 K-means聚类结果中Cl−质量浓度的日变化特征，同时包含温度日变化及氯化铵平衡常数Kp的变化趋势。其中HCl数据取自鹤山观测。所有数据均经过归一化处理，"n"代表样本数量。图3 Cl−与OA的比值同人为源OA指示因子占比（BBOA及CCOA与OA的比值）之间的相关性分析，数据涵盖本研究及文献报道结果。图4 (a) 中国地区Cl−对气溶胶液态水含量（ALWC）的增强比。增强比定义为含Cl−（ALWCCl）与无Cl−条件（ALWCNoCl）的ALWC差值相对于ALWCNoCl的比值，即（ALWCCl - ALWCNoCl）/ ALWCNoCl。图中同时展示华北冬季与其他季节、华南冬季与其他季节的数据。环形图内圈表示Cl−对ALWC的贡献率，外圈表示NR-PM1各组分占比。(b) 六个外场观测点Cl−的ALWC增强比，包括北京冬季、北京夏季、长岛、东营、广州及鹤山的平均值，并单独标注北京冬季重污染时段的增强比。本研究成果近期发表在国际知名期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres上，相关研究结果为理解我国大气颗粒物中的Cl−提供了宝贵的数据和新的认知。论文第一作者为中国科学院广州地球化学研究所博士研究生刘明铠，中国科学院广州地球化学研究所胡伟伟研究员为通讯作者。本研究受到国家自然科学基金委基金、广东省科学技术研究基金等项目的联合资助。论文信息：Liu,Mingkai«（刘明铠）;Liu,Zhaoce（刘召策）;Wang,Jun（汪鋆）;Chen,Wei（陈卫）;Feng,Tingting（冯婷婷）;Pan,Tianle（潘天乐）;Yuan,Bin（袁斌）;Huang,Shan（黄山）;Shao,Min（邵敏）;Hu,Min（胡敏）;Wang,Xinming（王新明）;Hu,Weiwei*（胡伟伟）:2025. The Variation,Source,and Environmental Impact of Chloride Across China: Summarized Field Results Based on the Aerosol Mass Spectrometer (AMS). https://doi.org/10.1029/2024JD043275

2025-07-23

广州地化所达佳伟、张一歌等，NC：200万年气候档案揭秘：地球对CO2变化的"反应"始终如一——科学家利用黄土高原的黄土重建更新世CO2历史，发现气候敏感性无"状态依赖"

大气中的二氧化碳（CO2）浓度变化是驱动地球气候演变的主要因素之一。当CO2浓度翻倍时，全球平均温度会上升多少？这个被称为"气候敏感性"的参数，是预测未来气候变化的关键指标。然而，在不同的气候状态下——比如寒冷的冰期和温暖的间冰期——地球的气候敏感性是否会发生变化？这一直是气候科学领域的重要疑问。黄土高原里的"纳米录音机" 南京大学地球科学与工程学院达佳伟博士、中国科学院广州地化所张一歌研究员和南京大学季峻峰教授领导的研究团队，将目光投向了中国黄土高原。这里连续沉积的黄土-古土壤序列，为重建古气候提供了得天独厚的条件。团队在富县和赵家川两个剖面采集了涵盖258万年至80万年前的黄土样品。他们的"秘密武器"是土壤中小于2微米的粘土颗粒，这些颗粒主要由"纳米针状纤维方解石"（NFC）组成——一种在土壤形成过程中自生的碳酸盐矿物。这些纳米方解石就像是古代大气的记录者，它们的碳同位素组成受到当时土壤中CO2的浓度影响，进而可以推算出大气CO2水平。冰期CO2的长期下降通过分析这些微小的"气候档案"，研究团队重建了更新世冰期的CO2变化历史。结果显示，在过去200万年中，冰期的大气CO2浓度经历了持续而显著的下降——从早期的约300ppm逐步降至后期的不足200ppm。这一发现与南极冰芯以及蓝冰的记录相吻合，为理解更新世长期气候演变提供了新证据。研究表明，冰期CO2的逐步下降是驱动全球长期降温和冰期-间冰期旋回放大的重要因素。图1 | 更新世气候与大气CO2变化历史。该图展示了过去260万年来地球气候和大气CO2浓度的演变历程。上图显示了海洋底栖生物氧同位素记录，反映了全球冰量和深海温度的变化。中图为南极冰芯CO2记录（过去80万年）和更早期的蓝冰CO2测量结果。下图是本研究基于黄土古土壤重建的冰期CO2浓度，清晰显示了从早期约300ppm到后期不足200ppm的长期下降趋势。意外发现：气候敏感性的"恒定性" 基于重建的CO2记录和全球温度变化数据，研究团队计算了冰期和间冰期的气候敏感性。令人意外的是，尽管地球在冰期和间冰期处于截然不同的气候状态，但气候敏感性基本保持一致。研究结果显示，在考虑了冰盖反照率等慢反馈过程后，冰期和间冰期的平衡气候敏感性分别为3.3K和3.7K，差异并不显著。这一发现表明，地球气候系统对CO2变化的响应在不同气候状态下具有相当的稳定性。图2 | 冰期与间冰期的气候敏感性对比。该图通过散点图和概率密度分布，对比分析了冰期（蓝色）和间冰期（橙色）的气候敏感性。上方三个散点图分别显示了全球平均温度变化与不同辐射强迫因子的关系，包括单纯CO2强迫、CO2与冰盖联合强迫等。下方的概率密度图显示，在考虑了各种慢反馈过程后，冰期和间冰期的气候敏感性分布高度重叠，中位数分别为0.9和1.0 K·W⁻²·m⁻¹，表明两者之间没有显著差异。对未来气候预测的启示这项研究为当前气候模型提供了重要的古气候学验证。研究结果表明，即使在不同的气候状态下，地球的气候敏感性也保持相对稳定，这增强了人们对现有气候模型预测能力的信心。研究得出的气候敏感性数值（3.3-3.7K）与IPCC评估报告中基于现代观测和模型的估计值（2.6-4K）高度一致，为理解和预测未来气候变化提供了重要的古气候学约束。科学意义与展望这项研究不仅建立了覆盖更新世早期的连续冰期CO2记录，更重要的是揭示了气候敏感性的"状态无关性"。这一发现对于理解地球气候系统的长期行为、验证气候模型的可靠性，以及改善未来气候变化预测都具有意义。同时，研究中进一步完善了古土壤CO2重建新方法，也为古气候学研究提供了技术支撑，有望在更广泛的时空尺度上应用。论文信息： Da,J.,Zhang,Y.G.,Liu,X.,Breecker,D.O.,Li.,G.K.,Chen,T. and Ji,J..No apparent state-dependency of equilibrium climate sensitivity between the Pleistocene glacial and interglacial climate states. Nat Commun 16,6608 (2025).研究团队：南京大学地球科学与工程学院达佳伟博士（第一作者）、中国科学院广州地化所张一歌研究员（共同通讯作者）、南京大学季峻峰教授（共同通讯作者）等。该项研究得到国家自然科学基金重点项目资助。

2025-07-23