科研进展--中国科学院广州分院

2021年5月22日，青海省玛多县发生了Mw 7.4级地震，这是过去三十年来唯一发生在青藏高原巴颜喀拉块体内部的强震。此次地震不仅引发了广泛关注，也为地震学界带来全新挑战：块体内部断裂是否具有孕育强震的潜力？其破裂过程和孕震机制如何？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（OMG）邱强研究员团队以 Friction heterogeneity constrains rupture dynamics across a narrow seismogenic zone: The 2021 Mw 7.4 Maduo Earthquake (Eastern Tibet)为题，在Earth and Planetary Science Letters上发表最新研究成果，为这些问题提供了新的见解，博士生肖奎霖为论文第一作者，研究员邱强为通讯作者。玛多地震发生在巴颜喀拉块体内部，该区域发育有多条大型走滑断裂，具备发生类似强震的构造背景，因此亟需认识此类块体内部地震的孕震过程。然而，由于缺乏对断层深部滑移过程的直接观测，其滑移量值与范围等关键参数难以准确描述，从而限制了对断层力学过程的理解和地震危险性的评估。邱强研究员团队整合了全球导航卫星系统（GNSS）和合成孔径雷达干涉测量（InSAR）的地表形变观测数据，采用基于分辨率优化的同震滑移反演方法，实现了对玛多地震同震滑移特征的精细刻画，模拟结果与卫星观测数据高度一致（图1）。该方法通过迭代自动优化断层不同深度的位错单元尺寸，平衡模型分辨率与数据拟合度，从而更准确地刻画断层滑移分布。研究揭示了玛多地震破裂的三个关键特征：最大滑移量约9米，集中在断层东段；孕震层宽度仅限于约2-8公里的狭窄深度范围（图1）；断层浅部（约2公里以上）存在约40%的浅部滑移亏损（SSD）（图2）。这些特征表明，玛多地震的破裂过程具有显著的深度依赖性和东西段不对称性。为验证反演结果的可靠性并揭示其内在物理机理，团队开展了基于InSAR数据与地质信息约束的二维地震周期模拟，量化了断层沿走向不同位置处的摩擦属性差异。模拟结果显示，动力学模型与反演模型高度一致；东段孕震层更深（约4.1-7.6公里）、更宽、速率弱化属性更强；而西段孕震层更浅（约2.3-5.1公里）、更窄、速率弱化属性较弱（图3）。这种分段差异导致东段在更大的范围内积累更多应变能并在地震中释放，从而形成东西段不对称的破裂模式。浅部的速率强化层阻碍了破裂向上传播，从而产生了约40%的SSD，剩余能量可能通过震后余滑或长期的震间蠕滑逐渐释放，因此东段存在较高的浅部余滑潜力。基于优化的滑移模型，团队计算了库仑应力变化，发现应力增加区域能更好地解释震后数日至数年的余震分布，为未来地震危险性评估提供了基础参照模型（图4）。其中，东昆仑断裂的玛沁-玛曲段受应力加载显著，可能是未来潜在的强震危险区。结合东段孕震层更强的速率弱化属性，巴颜喀拉东部地区可能存在更高的地震风险，未来需要增强监测。此外，团队比较了玛多地震及其他区域Mw≥6.9走滑地震的应力降估计，结果显示分辨率优化的滑移模型具有更高的应力降，且各个模型间存在显著差异（图5）。这表明在同一框架下系统地重新建立全球大地震的滑移模型和应力降估计的重要性。此次研究不仅揭示了玛多地震的破裂机理（图6），还为青藏高原其他块体内部断层的孕震研究提供了新思路，为防灾减灾策略的制定提供了量化依据。研究工作得到了广东省重大人才工程项目和国家自然科学基金等项目的资助。论文信息：Kuilin Xiao,Qiang Qiu,2025. Friction heterogeneity constrains rupture dynamics across a narrow seismogenic zone: The 2021 Mw 7.4 Maduo Earthquake (Eastern Tibet),Earth and Planetary Science Letters,DOI:10.1016/j.epsl.2025.119769原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119769图 1 2021 年Mw 7.4玛多地震同震滑移模型及其与地表观测的拟合图 2 正则化同震滑移和余震在深度上的分布特征图3 动力学模型的摩擦属性设置及模型在地表和深度上的滑移预测与运动学模型对比图4 玛多地震在巴颜喀拉东部昆仑山口-江错断层及邻近断裂系统区域产生的库仑应力（∆CFS）分布特征图5 玛多地震及其它全球Mw ≥ 6.9走滑地震的应力降估计图6 狭窄孕震带上的摩擦属性差异很可能控制了2021年玛多地震沿巴颜喀拉块体东部昆仑山口-江错断层的孕震行为

2025-12-17

南海海洋所 | 气候变化下珊瑚礁物种多样性响应模式与适应演化机制取得进展

近日，中国科学院南海海洋研究所林强研究员团队在珊瑚礁生物对气候变化的响应模式和适应演化机制等方面研究取得创新性进展。相关成果分别以“Climate change will greatly alter multifaceted biodiversity patterns in goatfish species”（论文第一作者为南海海洋所博士研究生黄红伟，通讯作者为研究员张志新和研究员林强）和“Comparative genomic analysis reveals spine formation and coral prostaglandin tolerance in crown-of-thorns starfish”（论文第一作者为南海海洋所博士研究生刘子轩和副研究员曲朦，通讯作者为研究员林强和副研究员曲朦）为题发表在Nature合作期刊npj Biodiversity和综合学术期刊Fundamental Research。气候变化是导致生物多样性丧失的重要驱动因素，明晰气候变化下珊瑚礁关键生物类群对环境的响应模式，并进一步探究物种的适应演化机制对珊瑚礁生物多样性保护尤为重要。在珊瑚礁生态系统中，底栖生物与游泳生物类群是关键的群落结构成员，具有重要的生态功能。据此，本研究以典型珊瑚礁鱼类-羊鱼和珊瑚礁灾害物种长棘海星为研究对象，探究了礁栖羊鱼的多维多样性格局对气候变化的响应模式，并解析了长棘海星对珊瑚礁环境的适应机制。研究发现，在本世纪末SSP2-4.5情景下，羊鱼的物种多样性在北澳大利亚大陆架等生物多样性热点地区的丧失较为严重，而高纬度地区的物种多样性呈现增加的趋势，暗示了生物多样性热点地区对气候变化的脆弱性，并意味着羊鱼可能会迁徙到高纬度地区。相较于物种多样性，功能多样性和系统发育多样性在印-太交汇区中部等地区的丧失更为严重，中国东海、南海等地区呈现增加趋势，表明这些地区可能具有较高的功能性状多样性和历史进化能力，能提供支持进化和功能特征持续存在的关键栖息地，进而成为避难所（图1）。图1 2090-2100年SSP2-4.5情景下羊鱼物种多样性变化、功能多样性变化和系统发育多样性变化格局聚焦珊瑚敌害物种的防控问题，本研究对南海珊瑚礁区域长棘海星的适应与演化规律进行研究，揭示其基因组结构演化特征，发现其基因座复制导致负责前列腺素转运蛋白基因（SLCO 家族）显著扩增，明确SLCO基因扩张时间与珊瑚繁茂的时期相对应，侧面探究长棘海星对珊瑚分泌物中的毒性前列腺素 E₂（PGE₂）产生的适应性进化策略。结合棘皮动物普遍缺乏 PGE₂ 内源合成途径的特征，推断长棘海星可能通过感知并利用来自珊瑚的外源 PGE₂ 信号，激活骨骼形成相关的基因调控通路，从而促进棘刺与体型的生长（图2）。图2 长棘海星棘刺形成与PGE2耐受协同进化本研究在宏观层面上探究了气候变化下珊瑚礁物种多样性变化规律，在微观上，揭示了珊瑚敌害物种适应演化机制问题，相关工作为珊瑚礁生物多样性保护提供了重要的理论支撑。相关论文信息：Zixuan Liu,Meng Qu,Wanghong Xiao,Geng Qin,Haiyan Yu,Zelin Chen,Shaobo Ma,Xin Wang,Longshan Lin,Qiang Lin. Comparative genomic analysis reveals spine formation and coral prostaglandin tolerance in crown-of-thorns starfish. Fundamental Research,2025.Huang,H.,Qin,G.,Zhang,Z. et al. Climate change will greatly alter multifaceted biodiversity patterns in goatfish species. npj biodiversity 4,42 (2025). https://doi.org/10.1038/s44185-025-00113-6原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325825004820?via%3Dihub= https://www.nature.com/articles/s44185-025-00113-6

2025-12-17

广州能源所在二氧化碳加氢制备甲醇催化材料调控方面取得进展

近日，广州能源所在国际催化领域期刊ACS Catalysis上发表题为Surface Engineering of Indium Oxide by Nickel Oxide Clusters for Driving Methanol Production from CO2 Hydrogenation的学术论文。该研究为二氧化碳加氢制备甲醇高效催化剂的设计合成提供了新思路。近日，广州能源所在国际催化领域期刊ACS Catalysis上发表题为Surface Engineering of Indium Oxide by Nickel Oxide Clusters for Driving Methanol Production from CO2 Hydrogenation的学术论文。化石资源的持续消耗伴随大量二氧化碳向大气中的排放，加速全球变暖等环境问题。目前，降低二氧化碳排放同时增加二氧化碳的捕获和利用已成为一项紧迫任务。针对该问题，将二氧化碳转化为非化石来源的化学品如甲醇是一种重要的解决方法，因此开发高性能二氧化碳加氢催化剂以实现甲醇的高效制备已成为研究中关注的焦点。迄今为止，各种类型的甲醇催化剂，包括Cu/ZnO基催化剂、二元氧化物如ZnZrOx及MoS2基催化剂等已见诸报道。氧化铟（In2O3）由于其表面易还原形成活性OV位点特性，被证明是新一代甲醇催化剂。现有研究指出，催化材料表面负载Pt、Ni等具有较强活化氢能力的金属可以显著增强甲醇合成速率，但目前甲醇制备效率仍不高。最近，广州能源所在前期工作的基础上（JACS Au 2023, 3, 4, 1029–1038），采用了一种简单的表面工程策略，将氧化镍（NiO）团簇锚定在商业氧化铟（In2O3）的表面，显著提升甲醇合成效率。一系列表征揭示，锚定的NiO团簇可以促进电子从NiO转移至In2O3表面，促进In2O3表面的还原，从而产生更多的活性氧空位（OV）位点。高压原位DRIFTS实验证实，NiO团簇可以同时促进甲酸盐（HCOO*）及中间产物甲氧基（CH3O*）的形成，从而促进甲醇的生成。准原位X射线吸收谱实验表明，锚定的NiO团簇在反应初期发生了部分还原，但此后保持了氧化状态。理论计算表明，NiO团簇有利于H2的活化，从而促进表面形成更多活性OV，同时也为逐步加氢制备甲醇提供了更多活性H物种。该研究为二氧化碳加氢制备甲醇高效催化剂的设计合成提供了新思路。该研究由广州能源研究所联合中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源共同完成，广州能源所为第一完成单位，论文第一作者为广州能源所副研究员邢世友和博士研究生刘小春，通讯作者为上海同步辐射光源的王子玉和广州能源所亓伟研究员。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c06734

2025-12-16

华南植物园揭示微塑料通过丛枝菌根真菌和球囊霉素调控土壤碳储存

微塑料是粒径≤ 5 mm的固体塑料颗粒，因其对生态系统和人类健康的潜在毒性，受到全球广泛关注。基于前期对西沙群岛不同植被类型土壤微塑料的分布特征调查，我们发现珊瑚岛灌木土壤和乔木土壤中存在大量微塑料，这与海漂和人为活动相关。作为碳基材料，微塑料及其降解产物还能直接影响土壤碳循环。微生物及其相关副产物在调控土壤有机碳中发挥关键作用。但是，微塑料如何影响微生物及调节土壤有机碳的机制仍不明确。为此，本实验通过盆栽实验系统评估了传统与生物可降解两类微塑料对珊瑚常见植物草海桐生长的土壤微生物残体碳（MNC）、球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）、以及丛枝菌根真菌（AMF）和细菌群落的影响，从而揭示微塑料调控土壤有机碳的微生物机制。结果表明，微塑料促进了SOC的积累，其中生物可降解微塑料的影响更为显著。微塑料改变了细菌和AMF群落的结构，增强了它们共生网络的稳定性，并凸显了Proteobacteria、Glomus和Paraglomus等核心类群在调节MNC和GRSP动态中的关键作用。在微塑料暴露下，GRSP在SOC固定中发挥主导作用。我们的研究从机制层面阐明了微塑料污染如何重塑地下碳过程，为改进全球变化模型和优化土壤管理提供了重要科学依据。本研究也同时发现生物可降解微塑料抑制了草海桐的生长，提示在推动可降解塑料替代传统塑料的同时，应充分评估其对岛屿植物生长及植被生态功能的潜在风险。相关研究成果以“Arbuscular mycorrhizal fungi and glomalin mediate the effects of microplastics on soil carbon storage”为题近期发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials（《危险材料杂志》）（IF5年=12.4）上。中国科学院华南植物园博士生宁锴为论文第一作者，简曙光研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140426

2025-12-15

从野外观测到室内模拟的证据：升温促进河口沉积物锰-磷再迁移

中国科学院华南植物园全球变化生态学团队近日在Journal of Hydrology期刊上发表最新研究成果，探究了河口沉积物磷（P）释放对升温的动态响应机制。研究结合野外调查和室内控制实验，捕捉到了温度变化驱动下河口沉积物中锰-磷（Mn-P）耦合循环向铁-磷（Fe-P）耦合循环转变的关键证据。研究结果强调了Mn循环在河口高沉积速率区域P释放过程中所起到的关键作用。1. 提出科学问题河口区域沉积物P释放（内源P负荷）是调控水体营养状况的重要过程。P的内源性释放主要由Fe和Mn的氧化还原行为驱动：缺氧条件下微生物利用有机质作为电子供体，还原Fe/Mn氧化物，并释放其吸附的P。温度是该过程的关键影响因素，因为其直接控制微生物矿化有机质的速率。然而，在水动力和沉积环境复杂的河口区域，季节性温度如何调控Fe/Mn与P的耦合循环，尤其是在新沉积的、氧化还原界面不稳定的表层沉积物中，其作用机制尚不明确。在此背景下，本研究旨在探讨以下两个科学问题：（1）在升温驱动的P释放过程中，Fe和Mn分别起到何种作用？（2）冬季温度下降是否降低P的迁移性?2. 主要研究结果研究的整体遵循“野外现象发现→室内实验验证→数值模型量化”的思路链条，通过环环相扣的证据链，清晰地阐明P释放对温度的动态响应机制。（1）野外调查发现关键现象：蕉门水道的原位观测发现了夏季升温导致沉积物活性P浓度升高的现象，而且P与Mn元素间的耦合关系增强。这与传统认知中Fe主导P循环的模式不同，暗示在高温和高沉积速率的条件下，Mn循环可能对P的活化起到了更重要的作用。（2）微宇宙实验验证机制与可逆性：设计温控试验模拟季节更替，分为初始（17℃）、升温（32℃）和降温（17℃）阶段。实验结果证实了升温首先触发Mn氧化物还原溶解及其释P现象，然后通过碳酸锰矿物形成而在短期内不可逆地解耦Mn-P关系，最终建立Fe-P耦合模式。（3）数值模型量化贡献并模拟动力学过程：构建的活性P对活性Fe和活性Mn的二元线性回归模型显示，Mn氧化物释放的P在升温初期起到主要贡献，而后期则转为Fe氧化物释放主导。3. 研究结论与展望该研究验证了以下假说：升温促进了河口区域沉积物中P的迁移性。这种促进作用有不可逆性，主要是因为Fe/Mn氧化物转化为硫化物或碳酸盐过程导致的磷吸附剂损失。尽管Mn在新沉积物中对P循环至关重要，其敏感的氧化还原特性促成了Mn-P循环的快速解耦和Fe-P耦合模式的建立。然而，这种转变是受氧化还原条件影响的过渡状态，使得固相表征极具挑战性。因此本研究主要采用被动采样技术（HR-Peeper、DGT和Rhizon）获取液相数据。未来应尝试应用X射线近边吸收光谱和冷冻电子显微镜等先进技术，在不破坏样品原始结构的前提下深入探索该过程。相关研究成果以“Phosphorus remobilization triggered by reduction of manganese oxyhydroxides in newly-deposited estuarine sediments under warming conditions: Robust evidence from field investigations and a microcosm experiment”为题近日发表在国际学术期刊Journal of Hydrology（《水文学杂志》）（IF=6.9）。中国科学院华南植物园博士后李睿为论文第一作者，高磊副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和广东省自然科学基金资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.134635

2025-12-15

华南植物园对异型花柱分子调控机制研究取得新进展

异型花柱是一类由S-locus超基因（S-locus supergene）调控的植物花部形态多样性，其主要特征是在同一物种中具有两种（二型花柱）或三种（三型花柱）雌蕊和雄蕊形态的植株个体，不同花型间最显而易见的差异主要表现为雌蕊和雄蕊在高度上呈互补式排列。雌雄蕊位置的精巧互补式排列不仅减少了花粉浪费，还有效促进了异花授粉，被认为是植物避免自交、维持异交的一种高效的繁殖策略。传统观点认为，异型花柱植物通常伴随着自交不亲和以及型内异交不亲和，即只有不同花型间的异交授粉才能成功结实，而自交或相同花型之间的异交授粉通常难以结实。华南植物园科研团队此前在我国西沙群岛优势树种——紫草科橙花破布木（Cordia subcordata）上开展形态解剖和传粉生物学研究表明，该物种具有典型的二型花柱特征。然而，和大多数二型花柱植物不同的是，该物种在自交和型内异交情况下均能正常结实（Wang et al., 2020）。这一异常现象暗示其花柱发育及亲和性调控可能存在不同于传统二型花柱植物的分子机制。研究人员构建了橙花破布木长柱型和短柱型的染色体级基因组，结合重测序、转录组以及转基因功能验证，系统解析了该物种控制二型花柱发育的超基因结构、功能及起源演化。研究发现：（1）控制不同花型的超基因包含约180kb的半合子区域（含8个候选基因），该区域仅存在于短柱花个体中，在长柱花个体中完全缺失；（2）系统发育分析表明该超基因在演化过程中通过“逐步复制与组装”的方式形成；（3）超基因中CsSBP (Squamosa promoter-binding protein）基因在短柱花花丝-花冠筒部位特异性表达，调控花丝伸长的关键基因；（4）CsGA2ox6仅在短柱花花柱中特异性高表达，可降解活性赤霉素，是调控花柱长度的关键功能基因。转基因验证表明，在烟草中过表达CsGA2ox6可导致烟草花柱显著缩短，并且表现出类似自交不亲和的花粉管阻滞现象，提示该基因可能同时参与调控花柱长度与自交不亲和性。该研究不仅再次证实了异型花柱演化过程中存在遗传趋同机制（即S-locus均呈半合子结构），而且首次实验论证了赤霉素代谢基因在花柱长度调控中的关键作用，这一机制区别于以往研究所强调的油菜素内酯或生长素信号通路。此外，研究还提示花柱长度基因可能兼具调控自交不亲和性的功能，该发现为深入理解异型花柱类群中异型自交不亲和与花型多态性的调控机制提供了重要科学依据。该研究是华南植物园科研团队在异型花柱起源与演化研究方面取得的系列成果之一。团队前期已经在二型花柱的起源与演化（Duan et al., 2018, Molecular Phylogenetics and Evolution, doi: 10.1016/j.ympev.2018.02.015）、维持与破损的生态机制（Yuan et al., 2017, Annals of Botany, doi: 10.1093/aob/mcx098）、繁育系统转变的生态驱动（Yuan et al., 2023, PNAS; doi: 10.1073/pnas.2214492120）、二型花柱调控的分子机制（Zhao et al., 2023, New Phytologist, doi: 10.1111/nph.18540; Luo et al., 2025, New Phytologist, doi: 10.1111/nph.70521）等方面取得了系列成果。相关研究成果以“Genomic architecture and evolution of heterostyly: New insights from Cordia subcordata (Boraginaceae)”为题近日在线发表在分子进化生物学权威期刊Molecular Biology and Evolution （《分子生物与进化》）（IF5-year=11.9）上。华南植物园石苗苗博士为论文第一作者，涂铁要研究员和张奠湘研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msaf322图1. 橙花破布木S-locus超基因的半合子结构及逐步复制起源图2. 烟草中过表达CsGA2ox6导致花柱显著缩短和自交不亲和

2025-12-15

华南植物园综述双生病毒在合成生物学的应用

双生病毒（Geminivirus）是全球危害最严重的植物DNA病毒家族之一，却凭借紧凑的基因组、高效自主的复制能力等独特优势，成为植物分子生物学与生物技术领域的重要工具。近日，中国科学院华南植物园邓书林团队在国际权威期刊Biotechnology Advances（IF5年=15.7）发表了题目为“Geminivirus vectors: From gene silencing to synthetic biology”的综述，系统梳理了双生病毒载体从病毒诱导的基因沉默（Virus-Induced Gene Silencing, VIGS）到合成生物学的发展历程与核心应用，为作物改良、生物制药等领域提供关键技术参考。双生病毒基因组以及编码的病毒蛋白包括两大核心关键特征：茎环结构（Stem-loop）和Rep蛋白。病毒复制必需的关键蛋白Rep蛋白可以识别病毒基因组中的茎环结构，起始并完成病毒DNA的滚环复制。通过组装这两个关键的核心组件，可以构建出在宿主细胞中高效自主复制的双生病毒复制子（Geminiviral Replicons, GVRs）。作为VIGS载体，双组分双生病毒，通过替换AV1基因，插入靶标序列；而单组分双生病毒，则需要借助卫星DNA（α/β/δ卫星DNA）构建VIGS载体。在合成生物学领域，GVR依赖其高效自主复制能力，可以显著地提高蛋白质产物的产量以及GRISPR/Gas系统介导的基因编辑效率。此外，双生病毒基因组及卫星DNA中发现的多种基因表达调控元件也丰富了GVR的应用。展望未来，双生病毒复制子的应用前景还有许多领域待开发。首先，GVR可以作为植物细胞中的“类质粒”工具，模拟微生物质粒的功能，用于植物体内定向进化等创新研究。其次，茎环结构与Rep蛋白并不是双生病毒所特有的，而是CRESS DNA病毒门（Cressdnaviricota）中都普遍存在的，其中也包括动物及真菌病毒，因此GVR存在应用于动物及微生物细胞的潜力。另外，双生病毒科含有500多个病毒种，可以侵染140多种植物，因此双生病毒提供了巨大的资源去挖掘并优化载体。最后，通过改造双生病毒基因组，构建“植物疫苗”，可以增强作物对病虫害与非生物胁迫的耐受性。双生病毒载体的发展，完美诠释了“化害为利” 的生物技术理念。从基础研究中的基因功能验证，到应用层面的作物改良与生物制药，这类载体正成为连接基础研究与产业应用的核心桥梁。中国科学院华南植物园张艺副研究员为论文第一作者，邓书林研究员为通讯作者。该团队长期致力于双生病毒与植物相互作用的分子机理研究，以及双生病毒载体的开发利用。本研究得到了广州市科技计划项目、国家自然科学基金面上项目、广东省科技计划项目及北京生命科学研究院有限公司开放基金的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2025.108771图1. 双生病毒基因组及卫星DNA图2. 双生病毒复制子及其应用

2025-12-10

华南植物园揭示土壤微生物“隐形碳库”的测量密码

系统评估测量方法，建立土壤碳汇研究“通用标尺”土壤是陆地生态系统中最大的碳库，而其中相当一部分稳定碳并非直接来自植物残体，而是源自微生物死亡后形成的“微生物残体碳”。准确量化这一“隐形碳库”，是理解土壤碳长期稳定机制和提升全球碳循环模型可靠性的关键前提。然而，长期以来，不同研究采用的分析方法差异，使得研究结果难以直接比较，严重制约了跨区域、跨尺度综合分析。图 1. GC 与 HPLC 方法在土壤氨基糖分析中的工作流程比较近日，中国科学院华南植物园恢复生态学团队联合中国科学院沈阳应用生态研究所、美国马里兰大学等单位的科研人员，对土壤微生物残体关键示踪指标——氨基糖的两种主流分析方法进行了系统而全面的评估研究，为该领域提供了清晰、量的方法学比较框架。图 2. GC 与 HPLC 方法在不同土壤组分中测定氨基糖的一致性比较注：a–d，基于 395 份土壤样品，GC 与 HPLC 在单个氨基糖及总氨基糖浓度上的线性相关关系。红线表示回归斜率，黑色虚线表示 1∶1 参考线（所有组分的 R² 均大于 0.92）。e–h，Bland–Altman 一致性分析图，展示 GC 与 HPLC 两种方法之间的差异与一致性。红色虚线表示平均偏倚，绿色实线表示 95% 一致性限，结果表明两种方法整体高度一致，仅存在轻微的系统性偏差。i–l，GC 与 HPLC 在整体土壤、颗粒有机质（POM）和矿物结合有机质（MAOM）中测得的单个氨基糖及总氨基糖平均浓度（均值 ± 标准误）。MurN：胞壁酸；GalN：胺基半乳糖；GluN：胺基葡萄糖；TASs：总氨基糖。大样本、多尺度对比，破解“方法之争”研究团队基于北美不同气候带和生态系统的395份野外土壤样品，系统比较了气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）在氨基糖定量方面的表现；同时，整合了全球范围内1900余条已发表数据，开展大尺度荟萃分析。结果显示，两种方法在整体上具有极高的一致性，测定结果高度相关，说明不同研究之间的数据具备整合的潜力。但进一步分析发现，在土壤有机碳和全氮含量较高、基质更为复杂的条件下，GC方法表现出更高的稳定性和统计解释力，能更准确地反映微生物残体与土壤碳氮梯度之间的关系。这一优势主要源于GC分析过程中更加严格的纯化步骤，能够有效降低土壤基质干扰。图 3. GC 与 HPLC 方法在氨基糖定量中的情境依赖性差异注：a–b，基于 395 份土壤样品，ln 转换后的土壤有机碳（SOC；a）和全氮（TN；b）与氨基糖（ASs）浓度之间的关系对比，其中 GC 测定结果用红色表示，HPLC 测定结果用蓝色表示。在 SOC 和 TN 含量较高的土壤中，GC 方法表现出更高的对数似然值（LogLik），表明其模型拟合显著优于 HPLC（似然比检验，p < 0.001）。c–d，基于已发表研究汇编数据的对数–对数回归分析，展示 SOC（c）和 TN（d）与 ln 转换后的氨基糖浓度之间的关系（GC：n = 800；HPLC：n = 1100）。“高精度”与“高效率”各有所长研究同时指出，两种方法并非孰优孰劣，而是各有适用场景。GC方法化学分辨率高、抗基质干扰能力强，更适合用于机制研究、同位素示踪以及高精度定量分析；而HPLC方法操作流程相对简化、通量高、成本较低，更适合大尺度调查和长期生态监测。“关键不在于选哪一种方法，而在于是否根据研究目标和土壤条件作出合理选择，”研究人员表示，“这项工作为方法选择提供了明确依据。”研究意义：为全球土壤碳汇研究搭建“桥梁”“这项工作不仅是方法学的校准，更是连接过去与未来的桥梁。” 本研究通过建立清晰的定量比较与评估框架，使整合过去几十年积累的全球土壤微生物残体数据成为可能，为不同研究之间的数据互通提供了科学基础。由此，有望显著提升基于大数据和模型的土壤碳库动态预测能力，加深对全球变暖背景下土壤碳汇稳定性的认识，为国家“双碳”目标提供更加可靠的基础数据支撑。更为重要的是，该研究系统厘清了气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）两种主流技术在不同土壤情境下的适用性，为历史数据与新观测结果的协同利用扫清了方法学障碍。这将推动跨区域、跨生态系统的综合分析，提高微生物过程在全球碳循环模型中的表达精度。研究团队指出，未来通过统一校准体系和跨实验室比对试验，有望进一步推进氨基糖分析方法的标准化进程，为精准评估土壤碳汇功能、服务国家“双碳”战略提供更加坚实的科学支撑。相关成果以“Benchmarking GC and HPLC for amino sugar analyses across soils” 为题发表在国际土壤学著名期刊Soil Biology and Biochemistry上。中国科学院华南植物园鹤山站博士后牟之建为论文第一作者，刘占锋研究员为论文通讯作者，相关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/10.1016/j.soilbio.2025.110066

2025-12-10

南海海洋所 | 首次发现海底热液系统中非生物氮还原

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深海钻探团队和加拿大阿尔伯塔大学稳定同位素地球化学团队联合在海底热液系统中非生物氮还原研究方面取得突破性进展，相关研究成果以“Abiotic N2 reduction in submarine hydrothermal systems could quickly fertilize prebiotic oceans”为题发表于国际著名期刊Nature Communications。中国科学院南海海洋研究所博士后孙李恒为第一作者，研究员孙珍（现任职于广州海洋地质调查局）与阿尔伯塔大学教授李龙为共同通讯作者，合作者还包括阿尔伯塔大学博士李侃。生命起源的关键火花被认为出现在海洋深处，由温暖且富含矿物质的热液喷口所催生。但科学家们长期困惑的是：在缺乏阳光的条件下，生命形成与维持所必需的“养料”，尤其是氨气（NH₃）/氨根（NH₄+）是如何得以存在的？根据实验室实验，科学家们提出，地球表面NH₃/NH₄+的持续补给，主要依赖于海底热液系统中高效的非生物氮还原作用。然而，该过程一直未能在地质记录中直接检测到。主要制约因素之一是浅部热液系统中由生物作用产生的NH₄+对深部信号的叠加改造。深部高温热液脉体是捕捉非生物氮还原信号的理想载体，主要基于两方面原因：（1）深部热液流体受表生NH₄+影响最小，最有可能保留非生物氮还原产生的NH₄+信号；（2）深部热液流体中的NH₄+以替换K+和Na+的形式进入脉体矿物晶格，从而有效抵御后期低温流体的改造，长期保存其同位素信息。研究团队基于国际大洋发现计划（IODP）在南海钻取的洋壳岩芯，对其中的热液脉体开展了系统的氮含量与同位素组成分析。研究发现，这些来自深部的热液脉体不仅含有异常丰富的NH₄+，其氮同位素组成更是呈现出极端亏损¹⁵N的特征，与已知的生物或海水来源截然不同。这些数据表明，深部热液流体中存在由非生物氮还原产生的大量¹⁵N亏损的NH₄+，并且在热液流体向上运移过程中逐渐被来自表层的¹⁵N富集的NH₄+叠加改造。在此基础上，研究团队进一步利用模拟计算发现，非生物氮还原作用每年可向全球海洋输送高达9.0–10.8 × 1010 摩尔的NH₄+。尽管这一通量对现代海洋巨大的氮库而言贡献有限，但它足以在前生命地球的海洋中快速补充“氮肥”，并向大气供应NH₃。这一过程为最早的生命化学反应和生物生态系统的建立奠定物质基础。该研究不仅首次为海底热液系统中非生物氮还原过程提供了坚实的地质记录，也深化了我们对地球早期宜居环境形成和氮元素全球循环的理解。研究得到了地质联合基金，国家自然科学基金，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，国家重点研发计划和加拿大自然科学与工程研究委员会探索基金的联合资助。论文信息：Sun,L.H.,Li,K.,Sun,Z*.,Zhang,Y.Y.,Li,L*.,2025 Abiotic N2 reduction in submarine hydrothermal systems could quickly fertilize prebiotic oceans. Nature Communications 16,10608.文章链接： https://doi.org/10.1038/s41467-025-65711-1图1 U1502B钻孔位置、岩性剖面、蚀变玄武岩和热液脉体N浓度、N/K和N/Na摩尔比值、δ15N值。图2 氮同位素模拟图3 洋中脊热液系统中深部流体非生物氮还原、海水与深部流体混合以及洋壳蚀变示意图

2025-12-12

深圳先进院︱揭示腹侧海马与前额叶皮层在社交信息处理中的差异性神经机制（PNAS）

12月10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詹阳研究员团队在《美国国家科学院院刊》杂志上发表了题为"Distinct neural dynamics in the ventral hippocampus and medial prefrontal cortex during social information processing"的研究论文。该研究整合在体多通道电生理记录、信息论方法与神经解码分析等多种技术手段，揭示了vHPC与mPFC在社交信息处理中具有不同的神经振荡特性与群体编码机制，并进一步提示mPFC在社交信息表征中具有更强的编码能力。在复杂社交互动中，大脑对社交个体的神经编码和有效区分，对社交进程至关重要。这种区分不同社交个体的能力，使群居动物能够在合作或竞争的社交场景中做出正确反应，例如准确识别交配对象，或辨别潜在威胁性外来个体。腹侧海马（ventral hippocampus, vHPC）和前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）作为社交行为调控的关键脑区，虽已被证实均参与社交信息的处理，然而二者是否采用不同的神经编码策略，以实现社交个体的身份识别，目前仍不明确。12月10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詹阳研究员团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上发表了题为"Distinct neural dynamics in the ventral hippocampus and medial prefrontal cortex during social information processing"的研究论文。该研究整合在体多通道电生理记录、信息论方法与神经解码分析等多种技术手段，揭示了vHPC与mPFC在社交信息处理中具有不同的神经振荡特性与群体编码机制，并进一步提示mPFC在社交信息表征中具有更强的编码能力。研究中，团队记录了自由活动小鼠在三箱社交互动范式中vHPC与mPFC中的神经元放电活动（spike）和局部场电位（local field potential, LFP）。单神经元放电频率分析与群体解码结果显示，尽管在vHPC与mPFC中均存在对不同社交刺激表现出增强或抑制反应的神经元响应群体，但两个脑区的神经元响应比例是有差异的，且mPFC神经元表现出更广泛的选择性。研究还进一步分析了兴奋性和抑制性神经元对不同社交刺激的反应模式。为量化神经群体对社交刺激的信息编码能力，研究团队采用了香农信息熵分析。结果发现，mPFC所编码的信息量显著优于vHPC。基于机器学习的分类解码分析进一步表明，随着纳入分析的神经元数量增加，mPFC的解码准确率始终高于vHPC。信息熵与贝叶斯解码分析共同证实，mPFC在表征不同社交个体时具备更高的信息含量与解码准确性。该研究通过有线与无线双记录系统，明确揭示了vHPC和mPFC在社交互动中表现出频段特异的神经振荡差异：vHPC主要表现为低频伽马（low gamma, 30-60 Hz）增强；而mPFC则在高频伽马（high gamma, 60-120 Hz）活动更为显著。这两个脑区还表现出明显差异的相位-振幅耦合模式，表明两个脑区在振荡机制上存在差异，提示二者在信息处理中可能采用不同的计算策略。此外，研究还发现，将spike与LFP的特征相结合，能进一步提升对社交刺激的解码准确率。典型相关分析（canonical correlation analysis, CCA）显示，mPFC中high gamma与神经群体动态的相关性最强。进而，基于单试次的贝叶斯解码显示，mPFC具有更为清晰且稳定的社交信息表征。最后，基于信号-噪声夹角的表征几何学分析表明，mPFC神经群体表征的信噪夹角更大，说明其结构更有利于信息的读取与判别。综上所述，本研究揭示了vHPC与mPFC在社交信息处理中具有互补性功能分工机制：vHPC可能负责初步的社交线索检测与社交记忆编码；mPFC则作为高级整合中枢，具有更强的社交个体辨别与社交信息表征能力。该发现不仅深化了对“社交脑”脑区功能的理解，也为自闭症、精神分裂症等社交功能障碍疾病的机制研究与干预策略开发提供了新的理论框架。博士生汪鑫年是本项工作的第一作者，詹阳研究员是本项工作的独立通讯作者。詹阳团队长期致力于运用交叉学科方法解析大脑信息处理机制，探索神经疾病病理机制，以及社交行为与神经环路的机制研究。该项目受到国家自然科学基金委、深圳市科创委等资助。图1 社交过程中，vHPC和mPFC的神经元差异化响应图2 与vHPC相比，mPFC的社交编码能力更强图3 spike-LFP协同解码提高了对社交刺激的解码准确率原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2516279122

2025-12-12