科研进展--中国科学院广州分院

亚热带农业生态研究所生态水文研究团队在喀斯特坡地土壤水分入渗及优先流过程研究取得新进展

碳酸盐岩溶蚀作用发育的喀斯特地貌占全球陆地面积约15%，并为1/4人口提供稳定水源。中国西南是全球喀斯特出露面积最大的区域，强烈的溶蚀作用使得西南喀斯特具有地表-地下二元三维水文结构特征，形成了土壤水分入渗速率快、优先流发育显著且空间异质性极强的复杂水文格局。气候变化背景下，这种快速渗透与弱储水性双重属性增加区域岩溶干旱与洪涝的风险。当前研究围绕土壤水分入渗基本特征、类型和路径等方面开展了大量研究，但对入渗过程“快速性”的量化及其受岩土结构的控制作用仍不足，限制了喀斯特降雨-入渗-产流机制研究的进一步深化，制约了岩溶区域的水资源管理及其对气候变化的响应。碳酸盐岩溶蚀作用发育的喀斯特地貌占全球陆地面积约15%，并为1/4人口提供稳定水源。中国西南是全球喀斯特出露面积最大的区域，强烈的溶蚀作用使得西南喀斯特具有地表-地下二元三维水文结构特征，形成了土壤水分入渗速率快、优先流发育显著且空间异质性极强的复杂水文格局。气候变化背景下，这种快速渗透与弱储水性双重属性增加区域岩溶干旱与洪涝的风险。当前研究围绕土壤水分入渗基本特征、类型和路径等方面开展了大量研究，但对入渗过程“快速性”的量化及其受岩土结构的控制作用仍不足，限制了喀斯特降雨-入渗-产流机制研究的进一步深化，制约了岩溶区域的水资源管理及其对气候变化的响应。本研究依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站，以地表-地下三维水土过程监测坡地小区为研究对象（图1），开展长期高密度和高频率（5-min）土壤水分动态观测，基于时间序列分析量化坡地土壤水分常规入渗和优先流对降雨事件的响应特征，并进一步揭示以土壤厚度作为岩土结构代表因子对水分运动的影响机制。基于土壤水分对降雨的响应，量化响应时间、绝对变化和湿润锋运移速度。结果发现喀斯特区雨水可以更迅速穿透土壤剖面，表现为土壤水分湿润锋速度（1373 mm h-1）远高于非喀斯特区（17mm h-1至610 mm h-1）。受微地形空间异质性影响，土壤水分响应时间和湿润锋速度由上坡到下坡、从表层到深层整体逐渐增大（图2）。相对厚土覆盖山坡，土壤水分入渗指标在浅土覆盖山坡变幅更大、坡位之间差异更明显，与土壤堆积弱化入渗过程受水力梯度影响有关。降雨量和强度对入渗的贡献（30.9~63.9%）显著高于前期水分条件（12.7~26.1%），并且土壤厚度的增加可能弱化地形和降雨特征对入渗过程的控制作用。结果强调精细监测在表征土壤水分入渗空间异质性方面的关键作用，并量化了喀斯特坡地水文过程快速性特征。基于分层土壤水分对降雨事件响应的先后顺序区分了土壤大孔隙流和岩土界面优先流两种类型。结果发现喀斯特坡地大孔隙流占主导（> 63%），但在短时间强降雨事件易触发的岩土界面侧向流也是重要的优先流类型。优先流出现频率在下坡高于上坡，与土壤水力特性空间分布格局有关。在平均土壤较厚山坡，土壤深度与优先流频率呈显著负相关关系（R2=0.54）（图3）。相对的，优先流频率与土壤深度在浅土覆盖山坡没有相关性，但受到降雨强度和前期土壤水分的影响更突出。这些结果强调土壤厚度空间异质性对水分优先流特征的影响，进一步丰富了喀斯特坡地复杂的入渗-产流理论。研究成果分别以Regulation of preferential flow by soil thickness on small hillslopes with complex topography through intensive high‐frequency soil moisture monitoring和Characterizing rapid infiltration processes on complex hillslopes: Insights from soil moisture response to rainfall events为题发表在Journal of Hydrology（2024）和Nature Index期刊Geophysical Research Letters（2025），陈洪松研究员为通讯作者、张君博士后为第一作者。研究得到国家自然科学基金重点项目、区域联合重点项目和青年基金项目支持。论文链接：1 2图1 研究样地概况、土壤水分监测点布设及土壤厚度空间分布图2 不同坡位和深度土壤水分湿润锋运移速度图3 高程和土壤厚度与优先流频率相互关系

2025-03-06

华南国家植物园2024年植物分类成果

地球上有多少物种？会不会存在一个生物分类学家都认同的生命之树？这是Science杂志提出的生命科学125个基本问题中的两大未解之谜。植物分类学作为一门基础学科，致力于揭示植物世界的多样性。通过分类、命名和归类植物，分类学家为植物赋予名字，并探究物种之间的内在联系，为我们理解错综复杂的生命之网提供第一手证据。2024年，得益于广东省基础与应用基础研究旗舰项目——“生物多样性”专项中的“广东植物多样性全域调查与评估”项目，以及广东省重点领域研发计划项目——“华南植物迁地保护与资源利用关键技术”项目等的资助，华南国家植物园的植物分类学家们在植物分类学研究领域取得了显著的进展：发表新族1个（棒柱茜族Clavistigmateae），新属2个（菊科亲二菊属Qineryangia）和茜草科棒柱茜属Clavistigma），新种36个（涵盖蕨类、竹类、药用植物及特有类群）和新变种4个。此外，科研人员还提出了62个种级新组合、新名称或替代名，恢复4个名称种级地位，将18个名称归并为异名，并出版《The Sino-Himalayan Endemic Genus Cremanthodium》《中国西沙群岛野生植物资源》《广东高等植物名录及其地理分布》和《南岭山地维管植物多样性编目》等专著8部。这些成果不仅丰富了全球植物多样性记录，也为理解物种演化提供了新的科学依据。依托华南国家植物园自主开发的“生命网格”（BioGrid）智慧平台与“银杉（Cathaya）”标本管理系统，2024年助力华南国家植物园科研人员完成1.4万份植物标本采集，智能化管理134批次3万余号标本，共享超25万条标本数据，实现了从野外调查到标本数字化的全流程高效管理，为生物多样性调查、保护与智慧化管理提供新范式。完整成果汇编，请点击附件，查阅《华南国家植物园植物分类成果汇编（2024年度）》。图1. 锯叶垂头菊的野外图片图2. 猫儿石山苣苔的解剖图片图3. 阳春蜘蛛抱蛋的野外照片和解剖图片图4. 三指线蕨的墨线图图5. 肇庆德昭藤的墨线图

2025-03-06

华南植物园揭示氮沉降对热带森林丛枝菌根真菌和土壤碳储量的影响

研究丛枝菌根真菌（AMF）群落结构和功能对于揭示陆地生态系统初级生产力和土壤有机碳储量的养分限制至关重要。尽管理论模型和实验研究均表明，在受磷限制的热带森林生态系统中，氮沉降可能会改变AMF的丰度和多样性，但现有研究多采用超出实际大气氮沉降水平的施氮实验设计，其结论可能高估AMF对氮沉降的真实响应，进而影响热带和亚热带森林土壤碳汇功能的准确评估。中国科学院华南植物园鼎湖山站研究人员依托广东省鼎湖山和鹤山国家野外研究站建立的长期模拟氮沉降平台，选取5个亚热带森林进行AMF丰度和多样性研究，同时结合全球热带和亚热带森林数据进行整合分析和比较。基于鼎湖山和鹤山的试验研究表明，低氮添加处理（≤50 kg N ha-1 yr-1，与研究地点的背景氮沉降水平相当）对AMF的丰度和多样性无显著影响（图1，2），该结论在其他热带和亚热带森林得到验证（图3）。然而，当前很多热带和亚热带森林采用高于实际氮沉降水平的氮添加处理（>50 kg N ha-1 yr-1），该处理下AMF的丰度和多样性显著降低（图3）。另外，研究发现AMF的响应与植物碳、土壤养分有效性和土壤pH相关。研究结果进一步表明，当前大气氮沉降可能不会通过介导AMF提高土壤碳固存（图1）。鉴于全球多数地区（尤其是欧美和东亚等）的大气氮沉降水平趋于稳定甚至开始下降，本研究揭示了早前基于高氮添加处理的研究结论可能会高估AMF的真实响应及其对土壤碳固存的影响，即实际大气氮沉降对热带和亚热带森林AMF群落丰度和多样性可能没有促进或抑制作用。该项研究强调了重新评估实际大气氮沉降水平对热带和亚热带森林中植物-真菌共生关系以及菌根真菌对土壤碳库影响的必要性。相关研究成果以“Atmospheric nitrogen deposition has minor impacts on the abundance and diversity of arbuscular mycorrhizal fungi and their contribution to soil carbon stock in tropical forests”为题，近期发表在土壤学领域顶级期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物学与生物化学》）上。中国科学院华南植物园李安迪博士后为论文的第一作者，郑棉海研究员为论文的通讯作者。该研究得到广东省杰出青年基金、国家重点研发计划青年科学家项目、中国科学院青年创新促进会、中国博士后科学基金和国家留学基金委的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.109746图1. 大气氮沉降对热带森林AMF丰度和多样性及土壤有机碳储量影响的概念图图2. 氮添加对鼎湖山和鹤山森林AMF丰度和多样性以及土壤有机碳的影响图3. 低氮添加（a）和高氮添加（b）对热带森林AMF多样性和丰度的影响，以及两种氮添加水平下土壤AMF菌丝长度密度与土壤有机碳之间的关系

2025-03-05

南海海洋所 | 番红砗磲和长砗磲人工种间杂交及应用获新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室喻子牛研究员团队，在番红砗磲和长砗磲人工种间杂交及应用获新进展，研究团队以长砗磲和番红砗磲为材料，采用双列杂交模式进行远缘杂交，获得了长砗磲和番红砗磲杂交新品系，该品系在生长率、存活率和外套膜颜色方面具有显著优势，在水族观赏市场及未来养殖产业领域有着潜在的应用前景。相关成果发表于国际水产领域专业期刊Aquaculture Reports，副研究员李军为论文第一作者，研究员喻子牛和研究员张跃环为并列通讯作者。砗磲作为珊瑚礁生态系统的关键框架物种，不仅在维护生态系统稳定起着至关重要的作用，同时还是一种重要的水族观赏生物。然而，由于过度捕捞，天然砗磲资源遭到了严重破坏，砗磲资源急剧下降。其中，番红砗磲是砗磲家族中最小的种类，每年仅生长3-4厘米，但是它却是砗磲科中外套膜颜色最为鲜艳、外形最为美丽的品种。长砗磲是中型物种，每年最快生长量为6 - 7厘米，而且具有十分美观密集的鳞片。因此，二者杂交有可能产生具有极其优良遗传特性的杂交品种。本研究首次在国际上开展了这两种砗磲的种间杂交研究，并对各实验组相关性状（生长、存活和外套膜颜色）进行了比较分析，创造了新型砗磲种质资源。结果表明：经过一周年养殖，相对于番红砗磲大小（44.74±4.62 mm）而言，以长砗磲为母本的杂交子代（56.84±6.53 mm）生长速度提高了27.04%；相对于番红砗磲存活率（24.47 ± 1.51%）而言，其杂交子代（13.33±2.49%）存活性能提高了83.57%；最为关键的，杂交砗磲的贝壳外形和外套膜颜色呈现出丰富的多样性，既继承了番红砗磲的鲜艳色彩，又融合了长砗磲独特的纹理特征，表现出极高的观赏价值。该成果得到了国家贝类产业技术体系、国家重点研发计划、广东省重点研发计划、海南省重点研发、福建省科特派项目、广州市重点研发计划和深圳市自然科学基金面上等项目联合资助。图1 砗磲杂交子代外套膜颜色（A：番红砗磲；B：长砗磲；C：番红砗磲♀×长砗磲♂；C：长砗磲♀×番红砗磲♂）相关论文信息： Li J.,Ma H.,Qin Y.,Wei J.,Liu W.,Zhao Z.,Mi N.,Li J.,Yue C.,Xing Q.,Yu Z.*,Zhang Y.*. (2025). Development and characteristics of artificial interspecific hybridization between Tridacna maxima and T. crocea. Aquaculture Reports. 2025,41: 102694原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352513425000808

2025-03-04

深圳先进院刘陈立团队牵头揭示合成细菌抗肿瘤关键原理

北京时间3月4日，一项发表于国际学术期刊《细胞》的最新研究有望给癌症治疗带来全新希望：科学家们成功破解了肿瘤与细菌之间的“对话”机制，首次揭示了细菌抗肿瘤的关键原理，为利用细菌治疗恶性实体瘤提供了全新的思路。北京时间3月4日，一项发表于国际学术期刊《细胞》的最新研究有望给癌症治疗带来全新希望：科学家们成功破解了肿瘤与细菌之间的“对话”机制，首次揭示了细菌抗肿瘤的关键原理，为利用细菌治疗恶性实体瘤提供了全新的思路。该项研究由中国科学院深圳先进技术研究院研究员、定量合成生物学全国重点实验室主任刘陈立牵头，联合中国科学院上海营养与健康研究所肖意传研究员团队完成。文章上线截图该研究也是继2024年刘陈立与赵国屏在《自然综述：生物工程》上首次阐释“定量合成生物学”研究范式和学科内涵之后，定量合成生物学在生物医药领域的生动示范。深圳先进院前博士后常志广、郭旋，研究员李雪飞、博士后臧中盛，上海营养与健康所王艳博士是文章共同第一作者。刘陈立研究员和肖意传研究员为文章共同通讯作者。细菌疗法的百年突破刘陈立（左一）牵头团队首次揭示细菌抗肿瘤关键原理虽然早在150多年前，就有科学家用细菌来治疗实体瘤。然而，由于细菌疗法缺乏安全性和稳定疗效，其如昙花一现般匿迹在历史中，鲜有问津。近年来，合成生物学技术的飞速发展让细菌疗法重新焕发生机。尽管越来越多的“细菌制剂”被报道，但尚未有成功走向临床的案例，究其原因是细菌疗法仍存在几个关键问题未能解决：“细菌怎么逃避先天免疫系统的攻击？” “细菌如何激发抗肿瘤免疫？”“如何确保细菌疗法的安全性？”等等。“与传统药物不同，细菌是活的，细菌能在肿瘤中存活，说明它们能逃避免疫系统的攻击；同时，细菌又能抑制肿瘤生长，这表明它们还能激活抗肿瘤的免疫反应”，刘陈立研究员解释道。“这种看似矛盾的现象，正是因为我们对细菌与肿瘤之间的‘对话’机制还不了解。弄清楚这种‘对话’机制对于设计出更安全有效的治疗方案很重要。”为此，2017年起，刘陈立团队开始将定量合成生物学的研究思路应用于细菌治疗肿瘤的研究中。研究团队历时8年，成功揭示了肿瘤与细菌之间的“对话机制”。这项研究不仅填补了细菌治疗肿瘤领域的理论空白，还为未来的癌症治疗提供了全新的策略。破解细菌与肿瘤的“秘密对话”团队交流实验进展这项研究始于刘陈立团队对细菌治疗肿瘤的早期观察。他们通过构建一种特殊的合成菌株，发现合成细菌在结肠癌、黑色素瘤、膀胱癌等多种疾病动物模型上具有优异的治疗效果，展现了其治疗肿瘤潜在的靶向性和广谱性。那么，细菌究竟是如何抑制肿瘤的？又是如何不被机体的免疫系统当作“敌人”消灭？细菌与肿瘤之间到底“说了什么”？研究人员发现，细菌通过一种叫做白介素-10的信号分子与肿瘤内的免疫细胞进行“对话”，让肿瘤内的巨噬细胞产生更多的白介素-10，向细菌的天敌——中性粒细胞施了“定身术”，使其无法运动，从而让细菌躲过免疫细胞的“追捕”。与此同时，细菌为了自身生存所激发出的白介素-10信号分子，碰巧“唤醒”了肿瘤内的“沉睡士兵”CD8+ T细胞，使它们重新武装起来，对肿瘤发起猛烈攻击。正是这种“歪打正着”的机制让细菌既躲过了“被杀”，又攻击了肿瘤。那么，细菌治疗肿瘤怎么保证安全性？刘陈立团队发现免疫细胞中存在一种“迟滞效应”机制，这种机制使肿瘤组织中的白介素-10受体水平高，正常组织中的白介素-10受体水平低。通过采集分析27种不同癌症患者的临床样本，团队验证了这一机制。这种差异性使细菌只能在瘤内躲避抗菌免疫细胞的追杀，并在正常组织器官中被有效清除，从而保证了细菌治疗的安全性。“造物致知”，癌症治疗有望迈入“精准时代”研究人员将该疗法在多种动物模型中进行验证，结果显示，这种合成生物改造的细菌能够显著抑制多种肿瘤的生长、复发和转移。这项研究的突破性意义在于，研究团队首次揭示了细菌抗肿瘤的关键机制，为利用合成生物技术精准改造细菌提供了理论指导。该研究标志着细菌疗法从“以毒攻毒”迈向了“精准调控”的新时代。“通过合成生物实验和定量数学模型的结合，我们精确地模拟了细菌在肿瘤内的行为，从而设计出更高效的疗法，这就像发现了合成生物系统和免疫系统的‘神秘对话’，使科学家能够重新编程合成生物系统，为癌症治疗打开全新思路。”研究团队表示。目前该项研究正在向临床试验推进。未来，医生通过检测患者肿瘤组织中白介素-10受体的表达水平，可精准筛选出适合接受细菌治疗的患者，为制定个性化治疗方案提供科学依据。同时，工程化改造的抗瘤菌也可以作为智能递送载体，实现治疗药物的精准释放。这种创新模式，成功突破了传统给药系统的局限性，有望为恶性肿瘤治疗开辟新路径。

2025-03-04

国家重点研发计划项目启动暨项目实施方案论证会召开

2月26日，“十四五”国家重点研发计划“典型脆弱生态系统保护与修复”重点专项项目“南岭山地生态系统恢复与生态安全保障技术”启动暨实施方案论证会在华南植物园顺利召开。该项目由中国科学院华南植物园牵头，联合了中山大学、中南林业科技大学、中国环境科学研究院、中国林业科学研究院热带林业研究所、生态环境部华南环境科学研究所、广东省科学院动物研究所、广东省科学院生态环境与土壤研究所、华中农业大学、韶关市林业科学研究所共10家单位共同开展。会议采用线上线下相结合的方式。参加会议的主要专家有中国21世纪议程管理中心委派的项目跟踪专家中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究员和浙江农林大学秦华教授，实施方案论证专家组主要有刘世荣院士、欧阳志云院士、李芳柏研究员、党志教授、周顺桂教授、朱东强教授、何孟常教授、赵晓丽研究员、张全发研究员和任海研究员。出席的各级领导有中国21世纪议程管理中心生态环境处刘荣霞副处长和项目主管邵奕铭、中国科学院可持续发展研究局任小波处长以及华南植物园闫俊华副主任。以上嘉宾以及项目负责人、课题负责人、研究骨干成员、科研管理部门相关同志等40余人参加了项目启动会，启动会和实施方案论证会分别由闫俊华副主任和刘世荣院士主持。首先，闫俊华代表项目牵头单位致辞，感谢各位领导、专家的长期支持，表示华南植物园将为项目的实施提供各项工作保障，确保项目顺利推进。任小波和刘荣霞分别代表项目推荐单位和管理单位致辞。任小波对项目实施提出了指导意见，希望项目组立足南岭现状，在专家组的指导下，进一步完善和落实实施方案，同时预祝项目圆满完成各项任务。刘荣霞副处长重点介绍了生态专项的新要求、新规定以及正面清单管理工作。在实施方案论证环节，项目首席鲁显楷和各课题负责人分别对项目和课题的研究目标、研究内容、研究方案、技术路线、任务分解、进度安排等方面进行了详细汇报。该项目围绕南方丘陵山地带生态安全屏障建设科技需求，针对南岭山地生态系统功能降低、生物多样性下降、生态安全保障能力不足等问题，开展南岭山地生物多样性时空变化规律、生态系统退化机制、生物多样性与生态系统服务功能权衡等研究，研发受损天然林、退化农林复合系统等生态系统功能与稳定性提升技术，提出重要保护物种的栖息地恢复与重建技术，建立南岭山地生态系统修复和生态安全保障模式并开展应用示范。专家组对项目和课题实施方案给予了充分肯定，并提出了具体意见与建议，尤其是围绕标志性成果开展工作，服务于乡村振兴和绿色发展等战略。经讨论和质询，专家组一致同意通过项目实施方案。最后，鲁显楷表示将按照项目专家组建议，完善和优化项目与课题实施方案，加强项目的实施管理以及各课题间的配合与互动，按时高质量完成项目各项任务指标。实施方案论证会现场与会人员合影

2025-03-03

南海海洋所 | 深海双壳贝类壳基质蛋白生物矿化功能的演化与环境适应特性取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所海洋生物技术与遗传学科组何毛贤团队在海马冷泉深海贝类生物矿化机制研究中获得新进展。近日，中国科学院南海海洋研究所海洋生物技术与遗传学科组何毛贤团队在海马冷泉深海贝类生物矿化机制研究中获得新进展。相关成果"Proteomics of the shell matrix proteins and functional analysis of Am13 and AmKaSPI from the shell of Archivesica marissinica"（硕士研究生刘冬婷、林泳仪为共同第一作者，副研究员石禹为通讯作者）和"Proteomic and functional analysis of the shell matrix proteins and the multifunctional Gh26 regulates biomineralization in the Gigantidas haimaensis"(硕士研究生刘冬婷、李沛霖为共同第一作者，副研究员石禹为通讯作者)近日在International Journal of Biological Macromolecules上正式发表。处于海底极端环境的冷泉，深度超过550m，具有黑暗、低温、低pH、高压、富含锰、铁、锌、铜等重金属、高浓度的甲烷和硫化氢等众多不利于生物生存的环境特征，实则却具有非常丰富的生物多样性，软体动物门、节肢动物门和环节动物门大约构成了冷泉区90%以上的生物种类，其中，有壳的大型底栖贝类的种类最多、分布最为广泛。深海海马偏顶蛤（Gigantidas haimaensis）和中国海伴溢蛤(Archivesica marissinica)是海马冷泉活动区的主要优势种之一。贝壳的形成是贝类生长发育的重要组成部分，与生物矿化有关，而生物矿化中最受关注的问题之一，是少量的有机质如何调控无机离子有序沉积到固相，有机质中的壳基质蛋白（Shell matrix protein，SMP）被认为是调控这些结构形成的关键因素，因而研究SMP的特点、功能、调控作用对于了解贝壳生物矿化的原理有重要意义。以往SMPs的研究主要聚焦于浅海软体动物，对深海贝类的SMP认知还非常有限。研究团队揭示，海马大偏顶蛤的壳具有独特的六层结构，且珍珠层由整块的文石构成，这与浅海软体动物的结构存在显著差异（图1）。利用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术分析海马大偏顶蛤的贝壳，鉴定出231种SMPs。通过与13种浅海贝类的SMPs比对发现了两个保守的SMPs（SMP-1和Pif-like），暗示生物矿化功能的保守性。此外，研究还发现了一种特有的SMP命名为Gh26。体外结晶实验表明Gh26重组蛋白能同时与文石和方解石结合，抑制文石和方解石的结晶，起负调控作用。同时在文石结晶体系中高浓度的Gh26可以诱导方解石成核并抑制文石成核（图2）。揭示了Gh26在调节晶体形态上的多功能性。图1 深海海马大偏顶蛤贝壳微观结构图2 Gh26重组蛋白体外调控方解石、文石结晶形成中国海伴溢蛤的外壳由文石片或微颗粒聚成复杂的不规则结构，分半透明内壳与非透明外壳，均多层叠合。内壳层由文石针状垂直交错结构与粒状均质结构组成，且均质层中嵌有两层薄肌棱柱层。横截面显“菊花”样六角文石片堆叠，有黑洞和缝隙。外壳层为不同大小文石颗粒均质结构（图3）。在本研究中，鉴定出266种SMPs，并通过和13种浅海贝类SMPs的比较发现了两种核心的保守SMPs（AmSMP1和Pif-like），暗示了生物矿化功能的保守性。同时通过转录组和蛋白组序列比对，研究发现了一种特异性的SMP，命名为Am13，以及一种具有Kazal结构域的高度表达的SMP，命名为AmKaSPI。通过体外结晶实验发现Am13负调控方解石形成，正向调控文石形成，同时在高浓度下抑制文石晶体大小生长。AmKaSPI通过增强成核和聚集以及诱导CaCO3晶体的形态变化，积极调节方解石和文石的形成，同时能促进方解石形态变化，形成十字星形结构（图4）。这可能是SMP形成“菊花”状棱柱层的关键。图3 中国海伴溢蛤贝壳微观结构图4 AmKaSPI重组蛋白体外调控方解石、文石结晶形成本研究揭示了两种深海贝类壳基质蛋白的组成，发现了保守性的核心SMP，解析了特异性SMP的矿化调控机制，研究结果不仅有助于深入理解深海贝类的环境适应机制，深化对极端环境生物适应性的认知，填补深海生物极端环境适应的矿化理论空白，还为深海资源开发、海洋环境保护及生物医学应用提供了理论支撑与技术储备，具有显著的科学与战略价值。该研究得到了广东省自然科学基金青年提升项目、广东省基础和应用基础研究重大专项和广东省科技计划项目的联合资助。相关论文信息：Dongting Liu#,Yongyi Lin#,Maoxian He,Yu Shi*,Proteomics of the shell matrix proteins and functional analysis of Am13 and AmKaSPI from the shell of Archivesica marissinica. International Journal of Biological Macromolecules,2025,288: 138767.Dongting Liu#,Peilin Li#,Maoxian He,Yu Shi*,Proteomic and functional analysis of the shell matrix proteins and the multifunctional Gh26 regulates biomineralization in the Gigantidas haimaensis. International Journal of Biological Macromolecules,2025,305: 140871.文章链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39675600/https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39952539/

2025-02-28

南海海洋所 | 研究发现非经典内在终止子促进毒素-抗毒素系统介导的接合耐药质粒传播

中国科学院南海海洋研究所王晓雪研究员团队在接合质粒上的毒素-抗毒素系统（Toxin‒Antitoxin，TA）促进耐药质粒传播机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以"A Noncanonical Intrinsic Terminator in the HicAB Toxin‒Antitoxin Operon Promotes the Transmission of Conjugative Antibiotic Resistance Plasmids"为题，于2月27日在线发表于国际权威学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research，最新影响因子16.7）。南海海洋所2021级直博生林兼仲，博士后尼松伟（已出站），博士后李百元（已出站），以及南海海洋所研究员郭云学，为论文共同第一作者，研究员王晓雪为论文通讯作者。中国科学院南海海洋研究所王晓雪研究员团队在接合质粒上的毒素-抗毒素系统（Toxin‒Antitoxin，TA）促进耐药质粒传播机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以"A Noncanonical Intrinsic Terminator in the HicAB Toxin‒Antitoxin Operon Promotes the Transmission of Conjugative Antibiotic Resistance Plasmids"为题，于2月27日在线发表于国际权威学术期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research，最新影响因子16.7）。南海海洋所2021级直博生林兼仲，博士后尼松伟（已出站），博士后李百元（已出站），以及南海海洋所研究员郭云学，为论文共同第一作者，研究员王晓雪为论文通讯作者。尽管多种策略被指定来限制抗生素滥用，但通过接合型质粒传播的抗生素耐药基因的传播仍然是一场全球公共卫生领域的重大挑战。携带粘菌素耐药基因mcr-1的IncI2类型质粒在全球范围内广泛传播，即使在粘菌素被禁止作为饲料添加剂后仍在临床中持续存在。这些质粒通常携带多对TA系统，但TA系统的功能差异及其在抗生素限用后持续传播的机制仍不明确。研究团队对携带mcr-1耐药基因的IncI2类型质粒上两大类TA系统进行，研究发现HicAB（而非StbDE）系统是增强质粒间水平竞争的关键成瘾模块，阐明了HicAB通过重编程TA系统的转录控制质粒竞争力的新策略。与传统的II型TA系统不同，IncI2质粒上的HicAB系统利用毒素基因位于抗毒素基因上游的布局，引入了非经典内在转录终止子，提高毒素蛋白与抗毒素蛋白的比例发挥“成瘾效应”。这种新编程的TA转录模式显著增强了无抗生素选择压力下的质粒竞争力和质粒存续能力。本研究阐明了TA操纵子调控网络的动态重构机制对质粒在微生物群落中获得定殖优势的影响，为靶向控制耐药基因传播提供了关键理论依据。研究聚焦IncI2型接合质粒这类重要耐药基因载体，其作为多粘菌素和β-内酰胺类耐药基因快速传播的核心媒介，在抗生素滥用背景下于环境中显著富集。值得注意的是，这类质粒展现出独特的生态适应性优势：其宿主适应性代价较低，即便在抗生素使用受限的情况下仍能稳定存续，最终演化为耐药基因和毒力因子传播的重要载体。研究表明通过靶向TA系统开发特异性抑制剂可有效消解这类"基因传播工具"的生态适应性优势，该发现为临床及环境领域遏制耐药基因传播提供了重要的干预靶点，对完善耐药性传播防控策略具有显著科学价值。该研究工作得到了国家自然科学基金、科技基础资源调查专项、“海洋负排放”国际大科学计划、广东省本土创新团队项目和南海海洋所基础前沿与创新发展 “一体化”项目等项目的资助。相关论文信息：https://academic.oup.com/nar/article/53/5/gkaf125/8044955?searchresult=1非经典内在终止子促进毒素-抗毒素系统介导的接合耐药质粒传播

2025-02-28

华南植物园揭示热带珊瑚岛植物适应机制与物种筛选关键性状

热带珊瑚岛广泛分布于我国南海海域，其地理位置与生态环境独特，具有重要的战略意义和自然资源价值。然而，这些岛礁常年面临高温、强光、季节性干旱和土壤贫瘠等恶劣环境条件，不仅导致生态系统脆弱易退化，也对植物的生长和存活构成了严重威胁，亟需开展植物的生态适应性研究和恢复物种筛选工作。中国科学院华南植物园恢复生态学研究团队的研究人员，以56种热带海岸带典型植物物种为研究对象，通过野外实地测定和对比分析，系统研究了热带人工苗圃与热带珊瑚岛两种生境下植物结构与生理性状的差异（图1）。研究发现，与资源充足、生境良好的苗圃植物相比，热带珊瑚岛植物采取了资源保守型策略，降低生长并显著增强了抗逆性，优先分配有限的资源用于构建坚韧的叶片、提升抗氧化能力，以应对恶劣的环境条件（图2）。同时，叶片厚度、株高、栅栏组织及海绵组织厚度与岛上物种存活率呈现显著相关性，可作为筛选热带珊瑚岛植被恢复物种的关键性状指标，并以此为基础，推荐了海岛生态恢复的适生物种名单。该研究为揭示热带珊瑚岛植物在极端环境下的适应机制及植被恢复物种筛选提供了关键的数据支持和理论依据，对热带珊瑚岛进一步构建近自然植被和维持生态系统功能具有重要意义。相关研究成果以“Plant key functional traits in species adaptation and screening for vegetation restoration on coral islands”为题，发表在国际学术期刊Journal of Environmental Management（《环境管理杂志》）（IF =8.0）上。华南植物园硕士研究生谢雨辰为论文的第一作者，刘慧研究员为论文的通讯作者。上述研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金杰出青年项目、中国科学院青年创新促进会优秀会员和华南植物园青年人才专项等的支持。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124545图1. 基于植物功能性状的热带珊瑚岛植物适应机制探讨与恢复物种筛选图2. 热带苗圃与热带珊瑚岛物种基于25个植物功能性状的主成分分析

2025-02-27

亚热带所 | 人工湿地在牛蛙养殖尾水处理中的微生物作用机制取得新进展

水产养殖业在全球都得到了迅速发展，在满足日益增长的水产品需求的同时，也带来了显著的环境挑战。水产养殖尾水富含有机物、氮、磷等营养物质，未经有效处理直接排放会导致周围水体富营养化、生态失衡。因此，如何有效处理水产养殖尾水已成为当前亟待解决的课题。尽管已有许多研究探讨了人工湿地的处理效果，但关于水生植物和微生物在水产养殖尾水处理中综合作用机制仍缺乏深入了解。水产养殖业在全球都得到了迅速发展，在满足日益增长的水产品需求的同时，也带来了显著的环境挑战。水产养殖尾水富含有机物、氮、磷等营养物质，未经有效处理直接排放会导致周围水体富营养化、生态失衡。因此，如何有效处理水产养殖尾水已成为当前亟待解决的课题。尽管已有许多研究探讨了人工湿地的处理效果，但关于水生植物和微生物在水产养殖尾水处理中综合作用机制仍缺乏深入了解。针对上述问题，谢永宏研究员团队研发了“四池两坝”人工湿地（沉淀池、第一过滤坝、曝气池、第二过滤坝、生物滤池、沉水植物稳定池），并在益阳市大通湖区牛蛙养殖基地构建了示范基地。该研究重点探讨了水生植物和附生生物膜在牛蛙养殖尾水处理中的作用机制。结果表明：（1）人工湿地系统对牛蛙养殖尾水总氮、总磷去除率均超过60%，且能够有效去除一系列污染物，但效果存在季节性差异，表现为总氮去除具有较高的稳定性，而在磷去除季节波动明显。（2）曝气池显著提高了溶氧浓度，为7月的除磷和11月的除氮效果提供了基础。（3）在曝气池、生物滤池中，附生细菌的α-多样性显著高于其他池，表明曝气和生物滤池能够为细菌群落提供更好的栖息环境。（4）细菌群落结构表现出显著的季节性变化，如7月以厚壁菌门为主，而11月以硝化螺旋菌门和酸杆菌门为主。（5）与硫代谢、固氮和氧化磷酸化等相关的功能基因在曝气池中表现出明显的时间变化，说明生长期的变化及处理工艺的调整会直接影响生物膜内功能基因的表达。可见，曝气和水生植物（尤其是沉水植物）对水产养殖尾水的处理效果发挥了重要作用，水生植物和附生生物膜的综合作用至关重要。在实际应用中，加强水生植物管理和持续曝气是“四池两坝”人工湿地发挥作用的重要技术手段。上述结果以Performance of a Multi-Stage Surface Flow Constructed Wet-land for the Treatment of Aquaculture Wastewater and Changes in Epiphytic Biofilm Formation为题近期发表在Microorganisms上，研究得到湖南省创新生态建设计划科技合作项目、湖南省科技创新平台计划项目资助。论文链接四池两坝人工湿地净化系统

2025-02-27