科研进展--中国科学院广州分院

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海洋动力热力过程及其环境效应研究团队在孟加拉湾次表层海洋热浪年际特征及驱动机制研究方面取得新进展。相关研究成果以 “Dipole variability of subsurface marine heatwaves in the Bay of Bengal”为题，发表在Climate Dynamics上。该论文的第一作者为副研究员张莹，通讯作者为研究员杜岩，合作者包括自然资源部第三研究所研究员邱云和副研究员林新宇。海洋热浪是发生在海洋中的异常增暖事件，海洋热浪持续时间可达数月，覆盖范围可至数千平方公里，影响深度可达数百至数千米。海洋热浪会影响大气环流及降水分布，从而引发洪涝、干旱和野火等极端天气事件；还会导致海洋生物死亡、渔业减产和物种迁移，进而破坏海洋生态系统多样性和稳定性。以往研究主要关注发生在海洋表层的海洋热浪，而海洋次表层的海洋热浪由于缺乏长期观测，其形成机制仍然知之甚少。研究团队基于高分辨率全球海洋再分析数据 GLORYS12V1，探究了1993年至2024年期间孟加拉湾跃层附近次表层海洋热浪的年际变化特征及形成机制。研究发现，孟加拉湾次表层海洋热浪在100米深度达到最强，且其空间分布与表层热浪显著不同。在年际尺度上，次表层海洋热浪对厄尔尼诺–南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子（IOD）的响应呈现显著的东西偶极型分布，其中东部海域受影响范围更广，而西部海域相对较小。进一步研究表明，在正IOD事件的发展和成熟阶段，孟加拉湾西部的反气旋中尺度涡旋使局地温跃层加深，有利于该区域次表层海洋热浪的生成，这与孟加拉湾上空异常反气旋风场和海洋环流异常有关。与此同时，赤道东风异常驱动上升式开尔文波，其向东传播至孟加拉湾东部，使温跃层变浅、次表层降温，从而大范围抑制了该海域次表层海洋热浪的形成。不同的是，ENSO在发展阶段对孟加拉湾次表层海洋热浪的直接影响有限，可能通过触发IOD产生间接强迫。ENSO的直接影响在成熟阶段显现，并在衰减阶段达到峰值。该研究揭示了次表层海洋热浪对ENSO和IOD不一致的空间响应机制，为理解热带印度洋海洋极端事件及其气候响应提供了新的科学认识。图1 孟加拉湾次表层海洋热浪总天数对DMI和NINO3.4指数的超前滞后响应该研究获得国家自然科学基金、广东省重大人才工程项目和福建省海洋物理与地质过程重点实验室开放基金的联合资助。论文信息：Zhang, Y., Du, Y., Lin, X., & Qiu, Y. (2026). Dipole variability of subsurface marine heatwaves in the Bay of Bengal. Climate Dynamics, 64: 262.原文链接：https://doi.org/10.1007/s00382-026-08218-9

2026-06-25

南海海洋所 | 研究构建近海复杂水体中颗粒有机碳的自适应光学反演新算法

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海洋智能探测与大数据技术应用研究团队在近岸复杂水体中颗粒有机碳（POC）的光学反演研究取得新进展。相关研究成果以“An adaptive hybrid algorithm for retrieving particulate organic carbon in complex coastal waters”为题，发表在地球科学一区TOP期刊International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation上。颗粒有机碳（POC）是海洋有机碳库中最活跃的组分,也是认识近海区域碳循环过程的关键参数。然而，受陆源输入、沿岸上升流等多重过程影响，近海水体颗粒物来源复杂、组成多变，现有POC光学反演算法大多建立于开阔大洋观测数据，在复杂的近海环境中适用性仍有待提高，进而限制了POC垂向精细剖面的准确刻画。研究团队基于广东及海南岛东部夏季近海的观测数据集（图1），研究分析了近海不同水体类型中POC与光学参数间关系存在的差异性，将水体分类、光学敏感特征筛选和分类型模型优化相结合，构建了颗粒有机碳的自适应光学反演算法（AHA-POC）（图2）。独立验证结果表明，该算法决定系数R²达0.79，均方根误差RMSE为0.071 mg/L，平均绝对百分比误差MAPE为32.38% ，表现出良好的稳定性。与已报道的代表性算法（包括单变量经验模型、单一阈值分类和全局机器学习模型）进行对比，结果表明，AHA-POC算法在近海复杂水体环境，尤其在高浑浊、高吸收等水体类型的反演精度提升最为明显；表明先分型再反演的自适应方法能够有效降低不同水体类型间生物-光学关系差异带来的误差累积。进一步结合高分辨率原位光学剖面观测数据，实现了1 m垂向分辨率POC连续剖面重构（图3），精细刻画了珠江冲淡水影响下POC垂向结构特征，揭示了传统离散采样难以识别的精细尺度变化。该研究为近海碳库连续精细化研究提供了新的光学估算方法和重要数据支撑。图1 研究区域与采样站位分布图图2 近海颗粒有机碳的自适应光学反演算法（AHA-POC）框架图图3 珠江口POC高分辨率垂向断面分布该研究成果的第一作者为博士研究生周涛，通讯作者为研究员周雯，合作者包括中国科学院南海海洋研究所研究员李彩、研究员许占堂、广州大学教授杨现坤以及南方科技大学硕士研究生谢伟浪。该研究获得国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金和广州市南沙区科技计划项目等联合资助。论文信息：Zhou Tao, Zhou Wen*, Xie Weilang, Li Cai, Xu Zhantang, & Yang Xiankun (2026). An adaptive hybrid algorithm for retrieving particulate organic carbon in complex coastal waters. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 151, 105413.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jag.2026.105413.

2026-06-25

南海海洋所 | 研究揭示夏季风驱动下索马里沿岸涡动能量延迟增长机制

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海洋动力热力过程及其环境效应研究团队在阿拉伯海索马里沿岸涡旋能量演变机制研究方面取得重要进展。研究发现，索马里沿岸大涡旋区域的涡动动能并不会随着夏季风达到峰值而同步增强，而是表现出约55天的显著滞后响应。这种延迟并非由风场直接控制，而是由海洋内部能量转换过程主导。相关成果以“Delayed response of eddy kinetic energy build-up off Somali coast during summer monsoon”为题发表在国际气候学期刊Climate Dynamics上。论文第一作者为博士研究生林俊澍，副研究员王闵杨和研究员杜岩为共同通讯作者。上海交通大学博士后戴零星、日本海洋研究开发机构Hideharu Sasaki参与了本研究。阿拉伯海位于印度洋西北部，是全球季风活动最强烈的海域之一。每年夏季，强盛的西南季风驱动索马里洋流向北发展，并在索马里沿岸形成北印度洋最强的反气旋涡--Great Whirl。该涡旋不仅是区域海洋环流的重要组成部分，还对海洋热量输运、生物地球化学过程以及海气相互作用产生重要影响。以往研究主要关注大涡旋的形成机制及其年际变化特征，但对于涡动能量如何积累、维持以及响应季风强迫的具体过程仍缺乏系统认识。研究团队结合卫星高度计观测资料和1/10°高分辨率海洋模式（OFES2）模拟数据，对索马里沿岸区域夏季风爆发后的能量收支过程进行了系统分析后发现，尽管西南季风在季风爆发后约两个月达到峰值，但区域涡动动能峰值却滞后约55天出现（图1）。进一步的能量诊断表明，这种显著延迟主要来源于海洋内部的能量转换过程，而非直接风能输入。图1 夏季风爆发后季风指数和涡动能的时空分布在季风初期，风应力做功为海洋提供持续的机械能输入，促进索马里洋流迅速增强。随着洋流发展，其平均流与涡旋之间的相互作用逐渐加强，正压不稳定能量转换持续增强，并最终成为涡动能增长的主要来源。即使在季风强度开始减弱之后，平均流仍能持续向涡旋输送能量（图2），从而维持大涡旋区域较高水平的涡动能，并导致EKE峰值明显滞后于季风峰值。图2 夏季风爆发后涡动能收支项的变化进一步分解分析发现，正压能量转换主要受索马里洋流拉伸效应控制，反映出平均流非线性过程在能量传递中的关键作用。与此同时，由沿岸上升流及涡旋活动共同作用形成的斜压不稳定过程也持续向涡旋提供能量补充。研究还发现，大涡旋和南部环流系统形成的冷水舌结构能够增强位能向动能的转换，为区域中尺度活动提供额外能量来源。该研究获得国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、广东省自然科学基金等项目联合资助。论文信息：Lin, J., Wang, M.*, Dai, L., Hideharu, S., Du, Y.*. Delayed response of eddy kinetic energy build-up off Somali coast during summer monsoon. Climate Dynamics, 64, 278 (2026).原文链接：https://doi.org/10.1007/s00382-026-08196-y

2026-06-25

深圳先进院 | 定量合成生物学全国重点实验室开发基因编辑工具STIB：基于CRISPR转座酶实现肠道拟杆菌高效精准编辑

2026年6月29日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所戴磊团队联合原深圳先进院赵维团队在Cell Systems上发表题为"Targeted genomic editing of human gut Bacteroides species based on CRISPR-associated transposases"的研究成果。团队基于CRISPR相关转座酶开发了新型基因编辑系统STIB，在人体肠道拟杆菌中实现了高效、精准、不依赖同源重组的基因组编辑。拟杆菌（Bacteroides）是人类肠道微生物组的基石菌种，广泛参与宿主免疫调节、营养代谢以及微生物间的相互作用，与人体健康密切相关。然而，拟杆菌仍然缺乏高效的大片段遗传操作工具，依赖同源重组的基因编辑方法在拟杆菌中效率低且操作繁琐，制约了针对肠道微生物的功能研究和产业应用。2026年6月29日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所戴磊团队联合原深圳先进院赵维（现上海交通大学）团队在Cell Systems上发表题为"Targeted genomic editing of human gut Bacteroides species based on CRISPR-associated transposases"的研究成果。团队基于CRISPR相关转座酶开发了新型基因编辑系统STIB，在人体肠道拟杆菌中实现了高效、精准、不依赖同源重组的基因组编辑。01 STIB系统的工作原理与优势新型基因编辑系统STIB的全称为ShCAST-based Transient Insertion system for Bacteroides。STIB系统基于CRISPR相关转座酶Type V-K CAST系统（ShCAST），与依赖细胞内源同源重组修复能力的传统CRISPR-Cas系统不同，STIB利用RNA引导的转座酶复合物，直接将外源DNA片段“写入”靶位点。这种机制使其在同源重组效率低的菌株中也有较大的应用潜力。为提升系统性能，研究团队进行了多项优化：（1）将切刻型归巢内切核酸酶nAniI与转座酶TnsB融合（HELIX结构），使质粒共整合率从99.5%大幅降至8.1%；（2）将TnsC与Cas12k融合表达，将编辑特异性提升至97%以上；（3）采用非复制型瞬时编辑载体，无需诱导表达和质粒消除，仅需4天即可完成一轮基因插入。两轮连续编辑仅需一周，约为传统方法所需时间的三分之一。在多形拟杆菌（B. thetaiotaomicron）的10个不同基因组位点中，STIB系统的编辑效率介于29%至91%之间。该方法在卵形拟杆菌（B. ovatus）、萨利尔斯拟杆菌（B. salyersiae）、普通拟杆菌（B. vulgatus）等多种拟杆菌中也同样有效。团队还利用16S rDNA通用靶点，实现了跨拟杆菌物种的通用编辑。大片段插入能力是STIB系统的另一优势：2.5 kb、5.5 kb和8.4 kb的外源基因片段均实现了超过85%的编辑效率。团队进一步将8.4 kb的菊粉利用基因簇导入多形拟杆菌基因组，改造后的菌株能够在菊粉培养基中显著生长，在种群中获得生长优势。02 在复杂菌群中实现针对特定物种的基因编辑原位微生物组工程（in situ microbiome engineering）指无需经过传统的“分离培养→体外改造”流程，直接在原始复杂菌群环境中对目标微生物进行遗传改造。这一策略绕过了肠道微生物难以体外培养、工程菌回输后定植困难等核心瓶颈，同时为在原生环境中解析微生物功能并实施工程改造开辟了新途径。不过，菌群体系高度复杂，在其中对特定物种实现精准编辑，仍是原位微生物组工程的一项核心挑战。为验证STIB在复杂环境中的编辑能力，研究团队构建了一个由40种人源肠道菌组成的合成微生物群落。在这种复杂体系中，STIB依然实现了高度特异性的基因编辑，并选择性富集了靶标物种：多形拟杆菌的占比从0.3%升至98%，卵形拟杆菌从0.9%升至86%，普通拟杆菌从0.3%升至69%。宏基因组测序确认，所有插入事件均发生在预期靶位点，插入位置精确集中在PAM下游56至63 bp的窗口内。综上所述，STIB系统不依赖同源重组，兼容大片段插入，操作流程简便高效，作为适用于多种拟杆菌的通用型基因组插入工具，它为非模式肠道微生物的功能研究与改造提供了关键的合成生物学技术。该技术在复杂肠道微生物群落中展现出的精准编辑能力，为原位微生物组工程这一前沿研究领域提供了重要的概念性验证，未来有望发展为微生物组因果机制解析与理性设计的通用使能平台，加速下一代活体生物治疗药物的开发。深圳先进院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所戴磊研究员和原深圳先进院赵维研究员（现上海交通大学）为本文共同通讯作者。深圳先进院博士生胡玉灿、已出站博士后李清梅为论文共同第一作者。复旦大学生命科学学院/中国科学院上海营养与健康研究所赵国屏院士为本研究提供了重要指导；深圳先进院李莹莹、曾钰、郑灵刚、沈俊涛和山东大学高翔教授对本研究的提供了重要支持。深圳先进院为第一完成单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、微生物改造技术全国重点实验室开放课题基金以及深圳合成生物学创新研究院等项目的资助。原文链接文章上线截图图1. 拟杆菌新型基因编辑工具STIB的构建与优化图2. STIB系统的全面表征图3. 功能验证与代谢工程应用图4. 复杂肠道菌群中的物种与位点特异性编辑

2026-07-01

深圳先进院 | 定量合成生物学全国重点实验室创制新型非天然荧光开启核苷赋能核酸标记与信息存储

6月25日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所副研究员梅辉团队与成都医学院副教授明新团队、中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所客座研究员/华中农业大学教授黄小罗团队合作，在国际学术期刊Nucleic Acids Research发表题为"A turn-on fluorescent nucleoside enabling sequence-insensitive DNA labeling"的重要研究成果。团队成功开发出首个兼具“开启式”荧光响应、序列不敏感性和酶促反应兼容性的新型荧光核苷工具——TzdU，为核酸动态研究、荧光检测及信息存储等技术开辟了全新路径。在合成生物学与核酸信息存储等前沿方向中，实现低背景、高信噪比的DNA标记与实时监测，一直是分子工具开发的核心目标。荧光核苷类似物（FBA）的快速发展正在为这一目标提供新的化学空间与功能可能性，也有望为人工合成生命体系中遗传物质的可视化与信息编码带来新的机遇。荧光核苷类似物作为研究核酸结构与动力学、实现核酸动态监测的核心分子工具，却长期受困于一项难题——绝大多数FBAs在掺入DNA后都会遭受严重的荧光淬灭，尤其当相邻碱基为鸟嘌呤（G）时，光诱导电子转移会导致其荧光大幅下降甚至严重淬灭乃至完全“沉默”。这一序列依赖性问题严重阻碍了在复杂生物体系中进行精准、无损、序列普适的核酸标记与示踪。真正“开启型（turn-on）”的荧光核苷极为罕见：已知FBAs大多要么本底荧光较强（背景高），要么掺入后越变越暗，难以实现“原本不发光、掺入后变亮”的理想特性，极大限制了在人工遗传系统中实现低背景、高信噪比分子报告与信息编码的可能性。6月25日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所副研究员梅辉团队与成都医学院副教授明新团队、中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所客座研究员/华中农业大学教授黄小罗团队合作，在国际学术期刊Nucleic Acids Research发表题为"A turn-on fluorescent nucleoside enabling sequence-insensitive DNA labeling"的重要研究成果。团队成功开发出首个兼具“开启式”荧光响应、序列不敏感性和酶促反应兼容性的新型荧光核苷工具——TzdU，为核酸动态研究、荧光检测及信息存储等技术开辟了全新路径。在该研究中，团队基于前期对噻唑基尿嘧啶核苷类似物的研究，设计并合成了新型噻唑基-dU类似物TzdU。该化合物在水溶液中几乎不发光（Φ = 0.005），但掺入DNA后荧光开启：在单链DNA中增强约10倍，双链DNA中增强高达50倍。同时，TzdU的开启亮度几乎不受相邻碱基种类的影响，即使两侧均为G、通常易引发淬灭的碱基环境中，仍能保持稳定发光（Φem = 0.05–0.08），这在已知的开启型荧光核苷中极为罕见。团队通过系统的溶剂效应、pH滴定、氘代水同位素效应及粘度实验，并结合密度泛函理论计算，深入阐明了TzdU的荧光开启机制：发光增强源于掺入DNA后规避了水溶剂淬灭和激发态质子转移两条主要的非辐射失活途径；而抵抗G淬灭的能力，则归因于噻吩修饰将HOMO能级提升至鸟嘌呤氧化电位之上，有效阻断光诱导电子转移。这一双机制协同作用为下一代开启型荧光核苷的理性设计提供了清晰的理论框架。值得一提的是，TzdU的三磷酸形式可被多种DNA聚合酶高效识别和掺入，可实现对PCR和引物延伸反应的实时、免标记监测。研究团队介绍，TzdU是首个兼具高环境响应、序列不敏感和酶促兼容性的内在型荧光开启型核苷，填补了该领域的空白。值得关注的是，TzdU独特的梯度荧光响应特性使其在DNA数据存储与分子信息加密领域展现出应用潜力。团队利用荧光强度随TzdU掺入数量呈线性增加的特性，成功实现了基于荧光强度的“2025”数字图案和面部图像的分子级显示，首次实现了基于梯度荧光响应的DNA分子级图案显示。在信息加密方面，团队构建了一套双层DNA加密系统：将经典诗词等信息通过算法加密生成数字密钥，利用TzdU的梯度荧光响应，将密钥编码为特定荧光强度信号存储于DNA中；而密文则通过DNA序列编码并克隆至质粒稳定传代。解密时需同时获取荧光密钥和序列密文，由此实现了“荧光+序列”的双因子认证机制。面向合成生命创制对遗传物质功能化、可编程的重大需求，该非天然核酸研究成功开发了首个兼具环境响应、序列不敏感和酶促兼容性的荧光核苷工具TzdU，并在此基础上初步探索了DNA荧光显示与分子加密两大创新应用。这不仅为合成生物学与核酸信息存储等方向提供了全新的分子工具，更开创了将荧光核苷从传统“观察工具”升级为“信息载体”的新范式，有望推动合成生物学与信息技术的深度融合，为DNA数据存储、分子加密等前沿领域提供重要的技术支撑。作为XNA研究的重要突破，该成果进一步拓展了新型非天然核酸分子在人工合成遗传系统中的应用边界，为设计“可编程、可报告、可存储”的下一代合成生命分子系统提供了新思路。本研究由中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所副研究员梅辉、成都医学院副教授明新及中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所客座研究员/华中农业大学教授黄小罗共同通讯完成。南京大学博士生李劲思（原中国科学院深圳先进技术研究院研究助理）、中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所助理研究员代子文为论文共同第一作者。许佳欣博士、研究助理何雷亦对本研究作出了重要贡献。本工作得到了科技部重点研发计划、深圳市科技计划及深圳合成生物学创新研究院等项目支持。文章链接文章上线截图图1. TzdU在DNA中的荧光特性图2. TzdU用于可视化DNA数据加密及信息存储示意图

2026-07-01

Research | 深圳先进院提出面向肺癌的两阶段 TNM可问责的报告自动生成技术

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利研究员等，联合广东省人民医院姜磊主任团队、哈尔滨工程大学姚晓辉教授团队，在全身 PET/CT 报告自动生成领域取得重要进展。近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室胡战利研究员等，联合广东省人民医院姜磊主任团队、哈尔滨工程大学姚晓辉教授团队，在全身 PET/CT 报告自动生成领域取得重要进展。研究团队提出了面向肺癌的两阶段、TNM可问责的报告自动生成技术。在生成流畅报告草稿的同时，将原发肿瘤、淋巴结及远处转移等分期关键结论关联到显式、可检视的疾病分类标签与文本证据之上，使医生能够快速核验其中的高风险陈述，从而减轻医生PET/CT 判读负担，为可信 AI 报告系统的临床落地提供了可行路径。相关成果以"TNM-accountable Whole-body 3D FDG PET/CT report drafting in lung cancer cohorts via structured impressions and organ-wise exemplar synthesis"为题，发表在知名期刊Research（IF=12.9）上。全身 PET/CT 可同时提供病灶的代谢与解剖信息，是肺癌诊断与分期的核心手段。TNM 分期直接决定治疗策略与预后：肺癌患者的 5 年生存率从 I 期的 70% 以上降至 IV 期的不足 10%。然而，PET/CT 报告的撰写负担沉重，医生需逐层判读覆盖全身的三维容积图像，将每一处异常摄取与对应解剖结构精确匹配，并形成包含病灶大小、SUVmax 等定量指标的专业报告。针对上述问题，研究团队提出两阶段 RIDE 框架（图 1）。该方法的核心思想是：将“准确且可核验的内容”与“完整叙述的生成”相解耦。第一阶段由双通道三维编码器分别从 PET 与 CT 学习融合的代谢-解剖表征，快速生成面向 TNM 的结构化印象，以清单形式显式列出原发灶的肺叶定位、形态、摄取分级、SUVmax 与大小分级，以及淋巴结与转移的分期关键证据。第二阶段以该结构化印象作为指导，自去标识化的范例库中按器官分层检索相似报告片段，约束大语言模型仅依据结构化印象与检索证据合成完整报告（图2）。其中，分期关键陈述设为硬约束；对证据不充分之处，则采用留有余地的审慎表述，避免缺乏依据的臆测性描述。为了系统验证泛化能力，研究团队构建了多中心数据集，涵盖三家医院共 1583 名疑似或确诊肺癌患者，每例均包含完整的全身 PET/CT 影像与对应报告。研究结果显示，在包含外部数据的多中心测试集上，RIDE 取得最优的整体报告生成性能，常规语言指标全面领先，BLEU-4 提升约 17%。同时，研究团队提出临床报告能力矩阵，从代谢检出、病灶定位和恶性分类三个维度量化临床准确性。未来，研究团队将开展前瞻性多读者研究，评估真实工作流中的整合、交互与安全性，并探索将该框架推广至其他病种。深圳先进院胡战利研究员、广东省人民医院姜磊主任和哈尔滨工程大学姚晓辉教授为论文共同通讯作者。深圳先进院客座硕士生王航、谢行雨副研究员和广东省人民医院刘恩涛副主任医师为论文共同第一作者。该研究工作得到了医学成像科学与技术系统全国重点实验室、国家自然科学基金（数学天元重点专项）、国家重点研发计划（重大科学仪器设备研发重点专项）等项目的资助。图1：数据集与两阶段RIDE框架。图2：一个具有代表性的PET/CT病例的可追溯性审议式综合分析。

2026-06-30

深圳先进院航天在轨试验成果上新！

6月29日，中国科学院微小卫星创新研究院抓总研制的轻舟试验飞船（白象号）正式发布第二批在轨试验成果，其中包括了中国科学院深圳先进技术研究院数字所王怡珊团队联合深圳理工大学研制的基于自主研发神经电生理芯片的肌电检测设备。该设备可用于航天员肌肉状态实时评估以及人机交互，为我国航天员健康保障和未来空间人机交互技术发展提供了关键技术支撑。随着我国载人航天任务持续推进，航天员长期处于微重力环境下，肌肉负荷显著减少，容易引发肌纤维收缩频率下降和蛋白质分解代谢加速，进而导致肌肉萎缩等健康问题。如何实时、精准地评估航天员肌肉状态，是空间生命科学与航天医学领域的重要课题。当前，国际空间站主要采用肌力测试、超声成像等方式，中国空间站则通过操作力与光学测量对肌萎缩进行评估，但现有方法普遍存在成本高、实时连续性不足、无法直接反映肌肉状态等问题，亟需一种更加直接、便捷、低成本的检测技术。针对上述难题，团队提出基于神经电生理检测的肌电监测方案，通过实时采集和分析肌电信号，实现对肌肉状态的动态评估。团队基于前期自主研发的神经电生理检测芯片，开发出肌电检测设备，并完成航天化适应性改造。团队围绕设备在复杂航天环境中的应用需求，开展了振动测试、热循环测试以及载荷—飞船接口匹配等多项地面实验，验证了芯片及设备的稳定性和可靠性。今年3月30日，基于自主研发芯片的设备搭载白象号轻舟飞船正式发射。随后，团队开展了半个月的在轨试验，通过地面遥控激活，在轨完成模拟数据采集、存储与传输任务。地面接收到的数据经解析后显示一切正常，设备返回的数据与预期收到的数据完全一致，表明自主研发的神经电生理检测芯片及设备在微重力环境下运行稳定可靠，实验取得圆满成功。此次在轨实验成果发布表明，团队自主研发的神经电生理检测芯片技术已达到适应航天工况的水平，实现了国产神经电生理芯片的首次在轨验证，为未来航天员肌肉状态评估、人机交互以及脑机融合应用奠定了重要基础。研究成果不仅有助于推动我国神经电生理检测芯片国产化与产业化发展，也将进一步促进空间生命保障技术升级，并反哺地面医疗健康、人机交互、智能可穿戴等领域的发展。相关研究得到国家自然科学基金广东省联合基金、深圳市医学研究专项资金等项目资助。研究团队研制的神经电生理检测芯片，以及航天适应性改造后的肌电检测设备设备在轨状态

2026-06-30

华南植物园揭示森林演替调控土壤碳激发效应的微生物—矿物耦合机制

土壤有机碳作为陆地生态系统中最大的活跃碳库，其稳定性直接关系到森林的碳汇功能及对气候变化的反馈效应。外源新鲜有机碳的输入，往往会刺激或抑制原有土壤有机碳的分解，这一现象被称为土壤碳激发效应。该效应是决定土壤碳积累或损失的关键机制，然而，关于微生物代谢与矿物保护如何协同调控碳激发效应，目前学术界仍缺乏清晰的认识。中国科学院华南植物园恢复生态学团队以我国南亚热带森林演替序列为研究对象，涵盖了马尾松林（演替早期）、针阔混交林（演替中期）和季风常绿阔叶林（演替后期）。研究团队结合13C同位素示踪培养实验，通过分别添加葡萄糖、草酸及二者的混合物，系统阐明了微生物能量供给、矿物结合态碳释放以及二者耦合作用对土壤有机碳激发效应的差异化影响。研究发现，不同类型的外源碳输入通过独特的途径调控土壤碳的命运：葡萄糖输入主要促进了微生物对外源碳的吸收与利用，显著提高了微生物的碳利用效率以及残体碳的形成，从而有利于新输入碳在土壤中的保留；草酸输入则通过削弱铁铝矿物对有机碳的结合力，释放了原本受矿物保护的土壤碳，提高了其生物可利用性，进而诱导了更强的正向激发效应，导致土壤有机碳的净损失。上述结果表明，土壤碳激发效应并非单纯由微生物活性所驱动，矿物保护对底物可及性的调控同样发挥着关键作用。进一步研究表明，森林演替显著重塑了微生物代谢与矿物保护之间的耦合关系：在演替早期土壤中：微生物受养分限制较强，而矿物保护作用相对较弱，葡萄糖与草酸的混合输入表现为拮抗效应。在演替中期土壤中：微生物的代谢能力有所增强，但矿物保护尚未充分固化，二者共同加速了原有土壤碳的分解，呈现出强烈的协同激发效应。进入演替后期森林后：随着矿物保护能力的显著增强，微生物—矿物的协同作用受到制约，土壤碳激发效应随之减弱。该研究提出，森林土壤有机碳的稳定性取决于微生物代谢需求与矿物保护能力之间的动态平衡。森林演替通过重塑微生物的碳利用策略、矿物结合态碳的稳定性以及二者的耦合关系，驱动了土壤碳由“微生物主导”向“矿物保护主导”的阶段性转变。这一发现为阐明森林演替过程中土壤碳激发效应的差异提供了全新的机制框架，也为预测森林恢复背景下土壤碳库的脆弱性与碳汇潜力提供了重要的科学依据。相关研究成果以“Secondary forest succession shifts soil carbon priming from microbial to mineral control through dynamic microbe–mineral coupling”为题近期发表于国际土壤学顶级期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物学与生物化学》）。中国科学院华南植物园恢复生态学团队博士后吴盼盼为论文第一作者，刘占锋研究员为通讯作者，江西农业大学毛瑢教授参与了部分研究工作。该研究得到了广东省科技计划项目和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.2026.110232图1.森林演替进程中微生物-矿物耦合调控土壤有机碳激发效应的概念框架与实证检验图2.不同碳输入类型下微生物和矿物对土壤有机碳激发效应的调控机制

2026-06-29

华南植物园揭示种内性状变异在森林响应氮沉降中的重要作用

全球范围的化石燃料燃烧和化肥使用导致大气氮沉降持续增加，深刻影响森林生态系统的结构与功能。以往研究大多关注物种层面的性状变化，对于群落水平功能性状如何响应长期氮沉降，以及种内变异和种间变异分别发挥何种作用，仍缺乏深入认识。中国科学院华南植物园恢复生态学团队开展了历时八年的野外氮添加实验，在群落层面系统评估了林下植物生长和防御性状对氮沉降的响应，结果发现：经过八年氮添加处理，高林下层群落（主要由小乔木和大型灌木组成）的功能性状整体保持稳定，未受到显著影响。相比之下，低林下层群落（主要由灌丛和草本植物组成）表现出一定响应。其中，叶片磷浓度和矿物质浓度等生长性状，以及叶片木质素浓度等防御性状发生了变化，表明长期氮沉降对林下群落的影响主要体现在低林下层部分关键功能性状上。进一步分析发现，驱动上述变化的重要机制是种内性状变异。特别是在低林下层，叶片矿物质浓度和木质素浓度等关键功能性状的变化中，种内性状变异的贡献率超过50%，明显高于物种更替的贡献。这表明，面对长期氮沉降带来的环境变化，林下植物更多地通过同一物种内部不同个体之间的性状差异与调整来响应环境变化，而不仅仅依赖于群落中物种组成的改变。研究还发现，林下植物群落生物量生产与少数关键功能性状显著相关。其中，较大的比叶面积和较高的叶片磷浓度（生长性状）有利于提高林下生产力，而较高的叶片木质素浓度（防御性状）则与较低的生物量相关。更值得关注的是，这些关系主要由种内性状变异驱动，说明种内水平的性状变化不仅参与了群落对氮沉降的响应过程，也在调节森林林下生产力方面发挥着重要作用。该项研究表明，在长期氮沉降背景下，常绿阔叶林林下群落整体功能表现出较强稳定性，但种内性状变异能够揭示群落平均性状变化背后的重要生态调节过程。该研究强调了种内性状变异在理解森林生态系统响应全球变化中的重要性，为森林生态系统长期监测和保育管理提供了新的科学视角。相关研究成果以“The role of intraspecific trait variation in understory responses to simulated nitrogen deposition”为题近期发表于Forest Ecology and Management（《森林生态与管理》‌）上。中国科学院华南植物园恢复生态学团队毕业硕士生季凌波为论文第一作者，刘楠研究员和简曙光研究员参与，任海研究员和魏丽萍博士为通讯作者。该项研究得到了广州市科技计划和国家自然科学基金资助。图1.氮添加对低林下层群落整体功能性状的影响。图2.低林下层群落功能性状变化中种内性状变异、种间性状变异及其协变的相对贡献。图3. 低林下层群落生物量与群落加权平均性状值及其种内、种间变异组分相关关系

2026-06-29

华南植物园揭示微生物碳限制调控红树林恢复蓝碳数量与来源组成

红树林土壤碳积累由植物输入、微生物转化和养分供给共同调控，但恢复过程中微生物代谢限制如何影响植物源碳和微生物源碳，仍缺乏直接证据。中国科学院华南植物园可持续生态学研究团队以珠海淇澳岛退化光滩、无瓣海桑恢复林和秋茄恢复林为对象，综合采用胞外酶化学计量矢量分析、木质素酚与氨基糖生物标志物、微生物群落分析及结构方程模型，解析红树林恢复过程中微生物资源限制与土壤有机碳来源变化之间的联系。研究结果表明，退化光滩土壤微生物同时受到碳和磷限制；红树林恢复后，微生物碳限制显著缓解，在两类恢复林中基本消除，但磷限制仍然持续存在。进一步分析显示，土壤有效养分和有机碳质量对微生物碳限制的调控作用强于微生物生活史策略，其中土壤有机碳、全氮以及活性碳与难分解碳的比例是关键影响因子。恢复同时提高了植物源木质素酚和微生物源氨基糖的绝对含量，说明植物源与微生物源有机碳均得到积累；然而，以土壤有机碳含量标准化后，植物源碳的相对贡献升高，而微生物残体碳的相对贡献降低。该结果说明，红树林恢复不仅改变“储存多少碳”，也改变“储存什么来源的碳”。研究并未直接测定长期稳定性，但揭示了微生物碳限制可能是连接生态恢复、碳积累和蓝碳来源组成的重要调控环节。研究发现，红树林恢复不仅显著增加土壤有机碳，还会通过缓解土壤微生物碳限制，改变蓝碳的来源组成及其潜在生化质量。该研究提出，可将微生物碳限制、磷有效性以及植物源和微生物源碳标志物纳入红树林恢复监测体系，从而更准确地评估恢复工程的碳汇成效并优化蓝碳管理策略。相关研究成果已近期在线发表于国际学术期刊Catena（《链》）上。中国科学院华南植物园黄幸运博士后为论文第一作者，王法明研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、香港研究资助局战略主题项目和中欧“蓝色生态系统碳汇”合作项目等资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2026.110296图1. 红树林恢复显著缓解土壤微生物碳限制，但磷限制在退化光滩和两类恢复林中均持续存在。图2. 红树林恢复提高木质素酚和氨基糖的绝对含量；标准化结果显示，植物源碳相对贡献升高，而微生物残体碳相对贡献降低。

2026-06-28