科研进展--中国科学院广州分院

深圳先进院 | 主动导航微型可调刚度机器人赋能介入手术实现小腔道精准取样与靶向转运（Nature Communications）

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徐海峰研究员团队在磁控微米机器人导管领域取得重要进展。研究团队研发出一种基于磁性螺旋形机器人的微机器人系统（Helixoft），该系统可无缝集成至商用微导管中，首次在微米尺度实现了远程且无损的磁控可编程刚度调节，并兼具主动转向能力。在支气管、脑血管、输卵管等狭窄而曲折的自然腔道中开展微创介入手术，始终是临床实践中的重大挑战。理想的介入器械需要在不同操作阶段实现可控的力学响应：一方面，具备足够的柔顺性，以安全穿行于分叉和弯曲的腔道结构；另一方面，在相对笔直的通道或抵达目标区域时保持必要的刚度，以避免导管打卷并确保稳定操作。然而，现有微导管的力学性能大多在制造阶段便已固化，缺乏一种微型化、非破坏性且易于系统集成的动态刚度调节手段，难以适应介入路径中不断变化的机械环境。这一局限不仅增加了手术操作难度，也在一定程度上制约了微创介入技术在复杂腔道中的进一步应用。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徐海峰研究员团队在磁控微米机器人导管领域取得重要进展。研究团队研发出一种基于磁性螺旋形机器人的微机器人系统（Helixoft），该系统可无缝集成至商用微导管中，首次在微米尺度实现了远程且无损的磁控可编程刚度调节，并兼具主动转向能力。该研究成果在Nature Communications上发表，论文题目为"Magnetically controlled microrobotic system for programmable stiffness tuning and active steering of microcatheters"。为应对磁驱变刚导管在尺寸、安全性和远场操控方面的限制，Helixoft系统通过将刚性磁性螺旋结构与柔性微管相结合，实现了磁响应能力与机械顺应性的协同设计。基于“材料磁化—器件结构—磁场模式”三位一体的设计框架，研究团队构建了一种将磁驱螺旋运动与磁致弯曲相结合的解耦控制策略，在单一外部磁场作用下即可实现微导管刚度调节与主动转向的独立远程控制。该系统专为狭窄敏感的小腔道环境而设计，可集成至直径小至300微米的商用微导管中，实现跨越40倍范围的连续刚度调节。通过建立描述其力学行为的理论模型，实现对Helixoft微导管运动姿态的精确预测。此外，Helixoft微导管具备良好的功能扩展性，不仅支持多节段分布式、相互独立的刚度调节，还可集成微型摄像探头、电极或激光光纤等模块，为实时成像、组织消融和多模态微创介入操作提供支持。在多例活体动物支气管模型中，研究团队在Helixoft系统中集成了微型成像器件，并结合临床影像设备与自主搭建的导管推进机构，开展了基于双模态影像引导的磁控导航与靶向药物转运实验。通过血液炎症反应检测和组织学分析等系统性评估，验证了该系统在体内应用中的可行性与安全性。同时，还完成了输卵管离体器官模型中精准取样演示。 Helixoft微机器人系统为微创介入器械提供了一种全新的“机器人赋能”技术范式。通过在单一外部磁场作用下实现器械力学性能与运动形态的实时重构，该系统有望突破传统介入工具在复杂腔道环境中的操控瓶颈。其良好的可扩展性和系统兼容性，也为与成像、治疗及感知模块的深度融合奠定了基础。随着技术的进一步完善，Helixoft微机器人系统有望在精准取样、靶向递送及智能介入等应用场景中发挥重要作用，为下一代智能化、低损伤的微创介入手术提供新的技术支撑。课题组刘源副研究员、博士研究生黄静和研究助理赵旭辉为共同第一作者，徐海峰研究员为本文独立通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金等项目的支持。图1 具备磁驱远程变刚和主动导航能力的Helixoft介入机器人导管

2025-12-30

广州健康院合作在呼吸道高致病性腺病毒疫苗研发方面取得新进展

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院联合广州医科大学/呼吸疾病全国重点实验室、广州国家实验室等在国际知名期刊《Molecular Therapy》上发表题为“A replication-incompetent adenovirus type 55 vaccine induces broad and durable protective immunity against pathogenic adenoviruses” 的研究论文（https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2025.12.027），报道了研发的一款复制缺陷型HAdV-55候选疫苗，可诱导针对呼吸道高致病性HAdV-55，HAdV-11和HAdV-14的长效保护性免疫应答。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院联合广州医科大学/呼吸疾病全国重点实验室、广州国家实验室等在国际知名期刊《Molecular Therapy》上发表题为“A replication-incompetent adenovirus type 55 vaccine induces broad and durable protective immunity against pathogenic adenoviruses” 的研究论文（https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2025.12.027），报道了研发的一款复制缺陷型HAdV-55候选疫苗，可诱导针对呼吸道高致病性HAdV-55，HAdV-11和HAdV-14的长效保护性免疫应答。人腺病毒（Human adenovirus，HAdV）是一种无包膜的双链DNA病毒，至今已发现超过100多个型别，其中HAdV-3、4、7、11、14、55等型别为呼吸道高致病性病原体，在儿童、青少年及免疫力低下人群容易爆发流行，可导致重症肺炎甚至死亡病例发生，当前尚无特效药物及预防疫苗，因此，亟需研发针对高致病性腺病毒的疫苗。疫苗是预防呼吸道病原体感染的有效手段，新冠、流感、RSV等已有上市疫苗，但对于高致病性腺病毒却一直缺乏安全有效的疫苗。研究团队利用基因工程技术，删除了病毒复制所需的E1基因以及E3基因并改造了E4基因，获得复制缺陷型HAdV-55候选疫苗，该疫苗株不能在人及动物细胞中复制，仅可在HEK393细胞中复制及生产，产量高且保证了疫苗的安全性。在小鼠及猕猴，接种该疫苗可诱导抗HAdV-55、11和14的长效且高水平的中和抗体和细胞免疫应答。利用团队此前建立的hDSG2受体人源化小鼠感染模型（Y Feng,et al. Journal of Virology，2020），证实该疫苗可有效保护小鼠免受HAdV-55、11和14的攻毒感染。重要的是，将猕猴接种疫苗16个月后采集的血清过继转移给小鼠，仍能提供高效保护，显示该候选疫苗可诱导较持久的体液免疫。同时，团队利用早期建立的HAdV-55中和抗体表位鉴定系统（Y Feng,et al. Virology，2018），阐释了该候选疫苗诱导产生的中和抗体识别抗原靶标的特点，为研发疫苗及中和抗体药物提供依据。广州医科大学/呼吸疾病全国重点实验室陈凌教授，中国科学院广州生物医药与健康研究院冯立强研究员、李平超博士为本论文的共同通讯作者，广州实验室冯颖博士为本论文第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、呼吸疾病全国重点实验室等的资助。论文链接复制缺陷型HAdV-55疫苗研究概要

2025-12-29

深圳先进院 | 科研团队找到神经血管损伤“幕后推手”（European Heart Journal）

缺血性脑卒中（俗称“脑梗”）是全球导致死亡和致残的主要疾病之一。尽管近年来血管内取栓、静脉溶栓等再灌注治疗手段显著改善了患者神经功能和临床预后，但由于血脑屏障渗漏及神经血管损伤等并发症的限制，仍有近半数患者接受再灌注治疗后面临神经功能障碍甚至继发出血等风险，成为缺血性脑卒中治疗中最棘手的临床难题之一。缺血性脑卒中（俗称“脑梗”）是全球导致死亡和致残的主要疾病之一。尽管近年来血管内取栓、静脉溶栓等再灌注治疗手段显著改善了患者神经功能和临床预后，但由于血脑屏障渗漏及神经血管损伤等并发症的限制，仍有近半数患者接受再灌注治疗后面临神经功能障碍甚至继发出血等风险，成为缺血性脑卒中治疗中最棘手的临床难题之一。12月26日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）医药所马寅仲副研究员，联合吉林大学第一医院畅君雷教授、南方医科大学附属东莞医院（东莞市人民医院）石铸主任医师及南方医科大学南方医院黄凯滨副主任医师等团队，在心脑血管领域国际权威期刊《欧洲心脏杂志》（European Heart Journal,IF = 35.6,心脑血管系统领域排名3/230）发表最新研究成果。合作团队历时五年，从基础研究到临床样本验证，揭示了一种在缺血状态下由神经元大量分泌的蛋白质——Dickkopf-related protein 2（DKK2）在缺血性脑卒中发生后，加剧神经血管损伤的关键作用，该研究为脑卒中治疗提供了新的药物治疗靶点。审稿人对该研究成果评价道：“该研究为脑卒中领域提供了神经与血管互作的新机制证据，并展示出清晰的临床转化潜力。”在缺血性脑卒中的研究中，神经元死亡与保护大脑的“城墙”——血脑屏障破坏，一直被认为是导致脑组织损伤的关键环节。虽然临床已可通过取栓、溶栓等方式实现血管再通，但许多患者在治疗后仍出现神经功能恢复不良。研究发现，部分神经元在大脑缺血的环境中并未立刻死亡，反而释放多种信号分子。这些信号如何作用于神经血管单元，是否反过来加剧了“城墙”的崩塌与神经元自身的损伤以至死亡，成为缺血性脑卒中机制研究的重要未解之谜。在该研究中，科研团队经过长期大量的探索，找到了缺血性脑卒中后推动大脑神经血管损伤扩大的“幕后推手”。他们发现，脑缺血后，部分受损区域的神经元会大量分泌一种名为DKK2的蛋白质，DKK2会抑制一条对神经细胞存活和血管稳定至关重要的信号通路—— Wnt/β-catenin 信号通路，最终导致神经元损伤加剧，并破坏大脑的血脑屏障，后者损坏后诱发神经炎症，进一步促进神经细胞死亡。研究团队证实了调控DKK2水平对脑损伤具有决定性影响，即上调 DKK2会显著扩大脑梗死体积；相反，通过基因敲除或中和抗体抑制DKK2，可明显减轻脑损伤并恢复血脑屏障完整性。此外，他们还发现DKK2的基因的转录受核受体RXRα调控。为了进一步鉴定DKK2的临床意义，研究团队分析了接受机械取栓治疗的缺血性脑卒中患者的血样后发现，患者血清中DKK2水平越高，其脑梗死体积越大，取栓90天后的神经功能恢复也越差。这一发现提示，DKK2很可能是推动缺血性脑卒中后脑损伤扩大的“幕后推手”，因而有望成为未来缺血性脑卒中药物治疗的新靶点。研究过程中最大挑战便是确定DKK2的来源。由于它既可能来自外周组织，也可能由神经组织细胞分泌。为此团队综合运用病毒示踪、免疫共定位、多色荧光原位杂交、外周组织样本对照等多种技术手段，最终确认在部分缺血脑区，DKK2主要由神经元特异性表达并释放。此外，如何在不同实验系统中保持可重复性及与临床样本的相关性，也是该研究的重要难点。研究人员通过建立多批次动物模型，并与配对血清样本进行验证，确保了实验结果在生物学意义与统计学层面的一致性。“该研究历时五年，是基础研究与临床研究协同攻关的重要实践。合作团队不仅发现了DKK2 在脑卒中后神经血管损伤放大的核心作用，更在机制层面阐述了‘脑卒中后部分被激活的神经元释放DKK2蛋白，抑制了神经元和血管存活的相关通路，最终导致血脑屏障和神经元受损加剧’的完整闭环机制。深圳先进院医药所副研究员、论文通讯作者马寅仲表示，该研究不仅深化了我们对脑卒中后神经血管单元损伤的理解，也为开发DKK2中和抗体等新型干预策略提供了理论依据。未来，研究团队将围绕DKK2的神经调控机制，探索如何在大脑内精准中和其活性的策略，寻找最佳干预时机，以期最大程度促进患者的神经与运动功能恢复。南方医科大学附属东莞医院石铸、李金蕊、深圳先进院医药所冯梓莹、方程为论文共同第一作者；马寅仲、畅君雷、石铸、黄凯滨为论文共同通讯作者。该研究由深圳先进院牵头完成，承担研究的总体设计与主要的基础实验工作；南方医科大学附属东莞医院和南方医科大学南方医院则负责临床样本的收集与分析，为研究提供了关键的人体数据支持。此外，吉林大学第一医院的杨弋教授和郭珍妮教授、深圳先进院脑认知与脑疾病研究所的王枫研究员和刘晶晶博士为本研究做出了重要贡献。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及广东省、深圳市科技项目的支持。缺血性脑卒中后，神经元分泌的 DKK2 加剧神经血管损伤的机制示意图。研究团队供图原文链接： https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehaf959

2025-12-29

华南植物园发现叶片碳经济性状是连接植物耐旱和耐热性的关键

近年来，全球干旱与高温的复合胁迫正对植物构成日益严重的威胁。其中，干旱会直接破坏植物的水分运输系统，进而间接抑制碳同化过程；而高温会损害光合作用机构并直接灼叶片。这些生理损伤最终会导致植物生长停滞、生产力下降、甚至死亡。然而，目前仍缺乏对自然生境下植物如何协调其碳经济策略和旱热耐受性以应对多重胁迫的深入了解。中国科学院华南植物园恢复生态学研究团队测量了来自两个水热条件截然不同的生境（落叶种占优势的干热生境和常绿种占优势的湿暖生境）的58种优势木本植物9个叶片耐旱、耐热和经济性状（图1）。研究发现，耐热性与耐旱性之间直接的相关性较弱，而叶片经济性状则主要分别通过单位质量最大光合速率和比叶重与耐热性和耐旱性密切连接，其中在常绿种内，经济性状与耐旱性的连接路径更多而紧密；而在落叶种内，经济性状与耐热性的连接路径更多（图2）。进一步对系统发育线性回归模型进行层次分析发现，耐热性主要受叶习性的影响，而耐旱性和经济性状同时受到叶习性和生境气候的影响（图3）。因此，叶片经济学是连接耐旱性与耐热性的核心，而叶习性则是其中重要的影响因子。该研究强调了叶片碳经济性状是连接植物耐旱性和耐热性的中央枢纽，植物可以选择“快速周转、灵活避险”（落叶）或“长期持有、加固防御”（常绿）的策略在高温和干旱中存活。这加深了我们对植物生长-抗逆权衡的理解，并为叶片经济性状预测植物耐旱性和耐热性提供了关键证据，对评价和筛选物种耐旱耐热性以应对未来气候变化具有重要意义。相关研究成果以“Leaf economic traits link drought and heat tolerance of woody species in two contrasting hydrothermal habitats” 为题，发表在植物学经典期刊New Phytologist上。中国科学院华南植物园博士生王杨思鼎为第一作者，刘慧研究员为通讯作者。本研究获国家自然科学基金、广东省自然科学基金、广州市科技局和中国科学院青年创新促进会优秀会员等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/nph.70841图1. 不同叶习性和水热生境中叶片经济、耐旱和耐热性状的趋势图假设：采用“慢速”策略的常绿物种具有更高水平的耐旱性和耐热性，而采用“快速”策略的落叶物种由于其更强的避旱避热能力，则不需要较高的旱热耐受性。因此，随着干热生境中落叶物种比例的提高，其平均旱热耐受性反而可能比湿暖生境中的植物更小。图2.叶片耐旱、耐热和经济性状的相关图(a)所有物种、(b)湿暖生境物种、(c)干热生境物种、(d)常绿物种和(e)落叶物种。叶片耐旱(蓝色)、耐热(红色)和经济性状(灰色)之间的正相关(红色线)和负相关(黑色线)由线条表示，线条宽度代表相关性强度。缩写：膨压丧失点时的叶片水势(πtlp)、叶片长期水分利用效率(δ13C)、光系统II量子传递效率开始下降的温度(Tcrit)、光系统II量子传递效率下降50% 时的温度(T50)、Tcrit和T50之间的温度范围(ΔT)、比叶重(LMA)、单位质量叶片氮含量(Nmass)、单位质量叶片磷含量(Pmass)、单位叶片质量的最大光合速率(Amass)。图3. 气候、叶习性和系统发育对叶片耐旱、耐旱和经济性状的影响(a)叶片膨压丧失点(πtlp)、(b)叶片长期水分利用效率(δ13C)、(c)光系统II量子传递效率开始下降的温度(Tcrit)、(d)光系统II量子传递效率下降50%时的温度(T50)、(e)Tcrit和T50之间的温度范围(ΔT)、(f)比叶重(LMA)、(g) 单位质量叶片氮含量(Nmass)、(h)单位质量叶片磷含量(Pmass)、(i)单位质量叶片最大光合速率(Amass)。

2025-12-24

华南植物园揭示红树林微塑料的源-汇动态及其驱动机制

中国科学院华南植物园全球变化生态学研究团队近期在Journal of Hazardous Materials上发表最新研究成果，提供了红树林生态系统微塑料（Microplastics，MPs）源-汇动态的新视角。结合野外样地观测和室内再悬浮模拟试验，研究发现红树植物组织可通过物理拦截作用促进MPs沉积，但是极端天气（台风）引发的剧烈水力扰动会导致沉积物MPs再悬浮（临界切应力约为0.024 N/m2），致使红树林转变为“二次”污染源。本研究为红树林中微塑料的“源-汇”动态提供了量化证据，有望加深对潮间带生态系统中微塑料环境行为的全面理解。1. 研究背景引出的科学问题环境中的MPs（直径小于5 mm）主要来源于高分子聚合物塑料产品的破碎和分解，因威胁人体健康和生态系统安全而成为全球共同关注的一种新污染物。由于工农业和生活所需，塑料产品的产量从1950年的200万吨激增至2019年的4.6亿吨。然而，对于废弃塑料产品回收处置的不足，使得大量塑料（包括MPs）进入河流并最终汇入海洋。由于河口海岸带有效阻滞了微塑料的迁移过程，导致输入河流和从河流入海之间的微塑料通量并不守恒。在潮间带，红树林生态系统因其高生物量的特点，能有效降低潮流流速，利于MPs沉降，是微塑料重要的“汇”；但极端气象事件（如台风和风暴潮等）引发的强烈水力扰动，可能导致沉积物MPs再悬浮进入水体，使红树林转变为“源”。现有研究多关注红树林沉积物MPs的水平分布特征，对垂向分布特征、红树植物截留效率、MPs再悬浮的水动力临界条件及选择性特征等关键信息仍缺乏充分理解，MPs“源-汇”转换机制尚不明确。在此背景下，本研究旨在探究以下科学问题：（1）红树植物对漂浮MPs起到何种截留作用？不同植物类型是否有差异？（2）红树林沉积物MPs发生再悬浮需要何种临界条件？不同特征（形状、尺寸和密度）的MPs是否有选择性？2. 再悬浮试验装置本研究的再悬浮模拟试验依托于改进的EROMES侵蚀系统：由内径15 cm的侵蚀管、扰流板和搅拌器组成。在距沉积物-水界面上7.5 cm处设旋转螺旋桨，利用内设扰流板减小旋流，使沉积物受到均匀的切应力而再悬浮。根据浊度突变点得到石英砂再悬浮的阈值转速，结合经验公式计算其临界切应力，校正水底切应力对转速的响应关系。本研究使用EROMES系统，定量解析了沉积物微塑料再悬浮的临界切应力，是该装置在微塑料动力学研究的首次尝试。3. 主要研究成果（1）MPs分布特征：沉积物MPs丰度从光滩（No vegetation，NV）至红树林显著递增，其中老鼠簕（Acanthus ilicifolius，AI）样带富集指数（5.24 ± 2.55）最高；地表水中MPs丰度同样呈现陆向递增趋势，并且在台风“摩羯”影响的极端水动力条件下观测到更高的MPs丰度（升高1.84~2.82倍）。（2）MPs组成特征：沉积物和地表水中的MPs形状均以纤维为主，其次是薄膜和碎片，泡沫最少；透明MPs出现的频率高于其他颜色；500~1000 μm尺寸的MPs占比最高；聚合物类型主要以低密度的PE、PP和PE-PP成分为主，而在极端水动力条件下观测到更高的PMMA材质MPs（占比升高5倍）；此外，红树林样带MPs多样性指数高于无植被光滩。（3）红树植物对MPs的截留作用：在一般水动力条件下，老鼠簕对漂浮MPs的截留率达到40 ± 8%，而无瓣海桑（Sonneratia apetala，SA）未能有效截留MPs（−56 ± 44%）；在极端水动力条件下，老鼠簕和无瓣海桑对MPs均无截留作用（SA：−179 ± 147%；AI：−44 ± 14%），证明红树林沉积物成为水体漂浮MPs的重要来源。（4）MPs的再悬浮动态：相较于光滩（水底临界切应力：0.021 N/m2），红树林沉积物抵抗MPs再悬浮的能力更强（AI：0.024 N/m²；SA：0.023 N/m²）；此外，MPs再悬浮亦受其理化性质的影响，中尺寸、纤维状和低密度是MPs再悬浮高度敏感的性状。4. 研究结论根据野外观测和室内试验收集的证据链，本研究得到以下核心结论：红树林通过植物拦截和辐射屏蔽效应，成为MPs的长期“汇”，显著富集MPs并改变其组成特征（颜色）；但台风引发的极端水力条件会驱动沉积物MPs再悬浮，使红树林转变为不可忽视的“二次”污染源。研究结果为潮间带生态系统中MPs的环境行为提供了量化证据，明确了纤维状MPs作为再悬浮响应指标的潜力，为极端水文条件下MPs污染风险评估提供了科学依据。相关成果以“New insights into sink-source dynamics of mangrove for microplastics: Quantitative evidences from field observation and resuspension simulation”为题发表在中科院一区TOP期刊Journal of Hazardous Materials（《危险材料杂志》）（IF = 12.4）。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。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.jhazmat.2025.140590

2025-12-24

华南植物园发现桃金娘果实糖分积累与成熟的关键调控机制

桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa (Ait.) Hask)是桃金娘科(Myrtaceae)桃金娘属的常绿灌木，也是我国华南地区的特色经济作物。桃金娘浑身是宝，果实、枝叶、根茎都具有很高的药用价值。其成熟浆果富含花青素，呈紫红或酱红色，酸甜适口。既可用于鲜食和泡酒，也适合开发成果汁、果脯、果酱等等功能性食品或添加剂。桃金娘果实皮薄肉软，在成熟后极易腐烂，常温下不耐储存。虽然冷冻处理可以增加其储藏期，但会进一步提高产品成本从而减少经济价值。因此，改善果实品质和延长成熟果实的储藏时间对桃金娘品质改良方面具有极大的应用价值。SWEET是一类糖转运蛋白，调控植物体内糖分的韧皮部装载、长距离运输、源-库分配等过程。基于基因组和转录组数据，研究人员鉴定了桃金娘SWEET基因（RtSWEET）家族，并从中发现了RtSWEET6是一个在桃金娘青果期高表达的己糖转运蛋白。异源表达RtSWEET6后，番茄的开花时间提前、成熟过程放缓、葡萄糖和蔗糖的积累增强。在桃金娘浆果中，RtSWEET6也会促进果实糖分积累并通过改变成熟相关基因的表达以抑制果实成熟。本研究证明RtSWEET6调控碳水化合物的源-库分配和果实成熟，揭示了碳水化合物代谢与果实发育之间的新联系。RtSWEET6的双重功能也有助于桃金娘品质改良中的“高糖”和“耐储”两个目标实现精准突破。相关研究成果以“RtSWEET6 drives the carbohydrate source-sink allocation and prevents berry ripening in Rhodomyrtus tomentosa”为题于近日发表在国际学术期刊Industrial Crops and Products（《经济作物与产品》）（IF5年=6.2）。我园博士后杨恒为该论文的第一作者，邓书林研究员为通讯作者。该团队长期致力于资源经济植物（甘薯、桃金娘、万寿菊等）的优良性状关键基因的挖掘和品质改良等方面的研究。该研究得到国家自然科学基金和广东省科技计划项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2025.122506图. 桃金娘RtSWEET6调控糖分积累与果实成熟

2025-12-24

华南植物园发现森林演替过程中土壤微生物固碳能力降低

森林生态系统是陆地碳汇的重要组成部分，其土壤碳积累过程在缓解气候变化中具有关键作用。除了分解有机质分解外，土壤微生物还能通过固定大气二氧化碳直接参与土壤碳输入，但对森林演替中该过程的演变规律仍缺乏系统性认识。探究微生物固碳功能如何随森林演替变化，对准确评估森林碳汇潜力具有重要意义。中国科学院华南植物园鼎湖山站科研人员在广东鼎湖山选取处于不同演替阶段的森林类型，系统分析了土壤微生物群落结构、碳固定功能基因及其实际固碳速率。研究结合宏基因组学和13CO2稳定同位素标记技术，并利用全球755个森林土壤宏基因组数据对结果进行了验证。研究发现，随着森林演替推进，土壤微生物群落结构与植被类型协同演替，其互作网络趋于复杂和稳定。然而，与群落结构变化不同，微生物固碳功能在演替后期显著下降，参与关键碳固定途径的功能基因丰度降低，13CO2标记实验证实土壤微生物的实际碳固定速率在成熟森林中显著降低。这表明，在土壤有机碳较为丰富的晚期演替森林中，微生物的碳获取策略可能由主动固定大气 CO2转向分解利用现有土壤有机质，揭示了森林土壤碳积累过程中微生物功能的动态转变。该研究为完善全球碳循环模型和评估森林碳汇功能提供了重要的微生物学依据。相关研究成果以Multi-scale evidence for declining microbial carbon fixation along forest succession gradients为题发表于The ISME Journal（IF5-year :12.5）。中国科学院华南植物园周曙仡聃副研究员为论文第一作者，刘菊秀研究员、中国科学院城市环境研究所朱冬研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划、广东省科技计划项目及西班牙政府等项目的联合资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf191图1. 全球森林土壤微生物固碳地理格局与宏基因组学解析图2. 13CO2标记培养解析森林演替中土壤微生物固碳机制

2025-12-24

亚热带所 | 岩性差异主导了中国西南喀斯特区森林群落间物种组成差异的纬度格局

物种多样性的空间分布格局及其驱动机制是生态学和生物地理学的核心议题。除物种数量外，不同群落之间“由哪些物种组成、彼此有多不同”，即群落间物种组成差异，被认为是理解植物多样性维持机制的重要切入点。传统观点认为，纬度主要通过调控温度和降水等气候因子影响生境条件，从而塑造群落间物种组成差异的空间格局。然而，越来越多的研究表明，地质背景通过影响土壤环境，也可能在大尺度上发挥重要作用，但其具体影响机制仍有待系统揭示。物种多样性的空间分布格局及其驱动机制是生态学和生物地理学的核心议题。除物种数量外，不同群落之间“由哪些物种组成、彼此有多不同”，即群落间物种组成差异，被认为是理解植物多样性维持机制的重要切入点。传统观点认为，纬度主要通过调控温度和降水等气候因子影响生境条件，从而塑造群落间物种组成差异的空间格局。然而，越来越多的研究表明，地质背景通过影响土壤环境，也可能在大尺度上发挥重要作用，但其具体影响机制仍有待系统揭示。围绕中国西南地区一条跨越约10°纬度的亚热带森林样带，研究团队此前已开展了一系列相关研究。结果发现，喀斯特与非喀斯特森林在物种α多样性的纬度格局上存在显著分异，喀斯特森林中物种丰富度对纬度变化的响应明显不同于非喀斯特森林 (Huang et al. 2025)。样带上开展的土壤环境研究表明，两类森林在等效土壤厚度上存在系统性差异，喀斯特森林普遍表现出土壤更浅薄、空间异质性更强的特征 (Luo et al. 2024)。此外，在喀斯特坡地尺度上，表层岩溶水在石生生境植物的生长和维持中发挥着关键作用 (Liu et al. 2024)。这些跨尺度研究共同提示，除气候因素外，岩性通过重塑土壤环境，可能深刻影响区域植物多样性格局。在此基础上，本研究聚焦于群落间物种组成差异，在上述样带的六个纬度样点共设置60个样地，对喀斯特和非喀斯特森林群落进行了系统的野外调查。研究采用β多样性指标，量化分析了群落间物种组成差异及其不同组成部分，包括总β多样性（βtotal）、反映物种替换过程的周转组分（βturnover）以及反映物种损失过程的嵌套组分（βnestedness），并分别从喀斯特森林、非喀斯特森林以及不区分岩性的整条样带三个层面展开对比。研究表明，喀斯特与非喀斯特森林在物种组成上存在显著差异。当将两类森林同时纳入分析时，整条样带的βtotal和βturnover显著高于任何单一岩性森林，而βnestedness则显著降低，表明岩性差异显著增强了群落间的物种组成异质性。研究还表明，西南喀斯特地区β多样性的纬度格局并非由单一过程驱动，而是喀斯特与非喀斯特两个森林子系统动态叠加的结果。整条样带的βtotal和βturnover随纬度升高而显著下降，这一趋势主要由喀斯特森林所主导，并与岩溶作用密切相关的土壤理化性质异质性变化密切相关。相比之下，βnestedness随纬度升高显著增加，则主要反映了非喀斯特森林中由气候因子增强所引起的环境筛选作用，表明不同岩性森林对纬度变化的响应机制存在明显差异。总的来说，这项工作从地质-土壤-植物耦合视角揭示了地质背景在塑造大尺度植物多样性空间格局中的关键作用，不仅拓展了对β多样性维持机制的理解，也为区域植物多样性保护提供了新思路。在中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站陈洪松研究员指导下，博士研究生黄丽为第一作者，近期该研究以Lithology-driven soil properties influence latitudinal variations of species composition in Southwestern China为题，在线发表在国际生态学经典期刊Catena上。本研究论文链接：1相关研究论文链接：1 2 3β多样性在喀斯特、非喀斯特森林和整条样带三个组别中的纬度格局气候因子、基岩形成的土壤理化性质和群落结构对β多样性变异的影响

2025-12-24

亚热带所 | 湿地系统污染物磷迁移转化调控机制取得新进展

中国科学院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态系统观测研究站谢永宏研究员团队在湿地系统污染物磷迁移转化调控机制方面取得新进展。相关成果以Plant life forms shape phosphorus dynamics and rhizosphere microbial communities under gradient nutrient loadings为题发表于Ecological Indicators，谢永宏研究员为论文通讯作者，马晓雯助理研究员为第一作者。中国科学院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态系统观测研究站谢永宏研究员团队在湿地系统污染物磷迁移转化调控机制方面取得新进展。相关成果以Plant life forms shape phosphorus dynamics and rhizosphere microbial communities under gradient nutrient loadings为题发表于Ecological Indicators，谢永宏研究员为论文通讯作者，马晓雯助理研究员为第一作者。在面临全国养殖尾水污染形势日趋严峻的局面下，探究适宜的尾水净化方法和控制好养殖尾水排放，提高水体循环使用力度，是推进水产养殖业健康发展和湖泊水环境治理的重要途径。水生植物是人工湿地的重要组成部分，可对上游输送来的生活污水和养殖废水等发挥着重要的水质净化和污染截流的作用，是大湖水质安全的天然屏障。该研究构建了三种不同生活型（沉水型、浮叶根生型、挺水型）的水生植物群落，并输入3种负荷率（高、中、低）的养殖尾水，探究梯度养分负荷下水生植被类型对污染物磷迁移转化的调控机制。研究发现，沉水型苦草对初始磷吸收和沉积物抑磷有效，但随着时间的推移稳定性较差；浮叶根生型荇菜对沉积物-水界面磷交换的直接影响较小；挺水型香蒲调节沉积物-水界面磷通量具有长期的稳定性。苦草微生物网络结构相对简单，稳定性有限；香蒲表现出更为复杂且稳健的微生物网络结构；微生物多样性、关键类群与植物-水-沉积物系统中磷特征紧密相关。苦草-水-沉积物系统中，上覆水磷浓度受到植物组织磷含量和孔隙水磷浓度的显著负向调控；荇菜系统中磷迁移通量的维持依赖于特定微生物群落的参与；香蒲系统表现出两条不同的“植物-微生物-磷”调控路径。该研究指出了整合植物功能性状、物候和微生物反馈来解释湿地磷循环的重要性，为优化以植物为基础的富营养化控制和生态恢复策略提供了机制见解。论文链接三种生活型水生植物对磷迁移转化的调控机制

2025-12-24

再生水相变潜热技术落地雄安冰源热泵机组成功并网供暖

12月16日，雄安新区容东再生水厂冰源热泵机组正式向容东片区并网供暖，该进展是冰源热泵清洁供暖关键技术研究与中试项目的关键节点。12月16日，雄安新区容东再生水厂冰源热泵机组正式向容东片区并网供暖，该进展是冰源热泵清洁供暖关键技术研究与中试项目的关键节点。该项目是广州能源所地热能与节能技术研究中心承接的中国雄安集团智慧能源公司、中国雄安集团水务公司合作研发的年度重点课题。项目组针对雄安新区再生水资源及寒冷的气候特点，先后攻克过冷稳定取热、可控相变连续排冰、自适应智能控制等系列关键技术，成功研发新型冰源热泵整套装备技术和清洁供暖设计工艺包。项目组研制的冰源热泵机组，单机制热功率>800kW，冰源工况下热泵主机能效比>3.2，供热能力超2.5万平方米。该项目作为国内首例具有集中供热意义的再生水可控相变潜热技术开发示范工程，将水的相变潜热纳入可再生热能利用范围，为雄安新区及北方地区集中供暖提供了新的创新解决方案，标志着我国在寒冷地区清洁供暖技术领域的重要突破。冰源热泵的应用创新及项目概况

2025-12-23