科研进展--中国科学院广州分院

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在喀斯特山坡关键带多界面产流机制及浅表层水资源高效利用新途径方面取得进展，相关研究成果近期以Harnessing subsurface flow at the soil‐bedrock interface as a hidden water resource for rainwater harvesting: Insights from long‐term hydrological monitoring on a humid karst hillslope为题发表在美国地球物理学会（AGU）旗舰期刊Water Resources Research，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇研究员为第一作者。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在喀斯特山坡关键带多界面产流机制及浅表层水资源高效利用新途径方面取得进展，相关研究成果近期以Harnessing subsurface flow at the soil‐bedrock interface as a hidden water resource for rainwater harvesting: Insights from long‐term hydrological monitoring on a humid karst hillslope为题发表在美国地球物理学会（AGU）旗舰期刊Water Resources Research，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇研究员为第一作者。西南喀斯特区虽降水丰沛，但土层浅薄、岩石渗漏性强，地表存不住水，地下水深埋。在广大尚未实现集中供水的偏远喀斯特山区，工程性缺水与岩溶干旱问题突出，集蓄雨洪径流仍然是该区不可替代的干旱缓解策略。喀斯特山区地下岩溶空间形成的复杂网络状裂隙、管道、地下河系统替代了地表沟道系统，导致其地表沟道系统不发育，无法准确判别径流路径，采用传统土山区的小型蓄排灌工程，很难达到雨洪径流的高效调蓄与利用。因此，从地球关键带及山坡水文学的视角，系统揭示降雨过程中喀斯特山坡主要水文路径及其产流机制，是研发适用于该区特殊地质背景的水资源高效利用模式、创建高精度水文预测模型的前提。研究依托环江站喀斯特关键带地上-地下水土过程联动观测平台，基于长期水文水化学监测与岩土结构精细刻画，系统揭示了喀斯特山区浅表层关键带主要水文路径与径流触发机制，证实了浅表层岩土界面壤中流是喀斯特山坡次降雨径流的重要组成部分，其能作为一种方便利用的新水源，有望解决传统依靠地表集水面的雨洪径流集蓄方法在该区适用性差的问题。研究结果表明：喀斯特山坡岩土界面壤中流流量显著高于地表径流，雨季尤为明显；若将岩土界面壤中流归并到雨洪径流集蓄系统，雨水收集效率从2.2%提高到13.1%；控制岩土界面壤中流发生概率的关键结构因素包括土壤厚度和基岩风化程度，浅土层（<50 cm）和弱风化基岩分布区是发生岩土界面壤中流的热点区域；次降雨量、前期降雨量及岩土系统水分亏缺量是影响岩土界面壤中流量的主要气象因子。本研究基于野外台站大平台，跨越了地学生态学基础理论研究与生产应用实践之间的鸿沟，有望探索出一条基于坚实理论研究认识支撑的技术研发和产业应用系统性解决方案新路径。本研究证明，岩土界面壤中流是喀斯特山区一种尚未普遍认识到的重要雨洪资源，其为喀斯特山区水资源“开源”提供了一种新思路。充分考虑并利用喀斯特浅层多界面隐蔽伏流路径，有望将喀斯特山区传统点上单一集水转变为面上多途径互补集水模式，形成多来源相补、季节均衡的雨水集蓄新模式，从而拓展旱季救命水保障渠道，为缓解全球广大喀斯特区岩溶干旱问题提供理论与技术支撑。该研究得到了国家自然科学基金联合重点基金、国家重点研发计划项目的资助。论文链接喀斯特山坡地表径流与岩土界面壤中流交互作用及其对降雨量的响应机制

2025-08-17

华南植物园提出“植物-菌根协同”新框架，破解森林恢复“碳汇-多功能”共赢难题

面对全球森林退化加剧与气候变化威胁的双重挑战，传统以提升地上碳储量为目标的森林恢复策略正面临瓶颈——土壤碳库恢复滞后、生态系统多功能性提升不足等问题日益凸显。中国科学院华南植物园恢复生态学团队联合德国、美国、捷克、荷兰和意大利等多家国际科研机构，在国际生态学顶级期刊Trends in Ecology & Evolution（TREE）发表综述文章，系统阐述了植物-菌根共生体在地下碳库形成与生态系统多功能性维持中的核心调控作用，并提出一套可操作的“植物-菌根协同”森林恢复新框架，为协同提升森林碳汇能力与生态韧性提供了科学路径。核心发现：地下盟友的协同智慧研究团队整合全球森林生物多样性实验证据，系统阐述了两类主要菌根真菌——丛枝菌根（AM）和外生菌根（ECM）——如何以互补方式驱动土壤碳库形成与生态功能提升。AM植物作为高效的“深层碳工程师”，通过输入高质量的凋落物和根系分泌物，并借助其快速生长的菌丝网络，显著促进深层土壤中矿物结合有机质（MAOM）的形成与稳定，对长期固碳、涵养水源和维持深层土壤肥力至关重要。ECM植物则扮演着“表层活性管家”的角色，产生分解缓慢的凋落物，并通过与腐生菌竞争氮源等机制，促进表层土壤中颗粒有机质（POM）的积累，对维持土壤孔隙结构、活性养分供给、微生物活性和短期生产力具有关键作用。AM与ECM的互补效应并非孤立存在。在物种丰富的混交林中，两者协同作用能够同时优化土壤剖面不同深度的碳库：AM主导的深层MAOM固碳提供长期稳定性，ECM主导的浅层POM库则支撑系统活性和养分循环。这种协同不仅显著提升整体碳储量，还同步增强了森林的养分保持力、抗旱性、抗干扰能力及生物多样性支撑等生态系统多功能性，实现了“碳汇”与“多功能”的共赢。从理论到实践：可落地的恢复框架基于对菌根功能的深刻理解，研究团队构建了一套面向实际应用的“评估-选种-接种-监测”四步恢复框架，为全球森林恢复提供了清晰的操作蓝图。该框架始于深入的本底评估，强调必须考虑当地气候、土壤特性、现有植被及优势菌根类型。例如，热带地区以AM主导，而温带/北方森林则需关注AM/ECM的混合策略。随后是关键物种选择阶段，核心在于利用植物功能性状的互补性：结合深根与浅根物种、速生与慢生树种、以及AM和ECM相关树种以优化资源利用效率和碳在土壤剖面中的分布。本地化菌根接种是重建退化土壤微生物网络的核心环节，优先选用具有高效固碳能力的本地菌株，可显著提升植物定殖成功率和胁迫耐受性。最后，持续的动态监测与适应性管理确保恢复成效，通过追踪POM/MAOM比例等关键土壤参数以及生物多样性指标，可实时调整管理策略。全球意义与未来展望刘占锋研究员指出：“植物-菌根共生是超过4.5亿年自然演化的智慧结晶，我们的框架首次将其转化为可量化、可操作的森林恢复工具。” 华南植物园前期在热带海岸台地植被恢复实践表明，混交林在60年恢复期后，其土壤碳储量较单一树种人工林显著提升约40%，生物多样性也得到了同步的恢复，验证了上述框架的长期有效性。该框架为《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提供了关键的“地下解决方案””，不仅为应对气候变化和生物多样性丧失危机提供了“双赢”策略，标志着森林恢复理念从单纯“种植树木”向科学“生态系统功能设计”的范式转变。展望未来，研究团队呼吁将菌根功能性状纳入全球森林恢复的评估与指标体系，并计划依托TreeDivNet和Sino-BEFNet等研究网络开展跨区域联网研究与验证，让这一源于自然的智慧惠及全球生态修复实践。相关研究成果以Mycorrhizal allies: synergizing forest carbon and multifunctional restoration为题近期发表于Trends in Ecology & Evolution（《生态学与进化趋势》）上。中国科学院华南植物园博士后李腾腾为论文第一作者，刘占锋研究员与德国莱比锡大学Nico Eisenhauer教授为共同通讯作者。研究获得了国家重点研发计划、广东基础与应用基础研究旗舰项目和国家自然科学基金等项目资助。论文地址：https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.07.004图. 整合植物-菌根关系的土壤碳汇与生态系统多功能性协同恢复概念框架

2025-08-14

广州能源所和过程所科研团队提出退役锂电协同尾渣升级回收策略

近日，中国科学院广州能源研究所袁浩然研究员团队联合中国科学院过程工程研究所杨军研究员在Matter上发表了题为High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究论文。该研究提出了针对退役LiMn2O4电池阴极材料(S-LMO)与浸出渣磷酸铁（S-FP）的协同处置技术：通过焦耳高温冲击活化水浸，实现金属锂的快速浸出（Li浸出率>99%）；进一步调整焦耳热参数，对S-LMO和S-FP进行结构调整和过渡金属替换，升级回收为高能量密度的聚阴离子阴极材料LiMnFePO4（R-LMFP）。该策略不仅大幅缩短了退役锂电池阴极材料回收锂的时间，更显著提升了LMFP阴极材料的合成效率，为解决退役锂电池阴极材料与浸出渣的协同处置提供了全新思路。随着锂电池退役量的持续攀升，其清洁回收技术被视为新能源产业健康发展的保障，回收策略在学术界和产业界成为关注的焦点。目前，退役锂电回收的研究重点是湿法冶金或加热直接修复，主要侧重于金属高效提取或恢复原有电池性能，但对阴极材料的高价值特性探索有限。因此焦耳加热技术作为一种革命性的回收方法体系，为退役锂电阴极材料的高价值利用提出了创新的概念。近日，中国科学院广州能源研究所袁浩然研究员团队联合中国科学院过程工程研究所杨军研究员在Matter上发表了题为High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究论文。该研究提出了针对退役LiMn2O4电池阴极材料(S-LMO)与浸出渣磷酸铁（S-FP）的协同处置技术：通过焦耳高温冲击活化水浸，实现金属锂的快速浸出（Li浸出率>99%）；进一步调整焦耳热参数，对S-LMO和S-FP进行结构调整和过渡金属替换，升级回收为高能量密度的聚阴离子阴极材料LiMnFePO4（R-LMFP）。该策略不仅大幅缩短了退役锂电池阴极材料回收锂的时间，更显著提升了LMFP阴极材料的合成效率，为解决退役锂电池阴极材料与浸出渣的协同处置提供了全新思路。高温焦耳热处理实现退役锂电和浸出渣升级回收研究得到国家自然科学基金委、中国科学院前沿科学与基础研究局、广东省科技厅、中国科学院过程工程研究所介质科学与工程国家重点实验室的支持。论文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00365-0

2025-08-12

广州能源所在泡沫基高功率密度燃料电池技术研究方面取得进展

在全球加速能源转型的背景下，中国科学院广州能源研究所联合伊朗阿米尔卡比尔理工大学在泡沫基流场质子交换膜燃料电池研究方面取得进展。在全球加速能源转型的背景下，中国科学院广州能源研究所联合伊朗阿米尔卡比尔理工大学在泡沫基流场质子交换膜燃料电池研究方面取得进展。泡沫基流场因其独特的结构成为提升燃料电池性能的理想选择（图1）。这种3D贯通式流场通过无气体扩散层一体化设计，可将电堆整体厚度减少15%～20%，大幅提升了体积功率密度；其高达90%以上的孔隙率确保了反应物在催化层的均匀分布，有效解决了传统流场存在的传质不均问题；而且，其独特的热传导特性能够消除局部热点，使温度分布均匀性提升30%。图1 本研究燃料电池示意图：（a）平行蛇形流量分配器PS，（b）泡沫基流量分配器，（c）传统肋状/通道燃料电池（左）和泡沫基燃料电池（右）的侧视图研究提出了一种基于势流场解析的功能梯度多孔材料（FGPM）流场系统化设计方法（图2）。通过对流场内势流进行数值求解，获取关键等势线分布。将各等势线均分构建流线网格，形成从入口到出口的连续传质路径。基于网格单元位置动态分配孔隙率参数，确保轴向（流线方向）与径向（等势线方向）的梯度连续性，从而构建出具有优化传质性能的FGPM流场结构。该设计方法通过CFD迭代验证表明，在保持结构强度的同时可实现传质效率40%以上的提升，为高性能燃料电池流场的工程化设计提供了可靠的技术方案。图2 U型流场的梯度孔隙设计方法：（a）势流网格划分，（b）孔隙率分布，（c）质量流量分配该研究对FGPM流场与传统4通道平行蛇形流场（4-PS）的性能进行了系统性对比。结果显示，在50×50mm²活性面积条件下，FGPM流场展现出显著的性能优势。在关键指标体积功率密度方面实现了84%的大幅提升；其次，通过创新的无气体扩散层一体化设计，成功将电堆总厚度减少了15%，从传统设计的3.75mm降低至3.2mm；在1A/cm²的典型工作电流密度下，FGPM流场使电池的输出功率提升了57%，这一提升幅度远超预期。这为解决燃料电池在高功率输出时的性能衰减问题提供了新的技术路径。研究特别揭示了两种典型配置下的性能差异。（1）具有微孔层的薄型膜电极配置下，传统4-PS和新型FGPM燃料电池的性能均有所提升，然而FGPM流场的体积功率密度比传统4-PS设计提升了84%；（2）无微孔层的厚型膜电极配置下，FGPM流场仍保持了47.8%的性能优势（图3）。图3 不同配置下平行流道和FGPM 流场的燃料电池极化曲线：配置1-base厚型膜电极，配置3-具有MPL的薄型膜电极相关研究成果以Application of a foam-based functionally graded porous material flow-distributor to PEM fuel cells为题发表于Energy。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124230

2025-08-08

广州能源研究所在电力系统碳排放智能监测领域取得进展

近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心汪鹏研究员课题组在电力系统碳排放监测领域取得新进展。近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心汪鹏研究员课题组在电力系统碳排放监测领域取得新进展。电力行业是人为碳排放的主要来源。当前，火力发电厂碳排放监测主要依赖于企业自主上报、安装的排放监测设备，或基于太阳同步轨道卫星的稀疏观测数据进行反演。上述方法普遍存在数据易被篡改、成本高昂、监测频率受限等问题。为实现低成本、高频率的连续监测，该研究提出了一种融合深度学习与自注意力机制的实时碳排放监测方法，首次基于高频地球同步轨道卫星数据，实现了火力发电厂日尺度碳排放量与发电量的滚动协同监测，为电力行业碳排放监测提供了新路径。图1 研究框架研究以美国环保署（EPA）管理的火电厂为研究对象，采用GOES-16地球静止卫星提供的多光谱遥感数据及火电厂相关静态信息作为模型输入，以火电厂日尺度的碳排放与发电量数据为预测目标，构建端到端的监测框架（图1）。在算法设计上，模型融合了卷积神经网络（CNN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和特征与时间双重注意力机制（图2），显著提升了模型测算的准确性与鲁棒性。图2 碳排放监测模型架构在模型评估方面，研究从个体（图3），区域，国家三个空间尺度验证了所提模型架构（CNN-BiLSTM-Attention）的性能优越性。以碳排放为例，模型在RMSE、MAPE、R²等关键指标上相比传统方法平均提升10%-14%、5%-7%和16%-25%，在区域和国家尺度上亦展现出良好的测算准确性。图3 火电厂个体尺度碳排放评估在模型扩展应用方面，研究首先利用完整卫星数据对EPA统计数据进行补充评估，发现火电厂碳排放和发电量数据存在约10%-25%的潜在记录遗漏（图4）。其次，通过误差敏感性分析发现，季节因素和火电厂排放规模对模型预测精度有显著影响（图5）。此外，基于自注意力权重开展的模型可解释性分析表明，模型高度依赖编号为5、7、8和10的波段数据，这些波段与大气中的CO₂浓度与水汽条件密切相关；同时模型对白天信息权重较高，在夜间则通过红外波段数据进行有效补偿（图6）。图4 美国EPA记录火电厂数据与模型测算的完整数据对比图5 模型监测误差敏感性分析图6 模型的特征和时间自注意力权重分布本研究开创性地将地球同步轨道卫星的高频遥感数据引入火电厂碳排放与发电量的同步监测，为构建第三方高频、低成本、广覆盖的碳排放监管体系提供了重要技术支撑。该方法可为政策制定者和能源监管机构提供实时碳强度评估工具，支撑电力系统碳配额动态调整与低碳调度策略优化。未来研究可进一步融合多源卫星数据与物理机制模型，提升模型的可解释性与通用性，助力构建智能化、透明化的电力行业碳监测新路径。相关研究成果以Real-time monitoring of daily carbon emissions and electricity generation from fossil fuel power plants using geostationary satellite band data and deep learning techniques为题发表于Energy期刊，博士研究生莫海华为第一作者，汪鹏研究员为通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项课题以及海南电网“基于多变量机器学习的电-能-碳核算体系研究”资金项目的资助。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544225032128

2025-08-12

广州健康院联合开发用于血管化组织工程的仿细胞外基质3D打印生物墨水

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