科研进展--中国科学院广州分院

华南植物园携手企业开发出桃金娘替抗品，助力解决抗生素耐药性问题

在全球范围内，抗生素的广泛使用带来了耐药性和药物残留的严峻挑战。为应对这一挑战，自2020年1月1日起，我国全面禁止了除中药外的促生长类药物饲料添加剂的生产和进口。在此背景下，植物源替代抗生素产品的需求急剧上升。桃金娘，这一岭南地区的特产药材，以其根、叶、花和果的药用和食用价值而闻名。华南植物园邱声祥研究员的天然产物化学生物学研究组发现，桃金娘中含有的桃金娘酮成分具有显著的抗炎、抑菌和抗病毒功能，展现出开发成为高效活性植源饲用替抗品的巨大潜力。基于这一发现，中国科学院华南植物园赵丽云助理研究员与广州立达尔生物科技股份有限公司签订了《桃金娘高效低耐药饲用替抗品开发》的技术合作协议。这一合作目前已经取得了显著成果，赵丽云助理研究员作为第一发明人与广州立达尔生物科技股份有限公司合作完成了4项发明专利，包括一种高纯度桃金娘酮的工业化提取方法、一种桃金娘酮微胶囊的制备方法、一种促动物生长的桃金娘酮微胶囊及其应用，以及一种桃金娘酮工业化提取方法和桃金娘酮微胶囊的制备方法。经过专利转让后，将有助于桃金娘高效低耐药饲用替抗技术的进一步落地转化。赵丽云助理研究员作为第一发明人，她完成的专利（ZL201310553081.3）曾荣获第四届广东专利金奖和第二十届中国专利优秀奖。此次合作不仅展示了科研机构与企业之间的强强联合，也为我国乃至全球的抗生素耐药性问题提供了新的解决方案。

2024-11-05

南海所研究团队揭秘热浪期间东边界上升流系统浮游植物变化特征与机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）詹海刚研究团队在海洋热浪期间全球东边界上升流系统浮游植物变化方面取得新进展。研究成果以“Reduced and smaller phytoplankton during marine heatwaves in eastern boundary upwelling systems”为题发表于Nature子刊Communications Earth & Environment。LTO助理研究员詹伟康为论文第一作者，研究员詹海刚和副研究员何庆友为论文通讯作者，合作者包括澳大利亚联邦科学与工业组织首席科学家Ming Feng研究员。东边界上升流系统（Eastern Boundary Upwelling Systems，简称为EBUSs），包括加利福尼亚流、加那利流、洪堡洋流和本格拉流。受信风驱动的强烈上升流将富含营养物质的底层海水输送到真光层，使其成为全球初级生产力和渔业资源最丰富的海域之一。据估算，虽然只占不到2%的海表面积，这些流系却贡献了全球7%的初级生产力和20%的渔获量。尽管东边界上升流系统一直被认为是全球变暖的“庇护所”，海表温度不像其它海域一样呈现显著长期上升趋势，但过去几十年这些区域海洋热浪发生频率却显著增加。然而，目前人们对热浪影响下东边界上升流区浮游植物，尤其是浮游植物群落结构变化的认识还极为有限。研究团队分析了近二十多年的卫星遥感资料和数值模拟产品，发现当海洋热浪发生时，东边界上升流系统浮游植物生物量大幅减少约一半，其群落结构则显著朝更小粒径转变，主要表现为微微型（Pico）浮游植物的大幅增加和小型（Micro）浮游植物的大幅减少（图1）。这种群落结构变化与海洋热浪强度和持续时间呈正相关。热浪期间海洋上空异常极向风场显著减弱了这些区域上升流强度（图2），抑制了营养盐的垂向输运。营养盐补给减少和沉降速率降低皆有利于扩大Pico粒级浮游植物生存竞争优势，推动热浪期间东边界上升流系统浮游植物群落结构的小型化。传统认知里，营养盐充裕的上升流区浮游植物通常以中大粒径为主，然而在某些极端热浪事件中，上升流区的群落结构可转变为由小粒径浮游植物主导。这种现象在加利福尼亚流区尤为显著，该海区约一半的海洋热浪伴随着中大粒径浮游植物主导到小粒径浮游植物主导的转变。这些转变可通过营养传递和放大效应，导致鱼类数量减少与体型变小，因此该研究可为东边界上升流系统的渔业资源开发与风险管理提供科学参考。此外，东边界上升流系统是全球生物碳泵的热点区域，鉴于不同粒径浮游植物固碳效率的差异性，上述结果也有助于评估和预测海洋热浪对全球碳循环的扰动。该研究由国家重点研发计划、中国科学院先导计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目共同资助完成。论文相关信息：Weikang Zhan.,Ming Feng,Ying Zhang,Xinchen Shen,Haigang Zhan* and Qingyou He*,Reduced and smaller phytoplankton during marine heatwaves in eastern boundary upwelling systems. Commun Earth Environ 5,629 (2024).文章链接：https://doi.org/10.1038/s43247-024-01805-w图1.（a）东边界上升流系统浮游植物生物量（Cphyto）和群落结构（ξ）对海洋热浪的平均响应。（b-e）浮游植物群落结构三元图分布。红点表示海洋热浪期间，蓝点为对应气候态分布。（f）热浪期间不同粒级浮游植物优势度的变化。图2. （a-d）东边界上升流区域，填色为气候态夏季海表温度。（e-h）海洋热浪期间上升流指数（UI）的变化。其中UI=Uek+Ugeo，Uek为与海表埃克曼输运相关的垂向水体输运，Ugeo为与海表高度差相关的地转输运。（i-l）热浪期间海洋上空风场异常。填色为通过信度检验（t-test，p=0.05）的风速异常绝对值。

2024-10-29

深圳先进院 | 突破经典认知！科学家揭秘肿瘤起源之谜

北京时间10月30日24时，深圳先进院合成生物学研究所胡政研究员、中山大学贺雄雷教授和何真教授团队合作在国际顶尖期刊《自然》上发表重要研究成果，首次揭示了早期肿瘤多克隆起源的普遍性，同时揭示从多克隆到单克隆转变的演化模式，系统阐明了这一过程中细胞之间的相互作用机制，为肿瘤发生的早期机制提供了新的科学视角，也为癌症的精准早期筛查和干预提出了新的思路。深圳先进院为该论文的第一单位。恶性肿瘤一直是人类面临的重大健康威胁之一，但肿瘤最初是如何形成的呢？百年来科学家们一直不断探寻这一重要科学问题的答案。经典的“Peter Nowell克隆演化理论”提出，癌细胞是人体内的正常细胞由于基因变异逐渐转变而来，该过程经过不断的细胞分裂和突变，导致克隆性扩增，并在不断克隆筛选作用下最终形成“肿瘤”。尽管这一理论已成科学界的普遍共识，但仍有个问题悬而未决：即在肿瘤形成的最初阶段，是一个发生致癌突变的细胞（称之为“单克隆起源”），还是多个异常细胞（称之为“多克隆起源”）同时充当了肿瘤的“原始祖先”呢？北京时间10月30日24时，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）合成生物学研究所胡政研究员、中山大学贺雄雷教授和何真教授团队合作在国际顶尖期刊《自然》上发表重要研究成果，首次揭示了早期肿瘤多克隆起源的普遍性，同时揭示从多克隆到单克隆转变的演化模式，系统阐明了这一过程中细胞之间的相互作用机制，为肿瘤发生的早期机制提供了新的科学视角，也为癌症的精准早期筛查和干预提出了新的思路。深圳先进院为该论文的第一单位。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08133-1“该研究标志着对肿瘤早期发生过程的认知迈上了一个新的台阶，不仅突破了经典的单克隆起源理论，还拓展了我们对肿瘤异质性起源及其演化的理解，为精准医学的早期干预策略开辟了新的方向，有望推动肿瘤精准医学向前迈进，为肿瘤防治提供科学依据。”中国工程院院士、北京大学博雅讲席教授詹启敏对该成果评价道。论文示意图：孔雀羽毛颜色从多彩逐渐向单一转变，表达了肿瘤细胞从多克隆状态逐渐向单克隆状态演化的过程。肿瘤如何起源？“肿瘤是从单个突变细胞发展而来”。1976年，美国科学家Peter Nowell提出了肿瘤学中的经典理论—克隆演化理论。该理论认为肿瘤由一个携带致癌基因突变的细胞引发，随着时间的推移，该细胞的后代会不断积累突变，经过多次的克隆扩增和选择，最终形成恶性肿瘤。“肿瘤的形成是一个复杂而神秘的过程，涉及到基因突变、增殖失控、免疫逃逸、细胞互作等多个层面。肿瘤的早期演化可能比传统的理论所描述的更加复杂。”论文共同通讯作者胡政讲述道。随着科学研究的发展，上个世纪90年代，科学家们利用体细胞遗传标记发现，在一些肿瘤的早期病变过程中，肿瘤的起源并非来自单个细胞，而可能是由多个独立突变的细胞共同启动，这种现象被称为“多克隆起源”。然而，随着癌症基因组学时代的到来，且基因组学数据普遍支持肿瘤是单克隆的，“多克隆起源”这一重要发现普遍不受重视。2020年4月，胡政在美国斯坦福大学完成博士后训练后加入深圳先进院，担任课题组长，带领团队在早期肿瘤发生机制方向开展系统研究。在这项研究中，胡政团队与合作者运用小鼠模型和高分辨率细胞谱系示踪、单细胞转录组测序、以及人群队列样本的基因组测序，从多维度对早期肠癌病变中的克隆结构和细胞相互作用机制进行了深入剖析。首次揭示了早期肠癌从多克隆到单克隆转变的新模式和关键环节，为理解肿瘤早期演化打开了新的视角。“他们发现小鼠和人类早期肠癌中普遍存在多克隆起源模式。虽然过去的研究也偶尔发现过多克隆起源，但胡政等人的结论是多克隆起源非常普遍。大幅度扩展了Peter Nowell提出的肿瘤异质性起源“克隆演化”理论。”中山大学生命科学学院教授吴仲义评价道。探寻肿瘤起源的“新利器”随着DNA测序和遗传谱系示踪等技术的迅速崛起，极大推动了人们对于肿瘤生物学、克隆异质性和演化机制的深入认识。这项历时四年半的研究表明，肿瘤从多克隆向单克隆的转变可能标志着肿瘤恶性程度的提高，并揭示了正常细胞从健康到癌变的关键机制。他们首先利用先进的基于单碱基编辑器的单细胞谱系示踪技术，观察了肿瘤发生过程中不同细胞克隆的动态变化。“单细胞谱系示踪技术能够大规模、高精确地重建单细胞谱系树，帮助研究人员梳理出细胞间的发育关系，进而从单细胞水平回答肿瘤起源的问题。”论文共同第一作者逯召莲博士介绍说。基于单细胞谱系示踪技术，研究人员构建了炎症诱导肠癌模型和多发性息肉模型两种经典的小鼠肠癌模型。他们发现，在早期的多克隆肿瘤中，肿瘤细胞之间存在频繁的细胞间通信，这些通信增强了肿瘤细胞在早期阶段的生存能力。随着时间的推移，一些多克隆群体逐渐消失，最终只剩下一个主导克隆，形成单克隆肿瘤。此外，单克隆肿瘤表现出更高的基因组不稳定性和恶性程度，这意味着从多克隆到单克隆的转变可能是肿瘤从“温和”走向“凶恶”的关键一步。为进一步验证研究结论，研究团队在两年时间里，收集和分析了107例未经治疗的散发性息肉和伴有结直肠癌患者的样本。他们发现，大约30%的人类肠息肉细胞是多克隆的，展现出了更低恶性程度的病理特征。而肠道肿瘤大多由单克隆的癌细胞组成，肿瘤恶性程度比多克隆肿瘤要更高，从而在人体样本中也验证了小鼠实验的结论“该研究综合运用了多种前沿技术手段，包括单细胞谱系示踪及动物模型、人群队列研究、单细胞转录组、肠道单隐窝测序、类器官、定量建模等等，代表了肿瘤学研究多学科交叉的新范式。”北京大学白凡教授评论道。早期肿瘤的筛查和靶向干预新策略传统肿瘤筛查主要依赖于检测单一或多个驱动基因的标志物，但这种方法在多克隆起源的肿瘤中可能具有局限性。“通过分析多克隆肿瘤中的不同克隆及细胞间相互作用，我们可以更加精确地判断肿瘤的发展潜力和风险等级。”胡政指出，未来可以尝试靶向这种细胞间的相互作用，通过干预多克隆肿瘤内的通信机制来延缓或阻止其向单克隆的恶性转化。这种策略可以在肿瘤尚未发展成恶性状态时“釜底抽薪”，阻止其进一步进展。胡政团队的研究不仅揭示了肿瘤早期的多克隆到单克隆演化过程，更重要的是，提供了一种靶向细胞间通讯的新型早期干预思路，为未来的癌症早筛、风险预测以及个性化治疗提供了重要科学依据。尤其在精准医学领域，这一发现意味着可以通过更深层次的分子分析，识别肿瘤的多克隆特性，并根据不同的克隆类型定制个性化治疗方案。该项研究中，深圳先进院助理研究员逯召莲、莫珊兰；深圳先进院-澳门大学联合培养博士研究生解铎；中山大学博士研究生翟相威、博士后邓善俊为共同第一作者。深圳先进院胡政研究员、中山大学贺雄雷教授和何真教授为共同通讯作者。早期肿瘤的多克隆起源和多克隆-单克隆演化模型

2024-10-31

华南植物园重建菊科风毛菊属新的属下分类系统

风毛菊属（Saussurea DC.）是菊科中进化较快的大属之一，包含约520个物种，广布北半球的高山亚高山地带。该属植物形态多样且生境复杂。然而，由于其复杂的进化历史，至今仍缺乏一个能反映其真实进化关系的由分子系统学和形态学等多方面证据支持的属下分类系统。中国科学院华南植物园植物多样性与系统分类课题组长期聚焦风毛菊属的系统、进化和分类学研究，近期基于杂交捕获所得的核基因数据、形态学数据和其他证据，重新构建了风毛菊属的属下分类系统。此研究基于核基因数据和叶绿体基因数据分别构建了系统发育树，展示了基于核基因数据所构建的系统发育树更适合构建风毛菊属的属下分类系统，选取了5个性状作为4个支系的鉴别特征，最后将风毛菊属划分为4亚属，13组。相关成果已近期在线发表在国际学术期刊Plant Diversity（《植物多样性》）上。华南植物园助理研究员徐连升为论文第一作者，陈又生研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和广州市科技计划项目的支持。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.pld.2024.10.003图1.风毛菊属的多样性图2.风毛菊属的属下系统修订

2024-10-31

叶面喷施锌硒降低水稻镉转运机制研究取得新进展

中国科学院亚热带农业生态研究所黄道友研究员团队许超副研究员依托中国科学院长沙农业环境观测试验站北山分站，通过田间试验，研究了叶面喷施锌、硒及其混合溶液在籽粒Cd积累过程中对叶片亚细胞分布、叶片抗氧化酶活性和转录调控的影响。水稻镉污染引起了广泛的关注。叶面喷施技术可以缓解水稻中的镉污染。当前对喷施单一调理剂已经有了广泛的研究，但对复合调理剂的应用及降镉机制仍缺乏、有待进一步的探究。中国科学院亚热带农业生态研究所黄道友研究员团队许超副研究员依托中国科学院长沙农业环境观测试验站北山分站，通过田间试验，研究了叶面喷施锌、硒及其混合溶液在籽粒Cd积累过程中对叶片亚细胞分布、叶片抗氧化酶活性和转录调控的影响。研究发现叶面喷施锌和锌/硒混合溶液提高细胞壁中果胶与Cd的结合效率，增强Cd在旗叶中的固定能力，从而降低水稻籽粒Cd含量。此外，旗叶抗氧化酶活性的增加进一步缓解了Cd对水稻的毒性作用，锌和锌/硒混合溶液上调金属结合蛋白和抗氧化酶相关基因，下调金属转运基因。该研究系统地阐明了叶面喷施锌/硒通过调控基因表达和生理功能来缓解水稻镉毒的机制，为降低水稻籽粒镉的积累、确保粮食的安全生产提供了理论依据。该项研究近期以题为Foliar application of zinc and selenium regulates cell wall fixation,physiological and gene expression to reduce cadmium accumulation in rice grains发表在环境领域一区top期刊Journal of Hazardous Materials上。该研究得到了国家重点研发（研发）项目，国家自然科学基金项目，湖南省科技项目等项目的共同资助。论文链接叶面喷施锌/硒调控细胞壁固定、生理和基因表达，缓解水稻镉胁迫机制

2024-10-30

湖南省重大科技攻关“揭榜挂帅”制项目“洞庭湖总磷污染防治关键技术研究与示范”项目启动

10月25日，湖南省重大科技攻关揭榜挂帅制项目洞庭湖总磷污染防治关键技术研究与示范项目启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所举行。10月25日，湖南省重大科技攻关“揭榜挂帅”制项目“洞庭湖总磷污染防治关键技术研究与示范”项目启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所举行。项目咨询专家组由亚热带生态所吴金水研究员、北京大学周丰教授、湖南农业大学罗琳教授、湖南省环境保护科学研究院院长罗岳平组成。湖南省科学技术厅主管处室、项目牵头单位有关领导，大通湖管理委员会副区长曾勇、华容县农业农村局局长黎志良、桃源县农业农村局主任李华、课题负责人及项目参与单位代表等60多人出席会议。启动会上，湖南省科技厅副处长谭浩宣读了项目立项文件，亚热带生态所党委书记谭支良宣布了 “两组一委” 组成成员名单并介绍相关成员，项目负责人谢永宏研究员汇报了实施方案，专家组对项目实施方案进行讨论并作点评。经论证，专家组一致同意通过该项目实施方案。会上，各地方政府和企业主管领导表示，将对项目的实施大力支持并积极配合。该项目将通过新技术攻关、实验验证和集成示范，在畜禽养殖、水产养殖、农田种植、生活污水四个主要磷污染源头防控关键技术方面取得创新突破，为洞庭湖区总磷污染防治提供综合解决方案与管理对策，对于洞庭湖水环境生态保护、湖区农业面源污染防控及农村生活环境改善等具有重要的现实意义。会议现场

2024-10-27

广州能源研究所在海上风电制氢路线经济性分析方面取得新进展

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蔡国田研究员团队在海上风电制氢路线经济性分析研究中取得新进展。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蔡国田研究员团队在海上风电制氢路线经济性分析研究中取得新进展。海上风电作为电力系统未来发展的关键技术之一，面临着风能波动性和高成本等挑战。将其与制氢技术相结合，不仅可以有效缓解电力消纳问题，还能提供绿色能源。该研究聚焦海上风电制氢经济性分析，首次尝试建立多条海上风电-制氢-化学品耦合路线（图1），旨在探索海上风力制氢产业链的经济可行性，并从经济角度分析氢气运输方式的影响和利用氢气生产下游产品的经济可行性。研究工作探讨了如何利用不同的政策和方法降低成本，为大规模发展海上氢能路线提供了重要的参考，为今后构建氢能供应体系提供了新思路。图1 海上风能-氢能-化学品关系的分析框架该研究讨论的8条海上风电-氢能-化学品耦合路线如图2所示。路线0（附加路线）和路线1比较了是否考虑波浪能发电，通过质子交换膜（PEM）电解槽制氢、管道输氢，最后用于合成甲醇；路线2和路线3比较了海上风电分别用于PEM电解槽和碱性电解槽的制氢方法，通过管道输送氢气，最后用于合成氨；路线4和路线5比较了海上风电采用PEM电解槽制氢，分别采用管道输氢气和船舶运输液氢，最后用于加氢站；路线1、路线2、路线4、路线6和路线7比较了氢气的不同的利用方式，海上风电采用PEM电解槽制氢、管道输氢，最后两条路线分布用于还原多晶硅和天然气掺氢。图2海上风电-氢能-化学品耦合的不同路线研究表明，在六种财务情景下，同时考虑增值税和所得税可使总成本约下降6.95%，而考虑融资条件会使总成本增加了5.9%。海上发电技术成本约占总成本的21.1%-39.1%，同时风电价格是下游制氢产业链关键影响因素。因此，风电成本的优化是降低下游制氢成本的关键，而高的初始投资成本和融资比率是主要影响因素。通过比较不同路线的总成本，发现最具成本效益的利用方式是加氢站，其次是生产合成氨和甲醇。同时发现绿氢气价格每下降1元/kg，绿色甲醇、绿色合成氨和绿色多晶硅平准化成本分别下降214元/t、189元/t和3.43元/kg。为使绿色产品价格达到当前传统路线的水平，在只考虑绿氢价格变化时，则需将输送到陆上的绿氢价格分别降低到8.65元/kg、14.71元/kg、1.14元/kg。研究发现绿色合成氨是目前最有可能先实现，其次为绿色甲醇，而绿色多晶硅则较难实现。图3 在情景1下不同路线总成本的比较该研究成果为海上风能-氢能-化工品路线的比较及不确定性分析提供了重要依据，有望帮助缓解海上风电发展与顺利消纳之间的矛盾，为行业参与者提供优化方案，推动绿色氢能的应用和普及。研究得到广东省重点领域研发计划项目、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项等项目资助。相关研究成果以Enriching wind power utility through offshore wind-hydrogen-chemicals nexus: Feasible routes and their economic performance为题，发表于Journal of Cleaner Production期刊。原文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624031810

2024-10-28

广州地化所张周等-Geology: 基于界面成像方法揭示长白山火山区下方穿岩石圈的岩浆系统

长白山天池火山是我国规模最大、灾害性喷发风险最高的活火山之一。地震活动性数据显示，长白山天池火山在2002年至2005年间经历了一次火山扰动事件，而在2020年底至2021年初又发生了火山震群事件，表明其仍具有极高的潜在喷发危险。火山的喷发不仅与地壳内部岩浆囊的结构和状态直接相关，还与岩石圈和软流圈地幔岩浆的持续供给密切相关，这两者共同构成了火山区的岩浆系统。通过对岩石圈厚度和速度结构的分析研究，可以揭示火山区岩浆系统的形态、结构及赋存状态，进而探讨火山的深部动力学机制。尽管前人对长白山火山区下方的速度结构进行了大量的研究，并发现60至80公里的范围内存在相对低速的区域，推测该区域可能对应于岩石圈与软流圈的边界位置，但由于现有岩石圈厚度探测方法的限制，该区域的具体岩石圈厚度及岩浆系统仍难以评估。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所的博士后张周与其合作导师邓阳凡研究员、徐义刚研究员及李鑫副研究员等，基于远震P波接收函数方法和团队新近发展的GC_SRF策略，从研究区内宽频带地震台站（图1）所记录的远震事件波形中提取了稳健的P波接收函数和S波接收函数。借助慢度叠加分析、时深转换和叠后深度偏移成像等流程，成功揭示了该地区的地壳厚度和岩石圈厚度（图2）。研究表明，远离长白山天池火山的区域地壳较薄（25至35公里），而靠近火山的区域则地壳较厚（40至45公里）。此外，长白山火山西侧的岩石圈普遍较厚（约70至90公里），而东侧相对较薄（约60公里）。莫霍面和岩石圈底界面的振幅在火山区下方均出现一定程度的弱化，弱化宽度分别为80公里和200公里。这些地震学响应特征与全球大型火山区（如美国黄石公园、新西兰陶波火山和印尼托巴火山）的岩浆系统具有显著的相似性，均表现出地壳增厚、莫霍面和岩石圈底界面振幅减弱的特征。综合研究结果显示，在太平洋板块持续俯冲的背景下，高温和含挥发份的地幔物质上涌导致了岩石圈的局部弱化和地幔熔融，从而形成了长白山火山下方穿岩石圈地幔的岩浆系统；岩浆向上迁移，在地壳内部形成不同深度的岩浆囊；岩浆在地壳浅部的堆积与运移则进一步引发了不同程度的岩浆活动和火山地震事件（图3）。通过对比，本研究认为长白山火山区穿岩石圈的岩浆系统与全球大型火山区的地震学特征表现出显著的相似性，这一认识为理解大型火山的岩浆起源与演化提供了新的视角，同时也为评估长白山天池火山的潜在喷发风险提供了科学依据。受限于本研究所选台站覆盖程度的局限，未来更密集的台阵布设和观测将为进一步揭示长白山天池火山的复杂岩石圈结构及深部动力学过程提供更精细的研究资料，并为火山灾害的预警和管理提供有力的支持和保障。该成果发表在国际知名SCI期刊Geology上。本研究得到国家重点研发项目(2022YFF0801003)，国家自然科学基金项目 (42322401)，吉林长白山火山国家野外科学观测研究站开放课题(NORSCBS22-01)和国家资助博士后项目(GZC20232679)等资助。论文信息：Zhang,Z. (张周);Deng,Y.* (邓阳凡);Xu,Y-G. (徐义刚);Li,X. (李鑫) (2024),A translithospheric magmatic system revealed beneath Changbaishan volcano. Geology,52 (10):742-746.,https://doi.org/10.1130/G52242.1.图1 (a) 长白山火山及其邻近地区的地形。红色等值线表示俯冲的太平洋板块深度。(b) 地震台站分布。远震P波在32公里处和远震S波在83公里处的穿透点分别用红点和蓝点表示。CBV，长白山火山；LGV，龙岗火山。图2 (a-b)慢度叠加和时间-深度转换得到的地壳厚度和岩石圈厚度。(c-d)沿 AA'剖面的P波接收函数和S波接收函数叠后深度偏移成像，成像时考虑了不同的频率范围，其中P波为 0.03-1 Hz，S波为 0.03-0.5 Hz。白色圆点为莫霍面转换震相，白色十字代表岩石圈底界面转换震相。图3 长白山火山区穿岩石圈的岩浆系统示意图。高温的软流圈物质上涌导致岩石圈底界面（LAB）和莫霍面(Moho)发生不同程度弱化，底侵下地壳并形成地壳内部不同尺度的岩浆囊，岩浆在浅部地壳的堆积和运移则进一步引发了不同程度的岩浆活动和火山地震事件。

2024-10-27

华南植物园在土壤微生物固氮机理研究获新进展

生物固氮是陆地生态系统重要的氮源。过去很多研究认为生物固氮速率受到氮添加的抑制，但是越来越多的研究发现氮输入对森林土壤微生物固氮的影响并不总是负面的，而富氮环境下微生物固氮的驱动机制仍然不清楚。研究表明，微生物固氮是典型的耗能反应，土壤活性有机碳可能是固氮菌潜在的能量来源，因此深入探索不同来源的碳输入如何影响氮添加对土壤微生物固氮的影响将有助于理解土壤固氮的驱动机理。中国科学院华南植物园生态系统管理研究组依托广东省鼎湖山、石门台和河南省鸡公山等多个森林氮添加试验平台，对比森林土壤固氮菌群落对短期低氮和长期高氮处理的响应（图1），发现不同氮处理方式降低了固氮速率，但仅有短期低氮处理降低了固氮菌群落丰度指数 (ACE和Chao1)。在OTU水平上，nifH基因序列在对照与短期低氮处理之间重叠率为67.1-74.4%，而对照与长期高氮处理之间重叠率仅为52.0-53.6%，这表明长期高氮处理使固氮菌群落组成发生了更大变化。进一步发现，短期低氮处理通过增加土壤NH4+从而抑制了固氮菌丰度、多样性和固氮率，长期高氮处理虽然也增加了土壤NH4+，但对固氮菌群落结构和功能没有产生负效应。这些结果表明，在长期高氮富集环境下，土壤固氮菌可以通过调整群落组成从而在一定程度上维持生物固氮。为了进一步理解高氮富集环境下土壤维持固氮的驱动机制，研究团队依托广东省鹤山森林长期氮添加试验平台，采集了长期施加氮处理的土壤进行室内碳源添加模拟实验（图2），对比了植物和微生物源可利用碳（植物源碳-木聚糖；微生物源碳-甘露糖；两者的共同碳源-葡萄糖）对土壤微生物固氮的影响和机制。研究发现，植物源和微生物源碳的添加均显著提高了土壤固氮酶活性（13-28%），但微生物源碳的促进作用更强烈。长期施氮环境下，碳输入比氮输入对土壤微生物固氮速率的影响更大，而且土壤氮含量较高的豆科森林土壤固氮酶活性对碳添加的响应速度比非豆科森林更快。碳输入提供能量是驱动土壤微生物固氮的直接原因。同时该研究估算，当土壤中有机碳的输入（比如，通过地上植物或者土壤微生物）增加5%，土壤微生物的固氮量可能增加2.2-3.9 Tg N yr-1。相关结果分别以“Soil diazotrophs sustain nitrogen fixation under high nitrogen enrichment via adjustment of community composition”和“Plant and microbial carbon are important drivers of free-living nitrogen fixation in tropical forest soils: A new discovery of carbon-driven nitrogen input”为题发表在微生物学会期刊mSystems（《微生物系统》）和地球物理学会期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究通讯》）上。中国科学院华南植物园博士研究生许美晨为上述论文的第一/第二作者，郑棉海副研究员为两篇论文的通讯作者。相关研究得到广东省基础与应用基础研究基金，国家重点研发-青年科学家项目、中国科学院青年创新促进会项目等资助。论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.00547-24 https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL111238 图1. 短期低氮和长期高氮处理对森林土壤固氮菌群落的影响机制图2. 氮添加环境下碳源输入对森林土壤微生物固氮的驱动机制

2024-10-27

华南植物园发表鼠尾草属新种——泰宁鼠尾草

鼠尾草属是唇形科中最大的属，全球约有1000种，广泛分布于中美洲、南美洲、西亚和东亚。我国鼠尾草属物种多样性很高，其中大多数是特有种。早期对鼠尾草属的分类修订主要基于形态证据，导致一些新物种被忽略。分子证据的应用和实地调查的加强为了解这一复杂群体提供了新视角。一些被忽略的鼠尾草属物种，如张家界鼠尾草（Salvia daiguii,图1）和光叶鼠尾草（Salvia glabrifolia,图2）相继得以发现、描述和命名。图1：张家界鼠尾草图版（图片来源于原始文献）图2：光叶鼠尾草图版（张梦华提供） 2022年，福建省建宁县植物专家高元龙在泰宁县状元岩考察时发现了一种叶片革质且叶脉金黄的鼠尾草，并引种在庭院栽培观察，认为可能是一个新物种。2024年5月，中国科学院华南植物园引种保育团队科研人员与高元龙前往其栖息地考察，并对其种群和个体形态特征进行观测。同时，科研人员采集标本和DNA分子材料，并引种活体材料在华南植物园进行栽培保育。通过查阅本属植物模式标本和原始文献，结合形态和分子证据，确认其为新物种，并以发现地福建泰宁将其命名为泰宁鼠尾草（Salvia tainingensis,图3 & 4）。除模式产地外，该种在南平邵武县将石省级自然保护区也有分布（图5）。泰宁鼠尾草之前一直被鉴定为地埂鼠尾草（Salvia scapiformis,图5 & 6）。事实上，泰宁鼠尾草与光叶鼠尾草和张家界鼠尾草在形态上更为相似。泰宁鼠尾草叶片薄革质、基部近圆形或楔形、叶正面密被易脱落长柔毛、上唇外面密被长柔毛，可与三者进行区分。泰宁鼠尾草性状独特、观赏价值高，具有一定的园林应用潜力。图3：泰宁鼠尾草图版图4：泰宁鼠尾草模式标本图5：被定为地埂鼠尾草的泰宁鼠尾草（图片来源于PPBC，陈新艳摄）图6：地埂鼠尾草图版（张代贵提供）相关研究已近日在线发表在国际学术期刊Phytotaxa上。华南植物园谢丹工程师为论文第一作者，宁祖林高级工程师为论文通讯作者，董书鹏、高元龙以及吉首大学张梦华和张代贵参加了相关工作。文章链接：https://phytotaxa.mapress.com/pt/article/view/phytotaxa.669.2.7

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