科研进展--中国科学院广州分院

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

深圳先进院 | 数据驱动的层级化行为定量分析框架（Cell Reports）

神经行为学（Neuroethology）是一个结合了神经科学与动物行为学的交叉学科，主要研究神经系统如何控制行为，以及行为如何反过来影响神经系统的功能。其核心目标在于理解神经系统如何将生物刺激转化为自然行为，自然行为由一系列动作构成，这些动作根据特定规则以概率方式组合，使得两性个体能够在不同条件下输出恰当的行为，从而维持个体生存、促进物种繁衍。有效分析和量化具有多尺度和复杂动态特征的自然行为，对于理解两性行为差异背后的生物学意义、解析驱动这些行为产生的性别差异性神经机制，进而理解理解不同物种在进化过程中行为的演变规律，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。近年来，行为组学理论的形成和发展旨在以层级化的思路解析行为的内在结构。同时，机器学习算法在定量姿势估计和行为分割方面的进展，也推动了将连续行为分解为可量化的动作模块的进程。然而，缺乏通用的行为学分析框架，仍是将行为组学理论应用于神经行为学、应激神经生物学、系统生物学、药效学评价等领域进行具体行为分析的重要障碍。神经行为学（Neuroethology）是一个结合了神经科学与动物行为学的交叉学科，主要研究神经系统如何控制行为，以及行为如何反过来影响神经系统的功能。其核心目标在于理解神经系统如何将生物刺激转化为自然行为，自然行为由一系列动作构成，这些动作根据特定规则以概率方式组合，使得两性个体能够在不同条件下输出恰当的行为，从而维持个体生存、促进物种繁衍。有效分析和量化具有多尺度和复杂动态特征的自然行为，对于理解两性行为差异背后的生物学意义、解析驱动这些行为产生的性别差异性神经机制，进而理解不同物种在进化过程中行为的演变规律，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。近年来，行为组学理论的形成和发展旨在以层级化的思路解析行为的内在结构。同时，机器学习算法在定量姿势估计和行为分割方面的进展，也推动了将连续行为分解为可量化的动作模块的进程。然而，缺乏通用的行为学分析框架，仍是将行为组学理论应用于神经行为学、应激神经生物学、系统生物学、药效学评价等领域进行具体行为分析的重要障碍。文章上线截图2月1日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）脑认知与脑疾病研究所（简称“脑所”）、深港脑科学创新研究院王枫研究员团队与王立平研究员团队合作在Cell Reports在线发表题为“Hierarchical behavioral analysis framework as a platform for standardized quantitative identification of behaviors”的研究论文，利用应激神经生物学研究中广泛使用的简单易行的自发行为范式，开发了层级化行为分析框架（Hierarchical Behavioral Analysis Framework,HBAF），提供了一个通用、标准、快速，以及分层定量的方式开展两性神经行为学研究的方法。图1. HBAF工作流程图自发行为是在无主观意图或外部刺激的情况下发生的行为，对维持健康和调节躯体至关重要。自发行为学实验由动物本身而非实验者来主导，易操作的同时还能更准确地反映动物的内部状态。自发行为的变化可以反应个体内部状态的偏差，这些偏差可能与潜在健康问题有关，如疼痛和毒素暴露、癫痫发作间期、中风恢复和自闭症以及急性应激等。为了建立一个易于理解和解释的行为分析框架，我们从自发行为的姿势动力学、动作与动作集的时空特征及其内在组织逻辑层面系统刻画了两性小鼠自发行为的特征。研究结果表明，在不同情绪状态、昼夜节律和光照条件下，两性小鼠的自发行为表现出不同的特征。这些特征由不同内外因素驱动，最终形成了差异性的行为模式。其中，嗅探是不同条件下自发行为动作转换的枢纽节点，计算嗅探与梳理的比例能高通量的准确区分自发行为状态。HBAF为深入开展行为学研究提供了一个高效的平台，通过提供全面的分层行为数据，在行为结构理论知识与实际分析之间架起了一座桥梁，还将为生物学、药理学、医学以及相关学科领域研究中的动物行为实验分析和结果解读提供全新的技术手段。图2. 研究发现示意图深圳先进院脑所研究助理叶家霖（王枫团队）为该论文第一作者（目前已赴比利时鲁汶大学攻读神经生物学博士学位），深圳先进院脑所王枫研究员、王立平研究员为该论文的共同通讯作者，深圳先进院为论文的第一单位。该研究得到了Helmut Kettenmann教授、赵伟教授、韩明虎教授、鲁白教授、胡霁教授、任超然教授的宝贵建议，并得到了科技创新2030-“脑科学与类脑研究”青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目及深圳市基础研究重点项目的资助。

2025-02-05

深圳先进院 | 生物大分子凝聚物的合成与应用研究进展（Journal of Biological Chemistry）

近日，由中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所副研究员赵维和香港浸会大学曾祥泽教授领衔的研究团队，在Journal of Biological Chemistry发表综述文章，题为《Recent Advances in the Synthesis and Application of Biomolecular Condensates》。该研究揭示了BMCs构造的基本原则、调控方法（包括光控制、化学和酶控制、温度控制及pH控制），以及BMCs在染色体结构、神经退行性疾病和生物制造等领域的广泛应用潜力。通过对BMCs构造机制的深入分析，该研究为合成生物学的发展提供了新的视角，推动了相关领域的进一步探索。生物大分子凝聚物（BMCs）在基因转录、细胞分裂等重要生物过程中发挥着关键作用。然而，其异常形成与多种疾病的发生密切相关，临床上迫切需要有效的诊断和治疗手段。此外，目前对BMCs的构造和调控机制的理解仍显不足，亟待深入研究和探索。近日，由中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所副研究员赵维和香港浸会大学曾祥泽教授领衔的研究团队，在Journal of Biological Chemistry发表综述文章，题为《Recent Advances in the Synthesis and Application of Biomolecular Condensates》。该研究揭示了BMCs构造的基本原则、调控方法（包括光控制、化学和酶控制、温度控制及pH控制），以及BMCs在染色体结构、神经退行性疾病和生物制造等领域的广泛应用潜力。通过对BMCs构造机制的深入分析，该研究为合成生物学的发展提供了新的视角，推动了相关领域的进一步探索。文章上线截图生物大分子凝聚物（BMCs）是一类动态有序的生物物理学系统，参与基因转录、染色体组织、细胞分裂、肿瘤发生和衰老等生物过程，受到多种内外因素的精密调控。最近，利用合成生物学方法对BMCs进行从头合成，不仅为解析天然BMCs的构造规律提供了机会，而且，这些合成的BMCs（SBMCs）通过相分离调控，巧妙地模拟了天然BMCs的自组装和动态过程，在染色体结构、神经退行性疾病、生物制造等研究领域中展现了巨大的潜力。文章从以下几方面综述了国内外的最新研究进展。一、BMCs构造的基本原则：探讨了相分离中的多价相互作用在驱动蛋白相分离中的关键作用，如多价基序、多价交互作用以及序列特征等。这些特征使蛋白能够形成动态、可逆转的BMCs，发挥细胞中重要的生理功能。图1. 多价相互作用驱动的相分离示意图二、调控方法：介绍了光控制、化学和酶控制、温度控制以及pH控制等多种方法用于实现SBMCs的精确调控。这些方法使研究人员能够精准地操作和调节BMCs的组装和解聚过程。图2. 光控相分离示意图三、应用领域：展示了SBMCs在染色体结构研究、神经退行性疾病分析、生物制造研究、人工细胞设计和药物传递等领域的广泛应用。这些应用为深入了解生物学过程、疾病发生机制以及生物医学领域的创新提供了重要平台。SBMCs在染色体结构研究中的应用：染色体的组织对基因表达和稳定性至关重要。Polycomb suppressicomplex 1（PRC1）是一种染色质修饰复合物，参与维持染色质的抑制状态。Clifford Brangwynne团队通过Corelets系统设计了一种光激活的多组分PRC1凝聚物，阐明了PRC1在染色质致密化中的机制。这项研究为染色体结构研究提供了理想的实验平台。SBMCs在神经退行性疾病分析中的应用：研究显示，神经退行性疾病（如肌萎缩侧索硬化症）的病理表现多以TDP-43蛋白病变积累为特征，为了了解TDP-43积聚的机制，Christopher Donnelly使用optoDroplets系统精确控制TDP-43凝聚体的形成，揭示了其在病理特征中的重要机制。SBMCs在生物制造中的应用：在生物催化系统中，BMCs可以精确控制反应环境。Jiang Xia团队开发的多酶SBMC促进了天然化合物α-法尼烯的合成，提升了反应效率和产物纯度。此外，Xiaoxia Xia团队利用蜘蛛丝蛋白合成了1,3-二氨基丙烷，展示了SBMC在生物制造中的潜力。这些研究表明SBMCs在生物科学和工程领域的广泛应用前景。图3. SBMCs在生物技术、生物医学和生物制造中的应用这些最新研究成果为我们揭示了生物大分子凝聚体的奥秘，为合成生物学领域的发展提供了新的视角和方法。这些创新将进一步推动生命科学领域的发展，为未来的科学研究和医学应用带来更多可能性。中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所副研究员赵维为本文的通讯作者，香港浸会大学曾祥泽教授为本文的共同通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院团队学生李忠悦为文章的第一作者。本工作获得了国家科技部重点研发计划、中国科学院战略重点研究项目、国家自然科学基金等多个项目以及深圳合成生物学创新研究院的支持。

2025-02-08

南海海洋所 | 发文揭示全球变暖加速海洋内潮(Science Advances)

2月19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）蔡树群研究员团队与王春在研究员团队合作，在Science子刊Science Advances上在线发表了题为“Accelerated Internal Tides in a Warming Climate”的研究论文。该研究突破了观测数据有限的瓶颈，首次揭示了全球变暖将显著加速内潮的传播速度,并发现层结的强化效应与上层环流的加速趋势起着至关重要的作用。LTO副研究员龚延昆为论文第一作者，研究员蔡树群、研究员王春在为共同通讯作者，研究员陈植武、副研究员许洁馨、副研究员姚玉龙为论文共同作者。内潮作为深海到浅海能量传递的重要机制，能够跨越数千公里并最终在大陆边缘和沿海区域释放能量。内潮的破碎和随之产生的湍流混合推动了水体的垂直输运，对全球海洋翻转环流起到了关键作用。然而，以往的研究多集中于区域尺度，时间跨度较短，未能揭示全球范围内的长期变化规律。随着气候变暖的加剧，前人研究表明，上层海洋环流会显著加速，这一现象可能对海洋内波动力过程产生影响。基于这一背景，研究团队提出了一个关键猜想：全球变暖是否会引发内潮的类似响应？由于内潮的观测数据有限，为解决这一科学问题，研究团队利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）模式数据，结合全球高分辨率内潮经验模型（HRET），评估了1901年至2100年间全球第一模态内潮传播速度的演变趋势（图1）。结果表明，全球平均内潮传播速度在此期间增加了约10%（约20厘米/秒），并在西北太平洋、北太平洋中部、南太平洋、西南印度洋、东南印度洋与北大西洋等内潮活跃海域均呈现出显著的加速趋势（图2）。与此同时，在全球变暖背景下，内潮加速趋势由历史阶段（1901年至2014年）的每十年增加0.4厘米/秒，增长至未来情景（2015年至2100年）的每十年增加2.0厘米/秒。进一步的，通过对比全球内潮传播速度与各海洋要素间的相关性（图3），证实了内潮加速趋势主要归因于全球变暖引发的上层海洋层结增强，而上层环流的加速趋势对其影响次之。本研究首次揭示了全球内潮传播速度的长期加速趋势，厘清了全球变暖对海洋内波动力过程的深远影响，为评估气候变化、内波湍流混合对海洋环流的影响等提供了新视角，对海洋生态系统保护具有重要的参考意义。该研究由国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、广东省自然科学基金、中国科学院项目等共同资助完成。论文信息：Gong,Y.,Chen,Z.,Xu,J.,Yao,Y.,Wang,C.*& Cai,S.* (2025). Accelerated Internal Tides in a Warming Climate. Science Advances,11,eadq4577.文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adq4577图1 第一模态M2内潮的全球分布特征及其在全球变暖背景下的加速趋势。（A）第一模态M2内潮引起的海面高度变化。（B）1901年至2100年间，第一模态内潮传播速度的时间平均值。（C）1901年至2100年间，全球平均内潮速度的变化趋势。图2 全球不同海域内潮从过去到未来的加速趋势对比。（A-B）1901-2014年与2015-2100年内潮传播速度的变化趋势。（C-H）西北太平洋、北太平洋中部、南太平洋、西南印度洋、东南印度洋与北大西洋等内潮高发海域内潮传播速度的加速趋势。图3 层结与环流对内潮加速趋势的影响。(A) 1901年至2100年间全球平均最大浮性频率的变化趋势。 (B) 1901年（蓝色）至2100年（红色）全球平均内潮传播速度与最大浮性频率之间的相关关系。(C)内潮传播速度与最大浮性频率相关系数的全球分布特征。(D-F) 与 (A-C) 类似，但针对密度跃层深度。(G-I) 与 (A-C) 类似，但针对背景环流动能。

2025-02-20

南海海洋所 | 南海珊瑚岛礁构造成因机制取得重要进展

近日，中国科学院南海海洋研究所夏少红研究员团队在南海南部陆缘地壳研究中取得重要进展，提出了“布丁状地壳伸展”控制岛礁形成演化的新模式。这一成果发表于《地球物理研究杂志：固体地球》（Journal of Geophysical Research: Solid Earth），为南海岛礁的形成演化提供了全新的科学依据。南海海洋所博士张成龙为论文第一作者，研究员夏少红为通讯作者，曹敬贺、范朝焰、万奎元和苟涛四位副研究员为论文共同作者。南海，作为西太平洋最大的边缘海，其形成和演化一直是地质学界的研究热点。南海经历了近乎完整的威尔逊旋回，大陆张裂作用形成了南沙、中沙、西沙等多个微地块。这些微地块为珊瑚礁和碳酸盐台地的发育提供了稳定基底，造就了南海如今星罗棋布的岛礁地貌。南海南部的珊瑚岛礁群多呈现北东-南西走向的长条状展布格局，并平行于邻近的深海磁异常条带，暗示了这些岛礁群的形成与大陆张裂密切相关。然而，由于缺乏典型岛礁区高分辨率地壳结构数据，目前对陆缘张裂作用与岛礁形成演化的关系仍然缺乏深入认识。夏少红研究员团队聚焦南海南部陆缘岛礁区，开展了大规模的海底地震仪（OBS）广角地震探测实验。研究团队从西南次海盆出发，经过永暑礁，直至毕生礁附近，通过正演模拟与走时层析成像技术，成功构建了横跨南部陆缘岛礁区的高精度纵波速度结构剖面。研究发现，两个岛礁区的较厚地壳段之间存在一个宽约数十公里的伸展盆地，地壳最薄处仅约13公里。这一结果表明，南海南部陆缘地壳发生了强烈的非均匀伸展，北东-南西走向的伸展盆地将较厚的地壳块体分隔，形成了地壳尺度的布丁状构造。研究团队进一步指出，南海的布丁状地壳伸展过程不仅塑造了西南次海盆两侧宽广的裂谷陆缘和分散的地壳块体，还为岛礁的形成提供了关键条件。在热带暖水环境中，这些地壳块体的线状地形高点具有较高的碳酸盐生产力。随着时间推移，碳酸盐不断加积，最终形成了如今我们看到的珊瑚岛礁群。这一发现不仅为南海岛礁的形成演化提供了新的科学解释，还揭示了大陆张裂与地表形貌演化之间的深刻联系，为全球大陆张裂作用的研究提供了重要启示。研究得到国家重点研发计划项目、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目和国家自然科学基金等项目的联合资助。图1 南海南部深地震测线分布及OBS2019ZX1深地震探测实验。图2 测线纵波速度结构模型及地质构造解释。剖面从左至右依次为洋壳区、洋陆壳过渡带、颈缩区、永暑礁较厚陆壳区、伸展盆地区及毕生礁附近较厚陆壳区。图3 南海布丁状地壳伸展过程控制岛礁形成演化的模式示意图。晚渐新世中沙地块与礼乐滩地块分离之前，南海西部的伸展主要集中在平行于扩张中心的一系列伸展盆地（图a）。随后沿着其中一处伸展盆地发生渐进式海底扩张，并在中中新世扩张停止时形成V形的西南次海盆（图b）。该过程导致海盆两侧宽阔的裂谷陆缘和北东-南西走向伸展盆地分隔的布丁状地壳结构，地壳具有强烈非均匀伸展特征。布丁地壳块体的断块线状地形高点上更利于碳酸盐加积，从而形成北东-南西走向长条状岛礁群（图c）。相关论文信息：Zhang,C.,Xia,S.*,Cao,J.,Fan,C.,Wan,K.,& Gou,T. (2025). Control of coral reefs formation by boudin‐like crustal extension processes in the South China Sea: New insights from wide‐angle seismic imaging. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2024JB030150.原文链接：https://doi.org/10.1029/2024JB030150

2025-02-26

广州地化所张艳利等-NSR：燃烧源异戊二烯对冬季二次有机气溶胶生成的重要贡献

近日，中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员和张艳利研究员团队与北京大学城市与环境学院沈国锋研究员团队合作，在National Science Review（《国家科学评论》,NSR）发表题为“Combustion-related isoprene contributes substantially to the formation of wintertime secondary organic aerosols”的研究论文。研究建立了包含燃烧源排放的中国异戊二烯排放清单，并模拟了2000年至2016年中国异戊二烯对二次有机气溶胶的贡献，揭示了燃烧源异戊二烯排放对冬季二次有机气溶胶形成的重要作用。异戊二烯排放核算和清单中国的异戊二烯总排放量从2000年的5.9 Tg增加到2016年的12.6 Tg，主要来自天然源排放。2016年，与燃烧相关的异戊二烯排放量仅为14.8（10.6-19.0）Gg，较2000年52.0（39.1-65.7）Gg明显下降。这种下降趋势的主导原因是居民电气化水平提升，生活能源从传统的生物燃料向天然气和电力等清洁能源的清洁转型。异戊二烯排放存在显著的空间差异（图1）。异戊二烯排放较高的区域主要位于中国南部和东北部地区，这些地区分布着广泛的阔叶林，而青藏高原西部和西北部地区的天然源排放要低得多，且天然源排放的空间格局在近二十年变化不大。与天然源相比，每年与燃烧相关的异戊二烯排放很少；但在冬季，尤其是北方和西部严寒地区，来自生物质燃烧和燃煤等燃烧源排放的异戊二烯相对贡献显著提升。冬季，与燃烧相关的异戊二烯排放约占异戊二烯总排放的32-80%。图1、 2000年（a）和2016年（b）异戊二烯年排放总量的空间分布；以及2000年2月（c）和2016年2月（d）与燃烧相关的异戊二烯排放量占异戊二烯总排放量的比例。基于新排放清单的二次有机气溶胶模拟为了量化燃烧相关异戊二烯形成的二次有机气溶胶（SOA），研究用WRF/CMAQ基于仅含天然源相关排放的清单，和同时包含燃烧源与天然源排放的新清单对大气气溶胶进行了建模模拟。对比模型模拟结果和观测的冬季二次有机气溶胶结果，若不考虑燃烧相关的异戊二烯排放会导致对异戊二烯生成SOA的严重低估；而加入燃烧相关的异戊二烯排放后，模拟结果显著改善（图2）。基于更新清单的模拟结果，不仅在数值上与观测结果更接近，对SOA空间格局的刻画也与实际情况更吻合。在冬季，燃烧相关的异戊二烯排放显著影响SOA浓度。与仅考虑天然源异戊二烯排放的清单相比，基于新清单对冬季异戊二烯生成SOA的模拟结果，全国平均增加了0.4 µg/m3，在夏季，基于新清单或旧清单的模拟结果差异不大（<0.1µg/m3）。但在冬季，这一影响要大得多，中国东北和四川盆地等地区异戊二烯生成的SOA增加了1.5 µg/m3。图2、（a）异戊二烯生成SOA观测点位图。颜色代码则表示2013年冬季，采用新清单模拟得到的异戊二烯生成SOA浓度；（b） 12个观测地点的异戊二烯生成SOA观测值和采用旧/新清单得到的模拟值比较。异戊二烯生成SOA的历史变化趋势从2000年到2016年，与燃烧相关的异戊二烯排放明显减少。相应地，异戊二烯生成的SOA，无论是在质量浓度还是相对贡献方面，也随之下降。图3为2000-2016年期间冬季燃烧源异戊二烯生成SOA的历史变化趋势，从2000年的3.0 µg/m3下降到2016年的1.2 µg/m3。不同区域降辐不同，华北地区燃烧源异戊二烯冬季形成的SOA减少约75%，华南地区则减少约50%。值得注意的是，燃烧源异戊二烯形成SOA的减少幅度与燃烧源异戊二烯排放的减排量并不呈现线性比例，如中国东北地区，从2000年到2016年，与燃烧源异戊二烯排放量减少了80%以上，而由燃烧源异戊二烯产生的SOA仅减少了约20%，这一差异与同期影响 SOA生成的氮氧化物等的变化辐度有关。氮氧化物等气态前体物的降低会导致异戊二烯生成SOA的途径发生转变，从而影响了SOA的产率。图3、旧清单、新清单中冬季异戊二烯生成SOA浓度（µg/m3）的历史变化及其差异。本研究受到国家自然科学基金创新研究群体项目、国家自然科学基金优秀青年基金项目（42022023）、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、广东省科技厅等项目的联合资助。相关成果发表在国际学术期刊《National Science Review》上。相关论文信息：Zhang Yanli,Yatai Men,Hao Guo,Guofeng Shen*,Yang Gao,Rui Xiong,Shu Tao,Xinming Wang* (2025),Combustion-related isoprene contributes substantially to the formation of wintertime secondary organic aerosols,National Science Review,12(3),nwae474. https://doi.org/10.1093/nsr/nwae474.

2025-02-21

中国社会科学院重大创新项目“健全绿色低碳发展机制研究”启动会在北京举行

2月20日，中国社会科学院重大创新项目“健全绿色低碳发展机制研究”启动会在北京举行。中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心王文军研究员牵头负责课题四“碳排放双控考核制度下碳市场扩容及多市场协同耦合机制”研究。生态环境部应对气候变化司副司长陆新明、第十四届全国人大常委会委员、中国科学院科技战略咨询研究院碳中和战略研究中心主任王毅研究员，国家气候中心主任巢清尘研究员，北京大学碳中和研究院副院长张海滨教授，中国社会科学院生态文明研究所所长张永生研究员作为评议专家参加了启动会。中国社会科学院科研局及相关研究所工作人员、项目组成员30多人参加会议。张永生主持会议。2月20日，中国社会科学院重大创新项目“健全绿色低碳发展机制研究”启动会在北京举行。中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心王文军研究员牵头负责课题四“碳排放双控考核制度下碳市场扩容及多市场协同耦合机制”研究。生态环境部应对气候变化司副司长陆新明、第十四届全国人大常委会委员、中国科学院科技战略咨询研究院碳中和战略研究中心主任王毅研究员，国家气候中心主任巢清尘研究员，北京大学碳中和研究院副院长张海滨教授，中国社会科学院生态文明研究所所长张永生研究员作为评议专家参加了启动会。中国社会科学院科研局及相关研究所工作人员、项目组成员30多人参加会议。张永生主持会议。项目首席专家、中国社会科学院生态文明研究所陈迎研究员介绍了项目的背景、框架、研究基础、主要目标等。王文军在会上汇报了课题四的研究意义、思路、拟解决的关键问题及准备采用的研究方法、研究特色和潜在的创新之处等。她表示，碳排放“双控”管理制度作为“命令-控制型”政策工具，与碳市场在多个管理环节上存在交叉和摩擦；识别关键障碍、提出解决方案，促进两种机制合力服务经济高质量发展是本课题的研究价值所在。其他课题负责人分别围绕“煤炭清洁高效利用的技术发展路径、经济社会综合效益及政策需求”“完善新能源消纳和调控政策措施”“建立能耗双控向碳排放双控全面转型新机制”“建立和完善转型金融机制”等主题进行了详细汇报。评议专家组对项目的研究基础、框架设计、问题意识、理论和政策意义等予以肯定，并从不同视角对研究内容及开展思路提出具体指导意见和建议。项目负责人及各子项目负责人针对评议专家的意见和建议进行了回应。陈迎作总结讲话，对各位专家表示感谢，并表示项目组将根据专家的指导建议对项目内容进行充实完善，高质量完成研究任务，通过多种渠道向国家有关部委报送内部研究报告，并发表理论成果。会议现场

2025-02-21

华南植物园发现拟南芥过氧化氢酶及活性氧稳态调控机制

干旱胁迫严重制约着植物的生长发育，并导致世界范围内作物减产。为应对日益严重的干旱胁迫，解析植物抗旱机理选育耐旱作物迫在眉睫。干旱胁迫导致包括过氧化氢(H2O2) 在内的活性氧 (ROS) 失衡，影响植物的生长发育。过氧化氢酶 (CAT) 可以靶向H2O2分解从而维持体内活性氧稳态。解析过氧化氢酶的调控机制，有利于深入明晰活性氧平衡植物生长发育和环境耐受性的分子机理，对提高农作物耐旱性和保障世界粮食安全具有重要意义。为探索过氧化氢酶的调控机制，中国科学院华南植物园邓书林研究员团队以过氧化氢酶2(Catalase 2，CAT2)为诱饵，通过酵母文库筛选的方法发现一个RING型E3泛素连接酶，命名为CIRP1(Catalase Interacting RING Protein 1)。CIRP1与CAT2和CAT3存在相互作用，也可以泛素化修饰并促进CAT2和CAT3通过26S蛋白酶体途径降解。植物表型实验证明，在干旱和氧化胁迫条件下，CIRP1在CAT2和CAT3的上游发挥功能。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Integrative Plant Biology（《植物学报》）（IF5年=9.3）上。中国科学院华南植物园博士后杨恒和副研究员张艺为论文共同第一作者，邓书林研究员为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金和广东省自然科学基金的资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/jipb.13845.图1. CIRP1泛素化降解CAT2/CAT3负调控植物对干旱和氧化胁迫耐受性图2. CIRP1靶向CAT2/CAT3降解负调控植物对干旱和氧化胁迫耐受性模式图

2025-02-19