科研进展--中国科学院广州分院

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

华南植物园揭示全球空气污染的季节性格局及其气候驱动机制

空气污染是全球公共健康、生态安全和可持续发展面临的重要挑战。二氧化氮（NO₂）、臭氧（O₃）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）和甲醛（HCHO）来源多样，其形成、输送和清除过程同时受到人为排放与气象条件的共同调控。现有研究多聚焦单一污染物或局部地区，缺乏在统一方法框架下对全球多污染物季节性、空间协同变化及气象驱动机制的综合评估。针对这一问题，中国科学院华南植物园王法明研究团队整合了2019—2024年共72个月的Sentinel-5P TROPOMI卫星产品和ERA5-Land气象再分析数据，分析五种主要大气污染物以及温度、降水、相对湿度和风速等气象因子。团队综合采用单因素方差分析、季节性Mann–Kendall趋势检验、Sen斜率估计、像元尺度相关分析和K-means聚类，建立了从季节差异识别、近期趋势检测到多污染物空间分区和气象关联分析的综合技术框架。图. 全球空气污染季节性、气象驱动、生态健康影响及政策响应的研究框架示意图。全球污染物呈现显著而差异化的季节节律研究发现，五种污染物均表现出显著的季节变化。南亚和东亚冬季NO₂水平较其他季节最高可增加约40%，反映了冬季能源需求增加、边界层变浅和大气扩散能力减弱的共同作用。中纬度地区夏季O₃水平最高可增加约35%，表明高温和强太阳辐射显著促进了光化学反应和臭氧生成。非洲、亚马逊流域及南美洲其他生物质燃烧活跃区的CO峰值超过背景水平的两倍，而HCHO高值区与热带生物源排放及生物质燃烧区域高度重合。NO₂和SO₂高值则主要集中在东亚、南亚、欧洲和北美洲的城市、工业区和能源生产区域，呈现出明显的人为排放特征。气候变暖可能放大光化学污染风险季节性Mann–Kendall分析表明，2019—2024年全球NO₂、HCHO、O₃和温度呈显著上升的近期趋势，其中HCHO的上升信号最强；CO和SO₂则呈现明显的区域差异，在全球尺度上没有一致的显著趋势。温度与O₃和NO₂分别呈较强正相关，相关系数达到0.52和0.68，说明升温可能通过增强前体物反应、光化学过程和边界层效应，加剧部分地区的臭氧及相关污染风险。相较之下，降水、相对湿度和风速总体上抑制一次污染物的积累。降水能够通过湿清除降低大气污染物负荷，较强风速有利于污染物的通风、扩散和稀释。SO₂与温度和降水分别呈较强负相关，进一步体现了湿清除、氧化转化和大气停留时间变化对污染格局的调节作用。研究由此强调，空气污染并非仅由排放决定，气候和天气条件同样是塑造污染风险的重要力量。持续升温可能增强臭氧等光化学污染，而降水、湿度及风场的变化则会以不同方式影响一次污染物的积累、输送与清除。疫情扰动和减排政策留下清晰的区域信号研究还捕捉到2020年新冠疫情限制措施带来的短期排放扰动。主要管控月份内，西欧大部分地区NO₂下降约20%—30%，北美东部下降约15%—25%，南亚和东亚部分地区下降约15%—35%，部分城市和工业区的降幅超过40%。疫情后，多个地区NO₂出现恢复性上升，反映交通、工业生产和社会经济活动恢复对大气成分的快速影响。这些结果表明，卫星观测不仅能够识别持续性的排放变化，还可以捕捉重大社会经济事件造成的短期大气扰动。与此同时，欧洲和东亚部分地区NO₂和SO₂呈显著下降，与电力、工业和交通部门持续实施排放控制措施的效果相一致。这表明针对重点行业的减排政策可以产生可监测的空气质量改善。但由于不同地区的能源结构、发展阶段、污染来源和气候条件差异显著，全球空气污染治理不能采取单一模式，而需要根据不同区域和季节的污染特征，实施因地制宜、因季施策的管理方案。为气候敏感型空气质量管理提供全球框架该研究将多污染物卫星观测、气象再分析与统计聚类方法统一起来，形成了一套具有可重复性和可迁移性的全球空气污染诊断框架。研究结果可服务于污染季节预测、风险预警、重点区域识别和精准减排，尤其有助于提升地面监测网络不足地区的空气质量评估能力。研究人员同时指出，六年的观测序列更适合用于识别“近期方向性变化”，尚不足以完全代表长期气候趋势；卫星反演获得的大气柱浓度也不能直接等同于近地面人群暴露浓度。未来需要进一步融合地面监测、区域观测试验、排放清单和大气化学传输模型，延长观测时间序列，并发展卫星—地面—模型数据融合及非线性机器学习方法，以提高全球空气质量评估和预测的准确性。该研究整合卫星遥感与气象再分析数据，系统刻画了全球多种大气污染物的季节变化、空间分区及2019—2024年的近期演变趋势，为气候变化背景下开展区域化、季节适应型空气质量管理提供了科学依据。相关研究成果以题为“Characterizing global air pollution seasonality and trends through integrated satellite and meteorological analytics”的研究论文近日发表在环境科学领域自然指数期刊Environmental Pollution（《环境污染》）上。中国科学院华南植物园博士后Muhammad Naveed为论文第一作者，王法明研究员为通讯作者。该研究得到“一带一路”国际科学组织联盟合作研究项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广东省重点领域研发计划、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）、中国科学院青年创新促进会以及广东省应用植物学重点实验室等项目资助。论文链接：DOI: 10.1016/j.envpol.2026.127728

2026-06-28

华南植物园揭示印度河三角洲红树林地上生物量长期变化趋势及未来蓝碳潜力

红树林是重要的海岸带蓝碳生态系统，在固定大气二氧化碳、稳定岸线、缓冲风暴潮和维持生物多样性等方面发挥着重要作用。位于巴基斯坦阿拉伯海沿岸的印度河三角洲，是全球面积较大的干旱区红树林生态系统之一。该区域年降水量不足200毫米，蒸发强烈、盐度较高，并长期受到上游淡水输入减少、泥沙供应下降以及土地利用变化等多重压力。近年来，大规模红树林恢复和社区参与式保护行动促进了区域植被恢复，但其生物量变化及未来碳汇潜力仍缺乏长期、空间显式的定量评估。针对这一问题，中国科学院华南植物园王法明研究团队将野外调查获得的红树林地上生物量数据与多源遥感、气候和土地利用数据相结合，构建了随机森林、梯度提升回归树、支持向量回归以及分类回归树等多种机器学习模型，重建了2002—2022年印度河三角洲红树林地上生物量的时空变化，并预测了2030年、2040年和2050年的潜在变化格局。研究结果表明，2002—2022年，印度河三角洲红树林平均地上生物量呈显著增加趋势，由18.13±9.10 Mg ha⁻¹提高至25.75±8.32 Mg ha⁻¹，显示该区域红树林生态系统总体上正在逐步恢复。在所比较的模型中，梯度提升回归树模型表现最佳，其决定系数R²为0.65。模型预测显示，在当前环境变化趋势、恢复投入和管理条件得以维持的情景下，区域红树林平均地上生物量可能分别在2030年、2040年和2050年达到30.31±4.80、40.12±6.40和48.60±7.90 Mg ha⁻¹。研究进一步发现，红树林地上生物量与反映植被生长状况的遥感植被指数呈正相关，而与地表温度升高和土地利用变化呈负相关。这表明，持续的高温胁迫和沿海土地开发可能削弱红树林生物量积累，而植被恢复、淡水输入和泥沙补给则是维持红树林生产力和生态系统稳定性的关键因素。该研究首次将长期趋势分析、多源环境变量和多种机器学习算法系统结合，对印度河三角洲红树林地上生物量进行历史重建与中长期预测。研究不仅展示了干旱区红树林在合理保护和恢复条件下的生态恢复能力与蓝碳潜力，也建立了一套可推广至其他气候敏感型滨海湿地的生物量监测和预测技术框架。该研究系统揭示了过去20年印度河三角洲红树林地上生物量的时空变化，并预测了其至2050年的潜在发展趋势，为干旱海岸带红树林保护、恢复与蓝碳管理提供了科学依据。研究人员指出，预测结果代表当前环境变化和管理趋势延续条件下的潜在情景，而非确定性结果。未来仍需结合更高分辨率遥感数据、长期地面监测、物种组成、水文泥沙过程以及社会经济因素，进一步降低预测不确定性。对于印度河三角洲而言，保障必要的淡水和泥沙输入、控制不合理土地利用、持续开展生态恢复并加强当地社区参与，是将红树林恢复转化为长期蓝碳增汇和海岸带适应效益的关键。相关研究成果以题为“Spatiotemporal dynamics and machine learning-based prediction of above-ground biomass in the Indus Delta mangroves”（印度河三角洲红树林地上生物量的时空动态及机器学习预测）的研究论文近期发表在国际生态学期刊Functional Ecology（《功能生态学》）上。中国科学院华南植物园博士后Muhammad Naveed为论文第一作者，王法明研究员为通讯作者。该研究由中国科学院华南植物园联合中南大学、加纳大学等单位合作完成，得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、欧盟“地平线欧洲”C-BLUES项目、广东省科技计划及广东省基础与应用基础研究基金等项目的支持。论文链接：DOI: 10.1111/1365-2435.70342.图. 红树林生物量年增加量

2026-06-28

物种灭绝如何改变公众记忆？

近日，中国科学院深海科学与工程研究所海洋哺乳动物与海洋生物声学研究团队在《Biological Conservation》在线发表题为《Collective memory distortion in the context of species loss: A case study of the dugong in China》的研究论文。该研究以中国儒艮功能性灭绝事件为案例，运用保护文化组学（Conservation Culturomics）方法分析公众对儒艮的认知与记忆，揭示物种衰退背景下公众记忆可能发生的失真现象，并提出“集体记忆替代”（Collective Memory Substitution）假说。近日，中国科学院深海科学与工程研究所海洋哺乳动物与海洋生物声学研究团队在《Biological Conservation》在线发表题为《Collective memory distortion in the context of species loss: A case study of the dugong in China》的研究论文。该研究以中国儒艮功能性灭绝事件为案例，运用保护文化组学（Conservation Culturomics）方法分析公众对儒艮的认知与记忆，揭示物种衰退背景下公众记忆可能发生的失真现象，并提出“集体记忆替代”（Collective Memory Substitution）假说。物种灭绝不仅意味着种群消失、生态功能退化和遗传多样性丧失，也会深刻影响人类社会对自然的认知与记忆。近年来，相关研究相继提出了“社会性灭绝”（Social Extinction）和“基线漂移综合征”（Shifting Baseline Syndrome）等理论。前者强调，当一个物种逐渐淡出公众视野、社会话语和文化表达时，即使尚未完全灭绝，也可能在社会经济文化层面经历“灭绝”过程；后者则指出，在生态环境持续退化过程中，不同世代往往将已经受损的自然状态误认为正常基线，从而逐渐丧失对历史生态丰度和变化幅度的认知。这些理论揭示了物种消失如何削弱公众感知生物多样性丧失的能力。研究团队以2022年新闻媒体对中国儒艮功能性灭绝事件的广泛报道为契机，系统收集了微博、微信、抖音、快手、哔哩哔哩及知乎等六大社交媒体平台的相关讨论数据，共获得19015条公众评论。对这些评论的分析表明：公众关于儒艮的直接接触经验十分有限，且大量所谓“见过儒艮”的叙述，实际上源于对海牛、江豚等近缘或相似物种的误认；与此同时，公众对儒艮的认知更多来源于文学作品、影视动漫以及“美人鱼”传说等间接文化渠道。尽管这些记忆内容较为丰富，但往往与儒艮在中国海域的真实历史分布及其生态背景存在明显偏差（图1）。基于上述发现，研究团队提出“集体记忆替代”假说。该假说认为，当一个物种在自然环境中日益罕见乃至功能性灭绝后，公众对其记忆并不会单纯走向淡化或遗忘，而可能逐渐被相似物种形象、文化符号或历史文本中的虚构表征所替代。换言之，人们仍然“记得”这一物种，但其所记忆的形象可能已偏离真实生态与生物学特征。这一假说表明，物种灭绝的社会影响不仅表现为公众对物种的“遗忘”，还可能体现为“记错”，从而为理解生物多样性丧失如何重塑公众生态认知提供了新的理论框架（图2）。论文第一作者为中国科学院大学硕士研究生李园园，通讯作者为中国科学院深海科学与工程研究所副研究员林明利。该研究得到国家自然科学基金项目（42225604、42494883）和海南省科技人才创新项目（KJRC2023B03）的资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biocon.2026.111980图1. 公众报告的儒艮接触经历与该物种在中国海域的实际分布存在明显空间错配，提示公众记忆存在物种误认和记忆偏差。(a) 儒艮相关经历报告频次较高的省份分布。粉色阴影表示儒艮在中国及邻近海域的历史分布范围。(b) 前10个省份中直接接触经历的分布情况。(c) 前10个省份中间接接触经历的分布情况图2. 物种灭绝三种社会影响机制的比较

2026-06-26

亚热带生态所李德军研究员团队在Catena发表论文揭示岩性对西南亚热带森林土壤微生物资源限制的主控效应

土壤微生物的碳、氮、磷资源限制深刻影响生物地球化学循环和生态系统功能。然而，其驱动因素和机制，特别是在大空间尺度上，尚不完全清楚。岩性作为基本成土因素，对土壤地球化学性质和养分有效性具有重要影响，但其对微生物资源限制的调控作用尚不明确。土壤微生物的碳、氮、磷资源限制深刻影响生物地球化学循环和生态系统功能。然而，其驱动因素和机制，特别是在大空间尺度上，尚不完全清楚。岩性作为基本成土因素，对土壤地球化学性质和养分有效性具有重要影响，但其对微生物资源限制的调控作用尚不明确。近日，中国科学院亚热带农业生态研究所李德军团队在这一领域取得新进展。基于西南亚热带森林（石灰岩与碎屑岩两种岩性）的酶化学计量分析，揭示了岩性而非气候是调控微生物资源限制的主要驱动因子。石灰岩土壤微生物趋向于氮限制或氮-磷共限制，而碎屑岩土壤微生物受碳和磷限制。岩性通过影响土壤地球化学性质和微生物群落特征间接调控限制格局，为理解岩性驱动的土壤碳固存机制提供了新视角。基于西南亚热带森林（石灰岩与碎屑岩两种岩性）的酶化学计量分析发现，石灰岩土壤中碳、磷获取酶活性显著低于碎屑岩土壤，而氮获取酶活性显著更高。向量分析表明，石灰岩土壤微生物受氮限制或氮-磷共限制，碎屑岩土壤微生物则受碳和磷限制。随机森林分析识别出可溶性有机碳、真菌/细菌比、pH和钙是微生物资源限制的主要预测因子。结构方程模型进一步揭示，岩性通过影响土壤地球化学性质（钙、pH、铁等）及植物-微生物特征间接调控微生物资源限制格局。这些发现表明，在亚热带森林中，岩性而非气候是调控微生物资源限制的主导因子，为理解岩性驱动的土壤碳固存机制提供了关键见解。本研究聚焦西南亚热带森林，在传统气候因子研究基础上揭示了岩性而非气候是调控微生物资源限制的主导因子，且该土壤中的微生物并非传统的碳或磷限制，而是趋向氮限制或氮-磷共限制。这一发现强调了在预测土壤碳动态时需整合岩性驱动的微生物代谢格局，以提高全球变化下碳循环模型的准确性。该成果已发表在Catena期刊，第一作者为肖孔操副研究员，标题为Lithological controls on soil microbial resource limitation in subtropical forests of southwest China。论文链接西南亚热带森林中岩性对微生物资源限制和土壤有机碳固存调控作用的概念框架图

2026-06-26