科研进展--中国科学院广州分院

深圳先进院 | 梯度纳米等离子成像超构表面：实现SARS-CoV-2序列的快速无标记检测（Talanta）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所传感中心陈艳研究员团队与香港大学李文迪教授团队，在梯度纳米等离子成像超构表面传感器的生化应用方向取得新进展。近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所传感中心陈艳研究员团队与香港大学李文迪教授团队，在梯度纳米等离子成像超构表面传感器的生化应用方向取得新进展。相关研究成果以“Gradient nanoplasmonic imaging metasurface for rapid and label-free detection of SARS-CoV-2 sequences”为题，发表在生化领域的高水平期刊《Talanta》上。深圳先进院冯鸿涛副研究员和香港大学的闵思怡博士为论文共同第一作者，陈艳研究员和李文迪教授为论文的通讯作者。论文上线截图论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914024009123自COVID-19大流行以来，公共卫生体系面临了严峻的挑战，病例和死亡人数激增，对快速、准确、低成本的诊断工具的需求急剧增加。尽管纳米光子超构表面生物传感器凭借其独特的光学操控能力和对折射率变化的高度敏感性，成为了新的研究热点。然而，传统超构表面传感器仍高度依赖昂贵的光谱仪设备，这大大限制它们在实际应用中的普及。因此，高灵敏、无光谱仪和经济高效的新型传感策略在现场检测的应用中具有极大的潜力。图：检测原理示意图为此，研究团队设计并开发了一种梯度纳米等离子成像（GNI）超构表面传感器，开创性地提出了一种光学势阱的新概念，实现了对SARS-CoV-2序列的无标记和一步式检测。该传感器的核心元件由一系列直径渐变的纳米柱阵列构成，这些纳米柱共同构筑了一个独特的光学势阱，能够在厘米级尺度上生成清晰可见的暗环图案。这一精心设计的动态光学势阱对传感器局部折射率的变化呈现出极高的灵敏度，其图案变化可通过高灵敏度的CCD相机实时捕获并记录。此外，研究团队通过设计精确的核酸探针，成功地在目标序列存在时将纳米金颗粒（AuNPs）锚定在传感器表面。这一纳米金信号增强策略显著提高了传感器对折射率变化的响应，使得原本微量的折射率变动转化为显著的图案变化，从而大大提升了检测的灵敏度，并展示出极高的特异性。图：工作范围和特异性能展示这种新型的成像检测方案无需使用复杂光谱仪装置，不仅降低了设备成本，还促进了便携式现场诊断工具的发展，为COVID-19及其他传染病的精准诊断提供了新途径，并在生物标志物检测领域具有广阔的应用前景。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基金委、深圳市科技创新委、香港研究资助局等多个项目经费的资助。

2024-09-04

深圳先进院科研团队发现“活”塑料：合成生物学助力塑料降解新解法（Nature Chemical Biology ）

该工作通过对微生物进行基因编辑并产生具备极端环境耐受能力的孢子，使其可以在特定条件下分泌塑料降解酶；并通过塑料加工方法（高温、高压或有机溶剂）将孢子包埋在塑料基质中。塑料的发明为我们的日常生活带来了极大的便利。但是，大规模塑料垃圾的产生以及不当的处理方式，使得塑料垃圾（白色污染）成为当下最为严峻的环境问题之一。8月21日，中国科学院深圳先进技术研究院戴卓君课题组在Nature子刊Nature Chemical Biology发表题为“Degradable living plastics programmed by engineered spores”的研究工作。该工作通过对微生物进行基因编辑并产生具备极端环境耐受能力的孢子，使其可以在特定条件下分泌塑料降解酶；并通过塑料加工方法（高温、高压或有机溶剂）将孢子包埋在塑料基质中。文章上线截图日常使用环境中，孢子保持休眠状态，塑料也可保持稳定的使用性能。在特定条件下（表面侵蚀、堆肥），塑料中的孢子被激活并启动降解程序，完成塑料的完全降解（图1）。图1. 整体研究思路研究背景2016年，Yoshida等人报道了土壤细菌Ideonella sakaiensis，该菌株生长在日本一个塑料回收设施附近受PET污染的沉积物中（Science,2016）。这种革兰氏阴性、需氧、杆状的细菌具有非凡的能力，能够通过表达两个关键酶：PETase及MHETase，从而利用PET作为其生长所需要的主要碳源。在之后的一系列研究中，大量合成生物学领域的工作围绕着塑料降解相关酶的挖掘、设计、进化及改造开展，但鲜有工作关注可降解塑料的合成方法创新。2018年及2021年，具有高分子物理背景的Ting Xu课题组（University of California,Berkeley）先后在Science和Nature发表文章，从另一个视角和维度推进了可降解塑料的研发。在2018年的Science中，研究团队开发出一种由四种单体合成的聚合物(RHPs,random heteropolymers)，每种单体亚单位能与目标蛋白表面上的化学片段相互作用。这些单体亚单位相互连接模拟天然蛋白，从而使得它们与蛋白表面之间的相互作用的灵活性实现最大化，这种基于相互作用的理性设计使蛋白质在无细胞合成中进行正确折叠，并保持水溶性蛋白质在有机溶剂中的活性。在这个工作的基础上，Ting Xu的团队将塑料降解酶，RHPs与塑料母粒（聚己内酯，PCL）进行混合加工，RHPs保护了水解酶在苛刻的塑料加工环境中的生物学功能。在无水环境下塑料可以稳定使用，而在有水环境或堆肥条件下可以迅速降解（Nature,2021）。将降解酶预置在塑料里需要平衡加工过程中的极端环境与酶的稳定性。尽管Ting Xu团队的精彩工作提出了通过RHPs调节蛋白质稳定性这一确定方案，但是该方法的推广仍有诸多挑战。首先RHPs的合成难度高，即使对于具有一般化学合成背景的实验室也并非易事；其次，PCL加工温度（80-120摄氏度）在塑料家族中几乎是最低的，常见的塑料加工温度大多大于200摄氏度，其中PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）的加工温度更高达300摄氏度，RHPs的保护能力在这些体系中面临巨大挑战。沉睡的孢子与活塑料在自然亿万年的演化下，诸多微生物进化出了针对恶劣环境条件的抵抗力。当极端环境到来，不再适合生存和繁殖的时候，细菌就会转变成孢子的形式。这种转变可以让细菌获得超强的抵御能力。孢子可以忍受极端的干燥、温度和压力，而这些极端环境恰好存在于塑料加工的环境中。由此，研究团队提出通过合成生物学方法改造枯草芽孢杆菌，将可控分泌塑料降解酶（洋葱霍尔德菌脂肪酶，Lipase BC）的基因线路导入枯草芽孢杆菌，并在二价锰离子的胁迫环境中，迫使枯草芽孢杆菌“休眠”，形成孢子形态。产生的孢子同样带有编辑的基因线路，并且相比于细菌还具备了针对高温、高压、有机溶剂和干燥的耐受性。研究团队将工程化改造的孢子溶液与PCL塑料母粒直接混合，通过高温熔融挤出或者有机溶剂方法制备了一系列含有孢子的塑料。在物理性能方面的各项测试中，研究团队发现活塑料与PCL普通塑料，在屈服强度、应力极限、最大形变量和熔点等参数上均没有显著区别。日常使用环境中,孢子保持休眠状态，塑料也可保持稳定的使用性能（图2）。图2. 普通PCL塑料和“活”塑料的宏观、微观照片孢子的释放及降解过程的启动塑料降解的第一步，是需要将活体塑料内部的孢子成功释放并重新复苏生长。研究人员首先尝试了两种孢子释放的方式。一种方法是利用南极假丝酵母脂肪酶B（Lipase CA）对塑料表面进行侵蚀。Lipase CA对PCL塑料的水解作用是一种“剪刀”形式（图3），在宏观上表现为对PCL塑料的外部破碎作用。图3. 两种酶对PCL塑料的降解机理示意图在Lipase CA的作用下，PCL表面被破坏，包埋在材料内部的工程化孢子被释放到外界环境中，并开始复苏生长，启动Lipase BC的表达。Lipase BC会与PCL高分子链末端结合，进而将PCL分子链一步步完全降解（最终降解分子量<500 g/mol）。结果表明，活体塑料可以在6-7天内迅速降解，而只有表面破坏（Lipase CA）作用的普通PCL塑料即使在21天后，也有大量的塑料碎片存在（图4）。图4. 两种酶对PCL塑料，降解前后的表面结构和分子量变化。(a) CA酶处理普通PCL塑料（左）和活体功能塑料（右）的降解效果；(b)活PCL降解过程中分子量变化曲线；(c) 仅CA酶对普通PCL塑料降解过程中分子量变化曲线另一种孢子释放的方法是堆肥，在不需要任何其他外源制剂的加入下，土壤环境中活塑料能够在25-30天以内就可被完全降解。而传统PCL塑料则需要55天左右才能被降解至肉眼不可见（图5）。图5. “活”塑料在土壤条件下的堆埋降解。(a) 活体塑料在土壤环境中降解；(b) 普通PCL塑料在土壤环境中降解前面提到，在塑料家族中，PCL的加工条件实际较为“温和”，本研究中选择PCL体系更多是由于其高效的酶降解系统基础：Lipase BC作为一种processive enzyme可以捕捉PCL链进行完全降解。因此为了验证系统的普适性，研究团队继续尝试了其他的塑料体系，将带有绿色荧光质粒的孢子分别与PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、 PBAT（聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯）、 PLA（聚乳酸）、PHA（聚羟基脂肪酸酯）甚至PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）进行混合加工，其中PET的加工温度高达300摄氏度，之后通过物理研磨的方法对孢子进行了释放。有趣的是，即使从PET塑料中释放出来的孢子依旧可以复苏并重新表达绿色荧光。这也为制作其他基底的活塑料奠定了良好的基础（图6）。图6. 其他基底“活”塑料。(a) 其他塑料种类及其加工温度；(b) 热熔制备多种基底的“活”塑料；(c) 物理破碎塑料，释放并激活携带绿色荧光蛋白的孢子；(d) 研磨破碎“活”塑料；(e) 工程化孢子成功释放并表达绿色荧光蛋白为了验证系统的放大可能，研究团队还使用单螺杆挤出机进行了小规模工业化测试，经过上述方法得到的活体的PCL塑料，依然具有快速高效的降解效率（图7）。并且，研究人员还将活体塑料置于雪碧环境中浸泡2个月，在没有外界作用的情况下，活体塑料能够保持稳定的外形，说明活体塑料能够像传统塑料一样使用，只有在它们被破坏或被废弃的条件下，才会启动降解程序。这项研究为新型可生物降解塑料的开发，提供了新的视角和方法，有望助力解决当下严重的塑料污染困境。图7. 单螺杆挤出机制备“活”塑料，及其降解性能测试。(a) 单螺杆挤出机制备得到的活体功能塑料；(b) 单螺杆制备活体功能材料的降解测试戴卓君研究员为论文通讯作者，戴卓君课题组联培博士唐琛望为论文第一作者，王林及孙静在实验设计、推进和文章修订中做出了重要贡献。该研究获得国家重点研发计划等多个项目的支持。参考文献：[1] Yoshida S,Hiraga K,Takehana T,et al. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)[J]. Science,2016, 351: 1196-1199.[2] Panganiban B,Qiao B,Jiang T,et al. Random heteropolymers preserve protein function in foreign environments[J]. Science,2018,359: 1239-1243.[3] DelRe C,Jiang Y,Kang P, et al. Near-complete depolymerization of polyesters with nano-dispersed enzymes[J]. Nature, 2021,592: 558–563.

2024-08-26

华南植物园在海岸带土壤细菌群落构建研究取得新进展

资源匮乏在自然界中普遍存在，影响了土壤微生物的多样性和共存。然而，目前资源可得性对土壤微生物群落组装的复杂影响尚不清楚。生态中心硕士研究生吴赐豪在任海研究员指导下，以我国广东、海南沿海的沙质海岸为研究对象，研究了土壤细菌群落的组装过程，重点关注了非生物和生物因素的相对重要性。研究发现，随着样地地理距离增加，细菌群落相似性呈现轻微下降趋势，土壤资源可利用性的空间变异（包括全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺）和全磷（TP））解释了75%的细菌群落总变异。土壤氮是主要限制性因子，在塑造细菌群落组成方面起到了关键作用。值得注意的是，土壤氮增加并没有缓解氮限制或促进微生物多样性，相反，它通过增加对氮的整体需求，加剧了微生物物种间的负面相互作用，有利于选择高竞争力的物种，从而导致了确定性群落组装过程。本研究为土壤细菌群落的生物地理格局提供了新见解，为我国东南沿海海岸带的土壤生态恢复提供了科学支撑。相关研究成果已发表在国际学术期刊Global Ecology and Conservation（《全球生态与保护》），该研究得到科技部重点研发计划、中国科学院华南植物园青年人才项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gecco.2024.e03171

2024-09-03

南海所最新成果提升超慢洋中脊地幔动力学认知在Nature发表

近日，中国科学院南海海洋研究所（简称“南海海洋所”）林间院士团队和自然资源部第二海洋研究所（简称“海洋二所”）李家彪院士团队、南方科技大学、法国巴黎地球物理研究所（IPGP）等单位中外科学家，首次在极端的北极环境中，成功实施破冰并放置海底地震探测仪器，揭示了超慢速扩张洋中脊的岩浆活动的超强变化特征，提出主动和被动地幔上涌双机制控制了全球洋中脊系统。研究成果以“Highly variable magmatic accretion at the ultraslow-spreading Gakkel Ridge”为题发表在国际顶级学术期刊Nature上。海洋二所研究员张涛为论文第一作者，李家彪院士为论文通讯作者。林间院士与南海海洋所助理研究员查财财为共同作者。洋中脊是地球表面最长的海底山脉，是洋壳与大洋板块诞生的地方，孕育了大量矿产资源。地球上的超慢速扩张洋脊山脉，分别位于偏远的西南印度洋与北极之下，林间院士与国际科学家团队首先对西南印度洋中脊进行探测，提出超慢洋中脊地幔动力学经典模型。冰封的北极发育着全球扩张速率最慢的洋中脊，但国际科学家一直无法到冰层下的加克洋中脊进行高精度海底地震实验验证。2021年，李家彪院士发起JASMInE国际科学合作计划，国际上首次开展了大规模北极冰下海底地震探测，打破了国际上北极高纬密集冰区无法开展海底地震仪探测的断言。基于这项海底深部探测和综合调查，研究团队惊奇地发现北极超慢速扩张洋中脊极端丰富和高变化的岩浆供给特征，提出了全球洋中脊系统均受主动和被动地幔上涌双机制控制的新理论，改变了一直认为的超慢速扩张洋中脊岩浆极度贫瘠的观点。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07831-0

2024-08-31

华南植物园对固氮植物改造桉树人工林研究获新进展

混交林具有提高土壤质量、增加微生物群落等特征，并优化生态系统的碳氮磷化学计量比，促进森林的可持续发展。然而，在含有固氮植物的混交林中是否有相同的结果并未被证实。引入固氮树种与桉树混交具有与施氮的相似的效应，可能破坏生态系统C:N:P的化学计量平衡。因此，中国科学院华南植物园鼎湖山站分析施氮和引入固氮树种混交处理对桉树人工林土壤、微生物、酶、叶和根的C:N:P化学计量的影响。研究结果显示，除微生物生物量C:N比外，施氮导致生态系统C:N:P化学计量失衡。引入固氮植物混交降低土壤C:N比，提高C:P和N:P比，但未改变其他C:N:P化学计量特征（如图），且该结果得到两项数据整合的证实。该研究强调利用固氮植物改造桉树人工林，有助于维持其生态系统C:N:P化学计量，支持了桉树人工林可持续生产的理念。相关研究成果已近期发表在Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物学与生物化学》）（IF=9.8）上。中国科学院华南植物园姚贤宇为论文第一作者，邓琦为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、和广东省林业科技创新项目等项目资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2024.109356图. 施氮和混交固氮植物对桉树人工林生态系统碳氮磷化学计量比的影响差异

2024-09-01

南海所研究发现新颖毒素-抗毒素系统具有控制温和噬菌体激活和防御噬菌体的双重功能

8月23日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究员王晓雪团队联合哈佛医学院Matthew K. Waldor团队，发现了温和噬菌体编码的新颖的三组分的毒素-抗毒素系统，并解析了这一新系统在温和噬菌体溶原裂解转化和噬菌体防御方面的双重功能，相关研究成果以“Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module”为题，在线发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。南海海洋所研究员郭云学、副研究员汤开浩，哈佛医学院Brandon Sit和南海海洋所2022级博士研究生古嘉瑜为该论文共同第一作者，南海海洋所研究员王晓雪和哈佛医学院教授Matthew K. Waldor为该论文的共同通讯作者。合作者还包括哈佛大学Hongbo R. Luo团队。在微生物世界中，噬菌体（感染细菌的病毒）与宿主之间的相互作用一直是生物学研究的热点。丝状噬菌体广泛存在于自然界中，可以侵染细菌和古菌宿主。假单胞菌属的Pf丝状噬菌体在生物膜形成和毒力中扮演重要角色。然而，关于Pf原噬菌体在生物膜中激活的机制仍是一个谜。揭示这些复杂的生物学过程对于寻找新的治疗策略，发现和认识丝状噬菌体的生物学和生态学功能具有重要的意义。在这项研究中，研究人员报道了铜绿假单胞菌中的丝状温和噬菌体携带的三组分毒素-抗毒素系统KKP（kinase-kinase-phosphatase）的双重功能。原噬菌体诱导通常通过控制噬菌体阻遏蛋白活性进行调节，例如宿主因子对阻遏蛋白的特异性切割使其失活来激活噬菌体的裂解途径。毒素KK的其中一个靶标是宿主的拟核结合蛋白MvaU。KKP通过激酶和磷酸酶活性之间的平衡控制MvaU的磷酸化水平，从而调控丝状噬菌体的溶原-裂解转化及噬菌体颗粒的产生。此外，研究发现抗毒素活性被烈性噬菌体的复制蛋白抑制，激活毒素KK活性，抑制了烈性噬菌体的繁殖。KKP的发现将毒素-抗毒素系统引入了宿主-噬菌体相互作用的模型，作为控制温和噬菌体裂解的开关和烈性噬菌体入侵的盾牌，通过可逆翻译后修饰发挥功能，位于环境信号、噬菌体复制和宿主生理状态的交汇中心。 KKP基因簇在超过1000种不同的温和原噬菌体存在。KKP代表了一种基于磷酸化的温和噬体激活和防御噬菌体的机制（图1），揭示了毒素-抗毒素系统是自然界温和噬菌体和烈性噬菌体两大类噬菌体之间博弈的筹码。图1. KKP控制温和噬菌体的溶原裂解转化和抵抗烈性噬菌体入侵的机制本研究工作得到国家自然科学基金、国家科技部重点研发计划、广东省本土创新团队等项目的资助。相关论文信息：Yunxue Guo#,Kaihao Tang#,Brandon Sit#,Jiayu Gu#,Ran Chen,Xinqi Shao,Shituan Lin,Zixian Huang,Zhaolong Nie,Jianzhong Lin,Xiaoxiao Liu,Weiquan Wang,Xinyu Gao,Tianlang Liu,Fei Liu,Hongbo R. Luo,Matthew K. Waldor*,Xiaoxue Wang*. Control of lysogeny and antiphage defense by a prophage-encoded kinase-phosphatase module. 2024,15(1):7244. doi: 10.1038/s41467-024-51617-x.

2024-08-30

华南植物园发现飞机草通过改变氨氧化微生物来影响土壤氮转化和竞争

外来植物入侵机制是防控和评估入侵的关键依据。入侵植物可以通过改变土壤微生物组成来提高土壤养分的可用水平，并创造良好的土壤环境，从而利于入侵。因此，了解入侵植物如何影响特定微生物功能群及改变土壤养分循环的能力有重要意义。近年来，飞机草已成为西沙群岛危害最大的入侵植物之一，造成较严重的生态环境问题。以土壤氮转化为切入点，开展飞机草在热带珊瑚岛的入侵机制，为其防控提供理论依据有重要意义。该研究以热带珊瑚岛入侵植物飞机草和本地优势物种草海桐和抗风桐为研究对象，探究氨氧化微生物在入侵植物与本地植物竞争中的作用。研究发现，在面对种间竞争时，飞机草地上部分的生物量分配比例高于两种本土植物。当与本地植物种植时，飞机草根际富集更多的氨氧化细菌，根际土壤的有效氮含量和净矿化率高于本地植物根际土壤。飞机草比本地植物具有更高的N利用效率，有利于竞争光照和土壤营养；同时抑制本地植物的氮转化，从而获取竞争优势。研究结果为基于植物-土壤相互作用成功入侵植物提供了新的视角，有助于了解飞机草对土壤氮的获取和竞争策略，为热带珊瑚岛植物入侵的防控提供了重要依据。相关研究成果发表在国际学术期刊Science of the Total Environment（《总环境科学》）上，中国科学院华南植物园植被与景观生态学研究组博士研究生袁承志和硕士毕业生高嘉为共同第一作者，简曙光研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发项目和广东省科学技术项目的资助。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175196图1. 飞机草、草海桐和抗风桐的根际土壤的氮转化速率图2. 飞机草、草海桐和抗风桐的根际土壤的氨氧化古菌（a、c）和细菌（b、d）的amoA基因拷贝数

2024-08-29

华南植物园揭示土壤碳分解酶对氮添加响应的菌根调控机制

近几十年来，人类活动导致的大气氮沉降将极大的改变土壤有机碳储量，从而影响碳循环-气候反馈。土壤微生物通过分泌碳降解胞外酶获取养分并催化土壤碳的分解，因此其活性可能在很大程度上揭示了微生物介导的土壤碳动态。然而，目前土壤碳降解胞外酶活性（C-EEAs）对氮沉降的响应及其潜在机制尚不清楚。基于此，中国科学院华南植物园鼎湖山站通过全球尺度的整合分析，揭示了生态系统优势树种的菌根关联在预测氮沉降下C-EEAs和土壤碳储量中的重要作用（图1）。具体而言，在以外生菌根植物为主的生态系统中，氮添加显著刺激了纤维素酶活性，但抑制了木质素酶活性，从而导致土壤碳储量的显著增加。在以丛枝菌根植物为主的生态系统中，氮添加对C-EEAs和土壤碳储量的影响均不显著。此外，两类生态系统中，C-EEAs和土壤碳储量对氮添加响应的差异可能主要与外生菌根和丛枝菌根树种特定的氮获取策略有关。这些结果表明，在以外生菌根植物为主的生态系统中，氮沉降对土壤碳储量的刺激作用可能被低估。相关研究成果已近期在线发表在国际学术期刊Science of the Total Environment（《总环境科学》）（IF=8.2）上。中国科学院华南植物园博士后胡苑柳为该文第一作者，华南植物园邓琦研究员和地球环境研究所陈骥研究员为通讯作者。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175008.图1. 氮沉降下土壤碳降解胞外酶和碳储量响应的菌根调控机制。

2024-08-29

广州地化所张万峰研究员等-JAAS：前寒武纪40Ar/39Ar定年标样ZMT04白云母推荐值重新厘定

国际上已报道40Ar/39Ar定年标样超过30个，但绝大多数样品的形成时代为新生代到中生代。前寒武纪的标样相对比较缺乏。随着深空探测计划的持续推进，前寒武纪样品的高精度分析再次得到广泛关注。目前国际上已发表的前寒武纪40Ar/39Ar定年标样包括NL-25角闪石（2649 ± 15 Ma），WA1ms白云母（2613 ± 2.4 Ma），ZMT04白云母（1804 ± 21 Ma），Hb3gr角闪石（1081.4 ± 1.1 Ma）和BSP-1角闪石（2060 ± 8 Ma）。ZMT04是当前国内开展前寒武纪样品分析的最佳中子通量监测标样，经过数十年的连续测定与检验，于2009年3月4日获批为国家二级标准物质，国家质检总局认定的ZMT04白云母制造计量器具许可证编号为GBW（E）040019。2021年李献华院士向国内40Ar/39Ar实验室分发ZMT04白云母，并推动国内40Ar/39Ar实验室间校准，以期提升国内40Ar/39Ar实验室的分析能力。张万峰、郑德文研究员、徐义刚院士等联合贺怀宇研究员（地质与地球物理研究所）、李军杰高级工程师（核工业北京地质研究院）、Fred Jourdan教授（科廷大学）等团队对该样品进行详细研究。该样品在3个反应堆进行照射（岷江试验堆、西安脉冲堆和俄勒冈州立大学反应堆），并在2个独立实验室进行分析（广州地球化学研究所和科廷大学），通过不同的分析方法（单颗粒全熔、单颗粒阶段升温及多颗粒阶段升温（0.5-5mg）分析）均获得了误差范围内一致的结果。该一致的结果有力的排除样品均匀性、副反应校正、核反冲、中子通量监测及测试等影响结果准确性的因素，获得了高精度定年结果（1772.2 ± 2.7 Ma, 2σ，图1）。该工作不仅完成了广州地球化学研究所40Ar/39Ar实验室分析能力的建设及评价（建立前寒武纪样品的高精度定年分析方法，且本实验室分析能力达国际EARTHTIME核心实验室水平）；还重新厘定了ZMT04白云母的40Ar/39Ar推荐年龄，获得该样品的高精度年龄。该成果近期以封面文章（图2）发表在分析化学权威期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上。图1 全部测试结果汇总图2 JAAS期刊封面。封面图片设计思想：该样品在两个独立实验室开展了多批次、多种方法分析均得到一致的结果，正如射箭赛场上，万箭齐发，发发10环。本研究受国家自然科学基金项目和中国科学院先导B项目的资助，中国科学院广州地球化学研究所所长基金，南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)和中国科学院技术人才项目资助。论文信息：Wanfeng Zhang (张万峰), Dewen Zheng (郑德文), Fred Jourdan, Adam Frew, Celia Mayers, Yigang Xu (徐义刚), Huaiyu He (贺怀宇), Yanqiang Zhang (张彦强), Jun-jie Wang (汪俊杰), Yingde Jiang (蒋映德), Ming Xiao (肖明), Junjie Li (李军杰) and Jia Zhang (张佳), ZMT04 Muscovite: A Potential Paleoproterozoic Reference Material for 40Ar/39Ar dating. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2024; 39(9), 2173-2182. DOI: https://doi.org/10.1039/D4JA00172A.

2024-08-29

南海海洋所在珊瑚有性繁殖模式研究取得新进展

中国科学院南海海洋研究所珊瑚生物学和珊瑚礁生态学学科组与香港中文大学Put Ang教授合作，在南海珊瑚有性繁殖模式研究领域取得新进展，研究成果分别以“Coral spawning patterns on the Luhuitou fringing reef in Hainan Island of the northern South China Sea”、“First record of coral split spawning in the genus Acropora at Luhuitou fringing reef,Sanya,China”为题，发表在Frontiers in Marine Science和Bulletin of Marine Science期刊。珊瑚的繁殖方式主要分为有性繁殖和无性繁殖，其中，有性繁殖是通过雌雄配子的结合产生新生个体的方式，这种方式对维持珊瑚种群数量和基因多样性具有重要的意义。研究珊瑚有性繁殖规律对于了解珊瑚的种群变化和演替、恢复力、地理分布和进化、珊瑚礁自然恢复是不可或缺的，也可为珊瑚礁生态修复提供科学指导。据团队前期研究结果显示，中国共有造礁石珊瑚2个类群16科77属445种，主要分布于南海。迄今为止，对南海造礁石珊瑚有性繁殖模式并未有系统的认识。团队成员对3科（鹿角珊瑚科、裸肋珊瑚科和真叶珊瑚科）5属（鹿角珊瑚属、蔷薇珊瑚属、扁脑珊瑚属、盘星珊瑚属和盔形珊瑚属）22种造礁石珊瑚繁殖模式进行了连续多年 (2009-2021) 原位跟踪监测，基于农历历法进行繁殖数据的分析和整合，发现珊瑚排放配子行为主要发生在农历二月至五月 (表1)；鹿角珊瑚为记录排卵最多的珊瑚，其繁殖行为主要发生在农历二月至四月，集中在农历三月。珊瑚有性繁殖时间吻合南海北部表层海水温度上升期。结合历史数据显示，珊瑚排卵同步性受到多种因素影响，比如温度。表层海水温度在珊瑚排卵前一个月出现明显过低现象，会导致珊瑚有性繁殖时间相应推迟一个月左右。值得注意的是，不同于其他海域珊瑚排卵的记录，三亚鹿回头海域的珊瑚排卵日分散于满月前，满月日、满月后，甚至发生于新月日，导致难以精准预测珊瑚繁殖日。此外，研究揭示三亚鹿回头海域珊瑚有性繁殖存在分批现象 (split spawning)，即同种珊瑚能够在连续周/月内的多个夜晚排卵。这种现象揭示了一种新的珊瑚有性繁殖策略，即其能够调整有性繁殖时间以适应近岸珊瑚礁多变的环境，从而提高有性繁殖后代存活率。此项连续研究工作填补了国内关于南海珊瑚繁殖模式研究的空白，明晰了南海造礁石珊瑚有性繁殖行为、时间（周期）以及影响因素，为促进珊瑚种群恢复提供了科学基础，更为基于珊瑚有性繁殖提供浮浪幼虫修复退化珊瑚礁生态系统提供了可能。图 1 南海北部鹿回头海域珊瑚排卵行为注： A 芽枝鹿角珊瑚 B 简单鹿角珊瑚C 细枝鹿角珊瑚 D 精巧扁脑珊瑚 E 美龙式盘星珊瑚 F 中间鹿角珊瑚表 1 三亚鹿回头海域造礁石珊瑚排卵有性繁殖时间表SpeciesSpawned Year(s)Lunar month(s)Days before (-) or after (+) Full MoonSpawning TimeSexual CharacterAcroporidaeAcropora robusta2009,2010,2014Mar-1,+2,+321:40HermaphroditeA. millepora2011,2016,2021Feb,Mar-8,-9,+4,+5,+1521:20HermaphroditeA. cerealis2010,2019,2021Feb,Mar-1,-9,+6,+721:20HermaphroditeA. austera2016,2018–2021Feb,Mar,Apr+0,+4,+9,+11,+1521:40HermaphroditeA. muricata2017–2021Feb,Mar+0,+5,+9,+11,+1521:30HermaphroditeA. intermedia2013,2016–2021Feb,Mar,Apr-8,+0,+5,+7,+9,+15,+1621:30HermaphroditeA. digitifera2010,2016,2019–2021Feb,Mar,Apr-3,-9,+0,+1,+1521:10HermaphroditeA. gemmifera2013,2014,2016–2021Mar,Apr-11,-9,-7,-2,+2,+9,+1021:00HermaphroditeA. hyacinthus2010,2013,2016–2021Feb,Mar,Apr-7,+1,+2,+4,+5,+11,+1521:20HermaphroditeA. nana2016,2020,2021Mar,Apr-2,+0,+1,+1520:20HermaphroditeA. microphthalma2021Feb+421:20HermaphroditeA. papillare2010,2011,2013,2021Mar-2,-7,+9,+1522:00HermaphroditeA. secale2010,2011Mar-2,+921:01HermaphroditeA. valida2010Mar-121:50HermaphroditeMontipora turgescens2009Mar+221:45HermaphroditeMontipora sp.2010,2016Feb,Apr+2,+921:40HermaphroditeM. digitata2016Apr-2HermaphroditeM. peltiformis2017Apr+121:00HermaphroditeEuphylliidaeGalaxea fascicularis2011,2017,2019,2021Mar,Apr-9－-3,+1, +3,+4,+819:00-21:00Pseudo-gynodioeciousMerulinidaePlatygyra sp.2016,2018,2019Mar,Apr,May-11,+7,+9HermaphroditeP. daedalea2014,2016,2020Apr+3,+5,+9,+1020:30HermaphroditeDipsastraea veroni2020Apr+621:20Hermaphrodite相关论文信息：Sun YF.,Zhang YY.,Jiang L.,Yu XL.,Huang LT.,Yuan T.,...& Huang H. (2024). Coral spawning patterns on the Luhuitou fringing reef in Hainan Island of the northern South China Sea. Frontiers in Marine Science,11,1418942.论文链接：https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1418942论文第一作者为助理研究员孙有方、副研究员张浴阳，通讯作者为教授Put Ang、副研究员张浴阳和研究员黄晖。Yu XL.,Sun YF.,Zhang YY.,& Huang H. (2023). First record of coral split spawning in the genus Acropora at Luhuitou fringing reef,Sanya,China. Bulletin of Marine Science.99 (1):65-66.论文链接：https://doi.org/10.5343/bms.2022.0039论文第一作者为助理研究员俞晓磊，通讯作者为副研究员张浴阳和研究员黄晖。以上研究获得国家重点研发项目、国家自然科学基金青年基金项目、广东省自然科学基金面上项目、广州市基础与应用基础研究专项基金等联合资助。

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