科研进展--中国科学院广州分院

酸雨是全球重要的环境问题之一，尤其是我国南方，近年来持续的酸雨导致该区域部分森林土壤急剧酸化，养分和盐基离子逐渐耗竭，将威胁其生态系统结构和服务功能。华南植物园邓琦课题组在先前的研究中发现，长期酸雨导致的土壤酸化将加速铁、铝氧化物的活化及其对磷的吸附，从而降低土壤磷有效性（Hu et al.,2023, Science of the Total Environment）。尽管研究发现，植物能够通过调动菌根真菌促进有机磷矿化，从而缓解酸化导致的磷限制（Hu et al.,2022, Global Change Biology），但在酸雨加剧的背景下，我国南方常绿阔叶林树种的响应及其机制仍不明确。中国科学院华南植物园博士后胡苑柳等科研人员，研究基于鼎湖山季风常绿阔叶林长期模拟野外酸沉降实验，进一步探究林内与丛枝菌根或外生菌根共生的主要树种对酸雨加剧导致的磷限制的适应及机制。研究发现：（1）酸雨处理并未改变外生菌根树种根际土壤有效磷含量，反而导致不稳定磷的显著增加以及闭蓄态磷的下降，这些变化与根际土壤磷酸二酯酶活性及其编码基因相对丰度的增加相关。（2）酸雨处理显著降低丛枝菌根树种根际土壤有效磷及其叶片磷含量，但同时该树种在叶片磷组分中表现出更大的可塑性，即结构态磷组分显著下降而代谢态磷组分增加。这些结果表明，为应对长期酸雨引起的磷限制，外生菌根树种可能倾向于增强磷活化的营养策略，而丛枝菌根树种则更倾向于采取提高叶面磷利用率的保守策略。研究成果以“Tropical tree-mycorrhizal types show divergent phosphorus adaptive strategies after 12-year simulated acid rain”为题近日在线发表在国际学术期刊Soil Biology and Biochemistry（《土壤生物学与生物化学》）（IF=10.2）上。中国科学院华南植物园鼎湖山站博士后胡苑柳为论文第一作者，邓琦研究员为通讯作者。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2025.109968图. 两种菌根树种在长期酸雨引起的磷限制下的不同适应策略

2025-09-14

南海海洋所研究团队揭示海洋热浪影响全球浮游植物的垂直分布

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）陈更新团队利用长达17年的全球 Biogeochemical-Argo（BGC-Argo）浮标观测数据，深入剖析了海洋热浪对全球浮游植物垂直分布结构的影响。近日，该研究成果以LTO博士研究生马雪莹为论文第一作者，陈更新研究员为通讯作者，发表在国际期刊Communications Earth & Environment上。近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）陈更新团队利用长达17年的全球 Biogeochemical-Argo（BGC-Argo）浮标观测数据，深入剖析了海洋热浪对全球浮游植物垂直分布结构的影响。近日，该研究成果以LTO博士研究生马雪莹为论文第一作者，陈更新研究员为通讯作者，发表在国际期刊Communications Earth & Environment上。随着全球变暖的持续加剧，过去几十年来，海洋热浪的发生频率显著上升，持续时间也不断延长，给海洋生态系统带来了严重威胁。浮游植物作为海洋的初级生产者，支撑着整个海洋食物网，并在全球碳循环中发挥着关键作用，主要分布于海洋上层200米以内的水体。然而，既有研究多集中于浮游植物在近表层对海洋热浪的响应，难以反映其在水体内部的垂直结构变化。因此，关于海洋热浪如何影响浮游植物垂直分布的机制，我们仍缺乏系统性的理解。本研究结合BGC-Argo浮标的生物地球化学及物理参数的垂直剖面数据，首次在全球尺度上识别并总结了浮游植物对海洋热浪的四种典型垂向响应类型（图1）。这些垂直响应类型在时间和空间尺度上均表现出显著差异，具体可分为以下四类：（1）增强型：上层水体叶绿素 a 浓度显著上升，主要分布于高纬度海域；（2）减弱型：上层水体叶绿素 a 浓度明显下降，主要出现在热带与副热带海域；（3）次表层反转型-NP：表层叶绿素 a 浓度下降，次表层浓度升高，在赤道印度洋尤为显著；（4）次表层反转型-PN：表层浓度升高，次表层浓度降低，在赤道大西洋最为常见（图2）。进一步研究表明，海洋热浪的发生显著促进了次表层叶绿素最大值层（Deep Chlorophyll Maximum,DCM）的形成与发展，显著影响了其深度位置与强度变化。通过对典型极端海洋热浪事件的深入分析，研究进一步揭示了海洋热浪的垂向结构通过改变不同深度的光照、温度与营养盐环境，进而影响浮游植物的垂直分布格局与空间重分布过程。本研究首次在全球尺度上提供了海洋热浪期间全球浮游植物垂直分布结构变化的直接观测证据，识别出四种主要的垂直响应结构，丰富了我们对浮游植物应对海洋极端气候事件行为的认知，为未来海洋生态系统响应气候变化的预测提供了观测基础与理论支持。本研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金和中国科学院南海海洋研究所基金的共同资助。相关论文信息：Ma,X.,& Chen,G. (2025). Marine heatwaves are shaping the vertical structure of phytoplankton in the global ocean. Communications Earth & Environment,6(1),715.文章链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02718-y图1 海洋热浪期间叶绿素 a（Chla）剖面的时空分布a：记录海洋热浪（MHWs）事件的叶绿素 a 剖面在全球的空间分布。b：海洋热浪期间（红色柱状）与非海洋热浪期间（灰色柱状）每年的叶绿素 a 剖面数量。c–f：海洋热浪期间四种垂直叶绿素异常类型的典型案例（红色实线，单位：mg m⁻³）：c：在季节性冰区的增强型叶绿素异常；d：黑潮区域的减弱型叶绿素异常；e：赤道印度洋的次表层反转型-NP；f：赤道大西洋的次表层反转型-PN。c–f 中的灰色阴影表示标准差。c–f数字表示在海洋热浪期间识别出的对应垂直异常类型的叶绿素剖面数量，括号内的数字表示海洋热浪期间的叶绿素剖面总数。图2 海洋热浪（MHWs）期间垂直叶绿素 a 异常的时空分布a：海洋热浪（MHW）期间（红线）与非 MHW 期间（黑线）叶绿素 a 剖面数量的纬向分布。b：全球海洋中叶绿素 a 浓度异常的纬向分布。c：基于 BGC-Argo 观测，15 个区域内海洋热浪期间不同类型垂直叶绿素 a 异常的比例分布。绿色表示减弱型（Weakened）、黄色表示增强型（Intensified）蓝色和粉色分别表示两类次表层反转型（NP 和 PN）。d：海洋热浪期间各月主导的垂直叶绿素 a 异常类型（填色），以及各类型在当月 MHW 剖面中的占比（青色线条）。

2025-09-12

南海海洋所研究团队揭示印度夏季风降水影响南极气候和海冰的新机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）与全球海洋和气候研究中心（GOCRC）王春在研究员团队在一区TOP期刊 npj Climate and Atmospheric Science 发表最新成果，揭示了印度夏季风降水如何通过跨半球机制影响南极气候和海冰分布。论文由LTO博士研究生宋强华担任第一作者，研究员王春在为通讯作者，合作作者还包括LTO研究员张磊和中山大学副教授范汉杰。近年来，南极及周边海域的气候变化愈加显著，不仅影响极地生态，还对全球大气和海洋环流系统产生深远影响。明确南极气候的关键驱动因素，对于预测未来极地及全球气候变化趋势、评估海平面上升风险具有重要意义。以往研究多聚焦于海洋多尺度变率对南极气候的作用，而本研究首次提出印度夏季风降水也能通过大气过程跨越半球，调控南极地表气温和海冰分布（图1）。研究表明，印度夏季风降雨释放潜热，使得印度洋区域的哈德莱环流整体北移。这一变化在南印度洋马斯克林群岛附近激发出大气罗斯贝波列，并沿南印度洋传播至南极。罗斯贝波的传递改变了南极的海平面气压格局，进而在东西南极沿岸形成风场：近岸风导致南极大陆大范围升温，而离岸风触发的冷平流则影响罗斯海和威德尔海。冷暖空气的输送使南极地表温度发生变化，海冰分布呈现出类似“三极子”的模态特征。该研究不仅揭示了印度夏季风降水与南极气候和海冰之间的物理联系，还为提升南极海冰的季节预测能力、完善气候动力学理论框架提供了新的科学依据，同时深化了人们对热带–极地遥相关及其气候效应的理解。本研究得到了国家自然基金委合作创新研究团队项目、国家自然科学基金重大项目等共同资助。相关论文信息：Song,Q.,Wang,C.,Zhang,L.,Fan,H. Indian summer monsoon rainfall drives Antarctic climate and sea ice variability through atmospheric teleconnections. npj Clim Atmos Sci 8,320 (2025).文章链接：https://doi.org/10.1038/s41612-025-01213-7图 1 印度夏季风降水对南极气候影响的示意图。印度夏季风降水释放的非绝热加热导致哈德莱环流向北移动，从而激发罗斯贝波列（等值线）从南印度洋马斯克林群岛向南极传播。该罗斯贝波列改变了海平面气压，为东南极大陆和西南极大陆带来暖平流（南极区域红色箭头），同时在罗斯海和威德尔海区域则形成明显的冷平流输送（南极区域蓝色箭头）。

2025-09-09

亚热带生态所多项仪器设备功能与技术开发项目通过验收并获新资助

9月9日，中国科学院广州生命科学大型仪器区域中心在中国科学院亚热带农业生态研究所召开中国科学院功能开发项目验收、广州区域中心自主创新项目的申报与开放课题验收的评审会议，邀请来自院内外的7位专家担任评委，军事医学科学院张德添正高级工程师担任组长。广州健康研究院副院长（主持工作）、区域中心管委会主任孙飞、华南植物园副主任叶清、亚热带生态所副所长谢永宏，区域中心5个成员单位的相关负责人及项目承担人参加了本次会议。9月9日，中国科学院广州生命科学大型仪器区域中心在中国科学院亚热带农业生态研究所召开中国科学院功能开发项目验收、广州区域中心自主创新项目的申报与开放课题验收的评审会议，邀请来自院内外的7位专家担任评委，军事医学科学院张德添正高级工程师担任组长。广州健康研究院副院长（主持工作）、区域中心管委会主任孙飞、华南植物园副主任叶清、亚热带生态所副所长谢永宏，区域中心5个成员单位的相关负责人及项目承担人参加了本次会议。本次会议验收了中国科学院功能开发项目7项，广州区域中心开放课题5项，评审了广州区域中心自主创新项目6项。其中，亚热带生态所参与验收的项目共4项，包括中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目2项，分别为《基于液质联用仪畜禽小肽数据库开发与应用》和《应用于气相色谱仪的全自动气体稀释装置的研制》；广州生命科学大型仪器区域中心开放课题2项，分别为《细菌样品扫描电镜快速观察方法的建立》和《土壤中低分子量有机酸碳氢稳定同位素比值的测定方法研究》。经评议，4个项目均符合验收标准，完成了预定技术指标，专家组一致同意通过验收。亚热带生态所申报了广州区域中心自主创新项目1项-《基于MALDI-TOF MS 构建农业微生物指纹图谱库及其快速鉴定方法》，该项目为竞争性项目，共支持4项，经过专家评审，获得了区域中心自主创新项目的资助。《基于液质联用仪畜禽小肽数据库开发与应用》项目由许丽卫高级工程师主持，建立了畜禽小肽数据库，以及二肽定性和定量测定方法，可以应用于畜禽生物样本中小肽的定性和定量鉴定，深入挖掘畜禽样本中二肽代谢物的存在形式和流转规律，为研究小肽在调节畜禽生产性能的生物学机制解析和营养策略的开发提供技术支持。《应用于气相色谱仪的全自动气体稀释装置的研制》项目由陈闻高级工程师主持，成功研制了一套用于气相色谱仪的全自动气体稀释装置。该装置实现了样品瓶抽真空、自动清洗以及气体样品稀释等流程的自动化控制，解放了人力，规范了样品前处理操作，提高了处理效率。配合气相色谱仪使用，有效提升了高浓度气体样品检测数据的准确度与精密度，可为研究所开展土壤温室气体排放机理及调控因素等相关研究提供了重要技术支撑。《细菌样品扫描电镜快速观察方法的建立》由李春勇高级工程师主持，建立了一种用于细菌样品扫描电镜观察的快速制样方法。该方法将传统制样流程所需时间从8小时以上缩短至1小时以内，显著提高了实验效率，可为研究所开展微生物微观形态研究提供了重要技术支撑。《土壤中低分子量有机酸碳氢稳定同位素比值的测定方法研究》由贺珍工程师主持，建立了一次进样同步测定土壤中低分子量有机酸（如甲酸、乙酸、丙酸等）含量及其碳/氢稳定同位素组成的前处理方法及GC-MS/-IRMS分析流程。方法实现了对目标有机酸的准确定量，所采用的液液萃取前处理方式操作简便、耗时短、重复性良好，可为研究所承担的酸化土壤治理相关研究提供了可靠技术支撑。《基于MALDI-TOF MS 构建农业微生物指纹图谱库及其快速鉴定方法》由张丽萍高级工程师主持，预期将建立一套适用于不同种属微生物的标准化前处理与检测方法；同时整合本所已有功能菌株及模式菌株，利用MALDI-TOF MS技术构建本土化的微生物指纹图谱自建库。项目完成后，将为所内科研人员提供高效的菌株鉴定服务，避免重复测序，节省科研成本与时间，为农业可持续发展与微生物学研究提供关键技术支撑。亚热带生态所公共技术中心在满足研究所科研需要的同时，积极发挥技术创新能力，针对研究所的科研需求，积极申报中国科学院及区域中心大型仪器功能开发和技术创新类项目。这些项目的成功实施和新项目的获批，有助于提升中心的支撑能力和大型仪器设备的共享服务水平为研究所的科技创新工作提供重要保障。评审会议现场

2025-09-11

广州健康院合作开发出针对急性髓系白血病精准靶向治疗的新型Loop CAR-NK细胞

中国科学院广州生物医药与健康研究院王金勇研究员团队在Journal for ImmunoTherapy of Cancer杂志在线发表了题为CD33KO-CD33-mesothelin loop CAR design avoids fratricide and improves efficacy of iNK cells against acute myeloid leukemia的研究论文。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（以下简称“广州健康院”）王金勇研究员团队在Journal for ImmunoTherapy of Cancer杂志在线发表了题为“CD33KO-CD33-mesothelin loop CAR design avoids fratricide and improves efficacy of iNK cells against acute myeloid leukemia”的研究论文。该研究针对间皮素（MSLN）和CD33靶点双阳性的急性髓系白血病（AML）设计了环形双靶点嵌合抗原受体（CD33-MSLN Loop CAR,Loop CAR），并基于脐带血NK细胞（UCB-NK）或人多能干细胞（hPSCs）诱导的NK（iNK）细胞制备出Loop CAR-NK或Loop CAR-iNK细胞。Loop CAR-NK细胞能够有效杀伤AML细胞。研究还进一步通过在hPSCs中敲除CD33基因解决了Loop CAR-iNK细胞因靶向自身CD33抗原分子而引起的“自相残杀”问题。该研究为AML细胞治疗新策略提供理论和技术依据。AML患者通常年龄较大，不适合进行自体免疫细胞改造治疗。开发异基因CAR-NK细胞疗法治疗AML是重要的探索方向。目前，过继输注NK细胞治疗AML的研究已广泛开展。其中，CD33 CAR-NK细胞已在复发/难治性AML治疗中展现出初步的疗效与安全性。MSLN抗原在部分AML患者中高表达，成为AML治疗的潜在靶点。为了提高CAR-NK细胞对MSLN+ AML的治疗效果，研究团队构建了同时靶向CD33和MSLN的“双导航”Loop CAR，然后利用逆转录病毒感染UCB-NK细胞制备出Loop CAR-NK细胞。实验证明，Loop CAR-NK细胞对CD33+MSLN+ AML细胞系和患者原代AML细胞的杀伤能力显著优于单靶点CAR-NK细胞。scRNA-seq分析显示，与单靶点CAR-NK细胞相比，被肿瘤细胞刺激后的Loop CAR-NK细胞展现出更强的激活状态和细胞毒性活性。hPSCs来源的iNK细胞质量均一、可现货式供应，有希望成为人体组织来源NK细胞的替代来源。但UCB-NK细胞和hPSCs来源的iNK细胞均会表达CD33，这使得靶向CD33的CAR-NK细胞会互相攻击，即“自相残杀”，导致其扩增能力和活性受损。为了解决这一问题，团队利用基因编辑技术，在hPSCs中敲除CD33基因构建了CD33KO-hPSCs，再导入Loop CAR构建了CD33KO-Loop CAR-hPSCs，利用课题组前期开发的hPSCs再生iNK技术（Huang Dehao,et al. Cell Discovery,2022）最终诱导分化产生CD33KO-Loop CAR-iNK细胞。实验证明，CD33KO-Loop CAR-iNK细胞的扩增能力恢复正常，对CD33+MSLN+AML细胞的杀伤活性也进一步提升。此外，CD33KO-Loop CAR-iNK细胞在细胞系来源的异种移植肿瘤和人源肿瘤异种移植模型中，也展现出更优越的抗肿瘤效果，并显著延长荷瘤小鼠的生存期。广州健康院客座王金勇研究员和北京干细胞与再生医学研究院胡房晓副研究员为该论文的共同通讯作者。广州健康院博士后王瑶和博士生郑秀娟为该论文的共同第一作者。本研究的合作者还包括广东省人民医院杜欣教授和李敏明主治医师，中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）竺晓凡教授、杨文钰教授和胡甜园副研究员，浙江大学第二附属医院钱文斌教授，以及同济大学医学院梁爱斌教授。本研究在国家重点研发计划，国家自然科学基金和国家卫健委四大慢病重大专项等项目支持下完成。论文链接图1 CD33KO-CD33-MSLN Loop CAR-iNK细胞精准靶向治疗急性髓系白血病

2025-09-11

亚热带所 | “十四五”国家重点研发计划项目“猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究”项目推进会召开

9月6日，十四五国家重点研发计划项目猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究项目推进会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开。9月6日，“十四五”国家重点研发计划项目“猪禽动态营养需求与营养精准供给技术研究”项目推进会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开。会议旨在总结项目中期进展，部署后续研究重点，提前谋划验收准备工作，确保项目目标高质量完成。项目负责人、各课题负责人及科研骨干，项目咨询专家印遇研究员、熊本海研究员、王占斌教授等参加会议。会上，项目负责人黄瑞林研究员介绍了项目中期检查情况，强调各课题需严格对标任务书考核指标，关注核心成果的产出。各课题负责人分别汇报了研究进展，项目在猪禽动态营养需求预测、精准饲喂技术开发等方面的一系列阶段性成果，以及在湖南、广东、广西等多地企业开展了应用示范，为技术落地积累了扎实数据的情况。咨询专家组对项目已取得的进展给予了充分肯定，并重点强调了验收准备工作的关键方向：一要突出“场景验收”，严格对照任务书指标，注重技术在实际生产中的效果验证；二要加强重大成果凝练，围绕产业需求，集中打造3-4项标志性成果，切实解决行业关键问题。黄瑞林在总结中提出下一阶段工作要求：要加快成果凝练与集成，强化各课题模型对接，并加强示范应用与第三方验证，严格对照验收要求查漏补缺，确保项目如期高质量通过验收。会议现场

2025-09-07

广州地化所薛尔堃等-GRL：乌郁盆地古水系演化揭示藏南渐新世‒中新世地形倒转与加速隆升

青藏高原的隆升历史是理解亚洲地貌演化和全球气候变化的关键。一般认为印度‒欧亚板块碰撞（约70-60 Ma）促进了青藏高原的隆升，但高原不同部分形成现代高海拔和低起伏地形的具体时间和机制仍存在重大争议。藏南地区的冈底斯岩浆弧是研究高原隆升的关键地区，古高程研究表明其在古新世-始新世就隆升至约4-4.5 km，自中新世-上新世则又隆升至约5-5.5 km。然而由于相关古高程计算过程中的误差较大（1.2-2 km），难以分辨中新世-上新世的古高程数据是否代表又一次地表隆升。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所博士后薛尔堃等联合爱尔兰都柏林圣三一大学David Chew教授，聚焦冈底斯地区的乌郁盆地（图1），对盆地内渐新世‒中新世地层（约31-15 Ma）进行系统的碎屑锆石‒磷灰石沉积物源分析，通过古水系重建揭示了南拉萨地块渐新世-中新世时期的地形变化，为冈底斯弧的隆升过程提供了新的限定。图1 拉萨地块地质简图，乌郁盆地地质图和研究地层柱状图研究发现，乌郁盆地渐新世日贡拉组底部（约31 Ma）的碎屑锆石主要年龄峰值约为450 Ma和970 Ma，碎屑磷灰石峰值则约为170 Ma（图2）。对比不同地块岩浆岩年龄和碎屑锆石年龄特征，结合古高程数据，该时期乌郁盆地主要接受来自羌塘地块的碎屑物质。由于同时期拉萨与其北部羌塘地块之间的中央谷地（Central Tibetan Valley）古高程低于南北两侧，而此时羌塘地块挤出至高原东部的部分已隆升至与乌郁盆地接近的高度（约3.9 km）。因此，乌郁盆地渐新世主要由东部的古水系提供碎屑物质，说明高原内部地形为东高西低。图2 乌郁盆地渐新世-中新世地层碎屑锆石和磷灰石年龄和源岩特征，以及前人古高程数据日贡拉组顶部-嘎扎村群中上部的碎屑锆石和磷灰石主要峰值约为55-49 Ma（图2），与冈底斯弧的林子宗火山岩及同时期岩浆岩年龄一致，说明自约中新世开始，乌郁盆地主要接收来自冈底斯内部的碎屑物质。由于高原东部的古高程没有明显变化，因此物源从东部羌塘地体转向冈底斯弧内部，揭示拉萨地块地形发生反转，冈底斯弧隆升使其地势由低变高。而在嘎扎村群顶部（约15 Ma），大量自形的同沉积碎屑锆石与磷灰石（约15 Ma）来自快速剥蚀的近处物源（图2），表明冈底斯进入加速隆升阶段。值得注意的是，尽管古高程数据存在较大误差（1.2-2 km），但15 Ma的物源突变为前人研究中该时期古高程自约4.1 km变为5.1 km提供了独立地质证据。因此，冈底斯弧在中中新世发生了明显的快速隆升。渐新世时期（不晚于31 Ma），由于拉萨地壳下印度岩石圈俯冲角度变陡而产生拖拽，导致冈底斯弧发生沉降，使其地势较低，得以接受外部的碎屑物质。之后由于印度岩石圈开始拆沉，拖拽的力量减弱，冈底斯开始逐渐隆升。15 Ma因印度岩石圈完全拆沉，导致软流圈上涌和加速隆升。图3 拉萨地块渐新世-中新世构造-岩浆简化模型，展示了该时期的古水系演化、地形变化、隆升过程及相关动力学机制本研究揭示了高原隆升过程中内部发生的地形倒转过程和古水系演化的复杂性，提供了冈底斯弧在约15 Ma发生快速隆升的独立证据，将其与印度岩石圈俯冲-拆沉的动力学机制相结合。该发现为青藏高原的隆升，及其深部动力学过程的浅表响应提供了新的地质依据。相关成果发表于国际知名地学期刊《Geophysical Research Letters》，研究受国家自然科学基金创新群体项目、深地国家科技重大专项项目及国家资助博士后研究人员计划资助。论文信息：Erkun Xue（薛尔堃）,Qiang Wang*（王强）,David Chew,Weiwei Xue（薛伟伟）,Wangchao Li（李旺超） & Tongyu Huang（黄彤宇）. （2025） Oligocene to Miocene topographic inversion and accelerated uplift of Southern Tibet revealed by the paleodrainage evolution of intermontane basins. Geophysical Research Letters,52,e2025GL116138. https://doi.org/10.1029/2025GL116138

2025-09-08

广州地化所曾建强、张艳利、王新明等-JGR-A：光依赖和非光依赖BVOCs排放季节变化截然不同

植物生理有显著季节变化，其释放的高活性挥发性有机物（BVOCs）也因此不同，但关于BVOCs排放季节性变化规律存在严重分歧，其驱动机制也不十分清楚。热带/亚热带地区是全球BVOCs排放热点地区，当前BVOCs排放模型主要基于温带植物而开发，其在热带/亚热带生态系统的适用性还未得到较好验证。针对这些问题，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研究组曾建强博士后等，通过对亚热带典型优势树种尾叶桉（Eucalyptus urophylla）季节性BVOCs排放观测，发现BVOCs根据光依赖因子（LDF）可分为三种类型（图1）：完全依赖光（LDF=1）、部分依赖光（LDF=0-1）、完全不依赖光（LDF=0）。进一步表明，BVOCs排放存在明显的季节性，但光依赖（包括LDF=1 & 0-1）和非光依赖BVOCs表现截然不同：从干季到湿季光依赖BVOCs排放增加，非光依赖BVOCs排放降低（图2）；温度是驱动BVOCs排放季节性的关键因素，且光依赖BVOCs排放与生长温度正相关而非光依赖BVOCs与生长温度负相关。当前模型能够较好模拟异戊二烯的季节性（图3），但对单萜烯模拟明显不足：非光依赖单萜烯（如α-蒎烯）的季节性模拟与实测相反，光依赖单萜烯（如β-罗勒烯）的季节性被模型低估近30倍（图4）。尤其值得关注的是，炎热湿季植物排放更多的高活性BVOCs（如异戊二烯、β-罗勒烯）以抵抗热胁迫，从而导致其排放BVOCs的总OH和O3反应性相较于温暖干季分别增加276%和452%。以上结果表明，植物可策略性改变其BVOCs排放以应对环境胁迫，进而对大气反应性和生物圈-大气圈相互作用过程产生影响与反馈作用。因此，当前模型需要针对不同BVOCs类型（特别是单萜烯）改进其机制以更好地解释热带和亚热带生态系统中BVOCs排放的复杂性。本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发计划项目、广东省科技厅、广州市科技局等项目的联合资助。相关研究成果近期发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊。论文信息： Zeng,J. (曾建强),Zhang,Y.* (张艳利),Pang,W. (庞伟华),Ran,H. (冉浩汎), Mu,Z. (牟兆斌),Guo,H. (郭昊),Lu,Y. (鲁钰婷),Song,W. (宋伟),and Wang,X.* (王新明), 2025. Contrasting Emission Seasonality Between Light-Dependent and Light-Independent Biogenic VOCs From Subtropical Eucalyptus Trees. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,130,e2025JD043387. https://doi.org/10.1029/2025JD043387 Zeng,J. (曾建强),Zhang,Y.* (张艳利),Pang,W. (庞伟华),Ran,H. (冉浩汎), Mu,Z. (牟兆斌),Guo,H. (郭昊),Lu,Y. (鲁钰婷),Song,W. (宋伟),and Wang,X.* (王新明), 2025. Decoupling Temperature and Light Effects on Terpene Emissions From Subtropical Eucalyptus: Insights From Controlled Field Experiments. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,130,e2024JD042616. https://doi.org/10.1029/2024JD042616图1. 聚类分析确定不同BVOCs的排放机制；de novo为全依赖光（LDF=1），pool为不依赖光（LDF=1），de novo + pool为部分依赖光（LDF=0-1）图2. 不同单萜烯（a,c）和倍半萜烯（b,d）排放因子及其组成的季节对比图3. 模拟的标准化异戊二烯排放因子与实测结果强线性相关（a）；模拟-实测的标准化异戊二烯排放因子趋势对比（b）图4. 模拟的标准化β-罗勒烯排放因子与实测结果对数相关（a）；将模型季节温度驱动机制系数提升7倍后，模拟结果与实测值线性相关（b）

2025-09-03

华南植物园揭示光敏色素phyB稳定转录因子BP/KNAT1促进光诱导种子萌发的分子机制

近日，中国科学院华南植物园刘勋成团队在植物科学领域著名期刊《Plant Communications》上发表了题为“Phytochrome B stabilizes the KNOX transcription factor BP/KNAT1 to promote light-initiated seed germination in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究阐明，拟南芥KNOX家族转录因子BP/KNAT1在光诱导种子萌发过程中起正调控作用。红光/远红光受体——光敏色素phyB能够直接与BP蛋白互作，通过降低其泛素化修饰水平，促进其在吸胀种子中的蛋白积累。进一步研究发现，BP直接抑制ABA生物合成关键基因NCED6与NCED9的表达，从而降低内源ABA含量，促进种子萌发。该研究不仅揭示了光诱导种子萌发通路中的一个关键正调控因子，也深化了对phyB介导的光促萌发机制的理解，为未来培育具有理想萌发特性的作物品种提供了重要的理论依据。1、研究背景萌发是种子植物生命周期的起点，其精准调控对选择适宜的萌发条件至关重要。在多种环境因子中，光作为关键调控因素之一，被一系列光受体感知，包括光敏色素（phytochromes）、隐花色素（cryptochromes）、向光素（phototropins）和UVR8。其中，光敏色素作为红光/远红光受体，在光诱导的种子萌发中起核心作用，尤以phyB最为重要。红光激活phyB以启动萌发，而远红光则通过使其失活从而抑制萌发。在植物激素方面，脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）分别作为负向和正向调节因子参与萌发调控。phyB介导的光信号通路依赖于与ABA和GA信号的协同互作。然而，长期以来，“光–phyB–ABA”途径中的核心调控因子及其分子机制仍不明确。2、主要研究内容（1）BP是phyB介导的光促进种子萌发途径中的正调控因子研究团队鉴定出拟南芥KNOX家族转录因子BP/KNAT1是光诱导种子萌发通路中的一个新组分。在phyB激活条件下，BP突变体的种子萌发率显著低于野生型，而BP过表达株系则表现出显著提高的萌发率。遗传分析表明，在phyB突变体中过表达BP可部分回复其萌发缺陷表型。这些结果证实BP在遗传上作用于phyB的下游，正向调控光依赖的种子萌发过程（图1）。图1. BP是phyB介导的促进种子萌发过程中的正调控因子（2）phyB与BP直接互作并通过降低BP的泛素化水平促进其蛋白积累基于phyB与BP之间的遗传互作关系，研究团队进一步探究了二者在蛋白水平上的相互作用。酵母双杂交、荧光素酶互补及免疫共沉淀等实验结果表明，BP在体内和体外均能与phyB发生直接互作。为研究phyB对吸胀种子中BP蛋白稳定性的影响，研究人员分别构建了在phyB突变体和过表达株系背景下的BP转基因材料。免疫印迹分析显示，phyB过表达可促进BP蛋白的积累，而phyB缺失则导致BP蛋白水平降低。进一步的体外降解实验及MG132处理实验证明，phyB通过减少BP的泛素化修饰，从而抑制26S蛋白酶体介导的降解途径，增强BP蛋白的稳定性（图2）。图2. PhyB与BP互作降低其泛素化水平从而促进其在吸胀种子中的积累（3）BP直接结合NCED6/9并通过提高H3K27me3修饰水平抑制其表达转录组分析显示，在phyB激活条件下，BP与phyB共同抑制萌动种子中ABA的生物合成及其信号转导途径。进一步的转录调控分析表明，BP能够在体内和体外直接结合NCED6/9基因，并通过提高其组蛋白H3K27me3修饰水平以抑制表达；而在phyB缺失背景下，BP对NCED6/9的结合能力及转录抑制效应均显著减弱。ABA含量测定结果发现，在phyB激活时，BP突变体中的ABA含量明显高于野生型，而在phyB失活条件下则无显著差异。遗传分析表明，NCED6/9在遗传上位于BP的下游，参与光调控的种子萌发过程。以上结果说明，在phyB激活的萌发途径中，BP通过增强NCED6/9基因位点的H3K27me3修饰水平抑制其转录，从而减少ABA的生物合成（图3）。图3. BP通过抑制NCED6和NCED9表达降低ABA生物合成综上，研究团队揭示了光诱导种子萌发过程中“phyB–BP–NCED6/9”级联模块的核心分子调控机制：在黑暗或远红光（phyB 失活）条件下，吸胀种子中的BP蛋白高度泛素化并被26S蛋白酶体降解，同时NCED6/9大量表达，导致ABA水平升高，从而抑制种子萌发；而在强光或红光（phyB 激活）条件下，phyB 与 BP 结合并通过去除其泛素化修饰以稳定该蛋白；积累的BP蛋白进而抑制NCED6/9的表达，降低ABA含量，最终促进种子萌发（图4）。图4. 光诱导种子萌发中phyB-BP-NCED6/9级联调控作用模式3、研究团队中国科学院华南植物园辜大川副研究员、博士研究生王雅寒与华南农业大学赵明磊副教授为本论文的共同第一作者，中国科学院华南植物园刘勋成研究员为通讯作者。广东省农业科学院吴淑华助理研究员、华南植物园郑枫助理研究员、博士研究生陈航聪和纪茹君，硕士研究生金霞、邓玲与许婧妍也参与了本项研究工作。本研究得到国家自然科学基金、“天山英才”科技创新团队项目与中国科学院青年创新促进会优秀会员项目资助。论文链接：https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(25)00279-2

2025-09-05

广州能源所在面向零碳园区的冷热汽耦合供能系统研究中取得进展

中国科学院广州能源研究所地热能与节能技术研究中心基于自研的大温差冷热双供热泵、超高温直接蒸发式蒸汽热泵、高效蓄冷蓄热等核心技术及装备，构建了一种以绿色电力作为驱动能源的冷热汽耦合供能系统，可以同时供应 4-20℃冷水、50-95℃热水和 100-170℃饱和蒸汽，满足零碳工业园区的生产制造能源需求。建设零碳园区是我国锚定碳中和目标的重大战略举措。《关于开展零碳园区建设的通知》中强调，“积极稳妥推进碳达峰碳中和，加快经济社会发展全面绿色转型，支持有条件的地区率先建成一批零碳园区。”传统工业供能系统的冷能和热能相互独立。其中工业供蒸汽和供热主要依靠蒸汽管网加热，其热量来自于天然气、煤炭等化石能源，碳排放系数大，蒸汽管网自身的散热损失大，直接用于加热热水时的㶲损大；工业供冷主要依靠蒸汽压缩循环的电制冷，需要消耗电力获取工艺所需的冷量，过程中必须通过冷却塔向环境排放低品位废热。针对以上问题，中国科学院广州能源研究所地热能与节能技术研究中心基于自研的大温差冷热双供热泵、超高温直接蒸发式蒸汽热泵、高效蓄冷蓄热等核心技术及装备，构建了一种以绿色电力作为驱动能源的冷热汽耦合供能系统（如下图1所示），可以同时供应4℃~20℃冷水、50℃~95℃热水和100℃~170℃饱和蒸汽，满足零碳工业园区的生产制造能源需求。该系统实施路径分3个阶段。第一阶段，回收工业高温余热，例如二次乏蒸汽、冷凝水、空压机余热等，采用直接换热的方式，提高能源的利用效率；第二阶段，采用高温工业热泵将低品位的余热提升至高温热水，或采用大温差冷热双供热泵同时供应工艺冷水和高温热水；第三阶段，采用超高温蒸汽热泵，利用制备的高温热泵，供应100℃~170℃蒸汽，最终形成电力驱动的冷能、热能、蒸汽的耦合供能系统。科研团队针对啤酒加工、工业饮料等行业逐步构建冷热汽耦合供能系统的典型案例，相关项目成果和示范应用已在部分企业落地。图1 基于热泵+的冷热汽电耦合供能系统“三步走”路线图研究中心具有一系列高效节能技术及装备产出，先后研制出动态冰浆制备机组（2006年），建成了潜热输送示范工程（2008年）、国产化燃气热泵机组（2020年），研制了国内170℃蒸汽热泵机组（2023年），搭建了覆盖0℃~20℃供冷、50℃~95℃供热、100℃~170℃供蒸汽的工业热泵系列装备，为构建吨级绿色电能驱动的冷热汽电耦合供能系统提供了热泵核心装备及系统解决方案，致力于支撑国家零碳园区战略的实施。图2 中国科学院广州能源研究所先进热泵产品图谱

2025-09-05