科研进展--中国科学院广州分院

深圳先进院 | AI赋能酶挖掘定量合成生物学全国重点实验室实现磺基酪氨酸高效胞内合成

近日，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/合成生物学研究所研究员罗小舟与团队副研究员王欣然等在Chemical Engineering Journal在线发表了题为 “An AI-guided framework for discovery and evolution of sulfotransferases enables efficient sulfotyrosine bioproduction”的研究论文，针对上述问题提出了解决方案。他们利用此前开发的深度学习模型UniKP（该模型能够仅从酶的氨基酸序列出发，预测其对特定底物的催化效率），建立了一套AI驱动的磺基转移酶快速挖掘体系，并成功应用于sTyr的完全胞内生物合成及其在蛋白质中的遗传编码。人工智能正在为酶发现和蛋白质工程提供新的研究范式。然而，如何将模型预测真正转化为实验中可验证的高性能酶，并进一步服务于非天然代谢途径的构建，仍是AI辅助生物工程面临的挑战。在合成生物学中，当需要为一条从头设计（de novo）的途径寻找合适的催化元件时，面对庞大的候选酶库和有限的实验通量，如何高效、低成本地锁定潜力目标，是制约天然与非天然产物生物合成及智能制造的瓶颈所在。非天然氨基酸（noncanonical amino acid, ncAA）及遗传密码扩展（Genetic Code Expansion, GCE）技术的应用，为抗体药物偶联、蛋白质功能调控、蛋白质-蛋白质相互作用解析以及新型生物制剂开发开辟了新的可能。然而，绝大多数ncAA仍依赖外源化学合成与添加，限制了GCE在规模化生产和高通量筛选中的应用。在宿主细胞内自主合成ncAA面临一个障碍：ncAA的合成途径通常是“非天然”的，其中最关键的一步往往缺乏已知的高效生物催化剂。以磺基酪氨酸（sulfotyrosine, sTyr）为例，它作为一种重要的带有磺酸基团的非天然氨基酸，在凝血、免疫及细胞信号调控中具有关键作用，但其胞内合成需要磺基转移酶（SULT）催化酪氨酸磺化——而高效、可溶且与宿主代谢兼容的SULT，在自然界中极为难觅。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”）定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所研究员罗小舟与团队副研究员王欣然等在Chemical Engineering Journal在线发表了题为 “An AI-guided framework for discovery and evolution of sulfotransferases enables efficient sulfotyrosine bioproduction”的研究论文，针对上述问题提出了解决方案。他们利用此前开发的深度学习模型UniKP（该模型能够仅从酶的氨基酸序列出发，预测其对特定底物的催化效率），建立了一套AI驱动的磺基转移酶快速挖掘体系，并成功应用于sTyr的完全胞内生物合成及其在蛋白质中的遗传编码。在构建sTyr的胞内合成途径时，需要引入磺基转移酶将酪氨酸转化为sTyr。然而，磺基转移酶家族庞大且功能各异，通过传统的BLAST同源搜索或序列相似性网络（SSN）分析往往只能推荐与已知模版高度相似的序列。如果目标酶与模版酶进化距离较远，这些方法极易遗漏真正的潜力候选。若采用穷举式实验筛选，工作量之巨大几乎难以承受。因此，如何从庞大的序列空间中快速、准确地锁定具有高效的目标催化活性的酶，是途径构建中的关键问题。AI作为“智能预筛网”，从序列空间锁定潜力磺基转移酶针对这一问题，研究团队利用此前开发的酶动力学参数预测模型UniKP，建立了AI指导的磺基转移酶筛选体系，同时构建了基于基因密码子扩展（GCE）的sTyr荧光传感器，将细胞内sTyr合成能力转化为可检测的sfGFP荧光信号。研究首先对UniKP的预测能力进行了初步验证，在排名前4的候选酶中，有2个表现出明显活性，显示出较高的候选酶富集能力。在此基础上，为进一步检验AI预测是否真正优于传统筛选方式，研究团队将UniKP与基于同源性的BLAST筛选以及基于序列空间分群的SSN策略进行了系统比较。在由BLAST扩展获得的1000条同源序列中，经UniKP二次排序后，仅对排名前5的候选酶进行实验验证，即获得了高活性磺基转移酶EfST1A1。相比之下，单纯依据BLAST排名筛选的候选酶均未表现出优于起始酶的活性，SSN筛选得到的候选酶提升也不显著。这一结果证明，UniKP模型能够有效捕捉到传统序列比对方法难以识别的“远亲”功能酶，极大地降低了非天然途径构建中酶元件筛选的实验负担。AI起步，进化升级：实现高效细胞工厂及功能应用在获得AI筛选的EfST1A1后，研究团队进一步结合结构分析、饱和突变和荧光激活细胞分选（FACS）开展定向进化，获得了催化活性显著提升的三重突变体evo_EfST1A1。该突变体不仅活性大幅提高，还保持了广泛的底物兼容性。最终，研究人员将这一经AI辅助发现并进化获得的酶应用于工程大肠杆菌中，通过对sTyr前体及磺基供体PAPS供给途径的代谢网络优化，成功构建了从葡萄糖出发、完全不依赖外源sTyr添加的自主合成细胞工厂，sTyr产量达到可观水平。更重要的是，该系统能够有效支持sTyr在含有多个琥珀终止密码子的蛋白质中进行多位点遗传编码，其掺入效率显著优于此前报道的体系，充分展示了生物合成sTyr在实际功能蛋白修饰中的巨大应用潜力。该研究建立了从“AI预测—实验验证—酶进化—细胞工厂构建—功能应用”的完整研究流程。通过与传统筛选方法比较，结合体外酶活测定研究，系统展示了AI在真实酶工程场景中的应用价值。这项研究表明，对于一个特定的化学反应，当催化它的酶尚不明确时，AI不再仅仅是“计算工具”，而是可以充当“实验策略设计者”的角色。它帮助我们从成千上万的候选序列中“押注”最值得测试的几个目标，将“大海捞针”变为“按图索骥”。这种从“随机筛选”到“智能预判”的范式转变，将同时惠及非天然产物的人工合成与天然产物的重新发掘。深圳先进院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所前助理研究员张盼和深圳先进院/中国科学院大学博士研究生陈燕为该论文共同第一作者，深圳先进院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所研究员罗小舟和团队副研究员王欣然为共同通讯作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划、中国科学院深圳先进技术研究院科技创新杰出青年人才培养计划及深圳合成生物学创新研究院的支持。图1. AI指导磺基转移酶的发现与实验验证图2. 不同筛选策略在磺基转移酶发现中的比较图3. sTyr生物合成与多位点遗传编码

2026-09-03

南海海洋所 | 研究团队揭示中尺度涡三维结构对热盐输运的影响

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）蔡树群研究团队在海洋中尺度涡结构与输运特征方面取得新进展。相关成果发表在国际期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上。LTO硕士研究生丁文烁为第一作者，副研究员何映晖为通讯作者，合作者包括中国科学院大气物理研究所研究员林鹏飞，以及LTO研究员蔡树群、陈植武、谢皆烁和副研究员许洁馨。中尺度涡旋是海洋中广泛存在的海水旋转运动，其水平尺度约50–300 km，时间尺度约几十至数百天，动能可占海洋总动能的90%，在海洋物质和能量输运中发挥着重要作用。根据垂向结构的差异，可将涡旋分为表层强化型和次表层强化型（以下简称表层涡和次表层涡），由于数据的相对稀缺，我们对次表层涡三维结构和输运特征的了解仍较不充分。研究团队使用GLORYS12V1再分析数据，在东南印度洋（15–45°S, 60–120°E）内识别并追踪涡旋，根据涡旋极性和垂向结构将涡旋分为四类，分析其统计特征，合成三维结构并估算涡致输运。结果表明：与表层涡相比，次表层涡多分布于较高纬区域，拥有更长的平均寿命和更显著的经向位移；次表层涡的表层温盐异常多呈现偶极子结构，而表层涡则多为单极子（图1）。气候态涡致输运量显示，表层反气旋涡和次表层气旋涡是东南印度洋经向热输运的主要承担者，其中表层反气旋涡主要为极向输运，高值区集中在上500m；次表层气旋涡在上500m与其类似，但在600–1000 m处产生了较显著的赤道向搅拌输运，无法用传统的梯度扩散理论来解释。研究结果还表明，涡旋结构的不对称性是决定净输运大小和方向的关键因素，包括温盐不对称性和流速不对称性（图2）。其中温盐不对称性多由表层的偶极子结构产生，从而引起顺梯度输运；流速不对称性则多在次表层发挥作用，可产生逆梯度输运。此外，涡旋形状的不对称性在近表层也尤为重要。上述研究揭示了表层涡和次表层涡的三维结构和输运特征差异，加深了我们对涡致输运机制的理解，强调了将涡旋垂直结构及其不对称性纳入涡致输运参数化的重要性。该研究由国家自然科学基金、中国科学院战略先导专项等项目共同资助完成。相关论文信息：Ding, W., He, Y.*, Chen, Z., Xie, J., Xu, J., Lin, P., & Cai, S. (2026). Contrasting structure and transport characteristics of surface‐ and subsurface‐intensified eddies in the Southeastern Indian Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2026JC024296.原文链接：https://doi.org/10.1029/2026JC024296图1 东南印度洋三个子区域（R1–R3）内四类涡旋温度异常三维结构图2 东南印度洋四类涡旋的气候态经向涡致热输运垂向结构: (a)–(d)漂移输运；(e)–(h)搅拌输运，红线（蓝线）表示顺梯度（逆梯度）输运；(i)–(l)总输运（漂移+搅拌）

2026-09-01

南海海洋所 | 研究团队揭示中尺度涡垂向结构对能量耗散与生命周期的影响

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）蔡树群研究团队在海洋中尺度涡结构与输运特征方面取得新进展。相关成果以“ Eddy vertical structure and energy in the southeastern Indian Ocean: implications for dissipation and lifespan”为题发表在国际期刊Progress in Oceanography上。LTO副研究员何映晖为第一作者，研究员蔡树群为通讯作者，自然资源部第二海洋研究所副研究员刘统亚为共同通讯作者。合作者包括英国东安格里亚大学副教授Zhai Xiaoming，中国科学院大气物理研究所研究员林鹏飞，以及LTO研究员何庆友、陈植武、谢皆烁，副研究员许洁馨、龚延昆，助理研究员李娟和硕士研究生丁文烁。中尺度涡旋是海洋中广泛存在的海水旋转运动，水平尺度通常为几十至数百千米，生命周期可达数十至数百天，承载着海洋中大部分动能，在海洋水团、热盐输运以及海洋生态环境调节中发挥着重要作用。卫星观测表明，东南印度洋是全球中尺度涡活动较为活跃的区域之一，不同区域涡旋的振幅、生命周期等表层特征存在显著差异。然而，这些涡旋在海表以下具有怎样的三维结构？其垂向结构是否也存在类似的空间差异？不同涡旋生命周期为何存在显著差别？针对这些问题，研究团队综合卫星高度计和Argo浮标观测，系统研究了东南印度洋中尺度涡垂向结构和体积分能量的空间分布特征、涡旋垂向结构、能量耗散与生命周期之间的关系。结果表明，东南印度洋气旋涡的垂向结构具有显著的区域差异，而反气旋涡的区域变化相对较弱（图1）。根据垂向结构特征，中尺度涡可分为表层强化型和次表层强化型两类。其中，次表层强化型涡旋以气旋涡为主，其密度异常核心位于约750 m深度，最大流速则出现在约250–300 m深度，主要分布于利文海流系统（Leeuwin Current System）及30°S以南的开阔海域。相比之下，反气旋涡总体以表层强化型结构为主。研究表明，中尺度涡的垂向结构不仅受到海洋层结控制，还与背景平均流系密切相关。进一步分析发现，涡旋生命周期与其体积分能量具有更为密切的联系。其中，生命周期与体积分涡动能的相关系数达到0.84，明显高于其与涡旋振幅、半径和垂向尺度等特征参数的相关程度。涡旋总能量的空间差异主要由涡旋振幅和垂向结构共同控制，而涡旋半径和科氏参数的影响相对较弱。这表明仅依赖卫星能够观测到的海表特征难以完整刻画涡旋的总能量及其生命周期。研究还发现，次表层强化型涡旋由垂向混合引起的能量耗散明显弱于表层强化型涡旋；同时，垂向混合对涡旋有效位能的耗散快于对涡动能的耗散，而水平混合则表现出相反的特征。以利文海流系统为例（图2），该区域的气旋涡以次表层强化型结构为主，不仅具有更高的体积分能量，且垂向混合耗散更弱，因此能够维持更长的生命周期。研究由此建立了“涡旋垂向结构—总能量—能量耗散—生命周期”之间的联系，为理解不同类型中尺度涡寿命差异提供了新的动力学视角。论文结果表明，涡旋三维结构和能量是调控其生命周期的重要因素，不能仅依据海表性质判断涡旋的演变和持续时间。该研究从观测角度系统揭示了东南印度洋气旋涡和反气旋涡垂向结构的空间差异，从能量学角度定量解释了表层强化型与次表层强化型涡旋在能量耗散和生命周期方面的差异，并指出传统上将气旋涡和反气旋涡假定为具有相似垂向结构，可能会给涡致物质输运和能量耗散估算带来偏差。该研究由中国科学院战略先导专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院青促会等项目共同资助完成。论文信息：He, Y., W. Ding, Q. He, X. Zhai, T. Liu, Y. Gong, J. Xie, J. Xu, Z. Chen, J. Li, P. Lin and S. Cai* (2026), Eddy vertical structure and energy in the southeastern Indian Ocean: implications for dissipation and lifespan, Progress in Oceanography, 248, 103809, doi:https://doi.org/10.1016/j.pocean.2026.103809.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pocean.2026.103809图1 东南印度洋(a)气旋涡和(b)反气旋涡三维结构空间分布。阴影和等值线表示涡旋内密度异常（kg/m3）。图2 东南印度洋典型涡旋结构及能量耗散系数。(a–d) 南印度洋逆流和Leeuwin海流区域合成气旋涡和反气旋涡的海表高度异常及地转流速矢量。(e–f) 南印度洋逆流（实线）和 Leeuwin海流（虚线）涡旋的垂向密度异常系数 α(z)和涡旋垂向模态 H(z)。(g–h) 涡动能和涡有效位能的垂向（g）和水平（h）阻尼系数。

2026-08-28

地形对树木死亡扰动的解耦：树木死亡在山脊与山谷形成相反的生态选择压力，推动土壤有机碳走向不同命运

在全球气候变化加剧的背景下，森林树木死亡率持续上升，可能改变土壤有机碳（SOC）的储量与稳定性，进而影响森林生态系统的碳汇功能。冠层开放效应（canopy-opening effect）与碎屑遗留效应（detrital-legacy effect）是树木死亡后普遍产生的两类生态后果。然而，这两类效应通常同步发生，其相对强度和持续时间又随树木死亡情景而变化，使得二者对SOC动态的独立作用及其相互关系难以区分。因此，树木死亡如何通过不同生态过程影响SOC的积累与损失，仍缺乏清晰的机制解释。近日，中国科学院华南植物园可持续生态学团队依托广东省鼎湖山20公顷森林动态监测样地，以样地内6种冠层树种为研究对象，在山脊和山谷两类地形环境中选取了死亡2–7年的大型乔木个体，并以邻近同种、同径级活树为对照进行了配对采样。研究表明，地形能够调节树木死亡后冠层开放效应与碎屑遗留效应的相对主导程度，使相同的树木死亡事件在两种地形环境中被转化为相反的生态选择压力，通过筛选与微生物碳源和能量获取相关的不同策略，将SOC推向了截然相反的命运（图1）。图1. 两种树木死亡扰动通过地形的解耦作用，推动相反土壤有机碳命运的概念示意图研究发现，树木死亡后，山谷土壤中基于密度分组的轻组有机碳（Light-Fraction Organic Carbon, LFOC）含量显著升高，而土壤含水量未发生显著变化；相比之下，山脊土壤含水量显著降低，而LFOC含量无显著变化（图2）。这一地形差异与研究提出的假设一致，即树木死亡产生的碎屑遗留效应在山谷中相对较强，而冠层开放效应在山脊中更为突出。图2. 树木死亡对轻组有机碳和土壤含水量影响的地形依赖特征树木死亡后，山脊林下SOC含量呈显著降低趋势，且相对于LFOC，这种降低与重组有机碳（Heavy-Fraction Organic Carbon, HFOC）减少的相关性更强。山谷林下SOC含量则呈现显著升高，而相对于HFOC，这种升高与LFOC的积累更为相关（图3）。图3. 树木死亡对土壤有机碳影响的地形依赖特征树木死亡后，基于扩增子测序的细菌和真菌类群在两种地形环境中的丰度变化方向呈负相关，即对于一个特定细菌或真菌类群，如果该类群的丰度在山脊中升高，那么其在山谷中则趋向降低，反之亦然。这表明树木死亡相关扰动在两种地形环境中对微生物群落形成了相反的生态选择压力（图4）。图4. 树木死亡后细菌（a）和真菌（b）类群丰度在两种地形环境间的变化关系为进一步解析上述类群丰度变化背后的功能基础，研究人员利用公共基因组资源，为扩增子测序识别的微生物类群匹配了基因组信息，并根据基因组中与碳源获取和能量获取相关的功能基因，为不同微生物类群分配了功能性状。在评估这些性状的系统发育保守性和类群内部稳定性后，研究进一步采用可解释性机器学习模型，分析了不同功能性状与树木死亡后微生物类群丰度变化之间的关系，并利用鸟枪法宏基因组测序对推断的性状选择模式进行了验证。研究结果显示（图5），在山脊中，树木死亡共同选择了以外切酶为特征的碳获取策略和以有氧呼吸为特征的能量获取策略。而在山谷中，树木死亡则共同促进了以内切酶为特征的碳获取策略和以厌氧呼吸为特征的能量获取策略。图5. 两种地形环境下树木死亡后土壤微生物群落获取碳源和能量的不同策略研究展望在全球变化导致树木死亡不断加剧的背景下，树木死亡可被理解为由冠层开放效应和碎屑遗留效应组合而成的复合扰动。受气候、林分、土壤和地形条件影响，这两类效应的相对强度、持续时间和空间分布往往差异很大，并由此形成不同的生态选择环境，筛选出具有不同碳源和能量获取策略的微生物群落，最终导致差异化的SOC演变结局。研究由此提出了一个基于“扰动组成→生态筛选→微生物策略→SOC命运”的过程框架（图1），为理解不同树木死亡情景下SOC响应为何存在差异提供了可推广的研究思路。在森林碳汇管理实践中，研究提供了以维持森林持久碳汇为目标的树木死亡后干预策略：树木死亡后，通过补植或辅助自然更新加快林冠郁闭，能够减缓土壤微气候波动和抑制好氧微生物活性，有利于减少SOC损失；通过保留枯木残体不仅可以维持有机聚合物的输入，也能营造出厌氧环境，有利于促进SOC的保留。相关研究成果以“Topographic decoupling of tree-mortality disturbances drives contrasting soil carbon fates via divergent microbial strategies”为题近日发表在Nature Communications（《自然·通讯》）上。中国科学院华南植物园在读博士生张东旭为论文第一作者，练琚愉研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金-广东联合基金与国家自然科学基金及中国森林生物多样性监测网络建设项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77237-1

2026-09-02

广州能源所3项智慧能碳管理核心成果支撑船舶修造行业能源管理数字化升级

近日，由深圳市拓远能源科技有限公司与中国科学院广州能源研究所能源战略研究中心联合组建的“船舶修造智慧能碳管理创新联合体”承担的智能化能源管理信息系统升级改造项目通过竣工验收。该项目形成了智能化能耗基线与预测模型、船舶修造行业通用能管方法论、能管从数据采集向业务价值升级等3项核心成果，为船舶修造行业智慧能源管理提供了可复制、可推广的实施范式。近日，由深圳市拓远能源科技有限公司与中国科学院广州能源研究所能源战略研究中心联合组建的“船舶修造智慧能碳管理创新联合体”承担的智能化能源管理信息系统升级改造项目通过竣工验收。该项目形成了智能化能耗基线与预测模型、船舶修造行业通用能管方法论、能管从数据采集向业务价值升级等3项核心成果，为船舶修造行业智慧能源管理提供了可复制、可推广的实施范式。项目以智能化能耗基线与预测模型为核心支撑，推动能源精益管控能力实现升级。针对涂装喷砂、喷涂等高耗能工序建立动态能效基线模型，量化区分合理能耗与无效浪费；同步搭建产线周度与全厂月度两级能耗预测模型，实现能耗事前预判与峰谷调度前置。在此基础上，项目建成全厂—大区—车间—工序四级桑基能流图谱，并融合激光中心数字孪生模型，使能源流向与工序单耗可视可溯。该模型体系已作为灯塔工厂评审中能源数字化展示模块的核心内容，为基地能源精益管控提供量化依据。项目立足激光加工与涂装作业两大典型多能耦合场景，凝练形成船舶修造行业通用的能源管理方法论。通过实现能源管理系统（EMS）与制造执行系统（MES）的深度打通，将工单计划、投钢量、板材加工吨数、涂装面积等生产物量与能耗数据逐笔绑定，推动能耗评价从总量绝对值转向工序单耗基准值。相关实践覆盖激光中心全工序及新旧涂装车间喷砂、喷涂全流程，形成“生产物量驱动能源分析”的行业通用范式，并沉淀了从底层采集、跨系统业务对接到人工智能算法建模、业务场景落地的完整实施方法，具备向船舶修造全行业复制推广的示范价值。项目依托分析洞察与自动输出管理举措建议的能力，促进能源管理从数据采集向业务价值升级。构建自动化报表与智能分析引擎，汇聚计量数据、MES工单、预测结果与基线对标信息，自动完成同比环比、工序单耗对标、峰谷用电及异常识别，直接输出排班调度、错峰生产、现场管控等可落地的管理举措建议。借助能源数据深度分析，项目可识别生产组织、设备运行、工艺执行中的效率短板，推动业务侧优化提升，形成“数据采集—智能分析—举措输出—业务改进—效果验证”闭环，使能源管理由被动记录数据转向主动驱动生产业务价值提升。上述3项成果形成了一套可复制、可推广的船舶修造行业智慧能管实施范式。能耗基线与预测模型可用于同类高耗能离散制造工序的精益管控，多能耦合场景方法论为“电—保护气体”“电—压缩空气”等工艺提供通用分析框架，自动输出管理举措的闭环机制推动能源管理从监测统计向价值创造升级。成果可直接复用至集团其他修造基地，并向船舶配套、重型装备等行业输出，也可为绿色工厂、灯塔工厂、零碳工厂能源数字化建设提供参考。

2026-09-01

广东新增两种国家二级保护野生植物：阳江红豆与台山红豆

“红豆生南国，春来发几枝。”王维笔下的红豆，千年以来寄托着中国人的相思之情。如今，就在诗中所说的“南国”——粤港澳大湾区，科研团队揭开了两种全新红豆属植物的神秘面纱。这两个新物种一经确认，便自动进入国家保护名录，成为广东新增的两种国家二级保护野生植物。近日，中国科学院华南植物园陈又生研究员领衔的团队，在国际期刊《植物分类》（Phytotaxa）上发表论文，正式描述并命名了阳江红豆（Ormosia yangjiangensis）与台山红豆（Ormosia taishanensis）。二者的模式产地均位于珠三角及邻近区域，处于粤港澳大湾区范围内。根据2021年版《国家重点保护野生植物名录》，红豆属所有物种均已纳入保护范围，这意味着这两个新种一经发表，即自动受国家二级保护。它们为何被“认错”了几十年？此次发现源于《广东植物红皮书》的编纂工作。野外调查中，科研人员多次发现形态与韧荚红豆、木荚红豆等相近的植株，但其花和果实特征始终与已知物种不符。问题的关键在于，红豆属开花结实周期长，科研人员难以采集到带花带果的完整标本。以往分类研究主要依赖叶片和干燥荚果，但这恰恰最容易导致误判：同一物种在不同环境下叶片形态差异显著，而不同物种的叶片却可能高度相似；干燥荚果则会丢失许多关键形态特征。为厘清真相，团队历时多年，反复前往阳江、台山等地跟踪调查，最终成功采集到从开花到结果的完整标本。结合形态学比较与DNA分子系统学分析，团队确认这批长期被误认的植株，实为两个从未被描述过的新物种。图1.基于IQ-TREE对2185个基因位点进行串联分析获得的系统发育树阳江红豆：花大果扁，成熟个体不足500株阳江红豆为常绿小乔木，主要分布于阳江市阳西县，江门恩平市也有零星种群。其花朵长达2.5厘米，约一枚硬币大小，在红豆属中属于花型较大的类群；荚果扁平如微型刀鞘，区别于常见的圆润果荚。与近亲木荚红豆和柔毛红豆相比，阳江红豆小叶更薄，花序侧生或顶生，荚果腹缝线无棱脊。然而，该物种仅存3个野生种群，成熟个体不足500株。由于多生长于低海拔河岸边，雨季洪水易冲毁根系，加之人为砍伐，种群自然更新受限。依据IUCN标准，阳江红豆被评估为濒危（EN）等级。图2.阳江红豆台山红豆：荚果厚如硬币，现存不足百株如果说阳江红豆是“扁平派”，台山红豆则是“厚实派”。其荚果果瓣厚度达6至11毫米，相当于数枚硬币叠加；腹缝线具明显棱脊，种子种脐长3至4毫米。这些细节是区分物种的关键线索。台山红豆的处境更为严峻：仅发现3个野生种群，成熟个体不足100株，被评定为极危（CR）等级，已推荐列入极小种群野生植物名录，存在野外灭绝风险。图3.台山红豆花和新鲜荚果：更可靠的鉴定依据这项研究带来了重要的科学启示：对于豆科植物而言，花和新鲜荚果的形态特征比叶片和干燥荚果更可靠。长期以来，研究人员因叶片易得而依赖其形态，但红豆属花期短暂，多数标本缺乏花部记录。本次研究证明，花部形态是关键“指纹”——阳江红豆的花蕾尖如陀螺，萼片内侧混生褐白绒毛；台山红豆的花蕾则为卵形或陀螺形。这些特征在干燥标本中难以呈现，必须通过活体观察才能捕捉。同样，新鲜荚果的厚度、腹缝线棱脊等特征在干燥后会丢失，而这些恰恰是区分两个新种的重要线索。“仅仅依赖有限数量的标本进行物种鉴定，很容易导致错误分类。”论文中的这句话，正是整个研究的最佳注脚。图4.阳江红豆（陈又生摄）图5.台山红豆（陈又生摄）保护行动：从“新种”到“国保”的无缝衔接两个新种一经发表，即自动纳入国家二级保护。目前，它们已在华南植物园得到迁地保护，团队还建立了全球物种最丰富的红豆属种质资源圃。研究团队呼吁立即开展栖息地原生境保护，建立种群动态监测机制，重点关注自然更新情况——没有幼苗长大，再多的成年树也只是“最后的晚餐”。论文同步更新了广东省红豆属物种分种检索表，为野外识别提供了标准化工具。两个新物种的发现印证了一个事实：即使在粤港澳大湾区这样的人口密集地区，仍有未知生命等待发掘。每一株红豆树都是一个独特的基因库，每一个新物种都是一扇通往未知世界的窗口。保护它们，就是保护我们共同的家园。

2026-08-31

南海海洋所 | 研究团队在全球海洋热浪次季节至季节尺度预测方面取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室（CSTO）与热带海洋环境实验室（LTO）研究团队在全球海洋热浪次季节至季节（Subseasonal-to-Seasonal, S2S）尺度预测研究方面取得新进展。相关成果以“Global Subseasonal-to-Seasonal Marine Heatwave Forecasts Boosted by Explainable Deep Learning”为题，发表于《Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation》。博士研究生郭明辉为论文第一作者，研究员徐康为通讯作者，研究员张磊和研究员王卫强为合作作者。海洋热浪（Marine Heatwaves, MHWs）是指海表温度持续异常升高的极端事件，会对海洋生态系统和区域气候产生显著影响。已有研究表明，海洋热浪通常持续数周甚至数月，且其发生、发展和消退涉及天气尺度与气候尺度之间的海气相互作用过程。S2S尺度作为连接天气预报与气候预测的重要时间尺度，能够覆盖海洋热浪发生前数周至数月的关键预警窗口，为提前预警和刻画海洋热浪演变提供重要支撑。然而，在该尺度上，大气初始条件的可预测性快速衰减，而海洋等缓变过程的可预测信号尚未充分显现，导致数值模式仍存在较明显的系统性偏差，预报技巧也随提前期增加而快速下降。因此，如何有效识别并订正模式预测偏差，是提升S2S尺度海洋热浪预测能力的关键科学问题之一。传统统计订正方法难以刻画模式误差中的复杂非线性时空特征，深度学习虽为极端事件预测后处理提供了新途径，但其“黑箱”特征仍限制了对订正机制及区域差异来源的深入理解。针对上述问题，CSTO研究团队构建了一种可解释深度学习后处理框架MHWCorrNet，用于订正ECMWF S2S模式的海洋热浪预测偏差。研究结果表明，MHWCorrNet在提前1–6周均表现出稳定的订正效果，全球平均临界成功指数（Critical Success Index, CSI）较原始ECMWF模式提高约6%–12%，6周平均提升约9%，表明深度学习后处理能够有效缓解数值模式在全球海洋S2S尺度预测中的系统性偏差。进一步的空间分析表明，MHWCorrNet在南印度洋、阿拉伯海、北太平洋和西北大西洋等多个关键海域均实现了明显的预测技巧提升（图1）。其中，南印度洋的改善尤为突出：原始ECMWF模式在该海域的海洋热浪预测技巧整体较低，部分区域甚至接近无技巧状态，而经过MHWCorrNet订正后，CSI提高超过0.2，显著增强了该海域S2S尺度海洋热浪的预测能力。更值得关注的是，MHWCorrNet带来的预测改进呈现出显著的纬向差异（图2a）：热带区域的预测提升主要来自误报率（False Alarm Ratio, FAR）的降低，而中高纬区域则主要依赖于命中率（Probability of Detection, POD）的提高（图2b）。进一步研究发现，这种差异与不同海域的气候背景和物理过程密切相关。热带海域受到ENSO等大尺度气候模态的显著调制，同时具有较高的背景海温，使海洋热浪与非热浪状态之间的温度差异减弱（图2c），模式更容易产生误报，因此MHWCorrNet主要通过降低误报提升预测能力。相比之下，中高纬海域受中尺度涡、西边界流等局地动力过程影响，而数值模式对这类高频过程的刻画能力有限，导致海洋热浪事件漏报增加。同时，中高纬海域海洋热浪与非热浪状态之间具有更大的温度对比度，热浪信号更加明显（图2d，e），使MHWCorrNet能够更有效地识别被模式遗漏的海洋热浪事件，从而主要通过提高命中率改善预测技巧。这一结果表明，MHWCorrNet并非简单地对模式结果进行统一校正，而是能够针对不同区域的预测偏差特征进行自适应订正。上述结果表明，深度学习后处理的效果不仅取决于模型结构和学习能力，还受到区域物理环境和模式误差特征的共同调制。这一发现不仅拓展了传统后处理研究主要关注“预测技巧提升了多少”的视角，而且还进一步揭示了“为什么不同海域能够以不同方式获得预测改进”的潜在原因，为认识数值模式在S2S尺度海洋热浪预测中的局限性，以及发展面向不同物理环境的智能后处理方法提供了新的思路。该研究由国家自然科学基金合作创新研究团队项目、国家自然科学基金面上项目、广东省基础与应用基础研究基金项目和广州市科技计划项目共同资助完成。图1 提前1–6周S2S海洋热浪预测的临界成功指数（CSI）空间分布。（a–c）、（d–f）、（g–i）、（j–l）、（m–o）和（p–r）分别对应提前第1、2、3、4、5和6周的预报结果。对于每个提前期，三列分别展示了原始ECMWF预报结果的CSI（左列）、MHWCorrNet订正后预报结果的CSI（中间）以及对应的CSI提升幅度（右列）。图2 预测改进的纬向依赖性和海表温度异常分布特征。（a）提前1–6周预报期平均的临界成功指数（CSI，红色）和对称极值依赖指数（SEDI，蓝色）的纬向平均提升幅度。图中数字表示北半球中高纬（23.5°N–60°N）、热带（23.5°S–23.5°N）和南半球中高纬（23.5°S–60°S）区域平均提升幅度。（b）同（a），展示的是命中率（POD，橙色）和误报率（FAR，绿色）的变化。（c）–（e）分别展示热带、北半球中高纬和南半球中高纬区域海洋热浪日（MHW，红色）与非海洋热浪日（non-MHW，蓝色）的海表温度异常概率密度函数（PDF），基于OISST v2资料（1982–2023年）计算得到。垂直虚线表示PDF峰值位置，并标注对应的异常温度值。相关论文信息：Guo, M., Xu, K.*, Zhang, L., & Wang, W. (2026). Global Subseasonal‐to‐Seasonal Marine Heatwave Forecasts Boosted by Explainable Deep Learning. Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation, 3(4), e2026JH001380. https://doi.org/10.1029/2026JH001380原文链接：https://doi.org/10.1029/2026JH001380

2026-08-27

南海海洋所 | 研究团队揭示三大洋海温协同驱动孟加拉湾夏季风爆发次季节可预报性机制

近日，中国科学院南海海洋研究所中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室（CSTO）与热带海洋环境实验室（LTO）研究团队在三大洋海温协同调控孟加拉湾夏季风（BoBSM）爆发的次季节至季节尺度（S2S）可预报性研究方面取得重要进展。相关成果发表于《Climate Dynamics》。博士研究生周雄为论文第一作者，研究员徐康为通讯作者。合作者还包括印度海得拉巴大学教授Karumuri Ashok，CSTO研究员王卫强和博士研究生金正睿，中国气象科学研究院副研究员鄢钰函，斯里兰卡佩拉德尼亚大学博士Mahlon P. Rambukkange，以及中国科学院深海科学与工程研究所研究员徐洪周。孟加拉湾夏季风（BoBSM）是亚洲季风系统中最早爆发的组成部分，其爆发时间与南亚及东南亚雨季起始密切相关，并对我国主汛期降水进程具有重要指示意义。然而，BoBSM爆发具有显著的次季节变率，使其在次季节尺度上的准确预报面临较大挑战，其可预报性来源也尚未得到充分认识。已有研究表明，热带印度洋、太平洋与北大西洋的海表温度（SST）异常均可通过大气遥相关影响BoBSM爆发，并在在特定时期形成次季节预报的“机会窗口”。但现有研究大多聚焦于单一海域的影响，对于BoBSM爆发前不同海域海温异常如何协同作用、共同调节大气环流并影响季风爆发，以及这种协同信号能否被S2S预报系统有效捕捉，仍缺乏系统认识。针对上述问题，研究团队基于欧洲中期天气预报中心（ECMWF）S2S回报数据，系统评估了BoBSM爆发的次季节预报技巧，并进一步揭示了三大洋SST异常协同调控BoBSM爆发及其可预报性的物理机制。研究发现，BoBSM爆发可在提前3候（约15天）的时间尺度上被有效预测，其可预报性主要来自热带印度洋-太平洋和北大西洋SST异常的协同作用。三大洋SST异常通过不同的大气遥相关路径，共同调制孟加拉湾中高层大气的经向温度梯度（Meridional Temperature Gradient, MTG），维持季风爆发前的“南暖北冷”热力结构，从而影响BoBSM的爆发进程。热带印度洋-太平洋SST异常主要通过Walker环流调整维持MTG的“南暖”特征。在ENSO衰减阶段，太平洋SST异常通过调节Walker环流，引发印度洋海盆增暖，并进一步增强热带对流和大气非绝热加热，从而维持孟加拉湾南侧较高的对流层温度（图1）。与此同时，北大西洋SST异常通过两条不同的大气遥相关路径共同影响MTG的“北冷”特征。第一条路径与北大西洋三极型SST异常有关，其能够激发向欧亚大陆传播的中高纬Rossby波列，并在孟加拉湾北侧形成高层气旋性环流异常；第二条路径则与热带北大西洋增暖有关，可激发赤道Kelvin波响应，并在孟加拉湾北侧形成低层东风和高层西风异常。两条大气遥相关路径相互协同，增强孟加拉湾北侧的高层气旋性和低层反气旋性环流配置，有利于冷空气向南输送，从而维持季风爆发前的“北冷”热力结构（图1）。由此，热带印度洋-太平洋和北大西洋海温异常分别从南、北两侧共同调制孟加拉湾的MTG，为BoBSM爆发提供持续的可预报信号。研究还发现，不同大气遥相关路径的可预报性存在显著差异。其中，热带印度洋-太平洋Walker环流路径和热带北大西洋Kelvin波路径具有较高且相对稳定的可预报性，其强迫信号能够在较长预报提前期内被S2S预报系统持续捕捉，为BoBSM爆发提供稳定的次季节可预报性。相比之下，北大西洋三极型SST异常引起的中高纬Rossby波列路径可预报性明显较弱，其预报技巧在提前2候后迅速衰减，主要受限于模式对北大西洋三极型SST异常的模拟能力，也是制约BoBSM爆发次季节预报能力进一步提高的关键瓶颈。该研究揭示了热带印度洋-太平洋与北大西洋SST异常通过多条遥相关路径协同调制BoBSM爆发可预报性的物理机制，明确了不同遥相关路径对预报技巧的相对贡献及其可预报性衰减特征。这些认识为改进S2S预报系统中的关键海温强迫和大气遥相关过程、提升亚洲夏季风延伸期预测预警和风险防范能力提供了重要科学依据。本研究由国家自然科学基金项目、广东省基础与应用基础研究基金项目、广州市科技计划项目、中国科学院战略性先导科技专项及海南省自然科学基金项目共同资助。图1 三大洋SST异常影响BoBSM爆发可预报性的机制示意图。绿色和红色箭头分别表示异常Walker环流的上升和下沉支；标注“A”（“C”）的红（蓝）圆圈分别指示反气旋（气旋）式环流异常中心；灰色箭头表示Rossby波列传播路径，紫色箭头表示Kelvin波向东传播路径。相关论文信息：Zhou, X., Xu, K.*, Ashok, K., Jin, Z., Yan, Y., Rambukkange, M. P., et al. (2026) Subseasonal predictability of the bay of bengal summer monsoon onset tied to three-ocean sea surface temperature anomalies. Climate Dynamics, 64: 385. https://doi.org/10.1007/s00382-026-08352-4原文链接：https://doi.org/10.1007/s00382-026-08352-4

2026-08-27

南海海洋所 | 三元毒素-抗毒素系统研究取得新进展

中国科学院南海海洋研究所王晓雪研究员团队联合法国图卢兹大学，于2026年8月26日在微生物学领域国际权威期刊Trends in Microbiology在线发表论文“Tripartite Toxin-Antitoxin Systems: Expanding the Paradigm of Molecular Interplay and Antiphage Defense”。该研究在团队发现的双毒素的三元TA的基础上，系统的梳理了原核生物中新发现的三元毒素-抗毒素（TA）系统。基于毒素的功能和抗毒素中和方式，提出四大功能类型（TA-分子伴侣、TA-调控子、双抗毒素、双毒素），揭示了毒素调控从二元开关向多元智能网络演化的规律，为理解微生物环境适应、噬菌体防御及基因组进化提供了重要支撑，并为精准抗菌和噬菌体疗法开辟了新的设计思路。论文第一作者为研究员郭云学，通讯作者为研究员王晓雪，法国图卢兹大学教授Pierre Genevaux为共同作者。TA系统作为细菌和古菌中普遍存在的遗传模块，一般由两个相邻的基因，毒素基因和抗毒素基因组成，参与应激响应、持留态形成、生物被膜发育等过程。然而，近年来大量证据表明，许多TA位点进化出第三个功能元件：分子伴侣、调控蛋白或额外效应因子，从而形成功能远超经典二元体系的三元系统。面对这一快速增长却缺乏统一认知的领域，团队将散在的发现整合为完整的“四类型”体系：TAC（伴侣依赖型）、TAR（辅助调控型）、双抗毒素型（以Retron为代表）和双毒素型（以团队发现的KKP为代表）（图1）。这一分类不仅厘清了多样化的组分关系，更揭示了不同系统共用模块化整合这一核心策略，实现了毒素活性从被动的毒性释放到环境感知-信号整合-精准输出的跃升，是TA研究领域向系统化、功能化迈出的一步。图1 三元TA系统的类型及毒性拮抗机制在机制层面，论文阐明了三元系统之所以具备更强适应优势，在于其将噬菌体感知、抗毒素稳定性控制和效应激活解耦为独立可调的模块。例如，TAC系统通过分子伴侣直接感知噬菌体衣壳蛋白，触发抗毒素降解；Retron利用噬菌体酶破坏msDNA复合物激活毒素；而KKP系统则凭借噬菌体复制蛋白介导的抗毒素降解，启动激酶对宿主关键蛋白的广谱磷酸化，通过生长抑制高效阻断噬菌体增殖（图2）。这些发现改变了领域对TA系统仅作为静态防御元件的认知，将其重塑为动态、条件性、可被噬菌体“劫持”或“驯化”的活性网络，加深了对宿主-噬菌体军备竞赛分子机制的理解。图2 三元TA系统的噬菌体防御机制此外，该论文提出了基于丝氨酸/苏氨酸激酶（STK）的防御系统从单激酶到二联体再到三元复合体的渐进进化模型，并指出这一路径并非单向，噬菌体也可逆向劫持同源激酶用于免疫逃逸。这一辩证观点打破了“宿主获益”或“噬菌体获益”的二元对立，将三元TA系统置于协同进化与互惠博弈的宏观生态学视角下，为解析水平基因转移、原噬菌体调控及微生物群落抗性演化提供了理论锚点。论文还系统评估了三元TA系统在合成生物学和抗菌治疗中的工程化瓶颈与突破方向，为将基础发现转化为可控的“可编程防御模块”提供了路线图，对进化生物学、噬菌体学和合成生物学均具有重要启发。本研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家科技基础资源调查专项、广东省自然科学基金及ONCE等项目的资助。相关论文信息： Guo, Y., Genevaux, P., Wang, X.* Tripartite toxin-antitoxin systems: expanding the paradigm of molecular interplay and antiphage defense. 2026, Trends in Microbiology. https://doi.org/10.1016/j.tim.2026.08.001.论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0966842X26002179

2026-08-27

南海海洋所 | 研究团队揭示CMIP6模式中ENSO冬季南海海温模拟偏冷的偏差来源

近日，中国科学院南海海洋研究所中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室（CSTO）与热带海洋环境实验室（LTO）研究团队在第六次耦合模式比较计划（CMIP6）气候模式对ENSO影响下南海海表温度（SST）变化的模拟偏差及其动力机制研究方面取得新进展。相关成果以“Origins of Cold Sea Surface Temperature Biases in the South China Sea During ENSO Winters in CMIP6 Models”为题，发表于国际期刊Journal of Climate。博士研究生张茜娅为论文第一作者，研究员徐康为通讯作者，合作作者包括英国埃克塞特大学教授Matthew Collins、CSTO研究员王卫强、研究员张磊和副研究员陈梦燕。南海是连接热带太平洋与印度洋的重要边缘海，其海温变化不仅受到区域海气相互作用的影响，也对ENSO等大尺度气候模态具有显著响应。观测表明，南海SST异常对ENSO的响应存在显著的季节演变特征，呈现典型的“双峰”型增暖结构：第一次增暖出现在El Niño成熟期冬季，主要与热带太平洋异常Walker环流及其引起的南海上空大气环流变化有关；第二次增暖则出现于次年夏季，主要受到印度洋“电容器效应”及其诱发的西北太平洋反气旋影响。已有研究对观测中这两个增暖阶段的物理机制开展了较为系统的分析与诊断，但气候模式能否准确再现南海SST对ENSO的季节性响应，以及不同模式之间为何存在显著差异，仍缺乏深入认识。基于CMIP6中24个模式的历史模拟数据，研究团队系统评估了ENSO影响下南海SST的季节演变特征。结果表明，尽管大多数CMIP6模式能够较好地模拟ENSO次年夏季南海的第二次增暖，但普遍低估了ENSO冬季南海第一次增暖的幅度。进一步分析发现，冬季南海增暖偏弱的直接原因，是模式对前期秋季南海SST增暖过程的模拟不足，而这一偏差又可追溯至热带太平洋“冷舌”偏差，即模式模拟的热带中-东太平洋气候态SST系统性偏低。热带太平洋“冷舌”偏差改变了赤道太平洋的气候态纬向SST梯度和相应的大气海洋环流场，并通过与ENSO相关的异常风场和SST梯度相互作用，增强了赤道中东太平洋暖水的纬向平流过程（图1a、b）。两个纬向平流过程相互协同，使暖水在赤道西太平洋堆积，并促使ENSO相关的暖SST异常向西扩展（图1c，红色过程）。由此产生的赤道西太平洋暖海温异常进一步通过Gill响应影响其西北侧的大气环流，在西北太平洋-南海区域形成低层气旋性环流偏差，导致模式模拟的南海反气旋位置明显偏西（图1c，绿色过程）。南海反气旋位置偏西进一步改变了局地秋季的海气热量交换过程。一方面，气旋性环流偏差伴随上升运动增强，使云量增加、到达海面的短波辐射减少，从而削弱太阳辐射对海表的加热作用；另一方面，异常气旋式环流增强Ekman抽吸和垂向混合，使混合层下方的冷水向上输送；同时，异常风场与气候态东北季风叠加，增强海表风速和潜热通量损失。短波辐射减弱、垂向混合增强和潜热损失增加三个过程共同抑制了南海秋季热量积累（图1c，蓝色过程），最终导致CMIP6模式在ENSO冬季模拟出明显的南海SST冷偏差。该研究从气候态海温模拟偏差这一视角出发，揭示了CMIP6模式中ENSO冬季南海海温模拟偏冷的重要来源，建立了从热带太平洋气候态“冷舌”偏差到南海局地海温模拟偏差的完整动力联系，即太平洋气候态冷舌偏差增强赤道暖水向西输运和ENSO暖SST异常西伸，进而导致南海反气旋位置偏西，并通过改变南海秋季海气热量收支抑制海温增暖，最终形成冬季SST冷偏差。研究表明，CMIP6模式对ENSO-南海遥相关的模拟能力不仅取决于ENSO本身的模拟，还受到热带太平洋气候态海温及赤道海洋环流模拟偏差的显著影响。因此，改进热带太平洋，尤其是中东太平洋气候态SST及相关纬向平流反馈过程的模拟，是降低ENSO-南海遥相关偏差、提高南海区域气候预测和未来气候预估可信度的重要途径。该研究由国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划项目和国家留学基金委奖学金等项目共同资助完成。图1 太平洋气候态冷舌偏差导致ENSO冬季南海SST冷偏差的机制示意图。（a）ENSO相关异常东向流对气候态冷舌偏差的纬向平流作用（uatc）；（b）增强的气候态西向流对ENSO异常暖海温的纬向平流作用（ucta）；（c）ENSO暖海温西伸通过Gill响应引起南海气旋式环流偏差，并通过削弱短波辐射、增强潜热损失和垂向混合抑制秋季海洋热量积累，最终导致南海SST模拟偏冷。相关论文信息：Zhang, X., K. Xu*, M. Collins, W. Wang, L. Zhang, and M. Chen, 2026: Origins of Cold Sea Surface Temperature Biases in the South China Sea During ENSO Winters in CMIP6 Models. J. Climate, e250508, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-25-0508.1.原文链接：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-25-0508.1

2026-08-27