科研进展--中国科学院广州分院

水稻是最主要的粮食作物，其品质和产量易受土壤重金属污染的影响。镉是污染土壤环境最主要的重金属，严重威胁我国的耕地安全和粮食安全。作为一种致癌物质，镉可以通过“镉大米”在人体内累积导致人骨骼变脆和肾功能衰竭，严重危害了人类健康。水稻低镉积累品种的选育是解决稻米镉污染最经济、可行的方法，也是满足“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”这一重大国家需求的重要手段。而挖掘新的抗镉基因位点，解析水稻镉积累性状的分子机制，是培育低镉水稻品种的前提及基础。中国科学院华南植物园农生中心李俭等科研人员发现内质网应激反应的关键调控因子OsbZIP39参与调控水稻镉累积。镉处理条件状，细胞膜上鞘脂含量显著降低，使细胞膜从有序状态变得更为无序，促进OsbZIP39从内质网上解离，进入细胞核。核定位的OsbZIP39靶向防御素类蛋白基因OsCAL2的启动子，上调该基因的表达，导致镉累积。进一步分析OsbZIP39编码区序列的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms， SNPs)，并与235份重测序水稻种质的谷粒镉含量进行关联分析，发现OsbZIP39位于编码区的两个SNPs显著影响谷粒中镉含量，且这两个SNPs具有明显的籼粳分化，OsbZIP39Pro149与OsbZIP39Glu173主要在粳稻中存在，其籽粒镉含量显著低于含有基因型OsbZIP39Ser149和OsbZIP39Lys173的籼稻，说明OsbZIP39基因编码区的SNPs变化可能是籼稻和粳稻镉累积能力差异的原因之一，该研究为低镉水稻分子育种提供新的遗传资源和理论依据。该项研究成果已近期发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials（IF2023=12.2）上。华南植物园李俭副研究员为论文第一作者，张明永研究员和中山大学生命科学学院姚楠教授为论文共同通讯作者，广东省农业科学院水稻研究所杨武与广东药科大学何梦玲等参与了该研究。该研究得到广东科技计划项目与国家自然科学基金等资助。文章链接：DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135007图. 项目的工作模型正常条件下，内质网上鞘脂含量维持在正常水平，OsbZIP39锚定在内质网上，进入细胞核的含量减少，UPR基因及OsCAL2的表达下调，镉累积较少。镉处理条件下，内质网上鞘脂含量减少，OsbZIP39从内质网上解离下来，被水解激活后进入细胞核，调控下游UPR基因及OsCAL2的表达，使水稻镉累积增多。

2024-07-10

广州健康院王涛、王杰团队合作揭示蛋白质翻译调控衰老的新机制

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院的王涛课题组与王杰课题组合作在Nature Communications杂志发表了题为Perturbation of METTL1-mediated tRNA N7-methylguanosine modification induces senescence and aging的研究成果。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院的王涛课题组与王杰课题组合作在Nature Communications杂志发表了题为“Perturbation of METTL1-mediated tRNA N7- methylguanosine modification induces senescence and aging”的研究成果。该研究揭示了METTL1/WDR4介导的tRNA-m7G修饰对于维持衰老过程中蛋白质组稳态的重要作用，研究结果阐明了tRNA修饰对于衰老的调控作用。蛋白稳态失衡（Collapse of Proteostasis）是衰老的一个重要特征(Hallmarks of Aging),表现为蛋白质非正常折叠和异常聚集。衰老过程中多个因素共同作用导致蛋白稳态失衡，一方面，由于衰老而导致蛋白发生翻译异常包括错误氨基酸掺入、异常折叠和不完整蛋白随着衰老进程逐渐积累，另一方面，细胞的大分子自噬体系（溶酶体，蛋白酶体和分子伴侣）水平或功能降低导致异常蛋白质不能及时清除而积累，这两方面的因素共同作用引起细胞蛋白质组发生改变从而诱导衰老的发生。增强自噬的策略例如抑制mTORC1活性，节食和运动均能够明显延缓模式动物的寿命。然而，衰老过程中为何会发生蛋白质翻译异常的原因仍然不清楚。研究团队发现METTL1/WDR4不仅在三种衰老细胞模型而且在衰老的小鼠肝肾等组织中表达水平下调。FlucDM-GFP报告蛋白分析和衰老相关分析结果表明，敲降或敲除METTL1增加非正常折叠蛋白的聚集，加速细胞衰老；维持METTL1的表达则减少蛋白的聚集，延缓衰老进程。全身性可诱导敲除Mettl1显著加速小鼠衰老进程，其寿命只有6个月；过表达Mettl1可以明显促进顺铂-阿霉素诱导的肝肾损伤的修复。机制研究表明，衰老伴随的RNA尤其是tRNA的m7G修饰水平降低导致一部分tRNA进入RTD途径加速降解从而引起tRNA的供给不足，导致核糖体长时间停滞于mRNA对应的密码子位置，激活了整合应急反应（ISR）和核糖体毒性应急反应（RSR），前者通过磷酸化eIF2α抑制了细胞全局蛋白质合成的起始，后者通过磷酸化p38上调SASP炎症因子分泌；另一方面，细胞周期蛋白和Wnt信号通路的蛋白质在翻译水平也被抑制。两方面的因素共同作用促进衰老的发生。该研究还验证了转录因子sp1对于Mettl1和Wdr4的转录调控作用。衰老进程中sp1显著降低，可能是m7G修饰复合物下调的一个重要调控因素。先前研究揭示了METTL1/WDR4介导的RNA-m7G修饰参与干细胞分化、神经发育以及癌症的发展，此项研究不仅揭示了m7G修饰调控衰老进程这一新的生理功能，而且阐明了引起衰老相关的蛋白稳态失衡的一条新的上游信号途径，这项结果为健康衰老的干预策略提供新的可能途径。该研究由中国科学院广州生物医药与健康研究院王涛课题组与王杰课题组共同完成。王涛课题组付雨栋等人完成实验部分，王杰课题组江帆完成数据的生物信息分析。王涛研究员和王杰研究员为文章的通讯作者。广州医科大学Dominique Ferrandon教授，中山大学附属第一医院林水宾教授、陈德猛教授，中国科学院广州生物医药与健康研究院张小飞研究员、刘晶研究员和西湖大学裴端卿教授对本文提供了宝贵的建议和帮助。论文链接图1 揭示了METTL1介导的tRNA修饰调控衰老的作用模式

2024-07-10

黄晓晴等-JGR-A：基于两年的高精度高频在线观测估算2021-2023年我国东部三氟甲烷（HFC-23）排放量

HFC-23（三氟甲烷，CHF3）主要来自生产HCFC-22的副产物，其全球增温潜势是二氧化碳（CO2）的14700倍，是《京都议定书》中要控制的氢氟碳化物（HFCs）中最受关注的一种含氟温室气体。2016年《蒙特利尔议定书》缔约方达成《基加利修正案》，旨在限控HFCs,开启了协同应对臭氧层耗损和气候变化的新篇章。2021年中国政府正式接受《基加利修正案》，将从2024年起将受控用途HFCs生产和使用冻结在基线水平，并按削减时间表逐步减排。中国是HFC-23重要排放国之一，其排放削减进程受到国际普遍关注。一项基于韩国Gosan背景站的观测研究，估算出我国东部HFC-23排放量从2015年的5.73 Gg yr-1增加到2019年的9.45 Gg yr-1，贡献了同期全球HFC-23排放增长量的47%。另一项基于我国上甸子区域背景站观测的估算表明，2018年中国HFC-23排放量为6.4 Gg yr-1，2021年中国华北地区HFC-23排放量达3.2 ± 0.9 Gg yr-1。不同研究排放量估算相差较大大，对HFC-23来源、重要源区和排放量无疑需要更多实测数据来进一步评估。中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员团队利用2021-2023年在广州的高频在线观测数据，初步评估了我国HFC-23变化趋势和排放情况。结果显示，广州站点HFC-23平均浓度仅比同期Mace Head全球本底站观测值高出22%，且HFC-23浓度表现出显著的“冬高夏低”特征（图1），与其他具有本地排放源的卤代气体“夏高冬低”的季节变化显然不同，表明珠江三角洲地区不是主要排放源区。研究团队进一步开展气团后向轨迹（图2）和潜在源贡献（图3）分析发现，HFC-23和聚四氟乙烯（PTFE）生产过程的副产物PFC-318的浓度之间存在显著相关性(p<0.01)，潜在源区的分布也十分一致，表明HCFC-22作为原料生产PTFE的过程可能成为HFC-23日益重要的排放源。利用PFC-318作为示踪气体，该项研究进一步估算出我国2021-2023年HFC-23的平均排放量为6.7 ± 3.1 Gg yr−1 （相当于98 Tg CO2 yr-1，图4）。这项研究表明，HFC-23作为生产HCFC-22致冷剂的副产物在我国已得到有效控制，但HCFC-22也被大量用作生产包括PTFE（Teflon）在内的氟化物，这一产业链的排放应是未来关注的重点。该研究成果近期发表于国际学术期刊JGR-Atmospheres。研究受国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、广东省科学技术研究项目基金和广州市科技局等项目联合资助。论文所有实验数据均在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心有机地球化学分析平台完成测试。论文信息：Huang, X. (黄晓晴); Zhang, Y.* (张艳利); Xiao, C. (肖春麟); Song, W. (宋伟); Wang, Y. (王仪); Wang, X. (王新明)*, Constraining Trifluoromethane (HFC-23) emission in eastern China based on two-year online measurements. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2024, 129, e2023JD040199.论文链接：https://doi.org/10.1029/2023JD040199图1 HFC-23浓度时间序列图2 不同类型气团后向轨迹(a & b)及其HFC-23和PFC-318浓度水平(c & d)图3 HFC-23潜在源区分布图4 前期不同研究及本研究估算中国HFC-23排放量

2024-07-10

曾建强等-GRL：原位测量如何克服种内差异获得代表性BVOCs排放因子

陆地植物排放的生物源挥发性有机物（BVOCs）约占全球VOCs排放总量的90%，对高反应活性BVOCs排放量的准确估算对探讨生物圈-大气圈相互作用及其空气质量与气候效应至关重要。然而，从全球到区域尺度，BVOCs排放量的估算仍存在较大的不确定性，BVOCs排放因子是造成其不确定性的重要因素。BVOCs排放因子的准确测量受到诸多因素影响，种内变异性是一个重要因素。同一种植物不同个体的排放因子可能有数量级差异，绝大多数野外观测对同一树种个体样本数不超过5个，因而难以获得统计意义上具有代表性的排放因子，也导致不同研究报道的同一种植物BVOCs排放因子差异悬殊。因此，野外BVOCs 排放因子实测时，如何能解决种内差异性而使测量结果具有代表性，同时又不会给野外测量带来巨大的额外负担，是一项具有挑战性的任务。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所博士生曾建强在王新明研究员和张艳利研究员指导下使用便携式光合作用系统（LI-6800）对同一种植园内的114棵尾叶桉（Eucalyptus urophylla）开展了原位测量，发现其主要排放的异戊二烯（isoprene）和β-罗勒烯（β-ocimene）这2种BVOCs的排放因子差异超过一个数量级（图1），但排放因子及生理参数符合正态或对数正态分布特征，说明测得的平均排放因子具有统计代表性。研究进一步发现，排放因子和净光合速率（Pn）存在显著相关性（图2）。考虑到测量Pn仅需要2分钟而测量BVOCs排放需要10倍以上时间（>20分钟），研究人员因此提出先通过大样本测量确定代表性Pn均值，然后再选择代表性Pn均值附近的个体进一步开展BVOCs测量。针对这114棵尾叶桉测量结果的分析表明，针对测得的Pn平均值和其标准偏差SD，即使仅选Pn范围为“平均值±0.1×SD”的个体进行BVOC排放测量，采样量可减少至原来的10%左右（图3），但测得的BVOCs排放因子均值与总体均值十分接近且无显著差异。本研究提出的考虑种内变异优化代表性BVOCs排放因子的原位测量方法，不仅确保了测量数据的代表性、准确性和可靠性，还提高了BVOCs排放因子的测量效率，为原位代表性BVOCs排放因子的准确测量提供了一种可操作性方案。本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目和优秀青年基金、国家重点研发计划项目、中国科学院青年创新促进会、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Geophysical Research Letters期刊。论文所有实验数据均是在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心有机地球化学分析平台完成测试。论文信息：Zeng,J. (曾建强),Zhang,Y.* (张艳利),Pang,W. (庞伟华),Ran,H. (冉浩汎),Guo,H. (郭昊),Song,W. (宋伟),and Wang,X.* (王新明),2024. Optimizing in-situ measurement of representative BVOC emission factors considering intraspecific variability. Geophysical Research Letters,51,e2024GL108870.论文链接：https://doi.org/10.1029/ 2024GL108870图1. 114棵桉树BVOCs排放因子的个体种内差异：（a）和（b）分别为isoprene和β-ocimene排放因子变化情况；（c）和（d）异戊二烯排放因子和异戊二烯排放造成的碳损失的统计分布图2. 异戊二烯（a）和β-ocimene（b）排放与Pn的关联图3. 不同Pn筛选范围内个体的异戊二烯（a）和β-ocimene（b）平均排放因子

2024-07-10

Alzheimer's & Dementia︱陈宇/路中华/叶涛等建立首个阿尔茨海默病基因编辑猕猴模型发现早期病理和免疫分子改变

研究通过基因编辑技术建立首个精准模拟家族性AD基因突变的猕猴模型，并在幼年AD突变猴中发现AD相关早期病理蛋白的改变以及外周炎症和免疫信号分子的异常。阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是发病率最高、病因复杂的神经退行性疾病之一，目前仍缺乏能有效改变AD发展进程的治疗手段。传统AD相关啮齿类动物模型（如转基因及人源化小鼠模型）极大地加深了我们对AD发病机制的理解，但由于小鼠与人类在遗传背景、大脑结构、认知行为和免疫系统方面存在较大差异，啮齿类动物模型并不能完全反映人类阿尔茨海默病的复杂性。而非人灵长类动物（如猕猴属食蟹猴）在进化、脑结构和功能方面与人类更为相似，开发AD相关非人灵长类动物模型，有望为揭示灵长类特异的AD疾病发生机制提供新的机遇。7月7日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院陈宇/路中华/叶涛团队在Alzheimer's & Dementia: The Journal of the Alzheimer's Association期刊在线发表题为“Early blood immune molecular alterations in cynomolgus monkeys with a PSEN1 mutation causing familial Alzheimer’s disease”的研究论文。研究通过基因编辑技术建立首个精准模拟家族性AD基因突变的猕猴模型（PSEN1突变食蟹猴），并在幼年AD突变猴中发现AD相关早期病理蛋白的改变以及外周炎症和免疫信号分子的异常。文章上线截图PSEN1是常染色体显性阿尔茨海默病（家族性AD，通常65岁之前发病）的最常见致病基因，编码γ-secretase复合体（APP经β-secretase和γ-secretase连续剪切产生Aβ）的催化核心亚基组份。家族性AD PSEN1 exon9缺失突变（PSEN1-ΔE9）携带者通常在45-57岁左右发病。在研究中，团队首先通过双向导RNA-CRISPR/Cas9介导的胚胎基因编辑，成功获得5只携带家族性AD PSEN1-ΔE9突变的食蟹猴。Exon9编码PSEN1的蛋白剪切位点，exon9的缺失引起突变猴来源细胞中PSEN1蛋白水解剪切的改变，并影响其作为亚基的γ分泌酶的活性（如剪切APP影响Aβ代谢）。为进一步确认PSEN1突变猴能否表现出AD相关早期疾病特征的改变，团队检测了幼年猴脑脊液中AD相关核心生物标志物的变化。结果显示，PSEN1突变猴脑脊液表现出exon9突变剂量依赖性的Aβ42，Aβ42/40比例的升高，以及p-tau217/total tau比例的升高（图1）。该PSEN1突变食蟹猴模型是报道的首个精准模拟AD致病突变的猕猴模型，幼年PSEN1突变猴脑脊液中AD核心生物标志物变化提示该模型在模拟AD早期疾病发生方面具有重要潜力。图1. PSEN1突变猴脑脊液中AD相关生物标志物的变化为进一步揭示AD发展进程中的潜在早期分子信号改变，从而为解析早期疾病发生机制、发展早期分子诊断方法提供新的线索，研究团队对幼年食蟹猴进行了血液转录组和血浆蛋白组的检测，结果显示，在幼年AD突变食蟹猴中，其外周血液系统已经开始出现大量炎症和免疫反应相关信号分子的改变(图2)，提示早期外周免疫反应异常可能在AD进程中发挥重要作用。图2. PSEN1突变猴血液中炎症和免疫相关分子改变综上所述，本研究通过建立首个精准模拟阿尔茨海默病致病突变的基因编辑食蟹猴模型，在幼年突变猴中发现AD相关早期生物标志物以及大量外周免疫信号分子的异常。该研究为理解灵长类特异的AD早期疾病发生机制、探索和评价早期诊断干预手段提供了新的实验模型和研究途径。论文通讯作者陈宇（左五）、路中华（右四）、叶涛（左四）与论文共同第一作者李梦奇（左三）、管明峰（左二）、林剑邦（左一）、朱凯川深圳先进院陈宇研究员、路中华研究员和叶涛副研究员为该论文的通讯作者，工程师李梦奇、助理研究员管明峰、博士生林剑邦和高级工程师朱凯川为共同一作，深圳先进院为论文唯一通讯单位。感谢国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金粤港澳研究团队项目、深港脑科学创新研究院和深圳先进院脑所非人灵长类实验动物平台对本研究的支持。专家点评：贾建平首都医科大学宣武医院神经疾病高创中心主任、北京脑重大疾病研究院阿尔茨海默病研究所所长，阿尔茨海默病研究专家尽管药物和非药物治疗在改善阿尔茨海默病（AD）患者病情方面取得了一定进展，但治疗效果和药物使用情况仍不尽如人意。如何提高AD相关基础研究并转化于临床，对于实现AD的“早发现、早诊断和早治疗”具有重要意义。这项研究成功报道了首个携带家族型AD突变（fAD PSEN1-ΔE9）的基因编辑食蟹猴模型。该研究的一个重要发现是，在幼年AD突变猴中验证到AD发展进程非常早期的两个核心生物标志物的改变——脑脊液Aβ42和磷酸化tau（p-tau）的升高。大量研究证实fAD突变携带者脑脊液Aβ42/40在症状出现前20-30年前高于健康人，随着疾病进展和Aβ在脑内有更多的沉积而形成斑块。值得指出的是，早期脑脊液中Aβ42/40的升高在临床相关研究或检测中很难被捕捉到，主要原因在于缺乏足够年轻的AD突变携带者可供研究，另一方面脑脊液获取需要腰穿，很难为患者接受。而AD无症状阶段对于AD的防治却尤为重要，因为对于AD这样的神经退行性疾病来说，越早的诊断和针对性干预（如抗Aβ治疗）往往会有越好的治疗效果。此外，AD突变猴中的另一核心生物标志物p-tau（如脑脊液p-tau217）以及AD相关免疫分子的改变进一步支持了该食蟹猴模型与人类AD的临床相关性，显示出了非人灵长类动物模型在AD相关转化研究中的优势和潜力。该非人灵长类模型有望成为良好的AD转化研究平台，促进相关诊断和干预手段的研发。专家点评：陈晓春福建医科大学神经科学研究院院长，痴呆与认知障碍领域专家阿尔茨海默病（AD）的发病机制十分复杂，至今尚未完全明确，主要机制包括β-淀粉样蛋白级联假说、tau蛋白假说、神经炎症假说和APOE风险因子理论等。单一的小鼠模型很难全面再现人类AD的所有病理特征和临床表型（如传统AD模型小鼠缺乏tau蛋白病理，行为和认知功能损害的症状不典型等），限制了AD发病机制的研究和诊疗技术的发展。该项研究利用双向导RNA-CRISPR/Cas9介导的片段敲除技术，高效且精确地获得了多个携带家族性AD突变的食蟹猴，并在幼年AD突变猴中发现了AD相关生物标志物Aβ、p-tau以及外周炎症分子的变化。该研究具有以下亮点：（1）传统CRISPR技术构建疾病突变敲入模型的效率往往较低，该研究利用家族性AD PSEN1 exon9缺失突变的特点，通过双向导RNA-CRISPR/Cas9介导的片段敲除，在非人灵长类动物中高效、精准地模拟了家族性AD PSEN1 exon9缺失突变，成功获得了首个AD家族性突变敲入的食蟹猴模型；（2）此AD突变猴表现出AD两大核心生物标志物的早期改变——脑脊液Aβ42和p-tau217的升高，凸显了该动物模型在模拟和解析AD早期疾病发生中的潜力；（3）通过多组学手段，发现在幼年AD突变猴中已开始出现大量外周炎症和免疫信号分子的失调，为早期炎症/系统性炎症参与AD发生的分子机制研究，以及开发血液分子诊断策略提供了新线索。未来进一步对AD突变猴中枢和外周的生物标志物、分子、细胞以及病理和神经功能的动态监测，有望为解析灵长类特异性的AD疾病发生机制和早期诊疗策略提供新的机遇。

2024-07-09

遥感数据智能重构研究获新进展

近日，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）唐世林团队在遥感数据重构研究方面取得新进展，实现了南海多源遥感高分辨率海表叶绿素逐日产品的精准重构。相关研究发表在期刊Earth System Science Data上，副研究员叶海彬为论文第一作者，研究员唐世林为通讯作者，合作者包括自然资源部南海预报减灾中心正高级工程师杨超宇，LTO副研究员董园和研究员陈楚群。受天气条件、卫星传感器运行故障等因素影响，卫星遥感海表面叶绿素产品存在大量，无规律的缺失。观测数据的不完整性也阻碍了卫星数据在海洋研究领域中的应用。因此，研究卫星遥感数据的重构方法，对在关注海域获得时空连续完整的数据，以及提高数据的利用效率有重要意义。本研究结合最优插值（OI）方法和深度学习网络框架SwinUnet，构建了基于数据异常预期方差的深度学习模型OI-SwinUnet。该方法利用最优插值，基于空间邻域信息对卫星观测和现场观测数据进行融合，同时利用SwinUnet对大区域长时序的遥感观测时间序列数据进行多尺度特征学习，最终重建缺失的叶绿素a浓度数据，进而获得南海区域逐日1km海表叶绿素产品。本研究重构的南海海表叶绿素数据集不仅可以很好地描绘南海季节尺度的海表叶绿素a时空变化规律，还可以再现天气尺度的海洋现象快变过程，为进一步深入认识和理解南海多尺度动力过程的生态效应提供了可靠的基础数据。该研究由广东省特支计划项目和南海所自主部署项目等共同资助完成。相关论文信息：Haibin Ye,Chaoyu Yang,Yuan Dong,Shilin Tang*,and Chuqun Chen. A daily reconstructed chlorophyll-a dataset in the South China Sea from MODIS using OI-SwinUnet. Earth System Science Data,2024,16,3125-3147.文章链接：https://doi.org/10.5194/essd-16-3125-2024图1. OI-SwinUnet深度学习数据重构网络框架图2. 基于OI-SwinUnet重构的南海海表叶绿素每月平均产品（数据时间：2013-2017年）

2024-07-09

广州能源所在温和条件下废聚乙烯加氢裂化催化调控机制研究方面取得进展

塑料制品广泛应用于人类生产生活。塑料制品消费量的不断增加不仅造成化石资源的大量消耗，其不恰当的回收处理方式还将加剧环境污染问题。因此，寻求高效经济的废塑料处理方法对于保障可持续发展和环境安全具有重要意义。近日，中国科学院广州能源研究所在聚乙烯加氢裂化制备异构烷烃方面取得新的研究进展，为废聚乙烯低耗、高值化再生提供了理论支撑。塑料制品广泛应用于人类生产生活。塑料制品消费量的不断增加不仅造成化石资源的大量消耗，其不恰当的回收处理方式还将加剧环境污染问题。因此，寻求高效经济的废塑料处理方法对于保障可持续发展和环境安全具有重要意义。近日，中国科学院广州能源研究所在聚乙烯加氢裂化制备异构烷烃方面取得新的研究进展，为废聚乙烯低耗、高值化再生提供了理论支撑。针对聚乙烯（PE）加氢裂化反应机理不清、构效关系不明等问题，该研究选择常用于石油加氢裂化和异构化反应的工业ZSM-22沸石作为催化剂载体，通过球磨法获得m-ZSM-22后采用浸渍法合成Ru/m-ZSM-22催化剂。该催化剂在250℃-3 MPa-6 h反应条件下可实现PE制备液相产率＞80 wt.%。同步辐射测试（图1）表明，金属和氧化Ru物种共存。Ru(101)和RuO2簇氢解反应能垒DFT计算结果（图2）表明，Ru(101)易促进PE内部和末端C-C键的氢解反应；而RuO2簇对PE中间C-C键断裂表现出更高反应能垒，不支持长链烷烃氢解反应。该研究揭示了金属/酸催化PE解构-异构串联反应机理（图3），阐明酸性位点可及性和Ru金属粒径、价态及配位结构的调控机制，指出Ru金属价态调控链烃脱氢-烯烃脱附反应是PE加氢裂化/氢解反应的控制步骤，由此明确了催化过程构效关系，为催化剂优化设计、强化PE解构-异构反应活性提供了基础机制理论支撑。不仅限于ZSM-22沸石，研究对商用微孔沸石（如丝光沸石）进行同样球磨改性，发现制得催化剂的金属利用率和酸性位点可及性大大提升。小粒径Ru和高酸性位点可及性在提升反应效率、抑制甲烷生成和提高异构率方面具有关键作用。相关研究成果发表于能源化工领域期刊Chemical Engineering Journal（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150332），Energy Conversion and Management（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117983），SCIENCECHINA Technological Sciences（原文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11431-024-2701-0），通讯作者为广州能源所袁浩然研究员。该研究得到中国科学院基础研究领域青年团队项目的资助。图1. Ru/m-ZSM-22催化剂表征结果图2. 不同Ru结构表面氢解/加氢裂化反应能垒图3. Ru/m-ZSM-22催化PE加氢裂化反应路径

2024-06-25

国家重点研发计划项目“面向‘双碳’的能源价值链协同管控与服务理论”课题中期检查会在重庆召开

6月28日，“十四五”国家重点研发计划项目“面向‘双碳’的能源价值链协同管控与服务理论”课题中期检查会议在重庆召开。北京航空航天大学教授刘继红、北京理工大学研究员敬石开、中国机电一体化技术应用协会研究员高工黄永友、中国科学院软件研究所研究员张常有、浙江中控技术公司科技发展中心总经理来晓等专家参加会议。重庆市科技局副局长许志鹏、高新处副处长陆源出席会议并致辞。广州能源所能源战略与低碳发展研究室主任蔡国田和其它课题负责人及骨干人员共20余人参加会议。6月28日，“十四五”国家重点研发计划项目“面向‘双碳’的能源价值链协同管控与服务理论”课题中期检查会议在重庆召开。北京航空航天大学教授刘继红、北京理工大学研究员敬石开、中国机电一体化技术应用协会研究员高工黄永友、中国科学院软件研究所研究员张常有、浙江中控技术公司科技发展中心总经理来晓等专家参加会议。重庆市科技局副局长许志鹏、高新处副处长陆源出席会议并致辞。广州能源所能源战略与低碳发展研究室主任蔡国田和其它课题负责人及骨干人员共20余人参加会议。会议上，蔡国田汇报了广州能究所承担的课题“能源价值链碳排放动态评估与减碳智能决策”的总体进展情况。课题围绕能源价值链碳排放时空分布及动态变化规律科学问题，开展制造业能源价值链核心设备碳排放在线动态评估技术、基于供用多主体动态协同的能源价值链减碳智能决策技术等关键技术研究，开发相应系统模块。与会专家认为该课题创新性地融合了能源价值链能流-碳流-价值流多源数据耦合模型和基于强化学习及演化博弈论的协同减碳智能决策模型，提出了制造企业集群的时空碳排放特征与规律，有助于基于核心设备碳排放在线动态评估、多主体协同减碳增效提升能源价值链整体减碳效果，为“双碳”战略的落地提供参考。会议现场蔡国田汇报课题进展部分与会人员合影

2024-07-08

广州能源所海上多能互补综合发电技术获多国发明专利授权

日前，广州能源所“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”获欧盟发明专利授权。该技术此前已获得中国、美国、日本发明专利授权，完成在多个国家和地区的专利布局，为国际化应用奠定了知识产权基础。该技术充分利用海洋中蕴藏丰富的波浪能、风能、太阳能等可再生能源，将多种能量转换系统创新集成在一个半潜漂浮式基础上，共享平台、共享锚泊、共享电缆，是集约化用海、降低浮式能源平台成本、弥补单一能种发电不稳定的有效路径。日前，广州能源所“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”获欧盟发明专利授权。该技术此前已获得中国、美国、日本发明专利授权，完成在多个国家和地区的专利布局，为国际化应用奠定了知识产权基础。该技术充分利用海洋中蕴藏丰富的波浪能、风能、太阳能等可再生能源，将多种能量转换系统创新集成在一个半潜漂浮式基础上，共享平台、共享锚泊、共享电缆，是集约化用海、降低浮式能源平台成本、弥补单一能种发电不稳定的有效路径。广州能源所为解决海洋开发过程中绿色能源供给难题，45年来持续开展海洋能利用研究，研发出系列化大型波浪能发电装置、半潜式波浪能养殖平台、海洋仪器原位波浪能供电装备。针对目前深远海单一能种发电平台输出功率波动大、度电成本高等问题，广州能源所在前期波光互补发电平台的基础上，进一步开展海上波风光储一体化多能互补发电平台的关键技术研究，利用波浪能、漂浮式风电、漂浮式光伏等可再生能源之间的互补特性和储能系统调控，保障海上平台绿色电力的稳定输出。广州能源所持续深化海洋可再生能源与海上生产结合的重要知识产权布局，“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”技术获得多国和地区发明专利授权，为打造海上多能源多产业融合开发新模式、实现海域高效综合开发提供技术支撑。深海多能互补发电生产生活探测综合平台示意图

2024-07-09

华南植物园编撰菊科垂头菊属英文专著出版

近日，中国科学院华南植物园植物分类和系统演化研究组王龙副研究员等合著的垂头菊属英文专著《The Sino-Himalayan Endemic Genus Cremanthodium (Asteraceae):Morphology,Karyology,Phylogeny,Taxonomy,and Phytogeography》由科学出版社和法国EDP Sciences出版社联合出版。垂头菊属隶属于菊科千里光族，是中国-喜马拉雅地区的高山特有属，绝大多数种类生于海拔3000–5000米的高山草甸、高山灌丛和高山流石滩中，仅个别种类的分布海拔可低至2100米。该属大多数种类头状花序单生、下垂，体态优雅、花色艳丽，具有很高的观赏价值。以往的研究对垂头菊属文献和标本未加全面考证和检查，且野外考察不足，对该属许多宏观和微观性状的研究不够全面和深入，导致属下分类系统不合理以及物种界定不当，由此可见，该属还存在诸多分类学问题亟待解决。针对上述问题，作者团队在近十年来对垂头菊属开展了多学科的综合研究，在此基础上，形成了这部垂头菊属的世界性专科专属专著。全书共包括7章、820页，全面阐述了垂头菊属的分类历史、形态学、细胞学、分子系统学、分类学和植物地理学等方面的内容。在分类处理方面，基于大量的野外居群考察和广泛的标本检查，对垂头菊属进行了全面的分类学修订，最终承认该属80种、9变种；对于每一个种/变种，均提供了完整的异名引证，模式信息及必要的后选模式指定，详细的分类学评述，完整的标本引证，详细的形态描述以及物候、生境、地理分布、海拔、词源、染色体数目和濒危等级等方面的信息。为了增加本书的科学性和可读性，所有种/变种还提供了模式照片和地理分布图，绝大多数种类还配备了精美的野外体态照片及解剖图片。植物分类和系统演化研究组长期开展菊科的分类学研究，前期已针对垂头菊属发表了一系列学术论文。包含本专著在内，在垂头菊属中累计取得的分类学成果包括：发表1个新系、11个新种/变种、3个新组合，处理11个名称为异名，恢复8个种的种级地位，指定33个名称的后选模式以及新发现自发表之后122年未曾再现的1个物种。专著链接：https://laboutique.edpsciences.fr/product/1419/9782759829101/the-sino-himalayan-endemic-genus-cremanthodium-asteraceae图1.专著封面图2.垂头菊属部分种类野外体态图3.垂头菊属所有种、变种海拔信息及代表性生境图4.条叶垂头菊野外生境及体态图5.条叶垂头菊解剖图

2024-07-07