科研进展--中国科学院广州分院

深圳先进院｜微重力对卵母细胞减数分裂进程影响研究取得新突破（Advanced Science）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所能量代谢与生殖研究中心张键团队与雷晓华团队合作，在微重力环境下卵母细胞减数分裂损伤的研究方面取得了新进展。该研究团队利用旋转细胞培养系统构建模拟微重力（SMG）模型，系统评估小鼠卵母细胞在SMG环境下的减数分裂动态与能量代谢等，为空间卵母细胞减数分裂损伤机制与干预手段提供了新的见解。绝大多数关于哺乳动物卵母细胞发育的实验数据，皆源于地球标准重力（1g）条件下。然而，随着载人航天任务的推进，微重力对生殖系统的潜在干扰正日益引起关注。已有研究表明，微重力可显著改变细胞骨架与能量代谢等。因此，对高度依赖结构稳定与精密能量调控的卵母细胞而言，其反应可能更为剧烈。尽管在20世纪90年代已实现非洲爪蟾（Xenopus laevis）和青鳉鱼（Oryzias latipes）的太空繁殖，哺乳动物却尚未完成从交配到分娩的全过程。哺乳动物卵母细胞异常高的非整倍性发生率提示其在太空环境中可能面临独特挑战。然而，这种高敏感性是否限制了哺乳动物在太空中的正常繁殖，这一问题目前仍缺乏相关研究。近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所能量代谢与生殖研究中心张键团队与雷晓华团队合作，在微重力环境下卵母细胞减数分裂损伤的研究方面取得了新进展。该研究团队利用旋转细胞培养系统构建模拟微重力（SMG）模型，系统评估小鼠卵母细胞在SMG环境下的减数分裂动态与能量代谢等，为空间卵母细胞减数分裂损伤机制与干预手段提供了新的见解。相关成果以“The Critical Role of Enhanced OXPHOS and Mitochondrial Hyperpolarization in Simulated Microgravity-Induced Oocyte Maturation Arrest”发表于Advanced Science上。该研究显示SMG诱导小鼠卵母细胞独特的能量代谢损伤，表现为增加的氧化磷酸化（OXPHOS）与线粒体膜电位超极化，这不同于卵母细胞在常规重力下其他暴露所引起的能量代谢损伤，表明微重力与卵母细胞两者的特殊性。与此同时，SMG加速减数分裂进程，但延迟了微管组装中心（MTOC）融合，最终引起卵母细胞成熟阻滞。该研究针对加速的减数分裂进程，使用了后期促进复合体抑制剂（APCin）进行分裂期延长。结果表明延长分裂期改善了纺锤体组装与MTOC融合，最终恢复SMG下卵母细胞第一极体（PB1）排放情况。该研究为微重力下卵母细胞成熟与空间雌性生殖提供了理论依据，并为未来开发空间生殖干预提供了潜在方案。中国科学院深圳先进技术研究院医药所能量代谢与生殖研究中心主任张键研究员、雷晓华研究员与杨雅莉助理研究员为该论文通讯作者，张键研究员团队的葛磊博士为第一作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市医学研究专项资金、深圳市科技创新局、深圳市代谢健康重点实验室、深圳市代谢与生殖靶向投递技术概念验证中心、深圳中欧创新医药与健康研究中心等支持。模拟微重力损伤小鼠卵母细胞成熟机制与干预方案图论文链接

2025-07-21

深圳先进院 | 突破血脑屏障，细胞膜工程仿生纳米生物技术为脑病治疗开辟新路径（Journal of Nanobiotechnology）

血脑屏障（BBB）作为保护大脑的关键防线，却如同“天堑”般阻碍了超过98%的治疗药物（包括生物大分子、抗体及纳米药物）进入中枢神经系统（CNS），使得阿尔茨海默病、帕金森病、脑胶质瘤、脑卒中等重大脑部疾病的治疗面临巨大挑战。如何安全、高效、可控地突破BBB，实现药物精准递送，是全球脑科学与脑疾病研究领域的核心难题之一。血脑屏障（BBB）作为保护大脑的关键防线，却如同“天堑”般阻碍了超过98%的治疗药物（包括生物大分子、抗体及纳米药物）进入中枢神经系统（CNS），使得阿尔茨海默病、帕金森病、脑胶质瘤、脑卒中等重大脑部疾病的治疗面临巨大挑战。如何安全、高效、可控地突破BBB，实现药物精准递送，是全球脑科学与脑疾病研究领域的核心难题之一。近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室、医工所先进探测材料与医学成像器件研究中心盛宗海研究员团队对细胞膜工程仿生纳米技术在跨血脑屏障药物递送治疗CNS疾病的最新进展进行了系统性综述。相关研究成果以"Recent advances of engineering cell membranes for nanomedicine delivery across the blood-brain barrier"为题，发表在国际知名期刊Journal of Nanobiotechnology上。本综述系统梳理并重点评述了近年来迅速发展的细胞膜工程化纳米颗粒（Cell membrane-engineered nanoparticles,CNPs）技术。该技术的核心在于利用天然细胞膜（如红细胞、血小板、肿瘤细胞、白细胞等）包裹人工合成的纳米颗粒内核，创造性地赋予纳米载体“生物身份”。“天然通行证”与“智能钥匙”结合源自不同细胞的膜结构天然携带特定功能蛋白（如红细胞膜的CD47赋予免疫逃逸能力，白细胞膜上的整合素介导炎症靶向），使CNPs能更有效地规避免疫清除，并利用细胞自身的生物识别机制穿越BBB。研究团队特别强调，通过进一步工程化修饰（如搭载靶向肽“CDX”、RGD、Angiopep-2等），可显著提升CNPs的BBB穿透效率和病灶靶向精度。“按需取材”，各显神通综述详细对比了不同细胞源CNPs的特性：红细胞膜CNPs(RBCNPs)的长循环优势显著，但靶向性不足，需依赖配体修饰提升脑部递送效率，在胶质瘤和阿尔茨海默病模型中效果突出。血小板膜CNPs (PCNPs)天然靶向血管损伤和炎症部位，在缺血性脑卒中治疗和术后残余胶质瘤抑制方面展现出独特潜力。肿瘤细胞膜CNPs (CCNPs)具备同源靶向能力，可有效归巢至脑肿瘤，并已成功应用于影像引导的光热治疗和手术切除。白细胞膜CNPs，包括巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞等膜赋予纳米颗粒强大的炎症趋化能力和免疫调节功能，在胶质瘤和神经炎症性疾病治疗中前景广阔。而杂化膜CNPs通过融合不同细胞膜优势（如红细胞膜延长循环+肿瘤细胞膜增强靶向），克服了单一膜在药物递送中的局限性。临床转化：机遇与挑战并存尽管CNPs在临床前研究中展现出令人振奋的成果，作者指出，其迈向临床应用仍面临多重挑战：规模化生产与质控：当前CNPs制备（如物理挤压、超声、微流控）多处于实验室规模，难以满足GMP要求。大规模生产中的批次间一致性、膜蛋白活性维持及长期储存稳定性是瓶颈。膜源选择与免疫相容性：动物源或细胞系来源的膜存在免疫原性风险；自体人源细胞（如患者血液或肿瘤细胞）是理想选择，但获取困难、成本高昂且涉及伦理。基因工程改造细胞（如敲除免疫原性表位、引入人源CD47）是颇具前景的解决方案。个性化治疗与监管：基于患者自身细胞的“个性化CNPs”极具吸引力，但其长期安全性、药代动力学评估体系尚不完善。CNPs兼具生物材料和纳米药物的双重属性，现有监管框架需针对性调整。人工智能：加速CNPs研发的“催化剂”展望未来，论文特别强调了人工智能（AI）在推动CNPs临床转化中的革命性作用。AI模型（如Augur）可高效预测具有BBB穿透能力的多肽，指导CNPs表面配体的理性设计，加速高性能载体开发。同时，基于纳米定量构效关系（nano-QSAR）等AI模型，可提前评估CNPs的生物相容性，并进行毒性预测，实现“安全设计”。另外，AI驱动的先进成像与数据分析技术（如SCP-Nano），能在单细胞分辨率上精准描绘CNPs在体内的分布、代谢及作用机制，为优化递送策略提供关键依据。中国科学院深圳先进技术研究院盛宗海研究员为通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院博士后原盛楠为第一作者，南京大学王毅庆教授和Christopher J. Butch教授给予了大力支持。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市医学研究基金等多个项目的资助。图1：文章在线截图图2：CNP的取材及制备流程图3：红细胞膜CNPs跨血脑屏障递送药物机制示意图图4：人工智能（AI）辅助解决CNP临床转化挑战文章链接

2025-07-22

深圳先进院 | 阐述蛋白靶向降解减毒活疫苗策略（Nature Reviews Immunology）

7月24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、合成生物学研究所司龙龙团队在Nature Reviews Immunology杂志在线发表了题为“Live vaccine development through targeted protein degradation（通过蛋白靶向降解开发活疫苗）”的评述文章，阐述了该团队建立的蛋白靶向降解（Proteolysis-Targeting, PROTAR）减毒活疫苗策略，并展望了其未来的拓展与应用，为新一代活疫苗研发提供了新思路。疫苗接种是预防病毒感染的最经济有效的手段之一。其中，减毒活疫苗是一种重要的疫苗研发策略，其通过控制病毒复制来削弱病毒的毒力，从而降低致病性。这类疫苗能够保留病毒全部抗原并维持其天然构象，可激发强烈的黏膜免疫、体液免疫和细胞免疫反应。此外，减毒活疫苗可通过病毒自然感染途径接种，支持无针接种方式（如呼吸道病毒减毒活疫苗可通过鼻喷方式接种）。然而，如何实现安全和高效免疫的平衡兼容，是减毒活疫苗研制面临的关键科学问题之一：减毒不足则可能带来安全隐患，而过度减毒可能会降低免疫原性。7月24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、合成生物学研究所司龙龙团队在Nature Reviews Immunology杂志在线发表了题为“Live vaccine development through targeted protein degradation（通过蛋白靶向降解开发活疫苗）”的评述文章，阐述了该团队建立的蛋白靶向降解（Proteolysis-Targeting,PROTAR）减毒活疫苗策略，并展望了其未来的拓展与应用，为新一代活疫苗研发提供了新思路。01 PROTAR减毒活疫苗策略原理PROTAR减毒活疫苗策略利用宿主细胞中的蛋白质降解机器“泛素-蛋白酶体系统”，操控病毒蛋白的稳定与降解，将病毒转化成为减毒活疫苗。具体而言，该策略在相关病毒蛋白的合适位置上引入“降解标签”（Proteasome-Targeting Degrons,PTD）；当这种带PTD标签的PROTAR病毒感染进入细胞，细胞中的泛素-蛋白酶体系统会识别被PTD标记的病毒蛋白，并将其降解。这一过程一方面让病毒因失去部分蛋白而复制能力减弱，实现减毒；另一方面病毒蛋白降解产生的抗原肽会被细胞递呈，有利于诱导更强的抗病毒免疫应答。因此，PROTAR减毒活疫苗策略可以在减弱病毒复制的同时，同步增强病毒抗原递呈，实现疫苗高安全性和强免疫原性的协同。在用于生产PROTAR疫苗的工程细胞株中，PTD标记的病毒蛋白的降解通路被阻断，病毒蛋白稳定，PROTAR疫苗正常复制、高效制备，满足疫苗生产需求。研究人员以流感病毒为模型，在细胞、小鼠、雪貂、人肺气道芯片等多个模型中对PPROTAR减毒活疫苗策略进行了系统研究论证。结果显示，PROTAR疫苗在体内充分减毒而安全；在单次鼻腔吸入接种免疫后，可诱导强而广的免疫应答，并对同源和异源病毒的感染提供优良的交叉免疫保护。02 PROTAR减毒活疫苗策略的特点1. PROTAR疫苗策略可以将完整的流行病毒株减毒成为活疫苗，因此能够更好地甚至完全地与流行病毒株抗原匹配，从而提高防护效果。2. PROTAR疫苗策略可通过改变PTD的种类和在病毒基因组上的多样化插入位点，实现对减毒程度和免疫反应强度的灵活调控。目前，研究人员利用PTD种类的多样性，建立了PROTAR流感疫苗库，并证明PROTAR疫苗的安全性和免疫原性依赖于疫苗株种类。因此，该方法可以系统地优化疫苗安全性与免疫原性，获得最优的疫苗株或者按需定制个性化疫苗株。3. PROTAR疫苗策略简单易行。PROTAR疫苗制备采用常规的分子生物学与细胞培养技术，简化了疫苗设计与研制，便于更广泛的疫苗研究人员使用。4. PROTAR疫苗策略具有普适性。病毒蛋白是病毒结构组成和生命活动所必需的生命物质，只要能在目标病毒的合适蛋白合适位点引入PTD，就可以使用该方法制备针对该病毒的减毒活疫苗，因此PROTAR疫苗策略有望推广至多种病毒疫苗的研制。03 PROTAR疫苗需要关注的问题1. PTD序列的选择及其在病毒蛋白中的整合位置，会影响疫苗株的复制能力、蛋白降解效率、减毒程度、免疫原性等，因此需要系统筛选优化。2. 应避免选用某些能被MHC分子呈递的PTD序列，以降低其诱发自身免疫反应的潜在风险。3. PROTAR疫苗的减毒依赖于宿主的泛素-蛋白酶体系统，因此PROTAR疫苗不适用于泛素-蛋白酶体系统功能受损或正在接受蛋白酶体抑制剂治疗的特殊人群。04 未来展望研究团队提出了对PROTAR减毒活疫苗策略发展的未来展望。结合人工智能蛋白结构计算与高通量筛选平台，有望更高效地筛选和优化PTD，提升候选疫苗株的研发效率。探索细胞内的其他蛋白质降解机器（如自噬系统），有望拓展基于蛋白靶向降解的减毒活疫苗平台在更广泛病原体和人群中的适用性。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为本文的第一单位及通讯单位，司龙龙研究员为文章的通讯作者，团队成员张奇思（博士后）为文章第一作者。实验室简介司龙龙，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员、博士生导师，定量合成生物学全国重点实验室副主任，国家级青年人才，国家重点研发计划项目负责人。实验室主要研究方向为“病毒感染及防治研究的新策略和新系统的开发及应用”，包括基于合成生物学的疫苗研制、人类器官芯片开发与应用等。代表性成果以通讯作者、第一作者（含共同一作）发表于Science、Nature Biotechnology、Nature Microbiology、Nature Biomedical Engineering、Nature Chemical Biology、Nature Reviews Immunology等领域内权威期刊。主持国家和省部级项目十余项。课题组招聘：本课题组长期招收病毒、疫苗、免疫、药学、医学、分子生物学、生物化学等相关研究背景的博士后。有意申请者请将个人简历（要求为PDF）以发送至ll.si@siat.ac.cn，简历及邮件标题注明“应聘岗位-学校名称-专业-姓名”。文章上线截图图 | PROTAR减毒活疫苗策略示意图原文链接

2025-07-28

华南植物园提出微生物碳泵的反向运行机制

海洋沉积物是地球上最大的碳储库。海底的有机质之所以能长期保存，主要得益于几种“碳泵”机制，如微生物碳泵、矿物泵等。在沉积物埋藏的过程中，活性强的小分子底物会慢慢消失，同时会生成一些结构复杂、难以识别的大分子物质，这些物质被长久埋藏在深层沉积物中。因此，长期以来人们认为海洋次表层沉积物是作为惰性碳库而存在的。但研究发现，在海底深处仍然存在丰富的微生物群落，这一发现挑战了人们的传统认识。这说明，在沉积物埋藏过程中，有机质并不是完全“沉睡”，而是在持续缓慢地被微生物利用，但仍不清楚这些微生物如何以此生存。在一项2020年发表的研究中（Heuer等，《Science》），本文的合作者Verena Heuer博士分析了地下约1.2公里深处的地热沉积层的生物地球化学特征，找到了影响微生物生长的关键因素。但关于这些生物的谜团仍未解开——它们赖以生存的能量从哪里来？升温扮演着怎样的角色？实际上，全球近一半海洋次表层沉积物的温度超过40°C，支持微生物生存在这样一个“沉睡”着的碳库。这项新研究就是要认识这些微生物的"食物"究竟是怎么来的。基于国际大洋钻探计划，我们使用了来自Shikoku海盆的深层沉积物（沉积物剖面深度160米），沉积物年龄约780万年。结果表明，深部地球环境中的碳循环过程不同于地表，尤其是在温度超过35°C时表现出矿物碳泵机制的“反转”，超过55°C时则类似于微生物碳泵的“反转”。当温度升高至85°C时，这些过程显著加速，并伴随着一个“再加工”的难降解碳库的形成。有趣的是，在55°C时，微生物经历了一个有机质矿化的“瓶颈期”，在这个温度区间，水解过程明显收到抑制，使得生物发酵过程贡献减小，而非生物过程所贡献的可利用有机碳仍然有限，而当温度上升至85°C，非生物过程的贡献增大，生物降解链条趋于断裂，非生物水解作用及中间产物（乙酸、氢气等）的生成（图1），减小了嗜热微生物群体对深部生物圈微生物之间共生关系的依赖，重构了厌氧环境中普遍存在的、基于有机质降解的微生物共生关系，促进了矿化终步骤的进行。根据估算，这部分碳的活化所产生的生物可以利用碳比例可超过总有机碳的0.25%（包括非生物释放、生物代谢及已代谢矿化过程的总和）。尽管这一比例看似微小，但考虑到次表层沉积物中的有机碳总量高达15000000Gt（相比之下，全球海水的总碳量仅39000 Gt），因升温过程而转变为可利用的有机碳量依然非常可观。如此巨大的碳源，足以支持深部生态系统中繁多的生命活动，这也解释了深海沉积环境中深部生物圈的存在。这部分由生物和非生物过程耦合（图2）而引发的碳流动对全球碳循环具有重要意义，将促使人们重新思考地球深层环境中碳的转化路径和贡献。该研究不仅提出了微生物碳泵和矿物泵在海洋深层沉积物中的反向运行机制，也为表层海水的碳储存机制提供新的反向视角。相关研究成果以“Moderate heating renders 7.8 million-year-old sedimentary organic matter bioavailable”为题发表在综合类期刊Science Advances上。中国科学院华南植物园可持续生态学团队甘淑钗副研究员为论文的一作兼通讯作者，王法明研究员共同参与并指导研究，合作单位包括不来梅大学、哈佛大学等。该研究获得国家自然科学基金、德国研究联合会、国家重点研发计划、广东省应用植物学重点实验、国际大科学计划ONCE海洋负碳排放等项目及哈佛大学的资助。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw8638图1. 中间代谢物之一乙酸生成和代谢路径的量化图2. 深部碳库在加热作用下的非生物与生物耦合分解模型示意图。

2025-08-21

南海海洋所 | 最新研究清晰刻画四川盆地油气资源富集规律图

近日，中国科学院南海海洋研究所王志研究员联合西南石油大学王剑教授团队及中国石油，开展四川盆地深部构造研究，揭示了其前寒武纪基底隆凹构造格局及其与油气富集区的密切关系。相关成果发表在国际地学期刊《地球物理研究杂志：固体地球》(Journal of Geophysical Research-Solid Earth)。研究员王志为第一作者兼共同通讯作者，西南石油大学教授王剑为共同通讯作者。四川盆地是我国最重要的天然气产区，据中国石油天然气集团公司第四次评估，其天然气储量高达38.1万亿立方米。然而，深部前寒武纪基底（形成于6亿年前）因结构复杂，长期制约油气勘探精度—传统技术仅能探测单一地震波参数，难以还原复杂的地下构造。研究团队通过627个新地震监测站同步采集187,356组地下纵波（P波）与横波（S波）信号,采用多参数联合地震波CT扫描技术，基于多参数联合反演技术构建的高精度三维模型（纵波速度、横波速度及泊松比），首次清晰刻画出横贯盆地的巨型马蹄形凹陷带与纵贯西南的L形地质隆起带。数据分析显示： 76%的天然油气井分布于L形隆起带及其斜坡区，21%的气井位于凹陷过渡带。这一"深部藏宝图"揭示了远古构造对油气运移的关键控制机制，破解了四川盆地"油气井集群分布"的长期谜题。研究成果不仅能以隆凹格局为依据为勘探靶区优选提供科学支撑，明确L形隆起区作为新层系勘探突破的重点方向，还可显著降低无效钻井成本、提升探井成功率，在油气勘探实践中具有重大应用价值。该研究由中国石油-西南石油大学创新联合体科技合作项目和国家自然科学基金项目联合资助。相关论文信息：Wang,Z.,Du,Q.,Wang,J.,Wen,Y.,Zhou,G.,He,Y.,& Fu,X. (2025). New pattern of uplift‐depression of the pre‐Cambrian basement in the Sichuan Basin: Constraints from multi‐seismic parameter imaging. Journal of Geophysical Research-Solid Earth,130,e2024JB030152.原文链接： https://doi.org/10.1029/2024JB030152图1 四川盆地及其周边板块构造、前寒武纪基底L形隆起与马蹄形凹陷构造格局及油气资源分布图

2025-08-21

南海海洋所 | 永暑礁频现“美人鱼”，生态岛礁建设再添惊喜

2025年7月中旬以来，南沙群岛永暑礁驻岛环保部门与中国科学院岛礁综合研究中心（简称“岛礁中心”）驻站科研人员在永暑礁近岸海域持续监测到国家一级保护动物儒艮活动。儒艮是海牛目儒艮科唯一现存海洋物种，因雌兽怀抱幼崽哺乳的姿态被民间称为“美人鱼”，是全球最古老的海洋哺乳动物之一，主要分布于印度洋和西太平洋的浅海区域，在世界自然保护联盟IUCN红色名录中被列为易危物种。这种体长可达3米的草食性海洋哺乳动物，对维护海草床生态系统健康具有关键作用，其摄食行为能促进海草更新，维持栖息地生物多样性。儒艮是国家一级保护动物，2008年，海南省东方市发现的死亡儒艮是中国大陆最后一次目击记录，2022年，儒艮被宣布在中国大陆沿海功能性灭绝。2025年7月8日，永暑礁驻岛环保部门巡视人员首次在海岛西南方海域发现浮在海面换气的“大鱼”，并在其后近一个月内持续观测到其在该海域的活动；8月2日-3日，巡视人员与驻岛科研人员两次近距离观测到“大鱼”在该海域活动，并采集到影像资料。相关资料经中国科学院海洋动物专家秦耿研究员、李松海研究员鉴定，正是在中国大陆沿海被宣布功能性灭绝的儒艮。8月11日上午，中国科学院南海海洋研究所、生态环境部华南环境科学研究所、广东工业大学等单位的科研人员又再次共同目击了儒艮在海面的活动情况。这是近半年来，在永暑礁继发现国家一级保护动物玳瑁、绿海龟等活动后，首次在该海域发现极度濒危物种儒艮的持续活动踪迹，这不仅填补了该海域的物种分布空白，更是近三十年来我国南沙群岛及南海中部海域首次有科学影像佐证的儒艮活体记录。儒艮通常喜欢成群活动，常以2~3头的家族群形式出现，此次为何单独“流浪”至此尚待监测研究。南海海洋所研究员秦耿指出，我国南海北部（如广西、广东沿海）近岸的儒艮种群已于20世纪末至21世纪初急剧衰退，南海中南部海域虽有零星渔民目击报告，但从未有经科研机构确证的影像或实体记录。此次发现与2025年3月中国台湾省宜兰海域的记录形成呼应，共同构成近十年来我国海域内极为罕见的儒艮分布实证，为研究全球变化和人类活动双重影响下该物种的跨海域迁徙扩散提供了关键线索。南海海洋所宋星宇研究员指出，绿海龟依赖沙滩产卵繁殖，玳瑁的生存与珊瑚礁健康紧密相关，而儒艮的出现则标志着海草床生态系统的完整性——这三类物种在永暑礁海域的相继发现，凸显了永暑礁岛礁生态系统的独特价值，更证明了我国南沙岛礁生态岛礁建设与生态保护工作成绩斐然。永暑礁形成的珊瑚礁、浅海海草床、沙滩产卵场等丰富生境，支撑了海洋生物的栖息与繁衍，也是南海岛礁生态系统持续健康发育的有力佐证。此次发现得益于南海海洋所与驻岛环保部门构建的岛礁安全运行长期联合监测体系。南海海洋所岛礁中心负责人表示，后续将持续深化岛礁中心与驻岛环保部门的合作，强化南海岛礁海洋生态系统的监测与研究，为岛礁陆海生态系统保护提供科学支撑，共同守护好这片美丽的“蓝色国土”。图1 儒艮地理分布范围（数据来源：国际自然保护联盟濒危物种红色名录）图2 永暑礁发现玳瑁发现儒艮视频

2025-08-21

深圳先进院发布新型图像复原大模型HYPIR

7月28日，中国科学院深圳先进技术研究院数字所董超研究员团队发布了一项名为HYPIR的图像复原大模型，不仅比现有的图像复原技术快数十倍，更在高清分辨率、文字保真、理解能力、用户控制灵活性等方面展现出了优异性能，为图像复原技术的实际应用提供了更高效的解决方案，更为文化传承与保护、影视修复等领域带来新的可能性。图像复原领域长期面临一个难题：要么追求质量却耗时漫长，要么追求速度却牺牲细节。如何把一张老照片修复得又快又好？7月28日，中国科学院深圳先进技术研究院数字所董超研究员团队发布了一项名为HYPIR的图像复原大模型，不仅比现有的图像复原技术快数十倍，更在高清分辨率、文字保真、理解能力、用户控制灵活性等方面展现出了优异性能，为图像复原技术的实际应用提供了更高效的解决方案，更为文化传承与保护、影视修复等领域带来新的可能性。突破传统技术瓶颈，图像修复更高效传统方法中，基于预训练扩散模型的复原技术显著提升了图像复原效果，但存在计算复杂度高、推理速度慢、训练资源消耗大以及生成结果可控性不足等问题，成为了限制图像复原技术发展的瓶颈问题。去年，董超团队提出了智能画质增强大模型SUPIR，将低质量的图像恢复到接近原始状态的高清图像，有效修复多种退化类型的图像。而此次图像大模型HYPIR作为升级版，舍弃了迭代式的扩散模型训练，改用单步的对抗生成模型训练方式，将原有的算法速度提升了数倍，同时采用更新的文生图基模型进一步提升算法效果，实现了8K级别的细节生成，在生成图像的稳定性和可控性方面远超SUPIR大模型。 “以往图像复原方法中往往包括扩散模型蒸馏、ControlNet适配器或者多步推理过程。而HYPIR则不需要依赖这些步骤，使用方法更加简单。在训练和推理速度上较传统方法提升了一个数量级以上，且性能更优。”董超介绍，HYPIR主要有两个创新点，一是使用预训练扩散模型初始化复原网络；二是从理论角度出发解释这一简单方法背后蕴含的深刻原理。实验数据显示，在单张显卡（图像处理器）上，HYPIR仅需1.7秒即可完成一张1024x1024分辨率图像的复原。相比现有的图像复原方法，研究人员提出的HYPIR在复原图像的质量上性能更优，且能够适用于各种尺寸的预训练扩散模型，为不同应用场景提供了灵活性。多种性能优异，应用前景广阔在应用层面，研究人员介绍，HYPIR在图像高清分辨率、文字保真、理解能力、用户控制灵活性等方面均展现出了优异的性能。例如，在老照片修复方面，研究人员运用HYPIR修复了国内外经典电影、电视剧老照片，让模糊的影像重现清晰的细节，为文化记忆传承提供了技术支持。在高分辨率图像修复领域，HYPIR同样表现出色，因其兼具速度与效果，HYPIR成功攻克了传统方法在生成8k分辨率图像时往往面临速度慢或效果不佳的难题。在文字保真方面，传统基于扩散模型的方法常导致复原出的文字模糊或扭曲，缺乏精确性，而HYPIR则能够使复原出的文字保持高保真度和清晰度，无论是简单的标识还是复杂的文档，HYPIR都能精准地还原其原始形态，使图像中的文字清晰可读。值得一提的是，HYPIR还具备了突出的自然语言理解能力，能够精准捕捉和理解用户的输入指令，在图像复原过程中准确地反映用户的意图。此外，用户可以根据需求灵活调节生成与复原的平衡，或精细控制图像细节程度，从而获得符合自身偏好的结果。这种用户友好的设计使得HYPIR不仅适用于专业领域，也能满足普通用户的需求。HYPIR不仅展示了图像修复技术上的创新性，也体现了对实际应用需求的理解。通过打破传统思维定式，该技术在文化传承与保护、影视修复、高分辨率图像生成等领域提供了切实可行的解决方案，为图像复原技术的发展注入了新的活力。一直以来，董超带领团队致力于底层视觉技术研究，在图像处理领域取得了多个重要突破，并出版了人工智能专著《底层视觉之美》。在他看来，做科研要坚持“三心”，即“初心、良心、爱心”，不仅要保持纯粹的好奇心，也要坚守实事求是的底线，更要秉持科技向善的责任。“真正的科研成果要尊重事实真相，经得起反复推敲。”董超介绍，目前HYPIR大模型的开源代码和模型已上传至GitHub开放使用并已成功部署于明犀科技平台中（HYPIR主页https://hypir.xpixel.group），同时与深圳市南山区档案馆合作对部分馆藏照片进行修复，后续该大模型还将进一步推进产业化，让社会公众亲身体验科技魅力。HYPIR大模型修复图像效果展示。研究团队供图HYPIR大模型处理图片纹理细节的效果展示。研究团队供图HYPIR大模型在高分辨率图像超分复原方面的效果展示。研究团队供图1985年的深圳南头半岛（下图，摄影：陈宗浩）与4倍超分修复（上图）后的对比图1927年第五届索尔维会议合影修复董超研究员（左）介绍HYPIR大模型

2025-07-29

广州地化所 | 月球41.6亿年前遭巨型撞击！嫦娥六号三颗月球岩屑揭示太阳系撞击历史新认知

中国科学家通过对嫦娥六号月壤样品的高精度年代学研究，首次精确测定月球阿波罗盆地形成于41.6亿年前。这一发现为揭示月球遭受太阳系内“撞击风暴”（晚期重轰炸，简称LHB）提供了关键证据，相关成果于8月20日发表于国际学术期刊《自然·天文学》（Nature Astronomy）。月球“伤疤“藏着太阳系动力学演化的秘密月球表面遍布的巨型撞击盆地，其中大多数是约38亿年前太阳系内小天体撞击的遗迹。科学家一直争论这场太阳系内“撞击风暴”是逐渐减弱，还是在距今约38亿至40亿年间出现了强度骤增。这一持续数十年的争议源于月球上关键撞击盆地缺乏精确年龄数据。嫦娥六号采样点所在的阿波罗盆地（直径约540公里）位于月球南极-艾特肯盆地（SPA）内部，是该区域最大的次级撞击构造，其形成年龄可能标志着晚期重轰击事件的启动时间，从而成为破解这场“撞击风暴”谜题的关键。三粒岩石破解远古真相中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士团队联合大湾区及国外合作者，在仅3.5克月壤中发现三颗大小150-350微米特殊的岩石碎屑（图1）。图1 嫦娥六号月壤中识别出的三颗KREEP岩屑这些岩屑是阿波罗盆地形成时产生的撞击熔融岩石，是记录撞击事件最理想的“岩石时钟”。研究团准确测定了岩屑的年龄，同时综合遥感图像和地球化学数据等多方面的信息，最终确认岩屑记录的41.6亿年为阿波罗盆地的形成年龄（图2）。图2 Pb-Pb等时线年龄推翻月球撞击通量的“灾变说“这一结果带来两大认知：1，更新“撞击风暴”开始的时间：研究获得的年龄将月球晚期重轰击事件（LHB）的开始时间点向前推进了至少1亿年。2，揭示早期动力学演化规律：本研究的撞击通量分析表明，月球晚期重轰炸（LHB）期间的撞击通量是呈渐变衰减趋势的，并不支持38-40亿年撞击通量激增的假说。阿波罗盆地年龄的精确测定，为太阳系撞击历史树起了“中国定标点”。徐义刚院士强调：“嫦娥六号样品的研究将持续推动人类重新认识地月系统的演化”。该研究由徐义刚院士指导，陈景有博士后与张乐高级工程师为论文共同第一作者。本工作得到了中国科学院、中国科学院广州地球化学研究所月球研究项目和中国科学院与香港地区“化学地球动力学联合实验室”等的资助。论文信息：https://www.nature.com/articles/s41550-025-02640-5

2025-08-21

华南植物园揭示藻源碳调控海洋溶解性碳库机制

浮游植物（藻）是海洋溶解性有机碳（DOC）的主要来源，它们产生的DOC一方面以生物可利用有机碳（BDOC）的形式被微生物快速消耗，并在转化过程中部分进入顽固碳（RDOC）库；另一方面也可直接分泌RDOC。无论是间接转化还是直接分泌，这些 RDOC 最终都会对海洋 DOC 库的长期积累产生重要贡献。因此，藻源碳的组分特征是调控海洋 DOC 库规模与稳定性的关键因素。然而，由于浮游植物物种多样且生长阶段快速变化，不同类群在生长与衰退过程中的碳分配与释放特征复杂多变，严重制约了我们对藻源碳特征及其作用机制的深入理解。针对这一科学空白，中国科学院华南植物园可持续生态学团队通过超高分辨质谱解析不同类群与生长阶段的DOC分子组成，并结合遥感与机器学习方法，在全球尺度上评估浮游植物对DOC动态的贡献（图1）。图1. 相关研究的技术路线首先，他们利用超高分辨率质谱技术（FT-ICR MS），系统地量化了六个典型藻门（蓝藻门、绿藻门、硅藻门、金藻门、甲藻门和定鞭藻门）类群在生长期与衰亡期下，不同碳馏分（胞内DOC，胞外结合态DOC及胞外溶解态DOC）中BDOC及RDOC的相对占比（图1a和b）。结果发现，在所有的实验藻株中，定义为难以被分解的RDOC都占其总有机碳的10%以上（图2）。这一结果突破了传统对藻源碳多以活性碳为主的认知，也强化了藻类可直接释放RDOC这一现象的普适性。紧接着，在获得这些类群特异的碳分配参数后，本研究进一步结合卫星反演的类群分辨叶绿素浓度数据，构建了机器学习模型，用于预测海洋表层DOC浓度（图1c）。结果显示，引入类群特异的碳分配参数后，模型的预测精度显著提高（生长期和衰退期的R2分别达0.92和0.80，图3a和b），远超未考虑此类信息的模型（R2仅为0.69和0.46，图3c和d）。最后，基于这一优化模型，本研究生成了全球尺度的海洋DOC数据集（图1d），不仅发现海洋表层DOC库的物种贡献度，其中硅藻门对该DOC库的变化贡献最大，解释了高达63.8%的变异；更揭示了不同生长季下藻源DOC的差异性，生长期产生的顽固型DOC显著高于衰退期。这些现象意味着未来浮游植物暴发持续时间及气候驱动的群落结构变化，将深刻影响着海洋DOC动态与碳循环过程。图2. 六个典型藻门（蓝藻门、绿藻门、硅藻门、金藻门、甲藻门和定鞭藻门）类群在生长期与衰亡期下，不同碳馏分（胞内DOC，胞外结合态DOC及胞外溶解态DOC）中不同碳组分的相对占比图3. 引入类群特异的碳分配参数前后的模型预测精度该研究为理解和预测全球碳循环提供了新的视角和工具，也为评估气候变化背景下海洋碳汇功能的变化提供了关键科学依据。相关研究成果以“The role of phytoplankton in structuring global oceanic dissolved organic carbon pools”为题近期发表于综合性期刊Nature Communications（《自然-通讯》）上。中国科学院华南植物园卢哲副研究员为第一作者，王法明研究员为通讯作者。此外，厦门大学焦念志院士，中国科学院水生生物研究所宋立荣研究员，香港科技大学刘红斌教授等参与了研究。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目及国家水生生物种质资源库的支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63105-x

2025-08-20

华南植物园揭示长期高氮沉降下热带原始林土壤微生物代谢限制的垂直分异规律

华南植物园鲁显楷研究员团队在《全球变化生物学》发表最新研究，通过长达20年的野外氮添加实验，首次揭示长期高氮沉降下热带原始林土壤微生物代谢限制的垂直分异规律，即长期氮沉降会加剧表层土壤的磷限制，但缓解其碳限制；而深层土壤则呈现相反的响应模式。土壤微生物在生物地球化学循环和生态系统稳定中发挥着重要作用。近半个世纪以来，大气氮沉降升高显著加速了陆地氮循环过程，并改变了底物元素化学计量比，从而导致土壤微生物代谢限制发生变化。传统观点认为，热带森林相对 “富氮贫磷”的特性使其对氮沉降异常敏感，氮沉降会进一步加剧磷素限制。然而，目前尚不清楚在高度风化的热带森林中，长期氮素输入如何影响不同深度的土壤微生物代谢限制。研究团队于2002年在广东鼎湖山国家级自然保护区原始林（季风常绿阔叶林）建立了长期连续氮添加实验样地（4种梯度：0-150 kg N ha⁻¹ year⁻¹），探讨了长达20年的高氮素输入如何影响不同土壤剖面中土壤微生物代谢限制特征。研究发现，与传统观点不同，长期氮添加对磷限制的影响具有深度选择性：表层土壤的磷限制增强，而深层土壤则未受影响。土壤微生物可通过下调微生物群落丰度来适应磷限制，其中放线菌的相对丰度可指示磷限制状态。与此同时，长期氮添加通过增加表层土壤溶解性有机碳（DOC）含量缓解了微生物的碳限制，但加剧了深层土壤微生物碳限制。该研究首次证实长期氮沉降对热带森林土壤微生物代谢限制的影响具有深度选择性，并且修正了"氮沉降普遍加剧磷限制"的单一结论。考虑到微生物‌碳-磷代谢的"深度分异"现象，研究特别提出未来地球系统模型需纳入深度依赖的微生物代谢限制参数，特别是在预测热带森林碳汇功能时。这一成果为预测全球氮沉降加剧背景下热带亚热带森林生态系统功能变化提供了关键科学依据。相关研究成果以“Divergent microbial metabolic limitations across soil depths after two decades of high nitrogen inputs in a primary tropical forest”为题发表在全球变化研究领域权威期刊Global Change Biology（《全球变化生物学》）上。中国科学院华南植物园硕士研究生庞朝龙为论文第一作者，硕士生张泽和为共同第一作者，鲁显楷研究员为通讯作者。该研究得到广东省重点领域研发计划、国家自然科学基金和广东省科技计划等项目资助。文章链接：https://doi.org/10.1111/gcb.70440图1. 长期氮添加对不同土层微生物代谢碳限制（a,Vector length）和磷限制（b,Vector angle）特征的影响图2. 不同土层环境因子对微生物代谢碳限制和磷限制影响的相对重要性图3. 氮添加对表层和深层土壤微生物代谢限制的主要影响途径

2025-08-20