科研进展--中国科学院广州分院

深圳先进院 | 定量合成生物学全国重点实验室构建人造光合水凝胶微球打通CO₂‌资源化的全链条

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/合成生物学研究所王博研究员、于涛研究员领衔的研究团队，设计了一种空间区室化的人造光合水凝胶微球（Artificial Photosynthetic Hydrogel Microspheres, APHM），以一个模块化的非生物/生物杂化架构同时对上述三重挑战作出了系统性回应。该成果以“Artificial Photosynthetic Hydrogel Microspheres as a Versatile Platform for Programmable CO2 Valorization”为题，发表于国际顶级化学期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）。将二氧化碳转化为葡萄糖、肌醇、蔗糖乃至淀粉——这一长期被认为仅能依赖植物光合作用实现的化学转化过程，如今可借助一颗特殊设计的人造水凝胶微球得以完成。在人工光合作用领域，实现光催化材料与固碳微生物的高效协同，始终面临三重根本性挑战。其一，环境兼容性问题。光催化产氢需要较为简单的反应介质与牺牲电子供体，而微生物培养则依赖营养丰富的培养基，两者对化学微环境的要求存在本质性差异，直接混合将导致催化剂活性受到抑制或微生物生长受限。其二，光毒性问题。光催化反应依赖强光照以维持较高的产氢速率，而多数天然固碳微生物对光辐射敏感，光照产生的活性氧自由基可造成不可逆的细胞损伤。第三，上下游衔接问题。现有方案多采用蓝藻等光合微生物与异养微生物耦合，通过分泌代谢物（通常为蔗糖）为下游微生物提供碳源。然而，该过程不仅受限于蓝藻自身的光能利用能力，还存在代谢物跨膜运输受限、分解代谢物阻遏以及碳回收率低等问题，同时复杂的代谢物背景还可能干扰下游微生物的催化过程，从而限制光合碳固定与下游多样化产品合成的高效衔接。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/合成生物学研究所王博研究员、于涛研究员领衔的研究团队，设计了一种空间区室化的人造光合水凝胶微球（Artificial Photosynthetic Hydrogel Microspheres, APHM），以一个模块化的非生物/生物杂化架构同时对上述三重挑战作出了系统性回应。该成果以“Artificial Photosynthetic Hydrogel Microspheres as a Versatile Platform for Programmable CO2 Valorization”为题，发表于国际顶级化学期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）。困局：光催化剂与固碳微生物的兼容性鸿沟材料-微生物杂化系统将CO2转化为高值化学品的核心逻辑在于：光催化材料吸收光能产生电子供体（如氢气），固碳微生物继而利用上述电子供体驱动CO2固定。然而，光催化反应与微生物代谢对反应条件的需求存在多方面对立。光催化产氢倾向于强光照、成分相对简单的反应介质与合适的牺牲电子供体；而微生物培养则需要营养全面的培养基、温和的pH以及严格无氧的环境。若将催化剂直接投加至菌液中，培养基中的复杂组分将对催化活性位点产生显著抑制作用；若将两者分隔于独立反应器中，则氢气从气相到液相的传质过程将构成新的速率限制步骤。光强需求上的矛盾同样突出。光催化剂在较高光子通量下才能维持可观的产氢速率，然而许多天然固碳菌对光辐射高度敏感——以伍氏醋酸杆菌（Acetobacterium woodii）为例，光照诱导产生的活性氧自由基可在数小时内致其失活。因此，在强光条件下实现持续的光驱动CO2固定，必须以有效的光屏蔽策略保护微生物。在上述两个兼容性问题之外，尚存在一个更为深层的挑战：光催化模块与生物转化模块之间的化学衔接方式。目前发展较为成熟的蓝藻路线，通过分泌蔗糖等可溶性代谢物为下游异养微生物提供碳源。然而，该模式受限于代谢物跨膜运输效率、分解代谢物阻遏及碳回收率等因素，且光合细胞释放的代谢物种类和组成受到自身代谢网络的限制，复杂的代谢物背景还可能干扰下游微生物的催化过程，因而难以灵活、高效地衔接携带不同合成途径的下游微生物底盘。因此，能否确定一种兼具高效供给性与广泛代谢兼容性的中间体分子，成为打通CO2资源化全链条的关键所在。基于以上分析，研究团队提出了一个核心假设：利用物理屏障在微观尺度上将光催化反应区与微生物生长区进行空间区室化分隔，同时以氢气作为短程电子传递媒介、以乙酸作为上下游模块之间的化学桥接分子，有望在单一反应体系内同步解决环境兼容、光保护与产物衔接这三重挑战。破局：空间区室化策略同时解决环境兼容与光保护问题研究团队首先针对环境兼容问题开展了培养基的理性重构。常规A. woodii培养基中包含酵母提取物和硫化钠，这些组分对COF基光催化剂的产氢活性存在显著的抑制作用。通过系统的替换实验，团队确定以二硫苏糖醇（DTT）作为牺牲电子供体，成功配制出兼具微生物代谢支持能力与光催化活性的双功能培养基。在该培养基中，COF/Pt/Cr2O3光催化剂的5天产氢量达到62.0 mmol g-1，较原始培养基条件提升了16倍。在微球构建层面，团队以海藻酸钠和羧甲基纤维素为基质，通过钙离子交联制备了直径约4毫米的双网络水凝胶微球。微球外壳中均匀分散着COF/Pt/Cr2O3光催化剂，内核则为经高温碳化的三聚氰胺泡沫。该碳化泡沫呈现黑色多孔结构：透射光谱测试表明，其可阻隔超过99%的紫外-可见光，同时对气体分子和营养物质保持通透性。将A. woodii接种至碳化泡沫内核后，外壳中的光催化剂在强光照射下持续产氢，而内核中的细菌则处于有效的光屏蔽环境中——光催化反应与微生物代谢在同一微球的两个空间区室中独立进行。在60 mW cm-2持续光照的10天运行实验中，活/死荧光染色和胞内活性氧检测均证实内核中的细菌在整个实验周期内维持了良好的生理活性。作为对照，未经碳化泡沫保护的裸露细菌在相同光照条件下48小时内即几乎全部失活。在性能方面，APHM系统在10天内累计产生212.4 mg L-1的乙酸，氢气到乙酸的摩尔转化效率达到88.85%，接近Wood-Ljungdahl代谢途径的理论化学计量比（4 H2 : 1 acetate）。与之形成鲜明对比的是，将光催化剂与细菌简单混合的非区室化对照组，乙酸产量仅为23.7 mg L-1，转化效率仅为7.9%——APHM的空间区室化设计将光-生物耦合效率提升了一个数量级。拓展：以乙酸为通用中间体，实现一个平台、多种产物的模块化生产选择乙酸作为光催化模块与下游生物转化模块之间的化学桥接分子，是APHM设计的另一关键考量。与蓝藻路线中种类较为有限的直接代谢产物相比，乙酸具有独特的代谢枢纽地位——它可被多种工业微生物经由乙酰辅酶A合成酶高效吸收，进入中心碳代谢后转化为乙酰辅酶A，进而根据底盘细胞所携带的不同合成途径，定向转化为葡萄糖、肌醇、蔗糖、淀粉等一系列结构各异的高值产物。这一模块化设计赋予了APHM平台显著的产品灵活性：上游的光催化产氢与微生物固碳产乙酸模块保持固定，仅需替换下游的酵母底盘细胞即可实现目标产物的切换。为验证上述策略的可行性，研究团队将APHM产生的乙酸作为唯一碳源，分别供给多种经过代谢工程改造的酿酒酵母菌株。实验结果表明，携带不同合成途径的酵母均可有效利用APHM来源的乙酸，分别转化为葡萄糖、肌醇、蔗糖和淀粉。与以纯乙酸或乙醇为碳源的对照组相比，APHM来源的乙酸在各产物转化效率上均表现相当，充分证明了该平台所产乙酸具备作为生物炼制通用原料的品质。总结与展望本研究通过精巧的空间区室化设计策略，以氢气为短程电子传递媒介、以乙酸为上下游模块间的化学桥接分子，首次在单一模块化平台中实现了从光能捕获到多种高值产物合成的全链条集成。APHM平台的核心学术贡献在于对人工光合作用领域三项长期挑战的系统性回应：以双功能培养基的理性设计与物理空间分隔解决了光催化剂与微生物的环境兼容问题，以碳化泡沫遮光内核解决了强光条件下的微生物光保护问题，以乙酸作为通用代谢中间体解决了光催化模块与下游生物转化模块之间的化学衔接问题。三个功能模块——光催化产氢、微生物CO2固定与产物转化——在一颗毫米级水凝胶微球中实现了物理上的独立运行与功能上的有序耦合。与现有基于蓝藻的光合生物制造路线相比，APHM采用的非生物/生物杂化架构有效规避了光合微生物自身光能利用效率的固有限制，同时充分发挥了乙酸作为可编程代谢中间体的独特优势，为CO2资源化利用提供了一条兼具灵活性与拓展性的技术路线。在后续研究工作中，团队将着力探索替代DTT的可持续电子供体体系，以及适用于中性pH和高离子强度环境的新型光催化剂，以期进一步提升该系统的能量转化效率与运行持续性。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/合成生物学研究所王博研究员、于涛研究员和曾翠平助理研究员为本文共同通讯作者，侯天凤助理研究员、唐同明科研助理、冯渝骅科研助理、央青卓玛博士后为本文共同第一作者。中国科学院深圳先进技术研究院为本文第一完成单位。研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省科技计划项目、深圳市科技计划以及深圳合成生物学创新研究院等项目资助。原文链接图1｜图文摘要图2｜文章上线截图图3｜用于可编程CO2增值的人工光合水凝胶微球(APHM)平台示意图图4｜双功能反应介质的设计与验证图5｜APHM 的结构和太阳能驱动的醋酸盐生产图6｜APHM 的性能基准测试和机制见解图7｜通过串联系统实现可编程碳链延长

2026-08-24

东莞材料所 | 基于原位磁性氧化物界面工程实现高频非晶软磁复合材料的高效制备

在电力电子、5G/6G通信、AI服务器及新能源汽车等领域迅猛发展的今天，电子元器件正朝着高频化、大功率、小型化和低能耗方向持续演进。作为这些元器件的核心功能材料之一，软磁材料承担着能量转换与信号传输的关键角色。然而，传统软磁材料各有短板：硅钢在高频下损耗急剧攀升，铁氧体虽高频损耗低，但饱和磁感应强度不足，难以支撑大功率和小型化需求。如何让一种材料同时具备高饱和磁化强度、高频稳定的磁导率和低损耗，成为该领域长期追求的目标。非晶基软磁复合材料因兼具非晶合金的高电阻率和磁性组元的优异磁响应，被视为破解这一难题的希望所在。但长期以来，其性能提升受制于三重矛盾：其一，传统雾化微米级非晶粉末受限于非晶形成能力与铁含量的相互制约，饱和磁化强度难以突破；而微米尺寸又容易引发较强涡流，增大损耗。其二，为了抑制颗粒间的涡流并稳定磁导率，通常需要包覆非磁性绝缘层，但这会稀释磁性相，导致饱和磁化强度下降。其三，传统制备流程涉及粉末制备、绝缘包覆、高压成型和高温退火等多步工序，各环节相互牵制，极易引起绝缘层破坏、内应力集中或非晶基体晶化等问题，使得性能调控如同“走钢丝”。聚焦上述挑战，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室柯海波研究员、汪卫华研究员团队开展了一系列创新探索，并取得阶段性突破。此前，该团队已取得两项重要进展： (1) 通过引入纳米级Fe₄N相，将饱和磁感应强度提升至约226 emu/g，突破了常规依赖α-Fe相析出提升的理论极限，显著优于主流铁基非晶/纳米晶和铁硅系粉末（图1）（JMST 2026, 248: 119-125, 10.1016/j.jmst.2025.05.045）；(2) 提出表面纳米工程的表面包覆改性思路，实现了磁导率与损耗的协同优化，为解决二者的权衡困境提供了新路径（图2）（JMST 2025, 211: 82-88, 10.1016/j.jmst.2024.04.081）。图1 引入纳米级Fe4N相实现超高饱和磁感应强度图2 表面纳米工程实现磁导率与损耗协同优化在此基础上，团队近日在《Journal of Materials Science & Technology》发表最新研究成果，提出“原位纳米磁性氧化物界面工程+超低压力成型”一体化制备策略。这一新策略巧妙地将通常被视为不利因素的粉末表面氧化“缺陷”转化为优势——通过可控原位氧化，在纳米非晶粉末表面自发形成厚度仅约2纳米的超薄磁性氧化物壳层。该壳层既能有效阻隔颗粒间的涡流通道，又因其磁性本质而不会产生显著的磁稀释效应，从而从界面层面化解了绝缘与磁性能相互制约的核心矛盾。制备工艺也大为简化。团队采用化学还原法制备出粒径细小的nano-FeB非晶粉末，由于粉末极细且界面丰富，仅需100 MPa的超低成型压力即可获得致密块体，无需传统工艺中数GPa的高压和后续高温退火去应力处理，将原本繁复的四步流程缩短为简单的两步（图3与图4），大幅降低了制备能耗和时间成本。图3 nano-FeB非晶粉末与软磁复合材料的制备流程与微观结构图4 nano-FeB非晶粉末的XPS结果性能测试结果令人振奋（图5）：nano-FeB粉末的饱和磁感应强度高达约172 emu/g，远超常规雾化铁基非晶粉末体系。其软磁复合材料在高达~85 MHz的频率范围内仍能保持磁导率稳定，品质因数（反映材料综合性能的核心指标）达到约105（对应峰值频率约80 MHz），优于绝大多数已报道的微米粉末基软磁复合材料。在100 kHz下的损耗也优于传统体系。更值得一提的是，该材料的抗压强度较传统FeSiBCCr软磁复合材料（经树脂包覆、2 GPa压制和退火）提升了约2倍，器件服役可靠性大幅增强。图5 (a-d) nano-FeB非晶粉末与软磁复合材料的性能与制备参数统计对比；(e) 力学性能对比这些优异性能的物理机制在于超细粒径与大量界面的协同效应（图6）。纳米颗粒之间密布的空隙可形成强退磁场，有效抑制高频下磁导率的快速衰减；而金属内核与表层磁性氧化物的界面处会生成定向内建电场，限制电子沿垂直界面方向传导，从而显著削弱高频涡流损耗。两者共同作用，使材料在高频下做到既稳定又低损。该研究为开发小型化、高频、低损耗的新型软磁器件提供了全新设计思路，在高速开关电源、射频电感、车载功率磁元件及AI服务器供电模块等前沿应用场景中具有广阔前景。图6 nano-FeB非晶粉末与软磁复合材料性能优化的机制起源相关成果以“Nanoscale magnetic oxide interface enables high-magnetization and high-frequency amorphous soft magnetic composites”为题发表于《Journal of Materials Science & Technology》。白荣晟、邵里良、左定荣为共同第一作者，柯海波研究员为通讯作者，汪卫华研究员对该工作给出了悉心指导。研究工作由中国科学院东莞材料科学与技术研究所、松山湖材料实验室等单位合作完成，并获得广东省重点研发计划、国家自然科学基金、广东省量子科学战略专项等多项科研项目资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.07.067来源：非晶材料研究部

2026-08-20

东莞材料所 | Janus准固态复合电解质实现正负极界面解耦，提升高电压锂金属电池稳定性

近日，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室刘利峰研究员团队联合华南师范大学舒东教授、东莞理工学院何运兵教授团队，在高电压准固态锂金属电池界面调控方面取得研究进展。研究团队针对高电压正极与锂金属负极界面需求难以兼顾的问题，构建Janus准固态复合电解质，通过正负极两侧差异化界面调控，实现高电压正极与锂金属负极界面需求的空间解耦，同时维持连续的Li⁺传输。相关成果以“Janus quasi-solid composite electrolytes enabling cathode/anode interfacial decoupling for high-voltage lithium metal batteries”为题发表于《Journal of Materials Chemistry A》，并获选期刊封底（back cover）作为亮点展示（图1）。图1. 论文被选为封底（back cover）作为亮点展示锂金属负极具有高理论比容量和低电化学电位，与高电压正极匹配是提升金属锂电池比能量的重要路线之一。然而，高电压正极与锂金属负极对电解质界面的要求存在明显差异：正极侧需要较高的氧化稳定性和快速的Li⁺传输，负极侧则需要能够调节Li⁺沉积行为并抑制枝晶生长的稳定界面。目前报道的多数（准）固态电解质仍采用组成和功能相对均一的结构，对两侧界面进行相同或近似的调控，因此往往难以同时兼顾高电压耐受性、锂金属界面稳定性和离子输运的要求。针对上述矛盾，研究团队提出Janus准固态复合电解质（Janus quasi-solid composite electrolyte，Janus QSCE）设计。该体系以Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 双侧界面修饰的LATP/PE/PMMA功能隔膜替代常规聚乙烯(PE) 隔膜作为支撑骨架，利用原位聚合方法构建了LATP/PE/PMMA-QSCE Janus准固态复合电解质（图2）。与界面对称电解质不同，该设计将高电压正极侧和锂金属负极侧的界面功能在空间上进行分离：正极界面侧，NASICON型无机电解质LATP对TFSI⁻的强吸附促进了锂盐解离与锂离子迁移，提升了高电压适配性；锂金属负极界面侧，PMMA薄层通过其酯基与Li+的强配位效应调节界面处Li+配位环境，进而实现沉积剥离循环下锂金属界面的稳定。图2. Janus准固态复合电解质的设计演化示意图：从PE支撑准固态复合电解质，经正极侧LATP功能化，进一步构建LATP/PE/PMMA非对称Janus结构在原位聚合体系方面，研究团队进一步采用聚合诱导相分离策略构筑双相准固态电解质。该电解质由交联P(PEGDA-co-VEC)聚合物网络和SN-LiTFSI-LiDFOB深共晶相组成：交联聚合物网络提供三维结构支撑并限域液相组分，深共晶相在聚合过程中形成连续的虫状离子传输域，为Li⁺迁移提供低阻通道（图3）。研究表明，在聚合物与SN质量比为1:1时，体系能够兼顾结构稳定性和离子输运性能。图3. Janus隔膜及双相深共熔准固态电解质的结构与界面表征电化学测试表明，相比于常规的对称设计，LATP/PE/PMMA-QSCE表现出增强的锂离子电导率与迁移数，电化学稳定窗口高达5.68 V（vs. Li/Li⁺）（图4）。进一步采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）高镍正极组装锂金属全电池进行验证。在3.0–4.3 V电压窗口、0.3 C条件下，NCM811||LATP/PE/PMMA-QSCE||Li电池循环300次后的容量保持率为90%，500次后仍保持70%，平均库仑效率约为99.9%。当充电截止电压提高至4.6 V时，电池在0.3 C条件下循环100次后的容量保持率为84%。进一步的软包电池测试验证了Janus准固态复合电解质设计在器件层面的应用可行性：NCM811||LATP/PE/PMMA-QSCE||Li软包电池在45 ℃、0.1 C和3.0–4.3 V条件下循环250次后容量保持率为82%，稳定运行时间约为5400 h。此外，样品在弯折、折叠和切割等机械扰动测试中仍可维持稳定的电压和电流输出。图4. Janus QSCE的高电压NCM811||Li全电池性能及软包电池验证该工作从固态电解质空间结构设计出发，通过Janus准固态复合电解质将高电压正极与锂金属负极的界面调控功能进行空间分区，在维持连续Li⁺传输的同时，分别满足正极耐高电压和负极稳定锂金属界面的差异化需求，从而缓解传统均一电解质难以兼顾两侧界面稳定性的固有矛盾，为后续进一步优化高电压准固态锂金属电池的材料体系和制备工艺提供了研究经验。该研究由中国科学院东莞材料所、松山湖材料实验室、华南师范大学和东莞理工学院合作完成。卢景城、胡淑岚和单鹏悦为论文共同第一作者；东莞材料所/松山湖材料实验室张伟财助理研究员、华南师范大学舒东教授、东莞理工学院何运兵教授和东莞材料所/松山湖材料实验室刘利峰研究员为论文共同通讯作者。该工作得到科技部海外高层次人才引进计划、松山湖材料实验室启动经费、华南师范大学与天赐材料能源材料化学联合实验室开放基金、广东省高校创新团队项目、中国博士后科学基金以及广东省基础与应用基础研究基金等项目支持。文章链接：https://doi.org/10.1039/D6TA02514E来源：新能源材料研究部

2026-08-24

南海海洋所 | 研究团队揭示三大洋增暖协同驱动华南极端降水机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）、全球海洋和气候研究中心（GOCRC）以及中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室（CSTO）的王春在研究员团队，在热带三大洋协同驱动华南极端降水研究方面取得新进展。相关研究成果以“Pan-tropical ocean warming drives record-breaking rainfall in South China in April 2024”为题，发表于Nature子刊Communications Earth & Environment。论文第一作者为研究员邢雯，通讯作者为研究员王春在。华南是我国暴雨和洪涝灾害高发地区，春季降水不仅关系农业生产，也会影响后续汛期的洪涝风险。2024年4月，华南遭遇历史罕见的极端降水，造成严重的社会经济损失。以往研究表明，厄尔尼诺、印度洋和北大西洋海温异常均可影响华南春季降水，但大多关注单一洋盆的作用。2024年春季，热带中东太平洋、西印度洋和北大西洋同时出现异常显著增暖，三大洋海温异常是否共同驱动了此次极端降水？不同海盆贡献有何差异？目前尚缺乏系统认识。针对这一问题，研究团队利用全球降水、海表温度和大气再分析资料，研究了2024年4月华南极端降水的环流背景，并通过大气模式试验，分别评估了三大洋海温异常的影响及相对贡献。结果表明，2024年4月华南区域平均降水达到1979年以来最高值，部分地区累计雨量超过1000毫米，约为常年同期的5倍。西北太平洋副热带高压异常北抬，其北界较常年偏北约5°，达到1979年以来最北位置，大量暖湿水汽因此持续输送至华南。同时，鄂霍次克高压增强，推动冷空气南下。暖湿气流与冷空气在华南上空交汇，使大气层结更加不稳定，为持续性强降水创造了有利条件。进一步分析发现，极端降水发生前，热带中东太平洋、西印度洋和北大西洋均出现了破纪录的海表增暖，其中印度洋和北大西洋的异常强度接近3个标准差。模式试验表明，三个海盆的增暖均可增强西北太平洋副热带高压及水汽输送，促进华南降水增加。其中，热带太平洋贡献最大，但印度洋和北大西洋的影响同样显著；此外，印度洋和北大西洋增暖还可增强鄂霍次克高压，促进冷空气南下，进一步放大华南降水。研究表明，此次华南破纪录极端降水并非由单一洋盆驱动，而是热带中东太平洋、西印度洋和北大西洋异常增暖通过不同途径协同作用的结果（图1）。该研究揭示了泛热带海洋增暖及海盆间相互作用在区域极端降水形成中的重要作用，为深入认识全球变暖背景下极端降水事件的形成机制，以及提升极端降水灾害的预测预警和风险防范能力提供了新的科学依据。本研究得到国家科技部重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金项目等的共同资助。图1 热带三大洋海温异常驱动2024年4月华南极端降水的机制示意图，填色代表2023年11月至2024年4月平均三大洋海表面温度异常。相关论文信息：Xing, W., Wang, C. & Liu, H. Pan-tropical ocean warming drives record-breaking rainfall in South China in April 2024. Commun Earth Environ (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03894-1.原文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-026-03894-1

2026-08-17

南海海洋所 | 基因敲除策略下粉蝶霉素类海洋药源分子挖掘获新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态实验室、广东省海洋药物重点实验室刘永宏、周雪峰研究员团队，在海洋微生物来源粉蝶霉素类药源分子挖掘研究方面取得新进展。研究团队通过大片段基因敲除策略，显著提高了海洋微生物中粉蝶霉素类药源分子的发酵产量，拓展了其化学结构多样性，并系统评价了相关药源分子的活性、构效关系及作用机制。相关成果以“Modification Gene Knockout Diversifies Piericidins from the Marine-Derived Streptomyces psammoticus SCSIO NS126”为题，发表在美国化学会主办的国际著名学术期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（1区Top）上。海洋微生物在独特的生态环境下能产生结构新颖、活性多样的代谢产物，是创新药物与农用化学品研发的重要源泉。粉蝶霉素（Piericidins）是一类主要由链霉菌产生、具有多烯侧链和α-吡啶酮核心结构的天然产物，具有良好的药用活性。团队前期从海洋链霉菌中筛选发现了一系列具有抗菌、抗肿瘤和抗肾病的粉蝶霉素类药物先导化合物（J Med Chem 2019, 62, 7058；J Med Chem 2021, 64, 9943；Acta Pharm Sin B 2024, 14, 3232），其中多个专利获得了成果转让。为了进一步挖掘粉蝶霉素类药源分子，团队对海洋药源菌株——链霉菌Streptomyces psammoticus SCSIO NS126进行了全基因组测序，锁定了粉蝶霉素生物合成基因簇，并利用同源重组技术，对基因簇内的后修饰基因实施了分段大片段敲除，从而阻断了与主产物竞争底物的代谢支路，使代谢流更多地汇聚于粉蝶霉素的合成与积累。利用该策略，团队最终成功构建了11株突变株，粉蝶霉素总产率较野生型最高提升了7.1倍，且部分在野生型中无法检测到的微量成分也在突变株中得以大量积累。其中，通过对高产突变株（Δpie56−65）进行大规模发酵，研究人员共分离鉴定出21个粉蝶霉素类化合物，包括4个新化合物，分别为1个新苷元、2个新糖苷和1个新型类似物。活性评价与机制研究表明，所得化合物具有广谱的抗细菌和抗真菌活性（如化合物4和5分别对金黄色葡萄球菌和茄链格孢菌表现出强效抑制），其活性与选择性主要受甲基化、羟基化及糖基化等结构因素影响。该类化合物主要通过破坏病原微生物的细胞膜完整性及外部结构来抑制其生长；同时，活体实验证实化合物19在番茄感染模型中具有显著的剂量依赖性抑菌效果，充分展现了粉蝶霉素类药源分子作为新型绿色农用抗生素候选分子的巨大应用潜力。图1 基因组挖掘下的粉蝶霉素类海洋药源分子发现综上，本研究利用基因敲除策略有效丰富了海洋来源粉蝶霉素类药源分子的结构多样性并大幅提升了产量，不仅为开发新型农业抗生素提供了先导分子，也为粉蝶霉素类药源分子的工程菌株构建和规模化生产提供了重要依据。中国科学院南海海洋研究所博士研究生梁嘉琦和助理研究员蔡健为论文共同第一作者，研究员周雪峰和南方医科大学教授唐斓为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金区域联合重点项目、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金的联合资助。论文信息：Jiaqi Liang#, Jian Cai#, Mengqin Yu, Rongxiang Qiu, Yuecheng Fang, Yonghong Liu, Lan Tang*, Xuefeng Zhou*, Modification Gene Knockout Diversifies Piericidins from the Marine-Derived Streptomyces psammoticus SCSIO NS126. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2026文章链接：https://doi.org/10.1d021/acs.jafc.6c08189.

2026-08-17

南海海洋所 | 海洋光学卫星定标研究取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋智能探测与大数据技术应用研究团队在海洋光学卫星定标方面取得新进展。相关研究成果以“A Comprehensive Statistical Framework for Identifying and Assessing Optical Marine Pseudo-Invariant Calibration Sites”为题，发表在IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing期刊上（中国科学院1区TOP,IF:9.1）。论文第一作者为特别研究助理李文凯，通讯作者为研究员唐世林，共同通讯作者/合作者包括武汉大学教授田礼乔和博士陈曦、江西师范大学教授赵红梅、南京信息工程大学副教授李建、国家卫星气象中心研究员孙凌和河南科学院博士徐一楚。海洋伪不变定标场（PICS）是开展海洋水色卫星系统替代定标、交叉定标及长期稳定性监测的重要参考目标。现有研究主要依据光学和大气参数的均值、标准差或经验阈值评价候选区域，对长期变化趋势、季节稳定性及水体光谱类型变化考虑不足，难以全面刻画海洋定标场的时间稳定性。研究团队基于2002—2021年MODIS-Aqua全球长期观测数据，构建了综合考虑长期变化趋势、月尺度适宜条件出现频率和水体光谱类型稳定性的海洋PICS评价框架，并识别出北太平洋、南太平洋、大西洋及印度洋中部等一批稳定候选区域。研究进一步表明，MOBY所在北太平洋区域仍表现出较高的长期稳定性，而部分传统候选区域虽具有较好的平均光学条件，却存在明显长期变化，说明“光学洁净”并不等同于“长期稳定”。研究还利用新识别候选区域开展了MODIS-Aqua与我国HY-1D COCTS的初步交叉定标试验，验证了其作为卫星辐射一致性评价参考目标的应用潜力。该研究为海洋水色卫星定标场的全球筛选、多星交叉定标及长期海洋水色气候数据记录构建提供了新的技术支撑。图1 伪不变场识别结果与其它研究结果的对比图2 基于本文方法的典型定标海域评估结果该研究获得重点研发计划、国家自然科学基金青年项目和全重提升自主创新能力平台项目等的联合资助。论文信息：Wenkai Li, Hongmei Zhao, Jian Li, Xi Chen, Yichu Xu, Liqiao Tian*, Shilin Tang*, and Ling Sun. (2026) "A Comprehensive Statistical Framework for Identifying and Assessing Optical Marine Pseudo-Invariant Calibration Sites."IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11643874/

2026-08-18

华南植物园在广东江门发现樟属新种——簇序樟

广义的樟属（Cinnamomum）约有250种，广泛分布于亚洲热带和亚热带地区至西太平洋，是森林生态系统的重要组成种类。我国近年在贵州、云南发现2种樟属新植物，目前有樟属植物约50种。广义樟属分类主要依据花序着生位置、叶脉类型及芽鳞有无等形态特征，划分为樟组（sect. Camphora）和桂组（sect. Cinnamomum）。其中，樟组以叶互生、离基三出脉或羽状脉、叶腋常具腺窝、芽具鳞片等特征而区别于桂组。2024年9月，中国科学院华南植物园植物科学研究中心/国家重要野生植物种质资源库邓双文博士在广东江门古兜山省级自然保护区开展广东省植物多样性全域调查及粤港澳大湾区生物多样性调查时，采集到一种形态独特的樟属植物。研究团队综合形态学、分子系统学和物候学证据，最终确认其为新种，隶属于樟组，命名为簇序樟（Cinnamomum fasciculatum S.W.Deng & R.J.Wang）。簇序樟形态上与黄樟（C. parthenoxylon）相似，簇序樟的主要特征为叶片先端圆钝，圆锥聚伞花序着生于当年生枝端顶芽下方的苞片腋内，螺旋状互生，呈伞房状，或组成花序枝生于叶腋。目前，簇序樟仅见于广东江门古兜山省级保护区，根据世界自然保护联盟（IUCN）红色名录标准，该种暂被评估为数据缺乏（Data Deficient, DD）。研究成果以“Cinnamomum fasciculatum (Lauraceae), a new species from Guangdong, China”为题近期在线发表在国际分类学期刊PhytoKeys上。中国科学院华南植物园邓双文博士为论文第一作者，王瑞江研究员为通讯作者。该研究得到了广东省基础与应用基础研究旗舰项目、科技基础资源调查专项及国家重要野生植物种质资源库等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.3897/phytokeys.278.199869簇序樟花期簇序樟果期

2026-08-17

南海海洋所 | 研究揭示被动大陆边缘浅水珊瑚岛礁基座形成的地球动力学机制

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋地球物理与地质环境信息感知研究团队，在全球被动大陆边缘珊瑚岛礁基座形成的地球动力学机制研究领域取得新进展。相关研究成果以“Geodynamic controls on the habitable basement of shallow coral reefs at rifted continental margins”为题发表在Earth and Planetary Science Letters（一区Top）期刊上。浅水珊瑚礁是全球海洋中生物多样性最高的生态系统，供养了约25%的海洋生物。按照珊瑚礁所属构造域划分，全球超过75%的浅水珊瑚礁分布在被动大陆边缘——该构造单元由大陆板块裂解、分离形成（图1）。该空间格局表明，热带地区大陆裂离演化过程，对塑造浅水珊瑚潜在栖息环境（通常为0-30米温暖浅水海域）的时间窗口、空间分布特征起到关键控制作用。然而，同属被动大陆边缘，礁体分布格局可能截然不同：红海中北部珊瑚礁平行岸线呈窄带状紧凑分布，南海则以广阔的离散型岛礁群为特征。造成这一差异的动力机制仍缺乏系统性探索，尤其鲜有研究从地球系统科学视角出发，定量评估地质时间尺度下，深部地质演变如何通过驱动表层地貌变迁跨圈层重塑生物地理格局。图1 全球浅水珊瑚礁空间分布研究团队采用高分辨率地球动力学数值模型（ASPECT）与地表作用过程演化模型（FastScape）双向耦合的建模方案，系统模拟了从大陆裂谷到海底扩张全程的地形演化与浅水珊瑚潜在栖息环境发育过程，并以红海、南海、大堡礁、大西洋等被动大陆边缘为自然案例进行对比验证。研究结果表明：（1）大陆裂谷从早期拉张到海底扩张的完整生命周期中，均能持续形成并维持适宜珊瑚礁发育的浅海基底。研究创新性地提出了由“裂谷类型（宽/窄）”和“地表作用过程强度（强/弱）”双因子驱动的“四象限”机理分类框架（图2）。图2 裂谷类型与地表作用过程强度双因素驱动的被动陆缘浅水珊瑚礁基底特征分类方案（2）裂谷类型决定浅水珊瑚礁宜居基底空间分布特征：在不考虑地表作用过程因素时，南海等“宽裂谷”因大范围离散断裂活动，可形成大量孤立的断块岛屿与海底高地，其宜居基底面积是红海等“窄裂谷”模型的2倍以上，整体呈现岛礁零散分布的地貌特征；而“窄裂谷”多发育紧邻海岸线、侧向形态变化较小的狭窄条带状礁体（图3）。图3 红海、南海现代珊瑚礁地貌剖面与数值模拟裂谷地貌演化过程对比（3）地表作用过程强度是调控浅水珊瑚礁宜居基底规模的关键因素：在所有测试的变量中，地表侵蚀与泥沙输运对潜在宜居基底面积的影响最为突出。高效的泥沙搬运、堆积平抑了陡峭的裂谷地形，沉积物经压实、胶结等成岩作用后，可让宜居基底面积实现8倍以上的增长。该结果可用于解释两类现象：一是红海南部降雨量和地表作用强度显著高于中北部，岸礁分布范围也明显更宽阔（图3，b-c）；二是南海南、北陆缘地貌结构差异显著，如南缘远离陆地，地表作用强度极弱，岛群地貌较北缘保存更完整（图3, e-f）。本研究通过耦合裂谷作用地球动力学过程与地表作用过程，搭建起板块构造学与生物地理学之间的研究桥梁，为理解现今被动大陆边缘珊瑚岛礁空间分布格局背后的地球动力学机制奠定了理论基础。该研究方法充分展现了“地球系统科学”、“生物-地球动力学”等新兴交叉学科的发展潜力，有助于厘清构造演化如何长期作用于高度依赖地貌环境的生态系统。该论文第一作者为博士后雷志斌，通讯作者为研究员夏少红。该研究获得国家重点研发项目、国家自然科学基金项目资助。论文信息：Lei, Zhibin, Shaohong Xia*, Sascha Brune, Michaël Pons, Chenglong Zhang, Tao Gou, Changrong Zhang, and Chaoyan Fan, 2026. Geodynamic controls on the habitable basement of shallow coral reefs at rifted continental margins. Earth and Planetary Science Letters 687, 120073.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120073

2026-07-30

东莞材料所｜时空耦合硫化学设计稳固超高容量硅负极界面，助力Si90+实用化

锂离子电池（LIBs）在信息终端、电动汽车（EVs）和清洁电力等大行业的发挥着支撑作用，正在迅速发展的低空电动飞行器（如电动垂直起降飞行器EVTOL）和人形机器人等新兴产业需要高能量密度的电池，应具备高能量密度（超过1,000 Wh/L）的同时具有较高的比能量（>400 Wh/kg）。硅基材料被公认为高能量锂离子电池的负极材料，近年来，高比容量负极材料已从硅-碳复合材料转向高硅含量（Si > 90 wt%，即Si90+）材料（图1）。由于高能量密度/比能量、完整的产业链以及优异的加工性能，高镍层状氧化物正极（如LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2，简称NCM90）与高容量Si90+负极的组合被认为是一种突破现有电池技术的有效方案，如何在该类负极材料表面形成稳定且适应硅体积膨胀的界面层以保障电池长循环寿命特性是一个行业公认的难题。松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所黄学杰研究员与华中科技大学张恒教授合作提出了一种基于时空耦合硫化学（SSC）的非传统方法。该方法将界面调控剂预先嵌入Si90+负极中，并在后续电化学过程中释放，从而在由纳米级Si90+负极与高镍正极组成的电池体系中构建出稳定的界面电位层。通过在Si表面引入非晶碳和硫的双层包覆，预先植入的硫层可在负极腔室的受限区域中发生电化学还原，生成多硫化物中间体。这会立即引发电解质溶剂（如氟乙烯碳酸酯（FEC）和乙烯碳酸酯（VC））的一系列聚合反应，从而形成一种具有弹性且可离子渗透的固态电解质界面（SEI）层，能够充分覆盖Si90+负极表面。基于此，7.3 Ah NCM90||Si90+软包电池实现了优异的循环性能（例如，质量比能量达400 Wh kg−1，体积比能量为1,190 Wh L−1，，循环寿命达1,700次），在能量密度、可持续性、成本效益及其他关键指标方面展现出全面优势（图1）。该文以Spatiotemporally coupled sulfur chemistry for stable silicon-90+ anodes为题目发表在《Nature Communications》(10.1038/s41467-026-76591-4)上。中国科学院东莞材料所/松山湖材料实验室副研究员田孟羽为本文第一作者。基于此，锂离子电池团队已研发出新一代超高能量密度硅基负极电池。图1. 时空耦合硫化学的设计概念图。a) 硅负极在能源供应方面的历史演变；b) 时空耦合硫化学在硅负极表面的作用机制示意图；c) 三代电池技术的全面比较。通过SEM、FIB、STEM、3D PFIB和in-situ Raman等多种表征手段证实，基于SSC的硅负极在100周后的电极膨胀率仅为9.4%，而参比硅负极的电极膨胀率高达近300%。3D PFIB显示了SSC-Si90+在多次循环后完整的SEI膜和电极结构，显示了SSC策略在维持SEI膜和电极完整性方面的有效性。此外，原位拉曼光谱显示，SSC层缓解了Si90+负极在初始过程中的应力蔓延，这对缓解硅负极的体积膨胀至关重要。从原子尺度到电极尺度的多维表征详细阐述了SSC策略在保护硅负极方面的综合作用（图2）。图2. Si90+颗粒和电极的形貌演化。a) Si90+负极的横截面SEM图像；b, c) 100次循环后Si90+颗粒的EDS映射图；d) 利用PFIB采集的切片图像和对Si90+电极进行三维重构的示意图；e) Si90+电极从第1层到第100层的硅体积分数；f) Si90+电极中孔隙、OEM（非活性物质）及硅的体积分数；g) 在恒定电流密度0.36 mA cm−2、电压0.005–1.0 V条件下Si90+负极在锂化过程中的原位拉曼光谱；h, i) 原位拉曼电池的电压随时间变化曲线以及基于拉曼光谱计算出的硅颗粒应力演化趋势。科研团队进一步通过7.3 Ah层叠软包电池对SSC-Si90+负极的实际可用性进行了评估。结果显示，基于SSC-Si90+的电池在循环寿命阈值（即初始容量的80%）方面明显更高，且电解液消耗量更少。例如，>1,700次循环（SSC）对比参考电池的700次循环，这表明薄硫层有效抑制了长期循环过程中的副反应和活性锂损失（图3）。图3系统地测定了三种电池技术在电池组和电动汽车层面的性能特征，第三代电池技术的代表——高镍层状氧化物与SSC-Si90+的新型化学组合，有望成为行业变革的关键。在相同电池组重量的前提下，NCM90||SSC-Si90+在电池组容量、体积、单次充电续航里程及总续航里程方面均展现出全面优势。与目前主流的车用动力电池相比，基于SSC的技术不会带来过高的材料成本负担，例如，19.6欧元/千瓦时（LiFePO4||石墨）对比27.8欧元/千瓦时（NCM622||石墨），以及29.1欧元/千瓦时（NCM90||SSC-Si90+），从而加速其在高能量锂离子电池和电动汽车领域的应用。此外，生产硅基负极材料的用电量远低于传统石墨生产，每生产1千瓦时硅基电池仅消耗约十分之一的电能，如0.91千瓦时（NCM90||Si90+）对比9.27千瓦时（石墨基电池）。这在很大程度上缓解了此前人们对锂电池生产在环境影响与经济效益之间平衡问题及环境保护方面的担忧。图3. 时空耦合硫化学的实际应用。a) 7.3 Ah的NCM90||Si90+软包电池在2.75–4.25 V工作电压下的循环性能；b) 本研究组装的NCM90||Si90+软包电池的关键参数；c) NCM90||Si90+软包电池的光学图像；d) 不同改性方法下多种NCM||Si软包电池的能量密度和循环寿命对比；e, f) LiFePO4||石墨、NCM622||石墨及NCM90|| Si90+电池在pack容量、pack体积、单次充电行驶里程、总行驶里程、成本及生产过程中的电耗方面的比较。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76591-4来源：新能源材料研究部

2026-08-13

古树天然就是遗传宝库吗？水松全基因组研究揭示种群历史比树龄更关键

古树通常是指树龄在100年以上的树木。它们常见于村落、古道、寺庙等地，在漫长岁月中见证着一代代人的生活与变迁。这些古老生命不仅承载着人们对故乡和历史的记忆，也为鸟类、昆虫、苔藓等众多生物提供栖息空间，并成为记录环境变化的“活档案”。然而，在气候变化、生境退化和人类活动等多重压力下，全球古树正在不断减少。如何让这些跨越世代的生命继续存留下去，正成为文化遗产保护和生物多样性保护共同关注的议题。此外，古树还常被赋予另一层期待。已有研究表明，古树或古老森林能够保留重要的遗传多样性，这也使古树常被视作潜在的“遗传宝库”。这种潜在的遗传价值对于孑遗和濒危植物尤其值得关注。原因在于，这类物种往往经历了长期的分布区收缩、生境破碎化和种群衰退，幸存的古树可能保存着现存种群中已经少见的祖先遗传变异，为未来保护和恢复提供重要资源。另一方面，它们也可能只是经历遗传侵蚀后仍然存活至今的个体，因为对于长寿植物而言，种群衰退造成的遗传后果可能在多个世代后才充分显现。因此，古树的长寿本身是否就意味着更加独特、不可替代的遗传价值，仍需要基因组层面的直接检验。近日，中国科学院华南植物园康明研究团队以极危湿地针叶树水松（Glyptostrobus pensilis）为对象开展保护基因组学研究，为这一科学问题提供了基因组层面的证据。研究发现，古树的进化重要性并不简单由树龄决定，而更多取决于其所属的遗传谱系及其背后的长期种群历史。这一发现为认识古树的进化意义，以及开展濒危植物的精细化保护和种群恢复提供了新的基因组学视角。水松古树正面临消亡风险水松是水松属现存唯一物种，常被称为植物界的“活化石”。它主要生长于沼泽和河漫滩等湿地环境，常形成露出水面或土面的呼吸根，对水文变化较为敏感。其祖先曾广泛分布于北半球，如今却主要残存于中国南方（多见于广东、福建、江西等省份），并零星分布于越南和老挝。目前，水松主要以三种形式存续：约百株散布在村落、寺庙、农田和传统风水林中的古树，约10个极小野生种群，以及近50年来陆续建立的人工栽培群体。也正因为此，水松成为检验古树是否天然就是遗传宝库的理想研究对象。研究团队调查了中国南方和越南59个地点，共采集147株水松，包括64株古树、33株野生树和50株栽培树。本研究中的古树均为具有明确记录、树龄超过100年且生长在人为影响景观中的个体，与残存自然湿地中的野生树相区分。三类个体的年龄结构差异明显：古树绝大多数记录年龄为150至800年；现存规模较大的两个野生种群平均树龄约为85年和112年；栽培树则主要种植于近20至50年。三类个体的胸径差异也与这一年龄结构总体一致。与此同时，不少古树已进入明显的衰退状态。野外调查显示，64株古树中有39株（60.9%）被评估为生长不良或濒死，而野生树和栽培树整体生长状况明显更好，进一步凸显了水松古树保护的紧迫性。水松的保护现状、地理分布和树龄信息古树具有不同的遗传来源和谱系背景为厘清这些古树之间的亲缘关系及水松的种群历史，研究团队组装了约7.93 Gb的染色体水平参考基因组，并对147株水松开展全基因组重测序。亲缘关系分析显示，采自中国南方6个省份的64株古树，其遗传来源并不相同。其中38株与附近现存野生种群亲缘关系较近，部分古树之间还存在明显近亲关系，表明它们很可能来自历史时期的当地引种，且部分来源较为集中；其余26株则与附近野生种群缺乏明显近缘关系，更可能是原有自然种群衰退后遗留下来的孑遗个体。进一步种群遗传的分析发现，现存水松主要分为高度分化的珠江谱系和闽江谱系，同时还存在少数保留较多祖先遗传多态性的祖先—混合类群。两个主要谱系约在23万年前发生分化，此后均经历了长期种群收缩，且这种下降趋势延续至近期，其中闽江谱系的衰退更为明显。由此可见，水松古树既具有不同的历史来源，也分布于不同遗传谱系，并非一个遗传背景一致的群体。水松的遗传亲缘关系及种群结构遗传谱系比保护类型更能解释水松的遗传状况研究团队进一步比较了水松的遗传多样性、杂合度、近交程度、纯化选择效力和潜在有害突变负荷。对66株无近亲关系个体的分析显示，古树、野生树和栽培树的核苷酸多样性分别为2.20 × 10⁻³、1.87 × 10⁻³和1.77 × 10⁻³，差异相对有限；不同遗传谱系之间的差异则更为明显，祖先—混合类群、珠江谱系和闽江谱系分别为3.88 × 10⁻³、1.42 × 10⁻³和6.96 × 10⁻⁴。对全部147株个体的分析以及全基因组杂合度结果也呈现相同趋势。近交、选择效力和突变负荷分析进一步支持这一结果。水松中超过1 Mb的长纯合片段较少，表明近期强烈近亲繁殖并不突出，现有近交格局更多反映长期种群历史。水松的π0/π4为0.65—0.71，处于植物已报道水平的较高区间，显示其纯化选择效力总体较弱。其中，闽江谱系表现出更明显的历史性近交，其基因组上共享ROH区域比例更高，同时具有更高的潜在有害突变负荷，反映出更严重的长期遗传侵蚀。相比之下，按古树、野生树和栽培树划分时，上述遗传指标大多相互重叠，并未显示古树整体具有更优的遗传状况。即使分别在珠江和闽江谱系内部进行比较，这一趋势仍然成立。这表明，相较于保护类型，遗传谱系对水松基因组差异的解释更为明显。水松不同遗传谱系和保护类型的基因组多样性稀有遗传变异揭示古树的遗传不可替代性考虑到水松古树持续衰亡的风险，研究团队进一步评估了古树携带的遗传变异在现存野生和栽培群体中的保留程度。对于常见变异（MAF > 0.05），无论野生群体、栽培群体还是二者合并，均能覆盖古树中95%以上的等位变异，表明这些遗传信息大多已存在于其他个体中。但对于低频变异（MAF ≤ 0.05）及极低频变异（MAF ≤ 0.01），不同古树之间的差异明显增大。自然孑遗古树中这两类变异被现有野生和栽培群体覆盖的比例分别仅为35.6%和6.2%，明显低于历史引种古树的87.7%和57.7%。其中，祖先—混合类群和珠江谱系的部分古树保留了较多未被现有年轻种群充分保存的稀有变异，而不少历史引种古树来源较为集中，所携带的遗传变异重复程度更高。基于66株无近亲关系个体的稀释分析进一步表明，不同类型古树的消失可能带来截然不同的遗传后果。模拟移除自然孑遗古树，或祖先—混合类群和珠江谱系中的古树，可使水松整体核苷酸多样性下降3.5%至15.1%。进一步以个体稀有保留指数评估这些古树的遗传独特性发现，遗传不可替代性较高的个体均来自自然孑遗古树、祖先—混合类群或珠江谱系。综合这些结果，即使同为百年以上的古树，其对水松遗传多样性的贡献也存在显著差异。水松古树遗传变异的保留程度与不可替代性水松基因组研究对古树保护的启示该研究也从基因组层面对古树的遗传价值提供了新的认识。古树的模块化生长和组织更新可能有助于其长期存续，但能够存活数百年，并不意味着这些个体天然具有更加优越的基因组状态。对于一些古树而言，其长期存续还可能更多得益于微避难所、传统文化保护或长期人为管理等外部条件。总体而言，水松古树间的遗传异质性更多由长期种群历史而非树龄本身所解释。类似的逻辑也可能适用于分布更广、种群规模更大的植物。随着2025年国务院《古树名木保护条例》的施行，对于水松等珍稀濒危植物，可在依法保护古树的基础上进一步开展遗传层面的科学评估。在种质保存和种群恢复中，可重点关注代表独特谱系、保留不可替代遗传变异的古树，使这些重要的遗传遗产得到延续。相关研究成果以“Population history rather than tree age contributes to the evolutionary importance of ancient trees in an endangered conifer”为题发表在Nature Plants（《自然·植物》）上。中国科学院华南植物园章为平陈焕镛副研究员为论文第一作者，康明研究员和瑞典乌普萨拉大学Martin Lascoux教授为共同通讯作者。中国科学院华南植物园冯超副研究员、史习佐博士和李守洁博士为论文共同作者。研究得到国家重点研发计划、广东省科技计划、广东省林业局相关项目和中国科学院奖学金计划等资助，并得到有关单位和多位同行的支持与帮助。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-026-02367-9

2026-08-12