科研进展--中国科学院广州分院

华南植物园揭示光敏色素phyA动态乙酰化修饰调控远红光信号转导分子机制导分子机制

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Molecular Plant(《分子植物》)上发表了题为“HDT2-mediated lysine deacetylation promotes phytochrome A degradation during photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究论文。该研究阐明：拟南芥远红光受体——光敏色素phyA的稳定性受乙酰化修饰动态调控，赖氨酸去乙酰化酶HDT2通过介导phyA去乙酰化，促进其泛素化与蛋白降解，从而精确调控远红光信号转导与幼苗光形态建成。该成果不仅深化了对光受体稳定性调控机制的理解，同时揭示了非组蛋白乙酰化修饰在光形态建成中的关键作用。1、研究背景光敏色素phyA是植物中唯一特异性感知远红光信号的受体蛋白。在暗生长幼苗中phyA大量累积，而出土照光后迅速发生降解——该过程对于幼苗光信号传递与光形态建成至关重要。然而，phyA稳定性如何被精确调控仍是未解之谜。赖氨酸（K）乙酰化作为进化保守的蛋白质翻译后修饰，既往研究多聚焦于组蛋白调控领域，非组蛋白（如光受体）乙酰化修饰在光形态建成中的作用尚属空白。2、研究内容（1）乙酰化组学揭示幼苗从黑暗到照光过程中发生全局去乙酰化事件研究团队通过Western blot实验发现，幼苗从黑暗转入光照后，整体乙酰化水平显著下降。进一步利用乙酰化组学技术系统鉴定该过程中发生修饰变化的蛋白及位点，发现光诱导了大量的蛋白和位点发生去乙酰化。phyA蛋白上存在4个保守的赖氨酸乙酰化修饰位点（K65，K296，K536和K744），其中K65和K744位点发生显著的去乙酰化（图1）。图1. 乙酰化组学分析发现phyA多个赖氨酸位点发生乙酰化修饰（2）K65位点乙酰化影响phyA稳定性、远红光信号转导以及幼苗光形态建成通过构建位点特异模拟乙酰化和去乙酰化的转基因回补材料，研究人员证实仅K65位点的乙酰化状态影响了phyA的生物学功能。进一步分析发现，该位点同时也是关键的泛素化修饰位点，其突变显著降低了phyA泛素化水平与降解速率，从而影响了下游转录因子HY5的水平与光响应基因的表达。免疫共沉淀实验表明，光照诱导的K65位点去乙酰化，直接促进了phyA泛素化修饰，进而被26S蛋白酶体途径降解。以上研究首次揭示光诱导的phyA降解需经历“去乙酰化-泛素化”级联反应。图2. 乙酰化修饰影响phyA的稳定性与生物学功能（3）赖氨酸去乙酰化酶HDT2介导phyA的去乙酰化通过蛋白质复合体等互作实验发现，植物特有的赖氨酸去乙酰化酶HDT2在光照后与phyA在细胞核内特异结合。生化分析显示，照光后HDT2催化phyA的K65位点去乙酰化，促进了其泛素化和蛋白降解。超表达HDT2促进而突变HDT2抑制phyA的蛋白降解。遗传证据进一步表明，HDT2特异性参与了phyA介导的远红光信号途径。综上，研究团队揭示了HDT2-phyA调控模块的核心分子机制：在黑暗条件下，phyA以高乙酰化状态累积；幼苗出土照光后，phyA进入细胞核被HDT2去乙酰化，进而触发泛素化修饰与26S蛋白酶体途径降解。该级联反应精确调控了远红光信号转导与光形态建成。值得关注是，团队近期在Plant Communications（2025）在线发表了“乙酰化-磷酸化互作”调控向光素phot1激酶活性与植物向光性的研究成果。系列工作表明：乙酰化通过协同泛素化、磷酸化等翻译后修饰，构成植物光信号转导的多维调控网络。图3. HDT2介导phyA去乙酰化调控远红光信号与光形态建成3、研究团队中国科学院华南植物园郑枫助理研究员、硕士研究生欧文立与邓玲为论文的共同第一作者，刘勋成研究员为通讯作者。博士研究生王雅寒与陈航聪，硕士研究生陈依婷、彭滔与杨泳仪，以及国际合作者Jaime A. Teixeira da Silva博士参与了该项研究工作。相关研究得到国家自然科学基金与中国科学院青年创新促进会优秀会员项目资助。

2025-08-18

广州地化所刘亮等-NC: 地幔内残余块体对地幔上涌的透镜式聚焦

“松辽沉积为何这么厚”、“南海洋底为何那么深”是徐义刚院士在2018-19年间给团队成员列出的两道、又像是同一道难题。一般认为，在岩石圈伸展结束后的热沉降阶段，裂谷盆地仍然会维持一种缓慢、平滑且相对持续的沉降过程；若没有后续伸展、挤压等岩石圈改造作用的叠加，盆地基底的深度会无限趋近于某一固定值。然而，在诸如松辽盆地、渤海湾盆地、中国南海等研究区，基底似乎在岩石圈应力趋于中性后又经历了至少一期的加速沉降，致使基底深度（沉积物厚度）远大于基于拉伸量的理论预测值。前人研究表明，在岩石圈层位的动力学演化过程（如：周缘俯冲、区域伸展、岩浆底侵、地壳流等）很难解释此类出现在较薄陆缘岩石圈之上狭长区域内的“异常”沉降现象。图1. 典型研究区的地幔波速结构。（a）图d的切面位置图。（b）图f的切面位置图。（c）图g的切面位置图。（d）东北亚地幔波速结构切面。（e）东北亚750公里深处的平均波速结构。（f）黄石-斯内克河平原下方的地幔波速结构切面。（g）中国南海下方的地幔波速结构切面。针对以上特殊地质现象，中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士团队经研究发现，在典型研究区正下方的深部地幔内，都（曾）存在有疑似的下地幔上涌（地幔柱？）与地震波高速体共存的现象（此类高波速结构可能代表了俯冲板块或拆沉岩石圈块体，在此统称为“残余块体”）（图1）；团队成员进而尝试提出了深部地幔上涌与残余块体相互作用导致浅表异常沉降—这一“反常规”的研究假设，并联合中国科学院地质与地球物理研究所刘丽军研究员团队、巴塞罗那海洋科学研究所的Jason P. Morgan教授，基于正演数值模拟与多学科观测联合约束的思路开展了系列的探索性研究工作。团队模拟结果显示，当660公里深处相变密度跳变 ≥7% 且相变克拉贝龙斜率>-2.8 MPa/K时，在上涌物质到达岩石圈底部之前，地表容易出现几十米至八百米深不等、1000-2000公里宽的沉降区（图2b）。但是，该沉降区却难以长久维持，当上涌物质到达岩石圈底部后，地形会出现反转、甚至恢复到沉降前的状态（图2c）。地表的沉降幅度，会因为地幔上涌途中接近正在下沉的残余块体而加强至公里级，但沉降中心的宽度却会显著缩小至200公里左右（图2d-2f）。在这类模型中，当上涌物质到达岩石圈底部后，只会导致沉降区一侧的地形发生反转，未受到上涌托举影响的另一侧岩石圈，则可以最终保留公里级的低洼地形（图2f）。因此，下沉残余块体会像“放大镜”一样，把深部地幔上涌（柱）对地形的影响放大并聚焦到相对有限的区域，导致狭长带内出现可维持的地表沉降，研究团队将该现象称为残余块体对地幔上涌的透镜式聚焦效应。图2. 代表性数值模型结果。（a）-（c）仅地幔上涌的模型。（e）-（f）地幔上涌与沉降残余块体共存的模型。团队测试过的其他动力学演化过程见文章正文。该研究还表明，在缺乏决定性地质学或地球物理学证据的研究区，下地幔低波速结构、上地幔高波速结构与浅表狭长地带内异常沉降现象的共存，可能为指示深部地幔存在有快速的物质上涌或正在形成的地幔柱提供判别依据（图3）。此外，该研究工作所侧重的，地球内部在表生系统中作用的研究理念，在我国正逐渐得到重视。约10年前启动的中国科学院先导专项“地球内部运行机制与地表系统演化”，与在2024年启动的国家自然科学基金委重大研究计划“地球宜居性的深部驱动机制”均是在这个方向的有益探索。图3. 残余块体对深部地幔（柱）上涌的透镜式聚焦效应示意图。本项工作发表于国际学术期刊Nature Communications，受到国家自然科学基金委重大研究计划（92479001）、基础科学中心项目（42288201）、国家重点研发计划—常规项目（2024YFF0808200）和青年科学家项目（2024YFF0809600）的联合资助。论文信息：Liu,L.*（刘亮），Cao, Z.（曹泽斌），Morgan, J.P.，Hua,Y-Y（华远远），Liu, L.J.*（刘丽军），Yang,F. （杨帆），Long,S.M.（龙时迈），Xu,Y.G.（徐义刚），2025,Nature Communications, 16,7603. 全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62987-1

2025-08-18

亚热带生态所 | 喀斯特关键带多界面径流触发机制及其高效利用潜力研究取得进展

中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站在喀斯特山坡关键带多界面产流机制及浅表层水资源高效利用新途径方面取得进展，相关研究成果近期以Harnessing subsurface flow at the soil‐bedrock interface as a hidden water resource for rainwater harvesting: Insights from long‐term hydrological monitoring on a humid karst hillslope为题发表在美国地球物理学会（AGU）旗舰期刊Water Resources Research，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇研究员为第一作者。中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站在喀斯特山坡关键带多界面产流机制及浅表层水资源高效利用新途径方面取得进展，相关研究成果近期以Harnessing subsurface flow at the soil‐bedrock interface as a hidden water resource for rainwater harvesting: Insights from long‐term hydrological monitoring on a humid karst hillslope为题发表在美国地球物理学会（AGU）旗舰期刊Water Resources Research，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇研究员为第一作者。西南喀斯特区虽降水丰沛，但土层浅薄、岩石渗漏性强，地表存不住水，地下水深埋。在广大尚未实现集中供水的偏远喀斯特山区，工程性缺水与岩溶干旱问题突出，集蓄雨洪径流仍然是该区不可替代的干旱缓解策略。喀斯特山区地下岩溶空间形成的复杂网络状裂隙、管道、地下河系统替代了地表沟道系统，导致其地表沟道系统不发育，无法准确判别径流路径，采用传统土山区的小型蓄排灌工程，很难达到雨洪径流的高效调蓄与利用。因此，从地球关键带及山坡水文学的视角，系统揭示降雨过程中喀斯特山坡主要水文路径及其产流机制，是研发适用于该区特殊地质背景的水资源高效利用模式、创建高精度水文预测模型的前提。研究依托环江站喀斯特关键带地上-地下水土过程联动观测平台，基于长期水文水化学监测与岩土结构精细刻画，系统揭示了喀斯特山区浅表层关键带主要水文路径与径流触发机制，证实了浅表层岩土界面壤中流是喀斯特山坡次降雨径流的重要组成部分，其能作为一种方便利用的新水源，有望解决传统依靠地表集水面的雨洪径流集蓄方法在该区适用性差的问题。研究结果表明：喀斯特山坡岩土界面壤中流流量显著高于地表径流，雨季尤为明显；若将岩土界面壤中流归并到雨洪径流集蓄系统，雨水收集效率从2.2%提高到13.1%；控制岩土界面壤中流发生概率的关键结构因素包括土壤厚度和基岩风化程度，浅土层（<50 cm）和弱风化基岩分布区是发生岩土界面壤中流的热点区域；次降雨量、前期降雨量及岩土系统水分亏缺量是影响岩土界面壤中流量的主要气象因子。本研究基于野外台站大平台，跨越了地学生态学基础理论研究与生产应用实践之间的鸿沟，有望探索出一条基于坚实理论研究认识支撑的技术研发和产业应用系统性解决方案新路径。本研究证明，岩土界面壤中流是喀斯特山区一种尚未普遍认识到的重要雨洪资源，其为喀斯特山区水资源“开源”提供了一种新思路。充分考虑并利用喀斯特浅层多界面隐蔽伏流路径，有望将喀斯特山区传统点上单一集水转变为面上多途径互补集水模式，形成多来源相补、季节均衡的雨水集蓄新模式，从而拓展旱季救命水保障渠道，为缓解全球广大喀斯特区岩溶干旱问题提供理论与技术支撑。该研究得到了国家自然科学基金联合重点基金、国家重点研发计划项目的资助。论文链接喀斯特山坡地表径流与岩土界面壤中流交互作用及其对降雨量的响应机制

2025-08-17

华南植物园提出“植物-菌根协同”新框架，破解森林恢复“碳汇-多功能”共赢难题

面对全球森林退化加剧与气候变化威胁的双重挑战，传统以提升地上碳储量为目标的森林恢复策略正面临瓶颈——土壤碳库恢复滞后、生态系统多功能性提升不足等问题日益凸显。中国科学院华南植物园恢复生态学团队联合德国、美国、捷克、荷兰和意大利等多家国际科研机构，在国际生态学顶级期刊Trends in Ecology & Evolution（TREE）发表综述文章，系统阐述了植物-菌根共生体在地下碳库形成与生态系统多功能性维持中的核心调控作用，并提出一套可操作的“植物-菌根协同”森林恢复新框架，为协同提升森林碳汇能力与生态韧性提供了科学路径。核心发现：地下盟友的协同智慧研究团队整合全球森林生物多样性实验证据，系统阐述了两类主要菌根真菌——丛枝菌根（AM）和外生菌根（ECM）——如何以互补方式驱动土壤碳库形成与生态功能提升。AM植物作为高效的“深层碳工程师”，通过输入高质量的凋落物和根系分泌物，并借助其快速生长的菌丝网络，显著促进深层土壤中矿物结合有机质（MAOM）的形成与稳定，对长期固碳、涵养水源和维持深层土壤肥力至关重要。ECM植物则扮演着“表层活性管家”的角色，产生分解缓慢的凋落物，并通过与腐生菌竞争氮源等机制，促进表层土壤中颗粒有机质（POM）的积累，对维持土壤孔隙结构、活性养分供给、微生物活性和短期生产力具有关键作用。AM与ECM的互补效应并非孤立存在。在物种丰富的混交林中，两者协同作用能够同时优化土壤剖面不同深度的碳库：AM主导的深层MAOM固碳提供长期稳定性，ECM主导的浅层POM库则支撑系统活性和养分循环。这种协同不仅显著提升整体碳储量，还同步增强了森林的养分保持力、抗旱性、抗干扰能力及生物多样性支撑等生态系统多功能性，实现了“碳汇”与“多功能”的共赢。从理论到实践：可落地的恢复框架基于对菌根功能的深刻理解，研究团队构建了一套面向实际应用的“评估-选种-接种-监测”四步恢复框架，为全球森林恢复提供了清晰的操作蓝图。该框架始于深入的本底评估，强调必须考虑当地气候、土壤特性、现有植被及优势菌根类型。例如，热带地区以AM主导，而温带/北方森林则需关注AM/ECM的混合策略。随后是关键物种选择阶段，核心在于利用植物功能性状的互补性：结合深根与浅根物种、速生与慢生树种、以及AM和ECM相关树种以优化资源利用效率和碳在土壤剖面中的分布。本地化菌根接种是重建退化土壤微生物网络的核心环节，优先选用具有高效固碳能力的本地菌株，可显著提升植物定殖成功率和胁迫耐受性。最后，持续的动态监测与适应性管理确保恢复成效，通过追踪POM/MAOM比例等关键土壤参数以及生物多样性指标，可实时调整管理策略。全球意义与未来展望刘占锋研究员指出：“植物-菌根共生是超过4.5亿年自然演化的智慧结晶，我们的框架首次将其转化为可量化、可操作的森林恢复工具。” 华南植物园前期在热带海岸台地植被恢复实践表明，混交林在60年恢复期后，其土壤碳储量较单一树种人工林显著提升约40%，生物多样性也得到了同步的恢复，验证了上述框架的长期有效性。该框架为《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提供了关键的“地下解决方案””，不仅为应对气候变化和生物多样性丧失危机提供了“双赢”策略，标志着森林恢复理念从单纯“种植树木”向科学“生态系统功能设计”的范式转变。展望未来，研究团队呼吁将菌根功能性状纳入全球森林恢复的评估与指标体系，并计划依托TreeDivNet和Sino-BEFNet等研究网络开展跨区域联网研究与验证，让这一源于自然的智慧惠及全球生态修复实践。相关研究成果以Mycorrhizal allies: synergizing forest carbon and multifunctional restoration为题近期发表于Trends in Ecology & Evolution（《生态学与进化趋势》）上。中国科学院华南植物园博士后李腾腾为论文第一作者，刘占锋研究员与德国莱比锡大学Nico Eisenhauer教授为共同通讯作者。研究获得了国家重点研发计划、广东基础与应用基础研究旗舰项目和国家自然科学基金等项目资助。论文地址：https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.07.004图. 整合植物-菌根关系的土壤碳汇与生态系统多功能性协同恢复概念框架

2025-08-14

广州能源所和过程所科研团队提出退役锂电协同尾渣升级回收策略

近日，中国科学院广州能源研究所袁浩然研究员团队联合中国科学院过程工程研究所杨军研究员在Matter上发表了题为High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究论文。该研究提出了针对退役LiMn2O4电池阴极材料(S-LMO)与浸出渣磷酸铁（S-FP）的协同处置技术：通过焦耳高温冲击活化水浸，实现金属锂的快速浸出（Li浸出率>99%）；进一步调整焦耳热参数，对S-LMO和S-FP进行结构调整和过渡金属替换，升级回收为高能量密度的聚阴离子阴极材料LiMnFePO4（R-LMFP）。该策略不仅大幅缩短了退役锂电池阴极材料回收锂的时间，更显著提升了LMFP阴极材料的合成效率，为解决退役锂电池阴极材料与浸出渣的协同处置提供了全新思路。随着锂电池退役量的持续攀升，其清洁回收技术被视为新能源产业健康发展的保障，回收策略在学术界和产业界成为关注的焦点。目前，退役锂电回收的研究重点是湿法冶金或加热直接修复，主要侧重于金属高效提取或恢复原有电池性能，但对阴极材料的高价值特性探索有限。因此焦耳加热技术作为一种革命性的回收方法体系，为退役锂电阴极材料的高价值利用提出了创新的概念。近日，中国科学院广州能源研究所袁浩然研究员团队联合中国科学院过程工程研究所杨军研究员在Matter上发表了题为High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究论文。该研究提出了针对退役LiMn2O4电池阴极材料(S-LMO)与浸出渣磷酸铁（S-FP）的协同处置技术：通过焦耳高温冲击活化水浸，实现金属锂的快速浸出（Li浸出率>99%）；进一步调整焦耳热参数，对S-LMO和S-FP进行结构调整和过渡金属替换，升级回收为高能量密度的聚阴离子阴极材料LiMnFePO4（R-LMFP）。该策略不仅大幅缩短了退役锂电池阴极材料回收锂的时间，更显著提升了LMFP阴极材料的合成效率，为解决退役锂电池阴极材料与浸出渣的协同处置提供了全新思路。高温焦耳热处理实现退役锂电和浸出渣升级回收研究得到国家自然科学基金委、中国科学院前沿科学与基础研究局、广东省科技厅、中国科学院过程工程研究所介质科学与工程国家重点实验室的支持。论文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00365-0

2025-08-12

广州能源所在泡沫基高功率密度燃料电池技术研究方面取得进展

在全球加速能源转型的背景下，中国科学院广州能源研究所联合伊朗阿米尔卡比尔理工大学在泡沫基流场质子交换膜燃料电池研究方面取得进展。在全球加速能源转型的背景下，中国科学院广州能源研究所联合伊朗阿米尔卡比尔理工大学在泡沫基流场质子交换膜燃料电池研究方面取得进展。泡沫基流场因其独特的结构成为提升燃料电池性能的理想选择（图1）。这种3D贯通式流场通过无气体扩散层一体化设计，可将电堆整体厚度减少15%～20%，大幅提升了体积功率密度；其高达90%以上的孔隙率确保了反应物在催化层的均匀分布，有效解决了传统流场存在的传质不均问题；而且，其独特的热传导特性能够消除局部热点，使温度分布均匀性提升30%。图1 本研究燃料电池示意图：（a）平行蛇形流量分配器PS，（b）泡沫基流量分配器，（c）传统肋状/通道燃料电池（左）和泡沫基燃料电池（右）的侧视图研究提出了一种基于势流场解析的功能梯度多孔材料（FGPM）流场系统化设计方法（图2）。通过对流场内势流进行数值求解，获取关键等势线分布。将各等势线均分构建流线网格，形成从入口到出口的连续传质路径。基于网格单元位置动态分配孔隙率参数，确保轴向（流线方向）与径向（等势线方向）的梯度连续性，从而构建出具有优化传质性能的FGPM流场结构。该设计方法通过CFD迭代验证表明，在保持结构强度的同时可实现传质效率40%以上的提升，为高性能燃料电池流场的工程化设计提供了可靠的技术方案。图2 U型流场的梯度孔隙设计方法：（a）势流网格划分，（b）孔隙率分布，（c）质量流量分配该研究对FGPM流场与传统4通道平行蛇形流场（4-PS）的性能进行了系统性对比。结果显示，在50×50mm²活性面积条件下，FGPM流场展现出显著的性能优势。在关键指标体积功率密度方面实现了84%的大幅提升；其次，通过创新的无气体扩散层一体化设计，成功将电堆总厚度减少了15%，从传统设计的3.75mm降低至3.2mm；在1A/cm²的典型工作电流密度下，FGPM流场使电池的输出功率提升了57%，这一提升幅度远超预期。这为解决燃料电池在高功率输出时的性能衰减问题提供了新的技术路径。研究特别揭示了两种典型配置下的性能差异。（1）具有微孔层的薄型膜电极配置下，传统4-PS和新型FGPM燃料电池的性能均有所提升，然而FGPM流场的体积功率密度比传统4-PS设计提升了84%；（2）无微孔层的厚型膜电极配置下，FGPM流场仍保持了47.8%的性能优势（图3）。图3 不同配置下平行流道和FGPM 流场的燃料电池极化曲线：配置1-base厚型膜电极，配置3-具有MPL的薄型膜电极相关研究成果以Application of a foam-based functionally graded porous material flow-distributor to PEM fuel cells为题发表于Energy。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124230

2025-08-08

广州能源研究所在电力系统碳排放智能监测领域取得进展

近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心汪鹏研究员课题组在电力系统碳排放监测领域取得新进展。近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心汪鹏研究员课题组在电力系统碳排放监测领域取得新进展。电力行业是人为碳排放的主要来源。当前，火力发电厂碳排放监测主要依赖于企业自主上报、安装的排放监测设备，或基于太阳同步轨道卫星的稀疏观测数据进行反演。上述方法普遍存在数据易被篡改、成本高昂、监测频率受限等问题。为实现低成本、高频率的连续监测，该研究提出了一种融合深度学习与自注意力机制的实时碳排放监测方法，首次基于高频地球同步轨道卫星数据，实现了火力发电厂日尺度碳排放量与发电量的滚动协同监测，为电力行业碳排放监测提供了新路径。图1 研究框架研究以美国环保署（EPA）管理的火电厂为研究对象，采用GOES-16地球静止卫星提供的多光谱遥感数据及火电厂相关静态信息作为模型输入，以火电厂日尺度的碳排放与发电量数据为预测目标，构建端到端的监测框架（图1）。在算法设计上，模型融合了卷积神经网络（CNN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和特征与时间双重注意力机制（图2），显著提升了模型测算的准确性与鲁棒性。图2 碳排放监测模型架构在模型评估方面，研究从个体（图3），区域，国家三个空间尺度验证了所提模型架构（CNN-BiLSTM-Attention）的性能优越性。以碳排放为例，模型在RMSE、MAPE、R²等关键指标上相比传统方法平均提升10%-14%、5%-7%和16%-25%，在区域和国家尺度上亦展现出良好的测算准确性。图3 火电厂个体尺度碳排放评估在模型扩展应用方面，研究首先利用完整卫星数据对EPA统计数据进行补充评估，发现火电厂碳排放和发电量数据存在约10%-25%的潜在记录遗漏（图4）。其次，通过误差敏感性分析发现，季节因素和火电厂排放规模对模型预测精度有显著影响（图5）。此外，基于自注意力权重开展的模型可解释性分析表明，模型高度依赖编号为5、7、8和10的波段数据，这些波段与大气中的CO₂浓度与水汽条件密切相关；同时模型对白天信息权重较高，在夜间则通过红外波段数据进行有效补偿（图6）。图4 美国EPA记录火电厂数据与模型测算的完整数据对比图5 模型监测误差敏感性分析图6 模型的特征和时间自注意力权重分布本研究开创性地将地球同步轨道卫星的高频遥感数据引入火电厂碳排放与发电量的同步监测，为构建第三方高频、低成本、广覆盖的碳排放监管体系提供了重要技术支撑。该方法可为政策制定者和能源监管机构提供实时碳强度评估工具，支撑电力系统碳配额动态调整与低碳调度策略优化。未来研究可进一步融合多源卫星数据与物理机制模型，提升模型的可解释性与通用性，助力构建智能化、透明化的电力行业碳监测新路径。相关研究成果以Real-time monitoring of daily carbon emissions and electricity generation from fossil fuel power plants using geostationary satellite band data and deep learning techniques为题发表于Energy期刊，博士研究生莫海华为第一作者，汪鹏研究员为通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项课题以及海南电网“基于多变量机器学习的电-能-碳核算体系研究”资金项目的资助。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544225032128

2025-08-12

广州健康院联合开发用于血管化组织工程的仿细胞外基质3D打印生物墨水

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院巫林平研究员和南方医科大学珠江医院赵明主任医师团队联合在Advanced Healthcare Materials杂志在线发表标题为“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究论文。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院巫林平研究员和南方医科大学珠江医院赵明主任医师团队联合在Advanced Healthcare Materials杂志在线发表标题为“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究论文。该研究采用动态共价交联与光引发共价交联正交设计制备了模拟细胞外基质 (ECM) 微观适应性和宏观稳定性的双交联3D打印生物墨水，其打印形成的动态交联网络为细胞提供适应性微环境，从而促进血管内皮细胞与血管平滑肌细胞自发形成具有仿生双层结构的血管网络，该血管网络具备体外收缩以及体内快速重建血运的功能。该研究为血管化组织工程提供了新的生物制造策略。血管化是目前限制大尺寸组织工程支架构建的关键问题。尽管近年来人工血管/血管网络的生物制造技术获得了巨大的发展，但构建具备仿生结构以及收缩功能的血管网络一直是领域重大挑战。为解决上述问题，研究团队开发了一种具有动态共价交联网络的仿ECM生物墨水，通过模拟ECM的适应性微环境和结构组分，引导血管内皮细胞和血管平滑肌细胞自发排列形成具有仿生双层结构的血管网络。通过蛋白质组学技术，研究团队进一步发现功能化血管网络中缺氧诱导因子-1 (HIF-1)信号通路和糖酵解/糖异生通路相关的蛋白显著上调，表明血管内皮细胞与血管平滑肌细胞能够有效相互作用，促进糖酵解和三磷酸腺苷（ATP）含量的增加，并通过细胞骨架重塑和细胞迁移促进血管结构的形成。同时功能化血管网络中与细胞粘附、肌动蛋白细胞骨架形成以及焦点粘附相关的蛋白显著上调，提示粘附斑激酶（FAK）信号通路参与了血管结构的形成，并通过调节细胞粘附和细胞骨架重塑，将机械刺激转化为细胞代谢信号，促进糖酵解和血管结构的形成。此外，研究团队发现功能化血管网络在体外可响应血管紧张素呈现收缩反应。在植入后肢缺血模型小鼠后，功能化血管网络可快速改善缺血侧后肢的血流灌注，防止周围组织坏死并促进肢体的功能恢复。研究团队以此为基础制备了血管化皮肤支架，植入后功能化血管网络可通过快速重建损伤部位血运，有效支持支架中人源真皮成纤维细胞的存活和功能，从而显著提高了大尺寸全层伤口的愈合速度。广州健康院巫林平研究员和南方医科大学珠江医院赵明主任医师为该论文的共同通讯作者，南方医科大学珠江医院博士后陈珺（现为广州健康院副研究员）与广州健康院实习研究员吴玉琼为共同第一作者。研究项目得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广州市科技重点研发项目、广州市科技计划、广东省重大人才工程项目等经费的支持。论文链接图1 利用双交联生物墨水打印的3D材料能够引导细胞自组装形成功能化血管网络

2025-08-12

华南植物园在热带雨林动态演化历史研究取得新进展

气候变化是加速物种灭绝和驱动物种适应性进化的重要环境因子，不同地质时期的气候剧烈波动对地球生态系统的塑造起到了关键作用。生物群系（Biome）作为具有自身独特外貌特征且受制于特定气候条件的自然群落，呈现为有形的生态进化单元，是从宏观尺度理解生命演化过程的重要载体。研究人员近年对北极植物区系、东亚常绿阔叶林、非洲稀树草原、温带高山植物区系以及全球干旱植物区系等众多生物群系的代表类群展开研究，揭示了古气候变化事件对相关群系演化历史的重要影响。但此一系列群系多起源于渐新世或中新世，其演化历史难以从较为久远的时间尺度反映出古气候变化事件与生物群系演化历史之间的关联性。热带雨林是当今地球陆地生态系统中起源最为古老的生物群系，可能在白垩纪中期已开始出现。相比于其他生物群系,热带雨林拥有全球最高的年均降水量和平均气温，在其分布区仅占全球不足7%的陆地面积基础上孕育了全球近半数生物物种，是全球陆地生态系统中物种多样性与生产量最高的生物群系，在调节全球气候与维持生态平衡方面发挥着巨大作用。尽管全球气候变化事件在很大程度上影响了众多生物群系的演化历史已是学界共识，但目前关于“古气候变化事件是否影响了热带雨林的动态演化历史过程”这一问题还颇具争议。部分研究认为古气候变化事件对热带雨林的动态演化历史影响非常有限，热带雨林可能长期保持相对较为稳定的高温、高湿环境条件，致使其物种分化速率长期趋于恒定状态，其物种多样性随时间持续且稳定的积累，这一过程亦被视为热带雨林物种多样化的重要演化模式。然而，另有研究则认为热带雨林的物种多样化历程可能受到了全球气候变化事件的影响，其物种分化速率在不同时期可能存在明显波动而非长期趋于恒定，但相关研究大多关注于热带雨林类群在新生代时期的演化历史。棕榈科（Arecaceae）隶属于被子植物单子叶鸭跖草分支（Commelinid monocots），包含约184属2500种，其中超过90%的物种分布于热带雨林地区，是探讨热带雨林演化历史的理想对象。中国科学院华南植物园葛学军研究员联合国内外多家单位的研究人员展开合作，基于近期采用叶绿体系统发育基因组学手段构建的棕榈科属级系统发育框架（Yao et al. 2023;BMC Biology 21: 50），结合NCBI等网站释放的一代测序与二代测序所得叶绿体序列数据进一步扩大对棕榈科在物种水平的取样（共取样该科181属604种），在此基础上整合系统发育重建、分子时间标定及物种多样化过程分析等研究手段，对棕榈科在中新世之前的动态演化历史过程展开研究，以棕榈科为例结合热带雨林其他代表类群的研究数据对该群系动态演化历史过程与全球古气候变化事件之间的关系进行了剖析。结果表明：（1）基于物种水平扩大取样与大量叶绿体序列数据构建了棕榈科坚实的系统发育框架，部分节点相比于前期基于叶绿体基因组学数据所得该科属级系统发育关系获得了更高支持；（2）棕榈科在白垩纪中期约108.3百万年前开始分化，该科多个分支可能发生过物种辐射分化事件；（3）在白垩纪中期至中新世之前的漫长地质历史时期，棕榈科物种分化速率随全球平均气温的波动出现过明显变化，大体呈现为随全球气温下降而降低、随全球升温而增加的趋势；（4）棕榈科物种灭绝速率自渐新世开始明显增加，与同时期开始出现的全球较低平均气温在时间尺度上相吻合。该研究是目前为止对棕榈科在物种水平取样最为广泛的系统进化研究，研究结果不仅从叶绿体基因组学数据的角度深度解析了棕榈科类群的系统演化关系，还增进了对该科物种多样化历史的认识，亦为深入理解热带雨林动态演化历史过程与全球古气候变化事件之间的关联性提供了重要参考。研究成果以《Pre-Miocene evolutionary dynamics of tropical rainforests from a dated phylogeny of the palm family》为题近日发表在植物学期刊New Phytologist（《新植物学家》）上，华南农业大学姚纲博士为论文第一作者，华南植物园葛学军研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目“旗舰”项目、中国科学院国际伙伴计划以及中国科学院战略生物资源计划等项目的资助。文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70440图. 棕榈科多样化分析结果

2025-08-04

华南植物园在广东阳春发现黄芩属两个新种

黄芩属（Scutellaria L.）是唇形科的一个大属，全世界约有350种，我国约有100种，全国各地均有该属植物的分布，据记载广东省有13种4变种。我国黄芩属植物除少数种类如韩信草、黄芩为广布种外，多数种类的分布区均较狭窄，仅分布于少数几个省份，有些种类甚至仅见于模式产地，如变黑黄芩、赤水黄芩、囊距黄芩、狭管黄芩等。黄芩属是分类上相对比较困难的一个类群，主要是由于对其花序形态这一关键特征的认识因人而异，一些种类仅依据模式标本描述，缺乏野外居群观察，且一直以来用于分种的特征多为变异较大的性状。自《中国植物志》出版以来鲜见对于该属的修订工作。该属有一些种类是传统中草药，可用于治疗炎症、热症，如半枝莲、滇黄芩、黄芩、并头黄芩等。阳春市位于广东省西南部，是一个植物调查相当不充分的区域，随着调查的深入，近几年陆续有植物新种被发现，如阳江川苔草，阳春紫薇、阳春球子草、阳春珠子木、两广珠子木、阳春薹草、阳春蜘蛛抱蛋、木荚南天藤等。2023年3月10日，阳江市植物爱好者陈国棣先生和广东省农科院徐晔春研究员在阳春市春湾镇拍摄到一种黄芩属植物，并采集活体寄到华南植物园。曾佑派博士初步研究后认为该植物为黄芩属一疑似新种，并于3月18日亲自前往春湾镇考察。此行还在阳春市区附近的崆峒岩风景区发现黄芩属另一疑似新种。此后，曾佑派利用工作之余，花费了近两年时间从头研究黄芩属，几近完整搜集该属国产及毗邻地区所产种类的文献，通过网络数据库（CVH、GBIF、JSTOR以及各大国外标本馆数据库）和到馆查阅该属模式标本和普通标本，还通过植物图像库如PPBC、CFH熟悉该属植物活体，最终确认阳春这两种黄芩属植物为新种，并分别把它们命名为阳春黄芩（Scutellaria yangchunensis）和白毛黄芩（S. albovillosa）。在形态上，阳春黄芩和白毛黄芩在体态、苞片形态和花色上均与南粤黄芩（Scutellaria wongkei）近似。基于南粤黄芩标本（包括模式标本）和多个野外居群的观察，发现阳春黄芩与南粤黄芩的区别在于其叶和苞片边缘具浅锯齿或全缘，叶两面仅沿脉被短硬毛，花冠下唇中裂片有深紫色斑点，而在南粤黄芩，其叶和苞片边缘具圆齿，叶两面密被短硬毛，花冠下唇中裂片白色。白毛黄芩与南粤黄芩的区别在于其茎和花序轴被直立开展的白色长腺毛，叶基部心形，花冠管基部弯曲处具一长约0.8 mm的囊状距，花冠下唇中裂片亦有深紫色斑点，而在南粤黄芩，其茎和花序轴密被向上弯曲的小硬毛，花冠管基部弯曲处无囊状距，花冠下唇中裂片白色。阳春黄芩与白毛黄芩的区别在于前者的茎和花序轴被向上弯曲的无腺短硬毛，叶和苞片边缘具浅锯齿或全缘，花冠管基部弯曲处无囊状距，后者的茎和花序轴被直立开展的白色长腺毛，叶和苞片边缘具圆齿，花冠管基部弯曲处具囊状距。相关研究成果以"Taxonomic studies on Scutellaria (Lamiaceae) from China (I): two new species from southwestern Guangdong province"为题于7月24日在线发表于国际分类学主流期刊Phytotaxa（《植物分类学报》）上。中国科学院华南植物园标本馆与鉴定中心曾佑派工程师为论文第一作者和通讯作者。论文链接：https://phytotaxa.mapress.com/pt/article/view/phytotaxa.711.2.6阳春黄芩（野外照）阳春黄芩（解剖照）阳春黄芩（主模式标本）白毛黄芩（野外照）白毛黄芩（解剖照）白毛黄芩（主模式标本）

2025-08-02