科研进展--中国科学院广州分院

中国科学院华南植物园恢复生态学团队近日在热带退化生态系统土壤功能恢复机制研究方面取得新进展。研究发现，混交造林可通过重塑土壤微生物群落、增强微生物功能协同，并促进土壤有机碳分子多样化，显著提升热带退化土壤的多功能性。该研究为优化人工林结构、提升退化生态系统恢复质量和稳定性提供了新的科学依据。造林是退化生态系统恢复和气候变化减缓的重要措施。然而，当前关于造林成效的评价多集中于植被恢复、土壤碳积累或单一土壤功能，对不同造林模式如何协同影响养分供给、酶活性和微生物代谢等土壤多功能性仍认识不足。特别是，土壤有机碳不仅是碳库数量的体现，其分子组成和多样性也可能影响微生物代谢过程、养分释放和土壤功能维持，但这一关键维度在以往造林恢复研究中常被忽视。研究团队依托中国科学院小良热带海岸带生态系统研究站长期恢复平台，选取裸地、桉树纯林、次生混交林和老龄天然林组成的恢复序列开展研究。该区域原始表土曾因严重水土流失和长期人为干扰而基本丧失，自1959年起开展长期植被恢复试验，为解析热带退化地造林恢复过程及其土壤生态效应提供了理想研究对象。研究团队综合测定了土壤有机碳、溶解性有机碳、总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、有效磷、中等活性磷、微生物量碳、微生物碳利用效率以及β-葡萄糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性等13项土壤功能指标，并结合磷脂脂肪酸、GeoChip功能基因芯片、热裂解气相色谱—质谱和热辅助水解甲基化气相色谱—质谱等技术，系统解析造林恢复过程中植物群落、土壤微生物、有机碳分子组成与土壤多功能性之间的关系。结果表明，造林显著改善了土壤养分供给和酶活性。经过约60年恢复，造林地土壤有机碳较裸地提高1.35—4.48倍，总氮提高1.55—4.26倍，土壤铵态氮、中等活性磷、溶解性有机碳以及氮、磷获取相关酶活性也明显增加。尽管造林过程中微生物碳利用效率有所下降，但从综合功能来看，造林显著提升了土壤多功能性，其中次生混交林的提升效果显著优于桉树纯林。进一步研究发现，混交造林促进了土壤微生物群落重组和功能潜力提升。造林后，土壤微生物生物量和主要微生物类群显著增加，微生物群落多样性提高；与难分解碳降解、固氮、铵化、反硝化以及有机磷水解相关的功能基因丰度明显增强，表明恢复后的微生物群落能够更有效地参与碳、氮、磷循环过程。同时，造林地微生物功能基因网络规模扩大、连接增强，反映出土壤微生物功能协同能力提高。该研究还发现，土壤有机碳分子多样性是连接微生物变化与土壤多功能性提升的关键“生化桥梁”。研究共识别出142种热裂解产物和115种热辅助水解甲基化产物。造林后，土壤中含氮化合物、木质素来源分子、酚类和碳水化合物比例增加，有机碳分子的多样性和均匀度显著高于裸地。路径分析表明，微生物群落和功能属性不仅直接影响土壤功能，还可通过促进土壤有机碳分子组成多样化，进一步支撑养分供给、酶活性和微生物功能等多种土壤过程的协同提升。研究表明，热带退化地生态恢复不应仅关注“种树数量”或“碳储量增加”，还应重视树种配置、地下微生物功能组织和土壤有机碳分子多样性的协同优化。混交造林不仅能够提高植物生物量和群落结构复杂性，还能促进土壤微生物与有机碳分子层面的异质性，从而增强恢复生态系统的多功能性和稳定性。该成果提示，在未来人工林建设和退化地生态修复实践中，应优先推进多树种混交配置，并将土壤有机碳分子多样性纳入恢复成效评价体系，以提升热带恢复生态系统的长期生态效益。相关研究成果以“Mixed-species afforestation enhances soil multifunctionality through microbial reassembly and SOC molecular diversification”为题近日发表在英国生态学会期刊Journal of Applied Ecology上。中国科学院华南植物园助理研究员李悦为论文第一作者，刘占锋研究员为通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金和广东省科技计划等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2664.70509图1.混交造林通过微生物群落重组和土壤有机碳分子多样化提升热带退化土壤多功能性

2026-07-22

南海海洋所 | 研究揭示次表层亚中尺度动能来源

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”联合实验室舒业强研究员团队与中山大学、南京大学合作，在海洋次表层亚中尺度动力机制研究方面取得新进展。相关成果以“Subsurface kinetic energy source driven by Charney-type instability in oceanic fronts”为题，发表在国际期刊 Communications Earth & Environment。中国科学院南海海洋研究所博士后尚学昆为论文第一作者，研究员舒业强和中山大学教授王东晓为共同通讯作者，合作作者包括中山大学副教授于小龙、博士唐海波，南京大学教授彭启华以及中国科学院南海海洋研究所副研究员刘大年。海洋动能在中尺度涡旋、亚中尺度运动和微尺度湍流之间的跨尺度传递与转化，深刻影响海洋中的热量、碳和营养盐输运。长期以来，通常认为亚中尺度主要活跃在混合层内。然而，混合层以下亚中尺度动能的来源、其跨尺度传递路径及其对海洋内部湍流混合的影响，仍缺乏直接观测证据与系统认识。图1 南海西部强锋面观测背景及其混合层以下动力结构。a，中尺度涡偶极子及船载观测断面的位置；b–e，三个观测断面上的锋面强度、沿锋流速、垂向流速剪切和亚中尺度活动分布。绿色、紫色和蓝色曲线分别表示混合层底、Charney 深度和温跃层底界。基于高分辨率现场观测数据，研究团队在南海西部中尺度涡偶极子锋面区的混合层以下，发现存在与混合层过程相对解耦的活跃亚中尺度信号（图1）。同时，在混合层底部至温跃层之间存在明显的动能注入，其特征尺度约为12公里。该信号在垂向位置与特征尺度上均显著区别于上层混合层过程，证实了混合层以下锋面内部存在局地生成的亚中尺度动能来源（图2）。图2 混合层以下动能注入及其跨尺度传递特征。a–d，不同深度和水平尺度上的流速结构、动能注入及能量传递特征。绿色和蓝色虚线分别表示平均混合层底和温跃层底。为厘清该动能来源的动力机制，研究团队开展了线性稳定性分析。结果表明，在混合层以下锋面区，经典 Charney 型斜压不稳定可激发亚中尺度扰动，其特征尺度约为11.5公里，与观测识别的约12公里动能注入尺度高度吻合。进一步分析显示，该不稳定能够将混合层以下锋面中储存的有效势能转化为动能，从而形成一条区别于上层混合层亚中尺度过程的能量注入路径。能量通量分析表明，混合层以下注入的动能主要向较大尺度传递，同时也有部分能量直接向小尺度级串。现场微结构湍流观测进一步证实，在 Charney 型不稳定活跃的区域，温跃层内的湍流混合明显增强，表明这一局地能量来源可以直接为海洋内部湍流提供能量。利用高分辨率全球海洋模式，研究团队对南海西部、黑潮延伸体、湾流、厄加勒斯流和南大洋绕极流等五个典型锋面系统的混合层以下亚中尺度动能进行了对比研究（图3）。结果显示，各海域的混合层以下动能注入尺度均与当地的 Charney 变形半径接近，表明该机制广泛存在于全球海洋锋面中，这为估算混合层以下亚中尺度能量注入的特征尺度提供了可推广的尺度参考。图3 Charney 型不稳定尺度关系在全球典型锋面系统中的验证，背景图为高分辨率全球海洋模式得到的表层应变率分布。本研究揭示了由 Charney 型不稳定驱动的混合层以下亚中尺度动能来源机制，阐明了区别于上层混合层亚中尺度过程的能量注入路径，以及部分注入能量向更小尺度传递并增强海洋内部湍流混合的作用。该发现深化了对海洋内部能量传递和湍流混合过程的理解，同时为改进海洋模式中亚中尺度过程与内部混合参数化表达提供了新的理论支撑。本研究得到国家自然科学基金和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）等项目共同资助。论文信息：Shang, X., Shu, Y.*, Wang, D.*, Yu, X., Peng, Q., Tang, H. & Liu, D. Subsurface kinetic energy source driven by Charney-type instability in oceanic fronts. Communications Earth & Environment (2026), https://doi.org/10.1038/s43247-026-03782-8.文章链接：https://www.nature.com/articles/s43247-026-03782-8

2026-07-17

南海海洋所 | 研究揭示南海沿岸台风极端“分布展宽”机制并构建多参数非平稳风险评估方法

一个看似矛盾的科学问题，正在影响南海沿岸重大工程的安全设计：如果多年平均台风最大风速并未显著增加，为什么强台风、巨浪和高等级海洋灾害带来的风险却可能持续上升？中国科学院南海海洋研究所高级工程师罗耀联合华南理工大学团队，第一作者为联合培养博士研究生方非凡，围绕这一问题开展连续研究，从台风强度分布、极端波浪统计模型到海岸工程设计应用，形成了“机理识别—模型创新—风险量化”的完整研究链条。相关成果以“Non-stationary extreme value models to account for the intensification of extreme typhoon waves”、“Intensification of typhoon extremes along the South China coast: a standard deviation perspective”和“Intensification of typhoon extremes along the South China coast: a standard deviation perspective”为题，先后发表于《Ocean Engineering》和《Natural Hazards》。研究发现，极端风险的增加不一定表现为平均值上升，更可能源于台风强度分布逐渐“变宽”：弱台风和一般台风的平均状态变化有限，但最强一端出现更极端事件的概率不断增加。这一认识突破了仅用均值判断台风变化的传统思路，也为气候变化背景下海洋工程设计标准的动态调整提供了新的科学依据。从“均值变化”转向“分布展宽”：识别台风极端增强的新信号研究团队基于1979—2024年中国气象局最佳路径资料和IBTrACS中的美国联合台风警报中心资料进行独立敏感性检验，系统分析南海沿岸西广东、珠江口、海南岛、东广东和西沙群岛等重点区域台风最大风速、最低中心气压及功率耗散指数的均值与标准差变化。图1 基于20年滑动窗口的台风峰值有效波高（SWH）标准差变化趋势结果表明，南海沿岸台风强度增强信号更稳定地体现在标准差变化上，而不是区域平均值整体抬升。区域平均最大风速长期趋势总体不显著，但最低中心气压标准差呈显著增加趋势，说明台风强度分布正在展宽，极端强台风出现的概率随之提高。不同岸段还表现出明显空间差异，部分近岸区域的极端强度和离散度增长更为突出。该成果从台风“驱动端”解释了为何在平均状态变化不明显时，极端巨浪、风暴潮和工程荷载仍可能持续增强。把“离散度增强”写入模型：重新评估百年一遇设计波高针对传统非平稳极值模型主要描述均值或位置参数变化、难以反映极端波高离散度增强的问题，研究团队将显著波高序列的标准差设置为随时间变化的参数，构建了新的非平稳Poisson—Gumbel复合极值模型。该方法既保留台风事件发生频率信息，又能够描述台风峰值波高分布逐渐展宽和尾部风险上升的过程。南海沿岸算例表明，在历史增强趋势延续的情景下，未来100年一遇显著波高可增加2.67米，较当前设计值提高28.04%；由于防波堤护面块体重量与设计波高近似呈三次方关系，相应护面块体重量需求可能增加109.9%。研究说明，若仍沿用平稳假设，或只考虑平均波高变化，可能明显低估长重现期设计波高及其工程后果。论文同时指出，上述结果属于基于历史趋势的风险情景，未来变化仍受温室气体排放路径、台风活动和区域海洋环境响应等因素影响。发展多参数非平稳方法：模型并非越复杂越好在此基础上，团队进一步发展两参数和三参数非平稳Poisson-Gumbel模型。两参数模型允许事件峰值波高分布的位置和尺度同时随时间变化；三参数模型进一步引入台风波年发生率的时间变化。研究选取南海沿岸三个代表站点，并引入名濑站长期实测资料进行独立验证，综合采用AIC、BIC、似然比检验和概率积分变换等方法，评估模型复杂度及拟合可靠性。图2 预测重现期有效波高（SWH）的多站点对比。(a) YX、PRE、YD 和 Naze 站点处 SPG、NSPG-EV、NSPG-2P 和 NSPG-3P 方案的 H50 预测值；(b) 上述站点及方案的 H100 预测值。误差棒表示 95% 自助法（bootstrap）置信区间。Naze 站点为基于实测波浪记录的外部观测验证站点。结果显示，台风事件峰值波高的非平稳信号主要集中在离散度和高分位区间，并具有明显站点差异。多参数模型普遍给出比平稳模型更高的长重现期波高，且模型间差异随重现期增加而扩大。在主要站点，50年一遇显著波高由平稳模型的9.42米提高至不同非平稳模型的11.06—11.80米，对应护面块体重量增加约32.00%—50.03%。研究同时强调，模型并非越复杂越好：仅尺度参数随时间变化的模型在多个南海站点获得更稳健的统计支持，而两参数和三参数模型更适合作为有限规划期内的风险情景，用于评估多种非平稳因素共同演变时的工程敏感性。深化所校合作，服务“一带一路”海洋防灾减灾合作该系列成果由中国科学院南海海洋研究所罗耀高级工程师与华南理工大学共同完成，发挥了我所在热带海洋环境、台风海浪过程与国际海洋合作方面的优势，以及华南理工大学在海岸工程、极值统计和工程设计方面的专长。双方通过数据分析、数值模拟、统计建模和工程应用的交叉融合，推动了基础科学问题与重大工程需求的有效衔接。作为中国科学院南海海洋研究所面向“一带一路”共建国家开展海洋科技合作的重要平台，中国—斯里兰卡联合科教中心长期聚焦印度洋及南海周边海洋灾害监测、预报与风险防控。此次形成的非平稳极值分析方法，不仅可服务粤港澳大湾区、海南岛及南海沿岸港口、防波堤、海上平台和海洋能源设施，也可为斯里兰卡、马尔代夫等“一带一路”共建国家的港口建设、沿海基础设施韧性提升和气候适应规划提供可迁移的方法工具。面向海上丝绸之路沿线国家普遍面临的热带气旋、巨浪和风暴潮风险，研究团队下一步将依托中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室，中国—斯里兰卡联合科教中心等国际合作平台，加强与共建国家科研机构、高校和港航单位的联合观测、数据共享与人才培养，推动非平稳海洋灾害风险评估方法在典型港口和岛礁地区开展示范应用，为“一带一路”海洋基础设施安全和区域可持续发展提供科技支撑。本系列研究得到我所中国科学院关键技术人才计划和广东省科技计划项目等项目第一资助，并依托中国-斯里兰卡热带海洋环境“一带一路”联合实验室，中国—斯里兰卡联合科教中心开展科研协作。论文信息：1. Fang, F., Zhu, L., Luo, Y. * (2025). Non-stationary extreme value models to account for the intensification of extreme typhoon waves. Ocean Engineering, 324, 120672.2. Fang, F., Zhu, L., Luo, Y.* (2026). Intensification of typhoon extremes along the South China coast: a standard deviation perspective. Natural Hazards, 122, 239.3. Fang, F., Zhu, L.*, Luo, Y. (2026). A new nonstationary multi-parameter method for estimating return period significant wave heights in typhoon-prone seas. Ocean Engineering, 363, 126852.论文链接：1. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2025.120672 2. https://doi.org/10.1007/s11069-026-08004-0 3. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2026.126852

2026-07-17

国内首个工业级天然气掺氢燃烧综合试验平台在张家港建成投运

近日，国内首个工业级天然气掺氢燃烧综合试验平台在江苏张家港建成并投入运行，补齐了国内工业级宽比例掺氢燃烧系统化测试短板，有力支撑天然气掺氢低碳技术的工业化、商业化推广。近日，国内首个工业级天然气掺氢燃烧综合试验平台在江苏张家港建成并投入运行，补齐了国内工业级宽比例掺氢燃烧系统化测试短板，有力支撑天然气掺氢低碳技术的工业化、商业化推广。该平台由香港中华煤气有限公司投资，中国科学院广州能源研究所地热能与节能技术研究中心燃烧与热流科研团队作为总承包方提供技术支撑。2026年6月，该平台建成投运，目前正在开展不同类型工业炉的掺氢燃烧能效与经济性分析评价。平台采用天然气母管掺氢工艺，集成制氢、气路输送、智能掺混、安全放散、泄漏报警及工业燃烧测试等全套系统，配备电解水制氢与氢气集装格双路供氢体系，可灵活切换、互为备用，保障试验过程氢气供应稳定可靠。针对扩散、预混两类主流工业炉型的燃烧特点，科研团队攻克了变负荷精准掺氢控制、高比例掺氢回火抑制等关键难题，解决了高比例掺氢燃烧稳定性差、运行风险高等行业痛点，实现0–30%掺氢比（最大掺氢量达100Nm³/h）全工况安全稳定运行。当前，我国氢能产业正在迈入规模化示范发展新阶段，项目团队继2024年成功研制中国首座兆瓦级高掺氢比智能化陶瓷梭式窑之后，继续深耕氢燃烧领域的技术和装备研发，新平台构建了“绿电制氢—燃气掺混—工业燃烧”一体化试验闭环，可系统获取天然气掺氢燃烧基础数据，填补了当前行业在燃料互换特性、燃烧效能、排放规律等方面的数据空白。通过开展系列试验，可明确不同掺氢比例对燃料消耗、碳排放及污染物排放的影响规律，为掺氢燃烧工艺优化、安全规范完善和技术产业化应用提供重要数据支撑，助力工业领域绿色低碳转型。

2026-07-17

中塞合作项目入选《ANSO 2025 年度报告》典型合作案例

近期，《“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）2025年度报告》正式发布。由中国科学院（CAS）与“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）共同资助，广州能源所和塞尔维亚贝尔格莱德大学共同承担的研究项目Development of a Novel Integrated Heat and Power Micro Energy Grid with Coupling Energy Bus and Renewable Microgrid for Net-Zero Energy Building Areas入选重点科研合作典型案例。近期，《“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）2025年度报告》正式发布。由中国科学院（CAS）与“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO）共同资助，广州能源所和塞尔维亚贝尔格莱德大学共同承担的研究项目Development of a Novel Integrated Heat and Power Micro Energy Grid with Coupling Energy Bus and Renewable Microgrid for Net-Zero Energy Building Areas入选重点科研合作典型案例。该项目聚焦建筑园区低碳转型中的关键技术瓶颈，创新提出将相变温域可调、高载能的“能源总线”冷/热输配网络与交直流混合新能源微电网相耦合的新型架构，旨在构建热电综合能源系统及其智慧能源管理平台，打通建筑间多能协同调度技术壁垒，显著提升可再生能源消纳能力，为“一带一路”沿线国家零碳园区建设提供可复制的一体化技术方案。研究工作紧扣联合国2030年可持续发展议程，支撑SDG 7（经济适用的清洁能源）、SDG 11（可持续城市与社区）和SDG 13（气候行动）等多个全球目标的实现。ANSO年报评价指出，该项目融合中塞双方技术优势，是绿色技术双向转移与中欧跨国科研协同的标杆范例。相关研究成果与合作模式被纳入ANSO全球科研成果库，面向59个成员国、9家国际合作组织进行全球推广，为世界各国打造低成本低碳转型提供了参考路径。此次入选，标志着项目阶段性合作成效获得ANSO全球层面认可，充分彰显其在促进绿色技术转移、深化“一带一路”科技合作中的积极作用。上图：《ANSO 2025 年度报告》相关内容；下图：中塞双方项目交流

2026-07-17

南海海洋所 | 越南东南沿岸海水透明度长期演变的动力驱动机制研究新进展

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水下光场长期时空演变规律与动力驱动机制研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Dynamical forcing mechanisms of spatiotemporal variability on the underwater light field off the southeastern coast of Vietnam”为题，发表在Journal of Geophysical Research: Oceans期刊上。论文第一作者为博士研究生张现清，通讯作者为研究员李彩，合作者包括同单位研究员周雯、研究员许占堂、博士研究生刘聪以及博士研究生赵金成。海水透明度是海洋生态与碳循环的关键指示因子，越南东南沿岸是南海典型的季节性上升流海域，同时受到东北向急流、湄公河冲淡水的共同作用，海洋动力过程复杂，但该区域水下光场长期演变的驱动机制迄今缺乏系统性研究。研究团队结合现场实测与Hydrolight辐射传输模拟，耦合2000-2024年卫星遥感数据及多源海洋再分析数据，利用现场观测锚定基准，进而从季节循环到年际波动多尺度解析了越南东南沿海水下光场的调控机制。研究发现，该海域海水透明度整体呈现近岸低、离岸高，北部沿岸高于南部沿岸的空间格局，季节尺度上，研究海域透明度普遍在5–6月达到年度峰值；夏季南部沿岸形成显著的低透明度“舌状区”，在11°–14°N范围内向东北离岸方向延伸，空间形态与东北向急流高度吻合；入秋后随着上升流与东北向急流逐步消退，南北沿岸的透明度梯度逐渐收窄（图1）。相关性分析显示，透明度与叶绿素a存在强负相关性，同时地表径流与降水对透明度的抑制作用存在显著的时间滞后效应（图2）。这表明，夏季东北向急流不仅是动力输送通道，更是调控近岸高浊度水体向离岸扩展的关键开关，其与上升流的协同增强，共同塑造了该海域夏季独特的低透明度舌状结构；而秋冬季节该机制的消退，则使光场格局趋于区域均一化。年际变化上，2010、2020年透明度显著升高，对应同期沿岸上升流与湄公河羽流同步减弱（图3）。图1 越南东南沿岸海水透明度月度空间分布图图2 2000-2024年ZSD、Chla、SST、风速、降雨量和地表径流的时间序列变化图图3 ZSD、ETu、EPV、地表径流、降雨和SST的年际变化图该研究在前期水下光场参数快速估算及近岸海水透明度时空特征研究基础上（https://doi.org/10.1364/OE.503850；https://doi.org/10.1364/OE.562370），进一步结合多尺度耦合分析，首次系统厘清了季节性上升流、东北向急流与湄公河冲淡水对水下光场的协同调控机制，揭示了物理海洋过程在生物光学特性演变中的调控与输送双重角色，并为全球沿岸上升流区动力-生物地球化学耦合研究与气候响应提供了科学支撑。该研究获得广州市南沙区重点领域科技项目、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划项目、科技基础资源调查专项和国家自然科学基金项目等的联合资助。论文信息：Zhang Xianqing, Li Cai*, Zhou Wen, Xu Zhantang, Liu Cong, & Zhao Jincheng (2026). Dynamical forcing mechanisms of spatiotemporal variability on the underwater light field off the southeastern coast of Vietnam. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2026JC024123.原文链接：https://doi.org/10.1029/2026JC024123

2026-07-15

喀斯特天坑庇护濒危植物香木莲，但也限制其演化潜力

天坑是喀斯特地貌中一种极具代表性的大型陷坑状负地形。在我国西南的喀斯特山地中，巨大的天坑像深嵌于石灰岩地貌中的天然庇护所。由于内部环境相对封闭、微气候独特，天坑常形成与外围景观高度隔离的特殊生境斑块，陡峭的崖壁之下，常年保持着阴湿、凉爽的森林环境，为许多珍稀植物提供了逃避高温、干旱和外界环境胁迫的避难空间（图1）。在喀斯特岛屿生境的宏观背景下，天坑常被视为嵌套其中的“微避难所”（microrefugia）。然而，这种“避难所中的避难所”对物种长期演化究竟意味着什么？它是为濒危物种提供了关键庇护，还是也会因长期隔离而带来遗传衰退风险？图1. 典型的喀斯特天坑景观——广西乐业大石围天坑（唐健民摄）近日，中国科学院华南植物园植物进化与保护研究团队与广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所广西特色植物资源保育及利用创新团队科研人员联合研究发现，喀斯特天坑能够为濒危植物香木莲（Magnolia aromatica）提供微环境庇护，但同时也会限制种群间的基因流，导致遗传多样性降低和有害突变累积，从而削弱其应对未来环境变化的能力。相关成果以“Karst tiankengs preserve but constrain evolutionary potential in the endangered tree Magnolia aromatica”为题（封面文章），发表于生物学主流期刊Current Biology（《当前生物学》）（图2）。图2. Current Biology第36卷15期封面（香木莲在喀斯特天坑）香木莲是国家二级重点保护野生植物，是我国西南喀斯特地区特有的珍稀濒危树种，主要分布于广西、贵州和云南等地破碎化的石灰岩生境中。部分种群生长在天坑内部，那里阴暗、潮湿且气候相对稳定，与天坑外部干旱、裸露、环境波动更强的喀斯特地表形成鲜明对比。长期以来，天坑究竟主要是植物的“避难所”，还是同时也会因地理隔离带来遗传风险，一直缺乏系统的研究。图3-4. 生长在天坑里的香木莲（唐健民摄）该研究首先构建了香木莲近乎端粒到端粒（T2T）的高质量参考基因组。在此基础上，研究团队对分布于天坑内外的26个自然种群开展群体基因组学分析，系统解析了该物种的遗传结构、演化历史及环境适应机制。基于单核苷酸多态性（SNP）、插入/缺失变异（InDel）和结构变异（SV）的综合分析，研究共识别出四个主要地理遗传谱系：云南谱系（YN）、贵州—广西谱系（GG）、广西乐业天坑群外围谱系（TK1）以及天坑内部谱系（TK2）。研究发现，从整个物种分布范围内，天坑相关谱系整体维持了中等水平的基因组多样性和突变负荷，支持了天坑作为“嵌套微避难所”在不利气候时期为物种延续提供庇护的理论预期。然而，在更精细的空间尺度上，天坑内部谱系TK2相较于邻近的天坑外围谱系TK1，表现出显著降低的遗传多样性和显著升高的有害突变负荷，但两者近交水平相当。这一模式更符合“长期有效种群缩小叠加强化遗传漂变”的演化过程，而非近期近亲交配所导致的遗传衰退。这表明，天坑内部种群如同孤岛：稳定的微环境有助于维持种群短期存续，但长期封闭的地理环境也会限制基因交流、增强遗传漂变，并促进有害突变积累，从而削弱物种应对未来环境变化的长期演化潜力。种群历史重建进一步支持“伴随基因流分化”的模型，即各谱系在分化过程中仍存在少量基因交流，但这种连通性受到喀斯特地形屏障的强烈约束。天坑内部最显著的环境特征之一是光照极度不足。研究团队通过基因组扫描发现，天坑内部谱系中与光合作用和碳固定相关的基因受到强烈自然选择。进一步的遮荫处理实验也证实，来自天坑种源的香木莲幼苗在强光条件下迅速死亡，而在深度遮荫环境中能够良好存活和生长。这一结果从基因组和生理实验两个层面揭示了香木莲对天坑弱光生境的特殊适应机制。为评估香木莲在未来气候变化下的生存风险，研究团队进一步整合物种分布模型、基因组偏移分析和突变负荷预测，对不同气候情景下的种群命运进行了多维预警。结果显示，在高排放情景下，至本世纪末，约三分之一的现有栖息地将面临严重气候错配；天坑群边缘的基因流屏障区将成为适应性滞后的高风险热点；与此同时，多数种群的有害突变负荷预计将持续上升。基于上述发现，研究团队认为，香木莲及其他喀斯特濒危植物的保护策略应从单一的就地保护转向更加精细化的景观管理。一方面，天坑内部作为重要微避难所，应继续作为优先保护对象；另一方面，天坑外围种群、景观过渡带及潜在扩散廊道也应受到重视，以维持或恢复种群间连通性，促进适应性基因流。对于长期隔离的小种群，还需持续监测其遗传健康状况，并在必要时考虑基于遗传评估的辅助基因流措施。该研究为喀斯特地区濒危植物保护提供了新的管理思路。总之，该研究突破了“避难所皆有益”的简单叙事，强调在气候变化背景下，微避难所既可能是物种存续的“生命线”，也可能成为限制其长期演化潜力的“遗传陷阱”（图5）。图5. 喀斯特天坑的基因组遗产以及香木莲的基因组多样性、局域适应和未来脆弱性（Graphical abstract）中国科学院华南植物园已毕业博士生朱显亮、广西植物研究所唐健民副研究员为论文共同第一作者，中国科学院华南植物园康明研究员、广西植物研究所韦霄研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发项目、广东省重点研发项目、国家自然科学基金、广西自然科学基金及广东省特支计划等项目资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.06.051中国科学院华南植物园康明团队长期从事我国华南热带亚热带地区重要植物类群系统演化、珍稀濒危植物遗传多样性保护及利用研究。近年来先后开展了水松、桫椤、木兰科等濒危植物的基因组学和保护基因组学研究。近5年在Nature Plants、Nature Communication、Current Biology、Systematic Biology、Molecular Biology and Evolution、New Phytologist、Cell Reports、Plant Biotechnology Journal、Integrative Journal of Plant Biology、Horticulture Research、The Plant Journal等国际主流期刊上发表SCI论文30篇。目前承担科技部重点研发课题、国家自然科学基金、广东省重点研发等项目，团队2027年招收博士研究生1名、硕士研究生2名，欢迎有志于珍稀濒危植物基因组学及进化生物学的学生报考。

2026-07-15

华南植物园在同域栎树的气候适应性策略研究中取得新进展

探究同域分布近缘种在不同气候区共存的适应性机制，是预测物种分布范围变化和群落组装的核心问题之一。以往研究多关注植物特定功能性状的分化，忽略了不同气候梯度下功能性状的变异性及其与植物性状网络、生态策略等多维度的协同，限制了对同域广布种共存机制的认知。华南植物园恢复生态学团队以我国温带、亚热带区同域分布的麻栎（Quercus acutissima）和栓皮栎（Q. variabilis）为对象，系统探究了植物功能性状的种间与种内变异、植物性状网络拓扑结构及其生态策略沿气候梯度的分异规律。发现：同域栎树通过植物功能性状的显著分化，调整其资源获取与保守策略的权衡，麻栎的形态变异性低于栓皮栎，但其生理变异性高于栓皮栎；两个树种的植物性状网络在连通性与模块度呈现协同变化，但在低温、高温及降水梯度上发生显著分异；两种栎树均以竞争-胁迫耐受策略为主，与麻栎相比，栓皮栎在其分布边缘具有更强的竞争性和更弱的耐逆性。该研究揭示了同域栎树通过调整性状层面可塑性与网络整合，实现局域分化与趋同的适应性共存，为预测气候变化下植物群落组成的动态变化提供了新视角。研究成果以“Sympatric oaks exhibit local divergence and convergence in adaptive strategies along climate gradients”为题近日发表在国际学术期刊Plant, Cell & Environment（《植物、细胞与环境》）上。中国科学院华南植物园博士后赖媛和已毕业博士生林谕彤为论文共同第一作者，华南植物园旷远文研究员和中国林业科学研究院刘建锋研究员为共同通讯作者。该研究得到广东科技项目、广西自然科学基金联合特别项目、广东省基础与应用基础研究旗舰项目、广东科技计划项目和国家自然科学基金的联合资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.70742图. 麻栎和栓皮栎的植物性状网络及网络边密度与模块度沿气候梯度的变化

2026-07-15

南海海洋所 | 深海青霉菌来源新颖混源萜的发现及其促血管生成活性研究取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态实验室马俊英研究员团队联合山东大学鞠建华教授团队在海洋真菌来源活性次级代谢产物研究领域取得新进展。相关研究成果“Dfpenicimeroterpenoid A, Meroterpenoids with 6/6/6/4/5 polycyclic Skeletons from the Marine-Derived Fungus penicillium sp. DF71”以封面论文形式发表于国际学术期刊《有机化学通讯》（Organic Letters）。图1 文章概要图和封面图片真菌是活性天然产物的重要来源，能够产生结构丰富、类型多样的次级代谢产物。其中，聚酮-萜类杂合来源的混源萜因融合了聚酮和萜类两类生物合成途径的特征，形成了高度多样化的复杂骨架，并展现出广泛的生物活性。根据结构特征及生物合成来源，真菌混源萜可分为多种类型，代表性类别包括andrastin类、austalide类、austin类、berkeley类、breviane类、chrodrimanin类、arisugacin类以及dhilirolide类等。尤其值得关注的是，andrastin类和austalide类混源萜，因具骨架结构新奇、生物活性广泛，一直受到国际天然产物研究领域的高度关注。海洋真菌长期生存于高盐、无光照、低温、低氧及营养匮乏等极端环境中，在长期适应过程中形成了独特的代谢调控机制，合成多样化的次级代谢产物成为其重要的生态适应策略。因此，海洋来源真菌被视为海洋药物及其药物先导化合物发掘的重要战略资源。马俊英研究员团队和鞠建华研教授团队长期致力于海洋微生物来源的活性次级代谢产物的发现及其生物合成研究。本研究中，团队针对一株大亚湾来源真菌Penicillium sp. DF71开展了系统的次级代谢产物挖掘研究。通过发酵培养基优化和多种色谱分离技术，从Penicillium sp. DF71的发酵产物中获得12个化合物。研究人员结合核磁共振波谱、电子圆二色光谱（ECD）及单晶X射线衍射等技术，确定了化合物的平面结构及立体构型。其中，化合物1 （Dfpenicimeroterpenoid A）具有罕见的6/6/6/4/5五环稠合骨架，属于新骨架化合物；化合物2–5为具有6/6/6/5四环骨架的andrastin类新杂萜化合物。此外，研究团队还基于同系物的结构特征与生物合成逻辑，推导了化合物1的生源合成途径，为深入理解该类复杂天然产物的形成机制提供了新线索。图2 海洋真菌Penicillium sp.DF71来源的新颖混源萜的化学结构和单晶结构基于斑马鱼模型的体内活性评价显示，新化合物Dfpenicimeroterpenoid B (2)在20 mmol/L浓度下能够显著促进血管生成。该发现为进一步开发具有促血管生成作用的活性分子，并探索其在心血管疾病及慢性难愈合创面修复领域的应用价值提供了新的研究基础。图3 杂萜类化合物促进斑马鱼血管的生成活性中国科学院南海海洋研究所为第一单位，中国科学院南海海洋研究所博士后林立武博士为论文第一作者，山东大学药学院鞠建华教授与中国科学院南海海洋研究所马俊英研究员为文章的共同通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）生物研究所山东省人类疾病斑马鱼模型与药物筛选工程技术研究中心李培海副研究员和硕士研究生刘长宇为文章的共同作者。本研究得到了国家重点研发项目、NSFC-山东联合基金重点项目、NSFC重点项目、广东省基础研究和应用基础研究基金粤莞联合基金重点项目和中国科学院南海新星计划项目的联合资助。论文信息：Liwu Lin, Yingying Chen, Changyu Liu, Peihai Li, Jianhua Ju*, Junying Ma*, Dfpenicimeroterpenoid A, Meroterpenoids with 6/6/6/4/5 Polycyclic Skeletons from the Marine-Derived Fungus Penicillium sp. DF71. Organic Letters, 2026, doi/10.1021/acs.orglett.6c01506.文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.orglett.6c01506

2026-07-13

南海海洋所 | 含肉桂酰基非核糖体肽类天然产物：从经典发现到理性挖掘与工程化拓展

受国际天然产物研究领域权威综述期刊 Natural Product Reports 邀请，中国科学院南海海洋研究所马俊英课题组与山东大学鞠建华、尚卓教授团队合作，于近日在线发表了题为“Cinnamoyl-containing non-ribosomal peptides: discovery, bioactivity and biosynthesis”的综述文章。该文系统梳理截至2025年10月已报道的含肉桂酰基非核糖体肽（cinnamoyl-containing non-ribosomal peptides, CCNPs）的化学多样性、生物活性、生物合成基因簇、关键酶学机制和理性发现策略，全面总结了这一类微生物天然产物从经典分离鉴定走向理性基因组挖掘与工程化设计的研究进展。中国科学院南海海洋研究所为本文第一完成单位。中国科学院南海海洋研究所2023届硕士毕业生王裕阳和2025届博士毕业生李艳青为本文并列第一作者，中国科学院南海海洋研究所研究员马俊英和山东大学教授鞠建华、教授尚卓为共同通讯作者。中国科学院南海海洋研究所副研究员陈盈盈在本文写作和修改过程中提出了大量宝贵意见。图1 综述内容概要：CCNPs 的化学多样性、生物活性、生物合成与结构拓展策略CCNPs是一类源于放线菌的特殊肽类天然产物，其独特之处在于非核糖体肽骨架上连接了一个邻位带烷基侧链的肉桂酰基单元，通过酯键或酰胺键实现链接。与植物中常见的简单肉桂酸类化合物不同，CCNPs具有更为狭窄的微生物来源和复杂的装配逻辑。目前报道的成员已展现出抗结核、抗真菌、抗病毒、抑制肿瘤血管生成、抑制细菌生物膜及激活STING免疫通路等多重药理活性，使其成为抗感染与抗肿瘤先导化合物挖掘的重要来源。近五年来，随着关键生物合成基因簇与核心酶功能的逐步解析，CCNPs研究正加速步入由机制认知驱动的新阶段。自1992年首个CCNP成员WS9326A被报道以来，全球研究者已从土壤、海洋及动植物共生体等环境中，先后在链霉菌属、小单孢菌属、北里孢菌属和拟无枝酸菌属等4个放线菌属中，累计发现并鉴定了超过90个CCNPs成员。然而，该家族中肉桂酰基苯环的形成机制长期悬而未决，成为制约其生物合成认知的关键瓶颈。该综述系统归纳了CCNPs中肉桂酰基结构单元生物合成的“统一法则”：高度还原型II型聚酮合酶（hrPKS II）以乙酰辅酶A为起始单元，以丙二酰单酰辅酶A为延伸单元、在酮基还原酶、脱水酶共同作用下组装多烯前体，随后在异构酶和环化酶（三类不同酶）的级联催化下，发生关键的6π电环化与芳构化反应，最终精准构筑带邻位侧链的肉桂酰基骨架。这一保守生物合成机制的破解，不仅填补了领域内长达数十年的关于肉桂酰基中苯环合成机制的认知空白，更为从海量基因组数据中高效挖掘潜在CCNPs生物合成基因簇，提供了可靠的“分子探针”。图2 肉桂酰结构单元的生物合成途径除肉桂酰基形成机制外，该综述还系统梳理了CCNPs中多种非蛋白源氨基酸的生物合成路径，以及非核糖体肽合成酶（NRPS）装配线上涌现的“非常规催化策略”。其中，部分硫酯酶（TE）结构域展现出令人瞩目的多功能性——它们能在同一活性中心内，连续完成末端氨基酸的手性翻转与大环内酯化；II型硫酯酶（TEII）则犹如“氨基酸穿梭机”，将特定氨基酸精准递送至缺失相应模块的装配位点；更有甚者，某些TE可催化两条肽链的选择性环二聚化，从而构筑出结构更为复杂的假二聚体大环。这些发现极大地拓展了人们对NRPS装配线可塑性与催化边界的认知边界，也为后续天然产物的工程化改造提供了新思路。尤为值得关注的是，Dong-chan Oh教授团队基于异构酶系统发育关系，创新性地提出了M-Z-E三型分类框架，首次实现了基因序列与化学结构的直接关联。该策略的核心在于：通过解析生物合成基因簇中关键异构酶的序列特征，即可精准预测肉桂酰基邻位侧链类型及双键构型，从而将传统的“随机分离”式发现，升级为以生物合成标志酶为导航的“定向挖掘”式基因组扫描。依托这一策略，研究人员已成功锁定kitacinnamycins、grisgenomycins、luxocinnamycins等多个全新CCNPs家族成员；其中，kitacinnamycin H已被证实为一种新型STING免疫通路激活剂，在肿瘤免疫治疗领域展现出良好应用前景。图3 基于异构酶序列特征的肉桂酰侧链类型与 CCNPs 分类在结构拓展层面，该综述充分展示了组合生物合成策略在CCNPs理性改造中的非凡潜力。研究人员通过在不同CCNPs生物合成基因簇间，对肉桂酰基合成模块与肽链装配模块进行跨簇“混编”，成功获得了非天然类似物atratumycin B。尤为亮眼的是，该化合物的抗结核活性较其母体atratumycin提升了约6倍，验证了模块化重组的可行性。这一案例有力证明，CCNPs中高度保守的生物合成模块，恰如一套可自由组合的“生物合成零件”，为未来定向设计结构新颖、活性显著优化的非天然类似物开辟了可行路径。在系统梳理成果的同时，该综述也指出了CCNPs迈向深度开发的三大瓶颈：目前，多数CCNPs的生物活性仍停留于初步筛选阶段，明确的分子靶点与作用机制尚待揭示；系统性的构-效关系数据仍显匮乏；更为棘手的是，其生物合成基因簇普遍超过50 kb，给基因簇捕获、重构及异源表达带来了较高的技术壁垒。但挑战亦意味着机遇— 随着人工智能辅助的NRPS腺苷化结构域底物特异性预测、合成生物信息学天然产物（syn-BNP）策略的兴起、稀有放线菌基因组挖掘的深入以及高效底盘菌株设计的突破，这些新技术有望加速新型CCNPs的发现进程，推动其规模化生产、成药性优化与系统活性评价迈上新台阶。中国科学院南海海洋研究所为本文第一完成单位。中国科学院南海海洋研究所2023届硕士毕业生王裕阳和2025届博士毕业生李艳青为本文并列第一作者，中国科学院南海海洋研究所马俊英研究员和山东大学的鞠建华教授、尚卓教授为共同通讯作者。中国科学院南海海洋研究所陈盈盈副研究员在本文写作和修改过程中提出了大量宝贵意见。该论文得到了国家自然科学基金委NSFC-山东联合基金重点项目、重点项目和青B项目，广东省重大人才工程项目和国家重点研发计划和广东省基础与应用基础研究等项目支持。文章信息：Yuyang Wang#, Yanqing Li#, Yingying Chen, Jianhua Ju*, Zhuo Shang*, Junying Ma*; Cinnamoyl-containing non-ribosomal peptides: discovery, bioactivity and biosynthesis. Nat. Prod. Rep. 2026论文链接：https://doi.org/10.1039/d5np00084j

2026-07-13