科研进展--中国科学院广州分院

灌丛在西南喀斯特地区分布广泛，是植被恢复的重要阶段。喀斯特裸岩率高、土层浅薄且不连续导致该区生境异质性高，特殊的生境及养分环境决定关键功能微生物如丛枝菌根真菌（AMF）、固氮菌、细菌和真菌及功能菌群内部间的相互作用驱动的养分循环有别于非喀斯特区域。然而，喀斯特不同小生境、坡位和土壤深度如何影响“功能微生物-植被恢复-养分累积”之间的互馈机制仍不清楚，严重限制灌丛生态系统的演替。灌丛在西南喀斯特地区分布广泛，是植被恢复的重要阶段。喀斯特裸岩率高、土层浅薄且不连续导致该区生境异质性高，特殊的生境及养分环境决定关键功能微生物如丛枝菌根真菌（AMF）、固氮菌、细菌和真菌及功能菌群内部间的相互作用驱动的养分循环有别于非喀斯特区域。然而，喀斯特不同小生境、坡位和土壤深度如何影响“功能微生物-植被恢复-养分累积”之间的互馈机制仍不清楚，严重限制灌丛生态系统的演替。基于此，中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究员团队依托环江喀斯特生态系统观测研究站，以喀斯特灌丛生态系统不同小生境类型（岩土面、土面、石沟）、坡位（上、中、下）和土层深度（0-20 cm、20-40 cm、岩土混合层）为研究对象，在调查地上灌丛植被的基础上，系统研究不同生境对灌丛群落关键功能微生物与养分周转的协同演变机制。研究结果发现：（1）岩土界面增强AMF群落间协作以及增加灌丛群落多样性。尽管土壤有机碳、全氮、速效磷、交换性钙镁在石沟生境比土面和岩土面生境高20-70%。然而，岩土面由于生境异质性较高导致灌丛多样性和AMF丰度均高于土面和石沟，进而加强岩土面AMF类群间的协作关系（图1）（2）坡位显著影响微生物间的相互作用。中下坡位相比上坡显著提高的土壤养分含量和灌丛群落多样性，通过加强下坡位菌根侵染强度、AMF群落间协作关系及细菌、真菌和原生生物间的相互作用有助于植被群落养分的吸收传递，导致下坡位呈现更高的生态系统多功能性（图2）。（3）土壤深度显著影响微生物群落。尽管表层土壤中固氮菌丰度较高，但由于岩土混合层土壤pH的增加以及增强固氮菌与AMF类群之间的互惠协作导致固氮速率比0-20 cm高30%（图3）。此外，表层土壤由于丰富的植物根系生物量和碳源增强真菌和原生生物群落间的相互作用。然而，随着深度的增加，养分的减少加强了细菌和原生生物类群之间的捕食关系及细菌内部群落间的竞争。因此，本研究凸显在喀斯特灌丛群落植被恢复过程中关键功能微生物的相互作用对土壤养分周转的重要性，同时强调需要考虑生境异质性和岩土结构对功能微生物-植被恢复-养分累积的调控作用。上述系列研究成果分别发表在农林领域TOP期刊Catena、Plant and Soil、Forest Ecology and Management、Geoderma和Journal of Environmental Management上，研究得到国家自然科学基金联合项目、湖南省自然科学优秀青年基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。论文链接：1 2 3 4 5图1 丛枝菌根真菌和灌丛群落对不同小生境的响应图2 不同坡位微生物介导的生态系统多功能性图3 不同土壤深度丛枝菌根真菌和固氮菌调控的自生固氮速率翻译搜索复制

2024-03-06

华南植物园揭示大豆Dt1介导蔗糖转运调控种子粒重的新机制

大豆是一种光周期敏感的短日照作物，其生育期和产量受光周期变化的影响非常大。种子粒重是决定大豆产量的关键性状之一，然而，控制大豆种子粒重的关键基因及其光周期效应的机制尚不清楚。华南植物园农生中心侯兴亮课题组研究利用大豆重组自交系群体，通过图位克隆的方法鉴定到一个控制种子粒重的关键基因Dt1 。华南植物园李晓明副研究员、陈中惠博士、广州大学李海洋博士和岳琳博士为该论文的共同第一作者，华南植物园侯兴亮研究员和广州大学孔凡江教授为共同通讯作者。图. Dt1调控光周期依赖的大豆种子重量\大小的模型。大豆是一种光周期敏感的短日照作物，其生育期和产量受光周期变化的影响非常大。种子粒重是决定大豆产量的关键性状之一，然而，控制大豆种子粒重的关键基因及其光周期效应的机制尚不清楚。华南植物园农生中心侯兴亮课题组研究利用大豆重组自交系群体，通过图位克隆的方法鉴定到一个控制种子粒重的关键基因Dt1。进一步研究发现，长日照条件下，Dt1在种子发育过程高表达，其蛋白与蔗糖转运蛋白GmSWEET10a相互作用，负向调节蔗糖从种皮向胚的输入，从而调节种子发育。然而，短日照光周期条件下，Dt1的转录水平非常低，不参与种子发育调控。此外，研究还发现了Dt1 的一种新自然等位基因（H4单倍型），该单倍型可以解耦其对种子大小和生长习性的多效性作用，即在种子发育调控中保持功能，但不影响大豆的茎生长习性。研究结果为揭示不同纬度大豆种子发育对光周期的响应提供了新的见解，也为通过控制种子粒重和生长习性来提高大豆产量提供了新的基因资源。相关研究进一步揭示了光周期通过Dt1介导蔗糖转运调控大豆种子发育的重要功能，研究结果已在线发表在Molecular Plant（《分子植物》）上。华南植物园李晓明副研究员、陈中惠博士、广州大学李海洋博士和岳琳博士为该论文的共同第一作者，华南植物园侯兴亮研究员和广州大学孔凡江教授为共同通讯作者。杨子银研究员课题组和华南农业大学的林飞博士提供了实验技术支持。侯兴亮课题组近年来在大豆光周期调控低纬度适应性及种子发育的研究中取得了一系列进展（Lu et al., Nature Genetics, 2017；Yu et al., Nature Plants, 2023）。该研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划和中科院先导专项的资助。论文链接： https://doi.org/10.1016/j.molp.2024.02.007图. Dt1调控光周期依赖的大豆种子重量\大小的模型翻译搜索复制

2024-03-05

广州健康院揭示乙酰转移酶HBO1调控中内胚层分化新机制

近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦课题组在Nucleic Acids Research期刊发表了题为“HBO1 determines SMAD action in pluripotency and mesendoderm specification”的文章。该研究揭示了乙酰转移酶HBO1在人胚胎干细胞多能性维持及中内胚层谱系特化中的作用及分子机制。近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦课题组在Nucleic Acids Research期刊发表了题为“HBO1 determines SMAD action in pluripotency and mesendoderm specification”的文章。该研究揭示了乙酰转移酶HBO1在人胚胎干细胞多能性维持及中内胚层谱系特化中的作用及分子机制。HBO1属于MYST乙酰转移酶家族，通过介导组蛋白乙酰化修饰，在胚胎发育、细胞命运及肿瘤发生中发挥关键作用。前期研究发现MYST-HBO1乙酰转移酶复合物的骨架蛋白BRPF1在人胚胎干细胞多能性的维持过程中发挥重要作用（Zhang C., et al., iScience, 2023）。但是该复合物中具有乙酰转移酶活性的亚基-HBO1在人胚胎干细胞命运决定中的作用尚不清楚。该研究发现缺失乙酰转移酶HBO1的人胚胎干细胞丧失多能性，并自发分化为神经外胚层细胞。通过高浓度的BMP4诱导早期原肠胚形成和畸胎瘤实验发现缺失HBO1的人胚胎干细胞其中、内胚层分化能力存在缺陷，表明HBO1对于中、内胚层的形成很重要。HBO1含有多个结构域，为了验证这些结构域的功能，研究者设计多种HBO1截短突变体进行回补实验，发现HBO1的乙酰转移酶活性对于多能性的维持是必须的。为了研究HBO1主要调控何种乙酰化修饰，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干细胞中进行了免疫印迹和CUT&Tag-seq实验，发现乙酰转移酶HBO1介导H3K14ac共同定位在多能性相关基因的启动子上。通过之前的CUT&Tag-seq实验，研究者发现发现HBO1富集的motif中包含SMAD motif，通过Co-IP实验也验证HBO1和SMAD4存在相互作用。SMAD4是TGF 信号传导入核的关键蛋白，TGF 信号通路在干细胞多能性维持和早期胚胎谱系分化过程中发挥重要作用，然而TGF 信号通路是如何介导靶基因表达的还有待研究。该研究发现，在TGF 存在的情况下，乙酰转移酶HBO1的缺失导致TGF 信号通路下游靶基因的表达显著性降低。表明HBO1对于TGF 信号通路下游靶基因的表达是必需的。为了研究HBO1与SMAD4相互依赖性，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干细胞中进行了CUT&Tag-seq实验，发现HBO1的缺失，不影响SMAD4与染色质的结合。但是通过TGF 信号通路抑制剂（SB431542/Dorsomorphin, 2I）处理一天，导致HBO1与染色质的结合明显减少。表明SMAD4对于HBO1与染色质的结合至关重要。为了进一步明确HBO1在胚层分化中的作用机制，研究者通过定向诱导人胚胎干细胞分化为神经干细胞（外胚层）和原条（中胚层）细胞，结合CUT&Tag-seq实验，发现在神经干细胞中SMAD4和HBO1与染色质的结合基本上检测不到，在中胚层细胞中SMAD4与HBO1高度富集在与中胚层谱系发育相关基因的启动子区。表明在多能性退出过程中SMAD4-HBO1共同定位在中胚层谱系相关基因上。综上，该研究揭示了乙酰转移酶HBO1在人胚胎干细胞命运决定中的作用及机制，拓展并丰富染色质重塑因子调控细胞命运转变的生物学功能，为优化高效获得神经谱系细胞的技术体系提供了新的思路。中国科学院广州生物医药与健康研究院博士后张聪为该论文的第一作者，中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦研究员为该论文的通讯作者。该研究成果得到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、广州市重点研发计划等项目的资助。论文链接乙酰转移酶HBO1通过SMAD4决定多能性和中内胚层谱系分化示意图

2024-03-05

广州地化所：河口系统中早期成岩作用对陆地向海洋输入Mo同位素组成的降低影响

精确限定陆地向海洋输入Mo同位素组成对于利用Mo同位素准确重建地质历史时期全球海洋的氧化和缺氧事件至关重要。作为陆地与海洋物质及能量交换的关键节点，河口系统可能会显著影响河流输入海洋的Mo同位素组成。因此，揭示河口系统中Mo同位素分馏的机制，并量化其对河流Mo同位素组成的影响程度，是精确确定河流向海洋输入Mo同位素组成的核心任务。然而，目前对于河口系统中Mo同位素分馏的程度和机制尚不完全明确，特别是缺乏对沉积物早期成岩孔隙水释放对Mo同位素影响的直接评估。　　针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学学科组王志兵副研究员、韦刚健研究员等联合南京大学洪清泉博士，选择中国第二大河流河口—珠江口为研究对象，系统地开展了河口系统溶解态和颗粒物 98Mo的季节性与空间分布变化的调查研究。研究结果显示，不论是冬季还是夏季，珠江口水体 98Mo的值都明显偏离了河水与海水理论混合线的预期（图1）。通过估算表层沉积物孔隙水释放Mo通量和分析其同位素组成，该研究提出早期成岩过程中孔隙水的释放是导致珠江口水体 98Mo值低于预期的主要原因（图2）。鉴于全球河口以及沿海地区普遍存在着低氧或缺氧沉积环境，这种成岩过程的释放可能对全球河流输入海洋的Mo同位素产生显著的降低效应。同时，随着盐度的增加，珠江口颗粒物 98Mo值显示出上升趋势（从0.02‰增至1.62‰），这表明陆源输入到海洋颗粒物 98Mo值超过了上地壳（UCC）的平均值。这一趋势主要受到铁（氢）氧化物吸附和解吸作用的影响（图3）。这项研究为理解河口系统中Mo同位素的分馏机制提供了新的见解，并对深入探究地球表生过程中Mo同位素循环及精确确定河流向海洋输入的Mo同位素组成具有重要意义。　　该研究成果近期发表于国际知名地学刊物《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》。该项研究获得了国家重点研发计划，国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金重大项目、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项等项目支持。　　论文信息： Zhibing Wang*(王志兵), Feng Ye(叶丰), Jie Li(李杰), Jinlong Ma(马金龙), Yiwei Chen(陈怡伟), Xi Liu(刘熙), Chao Huang(黄超), Ti Zeng(曾提), Gangjian Wei(韦刚健), Qingquan Hong(洪清泉). Diagenesis decreasing the Mo isotopic composition in estuarine systems: Implications for constraining its riverine input to ocean. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2024, 25, e2023GC011251. https://doi.org/10.1029/2023GC011251 　　论文链接图1（a）珠江口水体Mo浓度与盐度相关性图，（b）珠江口水体1/Mo比值与 98Mo值的关系图。理论混合线由珠江河流水体（含西江、北江、东江）和中国南海海水端元确定。图2珠江口水体线性图（a）(Mo/S)–(Mn/S); （b）？ 98Mo Mea-Mix–(Mn/S); （c）？ 98Mo Mea-Mix–(Mo/S)。图3珠江口颗粒物相关性图：（a）夏季 Mo/Al与Fe/Al比值; （b）夏季 98Mo值与Fe/Al比值；（c）冬季和夏季 98Mo值与 13C POC值；（d）冬季Fe Fe-Ox/Fe Bulk和Mo Fe-OX/Mo Bulk比值与盐度; （e）冬季Fe Fe- Ox/Fe Bulk和Mo Fe-OX与 98Mo值; （f）冬季 Fe Fe-Ox/Fe Bulk与Mo Fe-OX/Mo Bulk的对比。Fe Fe- Ox/Fe Bulk和Mo Fe-OX/Mo Bulk比值分别表示Fe氧化物相中的Mo的Fe和Mo与全岩中的比值。翻译搜索复制

2024-03-01

广州地化所：交代地幔的锆同位素组成

　　在地球的形成与演化过程中，地幔的化学组成随着相应的地质事件和地质过程发生改变。这意味着地幔及其派生熔体的地球化学成分记录了大量的地球演化信息，是地质学家了解地球的形成与演化的重要手段。其中，地幔交代作用对地幔的矿物组成以及地球化学成分的改造均有重大影响。因此，限定地球化学指标在地幔交代过程中的行为及交代地幔的地球化学组成，是利用该指标的基本前提条件。　　高场强元素是一类难融、化学性质稳定，且不易受低温蚀变和风化过程改造的元素（如Nb，Ta，Zr，Hf，Ti）。这些特性使得行为相似的高场强元素比值（Zr/Hf和Nb/Ta比值）及其同位素（如Hf-Ti同位素）被广泛应用于示踪高温岩浆过程。近年来，得益于分析方法的改善，Zr同位素也开始被应用于研究地球高温岩浆过程。然而，目前对Zr同位素的研究主要集中于壳内岩浆演化过程，地幔交代过程中Zr同位素如何变化，以及交代地幔的Zr同位素组成仍然不清楚。　　来自地幔的熔体能够获取不同时空背景的地幔源区信息，是了解深部地幔物质组成和过程的主要窗口。由于Zr是强不相容元素（K d<1），因此交代地幔部分熔融产生的玄武岩能够高效抽取源区的Zr储库。为此，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室地幔地球化学学科组邹宗琪博士、徐义刚院士联合中国地质大学（武汉）汪在聪教授对来自受不同介质（碳酸盐熔体、硅酸盐熔体和流体/含水熔体）交代的地幔源区的玄武岩进行Zr同位素分析。主要取得以下认识：　　（1）俯冲地壳物质的输入对地幔Zr同位素组成的影响有限。　　（2）虽然来自不同构造背景的循环交代介质具有显著不同的物质组成（如Zr/Hf比值），但是受这些不同介质交代的地幔源区熔融产生的玄武岩具有一致的Zr同位素组成。这说明交代过程及后续的熔融过程对熔体的Zr同位素组成的影响有限。这些熔体的Zr同位素代表地幔熔融源区的平均Zr同位素组成。　　（3）来自不同交代地幔的玄武岩和其他地幔储库的Zr同位素组成在分析误差范围内一致。这说明在长期的演化过程中，虽然地幔受到了复杂的壳幔相互作用的影响，但是地幔的Zr同位素组成保持不变。　　（4）基于已经报道的幔源岩浆的Zr同位素数据，我们估算交代地幔的Zr同位素组成为 94Zr NIST = 0.013 0.053‰(2 SD, n = 96)。该值也代表硅酸盐地球和地球的Zr同位素组成。　　该研究已发表在国际地球科学领域著名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上，本研究受自然科学基金基础科学中心项目(42288201)、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项以及国家自然科学基金青年基金项目等基金的联合资助。　　论文信息：Zou, Zongqi* (邹宗琪), Xu, Yi-Gang* (徐义刚), Wang, Zaicong (汪在聪), Hu, Chuyu (胡楚玉), Feng, Lanping (冯兰平), Guo, Jing‐Liang (郭京梁), Zhang, Wen (张文), Ma, Liang (马亮), Hu, Zhaochu (胡兆初), Liu, Yongsheng (刘勇胜) (2024). Stable zirconium isotopic compositions of the metasomatized mantle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2023JB028137. https://doi.org/10.1029/2023JB028137 论文链接图1，研究样品为来自中国东部的中生代玄武岩和中国东部新生代碱性和拉斑玄武岩。中生代玄武岩来自受富含流体的大陆地壳物质交代的地幔源区。而新生代拉斑玄武岩和碱性玄武岩则分别来自受硅酸盐熔体交代形成的辉石岩源区和碳酸盐化榴辉岩源区。图2，交代过程和部分熔融过程可以造成玄武岩样品的高场强元素之间发生显著分异。如具有类似离子半径、相同价态以及不相容性的元素对Nb/Ta和Zr/Hf。然而，不同玄武岩样品的Zr同位素组成极其均一，且与高程度部分熔融成因的科马提岩的Zr同位素组成一致。图3，Ba/Th和Nd同位素的巨大变化表了玄武岩源区的地球化学组分受到了不同程度的地壳循环物质的改造。Zr/Hf和La/Sm比值的变化也进一步表了源区岩性和部分熔融过程多熔体地球化学组分的影响。虽然大陆上地壳具有相对偏重的Zr同位素组成，且熔融过程可以造成地球化学性质的Zr-Hf分异，但是这两种机制均未对熔体的Zr同位素组成造成显著变化。图4，地幔的不同储库均具有一致的Zr同位素组成。翻译搜索复制

2024-02-27

广州地化所：俯冲洋壳中亲铜元素的深部循环

地球圈层相互作用不仅为生命活动提供了适宜的大气环境和营养物质，同时也为人类社会文明的繁荣发展提供了大量的Au、Cu和Ag等贵金属资源。通过板块构造运动，大量的碳和硫等挥发分可以通过蚀变洋壳再循环到深部地幔，引起深部地幔的氧逸度和熔融行为的显著改变，进而影响硫化物的稳定性。而硫化物作为地幔中亲铜元素的主要载体，其稳定性是影响亲铜元素迁移进入熔体的关键因素之一。因此，了解富含挥发分的循环洋壳中硫化物的稳定性，以及循环洋壳熔/流体如何影响地幔Cu-Ag-Au-PGEs 等亲铜元素的释放、迁移和富集过程至关重要。　　富含碳挥发分的汉诺坝碱性玄武显示出强烈的再循环蚀变洋壳印记（图1），且携带大量的地幔包体快速喷发至地表，表明未经历显著的分离结晶，是研究上述问题的理想样品。由于玄武岩的硫元素经历了脱气过程，很难直接通过硫元素约束源区亲铜元素的释放效率。而亲铜金属元素及其比值受控于硫化物，具有反演源区硫化物类型以及判别源区硫化物是否稳定存在的潜力。为此，中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室地幔地球化学学科组邹宗琪博士、徐义刚院士联合中国地质大学（武汉）汪在聪教授对汉诺坝碱性玄武岩进行亲铜元素分析，主要取得以下认识：　　（1）碳酸盐化榴辉岩的初始熔体具有亏损Cu-Ag-Au-Re-PGEs的特征（图2）。同时，该熔体的Cu和Ag显著分异，具有低Cu/Ag的特征（<1000），与MORB具有明显的区别（3600）。这些特征表明源区的结晶态硫化物（MSS）稳定存在（图2-3）。因此，俯冲板片中亲铜金属元素的释放受控于结晶态硫化物和熔体/流体之间的分配。　　（2）由于源区大量硫化物的稳定存在，大部分强亲铜性金属元素（如Cu，Ag，Au，PGE等）储存在硫化物中，并随着洋壳高效地循环至深部地幔。循环洋壳低程度熔融形成硫化物饱和的初始岩浆。该熔体可以富集碳和硫等挥发分（取决于溶解度），但是贫强亲铜性金属元素（图4-5）。虽然在熔体迁移过程中榴辉岩熔体由于减压等因素导致不饱和，从而与橄榄岩反应可以消耗小部分围岩的硫化物，但是反应熔体仍然具有相对MORBs和原始地幔亏损的强亲铜元素特征（图2，5）。这些结果说明强亲铜元素从俯冲板片中释放和迁移的效率低。　　（3）来自俯冲板片的熔/流体在迁移过程中会与上覆地幔反应，形成交代富集地幔。该富集地幔或者来自该源区的富金属岩浆通常被认为是形成大型Au，Cu，Ag，Mo等矿床的关键。由来自俯冲板片的交代介质的亲铜元素组成特征可知，该交代作用可以使交代地幔显著富集挥发分但不一定富集强亲铜金属元素（图5）。即便该交代过程可以导致交代地幔的氧逸度升高，交代地幔中的硫元素仍然可以以硫化物的形式存在。由于交代地幔中硫化物的增加（亲铜元素分配系数增加），强亲铜金属元素不显著增加，因此需要一些能导致硫化物消耗的过程（如高程度部分熔融或者高的氧逸度）或者促进金属元素与熔/流体中挥发分络合的条件来高效提取交代地幔的强亲铜金属元素，进而促进金属元素富集成矿（图4）。　　该研究已发表在国际地球科学领域著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上，本研究受自然科学基金基础科学中心项目(42288201)、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项以及国家自然科学基金青年基金项目等基金的联合资助。　　论文信息：Zou, Zongqi (邹宗琪), Wang, Zaicong (汪在聪)*, Xu, Yi-Gang (徐义刚), Foley, Stephen, Cheng, Huai (程怀), Ma, Liang (马亮), Wang, Xiang (汪翔), Chen, Kang (陈康), Hu, Zhaochu (胡兆初), Liu, Yongsheng (刘勇胜), Liu, Yanhong (刘艳红), (2024) Deep mantle cycle of chalcophile metals and sulfur in subducted oceanic crust. Geochim. Cosmochim. Acta. https://doi.org/10.1016/j.gca.2024.02.007. 论文链接图1，研究样品为汉诺坝碱性玄武岩。低MgO，低CaO/Al2O3和高Dy/Yb特征的样品来自碳酸盐化榴辉岩部分熔融，该熔体与岩石圈相互作用，使其成分被进一步改造。图2，汉诺坝碱性玄武岩整体上具有相较MORBs和原始地幔低的强亲铜元素含量。汉诺坝碱性玄武岩具有平坦的PGEs配分模式，无法用硫化物（富集强亲铜元素）分离结晶解释。同时，Cu/Ag和Cu/Pd比值偏离经历了液态硫化物分离结晶的MORB演化趋势。Cu和Ag在液态硫化物分离结晶过程中分配行为相似，因此，液态硫化物分离结晶不会导致Cu和Ag的分异。相反，Cu在结晶态硫化物(MSS)和硅酸盐熔体之间的分配系数大于Ag。因此，MSS的存在会显著分异Cu和Ag。Cu/Ag和 Nd之间的线性关系也进一步支持了金属元素成分的变化是两个不同端元相互作用导致的。极低PGEs含量的初始熔体消耗围岩硫化物导致了汉诺坝碱性玄武岩平坦的PGEs配分模式。图3，汉诺坝碱性玄武岩迁移过程中的温度和压力条件位于硫化物熔点上方，表明在迁移过程中未经历MSS的分离结晶。这说明低的Cu/Ag继承自源区或者源区部分熔融过程。榴辉岩源区具有和地幔值一致的Cu/Ag比值，且源区硫化物分解不会分异Cu和Ag（元素完全释放进入熔体）。而源区在MSS稳定存在的情况下，部分熔融会生成低Cu/Ag比值的熔体。这说明源区的硫化物稳定存在（MSS）。图4 由于源区大量硫化物的稳定存在，因此强亲铜性金属元素赋存在板片的硫化物中。从而导致来自俯冲板片的交代介质可以富集挥发分但是贫强亲铜性金属元素。(a)受交代的橄榄岩可以富集S，但是其强亲铜性金属元素不会显著富集。(b) 这也与交代橄榄岩中硫化物的强亲铜性金属元素含量显著低于地幔橄榄岩硫化物包裹体中强亲铜性金属元素的含量相一致。(c-d) 由于富硫交代介质的加入导致交代地幔硫化物的增加，进而导致分配系数增加。因此，相同熔融条件下，强亲铜性金属元素的释放效率降低。图5 俯冲洋壳中亲铜元素的深部循环模式图。翻译搜索复制

2024-02-27

陆海统筹背景下珠江口新污染物生态风险防控研究的新进展

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重点实验室徐向荣团队在基于陆海统筹思路下珠江口有机磷阻燃剂生态风险防控方面取得了最新研究进展。相关成果以“Organophosphate flame retardants and their metabolites in the Pearl River Estuary: Occurrence, influencing factors, and ecological risk control strategies based on a mass balance model”为题发表于Environment International（2024, 184: 108478）。博士生黄倩怡为论文第一作者，副研究员侯瑞和研究员徐向荣为通讯作者。以有机磷阻燃剂（OPFRs）为代表的塑料添加剂是一类备受关注的新污染物，成为近海生态环境领域的研究热点之一。随着这类陆源污染物进入河口等近海环境，它们会在径流、潮汐等水动力过程的作用下进行迁移，随吸附、沉积、悬浮等过程进行再分配，在光降解和生物降解等作用下发生转化，并在不同生物之间富集甚至进行食物链传递，从而对整个近海生态系统构成污染胁迫效应。然而，目前对河口等近海环境中OPFRs等新污染物的研究大多都仅限于环境赋存、时空分布和来源识别等，对其在近海生态系统中的源汇格局及生态风险防控仍存在认知瓶颈。本研究通过季节性监测，揭示了OPFRs及其代谢产物在珠江口水体和沉积物中的时空分布及影响因素。OPFRs及其代谢产物在珠江口水体中表现出明显的陆海转移特征，并呈现显著的季节差异；而在沉积物中并没有表现出显著的季节差异，这表明在沉积物中OPFRs可能处于输入与输出平衡状态（图1-a）。进一步计算了OPFRs的水平和垂直迁移通量及水体和沉积物的库存，发现OPFRs在珠江口主要以水平迁移为主，库存评估表明水体和沉积物都是重要储存库（图1-b）。基于改进的质量平衡模型，首次系统地阐明了河口环境中OPFRs的季节性源汇格局，发现河流输入是OPFRs进入珠江口的主要途径，在平水期、枯水期和丰水期的通量分别是1.55 105，6.28 104和 9.00 104 kg/yr，而珠江口中大量的OPFRs（约占输入量的80.9-87.1%）最终会迁移到外海。珠江口对OPFRs在陆海转移过程中的生态屏障作用有限，更倾向于作为外海OPFRs的源（图1-c）。图1 （a）珠江口OPFRs在水体的季节性分布特征；（b）珠江口OPFRs在平水期和枯水期的水平和垂直通量以及水体和沉积物中的库存量；（c）珠江口OPFRs在各季节的源汇格局通过基于海洋生态系统的风险评估，发现其中一种OPFRs（EHDPHP）在水体中表现出中等生态风险（RQ均值：0.835），而其他目标化合物的海洋生态风险相对较低（RQ < 0.1）。结合已构建的质量平衡模型，运用可控因子的多情景数值模拟发现，通过限制EHDPHP在珠江口口门断面浓度可以有效降低其在珠江口的生态风险。基于珠江口区域内EHDPHP的PNEC值，我们提出平水期、枯水期和丰水期珠江口门EHDPHP污染的理论控制目标。本研究为陆海统筹的新污染物风险管控提供了思路参考，但由于数据有限，本研究在风险评估模型和环境模型方面仍具有一定的不确定性。在今后的研究中仍然需要对所提出的调控目标做进一步论证，在获得更多的毒性数据和野外调查数据的前提下进一步优化研究结果，以期服务于海洋和流域环境管理。图2 珠江口有机磷阻燃剂的生态风险控制策略该研究得到了国家自然科学基金项目、广州市科技计划项目、广东省应用海洋生物学重点实验室运行经费的共同资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108478翻译搜索复制

2024-02-26

研究团队揭示了两类大西洋尼诺对欧洲气候的不同影响

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）/全球海洋和气候研究中心（GOCRC）研究员王春在团队与研究员张磊团队探究了大西洋中部型尼诺（CAN）与东部型尼诺（EAN）对欧洲气候影响的差异及机理。研究成果以博士研究生陈柏洋为第一作者、研究员张磊和研究员王春在为共同通讯作者发表在国际著名期刊《Geophysical Research Letters》上（中科院一区，IF=5.2）。大西洋尼诺是热带大西洋气候系统年际变化的主要模态之一，通过局地海洋-大气相互作用和大气遥相关对全球气候条件产生重要影响。最近，该团队在《Science Advances》上发表了一篇文章，根据海温异常的最大位置确定了CAN和EAN两种类型的大西洋尼诺，并揭示了它们对随对ENSO发展的不同影响。然而，两种类型的大西洋尼诺是否可以激发不同的大气遥相关波列，从而对欧洲等地区的气候产生不同影响，仍然是一个待解决的问题。为解决上述问题，本研究利用了观测海温数据、再分析资料和数值模式试验，探讨了CAN和EAN通过大气桥对欧洲气候的影响。研究结果显示，两种大西洋尼诺对欧洲的降水和温度产生显著差异（见图1）。具体来说，CAN倾向于在西欧（东欧）引发正（负）降水异常和负（正）温度异常，而EAN引发的异常变化则较弱且位置更偏东。这些差异主要源于两种大西洋尼诺在热带大西洋的海温和降水存在显著不同。CAN主要表现为赤道大西洋中-西部区域出现显著的海温和降水异常，而EAN与赤道大西洋东部的变化有关。因此，与EAN相比，CAN引发的罗斯贝波源更强，向西延伸更远，导致其产生的大气罗斯贝波列更强，且位置更偏西。这些差异导致两种大西洋尼诺对欧洲的大气环流场影响不同，从而在欧洲的降水和温度上产生显著差异。该研究揭示了两种大西洋尼诺的气候效应存在显著差异，为提高季节性气候预测能力、完善气候动力学理论框架以及更好地理解热带和热带外地区之间联系提供了理论依据。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大项目、中国科学院战略先导科技专项项目等的资助。相关论文信息：Chen, B., L. Zhang, and C. Wang, 2024: Distinct impacts of the central and eastern Atlantic Ni？o on the European climate. Geophys. Res. Lett., 51, e2023GL107012.文章链接：https://doi.org/10.1029/2023GL107012图1. 中部型大西洋尼诺（上图）和东部型大西洋尼诺（下图）对欧洲气候影响的示意图翻译搜索复制

2024-02-26

稻田和旱地土壤“新碳”微生物利用与残留物形成机制取得进展

通常，旱地土壤有机碳微生物转化过程中分解代谢强于稻田。然而，稻田和旱地土壤微生物合成代谢和残留物形成强度尚不清楚。考虑到农田土壤微生物残体碳对有机碳积累的重要贡献，解析“新输入有机碳”的微生物合成代谢过程对理解两类农田土壤碳积累机制至关重要。通常，旱地土壤有机碳微生物转化过程中分解代谢强于稻田。然而，稻田和旱地土壤微生物合成代谢和残留物形成强度尚不清楚。考虑到农田土壤微生物残体碳对有机碳积累的重要贡献，解析“新输入有机碳”的微生物合成代谢过程对理解两类农田土壤碳积累机制至关重要。中国科学院亚热带农业生态研究所流域农业环境研究中心吴金水研究员团队成员基于我国东部四个典型水稻分布区（中温带-黑土、暖温带-潮土、亚热带-红壤和热带-砖红壤）采集的240对稻田和旱地表层土壤，每个气候区随机选择10对配对土壤样品加入13C标记的根系分泌物，室内标准条件下培养50天，于3天、10天和50天测定13C标记的微生物活体和残体碳含量。结果表明：对于旱地土壤，暖温带13C标记的微生物活体碳含量最高，但其13C标记的微生物残体碳含量最低，是由于该区域高pH土壤环境抑制了真菌合成代谢和残体积累过程；对于稻田土壤，温暖气候区（亚热带和热带）土壤13C标记的微生物活体碳含量比寒冷气候区（中温带和暖温带）低，但13C标记的微生物残体碳含量呈相反趋势，归因于温暖地区土壤微生物量周转更快；四个气候区平均来看，旱地土壤13C标记微生物活体碳含量是稻田的1.4倍至2.6倍，进而引起旱地13C标记微生物残体碳含量是稻田的1.8倍至3.9倍，这是由于旱地好氧环境增强了真菌合成代谢。研究结果强调了旱地土壤强烈的微生物合成代谢和分解代谢导致其土壤有机碳积累弱于稻田，但其留存碳的稳定性高。因此，高稳定性有机物料（腐熟有机肥）投入、强化微生物合成代谢且降低分解代谢的管理策略可有效提高旱地土壤有机碳固持能力。该项研究近期以题为Contrasting processes of microbial anabolism and necromass formation between upland and paddy soils across regional scales发表在土壤学期刊Catena上。该研究得到了国家自然科学基金等项目的共同资助。论文链接四个气候区稻田和旱地土壤13C标记微生物残体碳含量稻田和旱地微生物合成代谢及残留物形成机理示意图翻译搜索复制

2024-02-27

华南植物园发现热带山地雨林土壤微生物残体碳空间变异与跨尺度关联

微生物残体是土壤有机碳的重要来源，在调控土壤有机碳库的结构和稳定性方面发挥着重要作用。植物、土壤和微生物碳库的空间分布和互作是当前碳循环研究面临的巨大挑战。热带森林储存了全球60%以上的植被碳，约为陆地碳储量的25% ，且拥有最高的有机碳周转率。因此，阐明热带森林土壤微生物残体碳的空间分布格局及其与其它碳库的多尺度关联特征是提升森林碳循环可预测性和适应性管理的重要途径。微生物残体碳表现出更强的空间异质性和更弱的均匀性,微生物残体碳和土壤有机碳之间的跨尺度相关性要比微生物残体与植物生物量之间更强更稳定。PB ，植物生物量。微生物残体是土壤有机碳的重要来源，在调控土壤有机碳库的结构和稳定性方面发挥着重要作用。植物、土壤和微生物碳库的空间分布和互作是当前碳循环研究面临的巨大挑战。热带森林储存了全球60%以上的植被碳，约为陆地碳储量的25%，且拥有最高的有机碳周转率。因此，阐明热带森林土壤微生物残体碳的空间分布格局及其与其它碳库的多尺度关联特征是提升森林碳循环可预测性和适应性管理的重要途径。中国科学院华南植物园恢复生态学任务团队基于海南尖峰岭热带山地雨林60公顷大样地，系统研究了土壤微生物残体碳的空间分布格局及其与植物和土壤有机碳库的跨尺度关联特征。研究发现：（1）土壤微生物残体碳及其在土壤有机碳中的比例表现出较大的空间变异和显著的自相关，具有显著的高-高和低-低聚类格局，土壤、地形和植物生物量是重要的驱动因子；（2）微生物残体碳、土壤有机碳和植物生物量的空间分布具有多重分形特征并遵循幂律标度；（3）微生物残体碳表现出更强的空间异质性和更弱的均匀性，微生物残体碳和土壤有机碳之间的跨尺度相关性要比微生物残体与植物生物量之间更强更稳定。该研究首次对热带山地雨林中植物、土壤、微生物碳库的关联特征进行了跨尺度分析，提升了我们对森林碳循环机理性理解，支撑了碳分布模型的发展，也为热带森林碳管理提供了新视角。相关研究成果已发表在国际学术期刊Science of The Total Environment《总体环境科学》和Journal of Environmental Management《环境管理杂志》上。华南植物园博士后丁彰琦为论文第一作者，刘占锋研究员和中国林业科学院热带林业研究所许涵研究员为论文共同通讯作者，该研究得到广东省基础与应用基础研究旗舰项目和国家自然科学基金等资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170986 https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120288图. 热带山地雨林土壤微生物残体碳空间变异及其与土壤有机碳和植物生物量的跨尺度关联。注：MNC，微生物残体碳；FNMC，真菌残体碳；BNMC，细菌残体碳；SOC，土壤有机碳；PB，植物生物量。翻译搜索复制

2024-02-26