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華南植物園揭示光敏色素phyA動態乙酰化修飾調控遠紅光信號轉導分子機制導分子機制

近日，中國科學院華南植物園劉勛成團隊在植物科學領域著名期刊Molecular Plant(《分子植物》)上發表了題為“HDT2-mediated lysine deacetylation promotes phytochrome A degradation during photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究論文。該研究闡明：擬南芥遠紅光受體——光敏色素phyA的穩定性受乙酰化修飾動態調控，賴氨酸去乙酰化酶HDT2通過介導phyA去乙酰化，促進其泛素化與蛋白降解，從而精確調控遠紅光信號轉導與幼苗光形態建成。該成果不僅深化了對光受體穩定性調控機制的理解，同時揭示了非組蛋白乙酰化修飾在光形態建成中的關鍵作用。1、研究背景光敏色素phyA是植物中唯一特異性感知遠紅光信號的受體蛋白。在暗生長幼苗中phyA大量累積，而出土照光后迅速發生降解——該過程對于幼苗光信號傳遞與光形態建成至關重要。然而，phyA穩定性如何被精確調控仍是未解之謎。賴氨酸（K）乙酰化作為進化保守的蛋白質翻譯后修飾，既往研究多聚焦于組蛋白調控領域，非組蛋白（如光受體）乙酰化修飾在光形態建成中的作用尚屬空白。2、研究內容（1）乙酰化組學揭示幼苗從黑暗到照光過程中發生全局去乙酰化事件研究團隊通過Western blot實驗發現，幼苗從黑暗轉入光照后，整體乙酰化水平顯著下降。進一步利用乙酰化組學技術系統鑒定該過程中發生修飾變化的蛋白及位點，發現光誘導了大量的蛋白和位點發生去乙酰化。phyA蛋白上存在4個保守的賴氨酸乙酰化修飾位點（K65，K296，K536和K744），其中K65和K744位點發生顯著的去乙酰化（圖1）。圖1. 乙酰化組學分析發現phyA多個賴氨酸位點發生乙酰化修飾（2）K65位點乙酰化影響phyA穩定性、遠紅光信號轉導以及幼苗光形態建成通過構建位點特異模擬乙酰化和去乙酰化的轉基因回補材料，研究人員證實僅K65位點的乙酰化狀態影響了phyA的生物學功能。進一步分析發現，該位點同時也是關鍵的泛素化修飾位點，其突變顯著降低了phyA泛素化水平與降解速率，從而影響了下游轉錄因子HY5的水平與光響應基因的表達。免疫共沉淀實驗表明，光照誘導的K65位點去乙酰化，直接促進了phyA泛素化修飾，進而被26S蛋白酶體途徑降解。以上研究首次揭示光誘導的phyA降解需經歷“去乙酰化-泛素化”級聯反應。圖2. 乙酰化修飾影響phyA的穩定性與生物學功能（3）賴氨酸去乙酰化酶HDT2介導phyA的去乙酰化通過蛋白質復合體等互作實驗發現，植物特有的賴氨酸去乙酰化酶HDT2在光照后與phyA在細胞核內特異結合。生化分析顯示，照光后HDT2催化phyA的K65位點去乙酰化，促進了其泛素化和蛋白降解。超表達HDT2促進而突變HDT2抑制phyA的蛋白降解。遺傳證據進一步表明，HDT2特異性參與了phyA介導的遠紅光信號途徑。綜上，研究團隊揭示了HDT2-phyA調控模塊的核心分子機制：在黑暗條件下，phyA以高乙酰化狀態累積；幼苗出土照光后，phyA進入細胞核被HDT2去乙酰化，進而觸發泛素化修飾與26S蛋白酶體途徑降解。該級聯反應精確調控了遠紅光信號轉導與光形態建成。值得關注是，團隊近期在Plant Communications（2025）在線發表了“乙酰化-磷酸化互作”調控向光素phot1激酶活性與植物向光性的研究成果。系列工作表明：乙酰化通過協同泛素化、磷酸化等翻譯后修飾，構成植物光信號轉導的多維調控網絡。圖3. HDT2介導phyA去乙酰化調控遠紅光信號與光形態建成3、研究團隊中國科學院華南植物園鄭楓助理研究員、碩士研究生歐文立與鄧玲為論文的共同第一作者，劉勛成研究員為通訊作者。博士研究生王雅寒與陳航聰，碩士研究生陳依婷、彭滔與楊泳儀，以及國際合作者Jaime A. Teixeira da Silva博士參與了該項研究工作。相關研究得到國家自然科學基金與中國科學院青年創新促進會優秀會員項目資助。

2025-08-18

廣州地化所劉亮等-NC: 地幔內殘余塊體對地幔上涌的透鏡式聚焦

“松遼沉積為何這么厚”、“南海洋底為何那么深”是徐義剛院士在2018-19年間給團隊成員列出的兩道、又像是同一道難題。一般認為，在巖石圈伸展結束后的熱沉降階段，裂谷盆地仍然會維持一種緩慢、平滑且相對持續的沉降過程；若沒有后續伸展、擠壓等巖石圈改造作用的疊加，盆地基底的深度會無限趨近于某一固定值。然而，在諸如松遼盆地、渤海灣盆地、中國南海等研究區，基底似乎在巖石圈應力趨于中性后又經歷了至少一期的加速沉降，致使基底深度（沉積物厚度）遠大于基于拉伸量的理論預測值。前人研究表明，在巖石圈層位的動力學演化過程（如：周緣俯沖、區域伸展、巖漿底侵、地殼流等）很難解釋此類出現在較薄陸緣巖石圈之上狹長區域內的“異常”沉降現象。圖1.?典型研究區的地幔波速結構。（a）圖d的切面位置圖。（b）圖f的切面位置圖。（c）圖g的切面位置圖。（d）東北亞地幔波速結構切面。（e）東北亞750公里深處的平均波速結構。（f）黃石-斯內克河平原下方的地幔波速結構切面。（g）中國南海下方的地幔波速結構切面。針對以上特殊地質現象，中國科學院廣州地球化學研究所徐義剛院士團隊經研究發現，在典型研究區正下方的深部地幔內，都（曾）存在有疑似的下地幔上涌（地幔柱？）與地震波高速體共存的現象（此類高波速結構可能代表了俯沖板塊或拆沉巖石圈塊體，在此統稱為“殘余塊體”）（圖1）；團隊成員進而嘗試提出了深部地幔上涌與殘余塊體相互作用導致淺表異常沉降—這一“反常規”的研究假設，并聯合中國科學院地質與地球物理研究所劉麗軍研究員團隊、巴塞羅那海洋科學研究所的Jason P. Morgan教授，基于正演數值模擬與多學科觀測聯合約束的思路開展了系列的探索性研究工作。團隊模擬結果顯示，當660公里深處相變密度跳變?≥7% 且相變克拉貝龍斜率>-2.8 MPa/K時，在上涌物質到達巖石圈底部之前，地表容易出現幾十米至八百米深不等、1000-2000公里寬的沉降區（圖2b）。但是，該沉降區卻難以長久維持，當上涌物質到達巖石圈底部后，地形會出現反轉、甚至恢復到沉降前的狀態（圖2c）。地表的沉降幅度，會因為地幔上涌途中接近正在下沉的殘余塊體而加強至公里級，但沉降中心的寬度卻會顯著縮小至200公里左右（圖2d-2f）。在這類模型中，當上涌物質到達巖石圈底部后，只會導致沉降區一側的地形發生反轉，未受到上涌托舉影響的另一側巖石圈，則可以最終保留公里級的低洼地形（圖2f）。因此，下沉殘余塊體會像“放大鏡”一樣，把深部地幔上涌（柱）對地形的影響放大并聚焦到相對有限的區域，導致狹長帶內出現可維持的地表沉降，研究團隊將該現象稱為殘余塊體對地幔上涌的透鏡式聚焦效應。圖2. 代表性數值模型結果。（a）-（c）僅地幔上涌的模型。（e）-（f）地幔上涌與沉降殘余塊體共存的模型。團隊測試過的其他動力學演化過程見文章正文。該研究還表明，在缺乏決定性地質學或地球物理學證據的研究區，下地幔低波速結構、上地幔高波速結構與淺表狹長地帶內異常沉降現象的共存，可能為指示深部地幔存在有快速的物質上涌或正在形成的地幔柱提供判別依據（圖3）。此外，該研究工作所側重的，地球內部在表生系統中作用的研究理念，在我國正逐漸得到重視。約10年前啟動的中國科學院先導專項“地球內部運行機制與地表系統演化”，與在2024年啟動的國家自然科學基金委重大研究計劃“地球宜居性的深部驅動機制”均是在這個方向的有益探索。圖3. 殘余塊體對深部地幔（柱）上涌的透鏡式聚焦效應示意圖。 ????本項工作發表于國際學術期刊Nature Communications，受到國家自然科學基金委重大研究計劃（92479001）、基礎科學中心項目（42288201）、國家重點研發計劃—常規項目（2024YFF0808200）和青年科學家項目（2024YFF0809600）的聯合資助。?論文信息：Liu,L.*（劉亮），Cao,?Z.（曹澤斌），Morgan,?J.P.，Hua,Y-Y（華遠遠），Liu,?L.J.*（劉麗軍），Yang,F. （楊帆），Long,S.M.（龍時邁），Xu,Y.G.（徐義剛），2025,Nature Communications,?16,7603.?全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62987-1

2025-08-18

亞熱帶生態所?|?喀斯特關鍵帶多界面徑流觸發機制及其高效利用潛力研究取得進展

中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站在喀斯特山坡關鍵帶多界面產流機制及淺表層水資源高效利用新途徑方面取得進展，相關研究成果近期以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為題發表在美國地球物理學會（AGU）旗艦期刊Water Resources Research，陳洪松研究員為論文通訊作者，付智勇研究員為第一作者。中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站在喀斯特山坡關鍵帶多界面產流機制及淺表層水資源高效利用新途徑方面取得進展，相關研究成果近期以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為題發表在美國地球物理學會（AGU）旗艦期刊Water Resources Research，陳洪松研究員為論文通訊作者，付智勇研究員為第一作者。西南喀斯特區雖降水豐沛，但土層淺薄、巖石滲漏性強，地表存不住水，地下水深埋。在廣大尚未實現集中供水的偏遠喀斯特山區，工程性缺水與巖溶干旱問題突出，集蓄雨洪徑流仍然是該區不可替代的干旱緩解策略。喀斯特山區地下巖溶空間形成的復雜網絡狀裂隙、管道、地下河系統替代了地表溝道系統，導致其地表溝道系統不發育，無法準確判別徑流路徑，采用傳統土山區的小型蓄排灌工程，很難達到雨洪徑流的高效調蓄與利用。因此，從地球關鍵帶及山坡水文學的視角，系統揭示降雨過程中喀斯特山坡主要水文路徑及其產流機制，是研發適用于該區特殊地質背景的水資源高效利用模式、創建高精度水文預測模型的前提。研究依托環江站喀斯特關鍵帶地上-地下水土過程聯動觀測平臺，基于長期水文水化學監測與巖土結構精細刻畫，系統揭示了喀斯特山區淺表層關鍵帶主要水文路徑與徑流觸發機制，證實了淺表層巖土界面壤中流是喀斯特山坡次降雨徑流的重要組成部分，其能作為一種方便利用的新水源，有望解決傳統依靠地表集水面的雨洪徑流集蓄方法在該區適用性差的問題。研究結果表明：喀斯特山坡巖土界面壤中流流量顯著高于地表徑流，雨季尤為明顯；若將巖土界面壤中流歸并到雨洪徑流集蓄系統，雨水收集效率從2.2%提高到13.1%；控制巖土界面壤中流發生概率的關鍵結構因素包括土壤厚度和基巖風化程度，淺土層（<50 cm）和弱風化基巖分布區是發生巖土界面壤中流的熱點區域；次降雨量、前期降雨量及巖土系統水分虧缺量是影響巖土界面壤中流量的主要氣象因子。本研究基于野外臺站大平臺，跨越了地學生態學基礎理論研究與生產應用實踐之間的鴻溝，有望探索出一條基于堅實理論研究認識支撐的技術研發和產業應用系統性解決方案新路徑。本研究證明，巖土界面壤中流是喀斯特山區一種尚未普遍認識到的重要雨洪資源，其為喀斯特山區水資源“開源”提供了一種新思路。充分考慮并利用喀斯特淺層多界面隱蔽伏流路徑，有望將喀斯特山區傳統點上單一集水轉變為面上多途徑互補集水模式，形成多來源相補、季節均衡的雨水集蓄新模式，從而拓展旱季救命水保障渠道，為緩解全球廣大喀斯特區巖溶干旱問題提供理論與技術支撐。該研究得到了國家自然科學基金聯合重點基金、國家重點研發計劃項目的資助。論文鏈接喀斯特山坡地表徑流與巖土界面壤中流交互作用及其對降雨量的響應機制

2025-08-17

華南植物園提出“植物-菌根協同”新框架，破解森林恢復“碳匯-多功能”共贏難題

面對全球森林退化加劇與氣候變化威脅的雙重挑戰，傳統以提升地上碳儲量為目標的森林恢復策略正面臨瓶頸——土壤碳庫恢復滯后、生態系統多功能性提升不足等問題日益凸顯。中國科學院華南植物園恢復生態學團隊聯合德國、美國、捷克、荷蘭和意大利等多家國際科研機構，在國際生態學頂級期刊Trends in Ecology & Evolution（TREE）發表綜述文章，系統闡述了植物-菌根共生體在地下碳庫形成與生態系統多功能性維持中的核心調控作用，并提出一套可操作的“植物-菌根協同”森林恢復新框架，為協同提升森林碳匯能力與生態韌性提供了科學路徑。核心發現：地下盟友的協同智慧研究團隊整合全球森林生物多樣性實驗證據，系統闡述了兩類主要菌根真菌——叢枝菌根（AM）和外生菌根（ECM）——如何以互補方式驅動土壤碳庫形成與生態功能提升。AM植物作為高效的“深層碳工程師”，通過輸入高質量的凋落物和根系分泌物，并借助其快速生長的菌絲網絡，顯著促進深層土壤中礦物結合有機質（MAOM）?的形成與穩定，對長期固碳、涵養水源和維持深層土壤肥力至關重要。ECM植物則扮演著“表層活性管家”的角色，產生分解緩慢的凋落物，并通過與腐生菌競爭氮源等機制，促進表層土壤中顆粒有機質（POM）?的積累，對維持土壤孔隙結構、活性養分供給、微生物活性和短期生產力具有關鍵作用。AM與ECM的互補效應并非孤立存在。在物種豐富的混交林中，兩者協同作用能夠同時優化土壤剖面不同深度的碳庫：AM主導的深層MAOM固碳提供長期穩定性，ECM主導的淺層POM庫則支撐系統活性和養分循環。這種協同不僅顯著提升整體碳儲量，還同步增強了森林的養分保持力、抗旱性、抗干擾能力及生物多樣性支撐等生態系統多功能性，實現了“碳匯”與“多功能”的共贏。從理論到實踐：可落地的恢復框架基于對菌根功能的深刻理解，研究團隊構建了一套面向實際應用的“評估-選種-接種-監測”四步恢復框架，為全球森林恢復提供了清晰的操作藍圖。該框架始于深入的本底評估，強調必須考慮當地氣候、土壤特性、現有植被及優勢菌根類型。例如，熱帶地區以AM主導，而溫帶/北方森林則需關注AM/ECM的混合策略。隨后是關鍵物種選擇階段，核心在于利用植物功能性狀的互補性：結合深根與淺根物種、速生與慢生樹種、以及AM和ECM相關樹種以優化資源利用效率和碳在土壤剖面中的分布。本地化菌根接種是重建退化土壤微生物網絡的核心環節，優先選用具有高效固碳能力的本地菌株，可顯著提升植物定殖成功率和脅迫耐受性。最后，持續的動態監測與適應性管理確保恢復成效，通過追蹤POM/MAOM比例等關鍵土壤參數以及生物多樣性指標，可實時調整管理策略。全球意義與未來展望劉占鋒研究員指出：“植物-菌根共生是超過4.5億年自然演化的智慧結晶，我們的框架首次將其轉化為可量化、可操作的森林恢復工具。” 華南植物園前期在熱帶海岸臺地植被恢復實踐表明，混交林在60年恢復期后，其土壤碳儲量較單一樹種人工林顯著提升約40%，生物多樣性也得到了同步的恢復，驗證了上述框架的長期有效性。該框架為《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》提供了關鍵的“地下解決方案””，不僅為應對氣候變化和生物多樣性喪失危機提供了“雙贏”策略，標志著森林恢復理念從單純“種植樹木”向科學“生態系統功能設計”的范式轉變。展望未來，研究團隊呼吁將菌根功能性狀納入全球森林恢復的評估與指標體系，并計劃依托TreeDivNet和Sino-BEFNet等研究網絡開展跨區域聯網研究與驗證，讓這一源于自然的智慧惠及全球生態修復實踐。相關研究成果以Mycorrhizal allies: synergizing forest carbon and multifunctional restoration為題近期發表于Trends in Ecology & Evolution（《生態學與進化趨勢》）上。中國科學院華南植物園博士后李騰騰為論文第一作者，劉占鋒研究員與德國萊比錫大學Nico Eisenhauer教授為共同通訊作者。研究獲得了國家重點研發計劃、廣東基礎與應用基礎研究旗艦項目和國家自然科學基金等項目資助。論文地址：https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.07.004圖.?整合植物-菌根關系的土壤碳匯與生態系統多功能性協同恢復概念框架

2025-08-14

廣州能源所和過程所科研團隊提出退役鋰電協同尾渣升級回收策略

近日，中國科學院廣州能源研究所袁浩然研究員團隊聯合中國科學院過程工程研究所楊軍研究員在Matter上發表了題為High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究論文。該研究提出了針對退役LiMn2O4電池陰極材料(S-LMO)與浸出渣磷酸鐵（S-FP）的協同處置技術：通過焦耳高溫沖擊活化水浸，實現金屬鋰的快速浸出（Li浸出率>99%）；進一步調整焦耳熱參數，對S-LMO和S-FP進行結構調整和過渡金屬替換，升級回收為高能量密度的聚陰離子陰極材料LiMnFePO4（R-LMFP）。該策略不僅大幅縮短了退役鋰電池陰極材料回收鋰的時間，更顯著提升了LMFP陰極材料的合成效率，為解決退役鋰電池陰極材料與浸出渣的協同處置提供了全新思路。隨著鋰電池退役量的持續攀升，其清潔回收技術被視為新能源產業健康發展的保障，回收策略在學術界和產業界成為關注的焦點。目前，退役鋰電回收的研究重點是濕法冶金或加熱直接修復，主要側重于金屬高效提取或恢復原有電池性能，但對陰極材料的高價值特性探索有限。因此焦耳加熱技術作為一種革命性的回收方法體系，為退役鋰電陰極材料的高價值利用提出了創新的概念。近日，中國科學院廣州能源研究所袁浩然研究員團隊聯合中國科學院過程工程研究所楊軍研究員在Matter上發表了題為High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究論文。該研究提出了針對退役LiMn2O4電池陰極材料(S-LMO)與浸出渣磷酸鐵（S-FP）的協同處置技術：通過焦耳高溫沖擊活化水浸，實現金屬鋰的快速浸出（Li浸出率>99%）；進一步調整焦耳熱參數，對S-LMO和S-FP進行結構調整和過渡金屬替換，升級回收為高能量密度的聚陰離子陰極材料LiMnFePO4（R-LMFP）。該策略不僅大幅縮短了退役鋰電池陰極材料回收鋰的時間，更顯著提升了LMFP陰極材料的合成效率，為解決退役鋰電池陰極材料與浸出渣的協同處置提供了全新思路。高溫焦耳熱處理實現退役鋰電和浸出渣升級回收研究得到國家自然科學基金委、中國科學院前沿科學與基礎研究局、廣東省科技廳、中國科學院過程工程研究所介質科學與工程國家重點實驗室的支持。論文鏈接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00365-0

2025-08-12

?廣州能源所在泡沫基高功率密度燃料電池技術研究方面取得進展

在全球加速能源轉型的背景下，中國科學院廣州能源研究所聯合伊朗阿米爾卡比爾理工大學在泡沫基流場質子交換膜燃料電池研究方面取得進展。在全球加速能源轉型的背景下，中國科學院廣州能源研究所聯合伊朗阿米爾卡比爾理工大學在泡沫基流場質子交換膜燃料電池研究方面取得進展。泡沫基流場因其獨特的結構成為提升燃料電池性能的理想選擇（圖1）。這種3D貫通式流場通過無氣體擴散層一體化設計，可將電堆整體厚度減少15%～20%，大幅提升了體積功率密度；其高達90%以上的孔隙率確保了反應物在催化層的均勻分布，有效解決了傳統流場存在的傳質不均問題；而且，其獨特的熱傳導特性能夠消除局部熱點，使溫度分布均勻性提升30%。圖1 本研究燃料電池示意圖：（a）平行蛇形流量分配器PS，（b）泡沫基流量分配器，（c）傳統肋狀/通道燃料電池（左）和泡沫基燃料電池（右）的側視圖研究提出了一種基于勢流場解析的功能梯度多孔材料（FGPM）流場系統化設計方法（圖2）。通過對流場內勢流進行數值求解，獲取關鍵等勢線分布。將各等勢線均分構建流線網格，形成從入口到出口的連續傳質路徑。基于網格單元位置動態分配孔隙率參數，確保軸向（流線方向）與徑向（等勢線方向）的梯度連續性，從而構建出具有優化傳質性能的FGPM流場結構。該設計方法通過CFD迭代驗證表明，在保持結構強度的同時可實現傳質效率40%以上的提升，為高性能燃料電池流場的工程化設計提供了可靠的技術方案。圖2 U型流場的梯度孔隙設計方法：（a）勢流網格劃分，（b）孔隙率分布，（c）質量流量分配該研究對FGPM流場與傳統4通道平行蛇形流場（4-PS）的性能進行了系統性對比。結果顯示，在50×50mm2活性面積條件下，FGPM流場展現出顯著的性能優勢。在關鍵指標體積功率密度方面實現了84%的大幅提升；其次，通過創新的無氣體擴散層一體化設計，成功將電堆總厚度減少了15%，從傳統設計的3.75mm降低至3.2mm；在1A/cm2的典型工作電流密度下，FGPM流場使電池的輸出功率提升了57%，這一提升幅度遠超預期。這為解決燃料電池在高功率輸出時的性能衰減問題提供了新的技術路徑。研究特別揭示了兩種典型配置下的性能差異。（1）具有微孔層的薄型膜電極配置下，傳統4-PS和新型FGPM燃料電池的性能均有所提升，然而FGPM流場的體積功率密度比傳統4-PS設計提升了84%；（2）無微孔層的厚型膜電極配置下，FGPM流場仍保持了47.8%的性能優勢（圖3）。圖3 不同配置下平行流道和FGPM 流場的燃料電池極化曲線：配置1-base厚型膜電極，配置3-具有MPL的薄型膜電極相關研究成果以Application of a foam-based functionally graded porous material flow-distributor to PEM fuel cells為題發表于Energy。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124230?

2025-08-08

?廣州能源研究所在電力系統碳排放智能監測領域取得進展

近日，中國科學院廣州能源研究所能源戰略與碳資產研究中心汪鵬研究員課題組在電力系統碳排放監測領域取得新進展。近日，中國科學院廣州能源研究所能源戰略與碳資產研究中心汪鵬研究員課題組在電力系統碳排放監測領域取得新進展。電力行業是人為碳排放的主要來源。當前，火力發電廠碳排放監測主要依賴于企業自主上報、安裝的排放監測設備，或基于太陽同步軌道衛星的稀疏觀測數據進行反演。上述方法普遍存在數據易被篡改、成本高昂、監測頻率受限等問題。為實現低成本、高頻率的連續監測，該研究提出了一種融合深度學習與自注意力機制的實時碳排放監測方法，首次基于高頻地球同步軌道衛星數據，實現了火力發電廠日尺度碳排放量與發電量的滾動協同監測，為電力行業碳排放監測提供了新路徑。圖1 研究框架研究以美國環保署（EPA）管理的火電廠為研究對象，采用GOES-16地球靜止衛星提供的多光譜遙感數據及火電廠相關靜態信息作為模型輸入，以火電廠日尺度的碳排放與發電量數據為預測目標，構建端到端的監測框架（圖1）。在算法設計上，模型融合了卷積神經網絡（CNN）、雙向長短期記憶網絡（BiLSTM）和特征與時間雙重注意力機制（圖2），顯著提升了模型測算的準確性與魯棒性。圖2 碳排放監測模型架構在模型評估方面，研究從個體（圖3），區域，國家三個空間尺度驗證了所提模型架構（CNN-BiLSTM-Attention）的性能優越性。以碳排放為例，模型在RMSE、MAPE、R2等關鍵指標上相比傳統方法平均提升10%-14%、5%-7%和16%-25%，在區域和國家尺度上亦展現出良好的測算準確性。圖3 火電廠個體尺度碳排放評估在模型擴展應用方面，研究首先利用完整衛星數據對EPA統計數據進行補充評估，發現火電廠碳排放和發電量數據存在約10%-25%的潛在記錄遺漏（圖4）。其次，通過誤差敏感性分析發現，季節因素和火電廠排放規模對模型預測精度有顯著影響（圖5）。此外，基于自注意力權重開展的模型可解釋性分析表明，模型高度依賴編號為5、7、8和10的波段數據，這些波段與大氣中的CO?濃度與水汽條件密切相關；同時模型對白天信息權重較高，在夜間則通過紅外波段數據進行有效補償（圖6）。圖4 美國EPA記錄火電廠數據與模型測算的完整數據對比圖5 模型監測誤差敏感性分析圖6 模型的特征和時間自注意力權重分布本研究開創性地將地球同步軌道衛星的高頻遙感數據引入火電廠碳排放與發電量的同步監測，為構建第三方高頻、低成本、廣覆蓋的碳排放監管體系提供了重要技術支撐。該方法可為政策制定者和能源監管機構提供實時碳強度評估工具，支撐電力系統碳配額動態調整與低碳調度策略優化。未來研究可進一步融合多源衛星數據與物理機制模型，提升模型的可解釋性與通用性，助力構建智能化、透明化的電力行業碳監測新路徑。相關研究成果以Real-time monitoring of daily carbon emissions and electricity generation from fossil fuel power plants using geostationary satellite band data and deep learning techniques為題發表于Energy期刊，博士研究生莫海華為第一作者，汪鵬研究員為通訊作者。研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項課題以及海南電網“基于多變量機器學習的電-能-碳核算體系研究”資金項目的資助。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544225032128

2025-08-12

廣州健康院聯合開發用于血管化組織工程的仿細胞外基質3D打印生物墨水

近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師團隊聯合在Advanced Healthcare Materials雜志在線發表標題為“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究論文。近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師團隊聯合在Advanced Healthcare Materials雜志在線發表標題為“Microscopically Adaptable Bioink Guide Cell Compartmentalization toward Morphogenesis of a Functional Vasculature-Like System”的研究論文。該研究采用動態共價交聯與光引發共價交聯正交設計制備了模擬細胞外基質 (ECM) 微觀適應性和宏觀穩定性的雙交聯3D打印生物墨水，其打印形成的動態交聯網絡為細胞提供適應性微環境，從而促進血管內皮細胞與血管平滑肌細胞自發形成具有仿生雙層結構的血管網絡，該血管網絡具備體外收縮以及體內快速重建血運的功能。該研究為血管化組織工程提供了新的生物制造策略。血管化是目前限制大尺寸組織工程支架構建的關鍵問題。盡管近年來人工血管/血管網絡的生物制造技術獲得了巨大的發展，但構建具備仿生結構以及收縮功能的血管網絡一直是領域重大挑戰。為解決上述問題，研究團隊開發了一種具有動態共價交聯網絡的仿ECM生物墨水，通過模擬ECM的適應性微環境和結構組分，引導血管內皮細胞和血管平滑肌細胞自發排列形成具有仿生雙層結構的血管網絡。通過蛋白質組學技術，研究團隊進一步發現功能化血管網絡中缺氧誘導因子-1 (HIF-1)信號通路和糖酵解/糖異生通路相關的蛋白顯著上調，表明血管內皮細胞與血管平滑肌細胞能夠有效相互作用，促進糖酵解和三磷酸腺苷（ATP）含量的增加，并通過細胞骨架重塑和細胞遷移促進血管結構的形成。同時功能化血管網絡中與細胞粘附、肌動蛋白細胞骨架形成以及焦點粘附相關的蛋白顯著上調，提示粘附斑激酶（FAK）信號通路參與了血管結構的形成，并通過調節細胞粘附和細胞骨架重塑，將機械刺激轉化為細胞代謝信號，促進糖酵解和血管結構的形成。此外，研究團隊發現功能化血管網絡在體外可響應血管緊張素呈現收縮反應。在植入后肢缺血模型小鼠后，功能化血管網絡可快速改善缺血側后肢的血流灌注，防止周圍組織壞死并促進肢體的功能恢復。研究團隊以此為基礎制備了血管化皮膚支架，植入后功能化血管網絡可通過快速重建損傷部位血運，有效支持支架中人源真皮成纖維細胞的存活和功能，從而顯著提高了大尺寸全層傷口的愈合速度。廣州健康院巫林平研究員和南方醫科大學珠江醫院趙明主任醫師為該論文的共同通訊作者，南方醫科大學珠江醫院博士后陳珺（現為廣州健康院副研究員）與廣州健康院實習研究員吳玉瓊為共同第一作者。研究項目得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣州市科技重點研發項目、廣州市科技計劃、廣東省重大人才工程項目等經費的支持。論文鏈接圖1 利用雙交聯生物墨水打印的3D材料能夠引導細胞自組裝形成功能化血管網絡

2025-08-12

華南植物園在熱帶雨林動態演化歷史研究取得新進展

氣候變化是加速物種滅絕和驅動物種適應性進化的重要環境因子，不同地質時期的氣候劇烈波動對地球生態系統的塑造起到了關鍵作用。生物群系（Biome）作為具有自身獨特外貌特征且受制于特定氣候條件的自然群落，呈現為有形的生態進化單元，是從宏觀尺度理解生命演化過程的重要載體。研究人員近年對北極植物區系、東亞常綠闊葉林、非洲稀樹草原、溫帶高山植物區系以及全球干旱植物區系等眾多生物群系的代表類群展開研究，揭示了古氣候變化事件對相關群系演化歷史的重要影響。但此一系列群系多起源于漸新世或中新世，其演化歷史難以從較為久遠的時間尺度反映出古氣候變化事件與生物群系演化歷史之間的關聯性。熱帶雨林是當今地球陸地生態系統中起源最為古老的生物群系，可能在白堊紀中期已開始出現。相比于其他生物群系,熱帶雨林擁有全球最高的年均降水量和平均氣溫，在其分布區僅占全球不足7%的陸地面積基礎上孕育了全球近半數生物物種，是全球陸地生態系統中物種多樣性與生產量最高的生物群系，在調節全球氣候與維持生態平衡方面發揮著巨大作用。盡管全球氣候變化事件在很大程度上影響了眾多生物群系的演化歷史已是學界共識，但目前關于“古氣候變化事件是否影響了熱帶雨林的動態演化歷史過程”這一問題還頗具爭議。部分研究認為古氣候變化事件對熱帶雨林的動態演化歷史影響非常有限，熱帶雨林可能長期保持相對較為穩定的高溫、高濕環境條件，致使其物種分化速率長期趨于恒定狀態，其物種多樣性隨時間持續且穩定的積累，這一過程亦被視為熱帶雨林物種多樣化的重要演化模式。然而，另有研究則認為熱帶雨林的物種多樣化歷程可能受到了全球氣候變化事件的影響，其物種分化速率在不同時期可能存在明顯波動而非長期趨于恒定，但相關研究大多關注于熱帶雨林類群在新生代時期的演化歷史。棕櫚科（Arecaceae）隸屬于被子植物單子葉鴨跖草分支（Commelinid monocots），包含約184屬2500種，其中超過90%的物種分布于熱帶雨林地區，是探討熱帶雨林演化歷史的理想對象。中國科學院華南植物園葛學軍研究員聯合國內外多家單位的研究人員展開合作，基于近期采用葉綠體系統發育基因組學手段構建的棕櫚科屬級系統發育框架（Yao et al. 2023;BMC Biology 21: 50），結合NCBI等網站釋放的一代測序與二代測序所得葉綠體序列數據進一步擴大對棕櫚科在物種水平的取樣（共取樣該科181屬604種），在此基礎上整合系統發育重建、分子時間標定及物種多樣化過程分析等研究手段，對棕櫚科在中新世之前的動態演化歷史過程展開研究，以棕櫚科為例結合熱帶雨林其他代表類群的研究數據對該群系動態演化歷史過程與全球古氣候變化事件之間的關系進行了剖析。結果表明：（1）基于物種水平擴大取樣與大量葉綠體序列數據構建了棕櫚科堅實的系統發育框架，部分節點相比于前期基于葉綠體基因組學數據所得該科屬級系統發育關系獲得了更高支持；（2）棕櫚科在白堊紀中期約108.3百萬年前開始分化，該科多個分支可能發生過物種輻射分化事件；（3）在白堊紀中期至中新世之前的漫長地質歷史時期，棕櫚科物種分化速率隨全球平均氣溫的波動出現過明顯變化，大體呈現為隨全球氣溫下降而降低、隨全球升溫而增加的趨勢；（4）棕櫚科物種滅絕速率自漸新世開始明顯增加，與同時期開始出現的全球較低平均氣溫在時間尺度上相吻合。該研究是目前為止對棕櫚科在物種水平取樣最為廣泛的系統進化研究，研究結果不僅從葉綠體基因組學數據的角度深度解析了棕櫚科類群的系統演化關系，還增進了對該科物種多樣化歷史的認識，亦為深入理解熱帶雨林動態演化歷史過程與全球古氣候變化事件之間的關聯性提供了重要參考。研究成果以《Pre-Miocene evolutionary dynamics of tropical rainforests from a dated phylogeny of the palm family》為題近日發表在植物學期刊New Phytologist（《新植物學家》）上，華南農業大學姚綱博士為論文第一作者，華南植物園葛學軍研究員為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究重大項目“旗艦”項目、中國科學院國際伙伴計劃以及中國科學院戰略生物資源計劃等項目的資助。文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70440圖. 棕櫚科多樣化分析結果

2025-08-04

華南植物園在廣東陽春發現黃芩屬兩個新種

黃芩屬（Scutellaria L.）是唇形科的一個大屬，全世界約有350種，我國約有100種，全國各地均有該屬植物的分布，據記載廣東省有13種4變種。我國黃芩屬植物除少數種類如韓信草、黃芩為廣布種外，多數種類的分布區均較狹窄，僅分布于少數幾個省份，有些種類甚至僅見于模式產地，如變黑黃芩、赤水黃芩、囊距黃芩、狹管黃芩等。黃芩屬是分類上相對比較困難的一個類群，主要是由于對其花序形態這一關鍵特征的認識因人而異，一些種類僅依據模式標本描述，缺乏野外居群觀察，且一直以來用于分種的特征多為變異較大的性狀。自《中國植物志》出版以來鮮見對于該屬的修訂工作。該屬有一些種類是傳統中草藥，可用于治療炎癥、熱癥，如半枝蓮、滇黃芩、黃芩、并頭黃芩等。陽春市位于廣東省西南部，是一個植物調查相當不充分的區域，隨著調查的深入，近幾年陸續有植物新種被發現，如陽江川苔草，陽春紫薇、陽春球子草、陽春珠子木、兩廣珠子木、陽春薹草、陽春蜘蛛抱蛋、木莢南天藤等。2023年3月10日，陽江市植物愛好者陳國棣先生和廣東省農科院徐曄春研究員在陽春市春灣鎮拍攝到一種黃芩屬植物，并采集活體寄到華南植物園。曾佑派博士初步研究后認為該植物為黃芩屬一疑似新種，并于3月18日親自前往春灣鎮考察。此行還在陽春市區附近的崆峒巖風景區發現黃芩屬另一疑似新種。此后，曾佑派利用工作之余，花費了近兩年時間從頭研究黃芩屬，幾近完整搜集該屬國產及毗鄰地區所產種類的文獻，通過網絡數據庫（CVH、GBIF、JSTOR以及各大國外標本館數據庫）和到館查閱該屬模式標本和普通標本，還通過植物圖像庫如PPBC、CFH熟悉該屬植物活體，最終確認陽春這兩種黃芩屬植物為新種，并分別把它們命名為陽春黃芩（Scutellaria yangchunensis）和白毛黃芩（S. albovillosa）。在形態上，陽春黃芩和白毛黃芩在體態、苞片形態和花色上均與南粵黃芩（Scutellaria wongkei）近似。基于南粵黃芩標本（包括模式標本）和多個野外居群的觀察，發現陽春黃芩與南粵黃芩的區別在于其葉和苞片邊緣具淺鋸齒或全緣，葉兩面僅沿脈被短硬毛，花冠下唇中裂片有深紫色斑點，而在南粵黃芩，其葉和苞片邊緣具圓齒，葉兩面密被短硬毛，花冠下唇中裂片白色。白毛黃芩與南粵黃芩的區別在于其莖和花序軸被直立開展的白色長腺毛，葉基部心形，花冠管基部彎曲處具一長約0.8 mm的囊狀距，花冠下唇中裂片亦有深紫色斑點，而在南粵黃芩，其莖和花序軸密被向上彎曲的小硬毛，花冠管基部彎曲處無囊狀距，花冠下唇中裂片白色。陽春黃芩與白毛黃芩的區別在于前者的莖和花序軸被向上彎曲的無腺短硬毛，葉和苞片邊緣具淺鋸齒或全緣，花冠管基部彎曲處無囊狀距，后者的莖和花序軸被直立開展的白色長腺毛，葉和苞片邊緣具圓齒，花冠管基部彎曲處具囊狀距。相關研究成果以"Taxonomic studies on Scutellaria (Lamiaceae) from China (I): two new species from southwestern Guangdong province"為題于7月24日在線發表于國際分類學主流期刊Phytotaxa（《植物分類學報》）上。中國科學院華南植物園標本館與鑒定中心曾佑派工程師為論文第一作者和通訊作者。論文鏈接：https://phytotaxa.mapress.com/pt/article/view/phytotaxa.711.2.6陽春黃芩（野外照）陽春黃芩（解剖照）陽春黃芩（主模式標本）白毛黃芩（野外照）白毛黃芩（解剖照）白毛黃芩（主模式標本）

2025-08-02