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  • 科研進展
    • 廣州健康院在原發性肝癌模型構建及其應用取得新進展

        原發性肝癌(Primary liver cancer,PLC)是我國發病率和死亡率極高的惡性腫瘤。其發病分子機制復雜且尚未清楚。由于缺乏模擬人肝癌的研究模型,研究人員對人PLC發病分子機制和其治療手段的研究仍然進展緩慢。近年來,肝臟人源化小鼠模型被廣泛用于藥物驗證及癌癥等領域的研究,如能夠在人源化模型中將人原代肝細胞誘導為肝癌將有助于解開肝癌發生的關鍵分子機理和臨床前藥物驗證模型等問題。 
        近日,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院李鵬研究員和李尹雄研究員團隊在EMBO Reports上發表題為Transforming primary human hepatocytes to hepatocellular carcinoma with genetically defined factors的研究成果,利用人原代肝細胞體內誘導了原發性肝癌模型并進行了應用。 
        為篩選可直接誘導原代肝細胞為肝癌細胞的癌基因/突變抑癌基因組合,實驗人員利用多基因混合轉染的方式對原代細胞進行轉染,并利用肝臟人源化小鼠模型進行體內篩選,最終發現發現誘導的腫瘤高表達MYC、TP53R249S和KRASG12D。免疫熒光結果顯示,該類型腫瘤細胞高表達GPC3、AFP及CK19,但不表達EpCAM,證明利用該模型誘導的腫瘤為肝癌,即誘導型肝癌 (induced HCC)。進一步驗證發現,MYC和TP53R249S聯合表達即可誘導PHH在原位直接轉化為肝癌 (iHCC),而KRASG12D可顯著提高其致瘤率。生物信息分析發現,iHCC和臨床HCC樣本有相同的基因表達譜特征,且在連續移植后仍能夠維持HCC的特性。 
        研究人員結合轉錄組分析發現MUC1和FAP在肝癌中高表達,而在正常肝臟中不表達。由此,分別制備了靶向MUC1和FAP的嵌合抗原受體 (CAR) T細胞,體外和體內殺傷結果顯示這兩種CAR-T細胞均能有效殺傷iHCC細胞,為肝癌的臨床治療提供了新的標志物和潛在的治療靶點。最后,研究人員利用該模型獲得的腫瘤細胞在體外及體內評估了MEK1/2抑制劑 (曲美替尼,Trametinib) 和CDK4/6抑制劑 (帕博西尼,palbociclib) 對肝癌的治療作用。結果顯示聯合用藥可有效誘導肝癌細胞進入衰老狀態并最終死亡,為肝癌的臨床治療提供了新型治療方案。本研究為探究肝癌發生發展提供實驗和理論基礎,誘導型肝癌(iHCC)模型可應用于發掘肝癌早期診斷標志物、篩選免疫細胞治療的新靶點及評價肝癌藥物的藥效等轉化研究。 
        該研究工作主要由廣州健康院蔣治武博士和生物島實驗室助理研究員程琳共同完成,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院李鵬研究員和李尹雄研究員為本文共同通訊作者。該研究成果得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金以及廣東省重點研發計劃等項目的資助。 
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        廣州健康院在原發性肝癌模型構建及其應用方面取得新進展
        
      2022-04-28
    • 廣州地化所袁鵬等:“礦物增效的生物泵(MeBP)”假說及其潛在的“碳中和”應用
          2015年12月,人類應對全球氣候變化危機的重要國際公約——《聯合國氣候變化框架公約》(即《巴黎協定》)在巴黎氣候變化大會上通過。該公約約定,將全球本世紀的平均氣溫上升幅度(相比前工業化時期)控制在2攝氏度(甚至1.5攝氏度)以內。我國已鄭重承諾“爭取2060年前實現碳中和”,這體現了我國在應對全球氣候變化這一關乎人類命運之重大問題上的擔當。為此,科技界和產業界正積極開展CO2捕集、利用和存儲技術研發,通過多種途徑努力促成CO2減排。 
         海洋是占地球總儲碳量93%的最大活躍碳庫(Friedlingstein et al., 2020),其CO2增匯和負排放技術近年來受到了廣泛關注。生物地球化學作用是海洋固碳的重要途徑,生物碳泵(Biological Carbon Pump;簡稱“生物泵”)是其中的一種關鍵機制。它是指硅藻等浮游微生物通過光合作用將CO2轉化為顆粒有機碳,再通過沉降等方式將其輸運至深水或水底實現固碳。硅藻等微生物數量龐大、光合作用效率高,其生物泵所產有機碳的規模宏大。以海洋硅藻為例,它貢獻了約40%的全球海洋初級生產力(Tréguer et al., 2013, 2017),產生的有機碳量達~194億噸/年(Armbrust, 2009),高于地球上整個陸地熱帶雨林的有機碳產量。
         然而,硅藻生物泵產出的有機碳量雖大,最終進入深水形成碳匯的比例卻很小。其中75%以上的顆粒有機碳在水體上層透光帶就通過代謝等過程被降解為溶解無機碳;殘余硅藻即便穿過透光帶向下沉降,也因生物硅(即硅藻蛋白石)溶解和有機質持續分解等效應,難以抵達深水區。透光帶浮游微生物經光合作用產出的有機碳,僅有約0.1-0.3%沉降至海底(Marsay et al., 2015)。若以生物硅的量計,則上層生物硅量僅有約3%能夠抵達海底(Tréguer et al., 2021)。
         硅藻生物泵產出的巨量有機碳輸運至深水區的效率低,意味著其固碳效應“增效和增匯”提升的潛力巨大。如果能夠探明制約生物泵有機碳傳輸的因素和條件,進而發展出提高生物泵的有機碳垂向傳輸效率的方法技術,對于有效發揮海洋這一巨型碳庫在“碳中和”中的作用,具有重要意義。
         近年來,中國科學院廣州地球化學研究所、深地科學卓越創新中心袁鵬和劉冬等研究人員針對與生物泵作用密切相關的微生物-元素-粘土(黏土)礦物相互作用開展了系列研究,發現硅藻生物硅在水中的沉降受環境中鋁等元素和粘土礦物的顯著影響;硅藻可獲取粘土礦物溶解所釋放的鋁,并吸收其進入殼體骨架;硅藻等微生物的殼體易與粘土礦物顆粒發生團聚。上述效應可抑制硅藻生物硅溶解,減少有機碳在沉降中的損失,有助于生物泵作用的CO2增匯。此外,由于粘土礦物和硅藻殼體對環境毒害物質(如重金屬元素)具有較強吸附作用,粘土礦物-硅藻殼體團聚體還具有固定毒害元素等有益的環境效應。
         基于上述相關研究和所獲認識,袁鵬和劉冬提出了一種水體CO2增匯策略假說——“礦物增效的生物泵(Mineral-enhanced Biological Pump;MeBP)”。該假說認為,在基于水體的地球工程或生態工程中施加粘土礦物等礦粉,通過調節礦物配比、調控顆粒特性,可提升微生物有機質-礦物復合體的沉降效率,阻滯顆粒有機碳損失,從而提高生物泵的固碳效率,實現水體CO2增匯。有關MeBP的概念和內涵的論文近期發表于《科學通報》。文中闡釋和探討了MeBP的理論依據、可能的實施途徑、潛在應用場景和環境生態風險及其規避思路,以期引發對水體固碳增匯方法的新思考,并推動可持續、生態上可接受、能轉化為實際應用的水體碳增匯新技術的研發。 
         論文指出,MeBP作為一種旨在人為干預水體碳循環、實現CO2增匯的策略,具有功能可控和可拓展性、靶向性等潛在優勢,體現在:
         (1)可調控、可拓展和可集成性。在基于生物泵的水體增匯方法中引入施加粘土礦物環節,相當于對硅藻殼體進行“改性”,并經由溶解抑制、團聚沉降等機制,促進有機碳的垂向輸出。通過調控該過程中粘土礦物的“配方”和添加量,可望優化硅藻生物泵的固碳效率。此外,MeBP的應用可從海洋擴展至湖泊、大型水庫等場景;并可與微型生物碳泵、碳酸鹽泵等固碳策略或生態工程聯用,實現固碳增匯效果的優化。
         (2)靶向性——定向作用于硅藻等硅營養微生物之特性。硅營養的持續供給對硅藻爆發十分關鍵,而人為添加的粘土礦物結構中的硅恰可為硅藻生長提供營養。硅藻生命活動所導致的粘土溶解作用,以及鋁進入殼體結構的過程,很可能“靶向”發生于硅藻和鄰近的礦物顆粒之間。此“靶向性”特點可使基于MeBP的水體增匯工程定向促進硅藻爆發,而避免非期望浮游生物的爆發,從而提高固碳作用的可控性。
         此外,粘土礦物作為輸入水體的主要無機物,廣泛參與著水體的微生物地球化學過程,與水體生態系統相容性良好;并且,基于MeBP策略進行海洋等水體的增匯在某種程度上與大洋降塵促進生物泵作用的自然過程類似;這為MeBP策略的實施提供了環境安全方面的保障。此外,通過優化礦物施加配方和用量,還可發揮粘土礦物和硅藻殼體對環境毒害元素的吸附作用,在實現有機碳高效輸出的同時,有效降低其環境和生態風險。
        礦物增效的生物泵(MeBP)示意圖
         論文的信息:袁鵬*、劉冬, 礦物增效的生物泵: 基于礦物-微生物作用的水體CO2增匯策略. 科學通報,2022,67(10):924-932。研究工作獲得了國家高層次人才特殊支持計劃領軍人才項目和國家自然科學基金等項目的資助。
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      2022-04-28
    • 廣州地化所黃彤宇等:巖漿作用揭示岡底斯弧晚中生代俯沖侵蝕過程
          俯沖帶是新生地殼形成的關鍵場所,而洋殼俯沖引起的構造侵蝕同時也是造成大陸地殼破壞最主要的方式之一。在新生代環太平洋地區(例如:中美洲墨西哥),洋殼俯沖引起的地殼生長和破壞可以同時出現在同一個俯沖帶,這個平衡過程在新生代以前是否普遍存在,對維持地球長期的物質循環以及陸殼體積的相對穩定具有重要的意義。青藏高原南部的岡底斯弧作為新特提斯洋北向俯沖的產物,其在規模上可以與美洲的科迪勒拉弧和安第斯弧相媲美。前人的研究表明岡底斯弧在中生代經歷了顯著的新生地殼的生長,但是該時期歐亞大陸南緣的俯沖增生或侵蝕過程并沒有得到很好地約束,同時也限制了岡底斯弧地殼凈生長的定量計算。
         針對上述科學問題,中國科學院廣州地化所、深地科學卓越創新中心巖石學學科組博士生黃彤宇、王強研究員、馬林研究員和唐功建研究員,與甘肅省地礦局第三地質礦產勘察院西藏乃東區調項目組合作,選擇岡底斯中東部的澤當地區作為研究對象,通過詳細的野外采樣,剖面測量,年代學-地球化學分析以及數據整理,揭示了岡底斯弧晚中生代的俯沖侵蝕過程。研究結果取得了以下主要認識:(1)晚侏羅世巖漿?。↗3)與南部的蛇綠巖(120-130 Ma)直接斷層接觸在一起(圖1b-c),弧前地殼的截切以及縮短的弧-溝距離最有可能是俯沖侵蝕引起的,而與新生代以來的陸-陸碰撞過程無關。(2)晚侏羅世開始,弧巖漿活動逐漸向北遷移(圖1d和圖2a),并且伴隨著基性巖所代表的幔源巖漿全巖Nd同位素和鋯石Hf同位素的逐漸富集(圖2b-c),三者具有很好的耦合關系(圖2a-c),這很可能是俯沖侵蝕的、較富集的弧前陸殼物質交代弧下地幔源區的結果。(3)研究區晚白堊世(~90 Ma)埃達克巖與晚白堊世之前的埃達克巖均具有與俯沖板片相關的埃達克巖特征(高Mg#值,Cr和Ni含量),但前者相較于后者具有更高的K2O含量和K2O/Na2O比值(圖2d-e),Th含量和Th/La比值(圖2f),以及更加富集的Sr-Nd同位素特征,同位素二元混合模擬顯示絕大多數晚白堊世埃達克巖落在MORB與陸殼的混合線上而非MORB與沉積物的混合線(圖2g),這表明其源區可能由洋殼和俯沖侵蝕的陸殼物質共同參與。(4)研究區在130-110 Ma存在一個明顯的巖漿間歇期并在之后發生了弧巖漿向內陸的遷移(圖2a),該巖漿間歇期代表大規模俯沖侵蝕發生的時間,并且俯沖侵蝕的觸發與新特提斯洋殼上的海山鏈、無震海嶺、大洋高原甚至擴張洋脊的俯沖密切相關(圖3b)。(5)研究區晚中生代地殼生長速率和俯沖侵蝕速率的定量估算結果表明,地殼生長(~3.4 to ~10.6 km3/km/Ma)是一個長期且緩慢的過程,而俯沖侵蝕(~31.2 ± 10.1 km3/km/Ma)則更像一個短期的劇烈脈沖。
        圖1. (a)岡底斯弧的大地構造位置;(b)岡底斯巖基和中生代火山沉積地層的分布;(c)澤當及其鄰近地區地質簡圖;(d)兩條近南北向的實測剖面。
        圖2. (a)定年樣品與俯沖帶的距離隨年齡變化;(b)基性巖全巖Nd同位素值隨年齡變化;(c)基性巖鋯石Hf同位素值隨年齡變化;(d-g)晚中生代與俯沖板片相關的埃達克巖地球化學成分對比。
         因此,本研究提出晚中生代的歐亞大陸南緣是一個典型的侵蝕型大陸邊緣,該時期的岡底斯弧地殼不僅存在長期且明顯的垂向生長,同時也有大量陸殼通過側向侵蝕循環進入地幔,因此岡底斯弧在晚中生代并沒有地殼的凈生長。俯沖作用引起的地殼生長和破壞是一個普遍的過程并達到長期的動態平衡,從而維持陸殼體積的相對穩定。
        圖3. (a)早白堊世以前,新特提斯殼正常俯沖形成岡底斯弧巖漿;(b)130-110 Ma,洋殼上的高地形(例如海山和大洋高原等)俯沖導致上盤的弧前地殼觸發大規模的構造侵蝕,并導致弧巖漿活動暫時停止;(c)晚白堊世,弧巖漿活動重新啟動,侵蝕的弧前陸殼物質參與弧巖漿的形成,并伴隨弧前鋒向內陸遷移;(d)現今觀察到弧地殼的截切以及弧巖漿的分布。
         本研究成果近期發表在 Nature Index 期刊 Geophysical Research Letters 上。本項研究受到二次青藏科考、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項等項目的聯合資助。
         論文信息:Huang, T.-Y. (黃彤宇), Wang, Q.* (王強), Wyman, D. A., Ma, L. (馬林), Tang, G.-J. (唐功建), Zhang, Z.-P. (張志平), & Dong, H. (董瀚) (2022). Subduction erosion revealed by Late Mesozoic magmatism in the Gangdese arc, South Tibet. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL097360. https://doi.org/10.1029/2021GL097360
      2022-04-28
    • 華南植物園對兜蘭花期調控研究取得重要進展

        兜蘭屬植物花型獨特,具有極高的觀賞價值,開花時間與開花豐度是決定兜蘭觀賞價值的重要農藝性狀。市場上流行的兜蘭多為人工栽培的單花雜交種,由于其開花習性多樣,多采取自然開花的生產模式,沒有穩定的花期調控技術,嚴重地影響了其產業化發展。所有單花種兜蘭都能分化出多個花芽,但常常只有一朵能正常開放,其余花芽常敗育。目前關于兜蘭開花機制的研究較少。外源赤霉素(GA)處理是調控開花的重要手段,通過探究外源GA對兜蘭開花的影響,解鎖兜蘭開花豐度和花期調控背后的機制,具有重要的科學意義和應用前景。 
        中科院華南植物園農生中心曾宋君研究團隊以單花種胼胝兜蘭(Paphiopedilum callosum)為研究材料,通過細胞學形態觀察,明確了其從營養生長到開花的8個主要階段(圖1)。其中花器官分化階段(階段5)是決定開花豐度的關鍵階段。此時,主花已經完成花器官的分化,副花處于分化的起始階段,若不進行外源GA處理,副花往往停止發育并敗育,因此胼胝兜蘭頂端常著生單花。 
        合適濃度的外源GA處理能使花期提前35天并促進胼胝兜蘭副花芽發育。石蠟切片結果顯示赤霉素對胼胝兜蘭花發育早期沒有影響,而是在花器官分化階段通過促進花序軸的伸長和副花的發育進而使得胼胝兜蘭花期提前并出現一梗雙花現象。在花器官分化階段,外源GA處理顯著降低了花芽中細胞分裂素(CTK)的含量,促進內源IAA、GA1和GA3的積累,使得花芽中呈現出高的GA,低比例的CTK/IAA水平。同時,外源GA促進了花芽中PcAP3, PcPI,和PcSEP基因的表達,進一步促進了副花的形成。另外,高水平的內源GA促進了PcXTH9與PcTCP15的表達,促進抽薹。結果表明,外源GA處理可以有效提前花期并促進副花芽發育,形成一梗雙花,雙花率由8.9%提高至86.9%?;谛螒B學、生理學和轉錄組學的聯合分析發現:(1)外源GA處理提前花期是通過促進抽薹而不是影響成花誘導來實現的;(2)外源GA通過調節內源激素的水平與花發育基因的表達進而影響副花芽的發育。 
        該研究首次闡述了外源GA對胼胝兜蘭開花的影響機制,能為胼胝兜蘭的花期調控提供技術支持,也可為進一步研究兜蘭和其他多年生非模式植物的開花機制提供參考。中國科學院華南植物園曾宋君研究團隊和廣東省農業科學院環境園藝研究所共同完該研究,相關研究結果已近期在線發表在國際園藝學排名第一的期刊Horticulture Research上。中國科學院華南植物園博士研究生尹玉瑩為論文的第一作者,房林副研究員和曾宋君研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃項目和廣東省重點研發項目資助。 
        論文鏈接:https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhac091/6572268?guestAccessKey=b24130c1-a929-4c94-b716-147ffb6e0a8f
        圖1. 胼胝兜蘭新分蘗芽從營養生長到開花的形態和細胞學觀察
        圖2. 外源赤霉素調控胼胝兜蘭副花發育和抽薹的可能機制
        圖3. 開雙花的胼胝兜蘭
        
      2022-04-28
    • 廣州能源所“高寒高海拔太陽能集熱關鍵技術與應用”項目獲得2021年度西藏自治區科學技術獎二等獎
      近日,西藏自治區人民政府、發布2021年度西藏自治區科學技術獎表彰決定,中國科學院廣州能源研究所徐剛研究員作為第一完成人的“高寒高海拔太陽能集熱關鍵技術與應用”項目獲得2021年度西藏自治區科學技術獎二等獎。
        近日,西藏自治區人民政府、發布2021年度西藏自治區科學技術獎表彰決定,中國科學院廣州能源研究所徐剛研究員作為第一完成人的“高寒高海拔太陽能集熱關鍵技術與應用”項目獲得2021年度西藏自治區科學技術獎二等獎。 
        西藏地處高原,冬季寒冷漫長,建筑蓄熱保溫水平低,冬季供暖十分必要。該項目在國家自然基金、國家“863”計劃、西藏重大科技專項和中科院STS重大項目等支持下,緊密圍繞高寒高海拔地區的光熱利用關鍵技術開展深入研究,突破先進光熱轉換材料、核心集熱元器件、太陽能供熱集成系統等太陽能供暖核心共性技術問題,形成完整的、可推廣應用的成套技術體系。實現了高寒高海拔太陽能區域性集中供暖技術的“本土”化,為探索環境-能源-經濟協同發展模式提供重要指導意義,有著明顯的技術帶動、節能減排、生態保護等社會效益。 
        
      2022-04-27
    • 廣州地化所仇一凡等:鐵細菌可能在17億年前繁盛
          鐵元素作為一種氧化還原敏感元素及重要的電子供體,能以多種形式在巖石圈、水圈、大氣和生物圈中循環,記錄了水圈、大氣圈和生物圈的演化過程,成為地質歷史時期地球表層環境氧化還原狀態、生命演化過程的重要的信息載體。此外,Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)轉化過程還能為鐵氧化菌等原核生物生長提供能量。
         鐵氧化菌(Fe-oxidizing bacteria,FeOB)是一類可以利用鐵作為電子供體、氧為電子受體進行新陳代謝的原核生物(圖1)。在氧氣濃度小于1 mg/L時,嗜中性鐵氧化細菌可以高效率地氧化水體中的Fe(Ⅱ),獲得生長所需要的能量。因此,鐵氧化菌是弱酸及近中性富鐵、貧氧水環境中Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)轉化的重要機制。據此,有學者認為鐵氧化菌的生物氧化過程是前寒武紀早期條帶狀鐵建造中Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)轉化的主要方式。
         條帶狀鐵建造(Banded Iron Formation,BIF)作為地質歷史時期主要的富鐵沉積巖之一,是研究前寒武紀表生環境狀態及Fe在表生環境中循環的重要對象。然而,由于條帶狀鐵建造記錄在18-8億年內消失,使得對于這一長達10億年的時間內低氧表生環境中鐵氧化菌的存在形式、Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)轉化機制的認識存在爭議。華北克拉通南緣黛眉山地區約17億年汝陽群云夢山組地層中發育了一套以赤鐵礦為主的“鐵建造”,其形態和結構異于18億年前形成的傳統意義上的條帶狀鐵建造。深入研究云夢山組“鐵建造”,對認識18-8億年地球表生環境的氧化還原狀態與早期生命演化過程具有重大意義。
         中國科學院廣州地球化學研究所的博士后仇一凡,在趙太平研究員和香港大學李一良副教授的指導下,基于沉積學、礦物學、元素地球化學、Fe-Cr同位素地球化學等手段,對黛眉山地區的云夢山組“鐵建造”(圖2)的沉積環境、物質來源以及Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)轉化機制進行了探討,并與香港仔郊野公園的下水塘壩下(圖3)采集的生物席樣品進行了對比。
         沉積學研究表明,云夢山組“鐵建造”形成于間歇性暴露的潮下帶上部-潮間帶淺水環境。微量元素和Fe-Cr同位素等特征證明:(1)云夢山組“鐵建造”的鐵來源與FeOB菌席類似,即來自陸地巖石風化產生的可溶性Fe(Ⅱ);(2)云夢山組 “鐵建造”形成時出現了一次明顯的增氧事件,該時期表層水體中的氧氣濃度恰好處于以Gallionella為代表的微需氧鐵氧化菌的最適氧氣濃度范圍(~3至25 μM);(3)微需氧鐵氧化菌在上述條件下可以與氧氣競爭,快速氧化水體中溶解的Fe(Ⅱ),成為云夢山組“鐵建造”中Fe(Ⅱ)氧化的主要機制。
         根據以上研究,該研究團隊提出,由于18-16億年地球海洋化學狀態改變,海洋深部富鐵水體中的Fe(Ⅱ)難以向表層輸送,造成條帶狀鐵建造消失。同時,由于該時期地表氧化風化作用增強,大量Fe(Ⅱ)從地表巖石中釋放,導致陸地環境極度富鐵。富鐵的表生水體和適宜的水體氧氣濃度,共同促進了FeOB代謝、增殖。因此,FeOB在全球陸地水環境中廣泛分布(圖4),成為Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)轉化的主要機制,該時期也成為地球生物鐵代謝的重大轉折。
         該研究對于理解18-8億年大氣、海洋和生物圈的狀態及其相互作用具有重要意義,為全面認識前寒武紀鐵的生物地球化學循環過程提供了新的思路。
         相關研究成果近期發表在Geophysical Research Letters。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃及中科院戰略性先導科技專項(B類)等的資助。
         論文信息:Qiu, Y., Qin, L., Huang, F., Zhao, T., Li, Y. Early prosperity of iron bacteria at the end of the Paleoproterozoic era. Geophysical Research Letters n/a, e2022GL097877. https://doi.org/10.1029/2022GL097877
         
        圖1 不同水環境中的鐵氧化菌菌席
        A:富Fe溪流中的鐵氧化菌菌席;B:海底火山噴口的鐵氧化菌菌席;C:受鐵氧化菌腐蝕的泰坦尼克號殘骸
        圖2 云夢山組“鐵建造”采樣區域——黛眉山景區野外照片
        圖3 香港仔下水塘壩下FeOB菌席采樣點照片
        圖4 云夢山組“鐵建造”的成因模式圖
        風化的陸殼釋放的大量Fe(Ⅱ)隨地表水運移(A)至潮間帶-潮下帶上部的低洼環境中(B),被FeOB通過生物代謝作用氧化(C)形成非晶質Fe(Ⅲ)礦物,隨后經過水解、脫水、埋藏等作用轉化為云夢山組“鐵建造”中的赤鐵礦
        
      2022-04-27
    • 華南植物園研究揭示熱帶森林土壤碳釋放對長期氮磷添加的響應

        每年有大量的二氧化碳(CO2)從土壤中釋放,主要來源于凋落物和土壤碳(C)的分解。養分有效性,尤其是氮(N)和磷(P)在凋落物和土壤碳分解中起重要作用。大多數研究中只單獨探究土壤碳礦化或凋落物分解,在長期施肥條件下同時探究這兩者的碳釋放模式的研究并不多,因此,了解其潛在機制對于減緩二氧化碳排放和氣候變化至關重要。 
        中科院華南植物園生態中心博士生張靖凡在王法明研究員的指導下,利用熱帶次生林氮磷添加的野外試驗平臺,進行為期兩年的野外試驗,在長期(11年)氮磷添加的土壤中,添加了兩種不同的凋落物:玉米根或玉米葉。測量了土壤總碳礦化率(CO2通量)來表征總碳的礦化,使用13C同位素示蹤來確定碳的來源(土壤碳或凋落物碳)。通過測定與碳礦化相關的胞外酶(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、酚氧化酶(PHO)和過氧化物酶(PER))以及磷脂脂肪酸(PLFA)表征的土壤微生物群落結構,通過機構方程模型來解釋土壤碳釋放速率對不同施肥處理的響應。 
        研究表明,氮的添加僅加速了凋落物碳釋放,0~5cm和5~10cm土層凋落物碳釋放量分別增加了42%和6%。磷添加僅抑制了土壤碳的分解,0~5cm和5~10cm土壤碳釋放量分別減少了9%和11%。氮添加增加了土壤中碳的釋放,其原因可能是微生物生物量、真菌與細菌的比值和碳降解酶活性的提高。然而,添加磷導致微生物特性和碳降解酶活性的相反結果,與碳的釋放減少相關。研究表明,長期氮、磷添加對凋落物和土壤碳的分解的影響具有選擇性,且這一趨勢在未來氮沉降增加的熱帶森林中可能更為顯著。研究結果表明,在未來的碳中和策略中,應考慮氣候變化下凋落物和土壤碳分解的不同模式。 
        相關研究結果已在線發表在Science of The Total Environment(《總體環境科學》),文章鏈接:https://authors.elsevier.com/a/1euuMB8ccuiOq 
        圖1. 顯示氮和磷添加如何改變凋落物和土壤碳的釋放及其微生物機制的概念圖。
        圖2. 在華南次生林12個月的土壤分解試驗中,氮磷添加對土壤碳釋放的影響。
        圖3. 利用結構方程模型分析在氮磷添加通過影響微生物活性及群落結構來影響土壤碳及凋落物碳釋放。
        
      2022-04-26
    • 華南植物園‘玉瑩兜蘭’和‘斑蝶兜蘭’通過廣東省農作物新品種鑒定

        4月23日,由中科院華南植物園曾宋君研究團隊和廣州建筑園林股份有限公司合作選育的‘玉瑩兜蘭’和‘斑蝶兜蘭’2個兜蘭新品種通過了廣東省農作物品種審定委員會辦公室組織的專家現場鑒定。這2個品種也將于“五一”期間在華南植物園蘭園中展出。 
        ‘玉瑩兜蘭’(Paphiopedilum ‘Yu Ying’)是2015年以引進的同色兜蘭‘C-1’(Paphiopedilum concolor‘C-1’)為母本、報春兜蘭‘P-1’(P. primulinum ‘P-1’)為父本進行雜交,經無菌播種選育而成。多年多點試驗結果表明,其遺傳性狀穩定一致?!瘳摱堤m’無菌播種苗種植36個月的開花植株,平均株高6.2厘米,株幅26.0厘米;葉片矩圓形至狹橢圓形,長13.1厘米、寬3.3厘米,葉面綠色,具深綠相間的網格斑;花序梗綠色,長11.3厘米;著花1.9朵,花朵橫徑8.5厘米、縱徑8.7厘米;中萼片長6.4厘米、寬4.7厘米,白色,具綠色縱脈;花瓣長5.7厘米、寬2.6厘米,黃白色,具綠色脈和紫色細斑點;唇瓣長4.5厘米、寬2.0厘米,囊狀,黃色。在珠江三角洲地區設施栽培條件下,4-5月開花,單花觀賞期45天,抗病性、抗逆性較強。 
        ‘斑蝶兜蘭’(Paphiopedilum ‘Ban Die’)是2015年以引進的巨瓣兜蘭‘B-1’(Paphiopedilum bellatulum‘B-1’)為母本、胼胝兜蘭‘C-1’(P. callosum‘C-1’)為父本進行雜交,經無菌播種選育而成。多年多點試驗結果表明,其遺傳性狀穩定一致?!叩堤m’無菌播種苗種植36個月的開花植株,平均株高6.8厘米,株幅22.8厘米;葉片矩圓狀披針形,長11.7厘米、寬3.5厘米,葉面綠色,具深綠相間的網格斑;花序梗深紫色,長12.0厘米;著花1.7朵,花朵橫徑8.1厘米、縱徑8.9厘米;中萼片長4.4厘米、寬4.3厘米,淺紫色,基部綠色;花瓣長5.4厘米、寬2.3厘米,淺紫色,基部綠色,具深紫色細斑點;唇瓣長4.4厘米、寬1.6厘米,深囊狀,紫色。在珠江三角洲地區設施栽培條件下,3--4月開花,單花觀賞期45天,抗病性、抗逆性較強。
        ‘玉瑩兜蘭’(Paphiopedilum ‘Yu Ying’)
        ‘斑蝶兜蘭’(Paphiopedilum ‘Ban Die’)
        
      2022-04-26
    • 深圳先進院空間信息團隊在河口碳循環研究方面取得進展
      河口碳收支作為地球碳循環的重要組成部分,對氣候變化和近岸海域酸化、缺氧等生態環境問題提供重要的數據支撐。因此,研究河口水體碳循環可同時兼顧經濟發展與環境保護的需求,具備重要的科學意義與應用價值。
        近日,數字所空間信息研究中心陳勁松研究員團隊,聯合美國德州農工大學胡欣平副教授團隊在河口碳循環研究方面取得重要進展。通過對墨西哥灣西北部瀉湖河口群2014至2018年月度和季度的現場采樣分析,計算出整個區域的碳循環受到水文變化的直接影響,即颶風或暴風雨帶來的汛期會使得河口CO2排放短時間內增高2~10倍。同時,基于質量平衡的總碳收支模型計算得出,如紅樹林、鹽沼等濱海濕地成為半干旱地區的河口水體重要碳源,直接貢獻了86.5%和62.7%的總有機碳和總無機碳輸入,對于維持該區域的生態多樣性起到了重要支撐。 
        研究相應成果發表在環境科學、水資源領域國際主流期刊Water Research(IF=11.236)上,題為“Subtropical estuarine carbon budget under various hydrologic extremes and implications on the lateral carbon exchange from tidal wetlands”,姚泓名助理研究員為論文第一作者,通訊作者為德州農工大學胡欣平副教授。 
        研究人員采用了質量平衡的生態建模方式,能夠直觀表征出不同碳收支過程對該河口系統碳循環的占比貢獻,對探究其時空變化趨勢及關鍵作用過程提供了直接分析手段,能夠有效克服對點源/非點源碳循環計算的時空精度限制,有助于認知河口近海碳過程的動態變化規律,確立可用于生態調控的主導因素,陸海統籌地針對性實施生態碳增匯工程。該研究得到了廣東省基礎與應用基礎研究基金、美國國家自然科學基金、美國國家海洋和大氣管理局的支持。 
        為應對全球氣候變化,中國政府提出了“2030年碳達峰”、“2060年碳中和”的宏偉目標。落實這一政策,需要在盡可能減排的同時大力發展各種“碳匯”途徑,從而最終達到“碳負排”目的。研究可行的碳負排放方案,能為國家戰略提供有力的科技支撐。海洋系統作為地球上重要的碳庫,其碳負排潛力巨大。河口系統作為由陸向海過渡的關鍵區域,直接承載了包含人類活動在內的陸源碳排放。河口碳收支作為地球碳循環的重要組成部分,對氣候變化和近岸海域酸化、缺氧等生態環境問題提供重要的數據支撐。因此,研究河口水體碳循環可同時兼顧經濟發展與環境保護的需求,具備重要的科學意義與應用價值。 
        文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118436 
         
        圖1:2014~2018年墨西哥灣西北河口群不同碳通量的變化。(單位: mmol·C·m-2·d-1)
        圖2:北美河口碳“源/匯”空間分布。(單位: mol·C·m-2·yr-1)
        圖3:墨西哥灣西北河口群碳收支示意圖。(單位: mol·C·m-2·yr-1)
        
      2022-04-26
    • Angewandte Chemie | SIAT殷勤團隊利用化學催化還原胺化實現非天然氨基酸高效合成
      進一步探索并實現了挑戰性的酮酸衍生物和銨鹽之間的直接不對稱還原胺化反應。
        近日,中國科學院深圳理工大學(籌,暫定名)藥學院副教授、中國科學院深圳先進技術研究院醫藥所副研究員殷勤團隊和南方科技大學張緒穆教授團隊合作,在前期合作研究的基礎上(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2024.; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 14193.; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 5321.; Org. Lett. 2020, 22, 2707.;Org. Lett. 2020, 22, 6479.; Chem. Commun. 2022, 58, 513.),進一步探索并實現了挑戰性的酮酸衍生物和銨鹽之間的直接不對稱還原胺化反應。 
        該反應能提供一種化學催化的直接構筑光學純非天然手性α-NH2-羧酸的新途徑,可以與生物催化形成互補。相關研究成果發表在國際頂級化學綜合期刊Angew. Chem. Int. Ed.上,并被編輯選為“Very Important Paper”文章(TOP 5%),南方科技大學博士后胡樂安為論文第一作者,殷勤為共同通訊作者。 
         
        論文上線截圖
        手性非天然α-氨基酸在生物學、生物化學、藥物及材料科學等領域扮演著十分重要的角色。例如:一些d-苯甘氨酸類化合物已被廣泛應用于生產不同類型的β-內酰胺類抗生素。隨著肽類藥物的快速發展,將多肽分子中的某些天然α-氨基酸成分替換成非天然α-氨基酸有望進一步豐富多肽分子多樣性,獲得活性及藥代動力學性質更好的多肽藥物。此外,手性非天然α-氨基酸還可非常容易地轉化為一些手性助劑及催化劑,并應用于不對稱合成。因此,發展高效實用的方法來獲取手性非天然α-氨基酸具有重大意義。 
        生物催化為非天然α-氨基酸的合成提供了多樣性手段,通常不涉及保護基操作,條件也較溫和。與之相比,化學催化方法在底物普適性和反應規模上往往具有一定的優勢。然而,目前報道的光學純α-氨基酸化學催化合成法大多需要預制備帶保護基的含氮底物,從而導致生成的氨基酸衍生物氮上帶有保護基,需要額外的脫保護操作才能得到更具價值的α-NH2-羧酸。作者基于前期的研究成果,探索了簡單易得的酮酰胺與便宜的醋酸銨之間的還原胺化反應,在手性釕催化劑催化下,可以一步制得結構多樣的光學純非天然α-NH2-羧酸衍生物,具有非常好的普適性(48個例子),相關研究可能在氨基酸藥物研發中取得應用。 
         
        非天然氨基酸高效合成
        上述研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學“杰出青年”基金、深理工啟動經費、中科院率先行動“人才引進計劃”等項目的資助。 
        論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202202552 
         
        
      2022-04-25
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