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  • 科研進展
    • 深圳先進院空間信息團隊在近岸海洋酸化研究方面取得進展
      本研究揭示了一個近岸海域水體酸化的重點區域,同時從富營養化的角度分析了人類活動與海洋酸化存在的必然聯系,為近岸海域環境問題的綜合治理與改善提供了新的思路與策略。
        近日,中國科學院深圳先進技術研究院數字所空間信息研究中心陳勁松研究員團隊在人類活動密集的大灣區近岸海域水體酸化研究方面取得重要進展,在環境科學領域國際主流期刊Environmental Pollution(IF=8.071)上發表了題為“Decadal acidification in a subtropical coastal area under chronic eutrophication”的文章。助理研究員姚泓名為論文的第一作者兼通訊作者。 
        海洋酸化是全球氣候變化下海洋系統面臨的又一重要生態環境問題。大氣CO2持續攀升導致海洋“碳匯”過程吸收的CO2濃度增加,水體pH不斷下降形成海洋酸化。海洋酸化改變了原有的生物化學平衡,嚴重威脅著大多數以碳酸鈣為主體的海洋生物的生存。同時,海洋酸化的嚴重程度也存在著空間差異。在人類活動密集的河口海岸帶區域,陸海統籌的研究水體酸化過程,對與探索陸海過渡的關鍵區域生物化學作用過程及關鍵調節機制,產生了重要的意義。 
        通過分析香港環境保護署(https://www.epd.gov.hk/epd/tc_chi/top.html)自1986至2017長達30的年76,600組現場水質監測數據,整個香港周邊海域自1986年以來發生了嚴重的海洋酸化。其酸化速率(-0.0085 ± 0.0069 pH·unit·yr-1)為全球海洋平均酸化速率(~ -0.0019 pH·unit·yr-1)的4.5倍。除了大氣CO2的濃度上升,整個大灣區海域多年的富營養化狀態造成了水體對酸性物質的緩沖能力下降,尤其是自2001年之后富含氨氮(NH4-N)的陸源水體匯入引發的高氮磷比(年均DIN:DIP從1986年的15.5升高至2017年的37.1),進一步加劇了該海域的水體酸化。 
        本研究揭示了一個近岸海域水體酸化的重點區域,同時從富營養化的角度分析了人類活動與海洋酸化存在的必然聯系,為近岸海域環境問題的綜合治理與改善提供了新的思路與策略。 
        該研究得到了廣東省、深圳市、中國博士后基金、中科院先導等科技項目資助。 
        文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118487 
         
        圖1:香港周邊不同海域1986~2017的年均pH變化(單位: pH·unit) 
         
        圖2:香港周邊海域1986~2017的年均pH空間變化(單位: pH·unit·yr-1)
         
        圖3:富營養化狀態下的pH預測(單位: pH·unit for pH; ppt for salinity)
         
        圖4:粵港澳大灣區海域酸化過程示意圖
        
      2022-04-26
    • 代謝蛋白組成調控草食家畜關鍵營養素高效利用的微生物機理研究取得新進展

        提高生產效益和降低環境污染是草食家畜養殖產業面臨的兩大主要挑戰。草食家畜氮利用率僅為20~36%,而64~80%的氮以糞尿排泄物的形式排放到環境中。草食家畜因瘤胃及其微生物的存在,其氮代謝與單胃動物相比,更加神秘和具有挑戰性。一般而言,草食家畜的代謝蛋白由瘤胃可降解蛋白(RDP)和過瘤胃蛋白(RUP)兩部分組成,其組成可作為調控機體氮素利用率的關鍵點,但目前尚缺乏深入的機制研究。
        近期,中國科學院亞熱帶農業生態研究所畜禽健康養殖與農牧復合生態研究中心譚支良研究員團隊以斷奶山羊為模型,解析了代謝蛋白組成調控關鍵營養素利用效率的微生物機理。結果表明,與低RUP相比,高RUP可以顯著提升斷奶山羊的生長性能和關鍵營養素消化率,且需要至少6周的日糧干預才能對生產性能產生顯著影響?;诩S便微生物多樣性、代謝及功能的系統分析表明,高RUP日糧干預顯著提高了后腸道的氨基酸平衡,促進了產丁酸菌Eubacterium的定植及其向營養物質成分(如氨基酸和葡萄糖)的趨化運動,進一步在ABC轉運載體介導下將小分子營養物質轉入胞內進行利用。最終,微生物代謝從產乙酸逐漸轉為產丁酸和支鏈氨基酸進而促進機體的代謝(圖A和B)。與此同時,密集縱向采集的9個時間點的糞便樣品微生物分析表明,斷奶山羊的微生物發展經歷了三個不同的階段,主要包括纖維降解菌Ruminococcus的增加、微生物細胞活力的增強和發酵類型的改變,強調了斷奶后山羊腸道內的微生物呈現出內在規律式的發展進程(圖C)。本研究對代謝蛋白組成干預引發的早期日糧-微生物軸提供了新的見解,提示應該高度重視草食家畜日糧干預的時間窗口和干預時長,為后期提高氮素利用率及降低氮排放提供了科技支撐。
        該研究成果以Enhancing metabolic efficiency through optimizing metabolizable protein profile in a time progressive manner with weaned goats as a model: involvement of gut microbiota為題發表在Microbiology Spectrum雜志上。該研究得到國家自然科學基金項目和中國科學院戰略性先導專項(A類)子課題的聯合資助。
        論文鏈接
        代謝蛋白組成調控關鍵營養素利用效率的微生物機理。圖A,HRUP干預誘導Eubacterium定植,通過其自身的鞭毛運動向營養物質趨動,并利用ABC轉運載體吸收營養物質;圖B,HRUP增強了丁酸代謝途徑,將微生物代謝從產乙酸轉變為產丁酸和支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸);圖C,腸道微生物組成、功能和代謝物隨時間的動態變化規律。紅色字體表示增加,綠色字體表示減少。
      2022-04-20
    • 研究發現海表增溫會在全球范圍內造成上層洋流的加速

        近日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室(LTO)聯合國內外多家單位在全球變暖上層海洋環流變化的機制研究取得新進展,相關研究成果發表在Science Advances(《科學進展》)上。彭啟華博士為第一作者,Shang-Ping Xie教授和王東曉教授為共同通訊作者,合作者包括黃瑞新教授、陳更新研究員、舒業強研究員、Jia-Rui Shi博士以及Wei Liu副教授。 
        全球變暖背景下海洋環流會發生顯著的變化,從而改變海洋的物質和能量的再分配,并對海洋環境和氣候系統起到重要的調節作用。因此全球變暖對大洋環流的影響已成為國際研究的前沿和熱點問題。然而全球變暖主要通過什么物理機制來影響大洋環流尚不清楚。 
         
        圖1.海洋表層環流圖 
        風應力是上層海洋環流的主要驅動力。在全球海洋模式中進行了詳盡的數值試驗后,本研究發現在全球變暖的背景下,上層海洋環流的變化主要由海表增溫驅動,而風應力變化只起到次要的作用。該研究首次發現了全球變暖導致的海表增溫會使得全球超過四分之三海域的上層海洋環流出現一致加速的趨勢。具體而言,在副熱帶環流圈和赤道環流系統中,海水的吸熱會增強海洋密度的垂向層結,使得上層環流局限在更淺的層位,進而使得上層環流加速并伴隨著下層環流減速的特征。這種大尺度環流的變化會對海洋物理和生態環境產生顯著影響,比如沿著東海大陸坡從臺灣流向日本九州的黑潮是橫跨北太平洋的副熱帶環流圈的一部分,全球變暖造成的黑潮表層加速會對東海環流及生態環境產生重大的影響。此外該研究還揭示了南極繞極流的加速與該海域南北向的不均勻吸熱以及相應的地轉調整緊密相關,證實了最新的海洋及衛星觀測的結果。 
        圖2. 全球變暖背景下海表增溫導致的全球大洋上層環流的變化。紅色箭頭表示洋流加速,藍色箭頭表示減速。填色代表上層比容高度的變化。 
        相關成果對于研究全球變暖背景下海洋環流變化提供了新思路,并且對于評估未來海洋環流變化的不確定性也有重要的參考意義。 
        相關論文信息:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj8394 
      2022-04-25
    • 國家重點研發計劃“文化科技與現代服務業”專項項目啟動會順利召開

        4月15日下午,2021年度國家重點研發計劃“文化科技與現代服務業”專項—“新型研發機構創新服務平臺技術研發與應用”項目啟動會暨實施方案咨詢會順利召開。會議采用線上、線下相結合的方式,其中線下設置中國科學院深圳先進技術研究院、北京大數據先進技術研究院兩個主要會場,其他各地單位線上參會。清華大學教授柴躍廷、北京大學教授王國成、深圳清華大學研究院副院長劉巖、中科院空天信息創新研究院研究員方震、北京量子研究院研究員常凱共計五位項目咨詢專家,以及來自科技部高技術研究發展中心、科技部政策法規與創新體系建設司、科技部火炬中心、廣東省科技廳產學研結合處的有關領導和各項目牽頭單位、參與單位、外溢機構的單位代表共計100余人出席了會議。會議由深圳先進院數字所所長李燁主持。 
        會上,深圳先進院樊建平院長致歡迎辭,并表示先進院各部門將做好項目管理與支撐服務工作。廣東省科技廳產學研結合處王淑蓮副處長對各位領導專家蒞臨表示熱烈歡迎,并表示省科技廳將參考本次課題的深圳新經驗,推動廣東新型研發機構真正成為打通科技成果轉化的綠色通道??萍疾扛呒夹g研究發展中心張金國處長詳細介紹了科技部重點研發計劃項目管理,希望各單位能有效率、有質量地把項目做好。 
        項目負責人李燁從項目背景、實施方案、考核指標及進度安排等方面對項目及課題進行了詳細的匯報。項目咨詢委員會專家聽取匯報后,對項目實施方案給予了肯定,并提出了寶貴意見。李燁表示項目組會高度重視專家提出的意見,制定更加詳細的工作實施方案,認真推進各方面工作有序開展,確保項目順利執行。 
        本項目由深圳先進院牽頭,中國科學院科技戰略咨詢研究院、北京大學、深圳市金證科技股份有限公司、深圳市科南軟件有限公司、北京協同創新研究院、山東產業技術研究院、浙江大學杭州國際科創中心、廣東省科學技術情報研究所、北京市長城企業戰略研究所9家單位共同參與。項目獲得科技部1900萬元經費支持,主要研究科研機構管理及運營需要的可信計算和人工智能技術,構建科研與產業創新的一體化服務平臺,提升科研機構內部管理和成果轉化效率。將圍繞新型研發機構的理論機制、數字化轉型、協同創新三個關鍵問題,從建設理論、關鍵技術、平臺研發、示范應用四個方面展開科研攻關。項目實施周期為2021年12月至2024年11月。該項目能獲批是科技部及國內專家對深圳先進院十五年建設新型研發機構成績的認可,希望深圳先進院的經驗能輻射全國,聯合國內代表性新型研發機構,建立網絡協同創新鏈與共同體。  
         
        樊建平致辭
         
        深圳會場合影
         
        北京會場合影
         
        線上會場展示
        
      2022-04-22
    • 廣州地化所李杰等開發了新的高精度Cu同位素分析技術
          銅(Cu)是重要的金屬成礦元素、重金屬元素和人體所需微量元素,還是強親硫元素。銅廣泛分布自然界中各類礦物、巖石、流體及生物體中,并廣泛參與成巖作用、成礦作用、熱液活動和生命活動過程,Cu同位素(63Cu和65Cu)已被廣泛應用于礦床學、海洋科學、天體化學、環境科學和生物醫學等研究領域。然而,已報道的銅同位素化學分離方法主要使用陰離子樹脂(AG-MP-1M或AG1-X8),這些方法需要消耗大量的高濃度鹽酸(6~10 M HCl),導致本底高,而且不能將釩、鈦、鐵以及鈷等干擾元素很好的分離,常需要進行二次或三次化學分離才能滿足精確的Cu同位素分析測試要求。
         
        圖1. Cu特效樹脂和陽離子交換樹脂雙柱串聯圖。
         針對上述問題,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學重點實驗室的實驗技術平臺李杰研究員和鐘橋輝等人,開發了基于銅特效樹脂和陽離子交換樹脂雙柱串聯技術分離地質樣品中Cu的方法(圖1)。第一柱采用銅特效樹脂,使用0.001 M HNO3淋洗大量的基體,然后用0.5 M HNO3淋洗銅(圖2a),含Cu淋洗液直接流入第二柱AG50WX12陽離子交換樹脂,該樹脂柱依次使用0.5 M HNO3+0.1 M HF淋洗鈦,0.5 M HNO3+1% H2O2淋洗釩,最后用2 M HNO3淋洗銅,鐵則殘留在樹脂上(圖2b)。整個化學分離流程的Cu回收率接近100%,該方法不僅可以將Cu與其它的基體元素及干擾元素完全分離開,而且整個柱分離流程是連續的,中間不需要蒸干處理,既降低了流程空白還縮短了實驗時間,分離效率極高;另外該化學分離流程不僅節約了酸的用量,而且適用性廣。
        圖2.特效樹脂及陽離子交換樹脂分離Cu流程及淋洗曲線。
         Cu同位素組成的測量采用標樣-樣品-標樣匹配法(SSB)結合多接收器電感耦合等離子體質譜(MC-ICP-MS),NIST SRM 976 Cu參考標樣的長期測量外部精度優于0.05‰ (2σ, n=236);利用建立的地質樣品Cu化學分離和質譜測試技術,我們對地質標樣進行了高精度測定,測定結果與前人報道值一致(圖3),并首次報道了三個國內巖石標樣的Cu同位素組成。
        圖3. 利用本方法測定的地質標樣的δ65Cu結果與前人報道結果對比。
         該研究受到國家重點研發項目的資助,成果發表在《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上。
         論文信息:Li, J., Zhong, Q. H., Zhang, L., Yu, H. X., Wang, Z. Y., & Bao, H. Y. (2022). A two-stage column protocol for the separation of Cu from geological materials and high-precision Cu isotopic analysis on a MC-ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 37(4), 849-860.
         論文鏈接
         
      2022-04-21
    • 華南植物園“茶樹CsHAC1基因和蛋白及其應用”獲發明專利

         
        4月日獲悉,由中科院華南植物園羅鳴等完成的“茶樹CsHAC1基因和蛋白及其應用”獲國家發明專利授權。 
        該發明公開了一種茶樹CsHAC1 基因和蛋白在改變植物抗逆性中的應用。該發明構建了插入茶樹CsHAC1 基因的釀酒酵母重組表達載體,將該重組表達載體轉化進入釀酒酵母中,通過半乳糖誘導該基因在釀酒酵母中的超表達,能夠提高釀酒酵母對H2O2和NaCl脅迫的耐受性,證明該基因可以提高釀酒酵母對過氧化氫和/或氯化鈉脅迫的耐受性。該發明的茶樹CsHAC1 基因及其編碼的蛋白為后續利用基因工程技術培育抗逆茶樹提供理論研究基礎,對培育抗逆優良茶樹品種具有重大的應用價值。
        
      2022-04-20
    • 華南植物園“一種高效、高清晰度的觀察植物花粉管在雌蕊內生長情況的熒光顯微方法”獲發明專利

        4月20日獲悉,由中科院華南植物園徐苑卿、羅中萊等科研人員完成的“一種高效、高清晰度的觀察植物花粉管在雌蕊內生長情況的熒光顯微方法”獲國家發明專利授權。 
        該發明的熒光顯微方法大大地弱化了雌蕊自身組織發光的現象,減少了其在較大放大倍數時對花粉管觀察的干擾,從而容易取得高放大倍數下花粉管體內生長的高清晰度的影像,對細節的呈現效果非常理想。該發明的熒光顯微方法將軟化透明時間極大地縮短至幾個小時,且染色的時間也從現有技術的數小時縮短至幾分鐘,使得觀察實驗在1天內即可完成,大幅地提高了實驗效率,同時避免了使用高濃度的NaOH溶液,軟化透明過程中材料大小能保持原始狀態,故不會出現失水收縮的現象也無需進行復水處理。
        
      2022-04-20
    • 微生物生活策略對激發效應和土壤碳平衡的化學計量調節機制取得進展

        外源碳和養分輸入會影響微生物生長并引起土壤碳礦化激發效應,進而刺激土壤有機碳的形成和礦化。為了解釋微生物生長、碳循環和養分可利用性之間的聯系,之前有研究通過區分富營養微生物(r-strategists)和寡營養微生物(k-strategists),并通過研究這兩種微生物的演替來探究機制。但是也有研究表明,富營養微生物既能適應養分充足的環境,也能適應養分貧乏的環境,使微生物活動和碳循環之間的關系復雜化。有研究提出的微生物生活史策略假設可以進一步用來預測微生物活動及其與環境的相互作用,并且激發效應被認為會影響微生物的生活策略,然而,養分和化學計量比如何影響土壤有機碳(SOC)礦化的激發效應、SOC平衡以及碳循環與微生物生活策略的關系如何并不明確。 
        為此,中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究團隊向淹水水稻土壤中添加低量(50%的土壤微生物生物量碳(MBC))和高量(500%的土壤MBC)的13C標記的葡萄糖,并分別設置了5個N、P和S肥添加梯度(NPS養分梯度),構建了不同的C、N、P和S的計量比梯度,在60天的培養期內觀測了SOC的累積激發效應動態變化、土壤凈碳平衡指標,土壤酶活性,并結合13C-PLFA技術,探究了微生物調節淹水稻田土壤有機碳礦化的激發效應和有機碳積累的潛在策略和響應機制。結果表明:在低量和高量葡萄糖輸入下,葡萄糖礦化度均隨NPS肥濃度的增加線性增加。然而,無養分添加處理的葡萄糖會導致微生物優先利用現成的可利用碳,導致了負的激發效應。在高量葡萄糖輸入背景下,隨著NPS養分輸入的增加,負激發效應的強度增加(PE:?460?710mgCkg-1 soil)。相比之下,在低量葡萄糖輸入背景下,正激發效應的強度隨著NPS養分輸入的增加而增加(PE:60-100mgCkg-1 soil)。高量葡萄糖添加伴隨著NPS養分輸入有利于高產策略微生物(Y-strategists)生長,增加了葡萄糖衍生的SOC積累。微生物生物量和磷脂脂肪酸(PLFA)中檢測到較高豐度的13C,且土壤凈碳平衡增加(從0.76提高至1.20gCkg-1 soil),證明了這一現象。相比之下,低量葡萄糖添加伴隨著NPS養分輸入使資源獲取策略微生物(A-strategists)占據主導地位,增加了SOC的礦化。革蘭氏陽性菌的PLFA中含有13C,N-和P-水解酶的活性增加,以及從土壤有機質中獲取C和養分的正激發效應證明了這個結果,因此,土壤凈碳平衡從0.31降至0.01gCkg-1 soil。因此,高碳輸入(即500%的土壤MBC),尤其在低N:P:S計量比之下,通過負激發效應和微生物衍生的碳積累,增加了土壤有機碳積累,這是由于微生物向Y-策略群落的轉變可以有效的利用資源(圖1)。本研究強調了在水稻土施用有機肥時,也應考慮礦質施肥管理對促進微生物周轉和固碳的重要性。 
        該項研究近期以題為Stoichiometric regulation of priming effects and soil carbon balance by microbial life strategies發表在土壤學期刊Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國家自然科學基金和中科院亞熱帶農業研究所青年創新團隊項目等項目資助。 
        論文鏈接 
        圖1 微生物生活策略對激發效應和土壤碳平衡的化學計量調節機制的概念圖 
      2022-04-18
    • 華南植物園研究揭示磷循環對氣候變暖的響應機制

         
        磷通常是熱帶森林生態系統生產力的限制因子,可能調節碳循環對氣候變暖的反饋。然而,以往國內外關于增溫對生態系統元素循環的研究主要集中在碳和氮循環上,且多數集中于高緯度地區,增溫實驗周期較短,人們對該區域增溫背景下磷循環過程的認識仍非常有限。 
        華南植物園鼎湖山站劉菊秀研究團隊基于鼎湖山站的長期自然增溫平臺,系統地評估了7年增溫對熱帶森林生態系統磷循環的影響。研究發現,在磷匱乏生態系統中,增溫可維持植物加速生長的磷需求。增強的植物磷需求主要通過增強生態系統內部生物化學過程(如植物磷重吸收、土壤磷礦化和磷溶解)以增加磷供應來滿足,而不是通過影響磷通量(如凋落物磷礦化和磷的徑流和淋失損失)和改變更耗能的途徑(如增強細根和菌根真菌)來實現。結果表明,以往短期實驗或利用單一的磷供應評估方法的研究,可能高估了至少在短期或中長期增溫背景下磷限制對生態系統碳儲量的負反饋。研究結果擴展了對氣候驅動的養分需求/供應假說的理解,提出了增溫背景下維持植物高磷需求的多種磷獲取策略,拓展了傳統的評估方法(僅通過有效磷評估磷供應)和理論(僅通過土壤磷礦化評估磷轉化),為增進磷調控熱帶森林碳匯功能響應增溫的認識提供了重要的線索,為急需改善的地球系統模型提供了新的思路。
         相關研究結果已近期發表在國際學術期刊Global Change Biology(《全球變化生物學》)(IF= 11.717;生態學排名5/166)。列志旸博士后為該文第一作者,劉菊秀研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目、廣東省重點研發項目和中國博士后基金項目聯合資助,文章鏈接:https://doi.org/10.1111/gcb.16194。該論文為基于鼎湖山站增溫平臺開展研究發表在Global Change Biology上的第3篇論文,另外兩篇見:https://doi.org/10.1111/gcb.15432 和https://doi.org/10.1111/gcb.15355
        圖. 增溫背景下森林生態系統磷循環示意圖
        
      2022-04-18
    • 廣州健康院在人干細胞異種嵌合技術取得重要進展

        近日,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院潘光錦課題組與賴良學課題組合作在人多能干細胞異種嵌合研究中取得新進展,首次利用人干細胞異種嵌合技術,在小鼠實驗中獲得功能性人源血液細胞。相關成果以Generating Functional Cells Through Enhanced Interspecies Chimerism with Human Pluripotent Stem Cells為題于4月14日在線發表在國際干細胞研究協會(ISSCR)會刊Stem Cell Reports上。 
        利用人多能干細胞(hPSCs)異種嵌合在豬等大動物體內獲得有功能的人源細胞、組織或者器官,有望解決功能性組織及器官短缺的問題,是當前研究的熱點。但是hPSCs的異種嵌合存在極大障礙,效率很低,嚴重阻礙了hPSCs異種嵌合的進展。潘光錦課題組對hPSCs異種嵌合的障礙機制進行了系統研究,他們前期研究發現,hPSCs在異種胚胎早期發生凋亡是異種嵌合障礙的重要因素,而BMI1可通過抑制hPSCs的凋亡來提高其在小鼠、兔、豬的胚胎中的異種嵌合效率。在此基礎上,潘光錦課題組與賴良學課題組合作進一步發現,在異種嵌合過程中,hPSCs在與異種干細胞協同分化過程中處于生長劣勢而發生凋亡。他們發現新的因子-MYCN能有效克服hPSCs異種嵌合中劣勢及凋亡并顯著促進其異種嵌合能力,并進一步利用血液缺陷小鼠,在嵌合胚胎中分離獲得了具有良好活性且能繼續培養、分化的人源血液干祖細胞,首次從概念上證明異種嵌合獲得功能性人源細胞的可行性,為今后獲得可用于移植的人源細胞、組織和器官奠定了基礎,具有重要的意義。 
        該項研究得到中科院戰略先導專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省科技計劃等的資助。該研究通過了相關倫理審查,符合倫理規范。  
        論文鏈接
        廣州健康院在人源血液細胞研究中取得進展
        
      2022-04-15
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