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華南植物園創(chuàng)建快速高效植物遺傳轉化方法

植物遺傳轉化技術是植物基因工程和現代農業(yè)分子育種的必要工具。然而，現有的植物遺傳轉化方案復雜且效率較低，制約了多數資源植物或農作物的遺傳改造，已成為植物資源開發(fā)和利用的技術障礙。因此，開發(fā)高效且多應用的植物遺傳轉化技術已成為植物或農業(yè)科研領域的重要研究方向。基于植物主動再生能力及無性繁殖的特點，此方法有望應用于更廣泛的植物物種，實現更多特色資源植物和經濟作物的性狀改良與種質創(chuàng)新，以推動相關領域的基礎研究和應用研究發(fā)展，為特色植物的高效遺傳改良和現代農業(yè)育種應用提供理論和方法支撐。植物遺傳轉化技術是植物基因工程和現代農業(yè)分子育種的必要工具。然而，現有的植物遺傳轉化方案復雜且效率較低，制約了多數資源植物或農作物的遺傳改造，已成為植物資源開發(fā)和利用的技術障礙。因此，開發(fā)高效且多應用的植物遺傳轉化技術已成為植物或農業(yè)科研領域的重要研究方向。中國科學院華南植物園農業(yè)與生物技術研究中心植物發(fā)育與品質調控研究組（PI：侯興亮研究員）科研人員，經過多年探索和研究，成功建立了一種以植物主動再生能力為基礎的新型植物遺傳轉化方法（Regenerative Activity-dependent in Planta Injection Delivery，RAPID）。該研究利用強再生能力植物甘薯，進行多種遞送方式測試，發(fā)現通過甘薯莖段注射遞送方法能快速獲得陽性器官和轉化個體，同時在農桿菌菌種、侵染濃度、化學活性劑等方法條件上對轉化效率進行優(yōu)化提升，并完成了多種報告基因和遺傳編輯工具的應用，隨后通過遺傳學和細胞學分析方法確認了植物分生組織高效轉染以及新生轉化器官個體的快速再生，是迅速高效地獲得穩(wěn)定轉基因植株的根本原因。目前，RAPID方法已成功應用于甘薯、馬鈴薯、厚藤等無性繁殖的經濟作物或資源植物。與傳統(tǒng)遺傳轉化方法相比，RAPID方法具有較高的轉化效率（提高20至100倍），操作流程更為簡便（縮短2至3倍），且無需昂貴且復雜的組織培養(yǎng)過程。RAPID方法克服了傳統(tǒng)方法在快速遺傳轉化方面的局限性，打破了各類資源植物開發(fā)和利用的瓶頸。基于植物主動再生能力及無性繁殖的特點，此方法有望應用于更廣泛的植物物種，實現更多特色資源植物和經濟作物的性狀改良與種質創(chuàng)新，以推動相關領域的基礎研究和應用研究發(fā)展，為特色植物的高效遺傳改良和現代農業(yè)育種應用提供理論和方法支撐。相關研究結果以Resource article形式近期在線發(fā)表于國際學術期刊Plant Communications（《植物通訊》）（IF5year = 10.5）上，相關技術方法已獲得國家發(fā)明專利授權（ZL 202110705309.0）。華南植物園梅果果碩士和陳澳碩士為論文共同第一作者，侯興亮研究員和劉旭副研究員為論文共同通訊作者。該研究得到了廣東省重點領域研發(fā)計劃、廣州市科技計劃、國家自然科學基金廣東省聯(lián)合基金等項目的支持。論文連接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.100822翻譯搜索復制

2024-02-05

《東莞林下經濟植物圖鑒》出版發(fā)行

2月1日獲悉，中國科學院華南植物園、東莞市林業(yè)局與東莞市林業(yè)科學研究所等單位合作出版的《東莞林下經濟植物圖鑒》由華中科技大學出版社出版發(fā)行作為2024年“綠美東莞、品質林業(yè)”系列叢書的首發(fā)專著。該書的出版獲得東莞市財政項目“東莞市林下經濟種質資源收集與示范” ( 2021-2023 )的資助。經過近3年的野外調查，并通過與林下經濟相關的企事業(yè)單位和林農的走訪，編寫組詳細了解東莞市林下經濟產業(yè)發(fā)展信息，結合植物標本和資料信息，整理出東莞市林下經濟植物名錄共計148科451屬735種，包括蕨類植物24科32屬46種，裸子植物1科1屬2種，被子植物124科419屬687種。 2月1日獲悉，中國科學院華南植物園、東莞市林業(yè)局與東莞市林業(yè)科學研究所等單位合作出版的《東莞林下經濟植物圖鑒》由華中科技大學出版社出版發(fā)行作為2024年“綠美東莞、品質林業(yè)”系列叢書的首發(fā)專著，該書的出版獲得東莞市財政項目“東莞市林下經濟種質資源收集與示范”(2021-2023)的資助。東莞市位于廣東省中南部，地處東經113 31'~114 15'，北緯22 39~23 09'，東西長約70.45 km，南北寬約46.8 km，陸地面積2465 km2。東莞市地形復雜，氣候條件優(yōu)越，孕育了豐富的植物資源，共有野生維管植物1630種（含種下單位），但許多植物資源尚未得到有效開發(fā)利用。全市林地面積67.1532 hm2，其中有林地62.299.1 hm2，森林覆蓋率達36.2%，林下經濟發(fā)展空間大。林下經濟是以林地資源、林下空間和森林生態(tài)環(huán)境為依托，以林下種植、養(yǎng)殖、采集、初級加工、森林景觀利用為主要形式，開發(fā)利用林地資源和林蔭空間的復合生產經營活動。林下經濟是在中國林業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略實現根本轉變和集體林權制度改革取得重大進展的特定歷史條件下出現的新生事物，是順應新時期中國林業(yè)經濟社會發(fā)展規(guī)律的必然產物。發(fā)展林下經濟已經成為增加林地產出、提高林業(yè)效益、解決“三農”問題和助力鄉(xiāng)村振興的重要渠道。2012年國務院辦公廳下發(fā)《關于加快林下經濟發(fā)展的意見》，明確指出“在保護生態(tài)環(huán)境的前提下，以市場為導向，科學合理利用森林資源”。為合理利用林下空間，發(fā)掘適合東莞市林地種植的經濟植物，中國科學院華南植物園物種多樣性保育與利用研究團隊和東莞市林業(yè)科學研究所，聯(lián)合對東莞市內的林下植物資源進行系統(tǒng)調查。經過近3年的野外調查，并通過與林下經濟相關的企事業(yè)單位和林農的走訪，編寫組詳細了解東莞市林下經濟產業(yè)發(fā)展信息，結合植物標本和資料信息，整理出東莞市林下經濟植物名錄共計148科451屬735種，包括蕨類植物24科32屬46種，裸子植物1科1屬2種，被子植物124科419屬687種，雙子葉植物105科344屬563種，單子葉植物19科75屬124種。在對東莞市林下經濟植物資源名錄進一步評價的基礎上，篩選出305種有市場開發(fā)前景的種類編撰成書，圖文并茂地介紹其種類、科屬、分布、性狀、應用價值、保護等級等信息，旨在為后續(xù)林下經濟植物的保護和開發(fā)提供科學數據支撐。《東莞林下經濟植物圖鑒》一書內容豐富，通俗易懂。本書的出版可為林業(yè)技術、植物資源調查、保護和管理、科普教育等從業(yè)人員提供本區(qū)域植物物種多樣性的基礎信息，也為粵港澳大灣區(qū)林下經濟植物資源開發(fā)利用、綠美廣東生態(tài)和經濟建設提供參考。《東莞林下經濟植物圖鑒》封面

2024-02-01

華南植物園對土壤磷含量和光照強度對珊瑚島飛機草競爭力的影響機制研究獲進展

外來植物入侵對全球性的社會經濟和環(huán)境造成嚴重破壞，飛機草是全球最普遍的入侵植物之一。相比于陸地生態(tài)系統(tǒng)，外來植物入侵海島生態(tài)系統(tǒng)將造成更嚴重的后果。近年來，飛機草入侵西沙群島植被及生態(tài)系統(tǒng)，已成為對西沙群島原生植被危害最大的入侵植物之一，并隨著西沙群島的鳥糞輸入的減少進一步擴散。然而，熱帶珊瑚島上光照和土壤磷濃度對飛機草與本地鄉(xiāng)土植物競爭能力的影響尚不清晰。該研究以飛機草和西沙群島本地優(yōu)勢物種草海桐和抗風桐為研究對象，設置不同光照（低光照和全光照）和土壤有效磷含量（低磷、中磷和高磷）的控制實驗。圖.土壤有效磷含量和光照強度對飛機草、草海桐和抗風桐相對生長速率的影響。外來植物入侵對全球性的社會經濟和環(huán)境造成嚴重破壞，飛機草是全球最普遍的入侵植物之一。相比于陸地生態(tài)系統(tǒng)，外來植物入侵海島生態(tài)系統(tǒng)將造成更嚴重的后果。近年來，飛機草入侵西沙群島植被及生態(tài)系統(tǒng)，已成為對西沙群島原生植被危害最大的入侵植物之一，并隨著西沙群島的鳥糞輸入的減少進一步擴散。然而，熱帶珊瑚島上光照和土壤磷濃度對飛機草與本地鄉(xiāng)土植物競爭能力的影響尚不清晰。該研究以飛機草和西沙群島本地優(yōu)勢物種草海桐和抗風桐為研究對象，設置不同光照（低光照和全光照）和土壤有效磷含量（低磷、中磷和高磷）的控制實驗。研究發(fā)現，低光照能夠顯著抑制這三種植物的生長。在全光照條件下，飛機草的生長表現為中磷高于低磷和高磷，表明一定范圍內，磷促進飛機草生長，但超過一個閾值就會抑制它生長；而草海桐的生長與磷含量呈正相關。土壤磷含量對飛機草競爭能力的影響受到光照和物種的調控，且高磷顯著降低了飛機草對抗風桐的競爭優(yōu)勢。低光高磷能夠顯著降低飛機草與本地植物的競爭能力。科研人員提出通過保護原生植被以減少林下光照及增加海鳥和鳥糞輸入的磷肥，防控飛機草的思路，為熱帶珊瑚島植物入侵提供了新的防控策略。相關研究成果已近期發(fā)表在國際傳統(tǒng)學術期刊Biological Invasions (《生物入侵》)。中國科學院華南植物園植被與景觀生態(tài)學研究組博士研究生黃露平和碩士畢業(yè)生廖蒙承為共同第一作者，簡曙光研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)項目和廣東省科學技術項目的資助。論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10530-023-03186-1圖. 土壤有效磷含量和光照強度對飛機草、草海桐和抗風桐相對生長速率的影響

2024-02-01

太平洋熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）的歷史長期變化趨勢獲揭示

　　近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室(LTO) 海洋動力熱力過程課題組杜巖團隊，在赤道太平洋海洋動力長期變化研究方面取得新進展，相關成果以 “ Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades ” 為題，發(fā)表在Nature Climate Change 。LTO 助理研究員王閔楊為第一作者， LTO 研究員杜巖和美國斯克里普斯海洋研究所教授 Shang -Ping Xie 同為通訊作者，日本海洋地球科學技術機構（JAMSTEC）教授 Hideharu Sasaki 和教授 Masami Nonaka 為共同作者。熱帶不穩(wěn)定波（Tropical Instability Waves, TIWs）是熱帶太平洋最顯著的中尺度動力過程之一，由赤道流系的剪切不穩(wěn)定產生，表現為赤道東太平洋海表流場和海表溫度的月周期、1000km級擾動（圖1a）。TIWs海流擾動將赤道區(qū)域上涌的冷海水與赤道外暖海水經向攪拌混合，影響赤道區(qū)域營養(yǎng)鹽分布和熱量收支平衡，進而影響海洋生態(tài)環(huán)境和氣候長期變化。自20世紀90年代以來，熱帶太平洋經歷了類似拉尼娜現象的平均狀態(tài)變化，影響太平洋沿岸乃至全球的氣候和天氣變化（如臺風和ENSO等）。然而，由于赤道海流缺乏觀測，以及衛(wèi)星高度計數據難以計算赤道海流，TIWs等赤道動力過程的長期演變規(guī)律仍不清楚，這限制了我們對熱帶太平洋氣候長期變化的理解與預估。為解決衛(wèi)星高度計診斷赤道海表流場的難題，研究團隊自主提出了衛(wèi)星高度計診斷非平衡態(tài)海表流場的動力方程，考慮了加速度項與壓強梯度力平衡，而不是傳統(tǒng)的地轉平衡。利用該方程，我們首次診斷出TIWs近30年的海表流場數據，結果與錨定浮標觀測十分接近。基于該數據，我們發(fā)現TIWs在此期間持續(xù)增強，其海流渦動能（eddy kinetic energy, EKE）每十年增長12%（圖1b粗紅線）。同時利用其他3套獨立數據進行了對比驗證：衛(wèi)星觀測海表溫度（1982-2021，品紅線）、熱帶海洋錨定浮標觀測的海流數據（1980s-2020，黑線）以及1/10 渦分辨率全球大洋環(huán)流模式數據（OFES2，1958-2021，藍線），結論與衛(wèi)星高度計診斷結果一致。圖1.太平洋熱帶不穩(wěn)定波（TIWs）現象及其強度長期變化序列。a.日平均衛(wèi)星海表溫度；b. TIWs強度多年代際序列（紅色：衛(wèi)星高度計EKE；黑色：錨定浮標單點觀測EKE；品紅：衛(wèi)星海表溫度經向梯度的方差；藍色：OFES2模擬EKE，灰色陰影是模式集合）。細線：年平均，粗線：9年滑動平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。大尺度海洋環(huán)流和海溫風場的趨勢分析表明，TIWs增強的動力機制是源于熱帶東太平洋氣候近30年赤道南北不對稱變化。赤道以北增暖更快（圖2a），伴隨跨赤道南風增強、赤道海流加速（圖2c），使海流剪切加強、TIWs增強。伴隨TIWs增強，我們發(fā)現TIWs的經向攪拌效應加強，使冷舌區(qū)的非線性加熱效應每十年增加23%，在海洋長期熱收支平衡中不可忽視，是近期熱帶東太平洋氣候態(tài)變冷的負反饋項。說明TIWs在響應氣候變化的同時，反饋影響著熱帶太平洋的海溫變化。目前大部分氣候模式由于分辨率較粗（1 1 ）無法分辨TIWs過程，因此無法反映TIWs對冷舌的非線性加熱效應，可能造成一定的模擬偏差（比如赤道冷舌區(qū)的冷偏差），未來氣候模擬和預估需要考慮TIWs這一反饋作用（比如通過參數化或者提高模式分辨率）。圖2. 近30年熱帶太平洋海溫、風場和海表環(huán)流的變化趨勢。a. 海表溫度和海面風場趨勢；b. 東太跨赤道海溫不對稱變化（海表溫度北側減南側）；c. 海表高度和海表流場趨勢；d. 南赤道流（SEC，0 -4 N平均）流速長期變化。b/d為9年滑動平均，已去除1993-2021年氣候態(tài)平均。該研究揭示了太平洋TIWs對歷史氣候變化的顯著響應，表明TIWs深度參與并反饋影響氣候變化，這一結果為研究海洋多尺度動力過程響應和影響氣候變化提供參考。該研究獲得國家自然科學基金(42090042,42106024)、中科院國際合作項目(133244KYSB20190031,183311KYSB20200015)、LTO自主研究項目（LTOZZ2203）及南海所自主部署項目（SCSIO202201）等項目的聯(lián)合資助。相關論文信息：Wang, M., Xie, SP., Sasaki, H. et al. Intensification of Pacific tropical instability waves over the recent three decades. Nat. Clim. Chang. (2024).論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41558-023-01915-x

2024-02-01

廣州健康院在固有手性化合物不對稱合成與應用取得新進展

近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院朱強/羅爽課題組通過鈀催化的七元環(huán)腙衍生物與溴（氯）化芐進行反應，對映選擇性地合成了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。相關研究成果以“Inherently Chiral 9-Benzylidene-9H-tribenzo[a,c,e][7]annulene: Enantioselective Synthesis and Application as a Ligand Platform”為題發(fā)表在Chem Catalysis上。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院朱強/羅爽課題組通過鈀催化的七元環(huán)腙衍生物與溴（氯）化芐進行反應，對映選擇性地合成了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。相關研究成果以“Inherently Chiral 9-Benzylidene-9H-tribenzo[a,c,e][7]annulene: Enantioselective Synthesis and Application as a Ligand Platform”為題發(fā)表在Chem Catalysis上。手性是很大比例分子的基本幾何特性，手性分子廣泛應用于藥物、農藥和功能材料。造成分子具有手性的因素通常包括手性中心、手性軸和手性平面等分子局部的結構特征，也有像螺旋結構這樣的分子整體結構特征。德國化學家B？hmer在深入研究杯[4]芳烴的手性現象后，于1994年提出了固有手性的概念（J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 1994, 19, 17-39）。“固有手性”用于描述除上述常見手性因素以外的另一種分子整體的結構特征，即具有一定剛性的曲面分子。除了杯[4]芳香烴之外，固有手性還存在于一些直觀上無手性的中等大小的環(huán)狀結構中。例如，四鄰亞苯是一個由四個鄰位連接的苯環(huán)組成的八元多芳烴，具有獨特的鞍狀構象，其異構體之間具有極高的轉化能壘（ G約80千卡/摩爾）（圖1）。在過去的幾十年里，人們對中心手性、軸向手性、平面手性和螺旋手性的研究非常深入，取得了許多優(yōu)異的成果。但是，人們對固有手性分子的手性特征，不對稱合成研究，以及它們在生物活性及光學材料等方面的應用卻遠遠落后。這是因為固有手性中環(huán)分子的非平面但穩(wěn)定的構象通常被忽略，它們被常常視為非手性的平面分子；或者即使認為它們具有非平面的構象，也認為這些構象是動態(tài)的，不穩(wěn)定的。朱強/羅爽團隊在成功實現兩類氮雜八元環(huán)固有手性化合物的不對稱合成以后，再次實現了對更具挑戰(zhàn)性的全碳七元環(huán)，即固有手性三苯并輪烯衍生物的不對稱合成。在這項研究中，研究人員通過鈀催化的七元環(huán)腙衍生物為卡賓前體與芐基溴進行反應，在溫和的條件下，高產率、優(yōu)異對映選擇性地合成了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。密度泛函理論計算揭示了在這一過程中決定立體化學的步驟是通過卡賓遷移插入和 -氫消除形成外環(huán)雙鍵，通過不對稱的 -氫消除來控制產物的手性。這種只通過 -氫消除而產生手性的例子非常罕見(圖2)。同時，研究人員發(fā)現從其中一個固有手性產物衍生出的手性膦配體1在不對稱的Tsuji-Trost反應和1,4-加成反應中表現出卓越的催化性能，表明固有手性的三苯并輪烯衍生物是設計新手性配體和催化劑的優(yōu)秀骨架(圖3)。再次證明了長期被忽視的固有手性可以在不對稱合成乃至更多的領域大有可為。綜上，朱強/羅爽課題組實現了對三苯并輪烯衍生物的首次催化和高度對映選擇性合成。在溫和條件下，以良好的產率和優(yōu)異的對映選擇性獲得了多種固有手性的三苯并輪烯衍生物。從這一剛性和固有手性的結構衍生出的手性膦配體1被證明是一類優(yōu)秀的手性配體。密度泛函理論（DFT）計算確認了反應機制，同時也闡明了觀察到的對映選擇性的起源。該論文的第一作者是2021級博士研究生王希龍，通訊作者是朱強研究員和羅宇博士。羅爽研究員為該論文的DFT計算部分提供了支持，2019級碩士王潮琴對該課題做了初始探索。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣西自然科學基金等項目的支持。論文鏈接圖1. 不對稱合成八元、七元環(huán)固有手性骨架進展圖2. 鈀催化不對稱合成三苯并輪烯衍生物圖3.三苯并輪烯衍生物作為手性配體的應用

2024-02-01

南海海洋所海洋微生物活性物質在農牧業(yè)抗蟲方面應用取得新進展

近期，中國科學院南海海洋研究所攜手南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）與中國農業(yè)科學研究院深圳基因組研究所、大連理工大學合作開發(fā)的專利技術“深海放線菌11791在制備防治農牧業(yè)鱗翅目害蟲藥物中的應用”（ZL 202111348237.5）及 “雙吲哚吡咯類化合物的應用”（ZL 202110493094.0）成功向河北中保綠農作物科技有限公司進行了實施許可。鱗翅目害蟲做為農牧業(yè)生產中的常見害蟲，具有寄主范圍廣、繁殖快、危害重、抗藥性強及長距離遷飛能力等特性，每年對農牧業(yè)造成巨大經濟損失。加強鱗翅目害蟲的防治，不僅可以提高農牧作物的產量和質量，還能起到保護作物健康生長，助力國家“碳中和”目標實現的效果。根據研究顯示，深海放線菌（Streptomyces sp. SCSIO 11791）的發(fā)酵制劑對鱗翅目害蟲小菜蛾等具有良好殺滅效果，可用于該類害蟲引起的農作物的病蟲害防治；該菌所產雙吲哚吡咯類活性化合物對鱗翅目害蟲的幾丁質酶OfChi-h的抑制效果顯著。進一步對鱗翅目害蟲的抗蟲效果顯示其對農業(yè)害蟲粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾有很好的防治活性，當活性化合物濃度為2.5 mM時，粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾生長速度減慢，體型瘦小；在濃度為10 mM時，可以使粘蟲、亞洲玉米螟和草地貪夜蛾4-8天全部死亡；而將該活性化合物以不同形式最大濃度喂養(yǎng)鱗翅目害蟲的天敵赤眼蜂（益蟲）時，對其都沒有毒性（如下圖1）。顯示出該類活性化合物在防治鱗翅目害蟲方面的專一性以及良好的綠色環(huán)保應用前景（J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47),14086-14091.）。圖1. 活性次級代謝產物lynamycin B對粘蟲、玉米螟和草地夜貪蛾的防治效果A：不同濃度下lynamycin B的致死率；B：通過不同方式喂養(yǎng)10 mM的lynamycin B后，益蟲赤眼蜂的生存率；C：喂養(yǎng)不同濃度的lynamycin B后，對相應鱗翅目害蟲的防治效果。該技術市場化應用，是我所海洋藥物“研用”結合的首次重要實踐。海洋微生物不僅是重要的藥物資源，也是新型微生物制劑的源泉。海洋微生物活性物質在農牧業(yè)抗蟲、護綠中的成功應用，將不僅提高農牧業(yè)產品的產量和質量，還將提升農牧業(yè)“碳匯”系統(tǒng)的能力，為國家“碳中和”目標的早日實現貢獻力量。專利ZL 202111348237.5第一完成單位為中國科學院南海海洋研究所，本所中國科學院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室（LMB）、廣東省海洋藥物重點實驗室副研究員宋永相為第一完成人，研究員鞠建華、研究員李潔為共同完成人。副研究員宋永相為該專利關鍵性論文（Lynamicin B is a Potential Pesticide by Acting as a Lepidoptera-Exclusive Chitinase Inhibitor, J. Agric. Food. Chem. 2021, 69(47), 14086-14091）的共同通訊作者。該項科研成果得到了廣東省本土創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊項目、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項、國家基金面上項目、海南省重大科技計劃項目等的支持。論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.1c05385

2024-01-29

《澳門植物物候》出版發(fā)行

近日，由中國科學院華南植物園、華南國家植物園與澳門特別行政區(qū)市政署、澳門地球物理暨氣象局等單位合作出版的《澳門植物物候》一書，由中國林業(yè)出版社出版發(fā)行。我園與澳門特別行政區(qū)有著長期合作，本書是繼《澳門植物名錄》、《澳門植物志》和《澳門古樹名木》與澳門開展合作的又一科研成果。該書的出版，填補了澳門地區(qū)甚至是華南地區(qū)開展人工物候監(jiān)測研究的空白，同時可為鄰近地區(qū)或島嶼城市植物物候研究提供參考，也為后續(xù)開展植物物候對氣候變化、環(huán)境污染等因素的響應奠定基礎。近日，由中國科學院華南植物園、華南國家植物園與澳門特別行政區(qū)市政署、澳門地球物理暨氣象局等單位合作出版的《澳門植物物候》一書，由中國林業(yè)出版社出版發(fā)行。我園與澳門特別行政區(qū)有著長期合作，本書是繼《澳門植物名錄》、《澳門植物志》和《澳門古樹名木》與澳門開展合作的又一科研成果。《澳門植物物候》一書是由中國科學院華南植物園物種多樣性保育與利用研究團隊和澳門特別行政區(qū)市政署園林綠化廳相關技術人員，自2011年至2018年期間在澳門開展長期野外物候監(jiān)測的經驗總結和物候數據整理分析而編寫。本研究以群落的形式進行植物物種的物候監(jiān)測，分別在位于澳門半島、氹仔和路環(huán)二島的松山、大潭山、九澳角與黑沙設置代表澳門典型植被的個4固定樣地，對樣地中的代表物種進行每木掛牌，并定時、定點對植物物候進行長期的人工動態(tài)監(jiān)測，本研究已發(fā)表論文近10篇，其中SCI論文2篇。本書的出版得到澳門特別行政區(qū)合作項目“澳門野生植物物候監(jiān)測研究”和廣東省科技計劃項目的資助。該書的前半部分特制定了維管束植物的物候期監(jiān)測標準。以蕨類植物、喬灌木和草本為劃分規(guī)范了其植物物候期特征，為了更加直觀，并給各物候期附上具明顯物候特征的相應物候照片，讓監(jiān)測人員更容易和準確地識別物候期特征，提高植物物候期監(jiān)測數據的準確性。本書的后半部分選擇有完整物候期的植物111種，其中蕨類植物 11 種，隸屬于 6 科 7 屬；被子植物 100 種，隸屬于 40科 87 屬，主要包括植物的名稱（中文名、別名、英名、葡名、學名）、形態(tài)特征、產地、地理分布、主要物候期，每種植物附有繪制的物候圖譜并配置具明顯物候特征的各物候期彩色圖片。《澳門植物物候》一書圖文并茂，通俗易懂，希望本書的出版可為植物物候監(jiān)測研究從業(yè)者、大專院校師生、中小學生及物候學愛好者提供參考，可為市民提供野外觀花、觀果、觀賞紅葉等適宜時期指引，亦可為當地荒山、園林景觀美化種植時選擇野生植物物種提供參考。植物物候是指示自然環(huán)境變化的重要指標，與氣候變化息息相關，隨著全球氣候變暖以及城市熱島效應的加劇，植物物候受到更多的關注。澳門作為一個具有特殊地理位置的地域，其氣候監(jiān)測已有百余年歷史，區(qū)域性的氣候變化亦有學者研究，而植物物候研究隨著本次合作開始起步。該書的出版，填補了澳門地區(qū)甚至是華南地區(qū)開展人工物候監(jiān)測研究的空白，同時可為鄰近地區(qū)或島嶼城市植物物候研究提供參考，也為后續(xù)開展植物物候對氣候變化、環(huán)境污染等因素的響應奠定基礎。

2024-01-30

華南植物園揭示豆科植物水力性狀變異的多重驅動因子

植物水力性狀在不同的植物生活型中差異顯著，是復雜的環(huán)境適應和演化過程形成的結果。然而，研究人員對植物生活型、氣候和系統(tǒng)發(fā)育在解釋植物水力性狀差異的相對重要性方面缺乏清晰的了解。豆科有約770個屬和19500多個物種，是被子植物第三大科，豆科植物具有極強的適應性和極為豐富的生活型，從濕潤的熱帶雨林到干性熱帶森林、溫帶荒漠全球廣布，從草本和藤本到灌木和樹木應有盡有，是研究植物水分適應性的理想材料。在未來降水格局變化的情景下，研究豆科植物水力性狀差異形成的原因，對解釋植物的分布格局和預測其對氣候變化的響應至關重要。本研究中豆科植物的系統(tǒng)發(fā)育樹及不同生活型的分布圖。植物水力性狀在不同的植物生活型中差異顯著，是復雜的環(huán)境適應和演化過程形成的結果。然而，研究人員對植物生活型、氣候和系統(tǒng)發(fā)育在解釋植物水力性狀差異的相對重要性方面缺乏清晰的了解。豆科有約770個屬和19500多個物種，是被子植物第三大科，豆科植物具有極強的適應性和極為豐富的生活型，從濕潤的熱帶雨林到干性熱帶森林、溫帶荒漠全球廣布，從草本和藤本到灌木和樹木應有盡有，是研究植物水分適應性的理想材料。在未來降水格局變化的情景下，研究豆科植物水力性狀差異形成的原因，對解釋植物的分布格局和預測其對氣候變化的響應至關重要。中國科學院華南植物園生態(tài)與環(huán)境科學研究中心劉慧副研究員與合作者，構建了一個來自全球62個樣點、喬灌藤三種生活型的150個豆科物種共7個水力性狀和11個氣候變量的數據庫(圖1)，運用系統(tǒng)發(fā)育比較分析和方差分解的方法探討了豆科植物水力性狀變異的驅動因子。研究發(fā)現，考慮植物生活型后，大多數豆科木本植物水力性狀和氣候變量中發(fā)現的系統(tǒng)發(fā)育信號消失了，表明相關參數的系統(tǒng)發(fā)育保守性源于植物生活型之間的分化。同時，豆科木本植物水力性狀與氣候變量的關系具有系統(tǒng)發(fā)育依賴性，意味著性狀變異是由氣候和系統(tǒng)發(fā)育共同驅動的。利用方差分解的方法，研究發(fā)現系統(tǒng)發(fā)育和氣候變量比植物生活型解釋了更多的水力性狀變異。因此，即使考慮了系統(tǒng)發(fā)育的影響，氣候驅動豆科木本植物水力性狀的響應仍然存在，表明這個世界廣布的大科可能對氣候變化特別敏感。該研究揭示了豆科木本植物水力性狀變異的多重驅動因子，闡明了系統(tǒng)發(fā)育對未來氣候變化下植物水分適應機理研究的重要性。院華南植物園劉慧副研究員為論文第一作者，葉清研究員為通訊作者。該研究得到了國家基金面上項目等的資助。相關研究結果已近期在線發(fā)表在國際主流期刊Journal of Ecology（《生態(tài)學雜志》）(IF5year=6.3)上。論文鏈接：https://doi.org/10.1111/1365-2745.14266圖1.本研究中豆科植物的系統(tǒng)發(fā)育樹及不同生活型的分布圖。

2024-01-29

廣州能源所在葡萄糖轉化方面取得新進展

該研究通過堿水熱方法將銦（In）摻入單晶β-純二氧化硅沸石分子篩中，形成邊界骨架In和In2O3納米顆粒，分別用作Lewis酸位點和堿位點，可有效中和分子篩中存在的Br？nsted酸，從而抑制其在果糖的積累、降解、使用過程中可能引發(fā)的副反應。該催化劑的兩類活性位點在甲醇中協(xié)同作用，將葡萄糖轉化為甲基果糖，進而在少量水作用下獲得果糖。值得注意的是，該單晶催化劑中發(fā)生級聯(lián)反應，即路易斯堿位點催化葡萄糖的異構化反應，路易斯酸位點催化果糖的糖苷化反應。該反應體系中，基于33wt%的葡萄糖工業(yè)生產濃度，果糖產率達54.9%，選擇性為89.1%，糖回收率達93.3%，有助于推進化學催化葡萄糖異構化的工業(yè)實踐。近日，廣州能源所生物質催化轉化研究室在分子篩催化葡萄糖轉化方面取得新進展，發(fā)展了高濃度葡萄糖高效異構化制備果糖的新催化體系。果糖在自然界中的含量遠低于葡萄糖，然而作為食品甜味劑和生物精煉的核心成分其需求遠大于葡萄糖，可借助非均相催化的方式使廉價易得的葡萄糖異構化為果糖。而葡萄糖異構化是轉化的速率決定步驟，依賴于Beta分子篩活性金屬產生的Lewis酸，精準調控的金屬位點和分子篩結構對于整個催化過程有著至關重要的影響。該研究通過堿水熱方法將銦（In）摻入單晶 -純二氧化硅沸石分子篩中，形成邊界骨架In和In2O3納米顆粒，分別用作Lewis酸位點和堿位點，可有效中和分子篩中存在的Br？nsted酸，從而抑制其在果糖的積累、降解、使用過程中可能引發(fā)的副反應。該催化劑的兩類活性位點在甲醇中協(xié)同作用，將葡萄糖轉化為甲基果糖，進而在少量水作用下獲得果糖。值得注意的是，該單晶催化劑中發(fā)生級聯(lián)反應，即路易斯堿位點催化葡萄糖的異構化反應，路易斯酸位點催化果糖的糖苷化反應。該反應體系中，基于33wt%的葡萄糖工業(yè)生產濃度，果糖產率達54.9%，選擇性為89.1%，糖回收率達93.3%，有助于推進化學催化葡萄糖異構化的工業(yè)實踐。相關研究成果以Acid-Base Cascades in Zeotype Single Crystal for Sugar Conversion為題發(fā)表于《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。該論文的第一作者是生物質催化轉化研究室博士研究生孫朋垚、王海永副研究員等，通訊作者為王晨光研究員。該研究獲得國家自然科學基金項目、廣東省重點領域研發(fā)計劃以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目資助。近年來，該研究團隊在相關領域取得系列進展（Appl. Catal., A，2023；Mol. Catal.，2023；Angew. Chem., Int. Ed.，2023；Angew. Chem., Int. Ed.，2024），為生物質高值化利用開辟了新的途徑。論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202318750

2024-01-26

Nature Communications揭示海洋亞中尺度過程對生物碳泵效率的影響

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）海洋模擬與生態(tài)動力課題組，在海洋亞中尺度過程對生物碳泵效率的影響研究方面取得新進展，相關成果以“Efficient biological carbon export to the mesopelagic ocean induced by submesoscale fronts”為題，發(fā)表在Nature Communications。LTO副研究員郭銘先為第一作者，共同第一作者為自然資源部第二海洋研究所研究員邢小罡，通訊作者為廈門大學教授修鵬，廈門大學高級工程師陳蔚芳和教授柴扉、意大利國家海洋與應用地球物理研究所研究員Giorgio Dall’Olmo為共同作者。海洋中尺度渦旋和亞中尺度動力過程是副熱帶流渦區(qū)營養(yǎng)鹽垂向供給的關鍵途徑。以往的研究表明，中尺度渦和亞中尺度過程的加強能夠帶來營養(yǎng)鹽的垂向供給，促進真光層的初級生產力。然而，由于在中小尺度上進行生物地球化學過程的連續(xù)高頻觀測極具挑戰(zhàn)，目前對中尺度和亞中尺度等動力過程的碳輸出效應依然缺乏明確的認識，這限制了對副熱帶流渦區(qū)固碳能力的準確估算。為了解決上述問題，團隊利用高頻BGC-Argo的自主觀測能力克服常規(guī)觀測的不足，解析了中尺度渦旋和亞中尺度鋒面動力演化過程對POC輸出通量及垂向傳輸效率的影響，并外推量化了亞中尺度動力過程對副熱帶流渦區(qū)生物碳泵效率的貢獻。BGC-Argo經歷了氣旋渦的加強和成熟期（圖1a, b），測得的弱光層POC減小速率在加強期低于成熟期，暗示渦旋加強期POC輸出通量的增加。該通量在真光層底部為1.68 mmol C m-2 d-1, 且馬丁曲線垂向衰減系數b值為1.14，與北太平洋多年的現場觀測平均值（POC 通量=1.63 mmol C m-2 d-1, b=1.19）接近（圖1c）。上述結果表明渦旋在加強期能增加POC的輸出通量，但是，并沒有增強POC通量在弱光層的傳輸效率。圖1. 中尺度渦旋加強期弱光層POC通量及其傳輸效率。(a) 渦旋中心和BGC-Argo的連續(xù)軌跡；(b) BGC-Argo在渦內相對位置及海表高度時間序列；(c) 渦內POC通量在弱光層的分布及馬丁曲線擬合結果。動力診斷揭示亞中尺度鋒面存在加強和衰退期（圖2a, c），通過分析這兩個時期的POC減小速率，得到鋒面加強期POC通量的垂向分布和擬合的馬丁曲線（圖2b）。在鋒面加強期，相對于氣旋渦，鋒面顯著增強了真光層底部的POC輸出通量，達到了2.11 mmol C m-2 d-1。此外，馬丁曲線衰減系數b值為0.56。弱光層底部和真光層底部的POC通量比值（代表輸出效率）在鋒面加強期、渦旋加強期分別為37%、12%，而歷史觀測平均值為10%。因此，在亞中尺度鋒面加強期內，POC通量在弱光層的傳輸效率顯著高于中尺度渦旋和歷史觀測平均值。亞中尺度過程通過增加真光層內營養(yǎng)鹽的垂向供給，促進局地大浮游植物（如硅藻）的生長，導致較大顆粒物快速沉降（圖2d），可能是其提高POC通量傳輸效率的潛在機制。除此之外，物理潛沉作用在弱光層的上層對POC通量傳輸效率的加強也有一定的貢獻。圖2. 亞中尺度鋒面加強期弱光層POC通量及其傳輸效率。(a) 鋒面上BGC-Argo的連續(xù)軌跡；(b) 鋒面POC通量在弱光層的分布及馬丁曲線擬合結果；(c) 理查森數（Ri）的時間序列; (d) 顆粒物后向散射系數（bbp）spike的時間序列。利用副熱帶流渦區(qū)衰減系數（b值）的歷史觀測數據與反映鋒面強度的溫度梯度進行回歸分析，發(fā)現b值與溫度梯度呈現明顯的負相關關系，表明鋒面強度增強會引起b值的降低（圖3）。與以往研究經常分析的b值與溫度的關系（主要解釋POC的礦化過程）有所不同，b值與溫度梯度的關系可以解釋POC的生產過程。將此線性關系擴展至副熱帶流渦區(qū)，發(fā)現本研究計算得到的平均b值與觀測更為接近。在海盆尺度上的計算表明，忽略亞中尺度過程可能造成對副熱帶流渦區(qū)深海碳通量的低估達20%~58%。圖3. 副熱帶流渦區(qū)馬丁曲線衰減系數（b值）歷史觀測值和海表溫度梯度的線性回歸關系。北太平洋副熱帶流渦區(qū)是全球海洋CO2的主要匯區(qū)之一。目前大部分現場觀測或數值模式未考慮海洋亞中尺度過程的影響，這給副熱帶流渦區(qū)的生物碳泵估算帶來很大的不確定性。本研究通過BGC-Argo高頻觀測捕捉并量化事件性的海洋中小尺度過程對局地POC輸出通量和傳輸效率的影響，揭示了亞中尺度動力過程對副熱帶流渦區(qū)生物碳泵效率的加強作用。副熱帶流渦區(qū)是海洋中小尺度動力過程活躍的區(qū)域，因此，該研究結果強調了考慮亞中尺度過程對于準確估算副熱帶流渦區(qū)固碳和儲碳能力的重要性。該研究獲得國家自然科學基金、重點研發(fā)計劃及廣東省自然科學基金等項目的聯(lián)合資助。相關論文信息：Mingxian Guo, Xiaogang Xing, Peng Xiu, Giorgio Dall’Olmo, Weifang Chen, & Fei Chai. Efficient biological carbon export to the mesopelagic ocean induced by submesoscale fronts. Nature communications, 15, 580 (2024).論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-44846-7

2024-01-25

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