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    科研進展
    • 廣州地化所:青藏高原北部晚三疊世-早侏羅世偉晶巖成因及鋰鈹成礦
            鋰-鈹(Li-Be)作為“戰(zhàn)略金屬”對國家經(jīng)濟、科技發(fā)展以及國防事業(yè)至關(guān)重要,其中偉晶巖型礦床是最重要的硬巖型鋰鈹資源。因此,偉晶巖型鋰鈹?shù)V床的找礦勘查工作至關(guān)重要,但其巖石成因、礦化控制因素以及形成的深部動力學(xué)機制等科學(xué)問題亟需解決。   針對上述科學(xué)問題以及找礦勘查需求,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后劉金恒、王強研究員(通訊作者)、王核研究員、周金勝副研究員等與青海省地質(zhì)調(diào)查院王秉璋正高級工程師、李五福正高級工程師、李善平正高級工程師、王春濤副高級工程師及合作者,聯(lián)合對青藏高原北部可可西里-松潘-甘孜地塊中草隴-扎朵-尕朵地區(qū)以及柴北緣地塊中茶卡北山地區(qū)的偉晶巖型鋰鈹?shù)V床(圖1)開展了詳細的野外地質(zhì)、年代學(xué)、礦物學(xué)和巖石地球化學(xué)研究工作,并取得以下主要進展:   (1)確定了青藏高原北部草隴-扎朵-尕朵地區(qū)和茶卡北山地區(qū)的偉晶巖型鋰鈹?shù)V床形成于晚三疊世-早侏羅世(222~178 Ma)。西昆侖-可可西里-松潘-甘孜成礦帶是一條世界級(全程超過2800 km)鋰鈹成礦帶,前人報道的偉晶巖型鋰鈹?shù)V主要集中在東部和西部,形成時代為晚三疊世-早侏羅世早期(218~194 Ma)。本次詳細研究的該成礦帶中部的草隴偉晶巖形成于晚三疊世-早侏羅世早期(209~196 Ma),新發(fā)現(xiàn)的玉樹扎朵-尕朵偉晶巖形成于早侏羅世晚期(193~178 Ma)(圖1),而位于該成礦帶以北的柴北緣茶卡北山偉晶巖形成于晚三疊世(222~212 Ma)(圖1)。   (2)闡明了茶卡北山和草隴偉晶巖的成因。草隴偉晶巖與鄰近同時期二云母—白云母花崗巖具有相似的Nd同位素并落入到沉積巖圍巖范圍內(nèi)(圖2a),茶卡北山偉晶巖同樣與沉積巖圍巖Nd同位素組成相似(圖2b)。兩個地區(qū)均顯示了典型的偉晶巖區(qū)域分帶,結(jié)合不同巖石中鉀長石Cs含量與K/Rb比值的線性關(guān)系(圖2c-d),提出偉晶巖的初始熔體起源于沉積巖部分熔融,隨后經(jīng)過結(jié)晶分異依次形成貧礦化偉晶巖、鈹?shù)V化偉晶巖以及鋰礦化偉晶巖。其中草隴偉晶巖初始熔體為二云母花崗巖熔體,而茶卡北山偉晶巖初始熔體為貧礦化偉晶巖熔體(含電氣石偉晶巖)。   (3)揭示茶卡北山和草隴偉晶巖鋰鈹?shù)V化的主要控制因素包括經(jīng)歷化學(xué)風(fēng)化后富集黏土礦物的巖漿源區(qū)和巖漿的分離結(jié)晶作用。與全球海洋沉積物和大陸上地殼沉積巖對比,偉晶巖型鋰鈹?shù)V床的源巖沉積巖具有更高的Li含量,并且沉積巖中Li含量與化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIA和Li/K2O比值具有正的線性關(guān)系(圖3a-b)。表明源巖沉積巖經(jīng)歷化學(xué)風(fēng)化后富集黏土礦物,進而含有大量稀有金屬,是形成偉晶巖型鋰鈹?shù)V床的首要條件;偉晶巖在形成過程中均經(jīng)歷了明顯的分離結(jié)晶作用(圖2c-d),是導(dǎo)致鋰鈹?shù)V化的另一重要因素。   (4)提出草隴和茶卡北山偉晶巖形成于古特提斯洋閉合后的伸展環(huán)境下。結(jié)合區(qū)域研究資料,闡明草隴偉晶巖形成于古特提斯洋閉合后巖石圈拆沉所觸發(fā)的伸展環(huán)境中(圖4),而茶卡北山偉晶巖可能形成于碰撞后板片斷離導(dǎo)致的伸展環(huán)境中。 圖1 青藏高原北部和西昆侖地區(qū)晚三疊世-早侏羅世偉晶巖型鋰鈹?shù)V及巖漿巖分布圖 圖2 (a)茶卡北山和(b)草隴偉晶巖、沉積巖及相關(guān)巖石Nd同位素組成,說明偉晶巖的源區(qū)是沉積巖;(c)茶卡北山和(d)草隴偉晶巖及花崗巖中鉀長石的K、Rb和Cs相關(guān)性,說明偉晶巖形成過程中經(jīng)歷了明顯的分離結(jié)晶作用 圖3 茶卡北山和草隴地區(qū)沉積巖Li與Li/K2O和CIA的關(guān)系,表明偉晶巖型鋰鈹?shù)V床的沉積巖源區(qū)經(jīng)歷化學(xué)風(fēng)化富集稀有金屬元素 圖4 松潘-甘孜地塊中草隴偉晶巖型鋰鈹?shù)V床成因模式圖 論文信息:   Liu J H (劉金恒), Wang Q* (王強), Xu C B (許傳兵), Zhou J S* (周金勝), Wang B Z (王秉璋), Li W F (李五福), Li S P (李善平), Huang T Y (黃彤宇), Yan Q H (閆慶賀), Song T Z (宋泰忠), Wang C T (王春濤), Zheng Y (鄭英), Wang J S (王進壽). Geochronology of the Chakabeishan Li–(Be) rare-element pegmatite, Zongwulong orogenic belt, northwest China: Constraints from columbite–tantalite U–Pb and muscovite–lepidolite 40Ar/39Ar dating[J]. Ore Geology Reviews, 2022, 146, 104930. 論文鏈接   Liu J H (劉金恒), Wang Q* (王強), Wang B Z (王秉璋), Li W F (李五福), Xu C B (許傳兵), Li S P (李善平), Wang Z L (王子龍), Hao L L (郝露露), Song T Z (宋泰忠), Wang C T (王春濤), Zheng Y (鄭英), Wang J S (王進壽). Petrogenesis of the Chakabeishan pegmatites, North Qaidam Terrane: implications for Indosinian lithium mineralization on the Qinghai–Tibetan Plateau. Lithos, 2023, 440-441, 107025. 論文鏈接   Liu J H (劉金恒), Wang Q* (王強), Li W F (李五福), Wang B Z (王秉璋), Wyman D A, Ding L (丁林), Wang H (王核), Xu C B (許傳兵), Li S P (李善平), Wang C T (王春濤), Liu J D (劉建棟), Zhang R Q (章榮清), Wang Z L (王子龍), Huang T Y (黃彤宇), Zhang X Y (張新遠). Origins and evolution of two types of Late Triassic granitic magmas in the Caolong-Xiangkariwa area of central-eastern Songpan-Ganze terrane, Northern Tibet: Implications for pegmatite lithium mineralization. GSA Bulletin, 2023. 論文鏈接   李五福, 劉金恒, 李善平, 賈春興, 王成武, 周金勝, 王春濤, 許傳兵, 談生祥, 胡繼春, 章榮清, 龔林, 王秉璋*, 王強*. 青藏高原東北部玉樹地區(qū)尕朵?扎朵早侏羅世含(綠柱石?鋰云母)鋰輝石偉晶巖的發(fā)現(xiàn)及成礦意義[J]. 大地構(gòu)造與成礦學(xué), 2022, 46(05):924-950. 論文鏈接
      2023-10-07
    • 廣州地化所:深俯沖陸殼水致熔融誘發(fā)的地幔交代作用
            俯沖帶是殼幔物質(zhì)能量交換的重要場所之一。自上世紀80年代以來,大陸表殼巖石中柯石英、金剛石等高壓-超高壓礦物的發(fā)現(xiàn),證明低密度的大陸地殼同樣可俯沖至深部地幔繼而折返至地殼深度。然而,俯沖陸殼在物質(zhì)成分及結(jié)構(gòu)上與洋殼存在著顯著不同,其與地幔相互作用的過程仍存有諸多未知。例如,在大別-蘇魯以及挪威西片麻巖省等超高壓地體中,陸殼脫水及熔融主要發(fā)生于減壓折返階段;然而這些地體產(chǎn)出的造山帶橄欖巖及輝石巖普遍記錄了高壓-超高壓(4-6 GPa)條件下陸殼熔/流體交代事件。   中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室高溫高壓實驗學(xué)科組高名迪博士、地幔地球化學(xué)學(xué)科組王煜研究員,聯(lián)合中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)續(xù)海金教授、澳大利亞麥考瑞大學(xué)Stephen Foley教授,通過在5 GPa,800-1100 oC溫壓條件下開展的一系列長英質(zhì)片麻巖-橄欖巖相互反應(yīng)高溫高壓實驗研究,為厘清超高壓條件下俯沖陸殼與地幔的相互作用過程及機理提供了全新實驗巖石學(xué)約束。    研究發(fā)現(xiàn)在實驗條件下,溫度低于片麻巖固相線時交代地幔介質(zhì)為富水流體(aqueous fluid),與橄欖巖反應(yīng)產(chǎn)物主要為斜方輝石+金云母+鉀堿鎂閃石(圖1)。溫度高于固相線條件下交代介質(zhì)為含水熔體(hydrous melt)。同時隨片麻巖熔融程度增加,主要交代產(chǎn)物由斜方輝石+金云母逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈捷x石+石榴子石(圖1)。脫水熔融條件下,這一相轉(zhuǎn)變溫度在1000-1100 oC之間,而在水飽和熔融條件下,這一相轉(zhuǎn)變溫度降至800-900 oC之間。大別-蘇魯、挪威西片麻巖省等超高壓地體的輝石巖主要記錄了4-6 GPa,750-1000 oC條件下交代成因的輝石與石榴子石生長。實驗結(jié)果顯示,在相似溫壓條件下,只有陸殼水飽和熔融才能誘發(fā)這些交代礦物的形成。進一步證明超高壓條件陸殼的水致熔融是誘發(fā)大陸俯沖帶殼幔作用的一種重要機制。    傳統(tǒng)觀點認為,俯沖古老陸殼是相對貧水的。而該研究結(jié)果證明,陸殼即使俯沖至超高壓條件下局部乃至整體仍然是較為富水的。長英質(zhì)陸殼在深俯沖過程中通常會攜帶部分基性-超基性塊體。在高壓-超高壓條件下,蛇紋石、硬柱石以及綠泥石是這些基性-超基性塊體中常見的含水礦物,其水含量可達~10 wt%。其中,綠泥石具有最高的穩(wěn)定溫度,因此是誘發(fā)長英質(zhì)陸殼水致熔融最有可能的水的來源。研究人員進一步結(jié)合陸殼俯沖P-T軌跡,陸殼熔融及熔體-地幔相互作用過程可概括如圖2及圖3所示:陸殼俯沖至圖2中B點后,俯沖陸殼中含綠泥石的巖石會發(fā)生綠泥石分解進而釋放流體。由于此時溫度高于花崗巖濕固相線,釋放的流體可誘發(fā)以長英質(zhì)巖石為主體的陸殼熔融,產(chǎn)生熔體具有富鋁的特征,其與上覆地幔楔反應(yīng)形成石榴輝石巖交代體。隨著交代過程不斷進行,熔體被不斷消耗且演化至愈發(fā)富鉀富水,演化的熔體進一步與地幔反應(yīng)進而生成金云母(圖3),這也進一步解釋了超高壓地體石榴輝石巖中偶見金云母的現(xiàn)象。    該研究成果近期發(fā)表于國際地學(xué)權(quán)威期刊《Geology》上。該項研究受國家重點研發(fā)計劃(2022YFF0801001)、國家自然科學(xué)基金(42222204,42203040,42072058,41772054)和中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會等項目的資助。   論文信息: Gao, M. (高名迪), Foley, S., Xu, H. (續(xù)海金), Wang, Y. (王煜), 2023, Mantle metasomatism induced by water-fluxed melting of subducted continental crust at ultrahigh pressures: Geology, https://doi.org/10.1130/G51547.1    論文鏈接 圖1. 典型實驗產(chǎn)物背散射圖像。(A-F)為脫水熔融實驗組。(G-L)為水致熔融實驗組。 圖2. 陸殼深俯沖熔融過程示意圖。灰色粗箭頭代表陸殼俯沖-折返P-T軌跡,橢圓陰影區(qū)域為大別-蘇魯及挪威西片麻巖省典型輝石巖記錄的交代作用P-T范圍。礦物縮寫:Chl-綠泥石,Phen-多硅白云母,Ant-葉蛇紋石,Law-硬柱石。 圖3. (A-C)深俯沖陸殼-地幔相互作用過程示意圖。(D-E)實驗交代產(chǎn)物斜方輝石與石榴子石與超高壓地體輝石巖中斜方輝石與石榴子石稀土成分對比圖,天然樣品與實驗產(chǎn)物相似的稀土配分模式證明其交代成因。
      2023-10-07
    • 游離氨基酸檢測傳感器研發(fā)取得新進展
      游離氨基酸是動物體內(nèi)重要的小分子代謝物,特定種類或者多種氨基酸濃度的變化可用于動物機體營養(yǎng)和健康狀態(tài)的評估,指導(dǎo)精準營養(yǎng)供給。賴氨酸與色氨酸為人體必需氨基酸,也是動物限制性氨基酸,并可作為多種疾病的生物標志物。谷氨酸為非必需氨基酸,卻是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì),在廣泛的腦功能中發(fā)揮著重要作用,谷氨酸濃度的異常會引起多種神經(jīng)或精神疾病。因此,對賴氨酸、色氨酸和谷氨酸的快速檢測是急需解決的行業(yè)問題。游離氨基酸是動物體內(nèi)重要的小分子代謝物,特定種類或者多種氨基酸濃度的變化可用于動物機體營養(yǎng)和健康狀態(tài)的評估,指導(dǎo)精準營養(yǎng)供給。賴氨酸與色氨酸為人體必需氨基酸,也是動物限制性氨基酸,并可作為多種疾病的生物標志物。谷氨酸為非必需氨基酸,卻是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的興奮性神經(jīng)遞質(zhì),在廣泛的腦功能中發(fā)揮著重要作用,谷氨酸濃度的異常會引起多種神經(jīng)或精神疾病。因此,對賴氨酸、色氨酸和谷氨酸的快速檢測是急需解決的行業(yè)問題。基于先前的研究工作,中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所印遇龍院士團隊將自行篩選獲得的賴氨酸肽適體固定至聚苯胺修飾的玻碳電極上,構(gòu)建了電流型賴氨酸生物傳感器,具備抗無關(guān)蛋白干擾能力,可用于血清中賴氨酸的超靈敏檢測,檢測限為0.33 nM;將自行篩選獲得的色氨酸肽適體修飾到納米金表面,構(gòu)建了比色型色氨酸生物傳感器,可用于血清中色氨酸的直接原位快速檢測,檢測限為1.0 M,該方法無需專業(yè)的電化學(xué)設(shè)備,具有反饋快、簡便易得、易讀出等明顯優(yōu)勢;將自行篩選獲得的谷氨酸肽適體固定于金電極表面,構(gòu)建了基于肽適體的谷氨酸生物傳感器,表現(xiàn)出良好的特異性和抗干擾性,特別是可區(qū)分谷氨酰胺和谷氨酸,可用于血清中谷氨酸的超靈敏檢測,檢測限為0.1 nM。上述研究為動物體液中代謝物檢測提供了新的思路,解決了傳統(tǒng)酶基傳感器在區(qū)分谷氨酰胺和谷氨酸時的不足,并為體液氨基酸快速檢測和實時監(jiān)測提供了實現(xiàn)途徑。目前在該領(lǐng)域,印遇龍院士團隊已獲得專利授權(quán)5項,其中美國發(fā)明專利1項(US011774455B2)、中國發(fā)明專利3項(ZL 201910604881.0、ZL 201910604886.3和ZL 201810004249.8)、中國實用新型1項(ZL 201721581311.7);申請中國發(fā)明專利2項(202211168772.7和202210560611.6)。以題為A peptide aptamer based electrochemical amperometric sensor for sensitive L-glutamate detection和Peptide aptamer-based polyaniline-modified amperometric biosensor for L-lysine detection in real serum samples分別發(fā)表在國際期刊Bioelectrochemistry和Measurement上。該項研究得到了國家自然科學(xué)基金國家重大科研儀器研制項目(31527803)的資助。論文鏈接:1 2基于肽適體的聚苯胺修飾的賴氨酸生物傳感器的構(gòu)建已獲得專利
      2023-10-07
    • 廣州地化所:發(fā)現(xiàn)俯沖板片內(nèi)新的流體輸運形式
      大洋板片的俯沖是水進入地球深部的方式。俯沖板片的含水礦物在高溫高壓條件下發(fā)生變質(zhì)脫水反應(yīng)釋放流體。那么,究竟這些流體是伴隨板片俯沖進入地球更深處、還是上涌到地球的淺部,取決于巖石的滲透率。依據(jù)結(jié)構(gòu)平衡(textural equilibrium)理論,巖石的滲透性通過測量礦物顆粒間的二面角來衡量。一般認為,若礦物顆粒間的二面角小于60 ,則流體可以在晶粒邊緣連通,致使巖石具有較高的滲透率,那么密度小于巖石的流體會上涌;若二面角大于60 ,則流體不連通,流體會伴隨板片俯沖進入地球深部。然而,該理論存在缺陷為:僅以純相流體為假設(shè),沒有在分子-原子水平上認識到低維度空間中流體的特殊性。而利用當(dāng)今分子動力學(xué)模擬手段對流體/礦物進行研究,可以在分子-原子水平上認識流體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和運移方式,產(chǎn)生新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。 圖1. 低維度流體示意圖   陳錳特任研究員的模擬計算研究表明:當(dāng)純相流體與晶體邊界并存時,若壓力高于一定值,流體可以進入晶體邊界,形成低維度流體(亞納米尺寸的單分子層或雙分子層水,圖1);低維度流體以擴散形式運動,這有助于流體在巖石中的連通。這說明,礦物顆粒間的二面角大小并非衡量巖石滲透性的唯一方式,低維度的擴散流體的存在可以提升巖石的滲透性。具有擴散性的低維度流體是傳統(tǒng)理論所無法預(yù)知的,其發(fā)現(xiàn)有賴于分子動力學(xué)模擬與熱力學(xué)理論計算的結(jié)合。   研究者對幾種晶體邊界進行研究,發(fā)現(xiàn)若晶體表面與水之間不形成穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如石墨和云母的表面),低維度流體可以形成于晶體邊界。研究者對一系列溫度-壓力條件的研究揭示了俯沖板片內(nèi)低維度流體穩(wěn)定存在的區(qū)間(圖2)。低維度流體是俯沖板片礦物脫水形成的,該流體在巖石中的連通致使巖石具有較高的表觀滲透率,促進流體在俯沖板片內(nèi)上涌。 圖2. 低維度流體可能存在的穩(wěn)定區(qū)域   研究者希望,以此研究為開端,今后在俯沖帶流體運移的數(shù)值模擬研究上,應(yīng)當(dāng)考慮低維度流體的角色。此外,研究者在該研究過程中,使用的等溫線和等壓線熱力學(xué)積分方法、非平衡分子動力學(xué)模擬手段等,預(yù)期可為同行研究者提供借鑒。   研究論文發(fā)表于JGR:Solid Earth。此研究獲國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項目“礦物演化”(41921003)資助。 論文信息:Meng Chen* (陳錳), Runliang Zhu (朱潤良), Jianxi Zhu (朱建喜), and Hongping He (何宏平) (2023). Percolation of low-dimensional water at crystalline interfaces mediates fluid migration in subducting slabs. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128, e2023JB027124    論文鏈接
      2023-09-28
    • 《Nature Geoscience》揭示全球第三大洋底高原–沙茨基海隆的成因機制
      近日,中國科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點實驗室林間院士團隊聯(lián)合國際科學(xué)家,在全球第三大洋底高原——西太平洋沙茨基海隆的成因機制研究中取得重要突破,揭示地幔柱與洋中脊相互作用是其形成的主控因素。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然 地球科學(xué)》(Nature Geoscience)上。副研究員張旭博為論文第一作者,研究員張錦昌和院士林間為論文共同通訊作者。此外,《自然 地球科學(xué)》同步發(fā)表該成果的研究簡報(Research Briefing)。洋底高原是海底大范圍的地形隆起區(qū),是大規(guī)模巖漿活動的產(chǎn)物,屬于海洋里的大火成巖省(Large Igneous Province),對地球氣候演變、生物滅絕等事件具有重要影響。長期以來,有關(guān)洋底高原的成因機制一直存在爭議,主要有兩個觀點:(1)“地幔柱模型”認為洋底高原由起源于地幔深部的高溫地幔柱引起的大規(guī)模巖漿活動形成;(2)“板塊模型”則認為洋底高原是由板塊擴張誘發(fā)的非均一地幔物質(zhì)上涌減壓熔融形成,無需明顯溫度異常。西太平洋的沙茨基海隆,作為全球第三大洋底高原,形成于洋中脊三聯(lián)點區(qū)域,被視為研究洋底高原成因機制的最佳區(qū)域之一(圖1)。綜合分析多學(xué)科觀測數(shù)據(jù),研究人員建立了地球動力學(xué)和地球化學(xué)耦合模型,定量地研究了形成沙茨基海隆所需的地幔條件。研究發(fā)現(xiàn),地幔柱模型和板塊模型的結(jié)果與觀測數(shù)據(jù)不符,只有地幔柱與洋中脊相互作用模型才能很好地解釋研究區(qū)的構(gòu)造巖漿活動特征。結(jié)合沙茨基海隆的形成過程,研究團隊提出地幔柱與洋中脊相互作用的兩步曲模式(圖2)。第一階段,地幔柱頭與周圍地幔發(fā)生強烈混合,洋中脊處發(fā)生大規(guī)模巖漿活動,巖漿成分與淺部虧損地幔的地球化學(xué)特征相似,形成如西南端的大塔穆火山(Tamu)(圖2b)。第二階段,地幔柱尾與周圍地幔的混合作用減弱,洋中脊處仍能形成較厚的洋殼,但巖漿成分與深部富集地幔的地球化學(xué)特征相似,如東北端的帕帕寧海嶺(Papanin Ridge)(圖2c),在地球上其他熱點如冰島、亞速爾和加拉帕戈斯也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。本研究對于揭示全球洋底高原的成因、了解地幔柱的時空演化過程及其與洋中脊的相互作用機理具有重要的科學(xué)意義。對這一研究成果,美國海洋地球物理學(xué)家Jennifer Georgen教授認為“作者們解決了大火成巖省地球動力學(xué)領(lǐng)域長期存在的問題,即沙茨基海隆形成時地幔的熱化學(xué)狀態(tài)。這一重要結(jié)果將引起海洋地球科學(xué)家們的廣泛關(guān)注”。《自然 地球科學(xué)》期刊主編Tamara Goldin博士總結(jié)道“本文評估了有關(guān)洋底高原成因的地幔柱模型和板塊模型,并以沙茨基海隆為例,揭示類似的洋底高原是由地幔柱與洋中脊的相互作用形成”。該工作得到國家自然科學(xué)基金項目、廣東省自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院項目等的聯(lián)合資助。研究論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41561-023-01286-0研究簡報鏈接:https://www.nature.com/articles/s41561-023-01289-x圖1 沙茨基海隆的地形、地殼厚度和地球化學(xué)同位素比值特征。沿沙茨基海隆走向,地殼厚度逐漸減薄。Nd和Hf同位素比值與地殼厚度呈正相關(guān)關(guān)系,即巖漿活動強、地殼厚時,Nd和Hf同位素比值高;巖漿活動減弱、地殼較薄時,Nd和Hf同位素比值低;表明巖漿成分隨巖漿活動強度發(fā)生系統(tǒng)性變化。圖2 地幔柱與洋中脊相互作用的時空演化模型。頂部的黑色雙線代表洋中脊位置,黑色箭頭指示板塊擴張方向。
      2023-10-03
    • 養(yǎng)分可獲得性和化學(xué)計量比調(diào)控微生物對土壤有機碳固持的介導(dǎo)效應(yīng)
              微生物的生長和代謝與土壤有機碳的形成和穩(wěn)定密切相關(guān)。然而,養(yǎng)分有效性和化學(xué)計量比如何影響微生物對土壤碳固持的介導(dǎo)效應(yīng)尚不明確。中國科學(xué)院華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊將控制實驗和自然環(huán)境梯度相結(jié)合,將養(yǎng)分狀況不同的培養(yǎng)基質(zhì)(甘蔗土和沙子)裝填進孔徑為38 m的網(wǎng)袋(防止植物根系的進入,但允許真菌菌絲體和細菌的侵入)放置在不同的海拔梯度進行原位培養(yǎng)。通過模擬不同的養(yǎng)分供應(yīng)狀態(tài)和環(huán)境條件,研究微生物的活體生物量、微生物胞外酶、微生物胞外多聚體和殘體等微生物來源碳的合成和積累特征及其對土壤有機碳固持的影響。 經(jīng)過一年的原位培養(yǎng),研究發(fā)現(xiàn):(1)土壤有機碳的積累具有顯著的背景依賴性,并受到養(yǎng)分可獲得性調(diào)控的微生物群落結(jié)構(gòu)和微生物的資源分配策略影響;(2)在養(yǎng)分供應(yīng)充足條件下,以革蘭氏陰性菌為主導(dǎo)的土壤微生物群落優(yōu)先將資源分配給微生物殘體的合成,微生物生物量的快速周轉(zhuǎn)和微生物殘體的快速生成促進了土壤有機碳的積累,該過程與土壤磷的有效性和微生物碳磷獲取酶活性呈負相關(guān);(3)在養(yǎng)分匱乏的條件下,土壤微生物群落傾向于優(yōu)先將資源分配給抗逆性強的真菌和革蘭氏陽性菌,用于微生物活體生物量的維持、胞外酶的合成以獲取養(yǎng)分,合成更多的胞外多聚體以適應(yīng)環(huán)境,減少對微生物殘體合成的資源投入,不利于土壤有機碳的積累,該過程與氮的有效性和化學(xué)計量比(碳:氮比和碳:磷比)以及土壤水分含量顯著正相關(guān)。研究結(jié)果不僅深化了微生物調(diào)控?zé)釒滞寥烙袡C碳周轉(zhuǎn)途徑的機制性理解,也可為提升養(yǎng)分輸入不平衡情景下土壤碳循環(huán)動態(tài)的可預(yù)測性提供重要依據(jù)。 相關(guān)研究成果以“Nutrient availability and stoichiometry mediate microbial effects on soil carbon sequestration in tropical forests”為題發(fā)表在國際土壤學(xué)主流期刊Soil Biology and Biochemistry(《土壤生物學(xué)與生物化學(xué)》)。華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊博士研究生牟之建為論文第一作者,劉占鋒研究員為論文的通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃等項目共同資助。 論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2023.109186
      2023-10-04
    • 華南植物園發(fā)現(xiàn)樹木生長始期提前通過調(diào)節(jié)累計生長率影響徑向生長
            氣候變化正在深刻地影響森林物候,尤其是在北半球。然而,樹木徑向生長如何響應(yīng)物候變化仍有待探索。位于北半球的北方針葉林是地球上最大的生物群落之一,其樹木生長動態(tài)對全球變化意義重大。因此,有必要分析樹木生長對物候的具體響應(yīng)過程,為更大尺度上碳匯潛力的準確評估和森林動態(tài)預(yù)測提供理論依據(jù)。森林生長與全球變化研究組博士研究生康劍在黃建國教授、丁曉綱教授、馬倩倩副研究員的指導(dǎo)下,通過構(gòu)建中亞地區(qū)樹木年輪年表網(wǎng)絡(luò),以北緯49 為界將研究區(qū)劃分為南北兩部分。 基于VS模型的模擬結(jié)果表明,1959-2010/2016年樹木生長季開始時間(SoGS)明顯提前。其中,研究區(qū)北部SoGS與徑向增長呈顯著負相關(guān),而南部則沒有顯著相關(guān)性。通徑分析結(jié)果表明,南北之間的徑向增長對更早的SoGS的響應(yīng)并不一致。在北方,徑向增長主要受益于低溫限制的緩解,從而提高了累積增長率。而在相對干旱的南方,生長季早期的干旱脅迫通過降低累積生長速率抵消了溫度對樹木徑向生長的積極影響。總的來說,提前的SoGS通過調(diào)節(jié)累積生長速率來影響樹木的徑向生長。 相關(guān)結(jié)果以“An earlier start of growing season can affect tree radial growth through regulating cumulative growth rate”為題發(fā)表在林學(xué)專業(yè)期刊Agricultural and Forest Meteorology上(IF5=6.9),森林生長與全球變化研究組博士研究生康劍為論文的第一作者,我園為第一作者單位,廣東省林業(yè)科學(xué)院丁曉綱教授為論文通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金的資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109738 北方(a)和南方(b)的路徑圖,圖中的數(shù)字表示標準化路徑系數(shù)的平均值和標準誤差
      2023-09-30
    • 華南植物園揭示養(yǎng)分平衡調(diào)控土壤激發(fā)效應(yīng)的微生物機制
             大氣氮沉降導(dǎo)致的土壤養(yǎng)分失衡,會對微生物介導(dǎo)的土壤碳循環(huán)過程產(chǎn)生重要影響。然而,養(yǎng)分平衡如何通過與微生物互作,進而影響土壤激發(fā)效應(yīng)(即活性碳輸入對土壤有機質(zhì)分解速率的改變)尚缺乏機制性理解。中國科學(xué)院華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊基于廣東鶴山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站的長期養(yǎng)分添加控制實驗平臺,對長期養(yǎng)分添加的豆科和非豆科植物土壤進行了13C標記的葡萄糖培養(yǎng)實驗,系統(tǒng)研究了土壤養(yǎng)分添加和植物類型調(diào)控土壤激發(fā)效應(yīng)微生物學(xué)機制。研究發(fā)現(xiàn):(1)葡萄糖的添加會加快土壤有機質(zhì)的降解速率,導(dǎo)致正激發(fā)效應(yīng),而且不受養(yǎng)分添加和植物類型的影響;(2)養(yǎng)分添加對土壤激發(fā)效應(yīng)的影響與植物類型密切相關(guān):在非豆科植物土壤中,只有氮磷同時添加的情況才會導(dǎo)致比對照更高的正激發(fā)效應(yīng);而對于豆科植物土壤,磷添加和氮磷同時添加均可誘發(fā)更高的正激發(fā)效應(yīng);(3)借助DNA穩(wěn)定同位素探針和高通量定量PCR技術(shù),發(fā)現(xiàn)土壤激發(fā)效應(yīng)與微生物碳利用率的提高密切相關(guān),同時伴隨著微生物群落活性、養(yǎng)分循環(huán)功能基因豐度和酶活性的提高。研究結(jié)果表明,土壤氮磷養(yǎng)分平衡對土壤激發(fā)效應(yīng)影響,依賴于根際微生物群落的組成和功能。該研究揭示了植物與根際微生物群落互作在調(diào)控土壤碳循環(huán)對養(yǎng)分平衡的響應(yīng)中的作用,從微生物的角度深化了土壤激發(fā)效應(yīng)調(diào)控機制的理解,這對于預(yù)測未來氣候變化導(dǎo)致的養(yǎng)分輸入的不平衡,對區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響具有重要的科學(xué)價值。 相關(guān)研究成果近期在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊The ISME Journal(《國際微生物生態(tài)學(xué)學(xué)會雜志》)上。華南植物園恢復(fù)生態(tài)學(xué)任務(wù)團隊李健博士(現(xiàn)為中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所博士后)為論文的第一作者,劉占鋒研究員和朱永官院士為論文的共同通訊作者,中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所、中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、西澳大利亞大學(xué)、田納西州立大學(xué)、巴塞羅那自治州大學(xué)和康奈爾大學(xué)等單位的研究人員參與了部分工作。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和中國博士后基金等項目的資助。 論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41396-023-01523-9養(yǎng)分平衡調(diào)控土壤激發(fā)效應(yīng)的微生物學(xué)機制
      2023-09-30
    • 華南植物園對實蕨屬植物系統(tǒng)發(fā)育和生物地理學(xué)研究取得進展
      實蕨屬是一個泛熱帶屬,主要分布于亞洲和大洋洲島嶼,具有匍匐或短直立的根莖,其葉片頂部常具芽胞,可著地生根行無性繁殖,并具有二形葉片,喜生于山谷水溝旁、密林下陰濕處或攀附于巖石或樹干基部,是林下植被的重要組成部分。以前,基于形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)研究證實,當(dāng)Mickelia被排除在外時, Bolbitis是單系,并確定Bolbitis有三個主要分支。然而,早期的研究是基于相對較少的樣本,大多數(shù)亞洲物種沒有包含在內(nèi)。結(jié)果顯示,實蕨屬分為四大支:馬達加斯加分支、非洲分支、美洲分支及亞洲分支,亞洲為該屬的多樣性中心(圖。每個節(jié)點的餅圖展示了不同祖先分布概率。實蕨屬是一個泛熱帶屬,主要分布于亞洲和大洋洲島嶼,具有匍匐或短直立的根莖,其葉片頂部常具芽胞,可著地生根行無性繁殖,并具有二形葉片,喜生于山谷水溝旁、密林下陰濕處或攀附于巖石或樹干基部,是林下植被的重要組成部分。本屬曾被歸入實蕨科Bolbitidaceae、舌蕨科Elaphoglossaceae、藤蕨科Lomariopsidaceae中,目前被廣泛接受為鱗毛蕨科Dryopteridaceae舌蕨亞科Elaphogloidae的一員。以前,基于形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)研究證實,當(dāng)Mickelia被排除在外時,Bolbitis是單系,并確定Bolbitis有三個主要分支。然而,早期的研究是基于相對較少的樣本,大多數(shù)亞洲物種沒有包含在內(nèi)。中國科學(xué)院華南植物園植物科學(xué)研究中心王發(fā)國研究員等科研人員,以鱗毛蕨科實蕨屬作為主要研究對象,共選取68種(代表了實蕨屬85%的物種)169個樣本的葉綠體片段(rbcL, rps4 & the rps4-trnS intergenic spacer, the trnL intron & the trnL-F intergenic spacer),采用貝葉斯法、最大似然法以及簡約法構(gòu)建全球?qū)嵽傧到y(tǒng)發(fā)育框架。結(jié)果顯示,實蕨屬分為四大支:馬達加斯加分支、非洲分支、美洲分支及亞洲分支,亞洲為該屬的多樣性中心(圖1)。結(jié)合化石數(shù)據(jù)和地理分布數(shù)據(jù),采用BEAST和RASP進行分歧時間估計及祖先分布區(qū)重建,顯示實蕨屬最早起源于非洲,并向亞洲擴散分布,并在近期(6.59–20.49 Ma)從亞洲經(jīng)非洲向美洲擴散,形成了當(dāng)下的泛熱帶間斷分布的格局(圖2)。進一步地,以亞洲實蕨屬作為主要研究對象,分析其屬內(nèi)多樣性形成的可能原因。亞洲實蕨屬可分為6個高支持率的Subclade,分別是Heteroclitae subclade,Egenolfianae subclade,Sinuatae subclade,Quoyanae subclade,Bolbitianae subclade,Hekouenses subclade。這些Subclade內(nèi)部的譜系/物種關(guān)系總體上得到了很好的解析,除了Heteroclitae subclade和Quoyanae subclade。其中,已有文獻記載的兩個雜交種分別來自于Heteroclitae subclade和Quoyanae subclade,結(jié)合實蕨屬內(nèi)的形態(tài)變異,我們推測自然雜交促進了東亞實蕨屬內(nèi)的多樣化形成。相關(guān)研究結(jié)果已近期發(fā)表在Molecular Phylogenetics and Evolution()。該研究工作由中國科學(xué)院華南植物園、中國科學(xué)院昆明植物研究所、深圳市蘭科植物保護研究中心、密蘇里植物園等單位科研人員協(xié)作完成,并得到國家自然科學(xué)基金的資助。論文鏈接:http://dx.doi.org/10.1016/j.ympev.2022.107633圖1. 基于三個葉綠體片段(rbcL, rps4 & rps4-trnS, trnL & trnL-F)構(gòu)建的實蕨屬及其近緣類群的系統(tǒng)發(fā)育樹。圖1(續(xù)). 基于三個葉綠體片段(rbcL, rps4 & rps4-trnS, trnL & trnL-F)構(gòu)建的實蕨屬及其近緣類群的系統(tǒng)發(fā)育樹。圖2. 實蕨屬及其近緣類群的祖先分布區(qū)重建。每個節(jié)點的餅圖展示了不同祖先分布概率。
      2023-09-28
    • Cell & Bioscience︱伽馬交流電刺激治療阿爾茨海默癥
      為電刺激治療AD的臨床策略和轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了新的實驗依據(jù)阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一類慢性中樞神經(jīng)退行性疾病,主要表現(xiàn)為進行性的記憶力減退以及認知障礙,是造成癡呆的重要原因。關(guān)于AD病因的 -淀粉樣蛋白(A )級聯(lián)假說認為,A 的積累在導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和細胞死亡的連鎖反應(yīng)中起著重要作用,從而導(dǎo)致AD患者認知能力下降。近年來采用包括多種生物物理刺激技術(shù):超聲、光、電、磁刺激等在內(nèi)治療技術(shù),改善AD腦內(nèi)A 超載的治療研究,推動了延緩和預(yù)防AD導(dǎo)致認知功能缺失的治療研究進展。其中具有代表性的研究采用閃光刺激一定程度調(diào)控AD模型小鼠腦電波的伽馬振蕩異常,改善受損的學(xué)習(xí)記憶功能。然而最新的研究報道反駁了這一發(fā)現(xiàn),認為閃光刺激并不能調(diào)控腦電波伽馬振蕩,也無法減少AD小鼠腦內(nèi)A 過量沉積或改善AD癥狀,甚至閃光刺激會引起實驗小鼠的情緒排斥。這一研究爭論,可能源于閃光刺激這種間接手段。而經(jīng)顱或顱內(nèi)交流電刺激則被認為可以直接將刺激電流遞送入腦,通過對神經(jīng)細胞活動的電刺激調(diào)節(jié),實現(xiàn)清除A 和改善學(xué)習(xí)記憶功能的治療目的。近日,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院劉倩副研究員與美國加州大學(xué)戴維斯分校Min Zhao教授,加州大學(xué)舊金山分校Theodore Zanto副教授合作在Cell & Bioscience上發(fā)表題為的“Intensity-dependent gamma electrical stimulation regulates microglial activation, reduces beta-amyloid load, and facilitates memory in a mouse model of Alzheimer’s disease”的文章。研究首先采用數(shù)字建模和有限元建模(FEM)計算了顱內(nèi)伽馬交流電刺激在深腦不同功能腦區(qū)的有效刺激電場分布和安全性評價。繼而對5xFAD小鼠開展為期4周的程序式顱內(nèi)伽馬交流電刺激治療,發(fā)現(xiàn)該治療技術(shù)能夠顯著減少皮層和海馬中的A 1-42沉積并激活小鼠皮層和海馬中的小膠質(zhì)細胞,促進5xFAD小鼠的學(xué)習(xí)記憶功能呈現(xiàn)以刺激強度依賴式改善。結(jié)合該團隊前期發(fā)表在Alzheimers Res Ther. 2020 12(1):89中的研究成果:顱內(nèi)伽馬交流電刺激能夠增強5xFAD小鼠海馬和室下區(qū)的神經(jīng)發(fā)生,他們持續(xù)研究證實了伽馬交流電刺激對中樞神經(jīng)退行性疾病的神經(jīng)新生和神經(jīng)免疫激活作用,這些細胞響應(yīng)可能推動了AD小鼠腦內(nèi)A 的清除,從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)認知和記憶功能的改善,為電刺激治療AD的臨床策略和轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了新的實驗依據(jù)。本研究由中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院劉倩副研究員作為第一作者,美國加州大學(xué)戴維斯分校的Min Zhao教授和加州大學(xué)舊金山分校的Theodore Zanto副教授為通訊作者共同完成。項目研究受到NIH、AFOSR MURI和DARPA研究資助。Fig. Intensity-dependent gamma electrical stimulation regulates microglial activation,reduces beta-amyloid load and facilitates memory in a mouse model of Alzheimer’s disease. 文章鏈接
      2023-09-15