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稀土是新能源、高新技術(shù)等領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵原料。全球一半以上的稀土儲量來自一種名為“碳酸巖”的火成巖，但奇怪的是，僅有不到10%的碳酸巖體真正形成了有經(jīng)濟價值的稀土礦床。為什么有的碳酸巖富集稀土，有的卻不能？2月3日，中國科學院廣州地化所薛碩副研究員、楊武斌研究員及其合作團隊在國際學術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)表的最新研究給出了關(guān)鍵答案：碳酸質(zhì)巖漿的侵位深度（即壓力）是控制稀土能否超常聚集的關(guān)鍵因素。研究團隊用高溫高壓實驗?zāi)M了碳酸質(zhì)巖漿在中上地殼（約地下6-20公里）的冷卻結(jié)晶過程，發(fā)現(xiàn)以大約地下10公里（對應(yīng)壓力約0.3 GPa）為界，巖漿的演化會呈現(xiàn)兩條截然不同的“命運之路”：當碳酸質(zhì)巖漿侵位較淺（<0.3 GPa）時：磷灰石會較早結(jié)晶，此時形成的磷灰石富含硅和鈉，其晶體結(jié)構(gòu)如同一種特殊的“牢籠”，能將稀土元素牢牢固定在晶格內(nèi)，導(dǎo)致稀土元素在早期就被鎖定，難以繼續(xù)遷移和聚集。同時，低壓環(huán)境促使巖漿釋放出大量低鹽度熱液。這類熱液搬運稀土元素的能力很弱，無法將殘余稀土有效聚集起來，因此難以驅(qū)動晚期形成具有經(jīng)濟價值的礦床。當碳酸質(zhì)巖漿侵位較深（>0.3 GPa）時：橄欖石最先結(jié)晶，大量消耗巖漿中的“硅”，使得后續(xù)結(jié)晶的磷灰石無法構(gòu)建“牢籠”，難以容納和鎖死稀土元素。同時，高壓環(huán)境使巖漿能溶解更多的水，延遲了熱液流體的分離，促使體系向富堿和富揮發(fā)分的“鹽熔體”演化；稀土元素在這類鹽熔體中具有較高的溶解度，因此能在殘余熔體中持續(xù)富集，并結(jié)晶出大量過渡性的黃鍶碳鈉礦等礦物，為晚期氟碳鈰礦等經(jīng)濟礦物的大規(guī)模沉淀奠定堅實基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)完美地闡釋了全球碳酸巖型稀土礦床的分布規(guī)律（圖1）：世界級稀土礦床，如中國的白云鄂博、牦牛坪等，其成礦巖體侵位深度均大于10公里；而許多侵位較淺的碳酸巖體，如瑞典的Aln?、坦桑尼亞的倫蓋伊等，雖然巖石中也可能含稀土，但往往分散不富集，不具備開采經(jīng)濟價值。該研究首次構(gòu)建了“壓力?礦物結(jié)晶順序?熔體性質(zhì)?稀土富集”的完整因果鏈條，不僅深化了對稀土超常富集機制的認知，也為碳酸巖型稀土礦床的勘查提供了新啟示。圖1 巖漿侵位深度與碳酸巖型稀土礦床的形成圖2：在電子探針實驗室，薛碩副研究員（左）與楊武斌研究員（右）一同進行實驗樣品的微區(qū)成分分析，以獲取關(guān)鍵的地球化學數(shù)據(jù)論文信息?標題：Formation of giant carbonatite rare earth deposits controlled by deep-seated magma chambers作者：Shuo Xue*(薛碩), Wubin Yang*(楊武斌), Hecai Niu(牛賀才), Hongping He(何宏平), Jianxi Zhu(朱建喜), Xiaoliang Liang(梁曉亮), Weidong Sun(孫衛(wèi)東), Ming-Xing Ling(凌明星), Xing Ding(丁興), Wanzhu Zhang(張婉珠)論文網(wǎng)址：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68785-7

2026-02-10

南海海洋所?|?研究發(fā)現(xiàn)印太淡水池快速擴張和南印度淡水輸送路徑變化

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點實驗室海洋動力熱力過程及其環(huán)境效應(yīng)研究團隊，在氣候變化背景下的全球水循環(huán)研究領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)研究成果以《The expanding Indo-Pacific freshwater pool and changing freshwater pathway in the South Indian Ocean》為題，發(fā)表在Nature Climate Change上。該論文第一作者為研究員陳更新，通訊作者為陳更新與科羅拉多大學博爾德校區(qū)教授Weiqing Han，共同作者包括Aixue Hu, Gerald A. Meehl, Arnold L. Gordon, Toshiaki Shinoda, Nan Rosenbloom,張磊, Yukio Masumoto等。印太淡水池位于從東印度洋延伸至西太平洋的熱帶區(qū)域，由于頻繁降雨和較弱蒸發(fā)，表層海水天然偏淡，是全球溫鹽環(huán)流的重要源區(qū)。通過海洋“傳送帶”系統(tǒng)，它向全球輸送熱量、鹽分與淡水，對調(diào)節(jié)全球氣候具有關(guān)鍵作用。隨著全球氣候變暖，該區(qū)域的淡水分布和輸運機制可能發(fā)生顯著變化，但其規(guī)模、動力機制及對南印度洋的影響仍缺乏系統(tǒng)定量研究。研究發(fā)現(xiàn)，自20世紀60年代以來，南印度洋上層600米的鹽度顯著下降，35.3 psu 等鹽度線所包絡(luò)的高鹽海水面積減少約30%，淡水量以每十年約6.5±0.5%的速率增加，構(gòu)成南半球范圍內(nèi)觀測到的最強淡化信號。研究顯示，全球變暖導(dǎo)致印度洋和熱帶太平洋上空風場發(fā)生系統(tǒng)性調(diào)整，增強了印尼貫穿流和副熱帶環(huán)流的淡水輸運，使更多印太淡水池的低鹽水輸送至南印度洋。不同于傳統(tǒng)熱帶路徑，研究發(fā)現(xiàn)，在上層約200米范圍內(nèi)，淡水更顯著地沿副熱帶通道向南擴展，標志著淡水輸運結(jié)構(gòu)發(fā)生重要變化。若將淡化幅度換算為淡水體積，相當于向該海域（100–120°?E, 35–15°?S）每年增加約6600個杭州西湖的水量。海水變淡降低密度并增強層結(jié)，抑制垂向混合，而垂向混合對于輸送熱量和營養(yǎng)鹽至關(guān)重要。因此，印太淡水池的擴張及輸運通道變化不僅可能影響海洋內(nèi)部熱鹽結(jié)構(gòu)，還可能對全球溫鹽環(huán)流、海氣相互作用及海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠影響。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省卓越青年團隊、中國科學院青促會優(yōu)秀會員等項目聯(lián)合資助。論文信息：Chen, G., Han, W., Hu, A.?et al.?The expanding Indo-Pacific freshwater pool and changing freshwater pathway in the South Indian Ocean.?Nat. Clim. Chang.?(2026). https://doi.org/10.1038/s41558-025-02553-1原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41558-025-02553-1圖1?全球南半球熱帶-亞熱帶海域上層600?m的1960–2022年線性鹽度趨勢（單位：10?2?psu/30年）。顏色陰影（白色區(qū)域）表示趨勢超過（低于）95%顯著性水平；紅/藍點為蒸發(fā)–降水（E–P）趨勢顯著正/負區(qū)域；灰圈表示八個單獨數(shù)據(jù)集中，少于六個趨勢符號與融合數(shù)據(jù)集一致的區(qū)域。

2026-02-12

南海海洋所?|?全景透視長白山火山區(qū)跨地殼巖漿系統(tǒng)

近日，中國科學院南海海洋研究所研究員張帆/林間團隊，聯(lián)合國內(nèi)外多家單位，綜合利用大地電磁、地震學、巖石學及歷史噴發(fā)資料，系統(tǒng)揭示了長白山火山區(qū)跨地殼巖漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。相關(guān)成果發(fā)表于《Communications Earth & Environment》。論文第一作者為助理研究員楊博，通訊作者為研究員張帆。長白山火山是東北亞規(guī)模最大、噴發(fā)潛在危險最高的活火山之一。近年來，該火山地震活躍、地表形變異常，顯示其深部巖漿系統(tǒng)仍處于活躍狀態(tài)。盡管多學科證據(jù)表明火山作用與巖漿活動往往貫穿整個地殼，但目前對長白山地區(qū)的跨地殼巖漿系統(tǒng)的深層分布規(guī)律尚較模糊。研究團隊基于長白山火山區(qū)的78個大地電磁臺站數(shù)據(jù)，構(gòu)建了高分辨率的三維電阻率模型，在天池火山下方識別出從淺地表至上地幔垂向連續(xù)分布的低阻異常，反映了完整的跨地殼巖漿系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含三個明顯分層又相互連通的巖漿儲庫：（1）下地殼玄武質(zhì)巖漿儲庫（20-35km深），估算熔融分數(shù)2.1-3.7%，體積約19,500 km3，構(gòu)成深部地殼熱區(qū)主體；（2）上地殼粗面質(zhì)巖漿儲庫（5-10km深），估算熔融分數(shù)7.0-16.3%，體積約95 km3，頂部地震頻發(fā)，可能與巖漿驅(qū)動破裂有關(guān)；（3）淺部堿流質(zhì)巖漿儲庫（2-3.5 km深），估算熔融分數(shù)18.8-23.8%，體積約36 km3，與長白山“千年大噴發(fā)”巖漿房位置吻合。研究進一步指出，下地殼熱區(qū)的熔體體積比淺部高約1-2個量級，該特征在黃石火山系統(tǒng)中也有發(fā)現(xiàn)，且也適用于部分俯沖帶和裂谷火山系統(tǒng)，意味著深部熱區(qū)可能主導(dǎo)淺部儲庫規(guī)模，進而控制火山噴發(fā)體量。本研究得到國家重點研發(fā)計劃、廣東省自然科學基金、日本學術(shù)振興會基金等項目資助。論文信息：Bo Yang, Fan Zhang*, Makoto Uyeshima, Jian Lin, Wule Lin, Jianfeng Yang, Xubo Zhang, Wei Wang, Chen Liao, Hui Fang, Gengen Qiu & Xiangyun Hu. Deep crustal hot zones control shallow magma reservoirs in an active transcrustal magmatic system. Commun Earth Environ 7, 141 (2026)原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-03160-w圖1 長白山火山區(qū)三維電性結(jié)構(gòu)模型圖2 長白山火山區(qū)跨地殼巖漿系統(tǒng)

2026-02-11

亞熱帶生態(tài)所?|?氮素可持續(xù)管理對稻田氨排放的影響機制取得進展

氨揮發(fā)是稻田生態(tài)系統(tǒng)中氮素損失的主要途徑，這會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失和不良的環(huán)境危害。然而，深施肥料與脲酶抑制劑聯(lián)合施用條件下氨揮發(fā)的具體特征、區(qū)域減排潛力以及相關(guān)微生物響應(yīng)仍不清楚。氨揮發(fā)是稻田生態(tài)系統(tǒng)中氮素損失的主要途徑，這會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失和不良的環(huán)境危害。然而，深施肥料與脲酶抑制劑聯(lián)合施用條件下氨揮發(fā)的具體特征、區(qū)域減排潛力以及相關(guān)微生物響應(yīng)仍不清楚。針對這一科學問題，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所土壤生態(tài)與農(nóng)業(yè)環(huán)境課題組在亞熱帶雙季稻種植系統(tǒng)中進行了一項為期兩年的連續(xù)高頻原位觀測實驗，系統(tǒng)揭示了氮肥深施與脲酶抑制劑聯(lián)合施用對稻田氨揮發(fā)的影響及機制。該研究共設(shè)置了六種處理：①不施氮肥；②常規(guī)施氮；③氮肥用量減少 30%；在降低氮肥用量的情況下：④氮肥深施（位于土壤表面以下 7 厘米處）；⑤脲酶抑制劑使用以及⑥深埋與脲酶抑制劑聯(lián)合施用。研究發(fā)現(xiàn)，氮肥深施與脲酶抑制劑的結(jié)合相較于常規(guī)氮肥施用處理，累計氨揮發(fā)總量減少了68.0%-73.8%。氮肥深施與脲酶抑制劑的結(jié)合的氨揮發(fā)減排潛力高于深施和脲酶抑制劑的單獨處理。氮肥深施與脲酶抑制劑結(jié)合的減排效果歸因于對尿素水解速率和土壤脲酶活性的抑制，從而顯著限制了土壤中銨態(tài)氮的積累。此外，氮肥深施與脲酶抑制劑結(jié)合降低了土壤微生物多樣性指數(shù)（包括Shannon, Simpson, Chao1, ACE指數(shù)），氮肥深施與脲酶抑制劑結(jié)合使土壤酸桿菌和卡登巴菌屬的相對豐度增加，而γ-變形菌門、β-變形菌門、藍細菌門和浮霉菌門的豐度則顯著降低。在功能層面，氮肥深施與脲酶抑制劑結(jié)合處理下調(diào)了關(guān)鍵的微生物代謝途徑，包括半乳糖代謝和戊糖磷酸途徑。這些轉(zhuǎn)變形成了一個不利于快速生成和釋放銨離子的微生物環(huán)境，從而進一步降低了氨氣揮發(fā)。與常規(guī)施肥處理相比，減氮30%處理使水稻產(chǎn)量顯著降低了15.5%，而氮肥深施、使用脲酶抑制劑以及深埋與脲酶抑制劑聯(lián)合施用在減氮30%的情況下，四個水稻生長季中均實現(xiàn)了水稻產(chǎn)量不減少。單獨深施肥料、單獨使用脲酶抑制劑以及深埋與脲酶抑制劑聯(lián)合施用顯著提高了氮利用效率，在深埋與脲酶抑制劑聯(lián)合施用處理下氮利用效率最高（54%-63%），其次是單獨深施肥料（47%-59%）和單獨使用脲酶抑制劑（47%-59%）。進一步的全國估算結(jié)果顯示，單獨的氮肥深施和脲酶抑制劑分別能使中國稻田的氨排放量減少423 Gg N yr-1和490 Gg N yr-1，而氮肥深施與脲酶抑制劑的結(jié)合能使中國稻田的氨排放量減少528Gg N yr-1，減少的氨排放量占稻田施肥總量約7%-9%。從區(qū)域來看，氮肥深施與脲酶抑制劑的結(jié)合對中國中南部地區(qū)氨減排量最大，占中國總減排量的38%。該研究強調(diào)了在高排放地區(qū)優(yōu)先實施減排措施以實現(xiàn)最大環(huán)境效益的重要性，并且為稻田種植系統(tǒng)的氮素可持續(xù)管理提供了重要的科學依據(jù)。該項研究成果以Sustainable Nitrogen Management in Paddy Fields: Synergistic Effects of Deep Fertilization and Urease Inhibitors on Ammonia Volatilization and Associated Soil Microbiome為題發(fā)表在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域權(quán)威期刊Agriculture Ecosystems & Environment上。亞熱帶所助理研究員方賢滔和已畢業(yè)博士生朱瀟為論文共同第一作者，亞熱帶生態(tài)所沈健林研究員為通訊作者，亞熱帶生態(tài)所吳金水研究員、北京大學周豐教授和澳大利亞墨爾本大學Deli Chen教授等參與了論文研究及指導(dǎo)工作。該研究得到國家重點研發(fā)計劃以及國家自然科學基金等項目的資助。論文鏈接圖1 不同氮素管理措施下雙季稻田NH3揮發(fā)累計排放量注: CK（不施氮肥）；CON（常規(guī)施氮肥）；RN（氮肥用量減少30%）；RD（氮肥用量減少30%+氮肥深施）；RU（氮肥用量減少30%+脲酶抑制劑）；RUD（氮肥用量減少30%+氮肥深施深埋+脲酶抑制劑）圖2 不同氮素管理措施對土壤微生物的影響(a)和(b)：六種處理方式下的土壤微生物α多樣性指標（Shannon, Simpson, Chao1, ACE指數(shù)）；(c)和(d)：微生物群落組成的主坐標分析（PCoA）；(e)和(f)：不同處理方式下優(yōu)勢微生物分類群（屬水平和科水平）的相對豐度。圖3 中國各區(qū)域氨排放及各減排措施的減排潛力估算

2026-02-11

南海海洋所?|?研究揭示東印度洋班達弧潛在地震空區(qū)

近日，中國科學院南海海洋研究所林間院士團隊聯(lián)合多學科團隊，在東印度洋班達弧構(gòu)造變形與地震風險研究方面取得重要進展。研究團隊采用跨學科方法，綜合解析海洋地球物理、大地測量和地震學等多源觀測資料，揭示了班達弧存在兩個潛在地震空區(qū)。研究成果發(fā)表于國際期刊《Global and Planetary Change》，副研究員楊曉東為論文第一作者，教授欒錫武為論文通訊作者。東印度洋巽他—班達弧位于東南亞環(huán)形俯沖系統(tǒng)最東端，是印-澳板塊、歐亞板塊、太平洋板塊和菲律賓海板塊四大板塊的匯聚區(qū)域。該區(qū)域兼具典型海溝—島弧體系與弧—陸碰撞構(gòu)造，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地震活動頻繁。研究團隊綜合利用多道地震反射剖面、地震目錄與震源機制解、GPS速度場及深部地震速度模型，定量計算了弧后弗洛勒斯-韋塔（Flores-Wetar）反沖斷裂與弧前帝汶海槽的斷裂滑動速率及區(qū)域應(yīng)變率，并結(jié)合歷史地震與儀器記錄，系統(tǒng)闡明了不同構(gòu)造單元的現(xiàn)今變形特征及其與強震孕育的關(guān)系。研究結(jié)果表明，弧后弗洛勒斯-韋塔反沖斷裂與弧前帝汶海槽共同吸收了印—澳板塊與巽他板塊約75 mm/yr的匯聚速率。其中，弗洛勒斯-韋塔斷裂滑動速率為7.6–23.9 mm/yr，是區(qū)域絕大多數(shù)強震（MW?6.6）的發(fā)震構(gòu)造，包括1992年MW 7.9弗洛勒斯地震及其引發(fā)的海嘯災(zāi)害。帝汶海槽滑動速率為13.3–30.7 mm/yr，但近百年來儀器觀測未記錄到強震活動，地表及淺部構(gòu)造活動跡象亦相對較弱。通過綜合分析區(qū)域應(yīng)變速率與地震分布特征，研究團隊發(fā)現(xiàn)弗洛勒斯-韋塔斷裂沿走向存在顯著的地震活動差異，并識別出兩處潛在"地震空區(qū)"。這些區(qū)域應(yīng)變累積顯著但長期未發(fā)生強震破裂，暗示未來存在發(fā)生大地震的高風險。該研究從區(qū)域尺度揭示了弧—陸碰撞背景下前弧與后弧構(gòu)造單元在變形樣式與地震活動性方面的差異，為理解東南亞復(fù)雜板塊匯聚區(qū)的動力學演化提供了新的觀測約束，也為東印度洋地震海嘯災(zāi)害預(yù)警提供了重要的科學依據(jù)。圖1?東印度洋班達弧區(qū)域構(gòu)造與強震（MW?≥6.6）分布圖圖2?根據(jù)GPS運動速度計算的班達弧應(yīng)變速率和推測的地震空區(qū)圖3?東印度洋班達弧深部區(qū)域的三維構(gòu)造圖本研究得到國家自然科學基金、中國-東盟海洋合作基金、中國科學院國際伙伴計劃和廣東省重大人才工程等項目等聯(lián)合資助。論文信息：Yang Xiaodong, Luan Xiwu, Zhu Liangyu, Han Xnizhe, Zhang Zhiwen, Zhou Zhiyuan, Lin Jian, & Wang Liming, 2026. Active faulting and crustal deformation along the East Sunda-Banda Arc: Implications for Regional Geohazards. Global and Planetary Change, 259, 105326.文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2026.105326其他相關(guān)論文:Zhang Z., Yang X.*, Mooney W.D., Rebecca B E., Zhao S., Lin J., Zheng T., Xu, H., 2024. An integrated study of age and formation of the Aru Trough, eastern Banda Arc, Indonesia: Implications for seismic hazards. Tectonics, 43, e2024TC008449.Yang X.*, Singh S. C., Deighton I., 2021. The margin-oblique Kumawa strike-slip fault in the east Banda forearc: structural deformation, tectonic origin and geohazard implication. Tectonics, 40(4): 1-23.Yang X.*, Singh S. C., Tripathi A., 2020. Did the Flores backarc thrust rupture offshore during the 2018 Lombok earthquake sequence in Indonesia? Geophysical Journal International, 221(2): 758-768.

2026-02-06

南海海洋所?|?研究揭示馬里亞納海溝"挑戰(zhàn)者深淵"萬米深度形成機制

近日，中國科學院南海海洋研究所張帆研究員團隊在國際地學期刊《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）發(fā)表最新研究成果，揭示了馬里亞納海溝"挑戰(zhàn)者深淵"（Challenger Deep）水深超萬米的形成機制。副研究員張江陽為第一作者和通訊作者，研究員張帆為共同通訊作者，合作者包括林間院士、美國德克薩斯大學達拉斯分校教授Robert J. Stern及香港中文大學教授楊宏峰。馬里亞納海溝位于太平洋板塊向菲律賓海板塊俯沖的匯聚邊界。其中南段的"挑戰(zhàn)者深淵"水深逾10900米，不僅比北段深約2000米，更是全球海洋最深處。傳統(tǒng)理論將其歸因于俯沖板塊年齡（1.2-1.6億年）導(dǎo)致的負浮力增強，或前弧區(qū)域的陡峭地形，但這些因素無法定量解釋南北段之間如此顯著的深度差異。研究團隊通過系統(tǒng)分析馬里亞納海溝沿走向的多條垂直地形剖面，發(fā)現(xiàn)南段俯沖板塊在進入海溝前的坡度和曲率顯著高于北段及全球其他海溝，表明該區(qū)域發(fā)生了異常強烈的彈性彎曲變形?；谶@一觀測，團隊創(chuàng)新性地構(gòu)建了負浮力驅(qū)動的彈性板彎曲模型，突破傳統(tǒng)剛性板塊假設(shè)，更真實地刻畫了俯沖系統(tǒng)的力學響應(yīng)。模型揭示：近海溝區(qū)域巖石圈有效彈性厚度顯著降低是控制海溝深度的關(guān)鍵因素——當巖石圈剛度減弱時，俯沖板塊的負浮力可高效轉(zhuǎn)化為向下的彎曲變形，導(dǎo)致海溝前方產(chǎn)生極大撓曲。進一步的三維數(shù)值模擬表明，俯沖板塊沿走向的幾何分段效應(yīng)會顯著放大局部彎曲。南馬里亞納地區(qū)存在的板塊撕裂結(jié)構(gòu)限制了俯沖板塊的橫向連續(xù)性，削弱了沿走向的力學耦合，使彎曲變形在“挑戰(zhàn)者深淵”區(qū)域集中發(fā)展。研究進一步指出，正是“巖石圈弱化—負浮力驅(qū)動—板塊撕裂分段”三種機制的協(xié)同作用，共同造就了這一全球極端深度。該研究從板塊變形的力學機制角度，為極端海溝地形提供了統(tǒng)一且可量化的物理解釋，強調(diào)了俯沖帶幾何分段和力學非均一性在控制海溝形態(tài)中的關(guān)鍵作用。相關(guān)方法和結(jié)論可推廣至全球其他俯沖帶研究，為理解板塊俯沖過程及其地表響應(yīng)提供了新的理論框架。論文信息：Jiangyang Zhang*, Robert J Stern, Fan Zhang*, Jian Lin, Hongfeng Yang(2026). Unusually tight bending of subducting Pacific plate causes the extreme depth of Challenger Deep. Earth and Planetary Science Letters. 679: 119886.?原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119886圖1?馬里亞納海溝南部和中部測深和板塊年齡圖圖2?馬里亞納海溝南部與北部，及全球海溝的坡度和曲率對比圖。圖3?挑戰(zhàn)者深淵極端深度的 “巖石圈弱化—負浮力驅(qū)動—板塊撕裂分段” 控制示意圖

2026-02-05

南海海洋所?|?真菌來源抗蟲活性生物堿的結(jié)構(gòu)多樣性與生物合成機制研究取得新進展

近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點實驗室、熱帶海洋生物資源與生態(tài)實驗室、廣東省海洋藥物重點實驗室閆巖研究員團隊在真菌來源抗蟲活性生物堿的結(jié)構(gòu)多樣性與生物合成機制研究取得新進展，相關(guān)成果以“Structural Diversification and Biosynthesis of Pesticidal Pyrroline-Derived Alkaloid from Penicillium. citrinum SCSIO DF147”為題，發(fā)表于國際知名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry。該論文由碩士研究生王松濤（已畢業(yè)）、朱祥龍為共同第一作者，研究員閆巖、副研究員宋永相為共同通訊作者。大連理工大學的教授劉田團隊在抗蟲方面，濟南大學老師王文貴在中間體合成方面做了重要貢獻。隨著全球農(nóng)作物害蟲抗藥性的不斷增強，開發(fā)具有新穎作用機制、高效且低毒的生物農(nóng)藥已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求。昆蟲幾丁質(zhì)酶（Chitinases）在昆蟲的生長、蛻皮及變態(tài)發(fā)育過程中扮演關(guān)鍵角色，抑制其活性會導(dǎo)致昆蟲生長停滯、化蛹失敗甚至死亡，因此被視為開發(fā)新型殺蟲劑的理想靶點。MOEP（1）類生物堿最早是從海洋來源的青霉真菌中發(fā)現(xiàn)的一類吡咯啉衍生化合物，憑借其優(yōu)良的抗蟲及抗菌性能，展現(xiàn)出作為先導(dǎo)藥物的應(yīng)用前景。然而，前期研究僅發(fā)現(xiàn)其具有抑制昆蟲保幼激素合成的作用，沒有更多的靶標篩選，缺乏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多樣性和構(gòu)效關(guān)系研究。另外，關(guān)于MOEP化合物也僅有化學合成報道，其生物合成基因簇和生物合成研究也尚未知。限制了利用合成生物學手段對其進行深入研究的途經(jīng)。團隊以幾丁質(zhì)酶抑制活性為導(dǎo)向，對一株沙蟲來源的海洋真菌Penicillium citrinum SCSIO DF147進行深入挖掘，從中發(fā)現(xiàn)了5類包括吡咯、吡咯啉、吡咯烷、吡咯里西啶、及開環(huán)吡咯烷共15個吡咯啉衍生生物堿（1-15），含5個新化合物 (圖1)。為該類化合物的研究奠定了基礎(chǔ)。圖1?從Penicillium citrinum SCSIO DF147及其突變體DF147/ΔpasB中分離得到的吡咯啉衍生物生物堿（1?15）（紅色數(shù)字表示新化合物）。通過對幾丁質(zhì)酶（OfChtII 和 OfChi-h）抑制活性的構(gòu)效關(guān)系研究顯示，吡咯啉結(jié)構(gòu)單元和脂肪鏈的Δ8',9'不飽和雙鍵是該類化合物的關(guān)鍵功能基團，吡咯啉結(jié)構(gòu)的變化和鏈上雙鍵位置的移動或變化都會造成活性的下降或消失（圖2）。在此基礎(chǔ)上，對鱗翅目害蟲小菜蛾的抗蟲實驗以及植物病原菌的抗菌實驗進一步證明了構(gòu)效關(guān)系，顯示了化合物MOPE（1）良好的抗蟲抗真菌效果。尤其是對農(nóng)業(yè)主要害蟲小菜蛾（Plutella xylostella）在5 mM濃度下施藥5天后致死率達100%，化合物1的效果優(yōu)于陽性對照藥物除蟲脲(Diflubenzuron)（圖3）。圖2?吡咯啉衍生生物堿構(gòu)效關(guān)系圖3?用5.0 mM化合物1、8和13喂養(yǎng)的P. xylostella的死亡率。NC：陰性對照，PC：用DFB處理的陽性對照。進一步，團隊對活性化合MOEP的生物合成研究中，利用全基因組測序、基因敲除/回補、異源表達、以及關(guān)鍵酶的體內(nèi)外功能驗證等方法，確定了該化合物的生物合成基因簇，其分別由四個基因（pasA–D）編碼骨架合成酶PKS-NRPS（PasA）、細胞色素P450酶PasB，轉(zhuǎn)錄因子PasC和烯酰還原酶PasC組成。發(fā)現(xiàn)MOEP（1）化合物先由骨架基因負責的PKS-NRPS蛋白PasA和還原蛋白PasD協(xié)作，合成關(guān)鍵中間體羥甲基吡咯烷化合物8，化合物8進一步經(jīng)細胞色素P450酶PasB脫去C2位的羥甲基以及C3位氫形成Δ2,3雙鍵，從而形成具有吡咯啉功能基團的活性化合物1（圖4）。圖4?吡咯啉衍生生物堿生物合成基因簇（A）和MOEP（1）的生物合成途徑（D）該研究不僅拓展了MOEP類化合物的結(jié)構(gòu)類型，深化了其構(gòu)效關(guān)系研究、還在原有保幼激素靶標的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了其作用于幾丁質(zhì)酶的新靶標，為該類化合物抗蟲機制的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，也為以幾丁質(zhì)酶導(dǎo)向的新型抗蟲抗菌先導(dǎo)化合物的發(fā)掘提供了借鑒。該研究也是在海洋微生物先導(dǎo)藥物的發(fā)掘中，繼從海洋放線菌SCSIO 11791中發(fā)現(xiàn)的具有幾丁質(zhì)酶抑制活性的抗蟲先導(dǎo)化合物lynamycin B（J. Agric. Food. Chem.?2021, 69(47),14086-14091.）之后的又一進展。以上研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、海南省自然科學基金、廣州市重點研發(fā)計劃、廣東特支計劃?“海洋藥物研究開發(fā)創(chuàng)新團隊”和南沙科技計劃項目等的資助。論文信息：Songtao Wang#, Xianglong Zhu#, Huijie Xie, Huijuan Li, Hanwei Li, Wengui Wang, Tian Liu, Yan Yan*, and Yongxiang Song*. Structural Diversification and Biosynthesis of Pesticidal Pyrroline-Derived Alkaloid from?Penicillium citrinum?SCSIO DF147. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2026, doi/10.1021/acs.jafc.5c15871論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5c15871

2026-02-05

廣州健康院開發(fā)更安全高效的新型哺乳動物雷帕霉素靶蛋白抑制劑

?近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院藥物化學生物學組、納米轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究組和Micky D. Tortorella研究員團隊聯(lián)合在Journal of Medicinal Chemistry在線發(fā)表了題為“Discovery and Optimization of 4-Aminopteridin-7(8H)-one Derivatives as Potent and Selective mTOR Inhibitors with Favorable Pharmacodynamic and Safety Characteristics”的研究論文，報道了一類具有優(yōu)異藥效與安全性的新型mTOR（哺乳動物雷帕霉素靶蛋白）抑制劑。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院藥物化學生物學組、納米轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究組和Micky D. Tortorella研究員團隊聯(lián)合在Journal of Medicinal Chemistry在線發(fā)表了題為“Discovery and Optimization of 4-Aminopteridin-7(8H)-one Derivatives as Potent and Selective mTOR Inhibitors with Favorable Pharmacodynamic and Safety Characteristics”的研究論文，報道了一類具有優(yōu)異藥效與安全性的新型mTOR（哺乳動物雷帕霉素靶蛋白）抑制劑（專利號202510730121X）。mTOR信號通路作為調(diào)控細胞生長、增殖與存活的核心樞紐，其異常激活與胃癌、肺癌、乳腺癌等多種癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，一直是抗癌藥物研發(fā)的重要靶點。然而，目前已上市的mTOR抑制劑仍十分有限，絕大多數(shù)候選藥物因在臨床開發(fā)中效力不足、毒性過大或嚴重副作用等因素導(dǎo)致失敗。因此，開發(fā)兼具強效與安全性的新一代mTOR抑制劑成為該領(lǐng)域亟待突破的難題。針對這一挑戰(zhàn)，廣州健康院研究團隊通過精巧的理性藥物設(shè)計，成功開發(fā)出一類新型4-氨基蝶啶-7(8H)-酮衍生物作為ATP競爭性mTOR抑制劑，其中先導(dǎo)化合物T133（化合物51）表現(xiàn)尤為突出。通過構(gòu)效關(guān)系研究和分子模擬，研究揭示了T133分子中的羥基苯并呋喃和反式環(huán)己烷羧酸片段，可通過與mTOR形成特定的氫鍵和鹽橋相互作用，從而賦予其高親和力（IC50=0.34 nM）與良好的激酶選擇性。細胞實驗表明，T133在胃癌、肺癌、乳腺癌等多種癌細胞系中均能有效抑制細胞增殖與遷移。機制研究進一步證實，T133可阻斷mTOR下游信號通路，顯著降低AKT、S6K1、4EBP1等關(guān)鍵信號蛋白的磷酸化水平，進而誘導(dǎo)腫瘤細胞發(fā)生凋亡、細胞周期阻滯及自噬。在HGC-27胃癌細胞移植瘤模型中，口服T133表現(xiàn)出劑量依賴性抑瘤效果：30 mg/kg與60 mg/kg劑量組的腫瘤抑制率分別達到83%與92%，其療效與進入臨床研究的抑制劑PF-04691502相當，但在安全性方面優(yōu)勢顯著。相比PF-04691502引起的肝損傷、肺損傷及皮膚毒性等與其臨床報道相符的毒副作用，T133治療組小鼠的重要器官未見明顯的病理損傷，生理生化指標保持穩(wěn)定。同時，該藥物的廣譜抗癌效果在NCI-H1299肺癌模型中也得到了驗證。在成藥性方面， T133口服生物利用度良好（31.2%），對主要的藥物代謝酶（CYP450）抑制很弱，無潛在的心臟毒性（hERG抑制率極低）和遺傳毒性（AMES試驗陰性），整體成藥風險低。綜上，該研究立足于臨床未滿足需求，聚焦于現(xiàn)有mTOR抑制劑的毒性瓶頸，通過理性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和優(yōu)化得到候選分子T133。T133在保持高效與高選擇性的同時，于臨床前研究中展現(xiàn)出卓越的安全性特征，為突破第二代mTOR抑制劑的研發(fā)瓶頸帶來了新的希望。廣州健康院王丹陽、李庚武、劉建光為論文的共同第一作者，唐士兵、巫林平、Micky D. Tortorella（現(xiàn)單位為中國科學院香港創(chuàng)新研究院）為論文的共同通訊作者。本研究獲得了中國科學院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院自主部署基礎(chǔ)研究項目的資助。論文鏈接圖1. 理性藥物設(shè)計與優(yōu)化成功開發(fā)更安全高效的新型mTOR抑制劑

2026-02-08

廣州健康院揭示“馴化”轉(zhuǎn)座子蛋白作為多能性的“守門者”

2026年1月20日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院細胞器與干細胞研究組在 Cell Discovery?期刊上發(fā)表了題為 “Post-transcriptional control of endogenous retroviruses by L1td1 suppresses totipotency acquisition in pluripotent stem cells” 的論文。2026年1月20日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院細胞器與干細胞研究組在 Cell Discovery?期刊上發(fā)表了題為 “Post-transcriptional control of endogenous retroviruses by L1td1 suppresses totipotency acquisition in pluripotent stem cells” 的論文。該研究發(fā)現(xiàn)L1td1，作為多能干細胞中限制全能性獲得的“守門者”，它一旦“松懈”，細胞將有望回溯至生命最初的“全能”狀態(tài)。L1td1通過招募CCR4-NOT復(fù)合物，特異性介導(dǎo)全能性相關(guān)基因及內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)錄本的降解。本工作揭示了全能性和多能性轉(zhuǎn)變過程中關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制，首次闡明了源自逆轉(zhuǎn)座子的蛋白在抑制內(nèi)源病毒元件、調(diào)控細胞命運中的獨特功能。生命始于一個全能受精卵，隨著發(fā)育進行，細胞潛能逐漸“鎖定”，變?yōu)槎嗄芨杉毎?，失去發(fā)育成胎盤等組織的全能性。因此，全能性（Totipotency）與多能性（Pluripotency）的轉(zhuǎn)換是早期胚胎發(fā)育的核心事件。在二細胞胚胎期，合子基因組激活（ZGA）伴隨著內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒MERVL及Zscan4等全能性基因的瞬時表達。隨著早期發(fā)育到達囊胚期，這些基因被迅速沉默，細胞由全能性狀態(tài)進入多能性狀態(tài)。如何逆轉(zhuǎn)這一過程、重新“解鎖”細胞的全能狀態(tài)，是再生醫(yī)學和生命科學的終極夢想之一。全能性與多能性轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)錄及表觀遺傳調(diào)控機制已被深入研究，然而，亞細胞水平的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控尤其是RNA降解，仍然是一個謎。L1td1本身起源于基因組中一段可“跳躍”的病毒樣遺傳元件（LINE-1逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子），是哺乳動物基因組中唯一由LINE-1馴化而來的蛋白編碼基因，在多能干細胞中高表達。團隊利用小鼠和人的多能干細胞模型證實，L1td1的缺失使細胞中大量全能性基因被激活，表達特征顯著類似于生命最初期的胚胎細胞（小鼠二細胞樣、人八細胞樣狀態(tài)），這意味著細胞自發(fā)地向更原始、潛能更高的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。L1td1蛋白能夠特異性識別并結(jié)合一批與全能性相關(guān)的基因（如Zscan4家族）和一類“沉睡”在基因組中的古老病毒遺傳片段（內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)座子，如MERVL-int, MT2_Mm），作為“守衛(wèi)者”使用細胞內(nèi)的“降解武器”（CCR4-NOT復(fù)合物），將這些維持全能性所必需的RNA分子快速降解，從而將細胞“鎖”在多能狀態(tài)。重要的是，研究還發(fā)現(xiàn)“守衛(wèi)者”L1td1還能抑制其進化上的“祖先”LINE-1 RNA，提示其具有廣泛抑制逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的保守功能。綜上，該研究首次揭示了L1td1作為連接轉(zhuǎn)座子沉默與細胞命運決定的關(guān)鍵樞紐，解析了馴化轉(zhuǎn)座子蛋白通過CCR4-NOT通路調(diào)控全能性的新機制。該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對早期胚胎發(fā)育中RNA動態(tài)調(diào)控、基因組穩(wěn)定與進化博弈的理解，也為在再生醫(yī)學中獲取全能性細胞、實現(xiàn)異種器官再生提供了新的理論依據(jù)。本研究獲國家重點研發(fā)項目、中國科學院、國家自然科學基金、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、廣東省和廣州市的經(jīng)費支持。劉興國研究員和鄔毅副研究員為該論文共同通訊作者。鄔毅、劉陽、黃奕樂為該論文并列第一作者。論文鏈接圖注：L1td1由逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在進化中馴化為蛋白質(zhì)，反過來抑制其“祖先”元件的活動，而擔任多能性的“守衛(wèi)者”。L1td1宛如一只被人類馴化的忠誠獵犬，回身斥退荒原上的狼群祖先，正是“柴門立雪吠深恩，猶向荒原叱祖痕”；而其忠誠守護多能性“大門”的堅定職責，則恰如“莫道馴來霜眉改，千年肝膽守寒閽”?！獊碜詣⑴d國研究員的創(chuàng)意

2026-02-08

亞熱帶生態(tài)所?|?水生植物競爭機制取得新進展

水生植物群落的構(gòu)建與穩(wěn)定是淺水富營養(yǎng)化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵，但其內(nèi)在競爭機制，特別是不同類型（浮葉與沉水）及不同物種沉水植物間的競爭動態(tài)，尚缺乏系統(tǒng)理解。明確光照、營養(yǎng)等關(guān)鍵環(huán)境因子如何與植物功能性狀（生長型）交互作用并決定競爭結(jié)局，對制定科學的植被恢復(fù)方案至關(guān)重要。水生植物群落的構(gòu)建與穩(wěn)定是淺水富營養(yǎng)化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵，但其內(nèi)在競爭機制，特別是不同類型（浮葉與沉水）及不同物種沉水植物間的競爭動態(tài)，尚缺乏系統(tǒng)理解。明確光照、營養(yǎng)等關(guān)鍵環(huán)境因子如何與植物功能性狀（生長型）交互作用并決定競爭結(jié)局，對制定科學的植被恢復(fù)方案至關(guān)重要。針對這一科學問題，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李峰研究員團隊近期通過兩項控制實驗，系統(tǒng)揭示了富營養(yǎng)化條件下水生植物的競爭機制。第一項研究聚焦于浮葉植物與不同生長型沉水植物之間的競爭。研究團隊以浮葉植物荇菜和三種典型沉水植物（底棲型苦草、直立型粉綠狐尾藻、冠層型穗花狐尾藻）為材料，在桶式中尺度系統(tǒng)中設(shè)置了3個荇菜密度水平（0、9、18株/m2）與3個營養(yǎng)水平的全因子實驗。第二項研究則深入探討了沉水植物物種之間的競爭動態(tài)，選取生態(tài)策略迥異的苦草和粉綠狐尾藻，構(gòu)建了涵蓋3個營養(yǎng)水平、2個光照水平以及5種不同種植比例的替代系列實驗。研究取得了系列重要發(fā)現(xiàn)：1）在浮葉-沉水植物系統(tǒng)中，浮葉植物的競爭抑制效應(yīng)具有密度依賴性和物種選擇性。中等與高密度荇菜顯著降低了所有沉水植物的總生物量和葉綠素含量，但對苦草（底棲型）和穗花狐尾藻（冠層型）形態(tài)的負面影響遠大于對粉綠狐尾藻（直立型）。值得注意的是，營養(yǎng)水平升高雖能緩解中等密度浮葉植物帶來的競爭壓力，但同時更增強了粉綠狐尾藻和穗花狐尾藻的競爭優(yōu)勢，預(yù)示著在富營養(yǎng)化進程中，浮葉植物的優(yōu)勢將強化，而沉水植物群落結(jié)構(gòu)將向少數(shù)耐受物種（如直立型）演變；2）在沉水植物物種間競爭中，營養(yǎng)與光照的交互作用是決定競爭勝負的關(guān)鍵。粉綠狐尾藻在高光、高營養(yǎng)條件下憑借快速生物量積累占據(jù)絕對優(yōu)勢；而苦草則采取保守策略，在低光、低營養(yǎng)環(huán)境下更能維持生存。其形態(tài)可塑性迥異：苦草通過“伸長避蔭”應(yīng)對遮蔭，根系穩(wěn)定；粉綠狐尾藻則始終保持較高株高，且根系對光、營養(yǎng)變化響應(yīng)更靈活。競爭指數(shù)分析證實，兩者競爭優(yōu)勢隨環(huán)境梯度發(fā)生動態(tài)轉(zhuǎn)換。這兩項研究共同表明，水生植物的競爭結(jié)局并非固定，而是由環(huán)境因子（營養(yǎng)、光照、浮葉植物蓋度）與植物自身功能性狀（生長型、資源分配策略、形態(tài)可塑性）共同塑造的。該系列研究為富營養(yǎng)化湖泊的植被精準恢復(fù)與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。上述結(jié)果以Competitive Outcomes Between Floating-Leaved and Submerged Plants Under Eutrophication Depend on Growth Form和Nutrient and Light Interactions Shape Competitive Dynamics Between Two Co-Occurring Submerged Macrophytes為題近期均分別發(fā)表在Freshwater Biology上，研究得到國家自然科學聯(lián)合基金和湖南省重點研發(fā)計劃項目等資助。論文鏈接：1?2不同處理下植物養(yǎng)分含量和相對競爭指數(shù)變化

2026-02-04