科研進(jìn)展
  • 南海所科研團(tuán)隊(duì)研究揭示南海珊瑚礁區(qū)為重要碳儲(chǔ)庫(kù)
    中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室施祺研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境研究所、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）等單位，在南海珊瑚礁區(qū)碳收支研究取得重要進(jìn)展,首次定量計(jì)算了南海珊瑚礁區(qū)碳收支。海洋中的珊瑚礁區(qū)匯聚了大量碳酸鹽，是重要的碳酸鹽庫(kù)，同時(shí)，鈣化作用會(huì)產(chǎn)生CO2，使得珊瑚礁區(qū)表現(xiàn)為大氣CO2的源。查明珊瑚礁區(qū)二氧化碳的收支總量，對(duì)于應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰-碳中和具有重要意義。南海珊瑚礁分布廣泛，從南部的曾母暗沙到北部的臺(tái)灣恒春半島均有分布，其總面積約8000 k㎡。近年來，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)南海不同緯度、不同地貌類型的珊瑚礁區(qū)海氣CO2交換通量、有機(jī)碳儲(chǔ)量及碳酸鈣儲(chǔ)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究結(jié)果顯示，南海珊瑚礁每年向大氣釋放約0.37?1.59×105噸碳，是大氣CO2的源，而每年進(jìn)入珊瑚礁區(qū)沉積物的碳儲(chǔ)存量高達(dá)1.66?3.78×106噸碳（>98%為碳酸鹽沉積），這一數(shù)值遠(yuǎn)超海?氣界面的二氧化碳排放量。南海珊瑚礁在碳儲(chǔ)存方面具有重要作用，是海洋碳匯的重要組成。南海珊瑚礁圖片不同地貌類型珊瑚礁區(qū)碳循環(huán)過程示意圖上述研究成果發(fā)表在Frontiers in Marine Science和Regional Studies in Marine Science等上。中國(guó)科學(xué)院南海海洋所副研究員嚴(yán)宏強(qiáng)為論文的第一作者，博士陶士臣和研究員施祺為論文共同通訊作者。上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及廣東省自然科學(xué)基金等支持。相關(guān)論文信息：Yan,H.,Shi,Q.,Xu,L.,Zhang,H.,Zhao,M.,Tao,S. Carbon budgets of coral reef ecosystems in the South China Sea. Frontiers in Marine Science,2024,11:1335662.???https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1335662Yan,H.,Tao,S.,Xu,L.,Shi,Q.,Wang,Y.,Zhao,M.,Zhou,S.,Liu,X. Distribution and air-sea fluxes of CO2 in coral reefs in the Greater Bay Area,China. Regional Studies in Marine Science,2024,80: 103895. ??https://doi.org/10.1016/j.rsma.2024.103895Yan,H.,Shi,Q.,Yu,K.,Tao,S.,Yang,H.,Liu,Y.,Zhang,H.,Zhao,M. Regional coral growth responses to seawater warming in the South China Sea. Science of The Total Environment,2019,670: 595-605. ??https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.135Yan,H.,Yu,K.,Shi,Q.,Lin,Z.,Zhao,M.,Tao,S.,Liu,G.,Zhang,H. Air-sea CO2 fluxes and spatial distribution of seawater pCO2 in Yongle Atoll,northern-central South China Sea. Continental Shelf Research,2018,165: 71-77. ??https://doi.org/10.1016/j.csr.2018.06.008Yan,H.,Yu,K.,Shi,Q.,Tan,Y.,Liu,G.,Zhao,M.,Li,S.,Chen,T.,Wang,Y. Seasonal variations of seawater pCO2 and sea-air CO2 fluxes in a fringing coral reef,northern South China Sea. Journal of Geophysical Research- Oceans，2016,121(1):998-1008. ??https://doi.org/10.1002/2015JC011484Yan,H.,Yu,K.,Shi,Q.,Tan,Y.,Zhang,H.,Zhao,M.,Li,S.,Chen,T,Huang,L.,Wang,P. Coral reef ecosystems in the South China Sea as a source of atmospheric CO2 in summer. Chinese Science Bulletin,2011,56(7):676-684.?? https://doi.org/10.1007/s11434-011-4372-8
    2024-12-18
  • 南海所研究團(tuán)隊(duì)揭示兩類大西洋尼諾對(duì)颶風(fēng)的不同影響
    中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）、全球海洋與氣候研究中心（GOCRC）以及廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LORS）的王春在研究員團(tuán)隊(duì)近期在 Geophysical Research Letters 上發(fā)表研究成果，揭示了兩類大西洋尼諾—中部型（CA）和東部型（EA）對(duì)北大西洋颶風(fēng)活動(dòng)的不同影響及其作用機(jī)制。該研究第一作者為L(zhǎng)TO博士王海麗，通訊作者為研究員王春在，同時(shí)參與研究的還有LTO研究員張磊。近期研究表明，大西洋尼諾現(xiàn)象顯著影響熱帶大西洋強(qiáng)颶風(fēng)的形成和發(fā)展，并增加颶風(fēng)襲擊加勒比海島嶼及美國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)。最新的研究進(jìn)一步將大西洋尼諾分為兩種類型，即中部型（CA）尼諾和東部型（EA）尼諾，分別表現(xiàn)為大西洋赤道中部和東部的海表溫度異常升高。這兩種類型的大西洋尼諾對(duì)全球氣候系統(tǒng)的影響各不相同，研究通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù)的深入分析，探討了這兩種大西洋尼諾對(duì)大西洋颶風(fēng)活動(dòng)的不同影響。研究發(fā)現(xiàn)，CA尼諾會(huì)增強(qiáng)北緯20°以南的颶風(fēng)活動(dòng)，CA尼娜則更容易促進(jìn)北緯20°以北的颶風(fēng)生成（圖1）。當(dāng)CA尼諾與ENSO共同作用時(shí)，熱帶颶風(fēng)活動(dòng)會(huì)受到顯著影響；相比之下，EA尼諾的影響則較少受到ENSO的干擾。這表明，CA尼諾與ENSO之間的相互關(guān)系比EA尼諾更為緊密。此外，CA尼諾對(duì)颶風(fēng)的影響顯著強(qiáng)于EA尼諾，主要是通過改變垂直風(fēng)切變、相對(duì)渦度和垂直速度等大氣條件實(shí)現(xiàn)的。相比之下，東部型尼諾則主要通過調(diào)節(jié)相對(duì)濕度和非洲東風(fēng)波來影響颶風(fēng)活動(dòng)（圖2）。研究深入探討了不同類型的大西洋尼諾對(duì)北大西洋颶風(fēng)的差異化影響，為理解大西洋颶風(fēng)活動(dòng)背后的復(fù)雜機(jī)制提供了新的視角。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)颶風(fēng)的路徑和強(qiáng)度，還為改進(jìn)季節(jié)性颶風(fēng)預(yù)測(cè)提供了重要參考。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院專項(xiàng)的資助。相關(guān)論文信息：Wang,H.,C. Wang,& L. Zhang,2024: Differentiated impacts of central and eastern Atlantic Ni?o on hurricane activity in the tropical North Atlantic.? Geophys. Res. Lett.,51,e2024GL112178.原文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024GL112178圖1. ?(a)–(d):CA尼諾（CA+）、EA尼諾（EA+）、CA尼娜（CA-）和EA尼娜（EA-）期間TC（熱帶氣旋）異常生成（色階）、異常軌跡密度（黑色實(shí)線和虛線）和海表溫度異常（紅色和藍(lán)色實(shí)線）的空間分布。(e):(a)–(d)中棕色框內(nèi)年平均主要颶風(fēng)（3至5級(jí)）數(shù)量圖2. ?CA和EA尼諾指數(shù)與非洲東風(fēng)波AEW（a-b）和颶風(fēng)生成指數(shù)GPI（c-d）的相關(guān)性分布圖
    2024-12-18
  • 深圳先進(jìn)院這項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)“飛”上天了……
    中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員雷曉華團(tuán)隊(duì)順利開展了人多能干細(xì)胞在軌的3D生長(zhǎng)及發(fā)育潛能研究，利用空間站生物技術(shù)試驗(yàn)柜進(jìn)行了為期12天的在軌細(xì)胞培養(yǎng)。北京時(shí)間11月15日23時(shí)13分，搭載天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)遙九運(yùn)載火箭，在我國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火發(fā)射。隨著長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場(chǎng)的轟鳴聲中騰空而起，天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船成功發(fā)射并順利進(jìn)入預(yù)定軌道，之后飛船太陽(yáng)能帆板順利展開，發(fā)射取得圓滿成功。此次天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船除了攜帶補(bǔ)給物資外，天舟八號(hào)還搭載了各種用于開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)所需要的設(shè)備和材料。在此次任務(wù)中，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員雷曉華團(tuán)隊(duì)順利開展了人多能干細(xì)胞在軌的3D生長(zhǎng)及發(fā)育潛能研究，利用空間站生物技術(shù)試驗(yàn)柜進(jìn)行了為期12天的在軌細(xì)胞培養(yǎng)。深圳先進(jìn)院干細(xì)胞項(xiàng)目組成員在文昌發(fā)射場(chǎng)合影?雷曉華介紹“我們本次的主要目標(biāo)是探索空間微重力對(duì)人多能干細(xì)胞3D生長(zhǎng)規(guī)律、作用機(jī)制及發(fā)育潛能。在空間微重力環(huán)境中，干細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化模式可能會(huì)與地面環(huán)境具有差別，微重力下培養(yǎng)的干細(xì)胞可能帶來一些益處。我們希望通過這項(xiàng)研究，揭示人多能干細(xì)胞在3D生長(zhǎng)過程中的新特性和規(guī)律，為未來的空間生命科學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供重要的理論基礎(chǔ)?！睋?jù)了解，科研人員可以通過在軌自動(dòng)顯微成像技術(shù)，獲取干細(xì)胞的3D生長(zhǎng)圖片，并對(duì)采樣返回地面后的干細(xì)胞基因表達(dá)和分化功能進(jìn)行檢測(cè)分析，同時(shí)對(duì)在軌凍存的3D生長(zhǎng)的干細(xì)胞進(jìn)行研究，以及對(duì)在太空生長(zhǎng)后的活細(xì)胞，在帶回地面復(fù)蘇后進(jìn)行生長(zhǎng)和分化研究。雷曉華（左二）帶領(lǐng)學(xué)生開展試驗(yàn)準(zhǔn)備為了此次發(fā)射任務(wù)，雷曉華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行了長(zhǎng)期的地面準(zhǔn)備工作，包括各層級(jí)的地基匹配實(shí)驗(yàn)。在發(fā)射場(chǎng)，團(tuán)隊(duì)成員歷經(jīng)多輪演練和發(fā)射準(zhǔn)備的工作。全流程過程演練要求包括樣品的現(xiàn)場(chǎng)制備、培養(yǎng)盒加載、管路連接、樣品單元集成及實(shí)驗(yàn)?zāi)K的安裝等。深圳先進(jìn)院博士研究生馬馳原和碩士研究生解婧彤分別作為操作成員，承擔(dān)了發(fā)射前各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作工作。博士研究生馬馳原表示“這是我第二次參與重大國(guó)家科研項(xiàng)目任務(wù)，我感到非常光榮和自豪。準(zhǔn)備過程中我們團(tuán)隊(duì)遇到了很多挑戰(zhàn)，但通過努力和協(xié)作，我們最終克服了這些困難，為實(shí)驗(yàn)的成功打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)”。碩士研究生解婧彤表示“這次任務(wù)不僅讓我深刻體會(huì)到了科研的艱辛和不易，更讓我感受到了作為科研工作者的責(zé)任和使命。我希望參與的研究能夠?yàn)槲磥淼目臻g生命科學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出一些貢獻(xiàn)?！睋?jù)了解，此次空間干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將為研究空間微重力環(huán)境對(duì)干細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的規(guī)律提供寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為地面上的干細(xì)胞研究和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供新的思路和啟示。深圳先進(jìn)院醫(yī)藥所對(duì)此次任務(wù)給予了很大的支持。目前，天舟八號(hào)貨運(yùn)飛船已成功完成對(duì)接，實(shí)驗(yàn)樣品也成功由航天員轉(zhuǎn)運(yùn)至空間站內(nèi)。雷曉華團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的干細(xì)胞3D生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已正式在中國(guó)空間站試驗(yàn)柜中展開。雷曉華表示，期待著在接下來的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)更多有趣的科學(xué)現(xiàn)象，能夠揭示更多關(guān)于空間微重力環(huán)境下干細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育的奧秘。該實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步激發(fā)太空3D生長(zhǎng)和類器官研究的興趣，預(yù)計(jì)可為再生醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化干細(xì)胞技術(shù)帶來新的突破。<!--!doctype-->
    2024-11-21
  • 深圳先進(jìn)院科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型超靈敏寬帶透明超聲換能器助力高質(zhì)量光聲及聲光多模態(tài)成像
    近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院鄭海榮院士、邱維寶研究員、劉成波研究員團(tuán)隊(duì)，與西安交通大學(xué)李飛教授團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一款新型超靈敏、寬帶透明超聲換能器，突破了透明超聲換能器性能瓶頸，實(shí)現(xiàn)了高分辨、大視場(chǎng)、快速光聲顯微成像，為基于透明換能器的光聲成像、聲光多模態(tài)成像的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用鋪平了道路。近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院鄭海榮院士、邱維寶研究員、劉成波研究員團(tuán)隊(duì)，與西安交通大學(xué)李飛教授團(tuán)隊(duì)合作，開發(fā)了一款新型超靈敏、寬帶透明超聲換能器，突破了透明超聲換能器性能瓶頸，實(shí)現(xiàn)了高分辨、大視場(chǎng)、快速光聲顯微成像，為基于透明換能器的光聲成像、聲光多模態(tài)成像的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用鋪平了道路。研究成果以“Transparent ultrasonic transducers based on relaxor ferroelectric crystals for advanced photoacoustic imaging”為題發(fā)表在Nature Communications期刊上。論文第一作者分別是西安交通大學(xué)和深圳先進(jìn)院聯(lián)培博士生邱超銳、深圳先進(jìn)院張志強(qiáng)副研究員和徐智強(qiáng)副研究員。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55032-0?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=oa_20241204&utm_content=10.1038/s41467-024-55032-0透明超聲換能器可以高密度集成聲學(xué)模塊和光學(xué)模塊，是光聲成像以及聲光多模態(tài)成像走向應(yīng)用的關(guān)鍵。傳統(tǒng)超聲換能器是非透明的，存在光路和聲路的空間耦合難題，導(dǎo)致成像系統(tǒng)復(fù)雜以及近場(chǎng)盲區(qū)等問題。已報(bào)道的透明超聲換能器性能難以跟傳統(tǒng)超聲換能器相媲美，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量，限制了透明超聲換能器的實(shí)際應(yīng)用。本工作基于新型透明壓電單晶，設(shè)計(jì)優(yōu)化了透明換能器新型結(jié)構(gòu)和制備工藝，突破了透明換能器性能瓶頸，性能可以與傳統(tǒng)非透明換能器相媲美，甚至超過了一般傳統(tǒng)非透明換能器性能；基于研制的高靈敏度寬帶透明換能器，實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)高分辨率的活體小鼠耳朵微血管光聲顯微成像和腦血流動(dòng)態(tài)成像。（a）PIN-PMN-PT透明壓電單晶實(shí)物照片及性能對(duì)比，（b）新型透明超聲換能器結(jié)構(gòu)示意圖、實(shí)物照片、及性能對(duì)比，（c）活體小鼠耳朵毛細(xì)血管高分辨率光聲成像，（d）癲癇模型小鼠腦血流動(dòng)態(tài)光聲成像。透明壓電超聲換能器簡(jiǎn)介壓電超聲換能器以其靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)中應(yīng)用廣泛。透明壓電超聲換能器是一種基于透明壓電材料研制的新型換能器，通過壓電層、匹配層、背襯層和電極的透明化設(shè)計(jì)，可以使換能器在滿足超聲波的接收和發(fā)射等基本功能的同時(shí)，還能夠允許光路的徑直通過，從而有利于各種光學(xué)系統(tǒng)的介入和光學(xué)操作的實(shí)施，是光聲成像、聲光多模態(tài)成像技術(shù)的理想選擇。新型透明壓電單晶傳統(tǒng)超聲換能器大都基于鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（PMN-PT）壓電單晶材料制備，是不透明的。當(dāng)前制備透明超聲換能器的常用透明壓電材料是鈮酸鋰（LiNbO3）單晶。但是鈮酸鋰單晶壓電性能不高，制備的透明換能器靈敏度和帶寬都不佳，限制了鈮酸鋰透明換能器的實(shí)際應(yīng)用。西交李飛教授團(tuán)隊(duì)通過新型的交流極化工藝開發(fā)了高透光率（~70%）的PIN-PMN-PT透明壓電單晶，且具有優(yōu)異的壓電性能和溫度穩(wěn)定性（相變溫度~120℃）。高性能透明超聲換能器基于開發(fā)的高性能PIN-PMN-PT透明壓電單晶，設(shè)計(jì)了石英玻璃和環(huán)氧樹脂雙層聲匹配層方案，通過優(yōu)化雙層聲匹配層制備工藝，大幅度提高了透明換能器聲波傳輸效率，同時(shí)設(shè)計(jì)優(yōu)化了新型電極引線結(jié)構(gòu)和ITO透明電極的性能，從而實(shí)現(xiàn)了透明超聲換能器超高靈敏度（雙路插入損壞-17.6dB）和帶寬（~80%），實(shí)現(xiàn)了透明換能器性能突破。研制的透明換能器靈敏度和帶寬分別是目前已報(bào)道的性能最佳透明換能器的3.5倍和1.3倍，可以與傳統(tǒng)非透明換能器性能相媲美，甚至超過了一般的傳統(tǒng)非透明換能器性能?；铙w小鼠高分辨率、大視場(chǎng)、快速光聲顯微成像基于研制的透明超聲換能器開發(fā)了光學(xué)分辨率光聲顯微成像系統(tǒng)（OR-PAM），首次實(shí)現(xiàn)了基于透明換能器的腦疾病模型連續(xù)動(dòng)態(tài)成像應(yīng)用。傳統(tǒng)的非透明換能器和已報(bào)到的部分透明換能器因?yàn)殪`敏度低，需要對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行多次平均，嚴(yán)重影響成像速度（單次成像時(shí)間幾分鐘或以上）；或者需要采用聲透鏡等聲場(chǎng)聚焦器件來提高探測(cè)靈敏度，導(dǎo)致成像系統(tǒng)的探測(cè)視場(chǎng)非常?。◣资⒚祝?。本工作研制的高性能透明換能器突破了上述限制，使得成像系統(tǒng)可以通過二維振鏡光學(xué)掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)活體組織大視場(chǎng)（毫米級(jí)別）、快速（幀率0.8Hz）高分辨（微米級(jí)別，可分辨單根毛細(xì)血管）成像。未來方向未來研究可以在透明換能器、成像技術(shù)和成像應(yīng)用三個(gè)層面繼續(xù)推進(jìn)。首先，在透明換能器方面，由于高的介電常數(shù)，PIN-PMN-PT透明壓電單晶在制備陣列超聲換能器上更有優(yōu)勢(shì)，研制透明陣列換能器一方面可以將成像視場(chǎng)擴(kuò)展到厘米級(jí)別，另一方面有利于實(shí)現(xiàn)超聲、光聲、光學(xué)等多模態(tài)融合成像。其次，在成像技術(shù)方面，可以采用高重頻激光器并結(jié)合高速掃描方案繼續(xù)提升基于透明換能器的OR-PAM的成像速度，實(shí)現(xiàn)視頻幀率成像。第三，在成像應(yīng)用方面，可以將透明換能器本身作為顱窗材料，從而消除常用的光聲腦成像顱窗材料（如PDMS或PVC薄膜）對(duì)信號(hào)的衰減，并且方便腦成像操作以及實(shí)現(xiàn)熒光等多模態(tài)腦成像；另外，可以充分利用透明換能器體積小、重量輕的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)頭戴、貼片等可穿戴成像應(yīng)用。<!--!doctype-->
    2024-12-06
  • 喀斯特山區(qū)道路邊坡表層巖溶帶水資源高效利用研究取得進(jìn)展
    喀斯特地貌區(qū)土壤淺薄、巖石滲漏性強(qiáng)，地表水體（如溪流水和塘庫(kù)）少。在表層巖溶泉水分布密度低、流量小的偏遠(yuǎn)村落，集蓄硬質(zhì)路面雨水成為居民解決生產(chǎn)生活用水的普遍做法。然而，由于對(duì)喀斯特山區(qū)道路及其路塹邊坡系統(tǒng)徑流路徑及產(chǎn)流機(jī)制認(rèn)識(shí)不清，該區(qū)針對(duì)道路的雨水集蓄工程的選址及設(shè)計(jì)缺乏理論依據(jù)，導(dǎo)致收水效率普遍偏低。為此，研究團(tuán)隊(duì)基于長(zhǎng)時(shí)序山坡淺表層多界面水文水化學(xué)監(jiān)測(cè)及同位素技術(shù)（2019年5月至2022年5月共計(jì)156次降雨事件），深入揭示了喀斯特山區(qū)道路邊坡系統(tǒng)的主要產(chǎn)流路徑和多界面徑流觸發(fā)機(jī)制，系統(tǒng)評(píng)估了利用喀斯特山區(qū)道路系統(tǒng)集蓄雨洪徑流的潛力，明確了影響道路邊坡系統(tǒng)地上-地下徑流分配比例的主控因素。喀斯特地貌區(qū)土壤淺薄、巖石滲漏性強(qiáng)，地表水體（如溪流水和塘庫(kù)）少。在表層巖溶泉水分布密度低、流量小的偏遠(yuǎn)村落，集蓄硬質(zhì)路面雨水成為居民解決生產(chǎn)生活用水的普遍做法。然而，由于對(duì)喀斯特山區(qū)道路及其路塹邊坡系統(tǒng)徑流路徑及產(chǎn)流機(jī)制認(rèn)識(shí)不清，該區(qū)針對(duì)道路的雨水集蓄工程的選址及設(shè)計(jì)缺乏理論依據(jù)，導(dǎo)致收水效率普遍偏低。為此，研究團(tuán)隊(duì)基于長(zhǎng)時(shí)序山坡淺表層多界面水文水化學(xué)監(jiān)測(cè)及同位素技術(shù)（2019年5月至2022年5月共計(jì)156次降雨事件），深入揭示了喀斯特山區(qū)道路邊坡系統(tǒng)的主要產(chǎn)流路徑和多界面徑流觸發(fā)機(jī)制，系統(tǒng)評(píng)估了利用喀斯特山區(qū)道路系統(tǒng)集蓄雨洪徑流的潛力，明確了影響道路邊坡系統(tǒng)地上-地下徑流分配比例的主控因素。研究發(fā)現(xiàn)：（1）喀斯特區(qū)土壤-表層巖溶帶剖面巖溶風(fēng)化程度隨深度增加逐漸降低，水分垂向入滲性能由表層巖溶帶頂部的40 mm/h逐漸降低到表層巖溶帶底部的8 mm/h，這為喀斯特山坡淺表層橫向徑流的發(fā)生提供了重要的物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?？λ固刈匀簧狡碌乇韽搅飨禂?shù)為2.2%，修建道路過程中形成的路塹邊坡，促使原本在淺表層運(yùn)移的表層巖溶帶橫向伏流從工程創(chuàng)面出露（占降雨量的16.0%），使得山坡整體雨水資源利用率提高至18.2%。（2）監(jiān)測(cè)期間年均降雨量為1468 mm，整個(gè)道路邊坡徑流集蓄系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)年雨洪徑流收集量達(dá)到34,287 L m–1 a–1，表現(xiàn)出可觀的雨洪徑流集蓄效率。其中，土壤-表層巖溶帶側(cè)向流為263 L m–2 a–1（按單位集水區(qū)投影面積計(jì)算）或25,808 L m–1 a–1（按單位道路長(zhǎng)度計(jì)算，即一米的道路邊坡系統(tǒng)可以收集的水量），該徑流量是道路上方截獲地表徑流及道路本身地表徑流兩者之和的3倍，使其成為喀斯特山區(qū)道路邊坡系統(tǒng)的主要徑流組分（占總徑流量的76%）。（3）道路邊坡系統(tǒng)98%的徑流量發(fā)生在雨季，土壤-表層巖溶帶側(cè)向流表現(xiàn)為蓄滿產(chǎn)流機(jī)制，降雨量和前期土壤含水量是影響道路邊坡系統(tǒng)產(chǎn)流過程的主要?dú)庀笠蜃?。本研究結(jié)果基于多界面水文長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)，明確了喀斯特山區(qū)修建道路所揭露的土壤-表層巖溶帶系統(tǒng)是整個(gè)道路系統(tǒng)中的重要產(chǎn)流路徑，為研發(fā)山區(qū)道路系統(tǒng)地表徑流-表層巖溶帶側(cè)向流聯(lián)合集蓄技術(shù)提供了重要理論支撐。目前，西南喀斯特區(qū)95%的居民點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了道路村村通，累計(jì)建成公路網(wǎng)總里程達(dá)43萬(wàn)公里。因此，有必要將道路系統(tǒng)中土壤-表層巖溶帶橫向徑流的發(fā)生潛力，作為喀斯特山區(qū)雨水集蓄系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化布局的重要依據(jù)。相關(guān)研究成果以Enhancing rainwater harvesting efficiency in karst terrains: The role of road intercepted soil-epikarst lateral flow為題發(fā)表在環(huán)境類Top期刊Journal of Environmental Management，陳洪松研究員為論文通訊作者，付智勇副研究員為第一作者。圖 1 地表徑流(SR)和土壤-表層巖溶帶側(cè)向流(SEF)對(duì)道路邊坡系統(tǒng)徑流(RCF)的貢獻(xiàn)圖2 喀斯特山區(qū)道路系統(tǒng)主要產(chǎn)流路徑及其降雨水量分配特征論文鏈接
    2024-12-17
  • 華南植物園發(fā)現(xiàn)草海桐主要害蟲的2種高效天敵寄生蜂
    草海桐（Scaevola?taccada）是一種多年生常綠灌木或小喬木，廣泛分布于太平洋和印度洋的熱帶和亞熱帶海岸線。草海桐因其對(duì)干旱、鹽堿、貧瘠等熱帶珊瑚島環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，在島嶼和海岸帶的防風(fēng)、固沙、植被恢復(fù)等方面發(fā)揮著重要作用，被廣泛用于防治海岸侵蝕、用于土壤改良和沿海景觀美化，是熱帶海島植物的優(yōu)勢(shì)樹種之一。近年來，我國(guó)南海熱帶珊瑚島上的草海桐遭受多種害蟲的侵?jǐn)_，一些害蟲發(fā)生量大，對(duì)草海桐自然群落造成了非常嚴(yán)重的損害，如不嚴(yán)格監(jiān)控，極易對(duì)熱帶珊瑚島的植被與環(huán)境造成威脅。鑒于草海桐在島嶼植被生態(tài)恢復(fù)中的重要性以及這些島嶼脆弱的環(huán)境，采用可持續(xù)的害蟲管理策略，例如利用天敵對(duì)害蟲進(jìn)行生物防治將是一個(gè)有利且具有成本效益的選擇。為了摸清我國(guó)南海熱帶珊瑚島草海桐的主要害蟲的天敵資源及其在害蟲的生物防治上的應(yīng)用潛力，中國(guó)科學(xué)院華南植物園植物分類與多樣性研究團(tuán)隊(duì)動(dòng)植物關(guān)系與生態(tài)適應(yīng)研究方向?qū)ξ覈?guó)西沙群島上的草海桐害蟲及天敵進(jìn)行了全面調(diào)查和評(píng)估。研究結(jié)果表明：（1）草海桐的主要害蟲有緣黑黃野螟（Herpetogramma submarginale）和草海桐蛇潛蠅（Ophiomyia scaevolana），大量發(fā)生時(shí)嚴(yán)重阻礙草海桐的生長(zhǎng)。（2）絹野螟長(zhǎng)頰繭蜂（Dolichogenidea stantoni）是緣黑黃野螟幼蟲的重要天敵，自然寄生率可達(dá)48.9%。（3）黃赤蠅繭蜂(Opius biroi)和白跗艾姬小蜂(Euderus albitarsis)草海桐蛇潛蠅幼蟲的重要天敵，自然寄生率分別為5.8% 和 64.4%。研究發(fā)現(xiàn)，絹野螟長(zhǎng)頰繭蜂和白跗艾姬小蜂在草海桐兩種害蟲的生物防治上有較高的運(yùn)用潛力。相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Insects（《昆蟲》）上。中國(guó)科學(xué)院華南植物園副研究員陳華燕為論文的第一作者，羅世孝研究員為論文的通訊作者。浙江大學(xué)的 van Achterberg 教授、成都師范學(xué)院李楊博士、湖南文理學(xué)院劉珍副教授和華南植物園王俊研究員等共同參與研究工作。該研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院華南植物園“十四五”項(xiàng)目等資助與支持。論文地址：http://doi.org/10.3390/insects15120926圖1. 草海桐兩種主要害蟲注：(A) 緣黑黃野螟幼蟲為害狀 （B）緣黑黃野螟成蟲 （C）草海桐蛇潛蠅幼蟲為害狀（D）草海桐蛇潛蠅成蟲圖2. 絹野螟長(zhǎng)頰繭蜂注：（A）絹野螟長(zhǎng)頰繭蜂在緣黑黃野螟幼蟲體外結(jié)繭（B）絹野螟長(zhǎng)頰繭蜂成蟲圖3. 白跗艾姬小蜂注：（A）白跗艾姬小蜂幼蟲（紅箭頭）在草海桐蛇潛蠅幼蟲（白箭頭）體外取食（B） 白跗艾姬小蜂取食完草海桐蛇潛蠅幼蟲后化蛹 （C）白跗艾姬小蜂在草海桐葉主脈上的羽化孔（D） 白跗艾姬小蜂雌成蟲
    2024-12-16
  • 華南植物園發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)和形態(tài)學(xué)證據(jù)支持亞洲產(chǎn)崖豆藤屬劃分為3個(gè)屬
    崖豆藤屬M(fèi)illettia隸屬于豆科蝶形花亞科核心崖豆藤族（core Millettieae）。該屬是一個(gè)分類復(fù)雜的大屬，全世界約有150種，分布于亞洲和非洲。以往的研究已經(jīng)表明崖豆藤屬在形態(tài)上高度多樣，分子證據(jù)也證明該屬是高度多系。2005年，英國(guó)邱園出版的《世界豆類》被譽(yù)為豆科植物的百科全書，該專著明確指出崖豆藤屬的分類迫切需要大修（major revision）。中國(guó)科學(xué)院華南植物園助理研究員宋柱秋與合作者，從2013年開始著手研究，基于大量的館藏標(biāo)本、野外調(diào)查和分子系統(tǒng)學(xué)研究，陸續(xù)獲得該屬在分類上的一些進(jìn)展，主要包括：（1）建立一個(gè)新屬——啟明豆屬Huchimingia（Song et al. 2022a. Phytotaxa 532: 37-56)，僅5種，包括此前描述的1個(gè)喬木新種韋直啟明豆（Song et al. 2019. Nordic Journal of Botany 35: 404-410），以及1個(gè)中國(guó)新記錄種柄果啟明豆；（2）將部分種轉(zhuǎn)移或歸并至至魚藤屬Derris，如厚果崖豆藤、榼藤子崖豆藤、Millettia boniana等?(Song & Pan 2022. Phytotaxa 531: 230-248)；（3）恢復(fù)白崖豆屬Imbraylx的屬級(jí)地位（Song 2021. Phytotaxa 525: 223-231），該屬隸屬于核心崖豆藤族的刀豆氨酸群(Canavanine group)，區(qū)別于崖豆藤屬所在的非刀豆氨酸群(Non-canavanine group)；（4）將無患子崖豆藤歸并至云南魚藤，并首次對(duì)此種的系統(tǒng)位置提出質(zhì)疑（Song et al. 2017a. Nordic Journal of Botany 35: 404-410），后來該種被其他研究者搶先發(fā)表為新屬——異齒豆屬Ohashia；（5）證明瀾滄崖豆藤是一個(gè)混雜的種，花標(biāo)本屬于草崖豆藤Cruddasia insignis，果標(biāo)本屬于球子雞血藤Callerya sphaerosperma，由于花標(biāo)本被指定為模式標(biāo)本，因此將該種歸并到草崖豆藤，由此報(bào)道草崖豆藤屬為中國(guó)新記錄屬(Song et al. 2021a. Phytotaxa 497: 29-38)；（6）綜述了越南和印度產(chǎn)崖豆藤屬的現(xiàn)狀（Song et al. 2022b. Phytotaxa,571,169-185;Song 2023a. Phytotaxa 591: 55-63），澄清了該屬其他一些種級(jí)水平的分類問題（Song et al. 2017b. Phytotaxa 32: 51-58;Song et al. 2021b. Phytotaxa 507: 183-190）；（7）也對(duì)崖豆藤屬的近緣屬——短翅魚藤屬進(jìn)行了分類學(xué)研究（Song 2023b. Phytotaxa 484: 251-263）。但是已有的這些研究依然未能解決亞洲產(chǎn)崖豆藤屬多數(shù)種的歸屬問題，該屬剩余的亞洲三個(gè)組也均不是單系類群，需要進(jìn)一步研究。近期，基于第二代測(cè)序數(shù)據(jù)提取了完整的葉綠體基因組和2000余個(gè)單拷貝核基因，在核心崖豆藤族完整屬級(jí)取樣的情況下，解決了亞洲產(chǎn)崖豆藤屬的分類。該研究主要結(jié)果包括：（1）重新界定了核心崖豆藤族的范圍，正式將菜豆族擬大豆亞族的3個(gè)屬（Cruddasia,?Ophrestia和Pseudoeriosema）納入核心崖豆藤族的范圍，將核心崖豆藤族分為2群（刀豆氨酸群和非刀豆氨酸群）5個(gè)分支及14個(gè)亞支，總共包含29個(gè)屬約1000種；（2）亞洲產(chǎn)崖豆藤屬種類聚成3個(gè)高支持率的亞支，并得到形態(tài)證據(jù)的支持，因此這三個(gè)亞支被處理為三個(gè)屬，即水黃皮屬Pongamia（56種）、耳旗豆屬Otosema（3種）和狹義崖豆藤屬M(fèi)illettia?s.str.（7種），并將干花豆屬Fordia和糠皮豆屬Ibatiria歸并到水黃皮屬，共建立了56個(gè)新組合和2個(gè)新名稱。（3）基于分化時(shí)間估計(jì)，推測(cè)核心崖豆藤族的一個(gè)主要分支（clade VII）經(jīng)歷了早期的快速分化，該分支涉及崖豆藤族的三個(gè)長(zhǎng)期有分類爭(zhēng)議的中心屬，即廣義崖豆藤屬、廣義魚藤屬Derris?s.lato和廣義醉魚豆屬Lonchocarpus?s.lato。因此推測(cè)這種基于形態(tài)上的有爭(zhēng)議的分類處理，可能與快速分化導(dǎo)致的復(fù)雜的形態(tài)性狀演化有關(guān)。相關(guān)研究成果已近期發(fā)表在國(guó)際知名期刊Molecular Phylogenies and Evolution（《分子系統(tǒng)發(fā)育與進(jìn)化》）上。華南植物園宋柱秋為第一作者，合作者包括華南植物園李世晉研究員，徐連升助理研究員，科研助理蔣凱文，復(fù)旦大學(xué)趙義勇博士，武漢植物園李湉博士，印度馬拉巴爾植物園和植物科學(xué)研究所A.P. Balan博士，以及法國(guó)國(guó)家自然歷史博物館M. Gaudeul博士。該研究得到了廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究旗艦項(xiàng)目的支持。論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S105579032400246X圖1. 基于完整葉綠體基因組的核心崖豆藤族的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系圖2. 基于2106個(gè)單拷貝核基因的核心崖豆藤族的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系圖3. 核心崖豆藤族的分化時(shí)間估計(jì)
    2024-12-16
  • 南海海洋所科研人員研究揭示孟加拉扇區(qū)沉積物運(yùn)輸與氣候變化的復(fù)雜關(guān)系
    中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所研究員劉建國(guó)研究團(tuán)隊(duì)在孟加拉扇區(qū)沉積物運(yùn)輸研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用在孟加拉扇區(qū)獲取的沉積巖芯，通過沉積物年代測(cè)試、粒度測(cè)試、粘土礦物組合測(cè)試、鍶釹同位素測(cè)試等多代理方法，重建了過去16000年以來的沉積物運(yùn)輸過程，并揭示了活躍通道在喜馬拉雅河流向深海沉積過程中的關(guān)鍵作用。該研究成果已發(fā)表在Quaternary Science Reviews期刊上，論文作者包括中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所博士生Md Hafijur Rahaman Khan（中文名蘇曼）、研究員劉建國(guó)、助理研究員黃云、研究員陳忠、博士生Ananna Rahman。孟加拉扇區(qū)作為全球最大的海底扇區(qū)之一，其沉積物運(yùn)輸過程對(duì)于理解區(qū)域氣候和構(gòu)造歷史具有重要意義。研究團(tuán)隊(duì)通過分析沉積巖芯，使用端元分析（EMA）方法估計(jì)不同粒度端元的變化，結(jié)合粘土礦物分析及Sr-Nd同位素分析，確認(rèn)了沉積物主要來源于恒河-布拉馬普特拉（G-B）系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，在距今約9100年前，活躍的河道系統(tǒng)在將沉積物從河流輸送到深海方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，顯著地塑造了孟加拉扇的結(jié)構(gòu)。然而，自9100年以來，活動(dòng)峽谷的影響開始減弱，海平面的迅速上升降低了其向深海輸送沉積物的能力。到距今7000年時(shí)，它們的作用完全消失，泥沙分散主要受季風(fēng)水流控制，季風(fēng)洋流成為孟加拉扇系統(tǒng)內(nèi)泥沙輸運(yùn)的主導(dǎo)力量。該研究還揭示了沉積物沉積模式如何隨著季風(fēng)變化和構(gòu)造活動(dòng)的變化而變化，展現(xiàn)了孟加拉地區(qū)氣候變化、沉積動(dòng)力學(xué)和地質(zhì)演化相互關(guān)聯(lián)的過程。了解恒河-雅魯藏布江水系的歷史演變，可以為未來氣候場(chǎng)景及其對(duì)沿海和海洋系統(tǒng)的潛在影響提供重要參考。隨著海平面繼續(xù)上升和季風(fēng)模式的轉(zhuǎn)變，孟加拉扇可能會(huì)經(jīng)歷重大變化，進(jìn)而影響該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)、漁業(yè)和人口。研究為我們提供了一個(gè)關(guān)于孟加拉扇區(qū)沉積物運(yùn)輸和沉積模式的全新視角。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所專項(xiàng)基金、以及國(guó)家自然科學(xué)基金委共享航次的支持。圖1孟加拉灣的地理環(huán)境和水文圖2 沉積物隨時(shí)間的擴(kuò)散模式相關(guān)論文信息：Khan,M.H.R.,Liu,J.*,Huang,Y.*,Chen,Z.,Rahman,A.,2024. The role of active channels in sediment transport to the Bengal Fan and their implications for climate and sediment source changes since 16 ka. Quaternary Science Reviews 345,109024.文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2024.109024
    2024-12-16
  • ?深圳先進(jìn)院?| 宿主跑得夠快就能“淘汰”病毒？定量合成生物學(xué)研究揭示生物“遷徙淘汰”病毒新機(jī)制（PNAS）
    自然界中遷徙行為到底是增強(qiáng)還是抑制病毒傳播，其背后的機(jī)制尚不清晰。在哪些條件下，宿主運(yùn)動(dòng)能夠抑制病毒的傳播？如果運(yùn)動(dòng)真能有效抑制病毒的傳播，是否宿主跑得夠快，就能淘汰、清除病毒呢？普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，宿主的運(yùn)動(dòng)會(huì)加速病毒的傳播。但也有生態(tài)學(xué)研究表明，宿主的運(yùn)動(dòng)對(duì)病毒傳播起到抑制作用，北美帝王蝶就是一個(gè)典型例證。觀察顯示，那些進(jìn)行長(zhǎng)距離遷徙的帝王蝶相較于不遷徙的同類，感染寄生蟲病的風(fēng)險(xiǎn)顯著降低?；谶@一現(xiàn)象，生態(tài)學(xué)家提出了“遷徙淘汰”假說，認(rèn)為遷徙行為有助于淘汰掉病毒感染者從而維持群體健康。自然界中遷徙行為到底是增強(qiáng)還是抑制病毒傳播，其背后的機(jī)制尚不清晰。在哪些條件下，宿主運(yùn)動(dòng)能夠抑制病毒的傳播？如果運(yùn)動(dòng)真能有效抑制病毒的傳播，是否宿主跑得夠快，就能淘汰、清除病毒呢？12月3日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所傅雄飛團(tuán)隊(duì)在PNAS上發(fā)表最新研究成果，通過定量合成生物學(xué)手段構(gòu)建了一個(gè)宿主-病毒共遷徙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了宿主在無方向型空間擴(kuò)張遷徙（unguided range expansion)條件下，宿主運(yùn)動(dòng)將促進(jìn)病毒傳播；然而，在有方向型空間擴(kuò)張遷徙運(yùn)動(dòng)中(navigated range expansion)，宿主運(yùn)動(dòng)可以抑制病毒傳播，從而解釋了以往人們對(duì)宿主運(yùn)動(dòng)對(duì)病毒傳播存在兩種截然相反觀點(diǎn)的原因，并且揭示了“遷徙淘汰”的機(jī)制：在有方向型的空間擴(kuò)張遷徙中，未被感染的宿主處于遷徙擴(kuò)張前沿（front）的前端，而病毒感染者處于后方位置，這種空間位置的有序分布（spatial sorting)導(dǎo)致了病毒感染者更容易被淘汰出去。文章上線截圖巧妙構(gòu)建可定量、調(diào)控的細(xì)菌-噬菌體共遷徙實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究人員巧妙利用實(shí)驗(yàn)室中常見的細(xì)菌——大腸桿菌，及其病毒——M13噬菌體，利用合成生物學(xué)手段構(gòu)建了細(xì)菌-噬菌體共遷徙的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了宿主運(yùn)動(dòng)性和病毒侵染能力等系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的定量調(diào)控，突破了傳統(tǒng)生態(tài)研究手段的局限。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)菌被敲除了趨化基因后，只能依靠自身生長(zhǎng)和無序隨機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行“無方向型空間擴(kuò)張”，其遷移速度越快，噬菌體傳播越廣；相反，野生型的細(xì)菌擁有趨化基因，能通過化學(xué)引導(dǎo)進(jìn)行“定向型空間擴(kuò)張”，隨著遷移速度的提高，噬菌體的傳播范圍反而越?。▓D1）。圖 1 （A）細(xì)菌-噬菌體空間上的共傳播形成一個(gè)扇形感染區(qū)。（B）無方向型空間擴(kuò)張和（C）定向型空間擴(kuò)張下細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)性和病毒傳播的關(guān)系結(jié)論顯示，細(xì)菌的趨化運(yùn)動(dòng)是抑制病毒傳播的關(guān)鍵。細(xì)菌的趨化運(yùn)動(dòng)速度越快，病毒傳播范圍越小，甚至感染病毒的個(gè)體能從整個(gè)遷徙群體中清除出去，即出現(xiàn)了生物遷徙與病毒傳播之間的“遷徙淘汰”現(xiàn)象。論文第一作者、深圳先進(jìn)院合成所助理研究員張易博士指出：過去針對(duì)病毒傳播時(shí)空動(dòng)力學(xué)的研究主要依賴流行病學(xué)調(diào)研等，大多數(shù)基于經(jīng)驗(yàn)性理論，缺乏實(shí)驗(yàn)體系的驗(yàn)證。該研究借助合成生物學(xué)手段構(gòu)建了宿主-病毒互相作用的微生態(tài)系統(tǒng)，利用數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)及指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，深入理解了病毒隨宿主空間傳播的特征，為其他病毒傳播問題提供了新思路和新實(shí)驗(yàn)手段。借助定量合成生物學(xué)手段驗(yàn)證：基于構(gòu)建的細(xì)菌-噬菌體空間互相作用的數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)結(jié)果，作者借助合成生物學(xué)手段，對(duì)宿主細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)行為以及噬菌體的侵染繁殖行為進(jìn)行調(diào)控（圖2A），從而證實(shí)了細(xì)菌的趨化運(yùn)動(dòng)速度抑制病毒傳播，并在運(yùn)動(dòng)速度比較高的情況下發(fā)生病毒從共傳播狀態(tài)到“遷徙淘汰”狀態(tài)的相變現(xiàn)象（圖2B）。圖2 （A）細(xì)菌運(yùn)動(dòng)行為和噬菌體繁殖能力可定量調(diào)控的菌株設(shè)計(jì)原理圖。（B）不同遷移速度和噬菌體繁殖能力下的菌株“遷徙淘汰”相變圖。（C）“遷徙淘汰”的空間分選機(jī)制及（D）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)菌群體在趨化作用下向外擴(kuò)張時(shí)，會(huì)形成一個(gè)細(xì)菌數(shù)量恒定的前鋒營(yíng)，其通過細(xì)菌自我繁殖時(shí)同步淘汰掉位于后方的個(gè)體來實(shí)現(xiàn)。模型預(yù)測(cè)顯示，由于病毒無法自主移動(dòng)，不可運(yùn)動(dòng)的噬菌體總是落后于可運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌，因此，前鋒營(yíng)中健康細(xì)菌位于前端，而感染者則位于后端并被淘汰。隨著前鋒營(yíng)運(yùn)動(dòng)速度的加快，淘汰速度也相應(yīng)加快，導(dǎo)致感染者從群體中被清除（圖2C），并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該機(jī)制假說（圖2D）。這也意味著，細(xì)菌毫無方向地“亂跑”對(duì)淘汰病毒是沒有意義的，只有在有方向性的空間擴(kuò)張下、宿主跑得夠快才能實(shí)現(xiàn)“淘汰病毒”。該研究通過闡明宿主運(yùn)動(dòng)與病毒傳播之間的復(fù)雜聯(lián)系，為探討自然界更廣泛的病毒傳播問題提供了新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚摶A(chǔ)，將有助于在流行病學(xué)背景下更好地理解傳染病的防控。通訊作者傅雄飛研究員指出：研究通過在分子層面定量調(diào)控了細(xì)菌遷移速度和噬菌體侵染能力，結(jié)合數(shù)理模型，揭示了在定向空間擴(kuò)張宿主與病毒共遷移系統(tǒng)的時(shí)空有序結(jié)構(gòu)，從而解釋了群體層面生物的“遷徙淘汰”機(jī)制，實(shí)踐了定量合成生物學(xué)“造物致知”的理念。同時(shí)，研究也為物理學(xué)、定量生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和傳染病學(xué)等多學(xué)科的交叉融合提供了示范。<!--!doctype-->
    2024-12-06
  • ?深圳先進(jìn)院?|?準(zhǔn)平坦帶隙窄禁帶CIGS底電池在鈣鈦礦/CIGS疊層電池中的應(yīng)用（Energy Material Advances）
    近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李偉民副研究員、楊春雷研究員與北京理工大學(xué)姜巖教授團(tuán)隊(duì)，通過調(diào)整Ga梯度，使CIGS形成準(zhǔn)平坦帶隙。這種帶隙有利于更長(zhǎng)的波長(zhǎng)吸收，使其更適合用作串聯(lián)太陽(yáng)能電池的底部電池。Cu(In1-xGax)Se2?(CIGS)是一種有前途且理想的疊層太陽(yáng)能電池底部電池材料，可以將雙結(jié)太陽(yáng)能電池的Shockley-Queisser理論效率突破到40%以上。然而，通過三步法工藝沉積的高效CIGS太陽(yáng)能電池通常是雙分級(jí)的，導(dǎo)致底部電池的吸收不完全。為此，我們提出并制備了單帶隙分級(jí)和準(zhǔn)平帶隙CIGS太陽(yáng)能電池用于鈣鈦礦/CIGS四端子串聯(lián)太陽(yáng)能電池，這更有利于長(zhǎng)波長(zhǎng)吸收和更高的短路電流密度；并且應(yīng)用在18.9%半透明無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池上，制備了4-T的25.6% 鈣鈦礦/CIGS 串聯(lián)器件。圖 1：（a）GGI=0.40的三步共蒸發(fā)工藝圖；（b）GGI=0.27 的三步共蒸發(fā)工藝圖，（c）CIGS雙分級(jí)設(shè)計(jì)，（d）CIGS平帶設(shè)計(jì)。近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李偉民副研究員、楊春雷研究員與北京理工大學(xué)姜巖教授團(tuán)隊(duì)，通過調(diào)整Ga梯度，使CIGS形成準(zhǔn)平坦帶隙。這種帶隙有利于更長(zhǎng)的波長(zhǎng)吸收，使其更適合用作串聯(lián)太陽(yáng)能電池的底部電池。GGI達(dá)到最佳值0.27時(shí)，CIGS太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出高達(dá)17.3%的高效率。其與18.9%近紅外透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相結(jié)合，展示了4-T結(jié)構(gòu)的25.6%鈣鈦礦/CIGS疊層電池。該論文以“Quasi-flat narrow bandgap CIGS bottom cell application in perovskite/CIGS tandem solar cells”為題發(fā)表在Science合作期刊Energy Material Advances上。論文第一作者為碩士生梁博文、史勝、紹興超和陳璐璐，通訊作者為北京理工大學(xué)姜巖教授，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院楊春雷研究員和李偉民副研究員。該系列研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市等科技項(xiàng)目資助。圖 2：CIGS橫截面 SEM-EBIC圖像(a)Ga/（In+Ga）=0.40，(b)Ga/（In+Ga）=0.36，(c)Ga/（In+Ga）=0.34，(d)Ga/（In+Ga）=0.32和 (e)Ga/（In+Ga）=0.27。圖3：(a)不同GGI含量的XRD，(b)GGI=0.27時(shí)CIGS吸收層的XRD，(c)不同GGI含量CIGS的拉曼圖。圖4：不同鎵含量的CIGS太陽(yáng)能電池的SIMS圖(a)GGI =0.40，(b) GGI =0.34，(c)GGI= 0.27，(d)SIMS計(jì)算出的GGI隨深度的變化。圖5：4-T串聯(lián)太陽(yáng)能電池的性能。(a)J-V曲線和(b)EQE曲線的J-V曲線和EQE曲線。<!--!doctype-->
    2024-11-19