为解析电子在材料-微生物界面传递机制提供基础。 光能易获取、能量充足，是公认的未来人类最安全、最绿色、和最理想的替代能源之一。天然光合作用可以直接利用光能固定空气中的CO2合成有机物，但光合作用的效率较低（通常低于1%）。近年来发展的半导体材料-微生物人工杂合体系，同时结合了高效捕获光能的半导体材料和高特异性催化的微生物细胞，已经成功实现：（1）使不能利用光能的微生物能利用光能（从不能到能）；（2）提高天然光合作用效率（从低效到高效）。但目前，材料吸收光能产生的电子，仅有小部分被微生物细胞利用，因此杂合体系光能到化学能的转化，还远未发挥其潜在优势，其根本原因是材料-微生物界面能量和物质传递和转化机制不清、效率低。 北京时间12月23日，南方科技大学机械与能源工程系陈熹翰课题组与金沙威尼斯欢乐娱人城深圳先进技术研究院合成所材料合成生物学研究中心高翔课题组在ACS Energy Letters合作发表题为 “Ultrafast electron transfer in Au–Cyanobacteria Hybrid for Solar to Chemical Production” 的文章。该工作构建了金纳米颗粒-蓝细菌杂合体，将光能驱动CO2合成化学品的效率提高14%。通过瞬态吸收光谱直接观察到金纳米颗粒（Au）吸收光能产生的电子，可以直接被蓝细菌细胞快速吸收。为解析电子在材料-微生物界面传递机制提供基础。南方科技大学博士生胡秋实、深圳先进技术研究院研究助理胡海涛、博士后崔蕾为文章的共同第一作者。南方科技大学陈熹翰副教授和深圳先进技术研究院高翔副研究员为文章共同通讯作者。
深海约占地球表面积的65%，然而由于深海环境的探索难度极大，使其成为地球上最后被人类认知且探索最少的区域。深海环境具有高静水压力、低温、食物匮乏、终年无光、缺氧等极端特征，是地球上最恶劣最极端的生存环境之一，是常规生命形式的禁区。其中，高静水压力被认为是对生物体最严苛的环境特征。肌动蛋白的组织和微管组装对于细胞内运输和细胞运动至关重要，可被高静水压力破坏。 深海约占地球表面积的65%，然而由于深海环境的探索难度极大，使其成为地球上最后被人类认知且探索最少的区域。深海环境具有高静水压力、低温、食物匮乏、终年无光、缺氧等极端特征，是地球上最恶劣最极端的生存环境之一，是常规生命形式的禁区。其中，高静水压力被认为是对生物体最严苛的环境特征。肌动蛋白的组织和微管组装对于细胞内运输和细胞运动至关重要，可被高静水压力破坏。此外，高静水压力还会影响细胞调节系统、导致DNA链的损伤和断裂、影响细胞膜的流动性。深海的温度低，变化范围小，温度随着水深的增加而下降，1000米以下的深海温度通常为-1.8°C——5℃。暴露于低温的核酸可以形成二级结构，从而阻碍了遗传信息的处理。此外，深度有效光的缺乏会阻碍光合作用，因此深海生物的食物供应要比浅海匮乏的多。虽然深海环境十分恶劣，但生命体却遍布深海的各个深度和生境，而生命体适应这种极端环境的生理机制在很大程度上仍然是未知的。 2022年12月14日，金沙威尼斯欢乐娱人城深海科学与工程研究所何舜平研究员团队在SCIENCE CHINA Life Sciences杂志上发表论文"Pseudo-chromosome–length genome assembly for a deep-sea eel Ilyophis brunneus sheds light on the deep-sea adaptation"，公布了首个高质量的深海鳗鲡基因组，解析了其适应深海的分子机制。 本研究涉及的深海鳗鲡样本由我国的深海载人潜水器“深海勇士”号，在马里亚纳海沟3500米的深海中获得。深海鳗鲡的身体细长，皮肤为深黑色。研究人员通过形态学观察及线粒体条形码分析鉴定为褐泥蛇鳗（Ilyophis brunneus ，英文名：Muddy arrowtooth eel，简称MAE）。
近日，广州能源研究所生物质催化转化研究室在国际顶级学术期刊《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed.)上发表题为Rational Positioning of Metal Ions to Stabilize Open Tin Sites in Beta Zeolite for Catalytic Conversion of Sugars的研究成果。 近日，广州能源研究所生物质催化转化研究室在国际顶级学术期刊《德国应用化学》 (Angew. Chem. Int. Ed.)上发表题为Rational Positioning of Metal Ions to Stabilize Open Tin Sites in Beta Zeolite for Catalytic Conversion of Sugars的研究成果。 含有孤立金属锡位点的纯硅Beta沸石，即Sn-Beta，已被证明是应用于生物质精炼尤其是催化糖类转化的最优固体路易斯酸催化剂。该催化剂可以将糖类转化为燃料和高价值化学品。Sn-Beta中的开放Sn位点被认为是最具催化活性的路易斯中心，然而在Sn-beta中构建大量稳定的开放Sn位点仍是一个亟待解决的问题。 该研究在Sn-Beta中引入了除Sn以外的其他金属。通过特殊的合成方法，将金属Ni、Co和Mn等通过离子交换掺入与Sn相邻的硅羟基的巢穴中。通过实验和DFT计算证明，这种临近结构较大程度上稳定了开放状态下的Sn位点。含有该结构的Sn-Beta在催化葡萄糖异构化为果糖和转化为α-羟基酯方面表现出优异的催化能力：以廉价的葡萄糖为底物，乳酸甲酯产率高达71.2%，2-羟基-3-丁烯酸甲酯产率10.3%；以其他单糖或寡糖为底物，也表现出优异的乳酸甲酯产率。 该论文中提出的“对特殊位置硅羟基巢穴构建及金属离子交换”的方法具有通用性，为今后合成具有强路易斯酸性的临近双金属分子筛催化剂提供了指导思路，有望进一步推动生物质精炼及生物能源利用。 论文第一作者为广州能源研究所2019级博士生孙朋垚，共同第一作者为金沙威尼斯欢乐娱人城福建物质结构研究所刘冲副研究员，通讯作者为广州能源研究所王晨光研究员；广州能源研究所为第一作者单位。该研究工作获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目和广东省重点领域研发计划项目的资助。 原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215737
金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站王克林研究员团队在我国西南喀斯特地区近20年植被恢复固碳潜力评估方面取得重要进展，相关研究成果近期以The Carbon Sink Potential of Southern China After Two Decades of Afforestation为题发表在国际地学领域知名期刊Earth’s Future上。 生态系统碳汇是实现碳中和最绿色、最经济的途径，其中森林贡献最大。近20年来，大规模人工造林与自然恢复下中国西南地区成为全球植被覆盖“变绿”的热点区。然而，森林生长饱和以及可造林土地有限限制了森林碳汇的长期性，喀斯特脆弱地质背景也制约大规模集中造林的可持续性，导致我国西南喀斯特地区生态碳汇效应量化评估存在更大的不确定性。 在金沙威尼斯欢乐娱人城亚热带农业生态研究所王克林研究员、岳跃民研究员的指导下，博士生张雪梅与丹麦哥本哈根大学Martin Brandt副教授团队合作，考虑中国西南地区植被景观的高度异质性，利用团队前期生产的2002-2017年地上生物量碳密度遥感数据，通过分级界定区域植被达到成熟林的最大地上生物量碳承载力，构建了考虑中国西南地区异质性景观特征的多因子随机森林模型，预测了2002-2017年该地区的最大地上生物量碳承载能力，量化了中国西南地区近20年大规模造林下的地上生物量碳储量及其未来固碳潜力。结果发现，当前生态修复条件下，中国西南八省区森林最大地上生物量碳承载力为20.54PgC，大规模造林下2002-2017年森林地上生物量碳增加了2.34PgC，未来仍有5.32PgC的固碳潜力。同时，利用2002-2017年林地概率数据，识别了尚未充分达到固碳潜力的老林、新林及潜在造林区，发现西南八省区未来潜在造林区域仍能固碳2.39PgC，而老林和新林区未来分别有0.86PgC和0.99PgC的固碳潜力，特别是老林当前已达到其最大承载力的88.8%，是稳定的碳库。全局森林地上生物量固碳潜力的非线性和线性拟合结果显示，西南地区达到当前植被最大地上生物量碳承载力大概在2030-2060年左右，西南八省区造林及林地可持续管理为实现碳中和目标提供了重要窗口期，是我国重要的生态碳汇潜力区。 研究进一步发现，西南八省区森林恢复固碳主要受人类活动强度和地形特征的影响，植被地上生物量固碳潜力存在显著的区域分异特征，进而明确了老林固碳潜力区（主要分布在海拔高、起伏大、坡度陡的区域）、新林固碳潜力区（主要分布在人类活动强度较大的山坡、坡麓地带）及未来造林固碳潜力区（主要分布在当前植被退化依然严重的区域），为未来西南喀斯特地区生态建设空间优化布局提供重要参考。本研究没有考虑具体森林类型、林龄以及森林管理措施等因素对林地固碳能力的影响，同时对老林、新林、未来潜在造林地区的界定也存在一定的不确定性，未来亟需开展基于高分辨率卫星遥感与深度学习的生态恢复碳汇功能精准定量研究。 该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点基金、中科院青年交叉团队等项目的资助。 论文链接
表层土壤氮是植物养分吸收的主要来源，其动态变化与森林生产力、生态系统碳氮循环等密切相关。作为珠江最大的支流，西江流域占珠江总水网面积的78%，西江流域的生态系统的稳定对珠江三角洲的发展至关重要。 中科院华南植物园生态与环境科学研究中心博士研究生康剑在导师黄建国研究员、丁晓纲教授的指导下，通过与广东省林业科学院合作，对西江流域中下游森林土壤样品全氮含量的采集和测定，采用线性混合效应和广义可加性模型，研究了森林土壤表层氮素（SN）的空间格局及其影响因素。结果表明，阔叶林土壤全氮含量显著高于针叶林土壤。森林SN受土壤性质和多样性指标的影响，根据影响因素构建的完整模型更适用于阔叶林。土壤性质是SN的主要解释因子(全模型为53.53%，阔叶林为61.02%)，次表层土壤氮(sub SN)是最大的解释量因子(全模型为48.52%，阔叶林为58.04%)。因此，研究者认为西江流域森林管理应避免破坏地下土壤，防止氮素流失。 相关研究结果以“Relative importance of soil properties and functional diversity to the spatial pattern of the forest soil nitrogen”为题发表在国际环境科学期刊Ecological Indicators（《生态指标》）（IF=6.263）上。该研究得到国家自然科学基金，广东省林业局林业科技计划的资助。文章链接： https://authors.elsevier.com/sd/article/S1470-160X(22)01279-1
物质元素的输入和输出不仅是维持生态系统自身运转和发展的需要，也是实现生态系统功能的具体体现。因此，物质元素留存时间是评估生态系统结构和功能稳定性的重要依据，受生态系统内部自组织和外部环境因素双重调控。目前，有关计算森林生态系统物质元素的留存时间报道较少。 中科院华南植物园鼎湖山站陈洋博士在闫俊华研究员、王应平研究员的指导下，基于中国碳专项127个典型森林样地调查数据，结合GOLUM-CNP循环模型，估算了生态系统碳氮磷留存时间，分析了生态系统碳氮磷留存时间与环境因子的关系。发现调控森林生态系统碳氮磷留存时间的外部环境要素主要是气温（图1），总体表现出随最冷月平均最低温（Tmin）升高而留存时间呈现减少的规律。温带森林和亚热带常绿森林碳磷留存时间随Tmin变化的规律不同（图2），这与两个气候带森林生长的季相变化有关。该研究首次利用创新方法计算了我国典型森林生态系统碳氮磷留存时间，有助于理解森林生态系统碳氮磷周转对环境因子的响应，可为碳氮磷循环模型改进等研究工作提供依据。 相关研究结果已近期以“Temperature dependence of ecosystem carbon, nitrogen and phosphorus residence times differs between subtropical and temperate forests in China ”为题发表在国际林学top期刊Agricultural and Forest Meteorology（《农业与森林气象学》）（IF = 6.42）上。中科院华南植物园陈洋博士为论文的第一作者，闫俊华研究员为通讯作者。该研究得到国家杰出青年基金项目、中科院战略性先导科技专项等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109165 图1. 气候、植被、土壤、地形因子对森林生态系统碳氮磷留存时间的影响 图2. 森林生态系统碳氮磷留存时间与最冷月平均最低温的关系
