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  • 经典论文解读：利用鸟枪法破译马尾藻海环境基因组
    向经典看齐”是生态环境研究中心主任朱永官院士发起，由生态环境研究中心青年学术委员会委员解读经典论文的系列活动。本活动旨在鼓励青年科研人员勇于挑战高难度的科学问题，抢占科技制高点，向本领域顶尖的科学家看齐，力争取得原创性、颠覆性成果，传承经典、砥砺前行。解读人：肖可青 林嘉铭作者：J. Craig Venter, Karin Remington, John F. Heidelberg, Aaron L. Halpern, Doug Rusch, Jonathan A. Eisen, Dongying Wu, Ian Paulsen, Karen E. Nelson, William Nelson, Derrick E. Fouts, Samuel Levy, Anthony H. Knap, Michael W. Lomas, Ken Nealson, Owen White, Jeremy Peterson, Jeff Hoffman, Rachel Parsons, Holly Baden-Tillson, Cynthia Pfannkoch, Yu-Hui Rogers, Hamilton O. Smith文章标题：Environmental Genome Shotgun Sequencing of the Sargasso Sea文献来源：Science被引次数：3,083次（Web of Science）；5,653次（Google Scholar）1.研究内容微生物是驱动生物地球化学循环的核心，但绝大多数微生物“不可培养”的特性严重制约我们解析其生态功能。传统非培养研究依赖基于rRNA基因的PCR扩增技术探究微生物组成。然而，该技术对保守区通用引物的依赖性及引物偏好性，无法真实反映复杂环境样本中微生物群落结构与物种多样性。为突破这一技术局限，本研究通过使用全基因组鸟枪法（WGS）测序技术，揭示海水中微生物群落组成，深度挖掘未知物种与功能基因分布。2.研究思路及核心发现研究思路本研究以百慕大海岸附近马尾藻海为研究区域，使用孔径为0.1–3.0 µm的过滤器富集环境微生物。通过全基因组技术，构建插入片段长度为2–6 kb的质粒基因组文库。在序列组装过程中，为避免组装器（Celera Assembler）将覆盖深度远高于平均水平的序列误判为重复序列并予以屏蔽，识别深度覆盖非冗余重叠群（contigs）。对低丰度序列，完整保留未组装的配对末端读段及单片段（singletons），以确保稀有物种信息不丢失。为应对样品复杂度高难题，研究团队将序列与非冗余氨基酸（nraa）数据库中的细菌蛋白进行比对，反向确定编码框。通过分析边界密码子，确定开放阅读框范围，进而精确识别起始与终止密码子。该方法在超过700 MB的数据集中成功鉴定出1,214,207个基因，其数量级远超当时所有已知蛋白质数据库。图1 2003年2月22日马尾藻海BATS站点附近海域表层叶绿素分布及采样点位。绿色色阶指示叶绿素浓度较高的区域，即高马尾藻细胞密度站位。核心发现：1.测序结果揭示了藻类种群变异连续性与未知性图2将环境微生物基因组与标准原绿球藻MED4基因组进行比对，结果表明超过85%的MED4基因组可与环境基因组序列匹配。内圈异色区域揭示大规模基因组重排事件；黑色区域标注表示环境样本中特有外源病毒基因簇插入。MED4发生高度功能分化，编码表面多糖合成的基因簇在环境样本中完全缺失，表明原绿球藻并非离散的单一菌株，而是高度多样化的种群连续体。图3系统发育树展示马尾藻海样品中视紫红质（rhodopsin）类基因进化关系。蓝色为已知培养物种，黄色为其他环境来源的未培养微生物，红色为本研究在马尾藻海中新发现的未培养序列。结果表明，未培养序列在进化上远离已知培养物种，大量密集的红色分支显著扩展了现有的系统发育树。该结果证明，基于视紫红质的非叶绿素光能利用系统在海洋浮游细菌群落中广泛存在，并呈现丰富的遗传多样性。2.比对证实了鸟枪法能够深度还原表层海水古菌谱系图4马尾藻海环境基因组与已知深海古菌克隆组4B7全序列比对结果。对角线轨迹表明，环境基因组与参考克隆组在基因序列上具有高度一致性。表明深海古菌谱系与海洋表层微生物共享，全基因组鸟枪法能有效解析表层海水古菌谱系组成。3.鸟枪法较传统PCR扩增法更能准确还原微生物种群丰度图5利用16S rRNA、RecA、EF-Tu等6种系统发育标记方法比较马尾藻海微生物群落结构。各标记物均显示变形菌门为优势类群，基于16S rRNA测序结果与单拷贝蛋白质编码基因估算生物量相对丰度偏差较大。鸟枪法避免了PCR引物偏好性导致的系统误差，能够准确反映群落中各谱系相对丰度，显著优于传统rRNA基因扩增方法。创新突破点：1.首次将高通量全基因组鸟枪法 (WGS) 成功应用于复杂环境样本本研究直接对马尾藻海混合环境DNA样品进行全基因组鸟枪法测序，突破传统方法依赖PCR扩增16SrRNA基因导致的偏差，摆脱对微生物纯培养的依赖，规避PCR引物扩增盲区。2.解决了对环境样本中高丰度物种序列的组装误判问题单一基因组分析中，独特区域的组装覆盖深度应近似服从泊松分布。传统组装算法在处理丰度差异巨大的混合环境样本时，易将相对丰度最高的基因序列误判为重复序列并予以屏蔽。为此，研究团队将预期覆盖深度调整为23×，识别出一组大型、深度覆盖且非冗余的重叠群（contigs）。3.引入蛋白质组学标记物定量化群落结构传统生态学研究常以rRNA基因估算物种丰富度，但不同原核生物间rRNA基因拷贝数差异显著，易导致群落比例估算出现偏差。相比之下，全基因组测序可同步获取大量rRNA序列及单拷贝蛋白编码基因，后者可作为系统发育标记物，从而准确评估群落多样性。4.奠定了现代基因组学与新一代高通量测序的发展基石本研究确立了“环境DNA提取—高通量测序—序列组装—分箱挖掘”研究范式，奠定现代微生物生态学中全基因组等核心生物信息学分析体系基础，预测了参与氮磷循环等元素循环新的微生物类群，其中氨氧化古菌隔年便被分离证实，开创了氮循环研究的新领域。基因组测序策略发展概述：1971年：引物延伸测序法由杰出华人科学家吴瑞提出使用，通过人工合成引物杂交DNA模板，引导DNA聚合酶定向合成新链，使用同位素标记法测量新链碱基种类与数量 (Wu and Taylor 1971)，该方法重塑了现代生物科学发展进程。1977年：Sanger双脱氧链终止法与引物步移法（primer walking）由F. Sanger提出使用，该时期测序采用逐段测序法，其成本高、通量低，仅覆盖病毒、质粒或单基因片段(Sanger et al. 1977)，但为宏基因组技术出现奠定基础。1995年：克隆法与鸟枪法由Venter团队提出使用。克隆法通过构建物理图谱辅助拼接，鸟枪法则直接随机打断后计算组装, 实现全基因组序列随机测序-计算组装，首次获得了较完整测序结果 (Fleischmann et al. 1995)。2005年：二代测序法（NGS）由M. Margulies提出使用。该方法引入边合成边测序与微阵列并行技术，具有高通量测序特点 (Margulies et al. 2005)。全基因组测序成本大幅下降，推动宏基因组学、群体遗传学及临床检测的广泛应用。但短读长固有局限导致复杂重复区域存在组装缺陷。2009年：三代测序，包括由J. Eid提出使用PacBio单分子实时测序 (Eid et al. 2009)，由J. Clarke提出使用Oxford Nanopore纳米孔测序法 (Clarke et al. 2009)，能够实现长读长测序目标，可直接跨越重复区与结构变异区域，充分填补着丝粒、端粒等测序盲区。主要作者信息：J. 克雷格·文特尔（1946-2026），鸟枪法之父，宏基因组测序技术奠基人，J. 克雷格·文特尔研究所（JCVI）创始人、董事会主席兼首席执行官。他是基因组学和合成生物学领域的先驱，其职业生涯充满了颠覆性与争议性，因此也被称为“科学狂人”。曾力排众议采用全基因组鸟枪法（WGS）与计算机算法，加速国际人类基因组计划完成，为现代医学奠定基础。同时开展全球海洋考察，利用测序技术建立全球海洋微生物基因组数据库，极大的推动了海洋微生物生态学发展。带领团队创造了全球首个由全人工合成DNA驱动的人造生命（JCVI-syn1.0），培育出仅含473个基因的最小合成细胞，带领人类实现了从读取到编写生命的历史性跨越。参考文献：Clarke, J., H.-C. Wu, L. Jayasinghe, A. Patel, S. Reid, and H. Bayley. 2009. Continuous base identification for single-molecule nanopore DNA sequencing. Nature Nanotechnology 4:265-270.Eid, J., A. Fehr, J. Gray, K. Luong, J. Lyle, G. Otto, P. Peluso, D. Rank, P. Baybayan, B. Bettman, A. Bibillo, K. Bjornson, B. Chaudhuri, F. Christians, R. Cicero, S. Clark, R. Dalal, A. deWinter, J. Dixon, M. Foquet, A. Gaertner, P. Hardenbol, C. Heiner, K. Hester, D. Holden, G. Kearns, X. Kong, R. Kuse, Y. Lacroix, S. Lin, P. Lundquist, C. Ma, P. Marks, M. Maxham, D. Murphy, I. Park, T. Pham, M. Phillips, J. Roy, R. Sebra, G. Shen, J. Sorenson, A. Tomaney, K. Travers, M. Trulson, J. Vieceli, J. Wegener, D. Wu, A. Yang, D. Zaccarin, P. Zhao, F. Zhong, J. Korlach, and S. Turner. 2009. Real-Time DNA Sequencing from Single Polymerase Molecules. Science 323:133-138.Fleischmann, R. D., M. D. Adams, O. White, R. A. Clayton, E. F. Kirkness, A. R. Kerlavage, C. J. Bult, J.-F. Tomb, B. A. Dougherty, J. M. Merrick, K. McKenney, G. Sutton, W. FitzHugh, C. Fields, J. D. Gocayne, J. Scott, R. Shirley, L.-l. Liu, A. Glodek, J. M. Kelley, J. F. Weidman, C. A. Phillips, T. Spriggs, E. Hedblom, M. D. Cotton, T. R. Utterback, M. C. Hanna, D. T. Nguyen, D. M. Saudek, R. C. Brandon, L. D. Fine, J. L. Fritchman, J. L. Fuhrmann, N. S. M. Geoghagen, C. L. Gnehm, L. A. McDonald, K. V. Small, C. M. Fraser, H. O. Smith, and J. C. Venter. 1995. Whole-Genome Random Sequencing and Assembly of Haemophilus influenzae Rd. Science 269:496-512.Margulies, M., M. Egholm, W. E. Altman, S. Attiya, J. S. Bader, L. A. Bemben, J. Berka, M. S. Braverman, Y.-J. Chen, Z. Chen, S. B. Dewell, L. Du, J. M. Fierro, X. V. Gomes, B. C. Godwin, W. He, S. Helgesen, C. H. Ho, G. P. Irzyk, S. C. Jando, M. L. I. Alenquer, T. P. Jarvie, K. B. Jirage, J.-B. Kim, J. R. Knight, J. R. Lanza, J. H. Leamon, S. M. Lefkowitz, M. Lei, J. Li, K. L. Lohman, H. Lu, V. B. Makhijani, K. E. McDade, M. P. McKenna, E. W. Myers, E. Nickerson, J. R. Nobile, R. Plant, B. P. Puc, M. T. Ronan, G. T. Roth, G. J. Sarkis, J. F. Simons, J. W. Simpson, M. Srinivasan, K. R. Tartaro, A. Tomasz, K. A. Vogt, G. A. Volkmer, S. H. Wang, Y. Wang, M. P. Weiner, P. Yu, R. F. Begley, and J. M. Rothberg. 2005. Genome sequencing in microfabricated high-density picolitre reactors. Nature 437:376-380.Sanger, F., S. Nicklen, and A. R. Coulson. 1977. DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proceedings of the National Academy of Sciences 74:5463-5467.Wu, R., and E. Taylor. 1971. Nucleotide sequence analysis of DNA: II. Complete nucleotide sequence of the cohesive ends of bacteriophage λ DNA. Journal of Molecular Biology 57:491-511.原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.1093857<!--!doctype-->
    2026-05-22
  • 邓晔团队在厌氧微生物代谢机制和功能系统发育组装方面取得系列进展
    邓晔研究员团队联合来自中国、美国、荷兰、加拿大等国的研究团队，针对我国7座城市的厌氧消化设施开展了长期连续采样，围绕微生物代谢机制及产甲烷功能的系统发育组装取得系列进展。成果分别以“Microbial synthesis structures organic compound composition in anaerobic digestion”(DOI:10.1093/ismejo/wrag036）和“Phylogenetic assembly of methanogenesis regulates methane yield in food-waste anaerobic digestion”(DOI: 10.1093/ismejo/wrag083)为题发表于国际微生物生态协会会刊The ISME Journal。在使用FT-ICR MS高分辨质谱检测的有机质分子多样性的研究中，基于团队前期开发的分子转化识别框架TOMENA（Yang et al., 2025, Water Research），研究团队识别了厌氧消化器中的潜在分子转化形式，并分别评估了分子合成与分解过程同系统操作条件、甲烷产率及物料化学特征之间的关联。研究将分子量区间184-391 Da确定为核心代谢物分布区间，该区间内的分子在长时间和大空间范围均持续被检出，且与微生物物种的丰度强关联。此外，全国的厌氧消化系统中，由小分子合成较大分子的过程是微生物进一步塑造代谢物组成的驱动力之一，并最终关系到甲烷的总产量（DOI: 10.1093/ismejo/wrag036）。图1 厌氧消化系统分子转化的识别以及对分解和合成过程的解耦在针对宏基因组测序分析的研究中，基于团队前期开发的REMIRGE算法（Wang et al., 2023, Microbiome），聚焦了产甲烷相关功能基因的地理学分布特征。研究发现，与气候和进料相关的环境和物质条件会持续影响厌氧消化系统中的产甲烷功能分布。相较于物种水平的系统发育，产甲烷相关功能基因的序列变体（gene sequence clusters）在系统发育结构与甲烷产量的变化关联更为紧密。在高效产甲烷系统中，生态过滤更倾向于保留一组高效的功能谱系，尽管这可能以降低功能冗余为代价。功能性状的基因水平系统发育特征有望成为衡量工程微生物组功能效率与潜在稳健性的关键指标（DOI: 10.1093/ismejo/wrag083）。图2 厌氧消化系统功能基因的系统发育特征同产甲烷效率的关联中心博士生杨兴盛、赵博分别是两篇论文的第一作者，邓晔研究员是两篇论文的通讯作者。该系列工作得到了国家重点研发和自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag036https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag083环境生物技术实验室2026年4月21日
    2026-04-21
  • 王亚韡课题组在PFAS膳食暴露风险研究方面取得新进展
    环境化学与生态毒理学国家重点实验室王亚韡课题组在全氟和多氟烷基化合物（Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS）的膳食暴露风险研究中取得新进展。该研究首次系统阐明了传统发酵过程对鱼类产品中PFAS生物可给性的放大效应及其微观机制。相关研究成果以“Traditional Fermentation Amplifies PFAS Bioaccessibility: Defining Fermented Fish Products as an Unrecognized Source of Dietary Exposure”为题，发表于Environmental Science & Technology。PFAS广泛应用于工业和消费品，因其极强的持久性、生物累积性及对人体健康的潜在威胁而备受全球关注。膳食摄入是普通人群暴露于PFAS的主要途径，其中鱼类等水产品的贡献率在部分地区可超过50%。在全球许多地区，尤其是亚洲、欧洲和非洲，发酵是水产品保存和风味开发的重要传统方法。然而，既往研究主要聚焦于环境条件下的PFAS行为，但PFAS在复杂的食品发酵过程中的行为特征和最终的暴露风险，此前仍知之甚少。针对这一科学问题，研究团队构建了一个为期300天还原真实工艺的鱼肉发酵模型系统。此前学界普遍假设发酵食品中的益生菌等微生物可能有助于降低污染物的摄入风险，但该研究发现，传统发酵不仅未能降低PFAS污染风险，反而显著提升了其生物可给性，使其吸收潜力最高提升近100%，多种PFAS同系物在发酵后近乎完全从基质中释放。同时在发酵引发的微生物群落动态演替过程中，研究人员观察到了全氟前体物N-乙基全氟辛基磺酰胺（N-EtFOSA）的微生物转化现象；持久性同系物全氟辛基磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）则表现出极强的稳定性。研究团队进一步结合高通量测序、分子对接和计算机模拟等技术，揭示了发酵放大PFAS生物可给性的双重核心机制：一方面，微生物逐步降解鱼肉基质结构，破坏了PFAS与生物大分子的结合位点，释放出原本被“禁锢”在基质中的结合态PFAS；另一方面，消化过程中，发酵样品的消化液胶束稳定性显著增强，提升了疏水性PFAS的溶解与跨膜转运潜力。在此过程中，PFAS生物可给性的决定因素从发酵前的特异性结合，转变为发酵后的分配行为。该研究首次揭示了发酵过程对于食品中PFAS生物有效性的影响，对于进一步开展真实场景中PFAS的化学品安全评估具有重要的科学意义。论文第一作者为博士生王闻，通讯作者为黎娟副研究员和王亚韡研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项的支持。论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c15723环境化学与环境毒理全国重点实验室2026年4月20日<!--!doctype-->
    2026-04-20
  • 宋茂勇团队在甲烷高效转化活性位点的精准识别与构建方面取得重要进展
    宋茂勇研究团队基于甲烷分子中C–H键键能高、难以活化的特性，明确指出分子筛催化剂中Brønsted酸位点在甲烷活化过程中具有不可或缺的作用。通过与原子级分散的铜、锌金属位点协同作用，团队构建了催化双功能位点协同的微环境，在温和条件下实现了甲烷向高附加值C1含氧化合物的高效、高选择性转化。相关研究成果以“Synergy between Brønsted Acid Sites and Cu/Zn Single-Atom Sites in Zeolite for the Direct Oxidation of Methane”为题，发表于《Journal of the American Chemical Society》（DOI: 10.1021/jacs.5c23094）。甲烷是天然气、页岩气与可燃冰的主要成分，资源储量丰富。若能将其直接转化为易于储存与运输的液体燃料或化学品（如甲醇、甲酸等C1含氧化合物），将对能源结构调整与碳资源利用具有重大战略意义。然而，由于甲烷分子结构高度对称，C–H键能极高，在温和条件下实现其选择性活化并转化为C1含氧化合物，一直是催化化学领域最具挑战性的课题之一。长期以来，金属-分子筛催化剂中的金属位点被视为甲烷活化的催化活性中心，而分子筛骨架中固有的Brønsted酸位点所起的作用则常被忽视。本研究通过对比富含Brønsted酸位点的ZSM-5与无Brønsted酸位点的Silicalite-1载体及其负载的铜催化剂，揭示了Brønsted酸位点能够吸附甲烷分子并诱导其C–H键极化，显著降低后续断键的能垒。研究团队成功将铜和锌以单原子形式精准锚定在ZSM-5分子筛骨架上，制备出Zn1-Cu1/ZSM-5双金属单原子催化剂。原子级分散的铜、锌位点负责高效活化H2O2，生成高活性的·OH和·OOH自由基；·OH与极化的甲烷C–H键相互作用，促进C–H键活化并转化为·CH3自由基，·CH3进一步与·OH和·OOH自由基碰撞生成CH3OH（甲醇）和HCOOH（甲酸），从而显著提升C1含氧化合物的总产率。在50°C、0.4 MPa的温和反应条件下，Zn1-Cu1/ZSM-5催化剂展现出卓越的催化性能，C1含氧化合物的产率显著优于物理混合的Cu/ZSM-5和Zn/ZSM-5催化剂，凸显出双金属单原子与酸位点之间的协同效应。同时，催化剂在循环测试中表现出良好的稳定性。该研究阐明了Brønsted酸位点极化甲烷分子与金属位点促进活性氧物种生成的协同反应机制。图1 Brønsted酸位极化甲烷分子与金属位点促活性氧物种生成的反应机理图中国科学院生态环境研究中心颜子林博士为论文第一作者，中国科学院生态环境研究中心麻春艳研究员和宋茂勇研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c23094环境纳米技术与健康效应重点实验室2026年4月3日<!--!doctype-->
    2026-04-03
  • 刘刚研究组揭示消防栓超长停滞水质演变特征及其生物-化学共变机制
    刘刚研究组联合国内外合作者，基于实际供水系统采样与综合分析，系统揭示了消防栓支管停滞水中的化学—微生物学耦合水质恶化，指出消防栓等饮用水输配系统的非用户终端，可能普遍存在具有代表性的水质演变特征及其生物–化学共变机制。相关研究成果近期以 “Coupled chemical–microbial deterioration in stagnant fire hydrant branches threatens drinking water quality” 为题，发表于《自然·水》（Nature Water）。在饮用水输配系统中，消防栓作为消防应急取水的重要设施，广泛分布于城市管网中。然而，现有关于“停滞水”的研究多集中于用户末端或储水设施，而消防栓在输配系统中形成的非用户末端停滞区却鲜有关注。与用户端停滞水相比，消防栓支管内水体在停滞时间、空间位置及潜在暴露途径等方面均存在显著差异，其水质演变特征及相关过程特性亟需深入研究。图1.停滞水与流动水在微生物、有机质和金属指标上的显著差异研究团队在城市供水系统中，对多处地下消防栓同时采集停滞水与对应流动水样品，综合分析了微生物群落结构、溶解性有机质组成、金属元素变化特征等关键指标。研究发现，与新鲜流动水相比，消防栓停滞水中锰浓度平均升高18倍，总细胞数和微生物活性（ATP 含量）平均升高约40 倍 和 13 倍。尤其值得关注的是，消防栓停滞水中微生物群落结构和溶解性有机质组成均发生了系统性变化，优势细菌类群显著转变；有机质分子层面分析表明，消防栓停滞水中有机质结构由相对氧化向更还原状态转变，反映出明显的生物转化特征。图2.微生物与 DOM 多样性特征、群落组装机制及共现网络分析机制分析表明，水体长期停滞显著增强了微生物过程与有机质转化之间的耦合关系，二者协同驱动了停滞水中化学环境和微生态结构的共变过程。这意味着，消防栓停滞水并非简单的水质变差，而是一个在长期停滞条件下逐步演化的特殊微生态系统。研究从系统层面拓展了对饮用水输配系统水质恶化机制的认识，强调了非用户终端（消防栓）中停滞水对供水安全保障的重要性，为理解饮用水输配系统中的水质恶化提供了新的视角。本研究得到了国家自然科学基金等项目资助。论文第一作者为中心博士生樊梦青和徐强副研究员，通讯作者为刘刚研究员。论文链接：https://doi.org/10.1038/s44221-025-00542-4环境水质学重点实验室2026年3月27日<!--!doctype-->
    2026-03-27
  • 郭雪等在Nature Climate Change发文揭示微生物响应气候变化调控土壤碳库的机制
    在全球气候变化背景下，土壤碳库如何响应气候变暖？传统模型预测气候变暖会加速土壤碳损失，但许多野外实验却得出矛盾的结果。这背后的不确定性主要源于气候变暖与其他环境因子（如降水变化）的交互作用，以及微生物机制的缺失。近日，中国科学院生态环境研究中心郭雪研究员与美国科学院院士周集中教授团队联合在国际顶级科学期刊《自然-气候变化》（Nature Climate Change）上发表了一项最新成果。该成果通过一项长期多因子气候变化控制实验，首次揭示了干旱显著放大变暖引起的土壤碳损失，而湿润条件则抑制这种损失。这一发现挑战了矿物结合态有机碳（MAOC）相对稳定的传统认知，并强调了微生物过程在碳-气候反馈中的核心作用。该研究团队通过连续12年（2009-2020年）的系统监测，发现变暖对土壤碳的影响强烈依赖于降水条件：在干旱条件下，变暖使表层土壤碳减少12.2%，主要归因于矿物结合态有机碳的下降（降幅达25.5%）；而在湿润条件下，变暖反而使土壤碳增加6.7%。这种反差与微生物活动密切相关，变暖在干旱条件下显著提高了微生物代谢熵，而在湿润条件下则抑制代谢熵。同时，微生物群落结构和碳降解基因发生显著变化，这表明变暖与降水的交互作用通过改变微生物群落功能间接调控土壤碳损失。研究团队还将这些微生物机制纳入碳库模型，大幅提升了土壤碳动态的预测精度，并大幅降低了参数的不确定性。模型预测表明，在未来升温情景下（如+1.5 oC至+3.5 oC），干旱将持续放大土壤碳损失，而湿润条件下土壤碳变化较小。这警示，随着干旱事件频发，全球变暖可能通过微生物反馈加速土壤碳释放，进而加剧气候变化。综合解析气候变化对土壤碳库影响的方法示意图中国科学院生态环境研究中心欧阳志云研究组郭雪研究员、美国俄克拉荷马大学杨植峰博士和简思扬博士为论文共同第一作者，通讯作者为美国俄克拉荷马大学周集中教授。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41558-026-02584-2区域与城市生态安全全国重点实验室2026年3月17日
    2026-03-17
  • 环境化学与环境毒理全国重点实验室郑明辉团队在Science发表Letter文章
    在国家基金委“大气细颗粒物的毒理与健康效应”重大研究计划支持下，郑明辉团队自2021年持续开展了沙尘颗粒中关键毒性组分甄别和健康效应的研究，甄别鉴定了沙尘颗粒中的持久性自由基，发现沙尘中含有的持久性自由基和氧化潜势会引发机体氧化应激，显著增加循环、呼吸系统疾病的住院风险，相关健康效应研究也为沙尘危害防控提供了关键科学依据。基于对沙尘暴的长期观测研究，团队聚焦全球极端沙尘暴频发的严峻现状，系统剖析其成因与危害并提出针对性应对策略，明确了开展沙尘暴长期研究的重要价值与必要性，为全球沙尘防控和生态可持续发展提供关键参考。团队指出极端沙尘暴是自然因素与人类活动共同作用的结果，全球气候变暖为其形成创造了有利气象条件，植被退化、土壤干旱提供了物质基础，过度放牧、不合理农业生产等人类活动则进一步扩大沙尘来源，气候、土地、水资源问题的叠加让沙尘防控成为全球性难题。而开展沙尘暴的长期系统研究，能深化人类对全球生态系统相互作用的认知，为制定科学防控策略、完善预警体系、推进区域协同治理奠定核心基础，对生态保护、公众健康保障和全球可持续发展具有重要意义。上述观点以Letter形式发表于Science（2026, 391, 6787），题为“Prepare for extreme dust storms”，链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef0754。环境化学与环境毒理全国重点实验室为论文第一单位，覃琳钧博士为第一作者，杨莉莉副研究员为唯一通讯作者。环境化学与环境毒理全国重点实验室2026年3月16日
    2026-03-16
  • 陈博磊团队揭示叶片凝露过程诱导十字花科植物开花的分子机理
    近日，环境化学与环境毒理全国重点实验室陈博磊等与江汉大学、美国斯坦福大学、法国国家科学研究中心等机构的研究人员合作，在凝露过程对植物生长发育的影响研究方面取得进展，研究成果以“Foliar Dewdroplet-induced Redox Cascades Promote Early Flowering in Brassicaceae Plants”为题，在线发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。全球范围内，植物开花时间正呈现逐年提前的趋势，这一现象通常被归因于气候变暖。然而，单纯气温升高难以完全解释花期变化的普遍规律，提示可能存在与气候变化相关但尚未被识别的环境信号。图. 叶表露珠诱导的级联反应促进十字花科植物开花本研究发现，当露水在拟南芥叶片表面凝结时，微米级露滴界面会自发产生羟基自由基等活性氧物种，并进一步与叶片表面氨基酸残基发生反应生成一氧化氮。进入细胞的一氧化氮通过亚硝基化修饰激活组蛋白去乙酰化酶HDA19，导致组蛋白H3K14乙酰化水平降低，从而抑制脱落酸合成通路关键基因的表达。代谢物测定表明，经露水处理的拟南芥叶片中脱落酸含量持续下降，植株表现出提前抽薹和开花的表型。为验证该机制的普适性，研究团队分析了全球生物多样性信息设施数据库中1990至2023年间478种十字花科植物的超过1200万条开花记录，并结合同期670个气象站的日尺度气象参数进行分析。结果显示，在控制地理位置和观测日期后，露点温度是预测开花频率的最显著正相关因子，其效应强度超过其他气象变量。这一宏观证据表明，露水对开花时间的影响具有普遍意义，而非局限于单一物种或地区。上述成果发表后得到Science新闻栏目评述，认为该研究首次揭示了大气非降水性水分输入如何通过微滴界面化学反应调控植物发育时点，为理解植物如何整合光周期、温度与湿度信号提供了全新框架。在气候变化背景下，大气持水能力随温度升高而增加，可能改变露水的形成时间与分布格局。这一发现不仅解释了气候变暖影响植物物候的间接路径，也为农业上通过人工喷雾调控花期提供了潜在应用方向，凸显了微观界面化学研究在宏观环境生态问题中的重要意义。江汉大学郑瑜教授、中国科学院生态环境研究中心陈博磊研究员为该论文的共同第一作者。中国科学院生态环境研究中心陈博磊研究员、江汉大学梁勇教授、法国国家科学研究中心周道绣教授与斯坦福大学Richard N. Zare教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重大基金等项目的支持。原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2527021123Science新闻链接：https://www.science.org/content/article/could-dewdrops-explain-why-plants-are-flowering-earlier环境化学与环境毒理全国重点实验室2026年3月4日
    2026-03-04
  • 贺泓院士团队在O2介导碳酸盐表面NO与SO2协同氧化方面取得重要进展
    在国家重点研发计划（2024YFC3711902）和国家自然科学基金（22188102、22327806和22476201）等项目资助下，中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队与宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco教授团队合作，在O2介导碳酸盐表面NO与SO2协同氧化方面取得重要进展。研究成果以“O2‑Mediated Synergistic Oxidation of NO and SO2 on Carbonate Surfaces”为题于近日发表于Journal of the American Chemical Society (DOI:10.1021/jacs.5c20427)。作为地质碳循环的主要储库，碳酸盐矿尘通过风化与沉积作用长期参与调节大气CO2浓度。传统观点认为碳酸盐缺乏固有氧化能力，仅依赖酸中和作用影响二次气溶胶生成，工业脱硫脱硝亦需借助高级氧化剂。然而，碳酸盐在真实大气条件下的反应行为及氧化机制研究十分有限。尽管已有研究证实SO2与NO2在碳酸盐表面存在协同吸收，但其化学本质尚不明确；对于直接排放量大、反应活性低的NO，其转化动力学与反应机理更是研究空白。为揭示碳酸盐在大气环境中与气态污染物的反应机制，本研究结合精密实验设计与密度泛函理论（DFT）计算，证实了SO2与NO在Na2CO3表面的协同氧化作用。研究发现该协同氧化过程高度依赖O2浓度：适量O2促使NO与SO2生成[SO5-NO]中间体，进而通过O-O键断裂转化为硫酸盐与NO2；NO2则通过进一步协同氧化路径生成硝酸盐。这一发现为复合污染条件下大气氧化性的持续强化提供了机理解释，也为实现在大气环境条件下协同去除NOx和SO2提供了新思路。论文的第一作者为中国科学院生态环境研究中心博士研究生曹青，通讯作者为中国科学院生态环境研究中心楚碧武研究员、李浩副研究员和宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco教授。研究得到了中国科学院生态环境研究中心贺泓院士的悉心指导。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c20427图. Na2CO3表面NO和SO2协同氧化示意图大气环境与污染控制实验室2026年2月24日
    2026-02-24
  • 贺泓院士团队在可再生能源制氢方面取得重要研究进展
    中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在绿色低碳能源制氢方面取得重要研究进展，成果以“Electronic Metal–Support Interaction at ZnOx/Cu Interface Enhances H2 Production in Methanol Steam Reforming”为题发表于Journal of the American Chemical Society期刊上。在全球能源结构转型和“双碳”目标加速推进的背景下，氢能作为清洁高效的二次能源，被认为是构建未来低碳能源体系的关键支撑。甲醇水蒸气重整制氢（Methanol Steam Reforming, MSR）因可与可再生甲醇及二氧化碳资源循环利用相结合，被视为实现低碳、可持续制氢的重要技术路径。然而，如何精准调控催化剂活性位点以提升反应效率和稳定性，始终是该领域面临的核心挑战。图. ZnOx/Cu界面电子金属-载体相互作用增强甲醇蒸气重整制氢针对这一问题，研究团队以工业上长期广泛应用、但其作用机理长期存在争议的Cu/ZnO/Al2O3催化体系为研究对象，通过精细的结构设计，成功构建了界面结构清晰、可控的ZnOx/Cu模型体系，并在此基础上发现并证实了电子金属–载体相互作用（Electronic Metal–Support Interaction, EMSI）的关键作用。研究表明，ZnOx/Cu界面是反应过程中能够持续调控电子分布和催化行为的核心活性中心。ZnOx物种包覆于Cu纳米颗粒周围，促使电子在界面间实现高效、可逆的双向动态转移，从而显著影响Cu活性位点的氧化还原循环。一方面，ZnOx向Cu的电子供给有效抑制了Cu在反应过程中的过度氧化，增强了水分子的活化能力；另一方面，Cu向ZnOx的电子转移则促进了关键中间体甲酸盐物种的脱氢转化。上述由界面EMSI协同诱导的双重促进效应，使甲醇水蒸气重整反应的产氢效率和稳定性均得到显著提升。该研究工作系统阐明了界面EMSI在Cu/ZnO基催化体系中的本质作用机制，为通过界面工程精准调控催化活性位点提供了清晰范式，不仅加深了对经典工业催化体系的基础认知，也为绿色制氢等低碳能源转化技术的设计与发展提供了重要的科学支撑。中国科学院生态环境研究中心博士研究生刘帝儒为论文第一作者，徐光艳研究员和贺泓院士为论文通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（22422609和22276203）的支持。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c20603大气环境与污染控制实验室2026年2月9日
    2026-02-09
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