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彭汉勇课题组||Angew ||工程化引导RNA实现CRISPR单碱基精准识别
2026年8月，中国科学院生态环境研究中心环境化学与环境毒理全国重点实验室江桂斌院士、彭汉勇研究员等系统总结了引导RNA（crRNA）工程化改造提升CRISPR核酸检测特异性的研究进展，重点阐述人工智能与CRISPR技术的深度融合及其在单碱基特异性识别系统理性设计中的应用前景。相关成果以“CRISPR RNA Engineering Enables Single Nucleotide Polymorphism Discrimination in Nucleic Acid Detection”为题，发表于《Angewandte Chemie International Edition》。图1. CRISPR系统中工程化crRNA的设计策略CRISPR/Cas系统依托引导RNA（crRNA）的精准识别和反式切割活性，已成为分子诊断的重要技术平台。然而，其一定程度的错配耐受性限制了单核苷酸多态性（SNP）及低频突变的精准识别。作为决定靶向识别与Cas蛋白构象激活的关键元件，crRNA的序列、结构和化学组成是提升检测特异性的核心。团队从分子识别机制与热力学调控出发，系统总结了crRNA高保真设计策略：通过序列长度、种子区及错配位点优化调控杂交热力学；利用分裂、发卡、环状等结构设计建立多级构象门控，提高非特异性激活的能垒；结合2′-O-甲基化、硫代磷酸酯等化学修饰，进一步提升复杂生物基质中的选择性与稳定性。在此基础上，计算建模、高通量筛选及混合架构等新兴策略进一步突出理论计算与人工智能驱动的理性设计，利用分子动力学、热力学建模和机器学习等手段预测crRNA–靶标相互作用及错配容忍度，并结合高通量实验筛选实现序列的快速迭代优化，从“经验试错”迈向“计算预测—智能设计—实验验证”的闭环研发模式。建立了人工智能赋能的CRISPR高保真设计新范式，为精准SNP分型、低频突变检测及多重POCT诊断提供了新的理论基础和技术路径。论文第一作者为中国科学院大学中丹学院2024届硕士生孙湉锐，通讯作者为中国科学院生态环境研究中心彭汉勇研究员。该工作得到了国家自然科学基金委面上项目、国家重点研发计划、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（B类）、青年基金等项目的支持。CRISPR RNA Engineering Enables Single Nucleotide Polymorphism Discrimination in Nucleic Acid Detection. Tianrui Sun, Aijiao Yuan, Wenjing Xie, Guibin Jiang, Hanyong Peng*, Angewandte Chemie International Edition (2026): e00004. 论文链接：http://doi.org/10.1002/anie.202600004环境化学与环境毒理全国重点实验室2026年9月5日<!--!doctype-->
2026-09-05
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贺泓院士团队在大气活性氯来源方面取得新进展
近日，中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在大气活性氯生成机制方面取得重要研究进展，成果以“Spontaneous Chlorine Generation via Interfacial Oxidation of Chloride by O2 on Acidic Microdroplets” 为题，发表于Journal of the American Chemical Society。大气氯化学对空气质量与全球气候具有重要影响。活性氯物种既可以在平流层与极地边界层内通过催化循环消耗臭氧（O3），也能够促进对流层近地面O3以及二次有机气溶胶的生成；同时还会调控甲烷（CH4）等温室气体的大气寿命。但现有已知的生成途径仍难以完全解释外场观测到的Cl2浓度，预示大气中仍存在未被认知的Cl2生成路径。针对这一问题，贺泓院士团队联合北京理工大学、北京化工大学和美国宾夕法尼亚大学等多个国内外研究团队，结合实验室研究、分子动力学模拟与外场观测研究，揭示了酸性液滴气-液界面上O2直接氧化氯离子（Cl⁻）自发生成Cl2的全新机制。研究表明，在酸性溶液的气液界面上，H+一方面使Cl-向气液界面富集，提升Cl-与O2的碰撞反应概率；另一方面可降低Cl-与O2之间电子转移的反应能垒，进而推动大气环境条件下气液界面上Cl-的氧化过程。太阳光照作用可将Cl2生成速率进一步提升1-2个数量级。该机制区别于传统认知中O3、OH等气态强氧化剂氧化Cl-产生Cl2的反应路径，证实了在H+的促进作用下，气-液界面的Cl-可直接活化O2，同步生成气态Cl2与体相OH自由基。研究结果表明，现有大气模式显著低估了活性氯化学对大气氧化性的贡献，凸显了气溶胶气-液界面化学在增强大气氧化能力方面的关键作用。图 大气Cl2自发生成机制及其环境影响中国科学院生态环境研究中心博士研究生李舒颖为论文第一作者，马庆鑫研究员、Joseph Francisco教授和贺泓院士为论文通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金（22188102和22225607）和国家重点研发计划（2022YFC3701004）的资助。论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c10175大气环境与污染控制实验室2026年8月28日<!--!doctype-->
2026-08-28
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中国-东盟国家可持续发展联合研究中心正式启动
8月16日，由中国科学院生态环境研究中心牵头发起的中国-东盟国家可持续发展联合研究中心（Joint Research Center for Sustainable Development of China - ASEAN Countries，CARS）在浙江省湖州市正式启动。作为2026绿色低碳创新大会的平行论坛之一，启动仪式由中国科学院生态环境研究中心党委书记、副主任许航主持。中国科学院生态环境研究中心主任朱永官院士在致辞中指出，深化科技合作是推动区域生态环境治理与绿色低碳转型的关键支撑。中国-东盟国家可持续发展联合研究中心（以下简称“CARS”）不仅是多边联合研究平台，更是面向区域的公共科技产品，应聚焦“同一健康”等共同关切，打通联合研究、技术攻关、成果转化与人才培养的创新链条，让科技创新真正转化为改善区域生态环境、服务民生福祉的实际成效。他同时表示，CARS将坚持开放共享理念，欢迎东盟各国高校、研究机构和产业伙伴加入。浙江省科协党组成员、副主席郭寄良在致辞中表示，浙江作为“绿水青山就是金山银山”理念的发源地，20年来坚持把绿色发展融入经济社会发展全过程，为区域可持续发展提供了浙江经验。浙江省科协将全力支持CARS建设，助力各方整合优质科技资源，开展绿色技术攻关、创新成果转化与高端人才培养等务实合作，让科技创新成为区域可持续发展的强劲引擎，为构建更为紧密的中国-东盟命运共同体贡献科技力量。仪式上，中国科学院生态环境研究中心副主任胡承志研究员、亚洲理工学院（AIT）校长Pai-Chi Li教授、拉曼大学（UTAR）副校长Goi Bok Min教授代表三方机构签署《关于建立中国-东盟国家可持续发展联合研究中心的谅解备忘录》，宣告CARS正式成立。随后发布的《中国-东盟国家可持续发展联合研究中心发展路线图》明确了未来五年行动方案。理事会同期组建，由中国科学院生态环境研究中心主任朱永官院士任主席，亚洲理工学院校长Pai-Chi Li教授、拉曼大学校长Ewe Hong Tat教授任副主席。在学术研讨环节，生态环境研究中心区域与城市生态安全全国重点实验室副主任肖可青研究员、亚洲理工学院土木与环境工程学院院长Ekbordin Winijkul教授和拉曼大学工程与绿色技术学院院长Ng Choon Aun教授，作为三方共建机构科学家代表应邀作专题报告。报告以“同一健康”为共同主线，分别聚焦环境生物污染的发生与风险防控、数字创新与区域合作、绿色水处理技术等前沿议题，系统回应了区域生态环境安全的关键科学挑战，为CARS首批联合研究锚定了优先方向与实施路径。CARS的成立，标志着中国与东盟国家在生态环境与可持续发展领域的科技合作迈入机制化、建制化新阶段。作为深化中国-东盟全面战略伙伴关系的重要科技载体，CARS将以“同一健康”为引领，汇聚跨学科、跨领域的协同创新合力，为区域绿色可持续发展持续注入科技动能。MoU签署仪式中心主任朱永官院士致辞浙江省科协党组成员、副主席郭寄良致辞研讨现场环境科技海外合作中心国际合作处2026年8月20日<!--!doctype-->
2026-08-20
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2026年可持续发展国际会议成功召开
8月14至17日，“2026年可持续发展国际会议：数字赋能同一健康与可持续发展”在浙江省湖州市成功召开。来自美国、英国、澳大利亚、新加坡、马来西亚、泰国、伊朗、埃及、智利、斯里兰卡等12个国家的多名科学家、教育家、管理者以及青年学者，与中国专家学者齐聚湖州，共同探讨数智时代背景下,科学支撑可持续发展路径创新方案。国际科学理事会副主席、中国科学院院士、中国科学院生态环境研究中心主任朱永官担任会议主席。中心党委书记、副主任许航，中心副主任胡承志出席会议。朱永官在致辞中强调，“同一健康”涉及环境、动物、人类等多系统交织互动，对地观测、人工智能、大数据等数字科技突飞猛进，为深刻理解人与自然、环境与健康的复杂关系提供了前所未有的技术支撑。面对全球可持续发展面临的共同挑战，应进一步加强跨学科、跨领域和跨国界合作，推动数据、技术与知识共享，以科技创新驱动全球协同治理，促进人类健康、生态环境保护与可持续发展。牛津大学教授Timothy R. Walsh，澳大利亚科学院院士、西澳大学教授Brajesh Kumar Singh，地球观测组织（GEO）生物多样性监测网络联合主席、墨尔本大学教授Alice C. Hughes，剑桥大学兽医学系主任Mark Holmes，杜伦大学高级研究员David Graham等多位资深科学家围绕生物多样性与同一健康、微生物耐药、土壤健康、低成本检测技术四个主题作学术报告，与会专家就跨学科协作、技术落地与应用转化等议题展开深入对话，为数字技术赋能“同一健康”贡献多元视角与科学方案。随后，中外学者走进安吉县余村——“绿水青山就是金山银山”理念诞生地，实地感受绿色低碳转型的中国实践。期间组织“青年国际合作沙龙”，以“开放对话：同一健康与科研生涯”为主题，搭建了跨学科、跨代际的对话平台，促进中外青年学者思想碰撞，为拓展学术视野、激发职业创新注入活力。可持续发展国际会议（Sustainable Development Conference,SDC）是由中国科学院生态环境研究中心于2024年发起的国际学术盛会。截至目前，已连续举办三届，累计邀请来自27个国家和地区、60个机构的130位国际顶尖科学家与青年科学家，共同倡导“同一健康”理念，为全球生态环境可持续发展贡献智慧与力量。朱永官院士致辞青年国际合作沙龙现场报告现场相关新闻报道：湖州日报-数字赋能同一健康与可持续发展会议举行南太湖号新闻客户端-数字赋能同一健康与可持续发展会议举行国际合作处2026年8月19日<!--!doctype-->
2026-08-19
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“污染如何影响土壤微生物组”综述在《Nature Reviews Microbiology》发表
近日，中国科学院生态环境研究中心朱永官研究员联合中国科学院城市环境研究所和德国柏林自由大学研究人员，应邀在国际顶尖期刊《Nature Reviews Microbiology》发表题为“Impacts of pollution on the soil microbiome”的综述论文。该综述系统梳理了重金属、农药、抗生素、（微）塑料、全氟和多氟烷基物质（PFAS）及纳米材料等污染物影响土壤微生物组的生态与进化机制，阐明其对养分循环、植物生长、生态系统稳定性和人类健康的潜在影响，并提出以微生物组为核心的污染监测、风险评估和生态修复的技术路径。土壤微生物组是陆地生态系统的重要组成部分，驱动碳、氮、磷和硫等元素循环，并参与有机碳稳定、土壤结构形成、植物养分获取和生态系统恢复等。然而，工业生产、农业集约化、城市扩张和废弃物排放持续向土壤输入种类繁多的污染物。与传统的单一污染不同，目前土壤污染通常表现为多种化学、物理和生物污染因子长期共存，并可能产生叠加、协同或拮抗效应。因此土壤并非被动汇集污染物的终点，而是不断储存、转化和释放污染物的动态生物地球化学反应器。文章构建了“污染来源—土壤环境变化—微生物组响应—生态与健康效应”的概念框架。工业活动、农业生产和城市化过程产生的污染物进入土壤后，可改变土壤酸碱度、氧化还原状态、孔隙结构和水分条件，进而沿三个相互关联的方向影响土壤微生物组：一是筛选耐受型或代谢特化型微生物，推动群落组成和进化过程的改变；二是使微生物将更多能量用于胁迫防御和解毒，削弱其对碳、氮和磷等循环的贡献；三是通过土壤—植物—动物—人类连续体，引发生物多样性减少、作物产量下降、食物安全风险和抗生素耐药性传播等连锁效应。文章进一步指出，土壤微生物组并非污染作用下的被动受害者，也是介导污染物迁移转化及生态健康效应的关键参与者。污染物可通过氧化胁迫、DNA和细胞膜损伤等直接影响微生物，也可通过改变土壤结构、根系分泌物和植物—微生物互作产生间接影响。长期选择压力还会促进微生物代谢重编程、生物膜形成以及抗性和毒力相关基因的水平转移，使群落逐渐由敏感型和功能多样的微生物组合，转变为耐受型微生物占优势、功能冗余降低和营养级网络简化的状态。这些变化可能形成持久的人类世“微生物足迹”，即使污染减轻，部分生态效应仍可能长期保留。“解铃还需系铃人”，土壤微生物组可为污染治理提供了新的方法和技术。与部分传统理化指标相比，微生物群落、功能基因及活性微生物类群能够更灵敏地反映生态系统受到的胁迫。研究团队提出，未来应推动土壤污染研究由单一污染物毒理学转向系统层面的复合污染研究，综合考虑污染物之间的相互作用、长期生态影响轨迹和修复后的遗留效应。通过整合多组学、单细胞技术、稳定同位素示踪、人工智能和生态模型等方法，可识别真正参与污染物转化的活性微生物，构建土壤健康预警指标，并预测生态系统发生不可逆功能损伤的临界点。未来，可进一步通过定向激活本土功能微生物、构建具有代谢互补性的合成微生物群落，以及优化农业和废弃物管理方式，提升污染土壤的生态恢复能力。但微生物组干预措施进入真实环境后，会与本土微生物群落发生复杂互作，其生态稳定性和潜在风险仍需系统评估。文章强调，将土壤微生物组纳入“同一健康”和“星球健康”监测与治理体系，对于保障农业生产、维护生态系统服务、控制抗生素耐药性传播以及保护人类健康具有重要意义。研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目支持。图 人类活动引起的污染通过改变土壤理化环境，驱动土壤微生物群落组成、进化与代谢功能变化，并沿土壤—植物—动物—人类连续体引发生态系统和潜在健康风险论文连接：https://doi.org/10.1038/s41579-026-01350-7土壤环境科学与技术实验室2026年8月2日
2026-08-02
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贺泓院士团队在我国臭氧污染现状及控制策略方面发表重要观点述评文章
在国家自然科学基金项目（项目编号：22188102和22376206）、国家重点研发计划青年科学家项目（2024YFC3714300）和中国工程院咨询项目（项目编号：2023-JB-05-11）资助下，中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在我国臭氧污染现状及其控制策略方面发表重要观点述评文章，以“Ozone Pollution in China: Current Status and Control Strategies”为题发表于中国工程院院刊Engineering上。我国自清洁空气行动计划实施以来，环境空气质量稳步提升。但是，近年来我国臭氧（O3）污染问题日益凸显，O3浓度一直在高位波动。以O3为首要污染物的超标天数已超过以细颗粒物（PM2.5）为首要污染物的超标天数，成为影响空气质量优良天的关键因素。作为典型的二次污染物，O3主要来自于大气光化学反应过程，其精准控制存在巨大挑战。为有效应对我国日益凸显的O3污染，本研究分析探讨了我国O3污染的控制策略。考虑到前体物（即VOCs和NOx）的来源以及相应控制技术的成熟度，在VOCs浓度下降速度短期内无法赶上NOx的情况下，大幅消减NOx使O3生成达到NOx控制区阈值以下是降低O3浓度有效的、也是更为现实的手段。烟雾箱模拟实验结果和外场观测结果均有力支撑了这一结论。此外，在短期内O3确实难以通过消减前体物实现有效控制的情形下，利用在人造表面涂覆催化材料的方式也可以实现对大气环境中低浓度O3的直接分解，该技术无需外加能耗即可去除O3，提供了一种区别于传统排放控制策略的新路径。这种利用自然界的光、热等条件实现大气环境中低浓度O3等气态污染物自发催化净化的示范应用，为构建“环境催化城市”提供了实践基础，对规划建设“自净城市”具有重大的环境意义。中国科学院生态环境研究中心陈天增副研究员为论文第一作者，贺泓院士为论文通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.06.044大气环境与污染控制实验室2026年8月1日
2026-08-01
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贺泓院士团队在可再生能源制氢研究方面取得新进展
近日，中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在可再生能源制氢方面取得重要研究进展，成果以“Heteronuclear Rh-La Dual-Atom Sites Enable Pathway-Controlled Hydrogen Production in Ethanol Steam Reforming”为题发表于国际著名化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》。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，被视为构建未来低碳能源体系的关键支撑。生物乙醇水蒸气重整制氢（Ethanol Steam Reforming，ESR）以可再生生物质乙醇为原料，可与生物质资源循环利用相结合，是实现可持续制氢的重要技术路径。然而，该反应包含C−H键活化、C−C键活化、水活化和水煤气变换等多个串联基元步骤，上游C−C键断裂过快而下游水活化和CO转化过慢，会造成副反应加剧和积碳失活。如何通过活性位点的精准设计实现各基元步骤之间的动力学匹配，是该领域面临的核心挑战。针对这一问题，研究团队创新性地利用电子金属−载体相互作用（Electronic Metal-Support Interactions, EMSIs），在Al2O3载体上构筑了功能互补的异核Rh−La双原子位点：Rh位点主导C−C键活化与含碳中间体的转化，La位点负责水的解离活化与羟基供给。研究表明，锚定于Al2O3表面的La单原子通过电子转移效应有效稳定邻近的Rh单原子，精准构筑出结构明确的Rh−La双原子对。这种电子相互作用同时显著提升了催化剂的水活化能力，使关键中间步骤水煤气变换反应由能垒较高的氧化还原路径切换为羧基介导的低能垒路径，促使下游CO转化速率与上游C−C键断裂速率实现精确动力学匹配。该催化剂在450 oC下产氢速率高达80.5 L g-1 h-1，刷新了同类体系的文献最高纪录。该策略可进一步拓展至Pd−La、Pt−La和Ir−La等体系，显示出良好的普适性。图. Rh-La异核双原子对增强乙醇蒸汽重整制氢该研究工作从动力学匹配的新视角阐明了异核双原子位点调控复杂多步反应网络的作用机制，为通过原子尺度电子调控实现反应路径的定向控制提供了清晰范式。研究成果已为中心联合研发的全球首台（套）生物质乙醇重整制氢技术及装备提供了核心催化剂支撑，推动了该技术从实验室走向工业化示范应用。中国科学院生态环境研究中心刘帝儒博士和赵林硕士（联培）为论文共同第一作者，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）和中国科学院战略性先导科技专项（XDA0390103）的支持。论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.2800335大气环境与污染控制实验室2026年7月31日<!--!doctype-->
2026-07-31
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Nature Water在线发表我中心关于群体感应驱动短程硝化形成的重要理论进展并配发专文评述
近日，中国科学院生态环境研究中心环境生物过程与技术研究组联合中国科学院青藏高原研究所、中国科学院青岛生物能源与过程研究所、巴基斯坦真纳大学等团队，在短程硝化微生物群体感应（Quorum Sensing，QS）调控机制研究方面取得重要进展。该研究揭示了QS驱动亚硝酸盐氧化菌代谢利他行为、进而促进短程硝化稳定建立的新机制，相关成果以“Quorum sensing driven metabolic altruism of nitrite-oxidizing bacteria fuels nitritation”为题，在线发表于 Nature Water。硝化作用是全球氮循环和污水生物脱氮的关键过程，通常由氨氧化菌（AOB）将氨转化为亚硝酸盐，再由亚硝酸盐氧化菌（NOB）将其进一步氧化为硝酸盐。若将氨氧化过程稳定控制在亚硝酸盐阶段，即能实现短程硝化，避免亚硝酸盐进一步氧化，为厌氧氨氧化等新型高效脱氮技术提供关键底物，从而显著降低曝气能耗、外加碳源需求和温室气体排放。近20年来，该研究方向是水处理领域国际前沿研究的热点和难点。短程硝化是新型污水脱氮工艺的重要基础过程，然而，其稳定实现的关键在于选择性抑制NOB，同时维持AOB活性。已有研究多从温度、溶解氧及化学胁迫等外部环境因素解释两类硝化菌的差异化响应，但复杂微生物群落内部是否存在主动调控这一功能转变的机制，在国际上一直存在难以回答的理论挑战，并严重制约了污水厌氧氨氧化短程、节能稳定处理工艺的建立。研究团队运用多组学分析、15N同位素示踪和D2O标记单细胞拉曼光谱等最新技术手段发现，细菌之间通过信号分子进行信息交流的QS系统，是决定硝化过程能否转向短程硝化的重要内源调控机制。当QS通信受到干扰时，NOB的抑制明显减弱，短程硝化难以有效建立，表明微生物群落的集体决策直接影响氮素转化方向。理论研究进一步发现，QS可诱导优势NOB硝化螺菌属（Nitrospira）中的亚硝酸盐还原酶基因nirB过表达，使其启动高能耗的亚硝酸盐还原过程。该过程有助于缓解群落面临的亚硝酸胁迫，却持续消耗Nitrospira的NADH和ATP，最终导致其能量亏缺和自我失活。与之不同，AOB并未承担这一高成本代谢，而是在获得群落保护的同时保持较高活性，从而取得竞争优势，推动氮素转化由完全硝化转向短程硝化。通过单细胞拉曼分析技术直接验证了这一过程：缺少QS信号时，绝大多数Nitrospira细胞能够耐受游离亚硝酸胁迫；接收到QS信号后，其代谢活动在胁迫初期被显著增强，但随后出现大规模失活。研究据此提出短程硝化分子调控新的理论机制，即在QS调控的微生物博弈中，Nitrospira作为合作者，以牺牲自身为代价减轻群落胁迫；AOB则由此获得竞争优势，最终促成短程硝化。该研究发现了硝化微生物群落中此前未知的“代谢利他”行为，表明短程硝化的形成不仅取决于环境条件和不同功能菌的生长动力学，也受到微生物通信、集体决策和微生物间互作的深刻影响。本研究对短程硝化形成机制的认识由传统的环境选择和个体响应层面，拓展至QS介导的微生物社会行为层面，为理解复杂微生物群落的功能转换和氮循环通量调控提供了新的理论机制，也为通过调控QS实现低碳生物脱氮过程的快速建立与稳定运行提供了重要的理论依据。中国科学院生态环境研究中心庄绪亮研究员为论文第一和通讯作者，博士生王旭为第二作者，姜参参副研究员为第三和共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的支持。同期，针对本文的发表，Nature Water邀请污水生物处理与环境微生物学领域的资深专家、北海道大学Satoshi Okabe教授团队发表了题为“Unequal costs of community stress responses”的News & Views评述文章。Okabe教授曾任日本微生物生态学会会长和日本土木学会环境工学委员会委员长，2016年当选国际水协会会士（IWA Fellow），并于2023年获得国际水协会Ardern-Lockett Award，在微生物生态与水处理工程领域具有深厚的学术积累和重要影响力。评述指出，该研究突破了长期以来主要依据氨氧化菌与亚硝酸盐氧化菌个体生理差异解释短程硝化形成的传统认识，将研究视角由单细胞和宏观运行参数拓展至微生物群落层级，揭示了群体感应通过重塑硝化菌群的代谢分工与胁迫响应，驱动Nitrospira承担高能耗代谢并发生选择性失活的隐性调控机制，为认识胁迫条件下微生物群落的功能重组提供了新的理论框架。评述进一步认为，该研究首次将微生物通信机制与短程硝化的选择性调控直接联系起来，是该领域一项重要的概念性理论进展，提示微生物通信本身可成为新的分子过程调控杠杆，为突破主要依赖温度、pH、溶解氧和污泥龄等宏观参数的传统调控模式，发展以微生物信号网络和群落行为为靶点的新一代可预测、稳健和可持续污水生物处理技术开辟了新方向。群体感应驱动 Nitrospira代谢利他行为促进短程硝化形成的机制示意图论文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-026-00677-y环境生物技术实验室2026年7月31日<!--!doctype-->
2026-07-31
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马安周团队在合成微生物组转化新污染物电子传递机制与调控方面取得新进展
中国科学院生态环境研究中心马安周团队在合成微生物群电子传递与有机卤新污染物生物转化研究方面取得新进展。相关成果在期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为“Periplasmic FeS Electron Conduits: Tuning Electrocoupling and Respiratory Dehalogenation in a Synthetic Consortium”（DOI:10.1002/anie.4522602）的研究论文。研究揭示了周质FeS矿物界面调控细胞内外及种间电子传递的新机制，为理解生物成因矿物参与微生物呼吸过程提供了新认识，也为难转化有机卤污染物的生物转化提供了新思路。周质FeS电子导管强化合成菌群电子耦合与HBCD呼吸脱溴的机制示意图厌氧微生物可通过呼吸还原转化有机卤污染物，但电子向末端催化位点的传递效率是限制其转化的关键环节。研究团队以具有不同电子传递特征的菌株 Escherichia sp. HBCD-1和 Citrobacter sp. HBCD-2构建功能互补的合成菌群，两株细菌具有六溴环十二烷（HBCD）转化能力，形成的FeS纳米颗粒主要分布于周质区域；前者具有较强的直接电子交换能力，后者产生黄素类电子介体，为菌群内部的电子协作提供了互补基础。合成菌群的电子转移量和溴离子释放量分别达到单菌贡献加和预期值的2.46倍和2.36倍。来源分配实验表明， FeS主要通过强化微生物电子传递和呼吸代谢促进HBCD脱溴。转录组和结构分析进一步支撑了QueG-like候选末端还原酶可能参与HBCD还原的工作模型。研究建立了与半胱氨酸脱巯基酶活性相关的周质FeS生物矿化策略，并揭示了FeS纳米颗粒对合成菌群电子耦合与HBCD呼吸脱溴的促进作用。中国科学院生态环境研究中心博士生李斯陶为论文第一作者，马安周研究员为通讯作者。中国科学院半导体研究所和中国石油集团安全环保技术研究院参与了相关研究。该研究得到国家重点研发计划等项目的支持。论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.4522602环境生物技术实验室2026年7月 29 日<!--!doctype-->
2026-07-29
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孙猛研究组在Nature Sustainability发文提出可持续水产养殖水体安全回用与藻类资源化协同技术与范式
藻华爆发是威胁全球水生态系统与人类健康的重大环境问题，更是制约水产养殖业绿色可持续发展的关键瓶颈。传统化学除藻方法（如投加硫酸铜）虽能快速杀灭藻类，却往往导致藻细胞破裂、毒素释放，并引发二次污染，难以实现水资源循环利用与藻类生物质资源化回收。如何在不依赖化学药剂的前提下，同步实现高效除藻、水质净化与藻类资源回收，已成为当前可持续水产养殖面临的核心挑战。近日，中国科学院生态环境研究中心孙猛研究员团队在该领域取得重要突破，相关研究成果以“Advancing sustainable aquaculture with a zero-valent copper filter system”为题发表于国际顶级期刊Nature Sustainability（DOI: 10.1038/s41893-026-01902-y）。针对上述难题，研究团队创新设计并构建了一套基于零价铜微孔滤材（CuMF）的低压快速过滤系统（LpRFS-CuMF）。该技术颠覆了传统“化学杀藻”思路，开创了“物理截留—催化净化—资源回收”的全新范式。本研究的核心发现包括：1. CuMF可实现藻细胞完全截留，水渗透率达11,700 LMH bar⁻¹，优于传统聚合物过滤器；2. CuMF通过高效催化界面溶氧形成亚稳态高价铜物种，通过界面电子转移选择性氧化胞外有机物和富电子污染物，同时完整保留藻细胞，为后续资源化回收奠定基础；3. 在实际养殖水体处理中，LpRFS-CuMF在0.05 MPa低压下稳定运行，并将藻类生物质浓缩至原水的8.9倍；且同步削减了循环水中藻毒素、嗅味物质、抗生素、耐药细菌、抗性基因和病毒等，使循环水具有更好的安全性和回用潜力，显著降低了循环水的水生态风险；4. 浓缩藻类可通过厌氧发酵生产生物乙醇，剩余残渣可制备藻源生物炭用于污染物吸附，实现“水质净化—再生水回用—藻类回收—资源再利用”的绿色闭环循环。本研究首次将零价铜滤材的物理分离功能与界面催化功能有机整合，揭示了高价铜介导的电子转移氧化路径在藻源有机物降解中的关键作用，为藻华治理领域提供了从分子机制到工程技术层面的系统创新。技术经济分析与生命周期评价表明，与传统化学除藻相比，该系统处理成本降低64.8%，21类环境影响指标降幅达77.5%至97.2%，有力验证了其环境效益与经济可行性的高度统一。该成果为全球水产养殖业绿色转型提供了可复制、可推广的技术路径，更以“治水—回用—减碳—创能”的协同范式，为破解水资源短缺难题、推进生物质资源化利用、助力实现国家“双碳”战略目标，贡献了具有实践价值的“中国方案”。论文第一作者为清华大学联合培养博士研究生朱婷婷，通讯作者为中国科学院生态环境研究中心孙猛研究员。研究工作得到了曲久辉院士的悉心指导。研究还得到国家自然科学基金基础科学中心项目（52388101）、国家自然科学基金项目（52270043）以及国家重点研发计划青年科学家项目（2024YFC3715000）资助。环境水质学重点实验室2026年7月28日<!--!doctype-->
2026-07-28
