科研進展
  • 廣州地化所: 揭示溶液環境下文石白云石化過程中團簇同位素的熱重置機制
    碳酸鹽團簇同位素(Δ47)具有獨特的溫度指示特性,在古氣候古環境重建研究中占有重要地位。然而,由于地質時期的碳酸鹽沉積物容易受成巖蝕變作用的影響,導致其Δ47發生重置而無法準確反映原始碳酸鹽沉淀時的環境溫度。對此我們有必要理解Δ47如何響應一些關鍵的成巖蝕變作用如固態重排和重結晶中的同位素效應。剖析這種響應規律或機制一方面有助于我們更好地判斷Δ47溫度計的可靠性,另一方面也有利于我們應用蝕變碳酸鹽樣品Δ47來指示成巖溫度以及相關的地質過程。自然成巖蝕變環境導致Δ47重置往往是多種過程的共同作用結果,其中碳酸鹽礦物的重結晶反應不僅普遍發生在礦物表面,也經常在礦物內部以溶解-再沉淀的形式進行,然而目前對Δ47如何響應內部重結晶過程還尚未明確,理解其中的作用機制對利用蝕變碳酸鹽Δ47重建古溫度具有重要意義。對此,中國科學院廣州地球化學研究所穩定同位素地球化學學科組郭煬銳副研究員、孔凱博士等人開展了一系列文石白云石轉化實驗,聚焦于文石這類極易受后期成巖作用影響的碳酸鹽礦物,研究了文石在高溫高水巖比條件下轉化成白云石過程中氧同位素(δ18O)和團簇同位素的分餾規律,揭示了文石在溶液環境中重結晶時存在顯著的內部水交換作用并導致團簇同位素快速分餾的特征。該研究獲得以下重要認識:1)文石的重結晶過程可發生在礦物內部(圖1),即使在外部存在溶液的環境下,內部水與礦物間的同位素交換作用因體系的封閉性僅導致微小的δ18O變化但卻可產生顯著的Δ47重置(圖2);2)文石內部水交換作用,可視為亞微米尺度下的重結晶(溶解-再沉淀),其在高溫下導致Δ47的快速變化有別于固態重排效應,其聯合外部溶液的重結晶作用共同決定了碳酸鹽δ18O與Δ47的“非線性”分餾關系(圖3);3)對于僅部分受后期成巖蝕變作用影響(如未與成巖環境達到平衡)的碳酸鹽,內部水交換作用將導致這些樣品的Δ47溫度“無用武之地”,聯合氧同位素溫度計推導的流體δ18O值也無法準確指示成巖流體的來源和性質。該研究結果為蝕變碳酸鹽團簇同位素的應用敲響了警鐘,也預示了未來研究碳酸鹽礦物內部水成因及同位素交換反應動力學的重要性。圖1 碳酸鹽顆粒與內部水(FIn)和外部水(FEx)的交換作用概念模型圖2不同含水比例(MW)下模擬內部水與文石交換作用對同位素分餾的影響圖3 模擬不同實驗溫度下文石白云石化過程中內部水和外部水交換作用。其中k值表示內部水交換相對于外部水交換作用的重要性,當k值越高意味著在反應進程中內部水交換作用對同位素分餾的影響越重要。該項研究受國家自然科學基金項目資助,成果近期發表在國際重要地學期刊《Chemical Geology》上。論文信息:Guo, Y.*(郭煬銳), Kong, K.(孔凱), Liu, X.(劉熙), Deng, W.(鄧文峰), Wei, G.(韋剛?。? 2024. Fluid-mediated exchange reaction induces clumped isotope resetting: Insights from aragonite dolomitization experiments. Chemical Geology: 122036.論文鏈接
    2024-03-15
  • 華南植物園揭示豆科和非豆科人工林葉片氮穩定同位素自然豐度指示土壤氮動態的差異
    ??氮穩定同位素自然豐度(δ15N)被廣泛用于指示生態系統氮循環特性。豆科樹種在全球森林廣泛分布,尤其是在熱帶地區。由于具有共生固氮能力,豆科森林15N豐度受固氮過程中氮氣(δ15N=0‰)的影響,其15N模式以及對生態系統氮循環的指示作用可能與非豆科森林存在差異。然而,目前有關兩類森林葉片δ15N對土壤氮循環指示作用的差異性以及其對養分有效性變化的響應尚不明確。?中國科學院華南植物園鄭棉海研究團隊依托廣東省鶴山森林生態系統國家野外科學觀測研究站的長期氮磷添加試驗平臺,選取豆科人工林(Acacia auriculiformis)和非豆科人工林(Eucalyptus urophylla)為研究對象,對“植物-凋落物-土壤”連續體的δ15N進行了分析,同時監測了土壤氮動態相關指標用以系統地對比養分添加下兩類人工林植物和土壤15N的變化趨勢以及其對土壤氮循環的指示作用。?研究發現,氮添加對葉片δ15N的影響取決于森林類型,非豆科人工林林下植物葉片δ15N在氮添加下顯著增加,而豆科林無顯著變化。長期養分添加顯著改變了兩個人工林的土壤氮損失,具體表現為氮添加顯著增加了土壤N2O排放以及NO3-淋溶速率,而磷添加表現出相反作用。此外,非豆科人工林葉片δ15N與土壤N2O排放和NO3-淋溶速率之間表現出顯著的正相關關系,豆科人工林未表現出顯著的相關關系。本研究表明,養分添加下的植物葉片δ15N對土壤氮動態的指示作用在豆科和非豆科森林之間存在差異,該研究結果拓展了15N自然豐度指示生態系統氮循環過程和狀態的傳統認知。?相關研究成果已近期發表在國際學術期刊Plant and Soil(《植物與土壤》)上。中國科學院華南植物園博士生毛晉花(已畢業,現為中國科學院地理科學與資源研究所博士后)為論文第一作者,鄭棉海副研究員為通訊作者,毛慶功副研究員為共同通訊作者。該項研究得到國家自然科學基金等項目的資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1007/s11104-024-06523-y圖1. 氮磷添加下豆科和非豆科森林植物葉片δ15N對土壤氮動態的指示作用
    2024-03-13
  • 華南植物園發現長期氮和磷添加減少亞熱帶森林土壤底層微生物殘體碳的積累
    ?亞熱帶森林土壤通常被認為是富氮或貧磷,因此氮和磷輸入不僅會影響亞熱帶森林土壤養分循環,而且還會影響土壤碳循環和碳儲量。微?生物殘體碳在調節森林土壤有機碳穩定性中起著重要作用,但長期氮和磷輸入對不同土壤層微生物殘體碳的影響仍不清楚。了解不同土層深度微生物殘體碳的驅動因素對于準確預測森林土壤有機碳的穩定性和碳儲量至關重要。中國科學院華南植物園生態中心范琳杰博士在鄭棉海副研究員的指導下,依托廣東省鶴山森林生態系統國家野外科學觀測研究站的長期氮磷添加試驗平臺,選取兩種典型的亞熱帶人工林,即大葉相思林(豆科林,Acacia auriculiformis)和尾葉桉林(非豆科林,Eucalyptus urophylla)為研究對象,探索兩種亞熱帶人工林土壤微生物殘體碳在不同土層的變化及其對長期氮和磷添加的響應機理。經過長期(12年)的氮磷添加處理,發現不同土層微生物殘體碳濃度的響應存在差異。長期氮和磷添加對表層土壤(0-20cm)的微生物殘體碳濃度沒有顯著影響。磷添加顯著降低了兩種人工林深層土壤(20-40cm)的微生物殘體碳濃度,而氮添加僅降低了尾葉桉林深層土壤微生物殘體碳濃度,對大葉相思林的影響不顯著。氮和磷同時添加降低了大葉相思林的深層土壤微生物殘體碳濃度,但對尾葉桉林沒有顯著影響。進一步發現,深層土壤的微生物殘體碳主要受微生物屬性和礦物保護的影響,而在表層土壤中,植物碳輸入和礦物保護的作用更為重要。對于深層土壤而言,磷添加導致微生物周轉和鈣結合碳濃度降低,從而減少了微生物殘體碳的積累。雖然表層土壤微生物周轉和鈣結合碳也減少,但由于表層凋落葉分解速度加快及微生物量增加,植入碳的輸入和微生物量的增加可能彌補了表層微生物殘體碳的減少,導致表層土壤微生物殘體碳濃度無顯著變化。這項研究表明,長期大氣氮沉降和土壤磷缺乏可能會影響亞熱帶森林底層土壤碳的穩定性,未來研究需要更多地關注森林不同土層(尤其是底層土壤)有機碳的穩定性及其驅動機理,這對于準確理解和預測亞熱帶森林土壤固碳潛力至關重要。相關研究結果已近期發表在全球變化領域期刊Global Change Biology(《全球變化生物學》)上。中國科學院華南植物園范琳杰博士為論文的第一作者,鄭棉海副研究員為通訊作者。華南植物園莫江明研究員、武東海研究員等參與了該項研究工作。該項研究得到國家重點研發-青年科學家項目、中國科學院青年創新促進會項目、國家自然科學基金項目等資助。論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.17210圖1. 氮和磷添加對豆科和非豆科人工林不同土層微生物殘碳的影響圖2. 氮和磷添加下豆科和非豆科林不同土層微生物殘體碳的響應機制
    2024-03-14
  • 廣州地化所:城市地區有機氣溶膠揮發性分布的定量表征: 熱解析和分子測量結果的相互比較
    揮發性是有機氣溶膠(OA)最重要的物理化學性質之一,揮發性高低決定OA的氣固分配過程,進而影響其大氣生消機制?;趽]發性的量化表征(飽和蒸氣壓濃度C*的分布)是模型模擬二次有機氣溶膠(SOA)生成的關鍵,準確量化OA的揮發性分布及其影響因素有助于促進對SOA模擬的準確性。目前,測量環境OA揮發性的通常利用加熱方法加速氣溶膠揮發過程,并通過氣溶膠測量儀器檢測,結合動力學模型或者經驗法模擬該揮發過程,以量化有機氣溶膠的揮發性分布;隨著OA在近分子水平上的測量和研究的發展,應用分子結構或分子元素組成的參數化方法估計OA的揮發性也越來越廣泛,然而不同方法之間揮發性估計的差異仍不明確,導致OA揮發性量化仍有較大不確定性。特別是城市地區一次源排放和二次生成過程復雜,有機物分子成千上萬,不同方法對環境OA揮發性測量的估算影響,尚無系統性研究。而針對其OA中關鍵含氮組分,有機硝酸酯(R-ONO2,簡稱pON)的研究更是十分缺乏,阻礙了對OA在大氣中動態生成和老化的模擬與認識。為了量化城市環境OA的揮發性及不同揮發性估計方法之間的差異,中國科學院廣州地球化學研究所陳衛博士在胡偉偉研究員的指導下,在中國的華南珠江三角洲特大城市廣州開展了綜合外場觀測。在觀測中基于多種測量技術,采用五種方法估算了OA和pON的揮發性分布(表1):其中包括基于測量環境OA熱解析曲線(OA揮發比例隨溫度變化)的(1)經驗法和(2)動力學模型法;(3)基于官能團揮發性貢獻的SIMPOL模型法和(4)基于有機分子元素組成的參數化方法,以及(5)基于有機分子氣體和顆粒相分配的氣固分配法。方法(1)和(2)的熱解析曲線由熱解析管與氣溶膠質譜儀聯用(TD-AMS)測量得到。方法(3)和(4)分別基于膜采樣的電噴霧源(ESI-)傅里葉變換離子回旋共振分析儀(FT-ICR-MS)和配有在線氣體氣溶膠進樣口的化學電離質譜儀(FIGAERO–CIMS,碘離子源)兩套環境OA分子式計算得到。方法(5)的數據由FIGAERO–CIMS測量得到的氣態和顆粒態有機物提供。本研究對不同揮發性估算方法進行了綜合評價,發現城市地區環境有機氣溶膠OA在不同方法間呈現出的揮發性高低趨勢為: TD-AMS經驗法≈TD-AMS動力學模型法≈SIMPOL模型法(FT-ICR-MS)<參數化方法(FT-ICR-MS)<氣固分配法(FIGAERO-CIMS)<SIMPOL模型法(FIGAERO-CIMS)<參數化方法 (FIGAERO-CIMS)。具體來說,基于TD加熱法量化的OA揮發性的方法(1)和(2)具有較好的一致性。當假設該觀測期間環境OA主要由有機硫酸酯、有機硝酸酯和羧酸基團組成時,基于FT-ICR的SIMPOL模型量化的OA揮發性分布(方法3)與兩種加熱法的揮發性一致, 驗證了這三種方法的有效性。但基于FI-ICR-MS測量的參數化方法(方法4)與前三種方法存在較大差異,高估環境OA的揮發性約2個數量級(>100倍),且目前文獻報道的不同參數化方案之間的估算結果亦不同。這表明基于有機分子組成的參數化方法目前仍存在較大的不確定性,在利用該方法闡述有機氣溶膠揮發性結果時,需要考慮該不確定性,而參數化方案仍需進一步細化與改進?;贔IAGERO-CIMS測量結果的氣固分配法估算的OA揮發性分布(方法5)較其他方法偏差較大,僅分布于較狹窄的飽和蒸汽壓范圍內 (0≤飽和蒸氣壓log C*≤4 μg m-3)。這種狹窄的揮發性分布結果主要由于FIGAERO-CIMS中進樣口氣溶膠揮發加熱而導致有機物分子熱解,以及質譜中碘離子源的選擇性較強,利于測量含氧等有機極性物種兩個原因主導。與FT-ICR相比,FIGAERO-CIMS測量到的OA種類較少,特別缺乏含S和極性較弱的含N物種。針對大氣中的有機硝酸酯(pON),基于TD加熱法和SIMPOL模型結果發現pON揮發性分布在log C*≤-9和≥2 μg m-3時貢獻的質量分數均較高,表明pON中既存在較多的低揮發性組分,也存在相當一部分半揮發性組分。其中同時含N和S的有機物種(CHONS,推測為硝基有機硫酸鹽)可貢獻pON質量的約28%,突出了非均相/液相反應對城市地區pON形成的重要貢獻。綜上所述,本研究對環境有機氣溶膠不同揮發性估算方法進行了系統的評估,并用不同方法量化了城市環境有機氣溶膠和有機硝酸酯的揮發性分布,為研究城市地區OA和pON的揮發性測量和認識提供了新的視角,為城市地區氣溶膠二次生成機制的研究提供基礎科學依據。圖1 根據不同方法計算的有機氣溶膠(OA)揮發性分布:(a)基于熱解析曲線的經驗法和動力學模型法;基于FT-ICR數據集的(b)SIMPOL模型法 (Pankow and Asher 2008) 和(c)參數化方法 (Isaacman-VanWertz and Aumont 2021; Li, Poschl, and Shiraiwa 2016);以及基于FIGAREO-CIMS數據集的(d)氣-固分配法、(e)SIMPOL模型以及(f)參數化方法。圖2(a)顆粒有機硝酸鹽(pON)、無機硝酸鹽(主要是硝酸銨)和實驗室生成的純硝酸銨顆粒物的TD熱解析曲線;(b)基于TD-AMS系統測量的NO+, NO2+,CxHyN+, CxHyON+的熱解析曲線;(c)基于兩種熱解析管加熱法估計的pON的揮發性分布:包括經驗法 (Faulhaber et al., 2009) 和本研究自行搭建動力學模型;基于FI-ICR測量的(d)SIMPOL模型 (Pankow and Asher, 2008) 和(e)參數化方法 (Li et al., 2016; Daumit et al., 2013) 估計的pON揮發性分布圖。(f)不同揮發性估計方法得到的極低揮發性(ELVOC)、低揮發性(LVOC)和半揮發性(SVOC)占總OA的比例,右軸顯示算術平均飽和蒸汽壓濃度(C*)的log值。本研究成果近期發表在國際知名期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres上,相關定量研究結果為理解城市地區有機氣溶膠的揮發性及不同揮發性研究方法差異提供了新的認知。論文第一作者為中國科學院廣州地球化學研究所博士研究生陳衛,中國科學院廣州地球化學研究所胡偉偉研究員為通訊作者。本研究受到國家自然科學基金委基金(42375105, 42230701, 41875156)、國家環境保護城市大氣復合污染成因與防治重點實驗室開放項目(2021080540)、國家重點研發計劃項目(2022YFC3701000、2021YFA1601800)、廣東省珠江人才計劃(2019QN01L9480)廣東省科技研究基金(2023B1212060049)等項目的聯合資助。論文信息: Chen, W. ★(陳衛),Hu, W.*(胡偉偉),Tao, Z.(陶梓),Cai, Y.(蔡義宇), Cai, M.,(蔡明甫),Zhu, M.(朱明),Ye, Y.(葉宇晴),Zhou, H.(周懷姍),Jiang, H.(姜鴻興),Li, J.(李軍),Song, W.(宋偉),Zhou, J.(周嘉儀),Huang, S.(黃山),Yuan, B.(袁斌), Shao, M.(邵敏),Feng, Q.(馮茜丹),Li, Y.(李穎),Isaacman-VanWertz, Gabriel,Stark, Harald,Day, Douglas A.,Campuzano-Jost, Pedro,Jimenez, Jose L. , and Wang, X.(王新明): Quantitative Characterization of the Volatility Distribution of Organic Aerosols in a Polluted Urban Area: Intercomparison Between Thermodenuder and Molecular Measurements, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129(4), e2023JD040284,論文鏈接
    2024-03-14
  • 真菌直線型四環混源萜生物合成機制研究獲進展
    近日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室(LMB)閆巖研究員團隊在真菌直線型四環混源萜ochraceopones的生物合成與酶反應機制研究方面取得新進展,相關成果“An Enzymatic Carbon-Carbon Bond Cleavage and Aldol Reaction Cascade Converts an Angular Scaffold into the Linear Tetracyclic Core of Ochraceopones”在線發表于Angewandte Chemie International Edition(《德國應用化學》)。助理研究員李艷芹、碩士叢夢靜為共同第一作者,研究員閆巖、王俊鋒與張長生為共同通訊作者?;煸摧疲╩eroterpenoids)是一類部分分子骨架來源于萜烯的天然產物,它們具有復雜多樣的化學結構及廣泛的生物學活性。這些豐富的骨架結構既可能來源于萜烯部分多樣化的重排與環化,也可能來源于其非萜烯部分如聚酮、吲哚、莽草酸等豐富的后修飾。因此其生物合成途徑中可能蘊含了大量新穎的酶促化學反應機制,深入研究這些酶學機制將為我們創建具有新型骨架結構和生物學活性的藥物先導提供基礎。真菌直線型四環混源萜ochraceopones具有優異的抗病毒和抗炎活性,然而其由常見的四元折線型結構轉化為獨特的直線型結構所涉及的化學合成和酶學反應機制卻極具挑戰性。研究團隊早期從一株南極土壤來源真菌Aspergillus ochraceopetaliformis?SCSIO 05702中分離得到了一類四環混源萜類化合物ochraceopones(化合物1-4,7)(J Nat Prod, 2016,79:59-65)?;诨蚪M學及生物信息學分析定位了負責該類化合物生物合成的基因簇(圖1),通過構建構巢曲霉異源表達體系,聯合體外微粒體實驗及蛋白表達,成功鑒定和表征了負責化合物ochraceopones形成的所有生物合成酶,并闡明了完整的生物合成途徑(圖2)。圖1. 直線型四環混源萜ochraceopones的生物合成基因簇圖2. 直線型四環混源萜ochraceopones的生物合成途徑推測在這項研究中,研究團隊證明了ochraceopones的線性四環骨架是由同一個折線型前體即ochraceopone E(7)衍生而來。通過體外氘水標記的微粒體實驗,證實了化合物7生成16涉及的碳-碳鍵斷裂反應不是自發進行的,而是由多功能細胞色素P450-OchH催化完成。其通過將C13位羥基形成氧自由后促發C13-C14鍵斷裂,而后通過羥基化形成十元環的中間體18,之后自發形成化合物16(圖3)。圖3. OchH的功能表征為了驗證16作為真實底物的正確性,研究團隊將16與基因簇內其余后修飾基因在構巢曲霉中進行了生物轉化,并通過體外微粒體與蛋白的聯合反應證實了該反應過程。結果顯示,異構酶OchL通過催化分子內的羥醛反應將經過多步修飾的碳-碳鍵斷裂形成的十元環重新連接,形成了一個新的碳-碳鍵而呈現出最終的線性四環化合物3(圖4)。圖4. 三環到線性四環骨架ochraceopones的生物轉化表征然而,在異源表達及體外反應過程中,除了獲得一系列不能被繼續轉化的途徑副產物如化合物19、19’、21和23之外,均沒有檢測到反應的真正中間體(圖4)。但是就觀察到的實驗結果表明在目前的生物反應體系中,隨著氧化后修飾的多步積累,反應的真實底物在缺乏其后續生物轉化酶的條件下無法穩定存在??隙ǖ氖?,根據分離到的一系列副產物及對其形成機制的推測,可以確定整個反應中間過程存在的真實性??傊?,本研究鑒定并表征了合成ochraceopones的所有生物合成酶,并證明了完整的生物合成途徑。證實了ochraceopones類化合物是由OchHJGL催化的酶級聯反應將常見的折線型四環前體合成獨特線性四環骨架結構。其中,多功能細胞色素P450-OchH負責催化自由基形成并引發C-C鍵斷裂和隨后的C12的羥基化,然后OchJ催化C15羥基化和OchG催化C15-OH脫氫。最后,醛縮酶OchL通過催化分子內羥醛反應導致新的C-C鍵形成而構建最終的線性四環骨架。OchH和OchL的發現及其功能闡明將為尋找更多新的P450酶和醛縮酶提供途徑。然而,由于OchL底物的不穩定性,可能需要通過合成更穩定的底物衍生物來進一步研究其催化機理。上述研究工作得到了國家重點研發計劃、海南省科技計劃三亞崖州灣科技城科技創新聯合項目、國家自然科學基金、中國科學院王寬誠率先人才計劃“盧嘉錫國際團隊項目”和海南省自然科學基金等的資助。相關論文信息:Yanqin Li, Mengjing Cong,Wengui Wang, Xiufeng Zhang, Yiguang Zhu, Yongxiang Song, Wenjun Zhang, Hua Xiao, Yonghong Liu, Changsheng Zhang, Junfeng Wang, and Yan Yan. An Enzymatic Carbon-Carbon Bond Cleavage and Aldol Reaction?Cascade Converts an Angular Scaffold into the Linear Tetracyclic Core of Ochraceopones. Angew Chem Int Edit,2024. doi.org/10.1002/anie.202403365文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202403365
    2024-03-12
  • 香港牡蠣三倍體新品系培育及推廣應用獲重要進展
    近日,中國科學院南海海洋研究所喻子牛研究員團隊,在香港牡蠣三倍體新品系培育方面獲重要進展,發現香港牡蠣雜交型三倍體(四倍體X二倍體)對誘導型(CB誘導)三倍體在生長、存活率和可育性方面的顯著優勢,并成功進行了示范養殖證實;相關研究成果發表于國際水產領域專業期刊Aquaculture。香港牡蠣是我國華南沿海地區重要的大宗養殖貝類,2022年產量約為185萬噸,占全國牡蠣產量的29%,不僅是廣東海水貝類養殖業的重要支柱種,也是南海海洋牧場和牡蠣礁的主要組成成分。香港牡蠣三倍體應用是華南沿海牡蠣提質增效、種業升級發展中的重要途徑。該團隊自2013年開始專注牡蠣多倍體技術研發,前期已建立了牡蠣新型四倍體誘導和穩定群系構建的國內首個專利技術。此前國內尚沒有關于雜交型香港牡蠣三倍體的相關報道。該研究對二倍體(2N)、誘導型三倍體3N-CB (2N♂×2N♀,抑制第二極體釋放)和雜交型三倍體3N-TD (4N♂×2N♀)的生物性狀(生長、存活、繁育特性和倍性組成)進行了跟蹤比較研究,并開展了基因型和位點間的互作分析。結果表明:(1) 兩類三倍體均比二倍體具有顯著的生長、存活和不育性優勢;(2) 雜交型三倍體比誘導型三倍體的卵裂率、D幼率和幼蟲存活率更高,更適合于產業規?;绶N生產;(3)?雜交型三倍體比誘導型三倍體在養殖期生長更快、存活率和倍性的穩定性更高,具有更好的生產性能和產業化推廣應用價值。團隊還開展了香港牡蠣新品系(雜交型三倍體)的示范推廣養殖,在廣東陽江和廣西防城港、北海等海域取得良好養殖效果,2項相關專利獲得技術轉化應用,有效提高了相關牡蠣種苗企業的經濟效益。該研究得到了廣州市重點研發計劃、廣東省重點研發計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金委項目和國家貝類產業技術體系等項目資助。副研究員秦艷平為論文第一作者,研究員張躍環和喻子牛為并列通訊作者。論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.740759?圖1:牡蠣二倍體(2N)、誘導型和雜交型三倍體(3N-CB、3N-TD)制備原理圖 2 2N、3NCB和3NTD的幼蟲倍性組成和表型特征
    2024-03-08
  • 廣州地化所:再循環大洋巖石圈地幔在北冰洋地幔中廣泛存在
    俯沖洋殼的再循環一直被認為是造成地幔組成不均一的主要原因。然而,占俯沖大洋板塊90%以上體積的大洋巖石圈地幔,其俯沖之后的命運卻并不明確。   近日,中國科學院廣州地球化學研究所楊陽特任研究員與美國哈佛大學及塔爾薩大學的科研人員合作,通過對北冰洋Gakkel洋脊西部火山區和中部弱巖漿活動區267件玄武巖樣品(圖1)的系統研究,發現Gakkel西部發育正常厚度洋殼的區域,主要產出虧損的N-MORB,且其巖漿組成從西到東顯示出系統的地球化學變化,揭示了地幔逐漸虧損,部分熔融程度逐漸降低的過程。而Gakkel中部洋殼極度不發育出現大部分橄欖巖出露的地區,卻產出富集的E-MORB,但主量元素卻虧損CaO,具有極低的CaO/Al 2O 3比值。提出Gakkel西段地幔是“飽滿”但“虧損”的,而中段地幔是“貧瘠”但“富集”的。飽滿和貧瘠代表了它們熔融產生巖漿的能力,而虧損和富集則指它們在微量元素上的富集程度。且中部地幔的潛在溫度極低,以此提出,極度貧瘠的地幔源區再加上異常低的地幔潛在溫度的綜合作用下,形成了極少巖漿的Gakkel中段少巖漿作用區。   綜合北冰洋洋脊巖石的地球化學組成及其分布,研究提出新生的大洋巖石圈中保留了前世的“記憶”,指示了其下方存在再循環大洋巖石圈地幔組成的難熔地幔端元,且比例從西到東逐漸增加(圖2),直至在弱巖漿活動區無法形成足夠的洋殼,從而使得再循環大洋巖石圈地幔直接出露在海底。定量計算發現,板塊構造以來全球俯沖大洋巖石圈地幔的體積幾乎等同于下地幔的總體積。因此提出,俯沖的大洋巖石圈地幔將再循環至對流地幔中,并形成新生大洋巖石圈的一部分。 圖1 北冰洋Gakkel洋脊樣品分布及巖石圈結構示意圖 圖2 北冰洋Gakkel洋脊地幔組成   該研究成果發表于國際權威地學期刊《Earth and Planetary Science Letters》,該研究受到國家基金委和中國科學院青年創新促進會項目資助。   論文信息: Yang A.Y. (楊陽), Langmuir C. H., Michael P. J., The significance of recycled oceanic mantle lithosphere beneath the Arctic Gakkel Ridge. Earth and Planetary Science Letters, 2024, 626 https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118553翻譯搜索復制
    2024-03-07
  • 廣州地化所:碎屑斜長石元素和Sr同位素組成示蹤嫦娥五號月壤來源
    研究月壤的物源對于認識月表在外動力地質作用下物質遷移過程具有重要的意義。斜長石是月殼中含量最豐富的礦物。早期的研究利用月壤中的碎屑斜長石的An值頻譜來示蹤月壤的物源。然而,月表不同巖石類型(如高地斜長巖、鎂質巖套、月海玄武巖等)中的斜長石An值具有較大的變化范圍,且相互重疊(圖1),僅依靠斜長石An值來示蹤月壤物源存在較大的不確定性。 圖1 月海玄武巖(a)高地斜長巖和鎂質巖套(b)中的斜長石An值分布   針對該問題,中國科學院廣州地球化學研究所月球樣品研究小組的張樂高級工程師及合作者統計了前人報道的月表不同巖石類型中斜長石的元素和初始Sr同位素組成,發現Sr含量和Sr同位素在不同的月表巖石類型中存在顯著的差異:高地斜長巖和鎂質巖套中的斜長石具有低的Sr含量和初始Sr同位素;克里普巖中的斜長石具有高的初始Sr同位素;月海玄武巖具有高的Sr含量和中等的初始Sr同位素(圖2)。這些特征暗示聯合使用碎屑斜長石的元素含量和Sr同位素組成可更有效地示蹤月壤的來源。 圖2 月表不同巖石類型(a)和嫦娥五號樣品(b)中的斜長石的初始Sr同位素組成   該研究首次對嫦娥五號月壤中的碎屑斜長石開展了主量元素和微量元素以及Rb-Sr同位素的分析。根據Sr含量和An值之間的相關性,嫦娥五號碎屑斜長石可分為三組(圖3):normal-Sr(group A)、high-Sr(group B)和low-Sr(group c)。 圖3 嫦娥五號碎屑斜長石(圓形)和玄武巖屑中的斜長石(三角形)Sr(a)和La(b)含量與An值相關性   A組和B組的斜長石與嫦娥五號玄武巖碎屑中的斜長石的元素和Rb-Sr同位素組成一致,表明A組和B組的斜長石來源于原地玄武巖的風化破碎(圖4)。在分析的82個碎屑斜長石中,只有兩顆斜長石(~2.4%)被歸類為C組,其Sr同位素與A組和B組斜長石顯著不同,表明其具有不同的來源。 圖4 嫦娥五號碎屑斜長石Rb-Sr同位素   其中一顆C組斜長石具有高的 87Sr/ 86Sr比值(0.70242)和稀土元素含量(圖3),可能來源于富含KREEP成分的Sharp B撞擊坑或Aristarchus撞擊坑(圖5)。另一顆C組斜長石具有極低的 87Sr/ 86Sr比值(0.69908)和中等偏高的An值(92.3),暗示其母巖可能為鎂質巖套,可能來自于Pythagoras撞擊坑。該項研究表明,碎屑斜長石的元素和Sr同位素組成是示蹤月壤物質來源的有效工具。 圖5 嫦娥五號著陸區周邊地質概況圖;藍色線展示了C組碎屑斜長石可能來自的撞擊坑   該研究主要受中國科學院廣州地球化學研究所所長基金和中國科學院重點部署科研專項的資助,已發表于國際期刊《Icarus》。   論文信息:Zhang Le* (張樂), Yang Ya-Nan (楊亞楠), Chen Zhi-Ming (陳志銘), Wang Cheng-Yuan (汪程遠), Cui Ze-Xian (崔澤賢), Zhang Yan-Qiang (張彥強), Xu Yi-Gang (徐義剛). 2024. Elemental and Sr isotopic compositions of plagioclase as an indicator of lunar source-rock type: Insights from Chang'e 5 plagioclase fragments. Icarus, 413: 116002.    論文鏈接翻譯搜索復制
    2024-03-06
  • 廣州地化所:電氣石微區B-Sr同位素分析標樣研制
    電氣石是一種硼硅酸鹽礦物,廣泛分布于多種巖石類型和熱液礦床中。其元素和同位素組成是反演巖漿-熱液演化歷史、示蹤成巖成礦過程和指示沉積物物源的有效指標。電氣石具有高的B含量,使其成為開展原位B同位素分析的理想礦物。最近的研究表明,一些電氣石含有中等的Sr含量和極低的Rb含量,具有開展原位Sr同位素分析的潛力?;w匹配的天然電氣石標樣是開展微區B-Sr同位素的必要條件。然而,目前國內外各實驗室報道的電氣石標樣相對匱乏,且這些標樣都沒有Sr同位素數據。   為此,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室陳綺靜博士在張樂高級工程師、任鐘元研究員和夏小平研究員的指導下,并與桂林理工大學余紅霞工程師合作,篩選了三個新的厘米級天然電氣石晶體GIGT、XJ-1和XJ-3(圖1),采用多種分析測試手段詳細評價了這些礦物晶體的B和Sr同位素的均一性。激光剝蝕多接收電感耦合等離子體質譜(LA-MC-ICP-MS)分析顯示,GIGT、XJ-1和XJ-3均具有均一的B同位素組成,且激光分析結果( 11B = -12.63 0.51,-11.90 0.64,-11.91 0.64;圖2)與MC-ICP-MS溶液測定的結果( 11B = -12.65 0.12,-11.90 0.24,-11.89 0.19)一致。XJ-1的Sr含量相對較高(~160 ppm),Rb/Sr <0.0005。LA-MC-ICP-MS分析獲得的XJ-1的平均87Sr/86Sr為0.70827 0.00021(圖3),與溶液MC-ICP-MS測定結果(0.70825 0.00002)在誤差范圍內一致。該研究表明,GIGT、XJ-1和XJ-3均可作為原位B同位素分析的外部校正標樣,XJ-1可作為原位Sr同位素分析的監控標樣;可滿足國內外數十家實驗室長期使用。 圖1 GIGT、XJ-1和XJ-3電氣石晶體照片 圖2 激光微區和溶液法獲得的GIGT、XJ-1和XJ-3電氣石的B同位素組成 圖3 激光微區和溶液法獲得的XJ-1電氣石的Sr同位素組成   該研究成果在線發表于國際分析期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》,該研究受到中國科學院廣州地球化學研究所所長基金和中國科學院相關項目資助。   論文信息: Chen Qijing (陳綺靜), Wang Ri-Jing (王日晶), Yu Hong-Xia (余紅霞), Zhu Guan-Hong (朱冠虹), Zhang Yan-Qiang (張彥強), Xia Xiao-Ping (夏小平), Ren Zhong-Yuan (任鐘元), Zhang Le* (張樂). Potential tourmaline reference materials for microbeam B and Sr isotopic analyses. Journal of Analytical Atomic Spectrometry. DOI: 10.1039/D3JA00395G.翻譯搜索復制
    2024-03-05
  • 廣州地化所:攀枝花層狀巖體Mo同位素研究揭示鐵鈦氧化物分離結晶對巖漿Mo同位素分餾的影響
          鉬是一種多價態難熔且中等親鐵元素。自然界不同樣品存在較大的Mo同位素分餾。例如,相對于Mo標準溶液NIST SRM 3134,硅酸鹽地球和大陸地殼的 98/95Mo分別為-0.20‰和0.00‰-0.40‰;黑色頁巖和海相碳酸鹽巖具有相對較重的Mo同位素(-1‰ – +2‰)。代表俯沖板片的洋中脊玄武巖型榴輝巖具有相對較輕的Mo同位素(-1.0‰ – -0.13‰);俯沖沉積物通常具有輕但相對變化大的Mo同位素(-2‰ – 0.16‰)。盡管Mo同位素在不同的地質儲庫之間表現出大的差異,但利用Mo同位素示蹤巖漿起源仍存在諸多的不確定性。其中一個重要的爭論點是巖漿分異過程是否可以造成顯著的Mo同位素分餾。已有的研究主要集中在探討硅酸鹽礦物分離結晶對Mo同位素的影響。除了硅酸鹽礦物外,鐵鈦氧化物(如磁鐵礦和鈦鐵礦)在巖漿分異過程中也發揮著重要的作用,并且其Mo含量遠高于許多硅酸鹽礦物。由于缺乏相關研究,鐵鈦氧化物分離結晶對Mo同位素分餾的影響目前尚不清楚。針對該問題,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室張樂高級工程師聯合李杰正高級工程師、任鐘元研究員和王志兵副研究員等人選擇峨眉山大火成巖省中的攀枝花鎂鐵質層狀巖體為研究對象,系統測定了全巖樣品和分選的主要造巖礦物(單斜輝石、斜長石、磁鐵礦和鈦鐵礦)的Mo同位素組成和含量,并獲得以下認識:  ?。?)攀枝花全巖樣品Mo含量變化較大(圖1):0.06 – 0.35 ppm;整體具有與硅酸鹽地球類似的Mo同位素特征(–0.20‰ 0.20‰)。主要造巖礦物Mo含量為:斜長石≈單斜輝石(~0.05 ppm)< 磁鐵礦≈鈦鐵礦(~0.5 ppm);并展示出顯著的Mo同位素分餾:磁鐵礦(–0.57‰ 0.26‰)<單斜輝石(–0.23‰ 0.16‰)<鈦鐵礦(0.19‰ 0.20‰)<斜長石(0.54‰ 0.32‰)。  ?。?)基于磁鐵礦和鈦鐵礦間的Mo同位素差異( 98/95Mo Mt–Ilm = –0.76‰),推測Mo在這兩種礦物間的分餾系數為0.99924。結合前人關于攀枝花巖體Fe同位素的研究( 56/54Fe Mt–Ilm ~ 0.75‰),可獲得如下Fe-O鍵強順序: IVFe Mt 3+ > IVFe I1m 2+ > VIFe Mt 3+ > VIFe Mt 2+ 。  ?。?)瑞利分離結晶模擬顯示(圖2),由于斜長石和單斜輝石具有低的Mo含量,這兩種礦物的分離結晶并不能顯著改變巖漿的Mo同位素組成。相反,Mo含量較高的磁鐵礦和鈦鐵礦的分離結晶將顯著改變巖漿的Mo同位素組成。由于Mo的分配行為以及鈦鐵礦和磁鐵礦的結晶順序與巖漿的氧逸度相關,氧逸度也是控制巖漿Mo同位素分餾的一個關鍵因素。   該研究對俯沖帶巖漿和月海玄武巖Mo同位素研究也具有一定啟示意義:俯沖帶重Mo同位素的巖漿一般歸因于板片俯沖過程釋放的流體具有重的Mo同位素特征,而板片內殘留的金紅石具有輕的Mo同位素組成。俯沖帶巖漿一般具有高的氧逸度,磁鐵礦是巖漿晚期重要的結晶相。由于磁鐵礦具有輕的Mo同位素特征,磁鐵礦的分離結晶也將促使巖漿具有重的Mo同位素組成。月幔具有低的氧逸度,鈦鐵礦是月海玄武巖的主要造巖礦物。前人的數據顯示月海高鈦玄武巖的Mo同位素略重于月海低鈦玄武巖( 98/95Mo highTi_lowTi = 0.04)。由于鈦鐵礦具有重的Mo同位素特征,高鈦玄武巖和低鈦玄武巖的Mo同位素差異可以解釋為高鈦巖石受到了鈦鐵礦堆晶作用的影響,或者高鈦玄武巖重的Mo同位素特征是繼承自其受鈦鐵礦堆晶作用影響的月幔源區。需要注意的是目前報道的月海玄武巖Mo同位素數據十分有限(3個低鈦+1個高鈦),需要開展更多的月海玄武巖Mo同位素研究來厘清高鈦和低鈦玄武巖的差異。 圖1 攀枝花層狀巖體柱狀圖(a),全巖和主要造巖礦物的Mo含量(b)和Mo同位素(c)組成 圖2 瑞利分離結晶模擬   該研究主要受中國科學院廣州地球化學研究所所長基金和中國科學院相關項目的資助,已發表于國際期刊《American Mineralogist》。   論文信息:Zhang Le* (張樂), Li Jie (李杰), Zhang Yan (張艷), Peng Bing-Yu (彭冰玉), Wang Zhi-Bing (王志兵), Ren Zhong-Yuan (任鐘元). 2024. Molybdenum isotopic fractionation in the Panzhihua mafic layered intrusion in the Emeishan large igneous province, southwest China. American Mineralogist, 109: 328-632.    論文鏈接翻譯搜索復制
    2024-03-05
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