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  • 环境生物过程与技术研究组在全球小型水体温室气体排放研究方面取得重要进展
    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生态系统评估与保护研究组，与北京大学、中国科学技术大学、巴基斯坦真纳大学等相关团队合作，在小型水体温室气体排放研究方面取得重要进展。该研究首次系统阐明了人类活动对气候驱动的小型水体温室气体排放的放大效应及其微观机制，相关研究成果以“Human amplification of climate-induced greenhouse gas emissions from global small water bodies”为题，在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）。在全球碳循环中，由于技术监测不足，小型水体的贡献长期被系统性低估。全球温室气体排放估算以往主要聚焦于大型湖泊与河流，忽视了数以百万计的小型水体。传统估算方法是基于面积较大的水体的数据外推，然而小型水体因具有较高的周长面积比、较浅的水深以及较大面积的缺氧沉积区，其单位面积排放速率显著高于大型水体，已经成为内陆水体碳循环中的排放热点，但由于环境数据分辨率不高，无法捕捉施肥、养殖等局部人类活动压力，导致全球小型水体排放评估存在很大的不确定性。针对这一科学问题，研究团队整合了470个野外小型水体（<1 km2）的观测数据，用于训练机器学习模型，并将该模型扩展至包含328万个小型水体的全球数据库，成功量化了人类活动的放大效应。研究发现，虽然小型水体仅占全球内陆水域表面积的6%，却贡献了15%的二氧化碳排放和28%的甲烷排放，其单位面积甲烷排放通量比大型水体高出148%。其中，此前被全球评估忽略的甲烷沸腾排放，占总甲烷排放的56%。这种放大效应主要由农业养分负荷和土地利用强度驱动。农业集水区小型水体的甲烷通量比森林系统高5倍，化肥施用量与甲烷沸腾排放通量呈显著正相关。偏最小二乘路径模型证实，土地利用强度通过营养盐富集，间接驱动二氧化碳排放，而施肥对甲烷排放既有直接效应，也能通过营养盐富集，间接促进甲烷排放。未来预测显示，在化石燃料驱动的情景（SSP5-8.5）下，到2100年二氧化碳和甲烷排放将分别增加30%和14%；而在可持续发展路径（SSP1-2.6）下，通过减少养分负荷，可将增幅控制在12%和4%以内。这些发现表明，小型水体的排放兼具气候敏感性与社会经济可调控性，将水生生态系统管理纳入土地与气候综合政策框架已显得尤为重要。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，欧阳志云研究员和姜参参副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和京津冀区域综合环境治理国家科技重大专项的支持。图 气候与人为因素对小型水体温室气体排放的影响    论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2537678123环境生物技术实验室2026年6月9日
    2026-06-09
  • 气候变化正在加速耐药基因传播——中外联合研究在《柳叶刀·星球健康》发表
    近日，中国科学院生态环境研究中心朱永官研究员、周振超副研究员联合国科大杭州高等研究院乐敏研究员团队及多国合作者，在国际权威期刊《柳叶刀·星球健康》（The Lancet Planetary Health）在线发表最新研究成果。该研究整合1940—2023年间来自139个国家或地区的488,232株沙门氏菌基因组数据，系统评估气候变化与耐药基因传播之间的关系。研究发现，全球沙门氏菌耐药基因丰度在过去几十年中显著上升，并可能在未来进一步加剧全球抗生素耐药风险。该成果从“星球健康”视角揭示了气候变化、生态环境变化和公共卫生风险之间的深层联系，为全球耐药治理提供了新的科学证据。抗生素耐药性是21世纪全球公共卫生面临的重大挑战之一。长期以来，抗生素使用及其带来的选择压力被认为是耐药性产生和扩散的主要驱动因素。然而，随着全球气候变化加剧，温度升高、降水格局改变以及极端天气事件频发，病原菌的生存、传播和基因交换过程也在发生深刻变化。沙门氏菌是一类重要的人畜共患病原菌，可通过食物链、动物和环境等多种途径传播，并具有较强的耐药基因获取能力。因此，阐明气候变化是否会推动沙门氏菌耐药基因扩散，对于构建“同一健康”框架下的耐药风险预警体系具有重要意义。为回答这一问题，研究团队构建了覆盖全球、跨越80余年的沙门氏菌基因组和气候—社会经济综合数据集，并结合多元回归模型、Tobit模型、广义加性模型和反事实情景分析等方法，系统量化温度、降水、抗生素使用、城市化、卫生设施、饮用水服务、农业用地、杀虫剂使用、环境污染和经济水平等因素对耐药基因丰度的影响。研究结果显示，全球沙门氏菌平均耐药基因丰度较2010年前增加了38%，其中东亚和太平洋地区、拉丁美洲和加勒比地区的增幅高于全球平均水平，提示耐药基因扩张具有明显的区域差异。值得关注的是，研究发现温度和降水与沙门氏菌耐药基因丰度之间并非简单线性关系，而是呈现显著的非线性响应。换言之，气候变化对耐药基因传播的影响可能具有阈值效应和区域差异：升温可影响细菌生长、应激响应和基因水平转移过程；异常降水、洪涝和干旱等气候事件则可能通过改变水环境、卫生基础设施和病原菌迁移路径，促进耐药细菌和耐药基因在环境、人群和动物之间扩散。进一步基于共享社会经济路径和温室气体排放情景，对未来至2100年的沙门氏菌耐药基因变化趋势进行了预测。结果显示，在高排放情景下，全球变暖将进一步推动沙门氏菌耐药基因累积；而如果实现低排放目标，并同步加强抗生素药物管理，到2100年沙门氏菌耐药基因丰度可较高排放情景降低约24%。表明气候治理与抗生素药物合理使用并非彼此独立的政策议题，而应被纳入“同一健康”框架下协同推进。该研究从全球尺度提供了气候变化关联病原菌耐药基因扩散的定量证据，拓展了人们对抗生素耐药性驱动因素的认识。以往耐药防控主要关注抗生素使用、医疗行为和养殖管理等因素，而该研究提示，气候变化本身也可能成为影响耐药风险演变的重要环境驱动力。研究强调，未来抗生素耐药治理需要将气候变化因素纳入全球监测、风险评估和政策干预体系，通过“气候减缓—抗生素药物管理—同一健康监测”协同路径，降低气候变化背景下耐药性持续上升带来的公共卫生风险。本文通讯作者为中国科学院生态环境研究中心朱永官研究员、周振超副研究员和国科大杭州高等研究院乐敏研究员。周振超副研究员和滕霖副研究员为共同第一作者。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和北京市生态环境科技项目等支持。图 多种气候—政策情景下2025年至2100年ARG丰度预测（A）所有情景类型下全球沙门氏菌ARG丰度变化。实线表示主要非线性模型；虚线表示截断情景（“T”），即温度和降水被限制在历史观测范围内；点划线表示基于广义加性模型的非参数气候响应情景（“G”）。（B–G）不同情景下各区域截至2100年的耐药基因丰度变化。（H）不同情景下，2100年耐药基因丰度相较于历史观测数据的区域差异。ARG = 抗生素耐药基因；AS = 抗生素药物管理；SSP = 共享社会经济路径。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.lanplh.2026.101445土壤环境科学与技术实验室2026年5月27日<!--!doctype-->
    2026-05-27
  • 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
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