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植物-微生物-礦物交互作用調(diào)控土壤微生物碳利用效率對氮輸入的響應
工業(yè)革命以來，化石燃料燃燒和農(nóng)業(yè)化肥使用等人類活動導致大氣氮沉降增加。持續(xù)的氮輸入會顯著改變陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。作為表征微生物生理代謝的重要指標，土壤微生物碳利用效率（CUE）決定著微生物將吸收的碳分配至其生長和呼吸的比例，在很大程度上調(diào)控著氮輸入背景下的土壤碳固持與分解過程。因此，闡明土壤微生物CUE對氮富集的響應機制是準確預測氮輸入背景下土壤碳動態(tài)的前提。以往研究主要關注氮輸入引起的土壤酸化和微生物養(yǎng)分限制對CUE的影響，尚不清楚土壤礦物保護及其調(diào)節(jié)的土壤碳可獲取性的作用。
為解決上述問題，中國科學院植物研究所研究員楊元合團隊等以青藏高原高寒草原生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，依托野外長期氮添加控制實驗平臺，結(jié)合18O-DNA標記、高通量測序等技術(shù)揭示了氮添加影響土壤微生物CUE的新機制。研究人員發(fā)現(xiàn)，礦物保護作用減弱引起的土壤碳可獲取性增加是導致氮輸入背景下微生物CUE增加的關鍵途徑。這一發(fā)現(xiàn)并不支持“微生物養(yǎng)分限制緩解和土壤酸化導致土壤微生物CUE變化”的傳統(tǒng)認識。進一步研究發(fā)現(xiàn)，礦物保護作用的減弱與植物多樣性下降、真菌群落組成變化以及土壤草酸含量的增加有關。該研究揭示了氮輸入通過改變植物-微生物-礦物交互作用調(diào)控土壤微生物生理代謝過程的新機制，為準確理解氮富集背景下的土壤碳動態(tài)提供了新視角。
內(nèi)容來源：
https://www.cas.cn/syky/202206/t20220607_4837217.shtml
2 有機氯污染修復與地質(zhì)桿菌生物多樣性研究中獲進展
氯代烷烴是一類人工合成、應用于各種工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的有機氯化物的統(tǒng)稱。由于生產(chǎn)、使用、儲存或處置不當?shù)仍?，氯代烷烴通過多種途徑進入大氣、土壤、地下水體系中，成為環(huán)境中的常見污染物。有機鹵呼吸細菌介導的還原脫氯過程是厭氧環(huán)境中包括氯代烷烴在內(nèi)的有機氯污染物生物降解的主要途徑之一?；谟袡C鹵呼吸細菌能量代謝的生物修復方法具有綠色低碳、可持續(xù)性強和環(huán)境友好等特點，具有廣闊的應用前景。
中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所污染環(huán)境微生物生態(tài)課題組以污染河流沉積物為接種源，建立了1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷富集培養(yǎng)體系。研究表明，基于河流底泥的富集培養(yǎng)物可將1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷完全脫氯還原為無毒無害乙烯。研究通過16SrRNA高通量測試表明培養(yǎng)體系中存在一株新型有機鹵呼吸型地質(zhì)桿菌（Geobacter），其介導的雙脫鹵反應將1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷分別還原脫氯至一氯乙烯和乙烯。該菌株以沈陽應用生態(tài)所（Institute of Applied Ecology）英文縮寫而被命名為地質(zhì)桿菌-IAE菌株（Geobacter sp. strain IAE）。16S rRNA系統(tǒng)進化分析表明菌株IAE與可降解四氯乙烯的地質(zhì)桿菌屬lovleyi 種SZ菌株和KB-1菌株高度相似（98.9%-99.7%）。此外，研究通過監(jiān)測1,1,2-三氯乙烷降解過程中的細胞生長情況揭示了菌株IAE可通過與脫鹵球菌（Dehalococcoides）的協(xié)同作用實現(xiàn)1,1,2-三氯乙烷完全脫氯至乙烯的過程。
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https://www.cas.cn/syky/202206/t20220613_4838010.shtml
開發(fā)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的電催化劑對電解水制氫的發(fā)展十分重要。鑒于Ru（釕）具有成本相對低廉和適宜金屬-氫鍵強度的優(yōu)勢，Ru基析氫電催化劑引起了廣泛關注，其中構(gòu)建多耦合活性位點已被認為是促進析氫動力學的有效途徑。但是在提高催化劑質(zhì)量活性時，如何同時實現(xiàn)高通量制氫成為催化劑設計的瓶頸問題。
近期，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員江河清帶領的膜分離與催化研究組與中國海洋大學等單位合作開發(fā)出一種氮摻雜介孔碳負載Ru單原子和納米團簇催化劑（NMC-RuSA+NC）。
科研人員研究發(fā)現(xiàn)催化劑中Ru主要以單原子RuN4結(jié)構(gòu)以及Ru納米團簇的形式存在，二者之間存在電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。密度泛函理論計算結(jié)果表明，Ru納米團簇和Ru單原子之間的強電子耦合效應加速了水的解離過程，并且優(yōu)化了金屬對H*的吸附強度，從而提高了催化析氫活性。此外，該催化劑的分等級多孔結(jié)構(gòu)可以加速反應物到活性位點的傳輸，并及時釋放生成的氫氣。得益于獨特的分等級多孔結(jié)構(gòu)和強電子耦合效應，研究開發(fā)的催化劑在堿性和酸性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化析氫性能，并能夠在低過電位下實現(xiàn)工業(yè)化水平的大電流密度（>500mAcm-2）。此外，該工作也探究了催化劑實際工業(yè)化的應用前景，所開發(fā)的NMC-RuSA+NC催化劑具有比商業(yè)Pt/C催化劑更高的質(zhì)量活性和更低的制氫成本，展示了其在工業(yè)電解水制氫中的應用潛力，為高通量、低成本析氫電催化劑的設計提供了新的見解和思路。
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https://www.cas.cn/syky/202204/t20220413_4831295.shtml
4 青藏高原高寒草地對氣候變化
和人為影響的響應研究獲進展
植被動態(tài)及其類型被認為是反映氣候的關鍵指標，受到生態(tài)學家和氣候?qū)W家的關注。目前，從植被帶再分布的角度探究氣候變暖導致植被向高海拔和高緯度轉(zhuǎn)移的研究較少。近年來，高海拔地區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展問題成為聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標關注的焦點，氣候變化的影響及其對高海拔地區(qū)植被的效應得到重視。
然而，人類活動常被忽視或僅限于定性分析，難以量化。作為中國四大基本牧區(qū)之一的青藏高原牧區(qū)在我國具有舉足輕重的地位，畜牧業(yè)在青藏高原的國內(nèi)生產(chǎn)總值中占較大比重。隨著人口和城市化的發(fā)展，奶類、肉類、皮革、毛皮和其他動物產(chǎn)品的需求同步激增。牧民收入與其擁有的牲畜數(shù)量高度相關，收入需求的增長刺激了青藏高原畜牧業(yè)的過度發(fā)展。近幾十年來，人類活動對生態(tài)系統(tǒng)特別是高寒草地和高寒草甸的影響正在加速和加劇。過度放牧、鼠害、蟲害和草地退化常有報道，持續(xù)加強的人類活動不利于青藏高原高寒草地系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。目前，氣候變化和人類活動已經(jīng)導致青藏高原（QTP）大部分地區(qū)植被退化。有研究指出，氣候變化而不是過度放牧是青藏高原大規(guī)模植被覆蓋變化的主要原因。然而，目前尚不清楚人類活動（主要是牲畜放牧）如何調(diào)節(jié)青藏高原植被動態(tài)氣候變化。
基于上述科學問題，中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院魏彥強研究團隊以目前全球最長序列的衛(wèi)星產(chǎn)品AVHRR/GIMMS歸一化植被指數(shù)（NDVI）為指標，分析了青藏高原植被帶的生長動態(tài)變化以及青藏高原對氣候變化的敏感性。研究分析了1981-2015年間植被生長的時空動態(tài)，通過對青藏高原87個氣象站點數(shù)據(jù)和經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)的相關性分析，檢驗了氣候變化和人類活動的雙重影響。研究發(fā)現(xiàn)：（1）青藏高原中部和西南部高海拔地區(qū)的植被由于氣候暖濕化趨勢而得到改善。全球變暖導致高海拔地區(qū)氣溫升高而低溫天數(shù)減少，導致植被生長面積擴大，NDVI呈現(xiàn)一致增長趨勢。（2）退化區(qū)域主要集中在青藏高原東北部和東部的人、畜密集區(qū)。與溫和變化的氣候趨勢相比，人為活動，例如人口和牲畜長期集中在氣候相對溫和的低海拔山谷谷地，對這些地區(qū)的植被施加了更大壓力。研究表明，人類活動壓力比氣候變化的影響更強烈，是對青藏高原高寒草地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的威脅，對青藏高原植被的保護和可持續(xù)發(fā)展及管理十分重要。
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https://www.cas.cn/syky/202206/t20220614_4838203.shtml
5 光催化飽和氮雜環(huán)氧化脫氫新策略
光催化飽和氮雜環(huán)需氧氧化脫氫示意圖
不飽和氮雜環(huán)是重要的有機合成中間體，廣泛存在于藥物、生物活性分子以及天然產(chǎn)物骨架中。飽和氮雜環(huán)的氧化脫氫（ODH）是合成不飽和氮雜環(huán)高效簡潔的方法。傳統(tǒng)基于過渡金屬熱催化ODH過程往往使用化學計量且環(huán)境不友好的氧化劑，存在選擇性低、官能團兼容性差等弊端。因此，如何實現(xiàn)溫和條件下不飽和氮雜環(huán)高效氧化脫氫過程是合成和催化領域關注的研究熱點。
近期，中國科學院青島能源所研究員楊勇帶領的低碳催化轉(zhuǎn)化研究組開發(fā)出氧空位強化可見光催化氧化脫氫策略，實現(xiàn)了室溫條件下不飽和N-雜環(huán)芳烴的綠色可持續(xù)合成，催化效率高、底物使用范圍廣、官能團兼容性好。該策略同時實現(xiàn)了具有高生物活性C-核苷類似物的首例光催化高效合成，也適用于可見光甚至日光照射下克級規(guī)模的合成，展現(xiàn)出實際應用的潛力。此外，該催化劑在重復使用10次后，依舊保持高催化活性和穩(wěn)定性。
研究為不飽和氮雜環(huán)的合成提供了綠色高效的新催化策略，也為半導體光催化劑的設計及其在催化有機反應中的應用提供了參考和理論基礎。
內(nèi)容來源：
https://www.cas.cn/syky/202206/t20220616_4838560.shtml
排版 | 蘿卜娟
審核 | 六朵 蒼翼蝴蝶 淡定珠子
