内容速览
1.生命科学学院张文庆教授课题组揭示昆虫抗药性进化导致抗虫作物收益降低的群体遗传机制
2.海洋科学学院海洋环境遥感研究团队于南海浮游植物分粒级初级生产力遥感监测研究取得新进展
3.环境科学与工程学院何春教授团队于臭氧催化净化含硫有机废气取得新进展
4.中法核工程与技术学院核数据科学及应用团队在核物理领域发表重要成果
5.测绘科学与技术学院郑雷副教授等发现格陵兰超一成冰面湖冬季埋藏在冰盖内部
6.中山医学院信文君教授团队在物质依赖的脑机制研究中取得新进展
01
生命科学学院张文庆教授课题组揭示昆虫抗药性进化导致抗虫作物收益降低的群体遗传机制
农业害虫是全球粮食生产的重要威胁，当前国内外对害虫的防治大量依赖化学农药。农药滥用一方面对生态环境和人类健康造成威胁，另一方面导致了害虫抗药性的快速进化，据报道目前已有超过600种害虫对至少一种农药产生了抗药性。因此，近年来，抗虫作物品种的培育和推广作为一种环保、经济、可持续的害虫防治措施得到了越来越多的关注。植物的抗虫化感物质与化学合成农药对害虫的作用机制在一定程度上是相似的，因此，不少科学家提出，早期的农药滥用很可能会让已产生抗药性的害虫更易对抗虫作物产生交互抗性，导致今后抗虫作物品种使用的预期收益降低。然而，目前关于害虫抗药性进化的生态后果还缺乏直接的遗传学证据。
张文庆教授课题组以水稻及其单食性害虫褐飞虱为研究对象对以上问题开展了研究，首先通过选择性进化实验，证明了褐飞虱抗药性种群能够快速适应抗虫水稻品种IR36。通过基因组重测序和选择性清扫分析，发现褐飞虱在适应抗虫品种IR36过程中，多个抗药性相关基因的位点受到了选择。其中，烟碱乙酰胆碱受体基因nAChR-α-7-like和细胞色素P450基因CYP4C61上的多个等位基因位点与褐飞虱对抗虫品种IR36的致害性表型变化显著相关。基于这两个基因上的等位基因位点，获得了褐飞虱的两种抗性基因型和一种敏感基因型，携带抗性基因型的纯合个体相比敏感基因型的纯合个体具有更强的抗药性和对抗虫水稻的致害性。
在随后的田间种群调查中，发现这两种抗性基因型早在2009~2010年就已经存在于我国多个省份的田间褐飞虱种群中，且随着农药使用年限的增加，抗性基因型个体在褐飞虱田间种群中所占的比例呈明显上升趋势，这也与近年来褐飞虱田间种群抗药性水平增强的趋势一致。值得注意的是，田间种群中的抗性基因型个体相比敏感基因型个体，对多种抗虫水稻品种均具有更高的致害力。
褐飞虱不同基因型与其抗药性和对抗虫水稻致害性的相关性
以上研究成果以“Insecticide resistance reduces the profitability of insect-resistant rice cultivars”为题在Journal of Advanced Research杂志上发表，中山大学生命科学学院为第一署名单位。
来源：中山大学生命科学学院
“我院张文庆教授课题组揭示昆虫抗药性进化导致抗虫作物收益降低的群体遗传机制“
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海洋科学学院海洋环境遥感研究团队于南海浮游植物分粒级初级生产力遥感监测研究取得新进展
海洋中浮游植物的初级生产力（primary production, PP）是海洋生态系统碳循环中的重要指标，反映了浮游植物的固碳速率和潜力，也是衡量海洋生态环境的关键要素。基于浮游植物粒径分级的PP研究，可以更深入地了解上层海洋的碳循环，从而揭示其对全球环境变化的响应，对于积极推动海洋生态环境保护和海洋资源可持续利用具有重要意义。然而，由于现场数据和算法精度的限制，关于南海不同粒径浮游植物PP的研究报道相对较少。
海洋环境遥感研究团队利用南海2006年至2020年20个航次的现场观测数据，包括生物光学参数、分粒级PP和P-E曲线等，以及相应的遥感数据，评估了两种浮游植物分粒级PP算法和垂向广义生产力模型（VGPM）在南海的适用性。研究结果表明，对于总PP的估算，U10算法表现最佳，其R2为0.65，平均绝对百分比偏差为31.11%。在微微型（<2 μm）和小型（>20 μm）浮游植物的PP估算方面，B17算法的准确性优于U10算法，而对于微型（2–20 μm）浮游植物的PP估算，则U10算法更为准确。敏感性分析显示，PP估算对叶绿素a（Chla）最为敏感，其次是真光层深度（Zeu）和光合有效辐射，最后是浮游植物光合生理参数。通过对算法中Zeu反演算法、浮游植物粒级结构参数、P-E曲线参数和Chla剖面高斯分布模型进行区域性优化，研究团队显著提高了浮游植物分粒级PP算法在南海的准确性。在长时序遥感数据的应用中，优化后的算法显示总初级生产力、微微型和微型浮游植物PP呈下降趋势，而小型浮游植物PP则没有明显的趋势。
该研究提升了卫星遥感算法在南海估算不同粒级浮游植物PP的准确性，并为了解南海海域生态环境对气候变化的响应提供了可靠手段。
遥感估算与现场观测的总初级生产力和分粒级初级生产力的比较
以上研究成果以“Evaluation of satellite-derived size-fractionated phytoplankton primary production in the South China Sea”为题发表于期刊IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing。论文第一作者为邓霖博士后，通讯作者为赵俊教授。
来源：中山大学海洋科学学院
“海院科研动态（81）| 南海浮游植物分粒级初级生产力遥感监测研究取得新进展“
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环境科学与工程学院何春教授团队于臭氧催化净化含硫有机废气取得新进展
近年来，金属-有机框架(MOF)衍生的碳基纳米催化剂在环境污染控制中受到了广泛的关注，本研究通过在ZIF-8 [Zn(Melm )2]n上定向生长ZIF-67 [Co(Melm)2]n得到核壳结构的ZIF-8@ZIF-67，将其作为模板合成异质结构的ZIF-8@ZIF-67-C ，并充分研究了ZIF-8@ZIF-67-C负载Al2O3的催化剂在净化CH3SH的性能和机理。ZIF-8@ZIF-67-C催化性能约为商业MnO2催化剂的30倍，同时具有较好的抗湿和抗中毒特性。理论计算揭示其机理为Co-N电子桥促进Co物种吸附O3，为O3提供电子并产生1O2，进一步将CH3SH氧化成CO2/SO42-。该研究探索了开发具有可控形貌和高催化性能的MOF-on-MOF衍生的金属/碳异质材料在臭氧催化中的应用，可为臭氧催化净化含硫有机废气的应用提供一种新的方法。
ZIF-8@ZIF-67-C催化剂合成路线
以上研究成果以“Nitrogen-coordinated cobalt embedded in hollow carbon polyhedron for catalytic ozonation of odor CH3SH at ambient temperature ”为题发表于期刊Chemical Engineering Journal，本科生温海琳以第一作者，何春教授为共同通讯作者。
来源：中山大学环境科学与工程学院
“我院2020级本科生温海琳以第一作者在国际高水平学术期刊发表研究成果”
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中法核工程与技术学院核数据科学及应用团队在核物理领域发表重要成果
原子核能级密度是一种重要的核结构数据，指的是给定激发能量下每单位能量的能级个数，包含了原子在不同激发态下核结构的关键信息，是核反应理论模型的关键输入参数，对反应截面的评估至关重要。原子核的能级密度对于所有有关核应用的研究都十分关键，被核反应堆、加速器和宇宙中的核合成等领域迫切需求，所以可靠的能级密度数据是很有必要的。然而能级密度很难通过实验直接测量，只有个别的能量点或者非常低能量时可以实验给出这个数据。至今为止，大多数评估的能级密度的方法都是采用唯像公式计算，其缺点是每个核的公式参数都不一样，而且规律性也不明显。这样对于实验数据较少的核，也就是大多数原子核，能级密度的评估都有较大的不确定性。
核数据科学及应用团队基于核子-核子相互作用，在原子核壳模型的框架下微观地计算了Xe和Ba核素等反应堆重要产物的能级密度。
原子核壳模型考虑一个冻结的核芯以及占据特定轨道的价核子，基于核芯对价核子的平均相互作用以及价核子之间的剩余相互作用，构建出薛定谔方程的哈密顿量，原子核的能级个数等同于该哈密顿量矩阵的本征值个数。该工作从一个统一的有效核力出发构建哈密顿量，通过随机统计方法微观地计算了Xe和Ba同位素的能级密度并分析了核力中各分量的贡献。计算得到的133-137Xe和135-138Ba的能级密度结果与实验数据相符合。由于该微观方法不依赖某个核的能级密度，可以用来系统地评估计算原子核的反应截面数据，具有可观的应用前景。
部分能级密度与累积能级数结果
以上研究成果以“Shell-model-based investigation on level density of Xe and Ba isotopes”为题发表于核物理领域权威期刊Physical Review C，袁岑溪副教授、陈胜利助理教授为共同通讯作者，20级硕士生陈进北，21级博士生刘梦兰为论文共同第一作者。
来源：中山大学中法核工程与技术学院
“学院新闻︱我院核数据科学及应用团队在核物理领域发表重要成果“
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测绘科学与技术学院郑雷副教授等发现格陵兰超一成冰面湖冬季埋藏在冰盖内部
随着北极的快速增温，格陵兰冰盖表面消融正日益加剧，表面融化已成为格陵兰冰盖物质流失最主要的方式，直接影响全球海平面变化。近期研究发现部分冰面湖的融水不会排走，也不会完全冻结，而是掩埋在雪层或冰层之下，形成冰盖次表面湖。这些掩埋在冰盖内部的湖泊成为了冰盖消融对海平面影响的重要缓冲区。美国国家航空航天局（NASA）“冰桥计划”（Operation IceBridge）的航空冰雷达监测结果表明掩埋湖广泛分布在格陵兰冰盖消融区。然而冰雷达测线的观测范围和频次都非常有限，且成本昂贵，无法探明全格陵兰冰盖掩埋湖分布并探究其演化规律。可见光遥感能够大范围监测夏季冰面湖变化，但无法探测埋藏在冰盖内部的湖泊；合成孔径雷达具备较强的冰雪穿透能力，但难以区分掩埋湖与其它弱散射地物（如山体阴影与裸冰）。
针对上述问题，中山大学极地与海洋遥感团队结合可见光遥感影像（包括Landsat 8、Sentinel-2A/B）与合成孔径雷达影像（Sentinel-1A/B），基于Google Earth Engine（GEE）平台发展了一套掩埋湖自动化遥感监测方法。该方法首先基于可见光遥感影像获取夏季冰面湖范围，并在此基础上确定冬季掩埋湖的搜索区；其次，通过搜索区内冬季雷达后向散射直方图形态特征判断掩埋湖存在与否，并确定自适应提取阈值，从而实现掩埋湖的自动化提取。多源卫星遥感数据监测结果表明掩埋湖主要分布在格陵兰冰盖的中西流域（CW）、西南流域（SW）和东北流域（NE）。2017–2022年平均夏季累计冰面湖总面积为1432.12平方公里，年平均冬季掩埋湖面积为182.27平方公里。冬季掩埋湖主要分布在海拔800–1700 m，平均海拔为1289 m。
总体而言，2017–2022年间夏季冰面湖的掩埋率（即冬季掩埋湖与夏季冰面湖面积之比）为12.73%。在海拔1000 m附近，掩埋率可超过60%。在积累率较高的东南流域，夏季冰面湖的平均掩埋率可达27%。与区域气候模型资料的对比结果表明冰面湖的演化与夏季冰面消融和初冬降雪过程密切相关。2019年的极端夏季融化导致格陵兰东北流域的冬季掩埋湖面积高出前一年近10倍。2021年初冬的强降水导致东南流域冰面湖的快速掩埋。即便在没有阳光直射的冬季，这些埋藏在冰盖内部的水体也会释放潜热和运移流动，改变冰体的水热和运动状态，持续威胁冰盖稳定性。
格陵兰冰盖冰面湖掩埋率。（a）–（e）中的红线和蓝线分别为各海拔带冰面湖与掩埋湖面积，黑色叉号为掩埋率。（f）为各流域年平均掩埋率
以上研究成果以“Multi-sensor imaging of winter buried lakes in the Greenland Ice Sheet”为题发表于期刊Remote Sensing of Environment，中山大学测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队郑雷副教授为文章的第一作者，陈卓奇副教授为文章的通讯作者，博士研究生李岚静、团队骨干梁琦助理教授、团队首席科学家程晓教授等为文章的合作作者。
来源：中山大学测绘科学与技术学院
“【科研动态】郑雷副教授等发现格陵兰超一成冰面湖冬季埋藏在冰盖内部”
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中山医学院信文君教授团队在物质依赖的脑机制研究中取得新进展
吗啡作为强效的镇痛药物，在医疗领域被广泛使用，但重复使用极易成瘾，导致严重后果。研究发现吗啡成瘾会引起大脑中神经环路和神经元活动的异常变化，这与成瘾形成和戒断症状密切相关。在成瘾形成过程中，奖赏效应（欣快感）与药物相关环境记忆的耦联是导致吗啡成瘾的重要原因。每一次吗啡的获得都会使个体产生欣快感，然而对曾经获得吗啡的环境记忆需要多次重复才可以形成，但其中的神经机制尚未可知。
本研究以中脑多巴胺系统为出发点，主要研究了IPAC在吗啡成瘾形成过程中参与奖赏和环境记忆的神经环路机制。通过建立大鼠吗啡CPP模型，借助环路示踪、化学/光遗传技术、在体钙信号记录等手段观察到在吗啡CPP过程中，每次吗啡使用都会激活VTAGABA→IPACLGABA，并通过对IPACL的去抑制作用介导奖赏效应的形成；而多次重复的吗啡给药抑制NAcShD1→IPACMGABA环路，通过促进环境记忆的形成参与CPP过程。我们的实验结果定义了两条投射到IPAC的精细神经环路：VTAGABA→IPACLGABA和NAcShD1→IPACMGABA分别参与了吗啡CPP形成的奖赏和环境记忆，共同促进药物成瘾。这项研究为成瘾疾病相关的神经回路提供了有价值的见解，为预防和治疗阿片类药物成瘾提供潜在神经环路靶点，这可能有利于未来开发新的治疗方法。
以上研究成果以“IPAC integrates rewarding and environmental memory during the acquisition of morphine CPP”为题发表于Science Advance，信文君教授、蒋斌教授为该论文的共同通讯作者，特聘副研究员王来健为该论文的共同第一作者。
来源：中山大学中山医学院
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