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科研动态
17 DEC 2021

红球藻虾青素资源开发研究取得重要理论和技术进展

近日,海洋试点国家实验室海洋生物学与技术功能实验室藻类与藻类生物技术团队在红球藻虾青素资源开发领域取得重要进展,发现多种非光依赖型代谢途径[包括:无氧呼吸糖酵解(EMP)、有氧呼吸三羧酸循环(TCA)、戊糖磷酸途径(PPP)和线粒体呼吸交替氧化酶途径(AOX)等]都对红球藻虾青素的合成积累产生重要调节作用。相关理论成果于2021年以3篇研究论文形式,分别由国际工程技术类一区Top期刊Bioresource Technology(生物资源技术)(IF=9.642)接受发表;而衍生出的相关技术成果,分别申报了4项国家发明专利,其中2项已获专利授权。 虾青素呈鲜红色,具有非常强的着色、抗氧化能力和多种生物学功能,在营养健康食品、医药保健和化妆品等领域都有广阔的应用前景。而红球藻是一种富含虾青素的单细胞绿藻,也是国际上生产天然虾青素的最好生物资源。以往认为:红球藻虾青素的生物合成过程主要受强光驱动和营养亏缺诱导,国内外研究大多侧重于光依赖型合成代谢过程(如光合作用、光保护和细胞生长等),很少关注分解消耗性的呼吸作用。即便近年来关注呼吸,也仅涉及光依赖型的光呼吸与叶绿体呼吸作用。如海洋试点国家实验室刘建国研究员团队发现光呼吸对虾青素合成具重要调控作用(Algal Research,2019,41:101520),证实叶绿体呼吸途径并非通过减少过剩激发能、降低对光合机构的直接破坏,而是通过缓解活性氧等抑制的光损伤修复、实现保护绿色游动细胞免受光损伤的(Algal Research,2021,54:102140)。至于非光依赖型呼吸代谢途径对红球藻虾青素合成积累的作用,国内外却鲜有报道。

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26 NOV 2021

我国首套天然气水合物侧向蠕变模拟装置投入使用

日前,由海洋试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室(以下简称“功能实验室”)自主研发的天然气水合物侧向蠕变模拟装置实验系统已经完成验收并投入使用,标志着功能实验室在模拟海洋天然气水合物开采工程地质灾害发生机理及演变规律方面迈出了关键一步。该设备为国内第一套用于测试含水合物沉积物侧向蠕变的专用设备,可模拟井筒存在和裂隙存在时的储层蠕变行为,有助于破解水合物试采过程中遇到的蠕变问题。 该大型设备首次将旁压和扁铲测试技术引入天然气水合物蠕变研究领域。扁铲测试技术是利用气压/液压使扁铲侧面的圆形钢膜向外扩张,测得土体在水平向不同位移时的反力大小的力学测试技术,其侧向变形与地层水力割缝变形方向一致,能够很好地模拟实际天然气水合物储层水力割缝外围的径向蠕变规律。旁压测试技术则是在膨胀囊体体积变化下测试土体变形和受力,其测试的是整个柱体周围土体的变形,该变形状态与实际开采井筒所受的应力状态方向一致,能够很好地模拟实际天然气水合物开采井井周地层的径向蠕变行为。旁压和扁铲测试手段和方法的引入,将是对水合物储层传统力学响应测试方法的有益补充,后续有望在含水合物沉积物蠕变力学行为研究方面取得突破性认识,为海域天然气水合物产业化地质-工程一体化调控方案的制定提供理论支撑。

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23 NOV 2021

现代洋中脊低温热液弥散流成岩研究取得新进展

现代洋中脊热液系统成矿过程是当前深海极端环境研究的重点科学问题,而该系统中低温热液流体因耦合了极端生命过程而倍加引人瞩目。近年来,海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室水合物研究团队通过积极开展国际合作,利用从西南印度洋中脊采集的低温热液矿物,系统开展了矿物学、元素地球化学和Fe、Si、O同位素地球化学的研究,提出了现代热液系统微生物介导的低温流体矿物的形成机制。通过深入分析,研究人员还发现,现代低温热液弥散流沉淀形成的Fe-Si氧化物与大氧化事件以来形成的铁硅建造在成分、结构以及同位素组成等方面有着很高的相似度。由此认为,大氧化事件之后,全球大洋广泛出现的铁硅建造的形成可能以与当前海底低温弥散流区类似的方式进行,即以微生物介导的铁沉淀和主要受控于无机过程的硅沉淀交替发生。该成果是在现代低温热液流体成矿研究领域获得的新突破,对破解地球铁硅建造之谜提供了新视角。 研究成果以“Insights from modern diffuse-flow hydrothermal systems into the origin of post-GOE deep-water Fe-Si recipitates(现代低温热液弥散流系统对大氧化事件以来深水Fe-Si建造成因的启示)”为题发表于国际地球化学领域的顶级期刊Geochimica et Cosmochimica Acta(地球化学与宇宙化学学报)。海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室孙治雷研究员为论文通讯作者,该成果的研究团队汇集了国内、外海底热液成矿领域的众多知名科学家,团队成员分别来自中国地质大学(北京)、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、青岛海洋地质研究所、加拿大滑铁卢大学、美国麻省理工学院、中国科学院北京凝聚态物理国家实验室、南方科技大学、自然资源部深地动力学重点实验室、自然资源部第三海洋研究所、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、美国加州大学河滨分校、南非约翰内斯堡大学、英国利兹大学等13个单位。在本研究开展过程中,各成员从自己擅长的角度系统探索了现代低温Fe-Si氧化物沉积体和古代铁硅建造的对比指标,最终识别出二者在成因上可对比地球化学“指纹”,获得了一系列创新性认识,是低温热液成矿领域一次典型的国际合作。

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09 NOV 2021

海域天然气水合物力学行为表征与预测取得重要进展

储层力学性质是天然气水合物钻完井及开采相关的地质灾害控制(如井壁失稳、底层出砂、海底滑坡、地层沉降等)的基础。经过近20年的发展,国内外在天然气水合物沉积物力学性质分析及评价方面取得巨大进展,力学行为分析手段也不断丰度。但受制样条件和对现场认识的限制,室内实验模拟结果很难与工程实际储层变形行为对应起来,其中关键的因素是:室内研究没有考虑实际地层水合物的分布特征,难以反映存在泥质夹层、低水合物饱和度夹层的特殊的地质结构特征。 针对上述问题,研究人员提出了水合物纵向层状非均质分布样品的制备方法,利用三轴剪切实验获得了不同的水合物纵向非均质分布条件下沉积物的变形行为,将其与水合物均质分布条件下的沉积物变形行为进行对比分析,获得了水合物饱和度互层、互层厚度等因素对地层宏观破坏强度、弹性模量、内聚力以及内摩擦角的等影响,阐明了水合物层状分布条件下沉积物剪切破坏机制。结果表明,低饱和度互层的存在使沉积物整体强度及刚度降低,储层更易发生塑性破坏。分析认为,产生上述现象的原因是:天然气水合物的分布模式通过影响沉积物颗粒的胶结特性及相对运动影响沉积物破坏过程,在高、低水合物互层界面处的泥砂颗粒产生力矩不平衡翻转。

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25 OCT 2021

Science子刊刊发海洋试点国家实验室国际高分辨率地球系统预测实验室最新研究成果

近日,国际顶级学术期刊Science(科学)子刊Science Advances(科学进展)在线发表了题为“An outsized role for the Labrador Sea in the multidecadal variability of the Atlantic overturning circulation(拉布拉多海在大西洋翻转流年代际变率上的重要作用)”的最新研究成果。该项成果由海洋试点国家实验室国际高分辨率地球系统预测实验室(以下简称“iHESP”)管理委员会成员Stephen Yeager研究员为第一作者兼通讯作者,海洋试点国家实验室主任委员会主任吴立新院士、中国海洋大学张绍晴教授、iHESP主任张平教授、管理委员会成员Gokhan Danabasoglu研究员、中国海洋大学王宏博士等论文共同作者科研团队合作完成。该成果利用海洋试点国家实验室运行完成的500年全球高分辨率工业前控制实验(PI CTRL)数据,分析了拉布拉多海对北大西洋翻转流(AMOC)在低频变率上(年代际以上时间尺度)的作用,阐明了北大西洋副极地海洋环流中东部和西部水团转换的相对贡献,并表明了虽然拉布拉多海并非是驱动AMOC环流的北大西洋底层水转换机制的主要贡献者,但拉布拉多海表层的水团通量是引起AMOC低频变率的关键动力机制,并且随着时间尺度增加,在AMOC的动力学驱动机制中的作用也会越发显著。 该研究协调了近年来AMOC观测研究和模式研究的理论冲突。近年来,AMOC观测数据分析认为拉布拉多海对于AMOC的驱动作用有限;但模式研究一直强调低纬度AMOC环流强度与拉布拉多海水团有关。该研究用500年的高分辨率模式实验数据分析发现,高分变率模式能够模拟出暖水团和冷水团的转换关键区,其位于北大西洋副极地海洋环流的东侧,并且峰值转换率约为16 sverdrups,这与北大西洋翻转流观测计划数据一致,证明高分辨率模式模拟的可靠性。而观测数据由于周期较短(12个月),模式数据与观测数据在短周期内能够彼此验证,从而模式数据能够进一步提供AMOC长期变化下的特征,即通过诊断分析,证明了拉布拉多海主要是在长时间尺度上对AMOC的低频变率起主要贡献作用。

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02 SEP 2021

海洋地质过程与环境功能实验室科学家成功利用热液来源的Hg和Sb示踪古黑潮动力演化历史

黑潮携带大量高温、高盐水体从低纬度海洋至中高纬度地区,在塑造北半球区域海洋环境和气候演化方面扮演着重要的角色。黑潮源自北赤道流,在菲律宾群岛东岸向北转,通过台湾东部海域进入冲绳海槽。经Tokara海峡黑潮主轴进入太平洋,并沿日本本岛继续向东北流,与亲潮相遇后向东汇入北太平洋。古黑潮动力学演化一直是古海洋古气候研究的热点和前沿问题,至今仍存在争议。 冲绳海槽南部和中部发育大量活跃的热液喷口。黑潮可以携带冲绳海槽热液来源的物质到远离热液喷口的区域,因此热液来源物质富集程度可用于示踪黑潮动力。在冰期低海平面时期,关于黑潮强度和路径的演化历史仍然存在争议。针对该问题,青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室、自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验石学法研究员领导的团队与台湾海洋大学、台湾中山大学和德国极地与海洋研究所的科学家合作,对位于冲绳海槽中部的MD01-2404岩心进行了高分辨率多指标分析,发现过去9万年以来岩心沉积物中的Hg和Sb浓度显著高于周边河流和陆架沉积物,并呈现间冰期高、冰消期和冰期低的变化模式。研究揭示MD01-2404岩心中Hg和Sb主要源自海底热液贡献,在轨道尺度上沉积物Hg-Sb的富集程度受黑潮动力控制。该研究发现黑潮动力在全新世和MIS5.1期增强,在冰消期和冰期黑潮动力减弱但仍流经冲绳海槽。通过与黑潮主轴上的沉积记录和其他气候指标进行比对,研究人员提出轨道尺度上黑潮动力变化主要受热带过程控制,同时也受副热带高压和西风带位置调节,这对于认识增暖背景下黑潮动力变化具有着重要意义。该成果是石学法团队继2014年在古黑潮演化重建方面取得的又一重要进展。

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