内容速览

1.生命科学学院张鹏团队在脊椎动物通用环境DNA metabarcoding检测技术上取得新进展

2.电子与信息工程学院李朝晖教授团队成功研制出包含15个微腔的超高灵敏度光学超声传感器阵列

3.生态学院李添明教授与刘阳教授团队利用封闭实验、缓解措施实验以及社会调查揭示人与农田鸟类共存的方法

4.材料科学与工程学院杨功政副教授、王成新教授团队在水系钠离子电池领域取得重要进展

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.肿瘤防治中心陈明远团队最新成果：靶免联合为PD-1单抗失败的鼻咽癌患者带来新希望

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生命科学学院张鹏团队在脊椎动物通用环境DNA metabarcoding检测技术上取得新进展

脊椎动物作为自然生态系统中不可或缺的生物类群，在生态系统中起着重要的作用。而近40年的监控数据表明，全球脊椎动物种群的平均数量降低了68%，对生态系统造成深远影响。为及时掌握脊椎动物的数量变化、积极应对这些变化带来的各种挑战，开展大规模生物调查并且准确监测生态系统中脊椎动物多样性的组成变动是十分必要的。然而，传统的走样线、安置地笼或红外相机等调查方法不仅需要大量的人力物力，还需要专业的分类学知识，给大规模开展脊椎动物物种调查与监测带来了挑战。

近年来，一种调查和监测生态系统中生物多样性的新兴技术——环境DNA 宏条形码 (environmental DNA metabarcoding) 技术，为大规模开展生物调查与监测带来新机遇。该方法仅需对从水、土壤或空气等环境样品中获得的DNA进行实验分析，便可获得大量在相关区域活动的生物的信息，是一种非损伤性的、灵敏度高且简单高效的了解生物多样性的分子工具。然而，该方法的准确性在很大程度上依赖于扩增特定目标序列的PCR引物。对于脊椎动物而言，目前可用的大多数引物都是为特定类群设计的，如鱼类、两栖类、哺乳类等，而适用于所有脊椎动物的“通用引物”十分有限。此外，目前的脊椎动物环境DNA调查多采用单一标记片段，物种的检出率一般为90%左右，无法可靠获取某一生态系统中全面完整的脊椎动物生物多样性信息。

为了给依赖于环境DNA metabarcoding技术开展的脊椎动物调查提供新工具，并解决单一标记片段的局限性，张鹏教授团队通过分析NCBI数据库中约6500条脊椎动物完整的线粒体基因组数据，针对脊椎动物线粒体的12S、16S和COI三个基因，开发了一套新的脊椎动物环境DNA通用扩增引物集 (V12S-U、V16S-U和VCOI-U)。该引物集适用于所有的脊椎动物类群，且扩增子长度为200-250 bp，便于利用短读长测序平台获取数据。研究通过in silico PCR、mock DNA（混合已知物种DNA的模拟DNA）和动物园环境DNA的实验测试，评估并比较了新开发的引物与之前发表的7个引物的物种检测能力。研究结果显示，在mock DNA测试中，运用新的引物集在不同的模拟条件下均可以检测出全部的物种，效果优于其他引物；在动物园环境DNA扩增测试中，新的引物集可以检测出采样园区中饲养的全部脊椎动物，且扩增结果特异性高于其他引物。理论上，同时应用新开发的3个标记片段进行环境DNA分析，脊椎动物物种的检出率可以达到99.5%。

为了进一步探究基于多标记片段的环境DNA metabarcoding技术对脊椎动物多样性的调查能力，研究团队对广东省汕尾市新田镇与河口镇进行了野外环境DNA的采集，并与同院的范朋飞教授团队合作在唐家河国家自然保护区中采集了春秋两个季度的环境DNA样品。对这些环境样品使用新开发的引物集进行脊椎动物多样性调查共检测到了895个脊椎动物的OTUs，包括182个种、195个属和94个科，其中84%的物种为存在记录的本地物种，这展现出新引物集强大的物种检测能力与通用性。同时，研究结果表明使用多个标记片段比单一标记片段可以有效提高物种的检测效率，实现更好更全面的生物多样性调查，这对于监测生态系统中的脊椎动物等大型生物尤为重要。

使用多标记片段进行脊椎动物调查的效果

以上成果以“VertU: universal multilocus primer sets for eDNA metabarcoding of vertebrate diversity, evaluated by both artificial and natural cases”为题发表在国际生态学期刊Frontiers in Ecology and Evolution上，中山大学为第一作者单位。

来源：中山大学生命科学学院

“我院张鹏团队在脊椎动物通用环境DNA metabarcoding检测技术上取得新进展”

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电子与信息工程学院李朝晖教授团队成功研制出包含15个微腔的超高灵敏度光学超声传感器阵列

李朝晖教授团队近年来一直致力于搭建面向硫系微纳器件的制备平台，并依此开展多物理场的传感与成像应用研究。在算法研究方面，首次提出了基于先进光信息处理算法的数字光频梳技术在光谱并行解调中所具有的高效、大带宽、超快以及多维解调的优势Light: Science & Applications, 4(6), e300-e300 (2015) 和结合微瓶谐振腔实现双共振模式下超声信号超快解调的原创方案Photonics Research 8(3), 303-310 (2022)；在技术创新方面研发了具有高调制效率的非悬浮硫系声光调制器 Light: Science & Applications, 11(1), 1-11(2022)；在成像与调制应用方面展示了面向生物组织的高通量全息成像Nature Communications 12, 4712 (2021)和面向活体成年斑马鱼的高速调控Science Advances, 8(50): eadd9158 (2022)。这些研究成果表明先进光信息处理技术与新型硫系材料器件的结合在生物光子学领域超快光声成像、生物医疗传感等方面具有巨大的潜力和前景。

基于上述积累，研究团队研制出包含15个微腔的超高灵敏度光学超声传感器阵列，该微环传感器阵列具有高灵敏度、大带宽和小尺寸等优点，其中单个微环传感器具有175 MHz（-6 dB）的检测带宽和2.2?mPaHz?1/2的噪声等效压力，性能指标达到国际领先水平。基于可调的数字光频梳技术，该研究团队还研发了一套可与微环传感器阵列相匹配的高性能并行信号检测方案，对高速动态粒子、静态叶脉和活体斑马鱼等展示了光声计算成像结果。

微环传感器阵列实验结构图像

以上研究成果以“Parallel interrogation of the chalcogenide-based micro-ring sensor array for photoacoustic tomography”为题发表于著名期刊Nature Communications。中山大学博士后潘竞顺、博士研究生李强为共同第一作者，沈乐成副教授和李朝晖教授为共同通讯作者。

来源：中山大学电子与信息工程学院

“中山大学成功研制出包含15个微腔的超高灵敏度光学超声传感器阵列”

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生态学院李添明教授与刘阳教授团队利用封闭实验、缓解措施实验以及社会调查揭示人与农田鸟类共存的方法

农业发展对于减少贫困和饥饿至关重要，然而，在世界自然保护联盟濒危物种红色名录（IUCN Redlist）已评估的13400种野生动植物中，接近三分之一的物种受到农业发展的威胁。

为缓解农业发展等对生物多样性保护的威胁，全球政府一同努力将15%的地球陆地面积划为了保护地，在保护地内人为活动受到严格的管控（Land sparing）。另一方面，在人与野生动植物共存的区域或情形下 (Land sharing)，各国政府大力倡导和发展整合自然生物过程（如生物害虫控制和传粉）的可持续农业。这种农业模式有利于构建更具弹性的生态系统，具体的措施包括套种、保留林冠、增加农田周围灌丛等。

鸟类能够直接影响农作物产量，比如采食和粪便污染。但鸟类对农作物造成的直接损失可能会从社会层面掩盖其间接的生态系统服务价值，如控制农作物害虫和传播花粉。研究显示：鸟类能够有效控制野生植物和几种农作物上的植食性节肢动物。该研究构建了目前全世界最大的封闭实验数据集，其中包括153个封闭控制实验。在实验中，鸟类能否接近农作物被罩网有目的地进行了控制，同时罩网网格能够允许更小体型的节肢动物的自由进入。这样的实验对照就能够评估鸟类对农作物产量的净效用。通过整合分析发现，总体而言，鸟类能够增加木本作物的产量（比如咖啡、苹果、可可等）。相反，该研究发现鸟类常常给草本作物带来损失，如粮食作物（玉米、水稻、小麦等）。

目前，一系列传统的、现代的措施被用于减少鸟类造成的损失，包括彩带/旗帜（tape、ribbon、flag）、惊吓模型、物理障碍、声音、驱鸟剂、鸟栖木、给筑巢区喷除草剂、改变播种方式等。然而，至今仍没有全球尺度的研究系统评估这些方法的成效。为了评估这些措施，该研究构建了包含114个缓解措施实验数据的数据集。通过整合分析发现，非致死措施能够减少鸟类对农作物造成的损失。对于全阶段可用措施，彩带/旗帜、惊吓模型、罩网、声音、驱鸟剂都有一定的缓解作用。该研究对不同驱鸟剂的成效做了进一步分析，发现灭虫威methiocarb和4-氨基吡啶4-aminopyridine bait是有效的。然而，市场上最常见的驱鸟剂——氨基苯甲酸甲酯methyl anthranilate，基本上没有效果。在播种阶段使用的措施中，改变播种方式和秸秆掩盖比驱鸟剂蒽醌anthraquinone更有效。

实现人与农田鸟类的和谐共存并非易事，受多种复杂的社会因素影响。为此该研究整合了全球超过25000人的39个访问调查，以探究人们对农田鸟类的看法。统计结果显示，受访者对鸟类有正面态度的比例是负面态度的2倍（67% vs 29%），来自于低收入国家的人们对鸟类造成的损失更加敏感，对鸟类的非正面态度也较多。

最后，该研究提出了一个双赢的策略（win-win approach），也即全球相关部门（如农业和保护部门）应该通过培训生产者用更动物友好的方式（或非致死方式）去减少鸟类造成损失的契机，去宣传鸟类对全球木本作物产量的正面作用。该研究甄别了在哪些区域应该优先开展相关缓解措施。这些优先区域具有以下两个特征：1）更多的农作物受益于鸟类的生态系统服务；2）更高的生物多样性保护价值，即受危鸟类种数与鸟类丰富度的整合指标更高。该研究发现这些优先区域（图例中右上方颜色所示）集中分布于非洲和亚洲的热带区域，包括印度、印度-缅甸区（Indo-Burma Asia）、环撒哈拉区（sub-Saharan）、东非、东亚等地。

需要优先开展促进人鸟和谐共存措施的区域。地图以三分位数分割、重叠的方式将整合保护价值指标与农作物受益指标相重叠。图例中右上方深绿颜色代表区域有更高的保护价值且更多的农作物能够受益于鸟类

以上研究成果以“Insights into the coexistence of birds and humans in cropland through meta-analyses of bird exclosure studies, crop loss mitigation experiments, and social surveys”为题发表于PLoS Biology，博士后黄程博士为第一作者。中山大学生命科学学院范朋飞教授、博士生周凯文为本论文共同作者。

来源：中山大学生态学院

“PLoS Biology | 封闭实验、缓解措施实验以及社会调查的证据对人与农田鸟类共存的启示”

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材料科学与工程学院杨功政副教授、王成新教授团队在水系钠离子电池领域取得重要进展

水系钠离子电池由于安全环保、资源丰富等特点，在大规模储能领域展现出巨大的应用前景，是一类具有重要研究价值的二次电池体系。然而，它们的能量密度普遍较低，难以满足电网对大规模储能技术的发展需求。提高材料的质量比容量和平台电压是提升能量密度的关键。在现有的化学体系中，锰基普鲁士蓝（Na2MnFe(CN)6，下文中简称为NaMnF）具有最高的工作电压（3.5 V vs. Na+/Na）和理论比容量（约160 mAh g?1），是一种理想的水系钠离子电池正极材料。遗憾地是，NaMnF同样面临锰基储能材料的共性关键问题，即姜泰勒效应引起不可逆晶格畸变造成锰的溶解，最终导致循环稳定性能变差。如何有效抑制或缓解姜泰勒效应的负面影响，成为当前水系钠离子电池领域最大的科学难题之一。

近日，王成新教授和杨功政副教授团队报道了一种表面阳离子原位捕获策略，很好地解决了正极结构不稳定和电池循环稳定性差的问题。研究发现，NaMnF在充电过程中逐渐由单斜相转变为立方相，最终相变为四方相。在立方-四方相变过程中，高自旋Mn3+离子导致的姜泰勒效应引起锰的歧化反应，使得部分锰以Mn2+离子溶解于电解液中。当向电解液中引入微量的亚铁氰化钠作为添加剂，在充电过程中Fe(CN)64?电迁移至正极表面，能够捕获表面溶解的锰离子并原位快速成核、外延生长出NaMnF，从而在源头上消除了正极结构退化的隐患。SEM和TEM结果显示，NaMnF在引入添加剂的电解液体系下长循环后仍保持了完整的形貌和均匀的元素分布。EELS表征进一步在原子尺度上揭示了锰元素和价态的均匀分布，表明锰的溶解得到了很好地抑制。

基于这种新颖的表面改性手段，正极分别在0.5 A g?1和10 A g?1的电流密度下展现了157 mAh g?1和125 mAh g?1的比容量，平均工作电压近1.4 V。将该正极与PTCDI有机负极材料组装水系钠离子全电池，能量密度高达94 Wh kg?1，并在2 A g?1的电流密度下进行15000次充放电循环后容量持有率达73.4%。该项工作在循环寿命（此前普遍低于3000个循环周期）和能量密度（通常低于60 Wh kg?1）两项关键指标方面，均取得了重要突破。

电化学性能测试以及与其他水系钠离子电池的对比

以上研究成果以“Enabling long-cycling aqueous sodium-ion batteries via Mn dissolution inhibition using sodium ferrocyanide electrolyte additive”为题发表在国际著名学术期刊Nature Communications上。论文的第一作者是中山大学2021级硕士研究生梁兆恒，共同通讯作者是王成新教授及其团队杨功政副教授。中山大学材料科学与工程学院为唯一完成单位。

来源：中山大学材料科学与工程学院

“杨功政副教授、王成新教授团队在水系钠离子电池领域取得重要进展”

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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。每年夏季，格陵兰冰盖表面剧烈融化产生的融水在低洼处汇集形成冰面湖，甚至发育冰面水系。表面融水的产生、释放和运移过程直接影响着格陵兰冰盖质量平衡及其稳定性。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，中山大学测绘科学与技术学院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”为题发表于国际期刊Remote Sensing of Environment。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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肿瘤防治中心陈明远团队最新成果：靶免联合为PD-1单抗失败的鼻咽癌患者带来新希望

随着放疗技术的进步，放化疗综合治疗的应用以及微创手术挽救治疗的突破，鼻咽癌患者的总体5年生存率能够达到80%左右,总体疗效优于其他头颈肿瘤。鼻咽复发或远处转移是患者最主要的死因，这部分患者治疗方案的选择依然有限。PD-(L)1单抗显著提高了鼻咽癌患者的长期生存，因此目前PD-(L)1单抗已广泛应用于局部晚期、一线复发转移患者中。然而对于这一大批已使用过PD-(L)1单抗后进展的患者，能否再次接受免疫治疗、效果如何，尚没有相关临床研究报道，方案推荐的证据仍是空白。

本研究入组18例患者，其中5人入组时已经历≥2线治疗失败。前次（含）PD-(L)1方案结束距入组的中位时间间隔为2.9个月。77.8%的患者获得疾病控制，客观缓解率为33.3%，中位至缓解时间为2.1个月，中位缓解持续时间为4.2个月，中位无进展生存期达到7.2个月。该疗效同2线标准方案治疗未使用过PD-(L)1单抗的患者的疗效相似，体现出了该方案良好的应用前景。

研究也出现了类似阿帕替尼的抗血管靶向类药物的特殊不良事件——鼻咽坏死，表现为头痛、鼻出血等症状。这是一线医生密切关注、处理棘手的难题，也限制了抗血管靶向药物在临床上的广泛应用。

研究团队在设计本研究之初便考虑到了这个问题，入组时排除了出血风险高的患者，并在治疗中密切关注患者的鼻内镜及头颈部MRI检查结果，给予高危或已发生坏死的患者以及时处理，如血管栓塞、鼻咽坏死切除术、带血管蒂鼻底鼻中隔黏骨膜瓣修复术等，因此本研究中未出现因鼻咽大出血导致的死亡事件。

本研究是首个报道的面向既往接受过PD-(L)1单抗治疗后失败的鼻咽癌患者的临床试验。研究结果肯定了抗血管生成靶向治疗联合免疫治疗在后线复发转移鼻咽癌中的良好疗效以及可行性，同时为一线医生关注的抗血管靶向药物引起的鼻咽坏死提供了有效的处理方式,具有重要的现实指导意义。

鼻咽坏死后颈内动脉栓塞、坏死切除术及带蒂鼻腔粘膜瓣修复术示例

以上研究成果以“Camrelizumab plus famitinib in patients with recurrent or metastatic nasopharyngeal carcinoma treated with PD-1 blockade: data from a multicohort phase 2 study”为题发表于eClinicalMedicine，樊嘉院士、陈明远教授为本文的共同通讯作者，肿瘤防治中心丁茜博士、华贻军副主任医师、邹雄医师等为本文的共同第一作者。

来源：中山大学肿瘤防治中心

转自：“中大科研”微信公众号

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