科學研究

我校周友平教授團隊在高等植物木質素結構單元特定位點自然豐度氧同位素組成研究中取得突破

2021-05-26 18:27 文、图/化工学院 朱震宇 点击:[]

我校化学与化工学院周友平教授领导的天然产物稳定同位素组学(ICB: Isotopomics in Chemical Biology)团队,通过近3年的努力,率先开发出高等植物中木质素结构单元特定位点自然丰度氧同位素组成(PSIC-O:position-specific oxygen isotope composition)测定新方法。近日,相关成果在Analytica Chimica Acta發表,博士生王穎和青年教師朱震宇爲論文的共同第一作者,一起彩票爲第一單位和唯一通訊單位,自然資源部第三海洋研究所爲論文參與單位。

PSIC-O可作爲植物生長環境、代謝和氣候信息的集成載體,記錄了大氣氧、水源氧的來源和生化合成信息。然而,木質素結構的高度複雜性對可靠提取PSIC-O信號形成巨大挑戰,世界上目前尚無類似工作的報道。針對木質素結構的複雜性,ICB團隊利用活性炭負載碳化鎢(W2C/AC)作爲催化劑,在無氧環境下通過高選擇性氫化解聚,獲得側鏈不含O,而苯環上O未受影響的木質素結構單元(圖一),並配合氣相-高溫裂解-同位素比質譜儀聯用儀(GC/Py/IRMS)同時測定不同結構單元的氧同位素組成。基于H,G和S型結構單元之間的生物合成聯系,利用同位素質量平衡計算獲得PSIC-O(圖二)。利用該方法研究野外成長植物木質素,發現在禾本植物中木質素結構單元氧同位素值的順序爲:d18OH>d18OG>d18OS,而木本植物中的氧同位素順序恰好與之相反。這種禾本和木本之間的差異可能與攜帶葉片水分18O富集信號的L-絡氨酸,和攜帶分子O2同位素信息的L-苯丙氨酸兩種前驅體對木質素合成相對貢獻有關。

該工作得到了國家重點研發計劃“戰略性國際科技創新合作”(2018YFE0206400)、國家自然科學基金面上項目(41973072、41773032、32071507)等項目的支持。

图一 芦苇茎木质素解聚结果谱图

图二 木质素特定位点氧原子同位素测定(PSIA)实现路径

论文详细信息:Ying WANG, Zhenyu ZHU, Yu XIA, Muyang ZHONG, Ran MA, Yu ZHAO, Qing MIAO, Bo WANG, Yi MA, Xijie YIN, Youping ZHOU,Accessing the Position-Specific18O/16O ratios of Lignin Monomeric Units from Higher Plants with Highly Selective Hydrogenolysis followed by GC/Py/IRMS Analysis,Analytica Chimica Acta,2021(https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338667)

(核稿:邵亮 编辑:郭姗姗 學生编辑:韩佳蓉)

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