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

我?；瘜W(xué)與化工學(xué)院周友平教授領(lǐng)導(dǎo)的天然產(chǎn)物穩(wěn)定同位素組學(xué)（ICB: Isotopomics in Chemical Biology）團隊，通過近3年的努力，率先開發(fā)出高等植物中木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元特定位點自然豐度氧同位素組成（PSIC-O：position-specific oxygen isotope composition）測定新方法。近日，相關(guān)成果在Analytica Chimica Acta發(fā)表，博士生王穎和青年教師朱震宇為論文的共同第一作者，陜西科技大學(xué)為第一單位和唯一通訊單位，自然資源部第三海洋研究所為論文參與單位。

PSIC-O可作為植物生長環(huán)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(zhì)素結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性對可靠提取PSIC-O信號形成巨大挑戰(zhàn)，世界上目前尚無類似工作的報道。針對木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，ICB團隊利用活性炭負載碳化鎢（W₂C/AC）作為催化劑，在無氧環(huán)境下通過高選擇性氫化解聚，獲得側(cè)鏈不含O，而苯環(huán)上O未受影響的木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元（圖一），并配合氣相-高溫裂解-同位素比質(zhì)譜儀聯(lián)用儀（GC/Py/IRMS）同時測定不同結(jié)構(gòu)單元的氧同位素組成?；贖，G和S型結(jié)構(gòu)單元之間的生物合成聯(lián)系，利用同位素質(zhì)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(zhì)素，發(fā)現(xiàn)在禾本植物中木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元氧同位素值的順序為：d¹⁸O_H>d¹⁸O_G>d¹⁸O_S，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(luò)氨酸，和攜帶分子O₂同位素信息的L-苯丙氨酸兩種前驅(qū)體對木質(zhì)素合成相對貢獻有關(guān)。

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

圖一 蘆葦莖木質(zhì)素解聚結(jié)果譜圖

圖二 木質(zhì)素特定位點氧原子同位素測定（PSIA）實現(xiàn)路徑

論文詳細信息：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 編輯：郭姍姍 學(xué)生編輯：韓佳蓉）