稳定性同位素氘标记特罗类试剂的合成及其在分析检测中的应用进展

特罗类试剂(β-受体激动剂)是动物饲养过程中禁止使用的添加剂。概述了特罗类试剂的检测现状和稳定性同位素氘标记特罗类试剂的合成,重点阐述了稳定性同位素氘标记特罗类试剂在分析检测中的应用情况。国产化稳定性同位素标记试剂越来越多地进入市场,有助于我国食品安全体系的建设,将为人体健康保驾护航。

稳定同位素标记化合物二氢吡啶-^13C4的合成与表征

目的建立稳定性同位素标记的化合物二氢吡啶-^13C4(二乙基-1,4-二氢-2,6-二甲基-3,5-吡啶二羧酸酯-^13C4)的合成方法。方法以同位素标记的乙酰乙酸乙酯-1,3-^13C2为原料,经Hantzsch反应合成得到稳定性同位素标记的化合物二氢吡啶-^13C4(二乙基-1,4-二氢-2,6-二甲基-3,5-吡啶二羧酸酯-^13C4),并对其结构经1HNMR、^13CNMR和MS(ESI)进行表征。结果所合成的目标产品,化学纯度大于99.0%, ^13C丰度为99.4%(atom ^13C)。结论该化合物可作为食品安全领域检测用同位素内标试剂,具有重要的应用价值。

^(13)C标记磷脂脂肪酸分析在土壤微生物生态研究中的应用

磷脂脂肪酸(PLFA)是微生物细胞膜的重要组成成分,不同微生物群落可通过不同生化途径合成不同的PLFA,因此可选择某些PLFA作为微生物群落结构变化的生物标志物。PLFA与稳定性同位素^(13)C标记(^(13)C-PLFA)技术结合,不仅能够确定原位土壤环境中微生物群落组成,而且能够定向发掘土壤生态系统中参与碳源代谢过程的微生物群落,提供复杂群落中土壤微生物相互作用的信息,具有广阔的应用前景。其基本原理为:将富集^(13)C稳定同位素的基质加入土壤中,土壤中的某些微生物群落利用基质^(13)C合成PLFA,提取并纯化土壤微生物的PLFA,利用气相色谱-燃烧-同位素比例质谱(GC-C-IRMS)测定其^(13)C丰度,通过对比分析,从而获取微生物群落组成与其功能的直接信息。本文在介绍了^(13)C-PLFA原理的基础上,综述了该技术在光合同化碳的根际微生物利用、土壤有机质分解的激发效应、甲烷氧化、有机污染物降解、外源简单碳源和外源复杂碳源的微生物利用等方面的应用,对此项技术的优缺点进行了分析并展望了其未来应用。

生物质炭引起的土壤碳激发效应与土壤理化特性的相关性

生物质炭添加到土壤中将引发不同的激发效应,然而生物质炭激发效应与土壤性质之间的关系还不明确。将等碳量的13C稳定性同位素标记的小麦秸秆及其制成的生物质炭分别添加到4种不同性质的土壤中,室内培养1年,测定生物质炭及秸秆中碳元素在不同土壤中的降解量及其对土壤原有机碳的激发效应量。结果表明:生物质炭在黑土水稻土以及下位砂姜土水稻土中引发了显著的负激发效应,激发效应量分别为–284 mg/kg和–157 mg/kg,而在红壤水稻土以及低肥力红壤水稻土(长期定位不施肥的红壤水稻土)中引发正激发效应,激发效应量分别为33.3 mg/kg和58.0 mg/kg;秸秆在4种土壤中引发的激发效应量不同,均为正激发效应,正激发效应量远大于生物质炭。生物质炭激发效应量与土壤的EC(r=–0.884)以及pH(r=–0.824)呈极显著的负相关关系。生物质炭–碳在不同土壤上的累积降解量存在显著差异,黑土水稻土中为15.6 mg/kg,红壤水稻土中为14.2 mg/kg,下位砂姜土以及低肥力红壤水稻土中相似,分别为10.4 mg/kg和9.92 mg/kg;秸秆–碳的累积降解量远大于生物质炭–碳,其在低肥力红壤水稻土中的降解量显著低于其他3种土壤。生物质炭添加在黑土水稻土中碳净损失量最低,下位砂姜土水稻土中次之,低肥力红壤水稻土中最高。研究表明,生物质炭在土壤中的固碳效果不仅受到生物质炭–碳自身降解速率的影响,还会受到生物质炭引发的土壤碳激发效应量的影响。

植物标记和非标记定量蛋白质组学技术

蛋白质是细胞中重要的有机大分子,是生命活动的主要执行者.植物在受到外界信号干扰时其主要反应是通过调节细胞内蛋白质的合成和降解来恢复稳态.因而,蛋白质的定量分析有助于人们更深入地揭示植物细胞中蛋白质的动态变化及其分子功能.随着高分辨质谱技术的发展,使用质谱方法对蛋白质进行高通量定量和定性分析的蛋白质组学技术已经成为研究蛋白质功能的重要分析手段,同时也是植物生物学研究领域的热点之一.结合本课题组取得的研究成果,本文总结和概述了植物蛋白质组学定量方法的最新进展,包括非标记定量和稳定同位素标记分析方法,比较不同方法在蛋白定量的精确度、蛋白组覆盖率和稳定性等方面的优缺点,分析其在植物生物学研究中的应用范围,并对这方面的研究热点进行展望.

嘉陵江河岸湿地土壤好氧甲烷氧化潜力及关键功能微生物研究

河岸湿地是水域和陆地生态系统的交错带,也是微生物甲烷产生和氧化的热点区域。以嘉陵江(南充段)河岸湿地土壤为研究对象,采用室内微宇宙CH4氧化培养实验,以及基于13 CH4的稳定性同位素核酸探针(DNA-Stable Isotope Probing,DNA-SIP)技术和高通量测序技术,揭示该土壤中微生物的甲烷氧化潜力及其活性的好氧甲烷氧化微生物类群。结果表明,土壤中加入6%(v/v)的甲烷培养28 d后,甲烷的平均氧化速率为11.94μg g-1 d-1。通过对超高速密度梯度离心获得的DNA中pmoA基因的定量分析表明,好氧甲烷氧化微生物的DNA被13 C显著标记。对获得的13 C-标记的DNA测序发现,TypeⅠ和TypeⅡ的甲烷氧化菌主导了该土壤中的好氧甲烷氧化过程,其中TypeⅠ的相对丰度最高78.49%,包括Methylomicrobium、Crenothrix、Methylogaea,其中Methylomicrobium占比高达61.37%;隶属于TypeⅡ的Methylocystis参与了该土壤的好氧甲烷氧化过程。此外,FAPROTAX功能注释预测结果显示,13 C-DNA中微生物参与与碳循环相关的化能异养、甲醇氧化、甲基营养代谢等碳循环的功能,以及氮循环相关的固氮功能均显著增强,表明甲烷氧化微生物在进行甲烷氧化的同时,可能协同参与氮循环等其它生物地球化学循环过程。研究表明河岸湿地土壤的好氧甲烷氧化过程由多种具有代谢活性的微生物共同完成,为研究河岸湿地甲烷氧化关键微生物的生理生态特征提供参考。

城市人工湖沉积物中好氧甲烷氧化潜力及活性甲烷氧化微生物

城市人工湖是湿地系统中甲烷排放的热点区域之一.采用基于^(13)CH_(4)的微宇宙培养实验,并结合稳定性同位素核酸探针技术和高通量测序等方法,揭示城市人工湖沉积物的甲烷氧化潜力及好氧甲烷氧化的微生物作用者.结果表明,在加入5%的甲烷培养后,该沉积物的甲烷氧化速率为6.87μg g^(-1)d^(-1).培养20 d后,沉积物中甲烷氧化微生物的丰度增加18倍,且占总微生物群落的相对比例由1.82%增加到3.64%.超高速密度梯度离心分析^(13)C-DNA发现,隶属于类型I的Methylomonas、Methylovulum和类型Ⅱ的Methylocystis甲烷氧化菌主导了该人工湖沉积物的好氧甲烷氧化过程,类型I和类型Ⅱ在^(13)C-DNA的占比分别为72.50%和25.21%,此外,产甲烷菌Methanobacterium、新型甲烷氧化菌Methyloversatilis,以及潜在的参与到甲烷代谢中的Bradyrhizobium也在^(13)C-DNA中被检测到显著富集.本研究表明人工湖沉积物的甲烷氧化过程由多种微生物共同执行完成.结果可为研究城市湖泊甲烷氧化关键微生物的生理生态以及挖掘新型甲烷氧化菌群提供重要参考.

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.