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

我校化學與化工學院周友平教授領導的天然產物穩定同位素組學（ICB: Isotopomics in Chemical Biology）團隊，通過近3年的努力，率先開發出高等植物中木質素結構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，相關成果在Analytica Chimica Acta發表，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，木質素結構的高度復雜性對可靠提取PSIC-O信號形成巨大挑戰，世界上目前尚無類似工作的報道。針對木質素結構的復雜性，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），并配合氣相-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。

圖一 蘆葦莖木質素解聚結果譜圖

圖二 木質素特定位點氧原子同位素測定（PSIA）實現路徑

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 學生編輯：韓佳蓉）