PLFAs稳定同位素技术及其在土壤微生物学中的应用

磷脂脂肪酸(PLFAs)是微生物细胞膜的重要组分,可作为活体微生物的生物标记物。稳定同位素技术与生物标记物相结合为揭示微生物种群结构及其功能提供了一种有效的方法,可用来阐明复杂土壤生态系统中微生物源有机质代谢途径以及个别微生物种群特征,将特定微生物种群与相应生物化学过程相联系。介绍了PLFAs稳定同位素分析技术,包括气相色谱-燃烧-同位素比例质谱(GC-c-IRMS),气相色谱-质谱联机(GC-MS)以及核磁共振(NMR),并描述上述方法在土壤微生物学中的应用以及其优缺点。     

浦江葡萄同位素与矿物元素特征及地理标志保护模型构建

为探讨稳定同位素与矿物元素在葡萄产地鉴别上的可行性,本研究分别从浦江、浙江其他产地(慈溪、温岭)、上海和安徽4个不同产地采集代表性葡萄样品;通过稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)元素分析仪和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定其同位素比率与矿物质元素含量,结合化学计量学统计工具对浦江葡萄开展原产地判别研究.结果表...     

13C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。     

同位素稀释液相色谱-串联质谱法测定牛奶中黄曲霉毒素M_1

建立了同位素稀释-液相色谱-串联质谱测定牛奶中黄曲霉毒素M_1的分析方法。样品中添加同位素内标13C17-黄曲霉毒素M_1,甲醇-水(体积比为8:2)提取分析物同时沉淀蛋白,上清液过弗罗里硅土柱净化,用5 mL丙酮-水-甲酸混合溶液(体积比为96∶3.5∶0.5)洗脱,氮吹近干后,1 mL甲醇定容。实验结果表明,在线性范围内标准品面积比与质量浓度线性关系良好,相关系数(r~2)大于0.999;检测限(信噪比为3)为0.005μg/kg,定量限(信噪比为10)为0.015μg/kg,平均回收率为94.4%~97.2%,相对标准偏差为4.7%~10.6%,均符合痕量分析的要求。     

葡萄酒发酵前后稳定同位素特征变化及初步相关性分析

为探讨葡萄酒发酵前后稳定同位素的特征变化,通过元素分析仪-稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)对发酵前(全果、果汁与皮籽)样品和发酵后固体样品(皮渣和酒)中δ13C、δ15N、δ2H和δ18O进行了分析.结果表明,葡萄酒发酵前后各样品中δ15N、δ2H和δ18O均存在显著性差异;并且各元素的变化规律性不强,发酵前后相关...     

茶叶加工与样品制备对同位素分馏和测定的影响

为考察不同加工方式和样本制备目数对茶叶同位素分馏与测定的影响,建立茶叶中4种同位素δ¹³C、δ¹⁵N、δ²H、δ¹⁸O的元素分析-稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)分析测试方法,研究红茶和绿茶加工过程中同位素分馏及不同目数样本制备的测试影响。结果表明,通过两点法或三点法构建的校准曲线具有很好的相关性,能够满足测试精度要求;相同原料所加工红茶和绿茶中4种同位素比率无显著差异,未发现同位素分馏效应;红茶和绿茶通过研磨后过80目、100目和120目筛与未过筛4种茶叶样品之间同位素比率无显著差异(P<0.05)。因此,相同原料的非发酵(绿茶)和发酵(红茶)加工以及不同目数样本制备对4种稳定同位素测定均无显著影响。本研究结果为茶叶稳定同位素数据库构建以及样品制备提供了方法基础。     

Pu同位素在土壤侵蚀示踪中的应用

137Cs示踪技术目前在土壤侵蚀研究中应用最为广泛,但是随着环境中137Cs的衰变,寻找可以替代的放射性核素具有十分重要的意义。人造放射性核素Pu同位素与137Cs来源相同,但半衰期更长,且更容易被土壤中的细颗粒物质吸附。特别是随着测量技术的发展,电感耦合等离子体质谱技术(ICP-MS)以及加速器质谱技术(AMS)等的应用,使得Pu同位素的测量较137Cs更高效、灵敏。因而Pu同位素成为可以替代137Cs进行土壤侵蚀示踪的理想元素。本文从Pu的来源及分布、Pu在土壤中的吸附和固定、Pu同位素的测量方法三个方面分析Pu同位素示踪土壤侵蚀的基础,并对Pu同位素示踪土壤侵蚀的基本原理和应用现状加以简述,探讨了今后Pu同位素在土壤侵蚀示踪应用中的主要研究方向。     

测定土壤氨基糖和氨基酸手性异构体中氮同位素比值的气相色谱/质谱方法

建立了利用活性碳源和15N-NH4+培养-气相色谱/质谱联机测定土壤氨基糖和氨基酸手性异构体15N富集比值的方法,从而可有效区分土壤中原有的和利用外源氮素新合成的氨基化合物。在活性底物存在下,外加同位素氮素被迅速同化并合成氨基化合物,因而利用质谱技术可检测到同位素峰的强度变化。由于氨基糖和中性及酸性氨基酸分子中只有一个N原子,15N富集度可通过同位素峰(F+1)与母峰F相对强度的比值计算;但碱性氨基酸赖氨酸的质谱碎片m/z 439含有两个N原子,15N富集度应利用m/z 441(F+2)的相对强度的变化计算。15N在目标化合物中的富集程度用原子百分超(APE)评价,D-氨基酸的APE还需进一步利用水解诱导的外消旋化系数(HIR%)校正。APE值可反映氨基化合物的循环速率大小,是研究土壤氮素动态变化的有力工具。     

基于稳定同位素和矿质元素的决明子产地特征与溯源判别研究

为了更加精确高效地对中药决明子产区进行判别,本研究采用稳定同位素比质谱(IR-MS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术分别检测不同产地决明子稳定同位素比值和多种矿质元素含量特征,并结合化学计量学模型主成分分析(PCA)和人工神经网络(ANN)对决明子产地进行判别。方差统计结果表明,在优质产区(浙江新昌)决明子区别于普通产区决明子方面,19种矿质元素含量存在显著差异(P<0.05);PCA分析(同位素+矿物元素)显示,前2个主成分累计方差贡献率为45.23%,且该模型可显著区分道地产区决明子;ANN模型分析对浙江新昌产区的决明子判别正确率高达100%,且产地判别总体正确率高于90%。以上结果表明,稳定同位素比值和矿质元素含量结合化学计量学模型分析可有效判别决明子不同产区。本研究结果为决明子产地溯源提供了一种新的方法。     

不同栽培基质对6种侧耳属食用菌风味成分的影响

为探究不同栽培基质对侧耳属食用菌风味成分的影响以及不同品种食用菌间的风味成分差异,本研究采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术对桑枝、杂木屑和棉籽壳基质上栽培的6种侧耳属食用菌风味成分进行了分析。结果表明,18个样品中共检出47种挥发性化合物,包括13种醛类化合物、9种醇类化合物、9种酮类化合物、2种呋喃类化合物、2种酯类化合物等。18个样品中的共有成分有17种,包括正己醛、壬醛、1-辛烯-3-醇、3-辛酮、1-辛烯-3-酮、2-正戊基呋喃等。18个样品中挥发性化合物的种类和相对含量差异较大,但棉籽壳基质上栽培的6个菌株子实体中均出现了较高含量的酯类化合物。所有样品中的关键风味成分(ROAV≥1)均包括1-辛烯-3-酮和1-辛烯-3-醇,桑枝基质和杂木屑基质栽培的部分菌株中关键风味成分还包括正己醛、壬醛和2-壬烯醛等。18个样品中总5'-核苷酸含量和总游离氨基酸含量分别为7.86~43.86 mg·g^-1 DW和8.54~25.34 mg·g^-1 DW, 且杂木屑基质栽培的所有菌株中总游离氨基酸含量均高于桑枝基质和棉籽壳基质。综上所述,棉籽壳基质有利于侧耳属食用菌中酯类化合物的生成,而杂木屑基质有利于游离氨基酸的生成。本研究结果为侧耳属食用菌栽培及风味成分的开发利用提供了科学依据。     

大气CH_4中碳稳定同位素组成的PreCon-GC/C-IRMS系统测定

利用预浓缩装置-气相色谱,燃烧-同位素比值质谱仪(PreCon-GC/C-IRMS)联用系统,建立了就采样、浓缩和在线质谱分析大气CH_4中稳定碳同位素组成的测定方法.通过多组试验对比,分析并讨论了利用PreCon-GC/C-IRMS联用技术测定大气CH_4中碳稳定同位素比值的试验条件、系统线性、稳定性及准确度和精密度等.结果表明,在本研究方法条件下,当离子流强度在1.0～20 V时,系统线性良好(斜率S=0.04%./V),在4.0～15 V内其线性(斜率S=0.03%./V)优于总体线性;系统测量稳定性可靠,δ~(13)C值的测定结果的S.D<0.3‰,最大偏差<0.5‰,回收率达99.99%,准确度和精度均符合分析与研究要求.利用该系统对室内和室外草坪地空气中CH_4的碳稳定同位素组成做初步测试,其碳同位素的平均值分别为-31.358‰和-33.085%.,且相同地点区域空气中CH_4的δ~(13)C值,在1d内和不同日期间的变化均在0.5‰以内,重现性良好.     

液相色谱-同位素稀释质谱法测定全蛋液中恩诺沙星

采用添加混匀的制备工艺获得鸡蛋全蛋液样品,以氘代恩诺沙星-D5为内标,建立了全蛋液中恩诺沙星测量的液相色谱-同位素稀释质谱法。实验优化了全蛋液阳性样品制备混匀的工艺建立了QuEChERS前处理方法。结果表明,本方法在2~100%μg/L的浓度范围内线性良好,相关系数R=0.999,方法的精密度和准确性满足要求,检出限与定量限分别为0.5%μg/L和2.0%μg/L。本方法可作为基体标准物质定值方法应用于全蛋液基体标准物质的定值研究中。     

高比活度碳-14标记氟噻草胺的合成与分析

为开展除草剂氟噻草胺在我国的登记代谢试验,本研究以4-氟[U-¹⁴C]苯胺为同位素原料,经还原胺化、缩合、取代、水解和醚化五步放化反应获得N-(4-氟[U-¹⁴C]苯基)-N-异丙基-2-((5-(三氟甲基)-1,3,4-噻二唑-2-基)氧基)乙酰胺(2,总活度201.65 MBq;比活度2 049.80 MBq·mmol^-1;化学纯度和放化纯度均大于98%,总放化收率39%);以[¹⁴C]硫氰酸钠为同位素原料,经加成、水解、环化、重氮化和醚化五步放化反应获得N-(4-氟苯基)-N-异丙基-2-((5-(三氟甲基)-1,3,4-[2-¹⁴C]噻二唑-2-基)氧基)乙酰胺(3,总活度287.86 MBq;比活度2 042.40 MBq·mmol^-1;化学纯度和放化纯度均大于98%,总放化收率14%)。两种标记物的结构经核磁共振氢谱(¹H NMR)和质谱(MS)分析确认,质量指标经高效液相色谱(HPLC-PDA)、放射性薄层成像分析(TLC-IIA)、在线放射性高效液相色谱(HPLC-FSA)和液体闪烁法(LSC)测定,均可作为放射性示踪剂。本研究结果为氟噻草胺的同位素示踪研究(包括该除草剂在我国的登记代谢试验)奠定了物质基础。     

山东茶叶轻稳定同位素和矿物元素特征与产地识别化学计量学分析

为保护我国山东地理标志茶叶,通过元素分析仪-稳定同位素比率质谱(EA-IRMS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定轻稳定同位素比值、矿物元素含量或同位素比进行特征挖掘及探讨,并采用化学计量学方法对山东不同产地的绿茶进行识别分析研究。结果表明,山东各产地茶叶中δ¹³C、δ²H、δ¹⁸O无显著差异,但δ²H和δ¹⁸O表现出沿海地区高于沿海内陆地区的规律,且δ¹⁸O与δ²H变化呈较高的线性相关性(R²=0.817 5);崂山产地的δ¹⁵N值较大,与其他产地间差异显著;临沂-泰安产地与崂山、胶南和日照三地地质条件不同,使得茶叶中某些矿物元素特征表现出空间分布上的差异。利用偏最小二乘判别分析分别对崂山、日照与山东其他产地建立茶叶识别模型,总体判别准确度分别为97.8%(崂山模型)和96.4%(日照模型),能够有效识别2个产地的茶叶。本研究结果可为茶叶中稳定同位素、矿物元素特征与产地环境的关联性分析,地理尺度更小的茶叶产地判别和地理标志产品保护提供研究思路。     

基质效应对液相色谱串联质谱分析农药残留的影响研究

针对11种农产品基质,在液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)技术基础上,开展不同农药品种在不同农产品中的基质效应行为研究。结果表明,LC-MS/MS的测定以基质抑制效应为主,占比77.1%,大部分表现为弱抑制(51.5%)或弱增强(11.3%)基质效应,二者合计占比62.8%,只有10.8%的农药表现出强基质效应(5.8%强抑制,5.0%强增强),说明在不同蔬菜基质中,LC-MS/MS测定的基质效应不明显。另外,花椰菜、大蒜和柑橘3种农产品主要表现为中度和强度基质效应,尤其是花椰菜,强基质效应占比60.6%。使用MAD方法对测定数据的离散性进行分析,发现不同农药品种在普通白菜、番茄、豇豆、芹菜、香菇、西瓜、油麦菜等7种农产品中基质效应一致性较高,建议作为LC-MS/MS定量分析中的基质匹配农产品。     

大气浓度下N2O、CH4和CO2中氮、碳和氧稳定同位素比值的质谱测定

利用一种带全自动预GC浓缩接口(PreCon)的同位素质谱计,可以高精度地测定大气浓度下N2O、CH4或CO2中的碳、氮、氧稳定性同位素比值。本文就采样、浓缩和质谱测定技术进行了一系列方法试验,测得的结果准确可靠,证实方法是可行的。其可应用于空气质量监测、以及大气化学、植物的呼吸作用和土壤气体发生的研究。     

五种嘧啶苄胺类除草剂氘取代物的合成

为制备HPLC-MS/MS农药残留分析中使用的新发现除草活性成分的同位素内标物,本研究以全氘代甲醇为起始原料,通过亲核取代、氧化、缩合、还原等6步反应制备了5种活性成分的甲氧基的全氘代物,分别是4-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄氨基]苯甲酸异丙酯、4-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄胺基]苯甲酸正丙酯、N-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄氨基]-5-溴吡啶、N-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄基]-4-溴苯胺和N-[2-氯-6-(4,6-二(2H3)甲氧基-2-嘧啶氧基)苄基]-2,5-二氯苯胺。氘取代物结构通过NMR、MS、FTIR和UV确证。HPLC外标法分析表明,5种氘取代物的化学纯度均大于98%。这些甲氧基氘取代物完全满足质谱分析对内标物的要求,可作为HPLC-MS/MS分析的同位素内标物。     

恩诺沙星对厌氧发酵过程中水解酶活性及 沼气产量的影响

兽用抗生素因其具有防病、促生长的作用被广泛应用于畜禽养殖业,而在畜禽粪便发酵生产沼气的过程中,残留在畜禽粪便中的抗生素可能会抑制沼气发酵过程。该文以猪粪和玉米秸秆为原料,采用自行设计的恒温厌氧发酵装置,研究了外源添加恩诺沙星(ENR)对猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性及产气量的影响。结果表明,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星条件下,猪粪厌氧发酵初期不同浓度恩诺沙星对纤维素酶和脲酶活性有显著抑制作用(P0.05);厌氧发酵的前15 d,添加20 mg·kg?1恩诺沙星对蔗糖酶活性有一定的激活作用(P0.05),添加60 mg·kg?1和120 mg·kg?1的恩诺沙星对蔗糖酶活性有抑制作用(P0.05);猪粪厌氧发酵后期,恩诺沙星对纤维素酶、脲酶和蔗糖酶活性影响不显著(P0.05)。在发酵产气速率增长期的第5~11 d和21~31 d,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星对沼气产气速率有明显抑制作用(P0.05);而在发酵的第31 d后,添加各浓度恩诺沙星对沼气产气速率影响不大。在整个50 d的厌氧发酵过程中,与不添加恩诺沙星的对照相比,添加20 mg·kg?1、60 mg·kg?1和120 mg·kg?1恩诺沙星处理的总产气量分别减少7.38%、12.08%和15.77%。可见,恩诺沙星影响了猪粪厌氧发酵过程中水解酶活性和沼气产气速率及产气量,在厌氧发酵不同阶段,恩诺沙星对不同水解酶活性和产气速率影响也不同。该文研究结果可为无害化处理含恩诺沙星的畜禽粪便及提高厌氧发酵效率提供参考。     

不同发育期及授粉方式对设施甜瓜中稳定同位素比值变化的影响研究

为探究不同发育期及授粉方式对设施甜瓜稳定同位素比值变化的影响,本研究基于元素分析——稳定同位素比率质谱(EA-IRMS),测定在不同发育期和授粉方式中设施甜瓜的4种稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N、δ¹⁸O和δ²H),采用单因素方差分析法解析激素授粉和中华蜜蜂授粉对甜瓜稳定同位素比值的差异性。结果表明,在相同的种植和环境条件下,自然分馏效应导致设施甜瓜在不同发育时期的同位素差异。在甜瓜发育期间,不同授粉方式设施甜瓜的δ¹³C、δ¹⁵N和δ¹⁸O值较稳定,无显著差异(P>0.05),而在发育30 d时激素授粉与蜜蜂授粉甜瓜的δ²H值分别为-43.63‰和-53.50‰,存在显著差异(P<0.05)。本研究初步揭示了稳定同位素在甜瓜发育过程中以及不同授粉方式下的分馏情况,其中δ²H值可作为甜瓜授粉方式的一项标识性指标,对丰富设施甜瓜溯源体系具有重要意义。     

稻米中同位素与多元素特征及其产地溯源PCA-LDA判别

通过探究谷物中同位素与多元素的地域特色及其产地溯源的可能性,本研究采用稳定同位素质谱和等离子发射光谱质谱法测定稻米中同位素比率和多元素含量,并结合化学计量学中主成分分析(PCA)和线性判别分析(LDA)法建立模型,对不同省份的稻米进行产地溯源判定。结果表明,各地产的稻米中稳定同位素δ15N、δ13C、δD、δ18O数值范围不同,而且Li、Be和Na等其他矿物元素的含量变化较大,Pb、Sr同位素比率也各不相同,具有一定的地域特征。PCA法能够初步辨别各稻米地产,本研究进一步采用PCA-LDA法能够对大区域(黑龙江省、江苏省和辽宁省)的稻米进行产地判别,通过对23个样本进行判别验证,正确率为91%。对于黑龙江省4个地产的稻米样品,由于地理差异性比较小,同时样本数比较少,故只对其中2个产地稻米进行判别。通过同位素比率和多元素的含量的测定再结合化学计量学分析,一定程度上能够区分不同产地的稻米,为稻米产地溯源的可行性提供了方法依据。