稳定同位素质谱仪在植物代谢组学中的应用

稳定同位素质谱仪在植物代谢组学中的应用

稳定性同位素质谱仪，是指一种专门测定C、H、O、N和S等稳定性同位素比值的质谱仪器（IRMS）。在轻元素的稳定性同位素分析时均以气体形式进行质谱测定，因此首先要将被分析的样品转化为气体。在离子源中气体分子被电离成带正电荷的离子，并经电场和磁场的作用将离子按照它们的质荷比分开，然后根据不同离子束流的强度测定稳定性同位素比值。稳定性同位素质谱测定可采用单路测量，或采用双路（样品路和标准路）测量的方式。单路测量是气体样品从进样系统的一路进入质谱中即可测得所需离子束的强度，并由比值计算出样品中同位素的原子百分数；而采用双路测量时，样品气体必须与工作标准气体进行交替比较测量，得出气体样品相对于标准气体的某种同位素的丰度比。

几十年来，采用同位素标记化合物的方法一直是生物分析经典的重要组成部分。在过去的15年里，许多使用稳定（非放射性）同位素作为高通量生物分析标记的新方法得到了发展。首先，植物代谢组很大，化学成分多样，在公共数据库资源中代表性不足，而公共数据库资源通常被临床、制药或石化相关化合物所占据。因此，植物代谢物注释可能是困难的和容易出错的，所以使用同位素标记策略提供的额外信息是有益的。此外，由于复杂植物基质的干扰，定量可能更容易出错，其中大部分可以使用稳定同位素进行控制。其次，可以为植物提供相对便宜的同位素标记营养素，并完全替代具有接近100%富集的稳定同位素的特定元素。例如Weber等人报告了一种稳定同位素代谢足迹法来表征水生自养生物的分泌物^[1]。来自¹³C富集藻类的渗出物通过固相萃取浓缩，并通过稳定性同位素质谱仪对其进行分析。同时开发了一种算法来自动精确定位那些具有高度¹³C富集同位素特征的代谢物，从复杂的海水背景中发现藻类渗出物。这种自动化工作流程提供了一种有效的方法来探索浮游植物细胞渗出的溶质的化学性质，并将促进新型溶解生物活性化合物的发现。

[1] Ralf J. M. Weber, Erik Selander, Ulf Sommer, Mark R. Viant, A Stable-Isotope Mass Spectrometry-Based Metabolic Footprinting Approach to Analyze Exudates from Phytoplankton[J]. Marine Drugs, 2013, 11(11): 4158-4175.

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