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土壤微生物磷脂脂肪酸分析的新方法-土壤生物过程研究团队最新研究成果

来源: 日期:2022-01-05点击:

土壤磷脂脂肪酸是活体微生物细胞膜的重要组成成分,也是研究微生物群落结构变化的重要生物标志物。因此,土壤中的磷脂脂肪酸图谱可用于监测微生物群落组成及其与养分有效性的关系,并可用于分析土壤、水环境和废弃物中各种环境胁迫下的微生物群落组成及功能变化。然而现有液相色谱-质谱磷脂脂肪酸分析方法存在关键磷脂离子化效率低,基质抑制效应明显等不足导致难以全面的分析磷脂脂肪酸图谱,气相色谱-质谱方法具有脂肪酸甲酯分离能力强,重现性好,灵敏度高,基质效应低等优势,但也存在前处理耗时、使用对环境不友好的均相酸/碱催化剂、易受杂质影响等缺陷。

为此,土壤生物过程研究团队以浙江慈溪千年时间序列水稻土土壤为模型生态系统,建立了一种热裂解辅助转酯的前处理技术结合气相色谱-质谱方法,能快速、准确、稳定且绿色的分析土壤中的磷脂脂肪酸图谱。该方法将可重复利用,高效、稳定的硅藻土多孔材料应用于磷脂脂肪酸的原位热裂解辅助转酯,从转化过程、机理及应用上进行了系统性的优化与研究。相关研究成果近期以“Pyrolysis-assisted transesterification for accurate quantification of phospholipid fatty acids: Application to microbial community analysis in 1000-years paddy soil chronosequence”为题发表在国际农林科学类一区期刊《Geoderma》(IF=6.114)。

研究结果表明:(1)以硅藻土为非催化材料,在反应温度370°C、反应时间8 min、甲醇浓度0.2 mL的条件下,热解辅助酯转酯反应能有效地将磷脂转化为脂肪酸甲酯,且不会引起脂肪酸的热裂解断裂;(2)热解辅助酯转酯反应具有高强度耐水与有机杂质的能力,表现出较好的线性、重复性与重现性;(3)多孔材料硅藻土能通过加热多次重复使用,且表现出较好的转酯化效率;(4)方法应用于千年时间序列水稻土土壤,表明海洋沉积物向农田转化过程中微生物群落生物量持续增加。除土壤理化性质外,氮素循环代谢关键酶对土壤微生物组成及功能也起关键的驱动作用。

图1热裂解辅助转酯机理及应用于千年时间序列水稻土分析

图2千年时间序列水稻土微生物群落分析及其与土壤理化性质、土壤酶的冗余分析

第一作者:蔡凯(2019级博士生)

通讯作者:蒋先军教授

通讯单位:西安东华高新技术有限公司

论文DOI

论文全文链接:

(土壤生物过程研究团队 供稿)

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