分散基质固相萃取方法及其在痕量植物激素分析中的应用

Accurate and quantitative analysis of trace plant hormones in plants is an analytical problem, which is a major factor that limits the development of molecular mechanism research of plant hormones. It has been developed several methods including solid phase (micro)extraction, liquid phase microextraction, matrix solid phase dispersion and so on for extraction and purification of plant hormones. However, a long time is required for sample preparation that is prone to degradation and oxidation of plant hormones, and the extraction efficiency is still to be improved. .The aim of this project is to develop a new dispersive matrix solid phase extraction (DMSPE) method based on the combination of matrix solid phase dispersion (MSPD) and dispersive solid phase extraction (d-SPE). After blending the sample and solid dispersant, the homogeneous mixture is added extraction solvent and centrifuged to achieve rapid extraction and purification of solid samples. The DMSPE methods based on a single dispersants or mixed dispersant will be studied. The influence of operating parameters on the extraction and enrichment performance of DMSPE will be researched for clarifying the mechanism of DMSPE. Finally, the DMSPE approaches for brassinosteroids and gibberellins will be established, and further combined with chromatography - mass spectrometry technology for accurate and quantitative analysis of trace plant hormones in plant samples. The results of the project may provide not only important technical support for the mechanism study of plant hormones, but also a new thought for solid or semi-solid sample preparation.

植物体内痕量植物激素的准确定量分析难题是制约植物激素分子机制研究的主要因素。目前已经发展出固相（微）萃取、液相微萃取、基质固相分散等多种方法用于植物激素的提取纯化。但处理时间较长，易发生植物激素的降解或氧化，萃取效率仍有待提高。.本项目拟将基质分散固相萃取（MSPD）与分散固相萃取（d-SPE）相结合，发展一种新的样品前处理方法，即分散基质固相萃取（DMSPE）方法。将样品与分散剂混合研磨后，直接加入溶剂离心，以实现固体样品的快速提取和纯化。拟研究基于单一分散剂和混合分散剂的DMSPE方法；研究操作参数对DMSPE萃取富集性能的影响，阐明DMSPE萃取纯化的机制；以痕量油菜素甾醇和赤霉素为分析对象，建立DMSPE前处理方法，并结合色谱－质谱联用技术，实现植物样品中痕量植物激素的快速、准确定量分析。该项目的研究成果为植物激素分子机制的研究提供了重要的技术支撑，还为固体、半固体样品的前处理提供了新的思路。

植物激素是植物自身合成的控制其生长发育的代谢小分子，植物激素的时空分布研究对于解释其在植物体内的生理效应和分子作用机制具有重要意义。因此，发展微量植物样品（毫克至亚毫克）的超高灵敏定性定量分析方法是非常必要的。本项目创新地提出分散基质固相萃取（dispersive matrix solid-phase extraction，DMSPE）新方法，在固体吸附剂与固态样品研磨后，直接加入溶剂进行萃取离心，避免样品转移过程带来的损失，提高萃取效率。项目构建了基于单一吸附剂和混合吸附剂的多种DMSPE方法；详细研究了混合型DMSPE的多种操作方案对不同植物基质萃取效果的影响，总结出不同操作模式适应不同样品基质的规律。研究发现，DMSPE的最佳方案是“样品损失”和“样品除杂”之间的权衡。DMSPE操作方案的多样性使其能够适用于不同复杂程度的样品基质。将建立的DMSPE方法与液相色谱-串级质谱联用，发展了一种检测亚毫克级植物样品中痕量赤霉素的方法，对八种赤霉素的检测限为0.16-1.31 pg/mL，成功用于0.5 mg新鲜水稻和拟南芥样品中赤霉素的检测。该方法用于测定单片拟南芥叶片中赤霉素的空间分布，分辨率达到4 mm2。发展了一种基于混合型DMSPE检测油菜籽中痕量油菜素甾醇的方法，拟南芥和油菜籽的样品量分别低至0.5 mg和2 mg，灵敏度达到1.38-6.75 pg/mL，已成功用于长江流域不同省份油菜籽中油菜素甾醇的地域分布研究。研究成果为复杂植物样品中痕量植物激素的时空分布、分子机制的研究提供了有力的技术支撑。