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生物化学信号物质的研究

邓春晖  
【摘要】:生物个体之间和生物体内部的化学联系是一个普遍规律。经研究发现,植物之间能够通过挥发性的化合物传递抗病信息。当植物受到病毒或昆虫侵害时,会产生一系列次生代谢物质以抵抗病毒或昆虫侵袭, 与此同时,植物还会产生挥发性的化学物质,通过空气传播到临近的植株并诱导它们产生系统抗性;另一方面,植物还能探测到入侵昆虫的类型,并释放出特定的气味的化合物吸引昆虫天敌。研究植物之间传递的挥发性化学物质为开发全新的生态制剂、防治植物的病虫开辟新的途径。 不仅是植物,人体内部也时刻通过生物化学信号物质进行联系。当人体发生疾病时, 血液、尿液以及呼吸中会相应出现疾病标志性化合物。分析这些疾病相关的生物化学信号物质已经成为临床诊断疾病的一种重要的手段。生物医学研究结合分析化学、生命科学、医学等学科进行人类重大疾病的诊断、治疗已成为当前研究的热点。发展色谱质谱技术分析人体生物化学信号物质对重大疾病进行筛查和预警已经成为其重要的方向之一。糖尿病和肺癌是目前人类目前两类重大的疾病,通过血液分析和呼吸分析发现糖尿病和肺癌的标志物分子,然后建立简单、快速的疾病标志物的分析方法,这对于糖尿病和癌症早期诊断和预警有十分重大的意义。 无论植物之间的传播的挥发性信号化合物还是人类呼吸气体中的疾病相关的疾病标志分子,这些生物化学信号物质的分析通常是采用气相色谱来进行分离。但传统的气相色谱仪体积大、分析速度慢,不能满足生物化学信号物质现场、快速分析的需要。生物化学信号物质的研究迫切要求研制出一种能够进行快速、现场分析的仪器—微型便携式气相色谱仪。 本论文研究了番茄对烟草花叶病毒的防御反应中的生物化学信号物质,发展了一系列的分析植物化学信号物质(水杨酸和水杨酸甲酯)的方法,并应用这些方法研究了番茄植物抗病化学信号物质,首次发现了水杨酸甲酯是番茄植物在防御烟草花叶病毒过程中的化学信号物质,并且采用化学诱导和基因表达的实验方法进行了论证;在人体生物信号物质研究方面,发展了准确、快速分析糖尿病的标志物分子丙酮的新方法,论证了呼吸分析诊断糖尿病的可行性;我们还发展了顶空萃取血液中挥发物以及醛类化合物衍生化的分析方法,通过比较分析,我们 WP=7 第一次在肺癌的血液中发现肺癌的两个疾病标志物分子。由于生物化学信号物质现场、快速分析的需要,我们发明了色谱柱柱上直接加热和微型FID检测器,在其基础上成功研制了具有自主产权的微型便携式气相色谱仪。应用微型便携式气相色谱仪我们对番茄植物的化学信号物质和人类呼吸气体进行了现场、快速分析。研究的结果表明使用微型便携式气相色谱仪具有现场、快速分析的优点,非常适合用于生物化学信号物质的研究。 本论文共分五章。主要内容摘要如下: 第一章论述了生物之间化学联系的普遍性及研究植物之间传递的挥发性化学物质对开发全新的生态制剂、防治植物的病虫的重要性;并阐述了发展发展分子诊断技术对重大疾病早期诊断和预警的重大意义。此外还综述了生物化学信号物质的分析方法,指出了研制微型气相色谱仪的重要性和必要性。 第二章所述的论文工作中,首先发展了一系列的植物化学信号物质(水杨酸和水杨酸甲酯)的分析研究方法:(1)硅烷化气相色谱-质谱测定植物叶片中水杨酸。该方法具有分析速度快、灵敏度高等优点,适合于植物信号化合物水杨酸的快速分析。(2)直接样品引进热脱附气相色谱-质谱技术分析植物叶片中的信号化合物水杨酸甲酯。该方法的最大优点就是样品量少、无需样品准备且灵敏度高。它非常适合研究同一棵苗不同部位叶片对病毒或昆虫的防御反应差异。(3)固相微萃取气相色谱-质谱分析植物叶片中的信号化合物水杨酸甲酯。由于采用固相微萃取技术,该方法简单、方便、不需要有机溶剂。(4)固相微萃取气相色谱-质谱分析植物之间传递的信号化合物。利用该技术能够有效地富集植物释放的挥发物,与文献报导的其他方法相比,该方法更为简单。使用固相微萃取技术的最大的优点就是它可以和我们研制的微型色谱仪连用,在野外现场进行植物信号物质的研究。使用这些方法,我们研究了番茄感染烟草花叶病毒后对其的防御反应,发现番茄感染烟草花叶病毒后,在植物叶片中产生大量的水杨酸,然后迅速地转化为水杨酸甲酯,通过叶片组织释放出来。通过诱导实验和基因表达实验我们认证了水杨酸甲酯是通过空气传播诱导邻近的植物产生抗性的化学信号物质。 第三章所涉及的论文工作主要研究发展了色谱质谱技术分析了糖尿病和肺癌的生物标志分子,初步建立了诊断糖尿病和肺癌的简单、可靠的方法。我们发 WP=8 展了准确定量分析人类血液和呼吸中丙酮的浓度的方法:衍生化固相微萃取气相色谱质谱。这些方法具有简单、迅速、无需有机溶剂、检测限低且灵敏度高等优点。研究结果表明使用该方法能够快速准确地定量分析呼吸中丙酮浓度,从而诊断是否患有糖尿病。 本章论文工作还应用了顶空固相微萃取GC-MS方法分析血液中的挥发性化合物,通过比较肺癌患者和正常人的血液中的挥发性化合物,我们初步发现了两个肺癌的标记分子-己醛、庚醛。紧接着我们进一步发展了定量分析低分子量的醛的衍生化固相微萃取GC-MS方法,?


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