离子色谱HPAEC-PAD法测定杨树细胞壁非纤维素单糖组分

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.015

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 787-793.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.05.015

离子色谱HPAEC-PAD法测定杨树细胞壁非纤维素单糖组分

金小玲, 吴慧敏, 杨潮锋, 张进, 卢孟柱, 曾为()

浙江农林大学林业与生物技术学院，亚热带森林培育国家重点实验室，杭州 311300

收稿日期:2022-12-13 出版日期:2023-09-20 发布日期:2023-09-05
通讯作者: 曾为 E-mail:zengw@zafu.edu.cn
作者简介:金小玲（1998—）女，硕士研究生，主要从事植物代谢物生化分析方面的研究。
基金资助:
浙江省“十四五”育种专项林木协作组课题(2021C02070-1);国家自然科学基金项目(31971619);高等学校学科创新引智计划项目（111基地,D18008）

Analysis of Non-Cellulosic Monosaccharide Composition of Poplar Cell Wall by HPAEC-PAD

Xiaoling JIN, Huimin WU, Chaofeng YANG, Jin ZHANG, Mengzhu LU, Wei ZENG()

The State Key Laboratory of Subtropical Silviculture，College of Forestry and Biotechnology，Zhejiang A&F University，Hangzhou 311300

Received:2022-12-13 Online:2023-09-20 Published:2023-09-05
Contact: Wei ZENG E-mail:zengw@zafu.edu.cn
About author:JIN Xiaoling（1998—），female，graduate student，mainly engaged biochemical analysis of plant metabolites.
Supported by:
Zhejiang Provincial “14th Five-Year” Forestry Breeding Collaborative Grant(2021C02070-1);Natural Science Foundation of China(31971619);Discipline Innovation（111 Project,D18008）

摘要/Abstract

摘要：

为建立杨树（Populus spp.）细胞壁中非纤维素单糖的离子交换色谱-脉冲安培检测方法（HPAEC-PAD），通过对分离条件的优化，细胞壁中主要9种单糖可以通过一次进样，达到基线分离的效果。试验采用Dionex CarboPac^TM PA100（4 mm×250 mm）分析柱，以氢氧化钠为淋洗液进行梯度洗脱，流速为1.0 mL·min^-1，柱温为30 ℃的色谱条件，测定不同杨树种类细胞壁中单糖组分。结果表明，9种主要细胞壁单糖在0.5~150.0 mg·L^-1线性范围内线性关系良好，相关系数R²为0.999 0~0.999 3，方法的重现性（RSD）为1.09%~3.96%，加标回收率为91.32%~109.25%，最低检出限为1.57×10^-3~1.41×10^-2 mg·L^-1。试验结果表明杨树组培苗茎段细胞壁中半乳糖醛酸占比最高，其次为木糖，葡萄糖醛酸占比最低。本研究建立的方法适用范围广，操作简单，可用于杨树及其他物种细胞壁中单糖的检测。

关键词: 杨树, 细胞壁, 离子色谱, 中性糖, 糖醛酸

Abstract:

To establish an ion exchange chromatography-pulsed amperometric detection （HPAEC-PAD） method for non-cellulosic monosaccharides in poplar（Populus spp.） cell walls， the 9 main cell wall monosaccharides could be base-line separated in one run by optimizing the separation conditions. Dionex CarbiPac^TM PA100 （4 mm×250 mm） with sodium hydroxide analytical column was used for gradient elution at flow rate is 1.0 mL·min^-1 and the column temperature of 30 ℃ was used for the determination of monosaccharide fraction in the cell wall of different poplar species. The results showed that the 9 monosaccharides had a good linear relationship in the linear range of 0.5-150.0 mg·L^-1， the correlation coefficient R² was 0.999 0-0.999 3， the reproducibility（RSD） of the method was 1.09%-3.96%， and the recovery rate by standard addition was 91.32%-109.25%. The detection limit was 1.57×10^-3-1.41×10^-2 mg·L^-1. Galacturonic acid was the highest composition followed by xylose， and the glucuronic acid content was the lowest monosaccharide. The method developed in this study was widely applicable and simple， and could be used for the detection of monosaccharides in the cell walls of poplar and other species.

Key words: poplar, cell wall, ion chromatography, neutral sugar, uronic acid

中图分类号:

S792.11

金小玲, 吴慧敏, 杨潮锋, 张进, 卢孟柱, 曾为. 离子色谱HPAEC-PAD法测定杨树细胞壁非纤维素单糖组分[J]. 植物研究, 2023, 43(5): 787-793.

Xiaoling JIN, Huimin WU, Chaofeng YANG, Jin ZHANG, Mengzhu LU, Wei ZENG. Analysis of Non-Cellulosic Monosaccharide Composition of Poplar Cell Wall by HPAEC-PAD[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(5): 787-793.

图/表 8

图1

图2

图3

表1

表2

表3

表4

图4

参考文献 19

1	喻谨，岳永德，汤锋，等.不同地区竹叶中多糖的提取测定［J］.生物质化学工程，2014，48（3）：40-43.
	YU J， YUE Y D， TANG F，et al.Determination of polysaccharides from bamboo leaves in different regions［J］.Biomass Chemical Engineering，2014，48（3）：40-43.
2	LIU W， LIU Y M， ZHU R，et al.Structure characterization，chemical and enzymatic degradation，and chain conformation of an acidic polysaccharide from Lycium barbarum L.［J］.Carbohydrate Polymers，2016，147：114-124.
3	柴银，王虹，刘雅萌，等.离子色谱测定多糖的单糖组成的方法学研究及其应用［J］.药物生物技术，2016，23（4）：332-336.
	CHAI Y， WANG H， LIU Y M，et al.Methodology study of monosaccharide composition by HPAEC-PAD and its application［J］.Pharmaceutical Biotechnology，2016，23（4）：332-336.
4	TUSKAN G A， DIFAZIO S， JANSSON S，et al.The genome of black cottonwood，Populus trichocarpa（Torr.& Gray）［J］.Science，2006，313（5793）：1596-1604.
5	王烨.毛白杨速生纸浆林地下滴灌施肥效应研究［D］.北京：北京林业大学，2015.
	WANG Y.Research on effects of nitrogen fertigation on tree-growth and its mechanisms of action in populus tomentosa plantation［D］.Beijing：Beijing Forestry University，2015.
6	丁莉萍，王宏芝，魏建华.杨树转基因研究进展及展望［J］.林业科学研究，2016，29（1）：124-132.
	DING L P， WANG H Z， WEI J H.Progress and prospect of research in transgenic poplar［J］.Forest Research，2016，29（1）：124-132
7	KEEGSTRA K.Plant cell walls［J］.Plant Physiology，2010，154（2）：483-486.
8	BAR-PELED M， O’NEILL M A.Plant nucleotide sugar formation，interconversion，and salvage by sugar recycling［J］.Annual Review of Plant Biology，2011，62（1），127-155.
9	HAAS M， LAMOUR S， TRAPP O.Development of an advanced derivatization protocol for the unambiguous identification of monosaccharides in complex mixtures by gas and liquid chromatography［J］.Journal of Chromatography，2018，1568：160-167.
10	乐胜锋，王尉，王雅萱，等.离子色谱-脉冲安培法测定芦荟多糖中7种单糖的含量［J］.色谱，2019，37（3）：319-324.
	LE S F， WANG W， WANG Y X，et al.Determination of seven monosaccharides in aloe polysaccharide using ion chromatography with pulsed amperometric detector［J］.Chinese Journal of Chromatography，2019，37（3）：319-324.
11	曾荣香，张清华，管咏梅，等.柱前衍生化高效液相色谱法测定地稔多糖中单糖组成［J］.中国实验方剂学杂志，2015，21（10）：73-76.
	ZENG R X， ZHANG Q H， GUAN Y M，et al.Analysis of monosaccharide composition in polysaccharides extract from Melastoma dodecandrum by precolumn derivatization HPLC［J］.Chinese Journal of Experimental Traditional Medical，2015，21（10）：73-76
12	张强，季红福，周燕，等.离子色谱法测毛竹竹叶单糖和糖醛酸组成［J］.生物质化学工程，2019，53（6）：33-38.
	ZHANG Q， JI H F， ZHOU Y，et al.Monosaccharide and alduronic acid composition of bamboo leaves by ion chromatography［J］.Biomass Chemical Engineering，2019，53（6）：33-38.
13	O’NEILL M A， BLACK I， URBANOWICZ B，et al.Locating methyl-etherified and methyl-esterified uronic acids in the plant cell wall pectic polysaccharide rhamnogalacturonan II［J］.SLAS Technology，2020，25（4）：329-344.
14	BIDLACK J E， DASHEK W V.Plant cell walls［M］.Plant Cells and Their Organelles，2016：209-238.
15	程小乔，李科，陈雪梅，等.若干双子叶与单子叶植物细胞壁果胶结构单糖组成特征研究［J］.北京林业大学学报，2012，34（5）：44-49.
	CHENG X Q， LI K， CHEN X M，et al.Comparison of pectin structural monosaccharides in cell wall of dicotyledon and monocotyledon［J］.Journal of Beijing Forestry University，2012，34（5）：44-49.
16	CAFFALL K H， MOHNEN D.The structure，function，and biosynthesis of plant cell wall pectic polysaccharides［J］.Carbohydrate Research，2009，344（14）：1879-1900.
17	RATKE C， PAWAR P M A， BALASUBRAMANIAN V K，et al.Populus GT43 family members group into distinct sets required for primary and secondary wall xylan biosynthesis and include useful promoters for wood modification［J］.Plant Biotechnology Journal，2015，13（1）：26-37.
18	KANEDA M， RENSING K， SAMUELS L.Secondary cell wall deposition in developing secondary xylem of poplar［J］.Journal of Integrative Plant Biology，2010，52（2）：234-243.
19	PETTOLINO F A， WALSH C， FINCHER G B，et al.Determining the polysaccharide composition of plant cell walls［J］.Nature Protocols，2012，7（9）：1590-1607.

标准品 Standards	线性范围 Linear range /（mg·L^-1）	线性方程 Linear equation	相关系数 R²	检出限 Limit of detection /（mg·L^-1）	定量限 Limit of quantification /（mg·L^-1）	重现性 RSD（n=6） /%	保留时间 Retention time /min
岩藻糖 L-fucose	0.5~5.0	y=0.901 9x+0.067 5	0.999 2	1.57×10^-3	4.71×10^-3	1.09	5.43
鼠李糖 L-rhamnose	0.5~5.0	y=0.507 3x+0.024 2	0.999 3	5.77×10^-3	1.73×10^-2	1.76	11.72
阿拉伯糖 L-arabinose	5.0~25.0	y=0.865 4x+1.697 3	0.999 1	3.21×10^-3	9.63×10^-3	2.36	12.37
半乳糖 D-galactose	5.0~30.0	y=1.011 7x+1.608 6	0.999 0	2.14×10^-3	6.42×10^-3	1.64	16.00
葡萄糖 D-glucose	2.0~15.0	y=1.143 1x+0.676 7	0.999 1	3.49×10^-3	1.05×10^-2	1.75	18.07
木糖 D-xylose	5.0~40.0	y=0.7050x+3.079 2	0.999 0	6.28×10^-3	1.88×10^-2	2.11	21.68
甘露糖 D-mannose	0.5~5.0	y=0.803 7x-0.026 2	0.999 2	1.41×10^-2	4.22×10^-2	3.07	22.76
半乳糖醛酸 D-galacturonic acid	40.0~150.0	y=0.724 8x-4.107 8	0.999 1	7.76×10^-3	2.32×10^-2	3.84	33.07
葡萄糖醛酸 D-glucuronic acid	0.5~5.0	y=0.903 4x-0.101 8	0.999 3	5.17×10^-3	1.55×10^-2	3.96	35.89

分析物 Analytes	样品质量浓度 Found/（mg·L^-1）	加标量 Add/（mg·L^-1）	测定值 Measured value/（mg·L^-1）	加标回收率 Recovery/%	重现性 RSD（n=3）/%
岩藻糖 L-fucose	2.40	2.5	5.03	105.52	1.90
鼠李糖 L-rhamnose	1.81	2.0	3.97	109.25	4.86
阿拉伯糖 L-arabinose	8.42	10.0	17.70	91.51	2.92
半乳糖 D-galactose	13.74	15.0	29.61	105.80	1.69
葡萄糖 D-glucose	4.73	5.0	10.00	105.83	2.36
木糖 D-xylose	13.60	10.0	22.42	91.32	3.83
甘露糖 D-mannose	0.78	0.8	1.56	98.01	2.00
半乳糖醛酸 D-galacturonic acid	72.05	70.0	140.60	97.98	1.69
葡萄糖醛酸 D-glucuronic acid	1.57	1.5	3.15	105.19	3.96

分析物 Analytes	84K杨 84K poplar /（mg·L^-1）	山新杨 Shanxin poplar /（mg·L^-1）	银中杨 Yinzhong poplar /（mg·L^-1）	717杨 717 poplar /（mg·L^-1）	南林895杨 Nanlin 895 poplar /（mg·L^-1）
岩藻糖 L-fucose	3.40	3.28	2.48	3.37	2.40
鼠李糖 L-rhamnose	1.15	1.87	2.06	1.39	1.81
阿拉伯糖 L-arabinose	12.72	13.60	12.04	6.65	8.41
半乳糖 D-galactose	15.93	19.59	15.62	17.56	13.74
葡萄糖 D-glucose	9.04	8.71	6.95	9.48	4.73
木糖 D-xylose	35.37	20.03	14.69	30.19	13.60
甘露糖 D-mannose	1.73	1.45	1.94	1.81	0.78
半乳糖醛酸 D-galacturonic acid	79.90	84.71	81.87	44.85	72.05
葡萄糖醛酸 D-glucuronic acid	2.74	2.25	2.07	0.86	1.57

杨树种类 Poplar varieties	岩藻糖 L-fucose /%	鼠李糖 L-rhamnose /%	阿拉伯糖 L-arabinose /%	半乳糖 D-galactose /%	葡萄糖 D-glucose /%	木糖 D-xylose /%	甘露糖 D-mannose /%	半乳糖醛酸 D-galacturonic acid /%	葡萄糖醛酸 D-glucuronic acid /%
84K杨 84K poplar	2.44	0.74	9.99	5.92	5.92	27.78	1.13	44.41	1.66
山新杨 Shanxin poplar	2.60	1.33	11.77	6.28	6.29	17.33	1.05	51.86	1.51
银中杨 Yinzhong poplar	1.95	1.62	10.36	11.20	4.98	12.64	1.39	54.48	1.38
717杨 717 poplar	2.42	1.26	7.33	8.70	8.71	33.25	1.66	34.96	0.73
南林895杨 Nanlin 895 poplar	2.22	1.67	8.51	11.58	3.99	13.76	0.66	56.37	1.23

[1]	盖庆岩, 王紫莹, 付玉杰, 焦骄, 王慧梅, 鹿瑶, 刘婧, 富锦先, 徐晓杰, 姚兰. UV-B辐射对84K杨酚酸类化合物积累及其生理生化的影响[J]. 植物研究, 2021, 41(6): 878-887.
[2]	乔滨杰, 王德秋, 高海燕, 李召珉, 葛丽丽, 丁文雅, 赵曦阳. 干旱胁迫下杨树无性系苗期光合与气孔形态变异研究[J]. 植物研究, 2020, 40(2): 177-188.
[3]	王琪, 许志茹, 陈瑾元, 张双, 黄佳欢, 刘关君. 杨树重金属相关异戊二烯化植物蛋白(HIPPs)基因的鉴定及表达分析[J]. 植物研究, 2019, 39(6): 935-946.
[4]	袁佳秋, 田野, 洑香香. 基于EST-SSR标记的南方型黑杨主栽无性系鉴定及亲缘关系分析[J]. 植物研究, 2019, 39(5): 770-778.
[5]	李晰妍, 赵凯, 张雪梅, 周博如. 杨树MYB转录因子家族基因应答盐胁迫表达特性分析[J]. 植物研究, 2017, 37(3): 424-431.
[6]	祖元刚, 胡艳, 姜守刚. 红松多酚物质的提取工艺及其抗炎活性初步研究[J]. 植物研究, 2016, 36(4): 634-640.
[7]	严冬, 刘殿昆, 司冬晶, 郑密, 赵曦阳, 曲冠证, 李莹. 适用于双向电泳的杨树叶片蛋白质提取方法的研究[J]. 植物研究, 2016, 36(3): 469-475.
[8]	杜兆伟；郑唐春；李爽；臧丽娜；曲冠证；由香玲*. 小黑杨快繁与再生体系的优化[J]. 植物研究, 2015, 35(6): 904-907.
[9]	黄振1,2；李赟1,2；李媛1,2；王沛琦1,2；康向阳1,2*. ‘哲引3号’×‘北京杨’杂交子代悬浮细胞系的建立和植株再生[J]. 植物研究, 2015, 35(5): 696-703.
[10]	王秀伟1；贾桂梅2；毛子军2*；孙涛2；袁显磊2. NaCl胁迫对3个杨树无性系幼苗生长和光合生理的影响[J]. 植物研究, 2015, 35(1): 27-33.
[11]	李树春1；夏辉2；严冬2；孟丙南3；姚立新3；刘婷婷4；崔永洪5；程玉飞6；赵曦阳2,5*. 不同派别杨树无性系SSR遗传距离及聚类分析[J]. 植物研究, 2015, 35(1): 68-76.
[12]	杨逢建;刘维;李德文;祖元刚*. 重度盐碱地营造杨树人工林土壤改良效果[J]. 植物研究, 2012, 32(3): 339-342.
[13]	孙守慧;李威;吕长利;高国平;祁金玉;许哲. 杨树韧皮部次生代谢产物的提取与分析[J]. 植物研究, 2009, 29(1): 120-123.
[14]	祖元刚, 于景华, 唐中华, 郭晓瑞, 张宇亮, 孟庆焕. 植物叶片原生质体分离的可能机制[J]. 植物研究, 2005, 25(3): 272-273.
[15]	祖元刚, 于景华, 唐中华, 郭晓瑞, 孟庆焕, 张宇亮. 组织培养条件下喜树叶片细胞壁酸性降解的pH值观察[J]. 植物研究, 2005, 25(3): 286-288.

离子色谱HPAEC-PAD法测定杨树细胞壁非纤维素单糖组分

Analysis of Non-Cellulosic Monosaccharide Composition of Poplar Cell Wall by HPAEC-PAD

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 19

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价