氨基糖在土壤有机碳和有机氮含量中的占比分别为 2% ~ 5%和 5% ~ 12%。由于植物不含氨基糖,土壤动物只向土壤贡献少量的氨基糖,因此土壤中的大部分氨基糖被认为主要来自微生物。氨基糖作为微生物死亡残体的生物标志物被广泛测定。目前可被定量分析测定的土壤氨基糖主要有 4 种:胞壁酸 (MurN)、甘露糖 (ManN)、氨基半乳糖 (GalN) 和氨基葡萄糖 (GluN)。其中,胞壁酸和氨基葡萄糖是微生物细胞壁残留物,胞壁酸只存在于细菌细胞壁中,氨基葡萄糖来自于细菌和真菌细胞壁,而甘露糖和氨基半乳糖的来源尚不清楚。氨基糖具有异源性,可作为微生物残留物标识物用于评估土壤中不同微生物死亡残体有机碳的含量。
影响土壤中氨基糖含量的因素
目前,常用的分析方法有气相色谱法、液相色谱法、红外光谱法和气质联用法。这些方法所采用的前处理方法和检测技术各不相同。气相色谱法前处理过程繁琐,且需要手动进行衍生化处理。红外光谱法虽具有结构定性方面的优势,但灵敏度较低。气质联用法具有定性、可靠性和灵敏度高的特点,但是由于成本太高,因而没有被广泛应用。高效液相色谱法采用自动进样器用户模式进行邻苯二甲醛 (OPA) 在线衍生的方法,操作简单方便。Indorf 等分析了激发波长、OPA 反应时间、四氢呋喃浓度和流动相 pH 对氨基糖分离的影响,对高效液相色谱法进行优化,使高效液相色谱法具有检出限低、灵敏度和准确度高等特点,从而使该方法得以广泛应用。
高效液相色谱法操作流程图(图左) 和气相色谱法操作流程图(图右)
1、仪器
高效液相色谱仪,包括带脱气单元的低压四元梯度泵、自动进样器、柱温箱、荧光检测器以及变色龙色谱数据处理系统。
2、试剂
甲醇,色谱纯;硼酸、50% 的氢氧化钠、二水合柠檬酸三钠、无水乙酸钠、盐酸,均为分析纯;四氢呋喃 (色谱纯)、2-巯基乙醇、邻苯二甲醛 (OPA) 和 4 种氨基糖标准样品胞壁酸、甘露糖胺盐酸盐、半乳糖胺盐酸盐和葡萄糖胺盐酸盐。
3、前处理
称取 1 g 鲜土于水解管中,加入 10 mL6 mol/L 盐酸,在烘箱中 105 °C 水解 6 h;待水解液冷却至室温后,摇匀溶液静置过夜;取 1 mL 上清液于粗玻璃管中,用氮吹仪在氮气水浴 30 °C 吹干,加入 1 mL 超纯水,于氮气水浴再次吹干;加入 2 mL 超纯水,混匀后过0.45 μm滤膜,该土壤氨基糖提取液于 4 °C保存待测。
4、定性方法
利用含有 4 种氨基糖的混合标准样品进行定量分析。首先对胞壁酸浓度为 10 μmol/L 和甘露糖、氨基半乳糖、氨基葡萄糖浓度均为 100 μmol/L的单标标准样品分别进样,然后根据单标标准样品的保留时间确定混合标准样品以及土壤样品中胞壁酸、甘露糖、氨基半乳糖和氨基葡萄糖的出峰顺序和保留时间。