茉莉酸类激素高效分离与高灵敏度检测及其在水稻颖花开放机理研究中的应用

茉莉酸类植物激素（JAs）是迄今发现的唯一能灵敏、快速、有效地诱导水稻颖花开放的一类植物内源激素。本课题拟水稻颖花中JAs为对象，研究JAs的高效毛细管电色谱（CEC）分离用的分子印迹整体柱技术，CEC微柱分离与高灵敏度无鞘流电喷雾离子化－质谱（ESI－MS）以及生物传感器检测联用技术，研制原位检测JAs的生物传感器，微量乃至痕量JAs的原位富集方法以及双向示差检测技术，将建立的CEC-ESI-MS及高灵敏度电化学原位检测等新的分析方法应用于水稻颖花开放机理研究中。着重解决JAs的CEC-ESI-MS分析中CEC分离与质谱联用的分离选择性与质谱兼容性，影响激素MS检测灵敏度的电喷雾离子化效益，颖花浆片内源JAs的动态原位电化学检测，在短时间内剥取足够的浆片供JAs的分离测定以及在不剥开颖花内外稃片的情况下，对浆片进行JAs的原位动态分析等关键技术问题。

本课题开展了九个方面的研究工作并取得了很好的进展。一、研究了茉莉酸类植物激素在不同电极材料和电介质中的电化学行为及电极反应机理，发现茉莉酸类植物激素的电化学活性和检测灵敏度不高（约10 uM水平），并且需要在强酸性条件下才能实现电化学氧化，为了进一步提高电化学检测灵敏度，研制成功多种基于（a）蒙脱土、（b）石墨烯与杂多酸复合材料（c）碳纳米管等纳米材料修饰的电化学传感器，并建立了多种高灵敏度的电化学检测新方法，检测限达0.1 uM水平，提高了约2个数量级。二、由于茉莉酸类植物激素的电化学活性低而且需要在强酸性条件下才能氧化；因此，不能实现液相色谱分离与电化学检测兼容。本文采用茉莉酸与具有强电化学活性的多巴胺进行化学衍生化反应，一方面使得电化学检测能够在温和的液相色谱分离条件下进行，另一方面降低了电化学检测电位，提高茉莉酸类植物激素的电化学活性及检测灵敏度，实现了茉莉酸类植物激素的液相色谱分离与电化学检测联用分析，方法检测灵敏度达10 nM。三、由于茉莉酸类植物激素在离子阱质谱负离子检测模式下电喷雾离子效益不高、为了进一步提高电喷雾离子化效益，本文巧妙地采用茉莉酸与缩合剂DCC反应、重排形成的茉莉酸-DCC衍生物作为茉莉酸类植物激素的质谱检测峰，建立了一种提高茉莉酸植物激素的质谱检测灵敏度的新方法。定量限达10 nM，检测限达0.1ng/mL，与未衍生化之前离子阱质谱在负离子模式检测茉莉酸所得到的检测限5 ng/mL相比，灵敏度提高了50倍。四、设计并合成了两种茉莉酸类植物激素的荧光探针试剂，建立了 HPLC分离与荧光检测联用分析新方法，检测限达0.4 nM；五、成功研制了对茉莉酸类植物激素高选择性固相微萃取材料及整体柱材料，并应用于实际的植物样品的前处理，以及和色谱分离联用;六、建立了茉莉酸类植物激素的UPLC-MS/MS分析方法，并应用于水稻颖花开放机理研究和对同行进行免费测试服务；七、建立了茉莉酸及茉莉酸甲酯手性异构体的LC-MS及GC-MS分析新方法；八、建立了茉莉酸与氨基酸结合体（Conjugates）的毛细管电动色谱（MEKC）分离分析新方法。九、研究表明水稻不育系颖花开放习性差可能与颖花JA水平有关，为内源JA参与水稻颖花开放的调控提供了有力的证据。基于上述结果，发表茉莉酸类植物激素分析新方法SCI论文20余篇，其中1区1篇2区4篇。