生物挥发性有机化合物地研究进展.pdf

一 ．一 ●I_--——————-—_———————_，——_———-__———●-———_-_—__-——_———_●——_—_———————————————一 一一一全里圭塑垦垫皇道兰垄奎鎏叁!垫!!：笙塞塞 A10生物挥发性有机化合物的研究进展 张卓昱李攻科· 中山大学化学与化工学院，广州，510275 生物挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)是生物代谢以及生物体表面微 生物共同作用的结果，包括人类嗅觉能感知和不能感知的VOCs。生物VOCs具有特定的化学 结构，包含重要的生物信息，系统研究生物VOCs可以获取重要的生物信息。生物VOCs的 定性和定量研究表明不同生物体及相同生物体不同生理状态或代谢过程不同阶段的VOCs特 征存在差异。例如，一些植物VOCs在昆虫间化学通讯中起决定性作用，能调控昆虫的多种 行为，还有一些植物VOCs是良好的细菌抑制剂。许多昆虫发育成熟后向体外释放具有特殊 气昧的微量VOCs，引诱异性昆虫前去交配，这些昆虫交配过程中起通讯联络作用的VOCs叫 昆虫性信息素，或性外激素。人体VOCs俗称体味，是一种重要的生物信息物质，在疾病诊 断和刑侦上有症状学作用。当人的健康状况发生变化时，由体内排出的化学物质的成分也随 之发生改变，常会散发出某些特殊的气味，因此，医学可通过“嗅诊”的方式来诊断某些疾病的 发生。如肝癌和肝昏迷者有鼠臭味和氨臭味、消化不良和胃癌患者身上有血腥臭味、糖尿病 和低血糖患者身上常因酮症酸中毒而散发出烂苹果味、尿毒症患者身上有尿臊臭味、肺坏疽 病人有腐败味、鼓膜穿孔者或浓性中耳炎患者两耳内会散发出臭味。水果存储过程VOCs特 征的变化可用于质量控制。目前生物VOCs已被应用于防治虫害、诊疗疾病、刑事侦辑、果 品质量控制和食品安全等方面。 生物VOCs的特征差异是统计层面上的差异，单一物质的变化不足以准确阐明某些生物 现象产生的原因，只有解析生物VOCs整体特征和释放规律，才能有效而全面地挖掘生物信 息。生物VOCs研究刚起步，大部分的研究工作仅停留在生物VOCs的简单定性和定量研究， 缺乏生物VOCs整体特征及潜在生物信息的系统研究。生物VOCs研究主要有三个难点。第 一，生物VOCs采样方法不能准确采集生物VOCs，导致部分生物信息的丢失。同时，传统采 样方法耗时耗能、操作繁琐、采样效率低、污染严重，需要发展新型的VOCs采样方法。第 二，由于生物基体复杂、VOCs含量低且种类繁多、缺乏相应的标准物质，使生物VOCs定性 定量的分析困难。第三，生物VOCs研究得到海量的原始实验数据，需要采用合适的数据解 析方法才能有效提取隐藏在大量实验数据背后的生物信息。目前，生物VOCs的研究报道较 少涉及生物VOCs的方法学研究，特别是生物VOCs与生物代谢过程问关系研究更为罕见。当 代先进的分析仪器发展，为复杂的生物VOCs的研究提供了良好的分析平台，采用各种色谱／ 质谱联用技术结合数据解析方法可以有效解析生物VOCs特征，提取生物信息，研究生物VOCs 的释放规律，表征代谢过程的特征VOCs组分，将为生命代谢机制的研究提供重要的基础信 息。 本课题组提出了联合采样及数据解析的生物VOCs研究模式。集成HSSPME、SDE和SD 采样方法采集动植物及微生物VOCs，采用GC／IVIS分析检测方法，结合归一化、PCA和共有 模式数据解析方法解析生物VOCs的实验数据，研究了生物VOCs的特征。以西红柿、龙眼、 榴莲、芒果和葱属植物，人体手臂、蝽类昆虫和海产品，草菇和平菇为对象，分别研究了植 物、动物和微生物不同生理状态或代谢过程不同阶段生物VOCs的特征，提取特征生物VOCs 全国生物医药色谱学术交流会(2010)论文集 标志物，为深入了解生物VOCs与代谢过程的关系奠定了基础。 生物VOCs的研究刚起步，需要化学、生物学和医学等交叉学科领域的学者联合开展大 量的研究工作。如，发展生物VOCs的高通量采样方法和高灵敏度检测方法、获得相应的标 准物质定量研究特征生物VOCs；不同的代谢通道和酶催化过程使生物VOCs种类和含量发生 变化，造成不同代谢阶段生物VOCs特征的差异；生物VOCs特征变化与代谢过程的关