成像 | LESA-HRMS 原位质谱 "看" 懂木槿花

2021-06-24 14:38:05, 华质君华质泰科生物技术（北京）有限公司

雨后蝉鸣，粒粒水珠附着屋前的花瓣，轻摇不落。池塘边荷叶株株挺立，盘心凝珠如铅水，滚坠带灰，出泥不染。这，玲珑的“花瓣效应”“荷叶效应”，似与叶瓣表层角质有关。

植物表皮的角质层呈多种结构排列，与细胞性状相吻合，产生独特的物理、机械或光学特性。即便在同一植物器官表面上，角质层的组成也五花八门，常因其结构不同而呈现不同生理特征。

香玲草，又名野西瓜苗，锦葵科木槿属植物，可入药。在香玲草花瓣基部的深色部分（富含花青素），发现了排列整齐的纳米脊（图2a）。它们作为衍射光栅，可产生虹彩效果，随观察角度不同色变。花瓣远端白色区域则表面光滑无虹彩色（图2b，细胞呈圆锥形）。

图1. a: 香铃草花朵；b:花瓣不同部分的示意图。

图2. 香铃草花瓣表面的花色/脊状（a）和白色/光滑（b）区域的 SEM 图像及相应 LESA-MS 谱图。

角质层成分可能对花型起关键作用，通过对花瓣表面的不同区域进行化学表征（即脊状与光滑），可了解二者的相关性。

传统方法需机械剥离和氯仿提取植物表面角质。但有些植物如花瓣组织较脆弱不易实施剥离和制备，周围组织的交叉污染也难以避免。

剑桥大学化学系和植物系建立了一种液滴萃取表面分析（LESA）与高分辨质谱（HRMS）联用的方法，用于香玲草花瓣表面的直接分析和空间分辨成分差异分析，快速表征花瓣表面的植物代谢物 - 角质层单体。

上：LESA-MS 联机图；下：液滴萃取表面分析示意图

LESA-MS 分析

采摘盛开的香铃草花朵，4℃ 保存，镊子取下花瓣，清洗后放在可移动的 LESA 样品台上（室温至4°C可控温）。

配置两种不同的混合溶剂，使用 LESA-MS 对花瓣不同部位萃取分析（图1b）。LESA , 即芯片多通道纳喷源（TriVersa NanoMate）。

视频案例：LESA 分析玉米根

图3.（a）Van Krevelen 图显示了在花瓣不同区域检测到的所有化合物的分布。红色方块表示脂类分布，绿色方块表示仅存于花瓣上表面白色/光滑区域的主要化合物分布，蓝色方块表示不饱和长链化合物的区域，黑色圆圈表示大多数化合物仅存在于花瓣的下表面。

(b）花瓣下表面的花色/脊状和白色/光滑区域检测到的所有 CHO 化合物。黑色圆圈表示在花瓣下表面检测到C₂₀-C₃₀多不饱和化合物。

图4. 仅存于花瓣上表面的花色/脊状区域，主要同系物的肯德里克质量缺陷图（a）和碳氧化状态图（b），长链高度不饱和化合物以绿色/蓝色表示（DBE>8）。

＋

结果表明

传统的角质层分析方法比较费力，通常不适合以足够的精度选择性地表征单个组织的不同部位。本研究开发了一种 LESA-MS 直接表面萃取的质谱方法，用于植物器官表面的选择性和空间分辨表征。在花瓣的上下表面检测到大量的植物代谢物和角质/蜡单体，主要成分是低分子量有机酸、糖和类黄酮等，不同部位的成分差异明显。

花瓣的上表面，花色/脊状区域更疏水，高于白色/光滑区域。花色/脊状区域富含超长链脂肪酸（VLCFAs），是角质层蜡的常见成分，也是花瓣的花色/脊状和白色/光滑区域之间的主要成分差异。

花瓣的下表面，完全光滑，呈现中等疏水性，富含 C₂₀-C₃₀ 多不饱和化合物，花色部分和白色部分之间没有明显的成分差异。

研究表明，植物角质层的组成确实在化学和形态上是可变的，不仅在物种或器官之间，在同一器官的不同部分之间也可以变化。

有趣的是，VLCFAs 与脊的存在相关，因此角质层的化学组成可能直接影响所产生的纳米级结构类型。后续需要进一步的实验来讨论花瓣花色/脊状区域角质层的独特性质是否直接导致虹彩现象，以及为什么纳米脊只在花瓣的这一部分形成。

文献来源

Chiara Giorio, et al. Direct surface analysis coupled to high-resolution mass spectrometry reveals heterogeneous composition of the cuticle of Hibiscus trionum petals. Analytical Chemistry. 2015

下期精彩呈现，AC 封面文章：

木槿花瓣的空间分布秘密