【摘要】 离子迁移谱法(GC-IMS)是一种在线测定复杂化学基质中大量不同挥发气体色谱法的技术。

微生物挥发性有机化合物(MVOC)是化学上非常多样化的初级或次级代谢产物，它们很容易在空气中运输。根据环境条件，微生物产生大量的化合物甚至菌株特异性 MVOCs，其在微生物相互作用中起重要作用，包括物种间和界间相互作用之间的信号传导。微挥发性有机化合物的生物合成很大程度上取决于生理条件、发育阶段和环境因素，因此，在标准化条件下，纯培养物以可重复的方式释放出具有特色的微挥发性有机化合物。

 

因此，这些特定的剖面图可以通过对释放的微量挥发性有机化合物的时间测量，在线实时监测生物体的角色塑造。

 

阿托维利木霉是一种广泛分布于世界各地，栖息于土壤中的丝状真菌，属于 Ascomycota 地区。阿托维利类抗生素能促进植物生长，诱导植物对生物和非生物胁迫产生系统抗性。

 

此外，它是一种霉菌寄生虫，通过直接的坏死性寄生来拮抗广泛的植物病原真菌，导致其作为生物防治剂在农业植物保护和虫害防治中的频繁应用。典型的受到攻击的植物病原宿主真菌，如立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)和尖孢镰刀菌，正在造成全球数十亿美元的作物损失，并导致每年对化学杀虫剂的巨额投资，使用这些杀虫剂对环境和人类健康有害。因此，对可持续的生物解决方案有很高的需求。需要加强努力以获得关于潜在微生物相互作用的深入知识。

 

离子迁移谱法(GC-IMS)是一种在线测定复杂化学基质中大量不同挥发气体色谱法的技术。这种方法的优点是对选定的挥发物灵敏度高(较低的ng/L范围) ，并且可以直接在线引入样品气体。因此，不需要耗时的样品制备步骤，这可能导致分析物的损失。此外，它促进了几乎实时的挥发物分析，使监测代谢变化的时间分辨率为几分钟。相对较小的设备尺寸也使这种技术对现场应用具有吸引力。

 

一些试点研究强调使用气相色谱-国际监测系统检测室内空气中的质量控制挥发性有机化合物。这些研究集中在识别特定的发霉挥发物，这对人类健康是有害的，以便能够识别，定位和消除这些真菌。

 

我们研究的目的是证明使用 GC-IMS 直接对丝状真菌 F. oxysporum 和 T. atroviride 上方的顶空进行采样，而不需要任何样品制备，并监测 MVOC 浓度几乎实时地随着时间和培养条件的变化而变化。另一个目的是测试该方法的可行性，通过其特征 MVOC 谱鉴定真菌植物病原菌尖孢镰刀菌以及真菌阿托韦利 T，用于化学分类学和代谢组学应用。具有气相色谱预分离(GC-IMS)功能的离子迁移谱仪，可以提供几乎实时的挥发性选择性的信息。

 

在这里，我们举例说明了 GC-IMS 在监测无菌和共培养过程中氧化镰刀菌和阿托维利菌释放 MVOCs 的时间和光依赖性方面的成功应用。利用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)对14种挥发性化合物进行了分析，共检测到50多个光谱峰。大部分化合物为醇类，例如乙醇、1-丙醇、2-甲基丙醇、2-甲基丁醇、3-甲基 -1-丁醇和1-辛基 -3-醇。除了丙酮、2-戊酮、2-庚酮、3-辛酮和2-辛酮外，乙酸乙酯和1-丁醇 -3-甲基乙酸酯以及一种醛(3-甲基丁醛)在培养过程中显示出特征轮廓，这取决于无菌或共同培养、暴露于光和真菌种类。

 

有趣的是，2-辛酮仅在尖孢镰刀菌和阿托维利球菌的共培养物中产生，但在它们的无菌培养物的顶空中未检测到。测量到的挥发物含量主要在低 ppbv 范围内，但多种醇类(包括乙醇、异丁醇、2-甲基丁醇、1-和3-甲基丁醇)和酮2-庚酮(视乎栽培条件而定)的挥发物含量均超过100 ppbv。我们的研究结果强调，GC-IMS 分析可以作为一种有价值的分析工具，用于近乎实时地鉴定化学分类学和代谢组学应用的特定代谢物模式，因此可以轻松监测几分钟内发生的挥发性浓度的时间变化。

 

1.Speckbacher, V., Zeilinger, S., Zimmermann, S. et al. Monitoring the volatile language of fungi using gas chromatography-ion mobility spectrometry. Anal Bioanal Chem 413, 3055–3067 (2021). https://doi.org/10.1007/s00216-021-03242-6.

 

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