《Analytical Science Advances》：Multi-Analytical Characterization and Taxonomic Distinction of Australian Plant Exudates
编辑推荐：
植物分泌物因具有独特的物理化学性质，数千年来在全球范围内被广泛应用。澳大利亚原住民将分泌物用于长期存在的文化与技术实践，包括装柄黏合剂和颜料黏结剂。化学表征与植物学鉴定可为理解从考古过去到现在的分泌物材料的来源、性质与用途提供重要信息。然而，与欧洲、亚洲和北非
植物分泌物因具有独特的物理化学性质，数千年来在全球范围内被广泛应用。澳大利亚原住民将分泌物用于长期存在的文化与技术实践，包括装柄黏合剂和颜料黏结剂。化学表征与植物学鉴定可为理解从考古过去到现在的分泌物材料的来源、性质与用途提供重要信息。然而，与欧洲、亚洲和北非的对应材料相比，澳大利亚分泌物及文化遗产材料的研究远远不足。本文报道了联合傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线拉曼散射（XRS）光谱、核磁共振（NMR）光谱和热解气相色谱-质谱联用（py-GC-MS）分析，对20余属澳大利亚分泌物进行原子至分子水平的表征。本研究有助于从根本上理解驱动分泌物作为天然黏结剂使用的化学特性。四种技术的整合与多元统计揭示了属和种水平上的化学差异。研究人员建立了分类学分组与化学组成之间的关联，以确定区分分泌物的关键特征。该多分析策略为研究较少的澳大利亚分泌物的独特化学提供了新见解，并对全球重要文化与考古材料中分泌物的表征产生影响。
**研究背景与意义**
植物分泌物是由大分子、异质性有机分子组成的复杂混合物，因其独特的物理化学性质，数千年来在全球范围内被用作药物、食品添加剂和黏合剂。澳大利亚大陆拥有超过20,000种特有本土植物，原住民利用多种独特植物属的分泌物，其传统可追溯至65,000年前。这些分泌物被用于相互交织的实用与文化目的，包括食物来源、药物、工具和黏合剂，同时在Dreaming、Country和文化景观中具有核心象征意义。关键例子包括spinifex（Triodia）和草树（Xanthorrhoea）的分泌物，经加热后有时与粪便、灰烬或植物纤维混合，用作石器的装柄黏合剂、颜料黏结剂和清漆。尽管许多澳大利亚分泌物物种在植物学和化学上具有独特性（如Xanthorrhoea、Eucalyptus和Triodia），但许多其他物种与世界范围内的分泌物物种具有化学相似性。然而，尽管原住民围绕澳大利亚分泌物物种的独特物理化学性质发展了数千年的传统和技术，很少有研究专注于对澳大利亚原住民文化或考古材料中的分泌物进行化学表征。此前研究受限于代表少数澳大利亚分泌物属的数据集、未鉴定主要分子成分的分类群区分以及单一分析方法的应用。采用多模态方法有助于克服单一技术的固有局限性，实现稳健的化学表征和分类学区分。本研究整合基于同步辐射的XRS与实验室内部的衰减全反射（ATR）-FTIR、NMR和py-GC-MS，首次对50余种澳大利亚分泌物进行全面的化学表征和区分，为澳大利亚分泌物物种的独特化学、其功能以及在文化遗产和考古背景中的 essential 鉴定提供分子层面的见解。
**关键技术方法**
研究人员采用四种互补分析技术：同步辐射XRS（碳K边）用于探测本体固体的碳键合环境，提供半定量碳形态信息；ATR-FTIR用于测定官能团；溶液态NMR（1H和1H-13C HSQC）用于获取分子结构和连接性信息；py-GC-MS用于揭示化学组成。样品主要来自南澳大利亚州法医实验室收藏的历史标本（许多超过100年），补充了来自研究合作者的现代样品（Triodia、Lechenaultia和Corymbia）。统计分析采用主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）。
**研究结果**
** gum、树脂和多酚类分泌物的诊断特征**：通过FTIR、XRS、NMR和py-GC-MS分析确定了三类分泌物的特征。树脂以萜烯组成为特征，FTIR中1690 cm?1处C═O振动为诊断性特征，XRS中羧酸含量高（288.6–288.7 eV），1H NMR中δ 0–3处饱和烃峰强烈重叠。胶类以多糖组成为特征，XRS中284–288 eV峰弱或无，288.8和289.6 eV处缩醛和醇基团特征明显，FTIR中3600–3000 cm?1醇振动和1100–900 cm?1多糖振动为诊断性特征。多酚类以芳香和酚类组成为主，XRS中芳香碳（285.5–285.6 eV）和酚类碳（287.3–287.5 eV）的1s-π*跃迁峰强烈，FTIR中1605、1517和1443 cm?1处芳香C=C振动为特征。
**跨属和属内的化学区分**：基于四种技术联合数据，研究人员在科和属水平上鉴定了区分植物分类群的主要官能团、碳键合和分子结构。分泌物首先可分为化学组（萜烯类、多糖类、多酚类或混合/其他组成），然后分为分类群。在萜烯树脂中，针叶树树脂（Araucaria、Callitris、Pinus、Wollemia）以二萜树脂酸为主，包括communic acid、dehydroabietic acid、sandaracopimaric acid等；Callitris树脂以sandaracopimaric和callitrisic acid为主而区分。Canarium样品以α-amyrin和β-amyrin三萜为主。Triodia以长饱和烃链和脂肪酸甲酯（FAMEs）以及labdane二萜为特征，这是该属首次报道这些成分。值得注意的是，Acacia minyura和A. craspedocarpa在FTIR和XRS中表现出萜烯特征，被归类为树脂，这在文献中未见先前报道。在多糖胶类中，FTIR光谱非常相似，但NMR光谱差异显著，HSQC谱提供了糖链结构的深入信息。Brachychiton populneus显示三个端基碳交叉峰，在其他胶类中未见，表明独特的多糖主链。2D NMR为区分不同分类群的多糖胶提供了强大补充。在多酚类分泌物中，Xanthorrhoea样品XRS中芳香/烯烃含量最高（285.5 eV峰最大），FTIR中832 cm?1处=C-H面外伸缩峰为特征。Myrtaceae kinos中，Corymbia和Angophora具有δ 12–12.5处1H NMR峰（羧酸或强氢键羟基），Eucalyptus则无。Angophora和Corymbia kinos共享naringenin和aromadendrin的HSQC交叉峰。Eucalyptus样品显示明显的化学变异，可能允许区分某些物种或物种群。
**通过统计分析进行 taxonomic 区分**：HCA树状图显示胶类、树脂和多酚类分泌物的清晰划分以及同分类群样品的聚类。PCA分析表明，FTIR数据中890–880和1710–1690 cm?1振动主要贡献于PC1，分离树脂与kinos和胶类；XRS数据中284.9–285.6 eV（芳香/烯烃）和286.8–288.0 eV（酚类/脂肪族）主要贡献于PC1，分离多酚类分泌物；1H NMR数据中δ 3.5–4.4主要贡献于PC1，分离胶类与树脂。联合数据集PCA提供了化学类别和属之间的清晰分离。大多数同属样品在所有三种技术中聚类在相同区域，说明其共享化学特征（例外为Grevillea striata、Araucaria bidwillii、Acacia minyura和A. craspedocarpa）。在树脂中，被子植物属（Canarium、Erythrophleum、Triodia）可通过单一技术区分，但针叶树树脂较难区分，需要NMR和py-GC-MS提供的萜烯组成和分子结构信息。Xanthorrhoea可通过单一技术与其他多酚类分泌物分离，但Myrtaceae kinos的区分需要联合信息。在胶类中，XRS和1H NMR提供比FTIR更好的分离。
**讨论与结论**
本研究通过XRS、FTIR、NMR和py-GC-MS联合使用，对50余种澳大利亚植物分泌物的主要官能团、碳键合和分子结构进行了稳健的化学表征。研究人员确定了区分胶类、树脂和多酚类分泌物以及植物属的关键特征，并展示了多元统计如何辅助解释复杂光谱。尽管研究聚焦于属水平区分，但在有多种物种样品的选定属中，能够鉴定种水平的化学变异。XRS、FTIR、NMR和py-GC-MS各自独立能够区分多糖、萜烯和多酚类分泌物，但区分分类群的能力因方法而异，取决于特定属。针叶树树脂和Myrtaceae kinos中属间区分用单一技术较具挑战性，但可通过联合分析方法揭示。溶液态NMR通过糖链结构差异为胶类区分提供了有前景的途径，但NMR所需的样品量对遗产背景中的广泛实施构成限制。研究聚焦于未处理的分泌物样品，但所采用的方法也适用于处理文化遗产样品中加热、混合或其他处理的附加复杂性。百年历史样品与现代样品的比较表明，某些特征化学标记得以保留，使得对老化分泌物的主要化学和分类群区分成为可能。数据和方法的适用于全球范围内具有相关化学性质的植物分泌物和天然黏结剂。结合原住民知识，材料鉴定可为来源、交换系统、材料选择和文化使用提供宝贵见解。
