金属有机配体分析方法及金属组学研究
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摘要:环境和生物样品中金属与有机酸、氨基酸、多糖、蛋白质、DNA等形成的金属有机物是一系列生物金属。生物金属中参与金属离子配位的有机配基主要是含氧、硫、氮及磷的功能团。金属组学是整合生物金属中金属有机配体的结合形态及其生理功能活性的新概念。文中介绍了目前常用的金属有机配体的分析方法以及金属组学领域的研究技术，并展望了重金属富集和超积累植物的研究前景。关键词:金属富集和超积累植物，金属有机配体，生物金属，金属组学，化学形态
1 引言
重金属在陆生和水生植物，尤其是在富集和超积累植物体内的化学形态特征，是当前环境修复领域环境学、生物学、化学等多学科研究的热点。植物体内的天然有机物如有机酸、氨基酸、多糖、蛋白质等，它们与金属离子有很强的吸附能力，主要的有机配基是含氧功能团，如羧基、酚羟基、醇羟基、烯醇羟基和羰基，含硫、含氮及含磷功能团，通过螯合作用、区域化分隔、生物转化、细胞修复等过程，参与植物体内金属元素富集和解毒作用及其它生理功能活性。植物中金属有机配体的形态分析，可借助X射线荧光光谱、显微红外光谱、顺磁共振、X射线吸收精细结构、核磁共振、电感耦合等离子质谱、电轰质谱等来鉴定。日本Haraguchi等[1]首先提出了融合原子光谱/质谱分析和分子生物功能研究的崭新研究领域——金属组学(Metallomics)，引起了该研究领域科学家们的广泛关注[2~5]。金属组学是继蛋白质组学和代谢组学之后生命科学发展的一个新热点和研究前沿。生物体内的代谢物如有机酸、氨基酸、多糖、蛋白质、DNA等与金属形成金属有机物，是一系列生物金属。金属组学是整合这些生物金属的金属形态及其生理功能的新概念。因此，本文就目前常用的金属有机配体的分析方法及金属组学领域的研究技术作一介绍，以期为当前环境污染的情况下，金属富集和超积累植物中生物金属的研究提供借鉴。
2 金属有机配体络合物
2.1 有机配体与金属反应
按照路易斯酸碱理论[6]，无机离子可分为硬离子、软离子和交界离子3类。
(1)硬离子 碱金属及碱土金属，只与氧配体(硬酸)形成微弱复合物，如：Ca2+、Mg2+、Na+很容易与含氧配体结合。自然界中这些离子浓度远远大于其配体浓度。硬离子与其它离子竞争配体形成络合物：a. 硬离子与软离子及交界离子一起竞争氧配体；b. 硬离子是聚电解质阴离子的反离子，通过改变电荷、构象、凝聚度、分散度，影响正负电荷间的相互反应。自然界中硬离子有机配体的重要功能基团有硬碱，如：COO (羧酸盐)、COO- (酯基),OH(醇羟基、酚羟基)、CO (羰基)、O(醚键)、POO-OO(磷酸根)、POOOO(磷酸酯)、OSH3(硫酸盐) ......
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