Metabolomic analysis of soils using HPLC-MS/MS: data from a pilot study | Метаболомный анализ почв методом ВЭЖХ-МС/МС: данные пилотного исследования

English. The purpose of the research is a comparative assessment and semi-quantification of peak areas (PA) on chromatograms of low molecular weight organic compounds (LOC) in various soils to identify common patterns and type-specific features of their biochemical composition based on metabolomic analysis. The following soils were studied: sod-podbour illuvial ferruginous; clay-illuvial typical postagrogenic chernozem; light alkaline crustal solonetz. Samples of sod-dypodbur were taken in 2005 in the Altai Republic, and of chernozem and solonetz in 2023 in the Altai Krai. A high performance liquid chromatography analysis in combination with tandem mass spectrometric detection (HPLC-MS/MS) was performed using a monolithic column based on 1-vinyl-1,2,4-triazole in a combined mode of hydrophilic and reverse-phase chromatography with targeted screening of 489 metabolites, of which only 41 LOC with the ratio of the maximum and minimum initial values of LOC PA between the horizons of 10 or more. There was a significant difference between the soils in LOC PA on the chromatograms. For the predominant number of LOC, the maximum values of the logarithms of PA were noted in the upper (AY1) horizon of the sod-podbour, whereas in the humus horizon (AUpa) of the chernozem they were minimal. For chernozem, inter-horizon (AUpa, AU, AUBI) differences in the logarithms of PA were not statistically significant for the predominant number of LOC. The logarithms of LOC PA, with the exception of L-Acetylcarnitine, for solonetz horizons (BSNs,ca1, BSNs,ca2) characterized by higher values compared with the buried humus horizon [AU],s,ca of solonetz. In the sod-podbour in the AY1 horizon, the logarithms of PA for the predominant number of LOC are significantly higher compared to the underlying horizons (AY2, BHF1). No correlation was found between the studied LOC and humus content, except for hexose disaccharides (r=0.74). Of the 41 LMWOCs examined, 29 correlated with the content of physical clay with values of the correlation coefficient from 0.7 to 0.92.

Russian. Цель исследований - сравнительная оценка и полуколичественное определение по площадям пиков (ПП) на хроматограммах низкомолекулярных органических соединений (НОС) в различных почвах для выявления общих закономерностей и типоспецифических особенностей их биохимического состава на основе метаболомного анализа. Изучали следующие почвы: дерново-подбур иллювиально железистый; чернозем глинисто-иллювиальный типичный постагрогенный; солонец светлый солончаковый корковый. Образцы дерново-подбура отобраны в Республике Алтай (2005), а чернозема и солонца – в Алтайском крае (2023). Анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрической детекцией (ВЭЖХ-МС/МС) проводили с использованием монолитной колонки на основе 1-винил-1,2,4-триазола в комбинированном режиме гидрофильной и обращенно-фазовой хроматографии с таргетированным скринингом 489 метаболитов, из которых рассмотрено только 41 НОС с соотношением максимального и минимального исходных значений ПП НОС между горизонтами 10 и более. Отмечали значительные различия между почвами по площади пиков НОС на хроматограммах. Для преобладающего количества НОС наибольшие значения логарифмов ПП отмечены в верхнем (AY1) горизонте дерново-подбура, тогда как в гумусовом горизонте (AUpa) чернозема они были самыми низкими. Для чернозема межгоризонтные (AUpa, AU, AUBI) различия логарифмов ПП для преобладающего количества НОС статистически незначимы. Логарифмы ПП НОС, за исключением L-ацетилкарнитина, для солонцовых горизонтов (BSNs,са1, BSNs,са2) отличались более высокими значениями, по сравнению с погребённым гумусовым горизонтом [AU],s,ca солонца. У дерново-подбура в горизонте AY1 логарифмы ПП для преобладающего количества НОС были значительно выше, чем в нижележащих горизонтах (AY2, BHF1). Корреляция между логарифмами ПП НОС и содержанием гумуса не выявлена, за исключением гексозных дисахаридов (r=0,74). Логарифмы ПП 29 из 41 рассмотренных НОС коррелировали с содержанием физической глины (r=0,70…0,92).