本实验方案描述了一种在小麦中进行全氟烷基酸长距离运输的简单高效方法。
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摘要
摘要
大量全氟烷基酸（PFAAs）已进入土壤并被植物吸收积累，对人类健康构成潜在风险。因此，研究PFAAs在植物体内的积累与转运过程至关重要。长距离运输是PFAAs通过韧皮部从植物叶片向可食用组织转移的重要途径。然而，以往在短期暴露条件下难以评估有机污染物的转运潜力。分根实验为利用水培方法有效揭示PFAAs的长距离转运提供了可行方案。本研究中，该实验在两个50 mL离心管（A和B）中进行，其中离心管A含有50 mL四分之一浓度的霍格兰无菌营养液，离心管B含有相同浓度的营养液，并添加了特定浓度的目标PFAAs（全氟辛烷磺酸，PFOS，和全氟辛酸，PFOA）。将一株完整的小麦根系人工分离为两部分，小心插入离心管A和B中。在培养箱中培养7天后收获，分别采用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）测定小麦根部、地上部以及离心管A和B中溶液的PFAAs浓度。结果表明，PFOA和PFOS可通过韧皮部从地上部向根部进行相似的长距离运输，并可释放到周围环境中。因此，分根技术可用于评估不同化学物质的长距离转运能力。
引言
全氟烷基酸（PFAAs）因其优异的理化性质，包括表面活性以及热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于各种商业和工业产品中1,2,3。全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）是全球使用最广泛的两种PFAAs4,5,6，尽管这些化合物已分别于2009年和2019年被列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》7,8。由于其持久性及广泛使用，PFOS和PFOA已在多种环境介质中被广泛检出。全球不同河流和湖泊地表水中PFOA和PFOS的浓度分别为0.15–52.8 ng/L和0.09–29.7 ng/L9。由于地下水或再生水用于灌溉以及将生物固体用作肥料，PFOA和PFOS在土壤中普遍存在，其浓度范围分别为0.01–123 µg/kg和0.003–162 µg/kg10，这可能导致大量PFAAs进入植物体内，对人类健康构成潜在风险。农业土壤和谷物（小麦和玉米）....
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方案
小麦种子（Triticum aestivum L.）购自供应商（见材料表），并用于本研究。
1. 小麦幼苗萌发与水培培养
- 选取大小相近的小麦种子，用8%（w/w）过氧化氢溶液消毒15分钟。
- 用去离子水彻底冲洗消毒后的种子，然后将其置于湿润的滤纸上，在室温避光条件下萌发5天。
- 选取约九株大小均匀的已萌发幼苗，转移至装有250 mL营养液（1/4浓度的霍格兰营养液；其化学成分见表1）的塑料烧杯中。
注意：九粒种子中，分别选取三粒用于空白组、PFOA组和PFOS组。 - 将幼苗置于人工气候室中培养7天后再进行处理，培养条件为14小时22 °C和10小时27 °C的循环。
2. 根系分割实验
- 在两个50 mL离心管（A和B）中进行幼苗培养。
注意：离心管A中含有50 mL无菌的1/4浓度霍格兰营养液，离心管B中也含有相同体积的营养液。- 将市售的PFOA和PFOS（见材料表）溶于甲醇中，并用无菌营养液稀释，配制成储备液。然后将储备液加入B管中，使PFOA/PFOS的浓度为100 ....
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结果
分根实验研究了全氟烷基酸（PFAAs）在小麦中的长距离转运。如图2A、C所示，全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）均可被小麦根系吸收并转运至地上部分。在空白对照组的A管中，未在小麦根系及溶液中检测到PFOS和PFOA。研究发现，在未添加目标物的营养液中培养的小麦根系中检测到PFOS和PFOA，其浓度分别为0.26 ng/g ± 0.02 ng/g和0.64 ng/g ± 0.05 ng/g干重（dw）（n = 3），分别占整株小麦中累积量的1.5%和1.8%。该结果表明，PFOS和PFOA可通过韧皮部从地上部分向根部进行长距离转运。值得注意的是，在未添加目标物的营养液中也检测到PFOS和PFOA，浓度分别为17.8 ng/L ± 0.28 ng/L和28.5 ng/L ± 5.9 ng/L（n = 3），这表明PFOA和PFOS能够穿过根部凯氏带19,20并释放到周围环境中。本研究结果提供了有力证据，表明长距离转运也是.......
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讨论
为确保本方法的准确性，操作时必须小心，避免B管中的加标溶液污染A管中的未加标溶液。本研究中目标全氟烷基酸（PFAAs）的添加浓度相对高于其在真实环境中的浓度，以确保能够通过液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）对小麦样品和未加标溶液中的目标PFAAs进行有效监测。
该方法存在一定的局限性。由于每个处理组仅使用了一株小麦幼苗，且将其根部分为两半，若加标溶液的初始浓度相对较低，则最终处理所得的生物量较少，可能导致在未加标溶液中培养的小麦根部全氟烷基酸（PFAAs）浓度低于检测限。此外，由于暴露时间较短，无法确定PFAAs从根部向小麦可食用部分的转运情况。分裂根实验仅能分析具有不同性质的PFAAs在植物体内韧皮部的转运过程16。
该方法对于理解污染物在植物组织中的长距离运输具有重要意义12,13。根据研究结果，PFAAs 可被根部吸收，并主要通过木质部运输至地上部分；.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们衷心感谢国家自然科学基金委员会（NSFC 21737003）、高等学校博士学科点专项科研基金（编号：2452021103）以及中国博士后科学基金（编号：2021M692651、2021M702680）提供的经费支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| ACQUITY UPLC BEH C18 色谱柱 | Waters, Milford, MA | 液相色谱柱 | |
| Cleanert PEP 小柱 | Bonna-Angel Technologies, 中国 | 固相萃取柱 | |
| Clearnert Pesticarb 小柱 | Bonna-Angel Technologies, 中国 | 固相萃取柱 | |
| LC-MS/MS（Waters Acquity UPLC i-Class 联用 Xevo TQ-S） | Waters, Milford, MA | 液相色谱-串联质谱 | |
| 冷冻干燥机 | 博医康仪器有限公司，北京，中国 | FD-1A50 | 用于样品冷冻干燥 |
| Masslynx | Waters, Milford, MA | 数据分析软件 | |
| 甲基叔丁基醚 | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 用于从植物组织中提取目标化合物 | |
| MPFAC-MXA | Wellington Laboratories (安大略省，加拿大) | PFACMXA0518 | 内标物 |
| PFAC-MXB | Wellington Laboratories (安大略省，加拿大) | PFACMXB0219 | 全氟羧酸校准标准品混合物 |
| PFOA | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 335-67-1 | 一种代表性的全氟羧酸类化合物 |
| PFOS | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 2795-39-3 | 一种代表性的全氟羧酸类化合物 |
| 碳酸钠缓冲液 | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 用于从植物组织中提取目标化合物 | |
| 四丁基硫酸氢铵 | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 用于从植物组织中提取目标化合物 | |
| 小麦种子 | 中国农业科学院（北京，中国） | Triticum aestivum L. |
参考文献
- Lindstrom, A. B., Strynar, M. J., Libelo, E. L. Polyfluorinated compounds: Past, present, and future. Environmental Science & Technology. 45 (19), 7954-7961 (2011).
- Kannan, K. Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances: Current and future pe....
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