Obecny protokół opisuje prostą i efektywną metodę transportu kwasów perfluoroalkilowych w pszenicy na duże odległości.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje prostą i efektywną metodę transportu kwasów perfluoroalkilowych w pszenicy na duże odległości.
Duże ilości kwasów perfluoroalkilowych (PFAA) zostały wprowadzone do gleby i zgromadzone przez rośliny, stanowiąc potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Konieczne jest zbadanie akumulacji i translokacji PFAA w roślinach. Transport na duże odległości jest ważną drogą dla PFAA przenoszonych z liści roślin do tkanek jadalnych przez łyko. Jednak wcześniej trudno było ocenić potencjał translokacji zanieczyszczeń organicznych w krótkotrwałym okresie narażenia. Eksperyment z rozszczepionym korzeniem dostarcza rozwiązania pozwalającego skutecznie odkryć translokację PFAA na duże odległości za pomocą eksperymentu hydroponicznego, który w tym badaniu przeprowadzono w dwóch probówkach wirówkowych o pojemności 50 ml (A i B), z których probówka wirówkowa A zawierała 50 ml sterylnego roztworu odżywczego Hoagland o mocy jednej czwartej, podczas gdy probówka wirówkowa B miała takie samo stężenie składników odżywczych, oraz docelowe PFAA (kwas perfluorooktanosulfonowy, PFOS i kwas perfluorooktanowy, PFOA) dodawane w danym stężeniu. Cały korzeń pszenicy został ręcznie podzielony na dwie części i ostrożnie włożony do rurek A i B. Stężenie PFAA w korzeniach, pędach pszenicy i roztworach w probówkach A i B oceniano odpowiednio za pomocą LC-MS/MS po hodowli w inkubatorze przez 7 dni i zebraniu. Wyniki sugerują, że PFOA i PFOS przechodzą podobny proces transportu na duże odległości przez łyko z pędu do korzenia i mogą być uwalniane do środowiska otoczenia. W związku z tym technika rozłupywanego korzenia może być stosowana do oceny transportu różnych substancji chemicznych na duże odległości.
Kwasy perfluoroalkilowe (PFAA) są szeroko stosowane w różnych produktach komercyjnych i przemysłowych ze względu na ich doskonałe właściwości fizykochemiczne, w tym aktywność powierzchniową oraz stabilność termiczną i chemiczną1,2,3. Kwas perfluorooktanosulfonowy (PFOS) i kwas perfluorooktanowy (PFOA) to dwa najważniejsze PFAA stosowane na całym świecie4,5,6, chociaż te związki zostały wymienione w międzynarodowej konwencji sztokholmskiej w 2009 i 2019 roku7,8odpowiednio. Ze względu na ich trwałość i powszechne stosowanie, PFOS i PFOA zostały powszechnie wykryte w różnych matrycach środowiskowych. Stężenia PFOA i PFOS w wodach powierzchniowych z różnych rzek i jezior na całym świecie wynoszą odpowiednio 0,15-52,8 ng/L i 0,09-29,7 ng/L9. Ze względu na wykorzystanie wód gruntowych lub odzyskanej wody do nawadniania, a także stosowanie biologicznych odpadów stałych jako nawozu, PFOA i PFOS są powszechnie obecne w glebie, odpowiednio w zakresie od 0,01 do 123 μg/kg i 0,003-162 μg/kg10, co może wprowadzić dużą ilość PFAA do roślin i stanowić potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Stężenia PFAA (C4-C8) w glebie rolnej i zbożu (pszenicy i kukurydzy) wykazują dodatnią korelację liniową11. Dlatego konieczne jest zbadanie akumulacji i translokacji PFAA w roślinach.
Translokacja PFAA w roślinach najpierw zachodzi od korzeni do tkanek nadziemnych, a translokacja PFAA z korzeni do tkanek jadalnych jest uważana za transport na duże odległości12,13. Poprzednie badania wykryły bisfenol A, nonylofenol i naturalne estrogeny w warzywach i owocach14, co sugeruje, że te substancje chemiczne mogą migrować przez łyko. W związku z tym odkrycie translokacji PFAA w roślinach jest ważne dla oceny ich potencjalnego ryzyka. Jednak na akumulację i translokację PFAA ma wpływ ich biodostępność w glebie, dlatego nie jest łatwo ocenić zdolność do translokacji docelowych PFAA w roślinach. Ponadto eksperymenty hydroponiczne są na ogół ograniczone przez kilka czynników, co utrudnia pozyskiwanie jadalnych tkanek roślin. Zazwyczaj łyko zbierano bezpośrednio z roślin, aby obserwować translokację związków organicznych na duże odległości w roślinach, podczas gdy trudno jest pozyskać łyko z siewek roślin15. W związku z tym wprowadzono prostą i skuteczną metodę, technikę rozłupywanego korzenia, w celu zbadania translokacji PFAA w roślinach podczas stosunkowo krótkotrwałej ekspozycji. Jeśli chodzi o badanie rozdwojonego korzenia, korzenie w jednej sadzonce rośliny są podzielone na dwie części; jedną część umieszcza się w pożywce zawierającej docelowe PFAA (probówka A), a drugą umieszcza się w pożywce pod nieobecność PFAA (probówka B). Po ekspozycji przez kilka dni, PFAA w probówce B są mierzone za pomocą LC-MS/MS. Stężenie PFAA w probówce B ujawnia potencjał translokacji PFAA przez łyko w roślinach16,17,18.
Eksperyment z rozszczepionym korzeniem został zgłoszony do badania długodystansowej translokacji wielu związków w roślinach, takich jak nanocząstki CuO17, estrogeny steroidowe18, oraz estry fosforoorganiczne16. Badania te dostarczyły dowodów na to, że związki te mogą przenosić się przez łyko do jadalnych części roślin. Jednak to, czy PFAA mogą pomóc w translokacji w roślinach i wpływie właściwości związku, wymaga dalszych badań. Na podstawie tych doniesień w niniejszym badaniu przeprowadzono eksperyment z rozszczepionymi korzeniami, aby ujawnić transport PFAA w pszenicy na duże odległości.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nasiona pszenicy, Triticum aestivum L., zostały pozyskane (zobacz Tabelę Materiałów) i wykorzystane do niniejszego badania.
1. Kiełkowanie sadzonek pszenicy i uprawa hydroponiczna
2. Eksperyment z rozłupywaniem korzeni
3. Ekstrakcja PFOA i PFOS z tkanek roślinnych
4. Przygotowanie próbki z pożywki
5. Analiza instrumentalna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Eksperyment z rozdzielonym systemem korzeniowym pozwolił zbadać dalekosiężny transport PFAA w pszenicy. Jak pokazano na Rysunku 2A,C, zarówno PFOA, jak i PFOS mogły być pobierane przez korzeń pszenicy i przenoszone do pędów. PFOS i PFOA nie zostały wykryte w korzeniu pszenicy ani w roztworze w probówce A w kontroli ujemnej. Stwierdzono, że PFOS i PFOA były wykrywane w korzeniach pszenicy hodowanych w roztworze niezatrutym, w stężeniach odpowiednio 0,26 ng/g ± 0,02 ng/g i 0,6...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby zapewnić dokładność tej metody, należy zachować ostrożność w celu zapewnienia, że roztwór wzbogacony w probówce B nie zanieczyści roztworu bez wzbogaconego roztworu w probówce A. Podane stężenie docelowych PFAA w niniejszym badaniu było relatywnie wyższe niż ich stężenie w rzeczywistym środowisku, co zapewnia monitorowanie docelowych PFAA w pszenicy i roztworze bez wzbogaceń za pomocą LC-MS/MS.
Ta metoda ma swoje ograniczenia. Ponieważ w każdej grupie poddanej działaniu pszenicy użyto tyl...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Z wdzięcznością dziękujemy za wsparcie finansowe od Chińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych (NSFC 21737003), Funduszu Naukowego Chińskich Uniwersytetów (nr 2452021103) oraz Chińskiej Fundacji Nauk Podoktoranckich (nr 2021M692651, 2021M702680).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kolumna ACQUITY UPLC BEH C18 | Waters, Milford, MA | Kolumna chromatograficzna cieczowa | |
| Cleanert Wkład PEP | Bonna-Angel Technologies, Chiny | Kolumna do ekstrakcji do fazy stałej | |
| Clearnert Pesticarb cartridge | Bonna-Angel Technologies, Chiny | Kolumna do ekstrakcji do fazy stałej | |
| LC-MS / MS (Waters Acquity UPLC i-Class sprzężona z Xevo TQ-S) | Waters, Milford, MA | chromatografii cieczowej i spektrometrii mas | |
| Boyikang Instrument Ltd., Pekin, Chiny | FD-1A50 | Liofilizowana próbka | |
| Masslynx | Waters, Milford, MA | Oprogramowanie do analizy danych | |
| Eter metylowo-tert-butylowy | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, USA) | służy do ekstrakcji związków docelowych z tkanek roślinnych | |
| MPFAC-MXA | Wellington Laboratories (Ontario, Kanada) | PFACMXA0518 | normy wewnętrzne |
| PFAC-MXB | Wellington Laboratories (Ontario, Kanada) | PFACMXB0219 | mieszanina wzorców kalibracyjnych PFAA |
| PFOA | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, USA) | 335-67-1 | a reprezentują PFAA |
| PFOS | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, USA) | 2795-39-3 | a reprezentują PFAA |
| Bufor węglanu sodu | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, Stany Zjednoczone) | zastosowanie do ekstrakcji związków docelowych z tkanek roślinnych | |
| Wodorosiarczan tetrabutyloamonu | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, USA) | służy do ekstrakcji związków docelowych z tkanek roślinnych | |
| Nasiona pszenicy | Chińska Akademia Nauk Rolniczych (Pekin, Chiny) | Triticum aestivum L. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.