Investigación del transporte a larga distancia de ácidos perfluoroalquilo en trigo a través de una técnica de exposición de raíz dividida
Summary
El presente protocolo describe un método simple y eficiente para el transporte a larga distancia de ácidos perfluoroalquilo en el trigo.
Abstract
Grandes cantidades de ácidos perfluoroalquilo (PFAA) se han introducido en el suelo y las plantas las han acumulado, lo que plantea riesgos potenciales para la salud humana. Es imperativo investigar la acumulación y translocación de PFAA dentro de las plantas. El transporte a larga distancia es una vía importante para los PFAA transferidos de las hojas de la planta a los tejidos comestibles a través del floema. Sin embargo, anteriormente era difícil evaluar el potencial de translocación de la contaminación orgánica en un período de exposición a corto plazo. El experimento de raíz dividida proporciona una solución para descubrir eficazmente la translocación a larga distancia de PFAA utilizando un experimento hidropónico, que, en este estudio, se llevó a cabo en dos tubos de centrífuga de 50 ml (A y B), de los cuales el tubo de centrífuga A tenía 50 ml de solución nutritiva estéril Hoagland de un cuarto de fuerza, mientras que el tubo de centrífuga B tenía la misma cantidad de concentración de nutrientes. y los PFAA objetivo (ácido perfluorooctano sulfónico, PFOS, y ácido perfluorooctano, PFOA) añadidos a una concentración dada. Una raíz de trigo integral se separó manualmente en dos partes y se insertó cuidadosamente en los tubos A y B. La concentración de PFAAs en las raíces, brotes de trigo y soluciones en los tubos A y B se evaluaron utilizando LC-MS/MS, respectivamente, después de ser cultivados en una incubadora durante 7 días y cosechados. Los resultados sugirieron que el PFOA y el PFOS experimentan un proceso similar de transporte a larga distancia a través del floema desde el brote hasta la raíz y podrían liberarse en el ambiente ambiente. Por lo tanto, la técnica de raíz dividida se puede utilizar para evaluar el transporte a larga distancia de diferentes productos químicos.
Introduction
Los ácidos perfluoroalquilo (PFAA) son ampliamente utilizados en diversos productos comerciales e industriales debido a sus excelentes propiedades fisicoquímicas, incluida la actividad superficial y la estabilidad térmica y química 1,2,3. El ácido perfluorooctano sulfónico (PFOS) y el ácido perfluorooctano (PFOA) son los dos PFAA más importantes utilizados en todo el mundo 4,5,6, aunque estos compuestos se enumeraron en el Convenio internacional de Estocolmo en 2009 y 20197,8, respectivamente. Debido a su persistencia y uso generalizado, el PFOS y el PFOA se han detectado ampliamente en diversas matrices ambientales. Las concentraciones de PFOA y PFOS en las aguas superficiales de diferentes ríos y lagos del mundo son de 0,15 a 52,8 ng/L y de 0,09 a 29,7 ng/L,respectivamente9. Debido al uso de aguas subterráneas o regeneradas para riego y también al uso de biosólidos como fertilizantes, el PFOA y el PFOS están ampliamente presentes en el suelo, oscilando entre 0,01-123 μg/kg y 0,003-162 μg/kg, respectivamente10, lo que podría introducir una gran cantidad de PFAA en las plantas y plantear riesgos potenciales para la salud humana. Las concentraciones de PFAA (C4-C8) en suelos agrícolas y granos (trigo y maíz) muestran una correlación lineal positiva11. Por lo tanto, es imperativo investigar la acumulación y translocación de PFAA dentro de las plantas.
La translocación de PFAAs en plantas ocurre primero desde las raíces a los tejidos aéreos, y la translocación de PFAAs desde las raíces a los tejidos comestibles se considera transporte a larga distancia12,13. Estudios previos han detectado bisfenol A, nonilfenol y estrógenos naturales en verduras y frutas14, lo que implica que estos productos químicos podrían migrar a través del floema. Por lo tanto, descubrir la translocación de PFAA en las plantas es importante para evaluar su riesgo potencial. Sin embargo, la acumulación y translocación de PFAA se ven afectadas por su biodisponibilidad en el suelo, por lo que no es fácil evaluar la capacidad de translocación de los PFAA objetivo en las plantas. Además, los experimentos hidropónicos generalmente están limitados por varios factores, lo que dificulta la adquisición de los tejidos comestibles de las plantas. Típicamente, el floema fue recolectado directamente de las plantas para observar la translocación de compuestos orgánicos a través de largas distancias en las plantas, mientras que es difícil adquirir floemas de las plántulas de las plantas15. Por lo tanto, se introdujo un método simple y efectivo, la técnica de raíz dividida, para estudiar la translocación de PFAA en plantas durante una exposición relativamente a corto plazo. En cuanto a la investigación de raíz dividida, las raíces en una plántula de planta se separan en dos partes; una parte se coloca en la solución nutritiva que contiene PFAA objetivo (tubo A), y la otra se coloca en la solución nutritiva en ausencia de PFAA (tubo B). Después de la exposición durante varios días, los PFAA en el tubo B se miden mediante LC-MS/MS. La concentración de PFAAs en el tubo B revela el potencial de translocación de PFAAs a través del floema dentro de las plantas16,17,18.
El experimento de raíz dividida se ha reportado para estudiar la translocación a larga distancia de muchos compuestos en plantas, como las nanopartículas de CuO17, los estrógenos esteroides 18 y los ésteres organofosforados16. Estos estudios proporcionaron evidencia de que estos compuestos podrían transferirse a través del floema a las partes comestibles de las plantas. Sin embargo, es necesario explorar más a fondo si los PFAA podrían ayudar en la translocación en las plantas y el impacto de las propiedades de los compuestos. Sobre la base de estos informes, el experimento de raíz dividida se llevó a cabo en el presente estudio para revelar el transporte a larga distancia de PFAA en el trigo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Para garantizar la precisión de este método, se debe realizar una operación cuidadosa para garantizar que la solución con púas en el tubo B no contamine la solución sin pinchos en el tubo A. La concentración dada de PFAA objetivo en el presente estudio fue relativamente más alta que su concentración en el entorno real, lo que garantiza monitorear los PFAA objetivo en trigo y solución sin púas utilizando LC-MS / MS.
Existen limitaciones para este método. Dado que solo se utilizó u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos el apoyo financiero de la Fundación de Ciencias Naturales de China (NSFC 21737003), el Fondo Científico de las Universidades Chinas (No. 2452021103) y la Fundación de Ciencias Postdoctorales de China (No. 2021M692651, 2021M702680).
Materials
| ACQUITY UPLC BEH C18 column | Waters, Milford, MA | Liquid chromatographic column | |
| Cleanert PEP cartridge | Bonna- Angel Technologies, China | Solid phase extraction column | |
| Clearnert Pesticarb cartridge | Bonna- Angel Technologies, China | Solid phase extraction column | |
| LC-MS/MS(Waters Acquity UPLC i-Class Coupled to Xevo TQ-S) | Waters, Milford, MA | Liquid chromatography and mass spectrometry | |
| Lyophilizer | Boyikang Instrument Ltd., Beijing, China | FD-1A50 | Freeze-dried sample |
| Masslynx | Waters, Milford, MA | data analysis software | |
| Methyl tert-butyl ether | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | use for extracting target compounds from plant tissues | |
| MPFAC-MXA | Wellington Laboratories (Ontario, Canada) | PFACMXA0518 | the internal standards |
| PFAC-MXB | Wellington Laboratories (Ontario, Canada) | PFACMXB0219 | mixture of PFAA calibration standards |
| PFOA | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 335-67-1 | a represent PFAAs |
| PFOS | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | 2795-39-3 | a represent PFAAs |
| Sodium carbonate buffer | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | use for extracting target compounds from plant tissues | |
| Tetrabutylammonium hydrogen sulfate | Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US) | use for extracting target compounds from plant tissues | |
| Wheat seeds | Chinese Academy of Agricultural Sciences (Beijing,China) | Triticum aestivum L. |
References
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