분할 뿌리 노출 기술을 통한 밀에서 과불화알킬산의 장거리 운송 조사
Summary
본 프로토콜은 밀에서 퍼플루오로알킬산의 장거리 수송을 위한 간단하고 효율적인 방법을 기술한다.
Abstract
다량의 과불화알킬산(PFAA)이 토양에 유입되어 식물에 축적되어 인체 건강에 잠재적인 위험을 초래합니다. 식물 내에서 PFAA의 축적과 전좌를 조사하는 것이 필수적입니다. 장거리 수송은 체관부를 통해 식물 잎에서 식용 조직으로 전달되는 PFAA의 중요한 경로입니다. 그러나 이전에는 단기 노출 기간에 유기 오염의 전좌 가능성을 평가하기가 어려웠습니다. 분할 루트 실험은 수경 실험을 사용하여 PFAA의 장거리 전좌를 효과적으로 밝혀내는 솔루션을 제공하며, 이 연구에서는 두 개의 50mL 원심분리 튜브(A 및 B)에서 수행되었으며, 그 중 원심분리 튜브 A는 50mL의 1/4 강도의 Hoagland 멸균 영양 용액을 갖는 반면 원심분리기 튜브 B는 동일한 양의 영양소 농도를 가졌습니다. 및 표적 PFAA (퍼플루오로옥탄 술폰산, PFOS, 및 퍼플루오로옥탄산, PFOA)를 주어진 농도로 첨가하였다. 통밀 뿌리를 수동으로 두 부분으로 분리하고 튜브 A와 B에 조심스럽게 삽입했습니다. 뿌리, 밀의 싹 및 튜브 A와 B의 용액에 있는 PFAA의 농도는 각각 LC-MS/MS를 사용하여 7일 동안 배양하고 수확한 후 평가되었습니다. 결과는 PFOA와 PFOS가 체관부를 통해 싹에서 뿌리까지 유사한 장거리 수송 과정을 경험하고 주변 환경으로 방출될 수 있음을 시사했습니다. 따라서 분할 루트 기술을 사용하여 다양한 화학 물질의 장거리 운송을 평가할 수 있습니다.
Introduction
퍼플루오로알킬산(PFAA)은 표면 활성과 열적 및 화학적 안정성 1,2,3을 포함한 우수한 물리화학적 특성으로 인해 다양한 상업 및 산업 제품에 널리 사용됩니다. 퍼플루오로옥탄 설폰산(PFOS)과 퍼플루오로옥탄산(PFOA)은 전 세계적으로 사용되는 가장 중요한 두 가지 PFAA 4,5,6이지만 이러한 화합물은 각각 2009년과 2019년 국제 스톡홀름 협약 7,8에 등재되었습니다. PFOS와 PFOA는 지속성과 광범위한 사용으로 인해 다양한 환경 매트릭스에서 널리 검출되었습니다. 전 세계적으로 다른 강과 호수의 지표수에서 PFOA 및 PFOS의 농도는 각각 0.15-52.8 ng / L 및 0.09-29.7 ng / L입니다9. 관개를 위해 지하수 또는 재생 수를 사용하고 바이오 솔리드를 비료로 사용하기 때문에 PFOA 및 PFOS는 각각 0.01-123 μg / kg 및 0.003-162 μg / kg 범위의 토양에 널리 존재합니다10, 식물에 많은 양의 PFAA를 도입하고 인체 건강에 잠재적 인 위험을 초래할 수 있습니다. 농업 토양과 곡물 (밀과 옥수수)의 PFAA (C4-C8) 농도는 양의 선형 상관 관계를 보여줍니다11. 따라서 식물 내에서 PFAA의 축적 및 전좌를 조사하는 것이 필수적입니다.
식물에서 PFAA의 전좌는 먼저 뿌리에서 지상 조직으로 발생하며, 뿌리에서 식용 조직으로의 PFAA의 전좌는 장거리 수송으로 간주됩니다12,13. 이전 연구에서는 야채와 과일에서 비스페놀 A, 노닐페놀 및 천연 에스트로겐을 검출했습니다.14, 이는 이러한 화학 물질이 체관부를 통해 이동할 수 있음을 의미합니다. 따라서 식물에서 PFAA의 전좌를 밝히는 것은 잠재적 위험을 평가하는 데 중요합니다. 그러나 PFAA의 축적 및 전좌는 토양에서의 생체 이용률에 영향을 받기 때문에 식물에서 표적 PFAA의 전좌 능력을 평가하는 것은 쉽지 않습니다. 또한 수경 실험은 일반적으로 여러 요인에 의해 제한되므로 식물의 식용 조직을 얻기가 더 어렵습니다. 전형적으로, 체관부는 식물에서 장거리를 통한 유기 화합물의 전좌를 관찰하기 위해 식물로부터 직접 수집되었지만, 식물 묘목15에서 체관부를 획득하는 것은 어렵다. 따라서 비교적 단기간에 노출되는 동안 식물에서 PFAA의 전좌를 연구하기 위해 간단하고 효과적인 방법인 분할 루트 기술이 도입되었습니다. 분할 뿌리 조사에 관해서는, 한 식물 묘목의 뿌리는 두 부분으로 분리됩니다. 한 부분은 표적 PFAA가 들어있는 영양 용액 (튜브 A)에 넣고 다른 부분은 PFAA가없는 영양 용액 (튜브 B)에 넣습니다. 며칠 동안 노출 된 후 튜브 B의 PFAA는 LC-MS / MS로 측정됩니다. 튜브 B 내의 PFAA의 농도는 식물16,17,18 내의 체관부를 통한 PFAA의 전좌 전위를 개시한다.
분할 뿌리 실험은 CuO 나노 입자17, 스테로이드 에스트로겐18 및 유기 인산 에스테르16과 같은 식물에서 많은 화합물의 장거리 전좌를 연구하기 위해보고되었습니다. 이 연구는 이러한 화합물이 체관부를 통해 식물의 식용 부분으로 이동할 수 있다는 증거를 제공했습니다. 그러나 PFAA가 식물의 전좌에 도움이 될 수 있는지 여부와 화합물 특성의 영향에 대해 더 자세히 조사해야 합니다. 이러한 보고를 바탕으로 본 연구에서는 밀에서 PFAA의 장거리 수송을 공개하기 위해 뿌리 분할 실험을 수행했습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 방법의 정확성을 보장하려면 튜브 B의 스파이크 용액이 튜브 A의 스파이크되지 않은 용액을 오염시키지 않도록 조심스럽게 작업해야합니다. 본 연구에서 주어진 표적 PFAA 농도는 실제 환경에서의 농도보다 상대적으로 높았으며, LC-MS/MS를 사용하여 밀 및 스파이크되지 않은 용액에서 표적 PFAA를 모니터링할 수 있었습니다.
이 방법에는 제한이 있습니다. 각 처리군에 하나의…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
중국 자연과학재단(NSFC 21737003), 중국대학과학기금(제2452021103호), 중국박사후과학재단(제2021M692651, 2021M702680)의 재정 지원에 감사드립니다.
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. |
Referências
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