Étude du transport sur de longues distances des acides perfluoroalkyliques dans le blé au moyen d’une technique d’exposition à racines fendues
Summary
Le présent protocole décrit une méthode simple et efficace pour le transport sur de longues distances des acides perfluoroalkyliques dans le blé.
Abstract
De grandes quantités d’acides perfluoroalkyliques (APFA) ont été introduites dans le sol et accumulées par les plantes, ce qui pose des risques potentiels pour la santé humaine. Il est impératif d’étudier l’accumulation et la translocation des APFC dans les plantes. Le transport sur de longues distances est une voie importante pour les APFA transférés des feuilles de la plante aux tissus comestibles par le phloème. Cependant, il était auparavant difficile d’évaluer le potentiel de translocation de la contamination organique au cours d’une période d’exposition à court terme. L’expérience à racines fendues fournit une solution pour découvrir efficacement la translocation à longue distance des APFA à l’aide d’une expérience hydroponique, qui, dans cette étude, a été réalisée dans deux tubes à centrifuger de 50 mL (A et B), dont le tube à centrifuger A contenait 50 mL de solution nutritive stérile Hoagland d’un quart de concentration, tandis que le tube de centrifugation B avait la même concentration en nutriments. et les APFA cibles (acide perfluorooctane sulfonique, SPFO, et acide perfluorooctane, APFO) ajoutées à une concentration donnée. Une racine de blé entière a été séparée manuellement en deux parties et insérée avec précaution dans les tubes A et B. La concentration d’APFA dans les racines, les pousses de blé et les solutions dans les tubes A et B a été évaluée à l’aide de LC-MS/MS, respectivement, après avoir été cultivée dans un incubateur pendant 7 jours et récoltée. Les résultats suggèrent que l’APFO et le SPFO subissent un processus de transport sur de longues distances similaire à travers le phloème de la pousse à la racine et pourraient être libérés dans l’environnement ambiant. Ainsi, la technique de la racine fendue peut être utilisée pour évaluer le transport sur de longues distances de différents produits chimiques.
Introduction
Les acides perfluoroalkylés (PFAA) sont largement utilisés dans divers produits commerciaux et industriels en raison de leurs excellentes propriétés physicochimiques, y compris l’activité de surface et la stabilité thermique et chimique 1,2,3. L’acide perfluorooctane sulfonique (SPFO) et l’acide perfluorooctane (APFO) sont les deux principaux APFA utilisés dans le monde 4,5,6, bien que ces composés aient été inscrits dans la Convention internationale de Stockholm en 2009 et 2019 7,8, respectivement. En raison de leur persistance et de leur utilisation répandue, le SPFO et l’APFO ont été largement détectés dans diverses matrices environnementales. Les concentrations d’APFO et de SPFO dans les eaux de surface de différents fleuves et lacs du monde sont respectivement de 0,15 à 52,8 ng/L et de 0,09 à 29,7 ng/L, respectivement9. En raison de l’utilisation d’eau souterraine ou d’eau de récupération pour l’irrigation et de l’utilisation de biosolides comme engrais, l’APFO et le SPFO sont largement présents dans le sol, variant entre 0,01 et 123 μg/kg et entre 0,003 et 162 μg/kg, respectivement10, ce qui pourrait introduire une grande quantité d’APFC dans les plantes et poser des risques potentiels pour la santé humaine. Les concentrations de PFAA (C4-C8) dans les sols agricoles et les céréales (blé et maïs) montrent une corrélation linéaire positive11. Par conséquent, il est impératif d’étudier l’accumulation et la translocation des APFA dans les plantes.
La translocation des APFA dans les plantes se produit d’abord des racines vers les tissus aériens, et la translocation des APFA des racines vers les tissus comestibles est considérée comme un transport sur de longues distances12,13. Des études antérieures ont détecté du bisphénol A, du nonylphénol et des œstrogènes naturels dans les légumes et les fruits14, ce qui implique que ces produits chimiques pourraient migrer via le phloème. Par conséquent, il est important de découvrir la translocation des APFA dans les plantes pour évaluer leur risque potentiel. Cependant, l’accumulation et la translocation des APFA sont influencées par leur biodisponibilité dans le sol, de sorte qu’il n’est pas facile d’évaluer la capacité de translocation des APFA cibles dans les plantes. De plus, les expériences hydroponiques sont généralement limitées par plusieurs facteurs, ce qui rend plus difficile l’acquisition des tissus comestibles des plantes. Typiquement, le phloème a été recueilli directement sur les plantes pour observer la translocation des composés organiques sur de longues distances dans les plantes, alors qu’il est difficile d’acquérir des phloèmes à partir de plantsde plantes 15. Par conséquent, une méthode simple et efficace, la technique des racines fendues, a été introduite pour étudier la translocation des APFA dans les plantes lors d’une exposition à relativement court terme. En ce qui concerne l’étude de la racine fendue, les racines d’un plant plant sont séparées en deux parties; une partie est introduite dans la solution nutritive contenant les APFA cibles (tube A), et l’autre est placée dans la solution nutritive en l’absence d’APFA (tube B). Après une exposition de plusieurs jours, les APFA dans le tube B sont mesurés par LC-MS/MS. La concentration d’APFA dans le tube B révèle le potentiel de translocation des APFA à travers le phloème dans les plantes16,17,18.
L’expérience de racine fendue a été rapportée pour étudier la translocation à longue distance de nombreux composés dans les plantes, tels que les nanoparticules de CuO17, les œstrogènes stéroïdes 18 et les esters organophosphorés16. Ces études ont fourni des preuves que ces composés pouvaient être transférés via le phloème aux parties comestibles des plantes. Cependant, la question de savoir si les APFA pourraient aider à la translocation dans les plantes et l’impact des propriétés des composés doivent être explorées plus avant. Sur la base de ces rapports, l’expérience à racines fendues a été menée dans la présente étude pour divulguer le transport sur de longues distances des APFC dans le blé.
Protocol
Representative Results
Discussion
Pour assurer la précision de cette méthode, une opération prudente doit être effectuée pour s’assurer que la solution enrichie dans le tube B ne contamine pas la solution non enrichie dans le tube A. La concentration donnée des APFA cibles dans la présente étude était relativement plus élevée que leur concentration dans l’environnement réel, ce qui permet de surveiller les APFA cibles dans le blé et les solutions non enrichies à l’aide de LC-MS/MS.
Il y a des limites à ce…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions la Fondation chinoise des sciences naturelles (NSFC 21737003), le Fonds scientifique des universités chinoises (n ° 2452021103) et la Fondation chinoise des sciences postdoctorales (n ° 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
- 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 perspectives. Environmental Chemistry. 8 (4), 333-338 (2011).
- Cui, Q., et al. Occurrence and tissue distribution of novel perfluoroether carboxylic and sulfonic acids and legacy per/polyfluoroalkyl substances in black-spotted frog (Pelophylax nigromaculatus). Environmental Science & Technology. 52 (3), 982-990 (2018).
- Negri, E., et al. Exposure to PFOA and PFOS and fetal growth: a critical merging of toxicological and epidemiological data. Critical Reviews in Toxicology. 47 (6), 489-515 (2017).
- Chi, Q., Li, Z., Huang, J., Ma, J., Wang, X. Interactions of perfluorooctanoic acid and perfluorooctanesulfonic acid with serum albumins by native mass spectrometry, fluorescence and molecular docking. Chemosphere. 198, 442-449 (2018).
- Zhang, X., Chen, L., Fei, X. C., Ma, Y. S., Gao, H. W. Binding of PFOS to serum albumin and DNA: insight into the molecular toxicity of perfluorochemicals. Bmc Molecular Biology. 10, 16 (2009).
- Pan, Y. T., et al. Worldwide distribution of novel perfluoroether carboxylic and sulfonic acids in surface water. Environmental Science & Technology. 52 (14), 7621-7629 (2018).
- Knight, E. R., et al. An investigation into the long-term binding and uptake of PFOS, PFOA and PFHxS in soil – plant systems. Journal of Hazardous Materials. 404, 124065 (2021).
- Liu, Z. Y., et al. Crop bioaccumulation and human exposure of perfluoroalkyl acids through multi-media transport from a mega fluorochemical industrial park, China. Environment International. 106, 37-47 (2017).
- Mei, W. P., et al. Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) in the soil-plant system: Sorption, root uptake, and translocation. Environment International. 156, 106642 (2021).
- Wang, W., Rhodes, G., Ge, J., Yu, X., Li, H. Uptake and accumulation of per- and polyfluoroalkyl substances in plants. Chemosphere. 261, 127584 (2020).
- Lu, J., Wu, J., Stoffella, P. J., Wilson, P. C. Analysis of bisphenol A, nonylphenol, and natural estrogens in vegetables and fruits using gas chromatography-tandem mass spectrometry. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 61 (1), 84-89 (2013).
- Herschbach, C., Gessler, A., Rennenberg, H., Luttge, U., Beyschlag, W., Budel, B., Francis, D. Long Distance Transport and Plant Internal Cycling of N- and S-Compounds. Progress in Botany 73. , 161-188 (2012).
- Liu, Q., et al. Uptake kinetics, accumulation, and long-distance transport of organophosphate esters in plants: Impacts of chemical and plant properties. Environmental Science & Technology. 53 (9), 4940-4947 (2019).
- Wang, Z. Y., et al. Xylem- and phloem-based transport of CuO nanoparticles in maize (Zea mays L.). Environmental Science & Technology. 46 (8), 4434-4441 (2012).
- Chen, X., et al. Uptake, accumulation, and translocation mechanisms of steroid estrogens in plants. Science of the Total Environment. 753, 141979 (2021).
- Felizeter, S., McLachlan, M. S., de Voogt, P. Uptake of perfluorinated alkyl acids by hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa). Environmental Science & Technology. 46 (21), 11735-11743 (2012).
- Zhou, J., et al. Insights into uptake, translocation, and transformation mechanisms of perfluorophosphinates and perfluorophosphonates in wheat (Triticum aestivum L.). Environmental Science & Technology. 54 (1), 276-285 (2020).
