Studio del trasporto a lunga distanza di acidi perfluoroalchilici nel grano mediante una tecnica di esposizione a radice divisa
Summary
Il presente protocollo descrive un metodo semplice ed efficace per il trasporto a lunga distanza degli acidi perfluoroalchilici nel grano.
Abstract
Grandi quantità di acidi perfluoroalchilici (PFAA) sono stati introdotti nel suolo e accumulati dalle piante, ponendo potenziali rischi per la salute umana. È imperativo studiare l’accumulo e la traslocazione di PFAA all’interno delle piante. Il trasporto a lunga distanza è un percorso importante per i PFAA trasferiti dalle foglie della pianta ai tessuti commestibili attraverso il floema. Tuttavia, in precedenza era difficile valutare il potenziale di traslocazione della contaminazione organica in un periodo di esposizione a breve termine. L’esperimento a radice divisa fornisce una soluzione per scoprire efficacemente la traslocazione a lunga distanza di PFAA utilizzando un esperimento idroponico, che, in questo studio, è stato condotto in due provette da centrifuga da 50 ml (A e B), di cui la provetta A della centrifuga aveva 50 ml di soluzione nutritiva sterile Hoagland a un quarto di resistenza, mentre la provetta della centrifuga B aveva la stessa quantità di concentrazione di nutrienti, e i PFAA bersaglio (acido perfluorottano solfonico, PFOS e acido perfluorottano, PFOA) aggiunti a una data concentrazione. Una radice di grano integrale è stata separata manualmente in due parti e inserita con cura nei tubi A e B. La concentrazione di PFAA nelle radici, nei germogli di grano e nelle soluzioni nei tubi A e B sono stati valutati utilizzando rispettivamente LC-MS / MS, dopo essere stati coltivati in un’incubatrice per 7 giorni e raccolti. I risultati hanno suggerito che PFOA e PFOS sperimentano un simile processo di trasporto a lunga distanza attraverso il floema dal germoglio alla radice e potrebbero essere rilasciati nell’ambiente ambientale. Pertanto, la tecnica split-root può essere utilizzata per valutare il trasporto a lunga distanza di diverse sostanze chimiche.
Introduction
Gli acidi perfluoroalchilici (PFAA) sono ampiamente utilizzati in vari prodotti commerciali e industriali grazie alle loro eccellenti proprietà fisico-chimiche, tra cui l’attività superficiale e la stabilità termica e chimica 1,2,3. L’acido perfluorottano solfonico (PFOS) e l’acido perfluorottano (PFOA) sono i due PFAA più importanti utilizzati in tutto il mondo 4,5,6, sebbene questi composti siano stati elencati nella Convenzione internazionale di Stoccolma rispettivamente 7,8 nel 2009 e nel 2019. A causa della loro persistenza e dell’uso diffuso, PFOS e PFOA sono stati ampiamente rilevati in varie matrici ambientali. Le concentrazioni di PFOA e PFOS nelle acque superficiali di diversi fiumi e laghi mondiali sono rispettivamente 0,15-52,8 ng / L e 0,09-29,7 ng / L,9. A causa dell’uso di acque sotterranee o di acque depurate per l’irrigazione e anche utilizzando biosolidi come fertilizzanti, PFOA e PFOS sono ampiamente presenti nel terreno, compresi tra 0,01-123 μg / kg e 0,003-162 μg / kg, rispettivamente10, che potrebbero introdurre una grande quantità di PFAA nelle piante e comportare potenziali rischi per la salute umana. Le concentrazioni di PFAA (C4-C8) nel suolo agricolo e nei cereali (grano e mais) mostrano una correlazione lineare positiva11. Pertanto, è imperativo studiare l’accumulo e la traslocazione di PFAA all’interno delle piante.
La traslocazione dei PFAA nelle piante avviene in primo luogo dalle radici ai tessuti fuori terra, e la traslocazione dei PFAA dalle radici ai tessuti commestibili è considerata come trasporto a lunga distanza12,13. Studi precedenti hanno rilevato bisfenolo A, nonilfenolo ed estrogeni naturali in frutta e verdura14, il che implica che queste sostanze chimiche potrebbero migrare attraverso il floema. Pertanto, scoprire la traslocazione di PFAA nelle piante è importante per valutare il loro potenziale rischio. Tuttavia, l’accumulo e la traslocazione dei PFAA sono influenzati dalla loro biodisponibilità nel suolo, quindi non è facile valutare la capacità di traslocazione dei PFAA bersaglio nelle piante. Inoltre, gli esperimenti idroponici sono generalmente limitati da diversi fattori, rendendo più difficile acquisire i tessuti commestibili delle piante. Tipicamente, il floema è stato raccolto direttamente dalle piante per osservare la traslocazione di composti organici attraverso lunghe distanze nelle piante, mentre è difficile acquisire floemi da piantine di piante15. Quindi, è stato introdotto un metodo semplice ed efficace, la tecnica della radice divisa, per studiare la traslocazione di PFAA nelle piante durante un’esposizione relativamente a breve termine. Per quanto riguarda l’indagine a radice divisa, le radici in una piantina di piante sono separate in due parti; una parte viene inserita nella soluzione nutritiva contenente PFAA bersaglio (tubo A) e l’altra viene posta nella soluzione nutritiva in assenza di PFAA (tubo B). Dopo esposizione per diversi giorni, i PFAA nel tubo B vengono misurati mediante LC-MS/MS. La concentrazione di PFAA nel tubo B rivela il potenziale di traslocazione dei PFAA attraverso il floema all’interno delle piante16,17,18.
L’esperimento split-root è stato riportato per studiare la traslocazione a lunga distanza di molti composti nelle piante, come le nanoparticelle CuO17, gli estrogeni steroidei 18 e gli esteri organofosfati16. Questi studi hanno fornito la prova che questi composti potrebbero trasferirsi attraverso il floema alle parti commestibili delle piante. Tuttavia, è necessario esplorare ulteriormente se i PFAA possano aiutare nella traslocazione nelle piante e l’impatto delle proprietà dei composti. Sulla base di questi rapporti, l’esperimento split-root è stato condotto nel presente studio per rivelare il trasporto a lunga distanza di PFAA nel grano.
Protocol
Representative Results
Discussion
Per garantire l’accuratezza di questo metodo, è necessario operare con attenzione per garantire che la soluzione a spillo nel tubo B non contamini la soluzione non chiodata nel tubo A. La concentrazione data di PFAA target nel presente studio era relativamente superiore alla loro concentrazione nell’ambiente reale, garantendo di monitorare i PFAA target nel grano e nella soluzione senza punte utilizzando LC-MS/MS.
Ci sono limitazioni a questo metodo. Poiché in ciascun gruppo di trattamento …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Riconosciamo con gratitudine il sostegno finanziario della Natural Science Foundation of China (NSFC 21737003), del Chinese Universities Scientific Fund (n. 2452021103) e della Chinese Postdoctoral Science Foundation (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
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