Buğdaydaki Perfloroalkil Asitlerin Bölünmüş Kök Maruziyet Tekniği ile Uzun Mesafeli Taşınmasının İncelenmesi
Summary
Mevcut protokol, buğdayda perfloroalkil asitlerin uzun mesafeli taşınması için basit ve etkili bir yöntem tanımlamaktadır.
Abstract
Büyük miktarlarda perfloroalkil asitler (PFAA’lar) toprağa sokulmuş ve bitkiler tarafından biriktirilerek insan sağlığı için potansiyel riskler oluşturmuştur. PFAA’ların bitkiler içinde birikmesini ve yer değiştirmesini araştırmak zorunludur. Uzun mesafeli taşıma, bitki yapraklarından floem yoluyla yenilebilir dokulara aktarılan PFAA’lar için önemli bir yoldur. Bununla birlikte, kısa süreli maruz kalma döneminde organik kontaminasyonun translokasyon potansiyelini değerlendirmek daha önce zordu. Bölünmüş kök deneyi, bu çalışmada, santrifüj tüpü A’nın 50 mL çeyrek mukavemetli Hoagland steril besin çözeltisine sahip olduğu iki 50 mL santrifüj tüpünde (A ve B) gerçekleştirilen hidroponik bir deney kullanarak PFAA’ların uzun mesafeli translokasyonunu etkili bir şekilde ortaya çıkarmak için bir çözüm sunarken, santrifüj tüpü B aynı miktarda besin konsantrasyonuna sahipti. ve hedef PFAA’lar (perflorooktan sülfonik asit, PFOS ve perflorooktan asit, PFOA) belirli bir konsantrasyonda eklenir. Tam buğday kökü manuel olarak iki parçaya ayrıldı ve dikkatlice A ve B tüplerine yerleştirildi. PFAA’ların köklerdeki, buğday sürgünlerindeki ve A ve B tüplerindeki çözeltilerin konsantrasyonu, 7 gün boyunca bir inkübatörde kültürlendikten ve hasat edildikten sonra sırasıyla LC-MS / MS kullanılarak değerlendirildi. Sonuçlar, PFOA ve PFOS’un floem boyunca sürgünden köke benzer bir uzun mesafeli taşıma işlemi yaşadığını ve ortam ortamına salınabileceğini göstermiştir. Böylece, bölünmüş kök tekniği, farklı kimyasalların uzun mesafeli taşınmasını değerlendirmek için kullanılabilir.
Introduction
Perfloroalkil asitler (PFAA’lar), yüzey aktivitesi ve termal ve kimyasal kararlılık 1,2,3 dahil olmak üzere mükemmel fizikokimyasal özellikleri nedeniyle çeşitli ticari ve endüstriyel ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Perflorooktan sülfonik asit (PFOS) ve perflorooktan asit (PFOA), dünya çapında kullanılan en önemli iki PFAA’dır 4,5,6, ancak bu bileşikler sırasıyla 2009 ve 2019 yıllarında uluslararası Stockholm Sözleşmesinde listelenmiştir 7,8. Kalıcılıkları ve yaygın kullanımları nedeniyle, PFOS ve PFOA çeşitli çevresel matrislerde yaygın olarak tespit edilmiştir. Dünya çapında farklı nehir ve göllerden gelen yüzey sularındaki PFOA ve PFOS konsantrasyonları sırasıyla 0.15-52.8 ng / L ve 0.09-29.7 ng / L’dir. Sulama için yeraltı suyunun veya geri kazanılmış suyun kullanılması ve ayrıca gübre olarak biyokatıların kullanılması nedeniyle, PFOA ve PFOS toprakta yaygın olarak bulunur, sırasıyla 0.01-123 μg / kg ve 0.003-162 μg / kg arasında değişir,bu da bitkilere büyük miktarda PFAA’lar getirebilir ve insan sağlığı için potansiyel riskler oluşturabilir. Tarım toprağı ve tahıldaki (buğday ve mısır) PFAA (C4-C8) konsantrasyonları pozitif doğrusal korelasyon göstermektedir11. Bu nedenle, PFAA’ların bitkiler içinde birikmesini ve yer değiştirmesini araştırmak zorunludur.
PFAA’ların bitkilerde translokasyonu öncelikle köklerden yer üstü dokularına doğru gerçekleşir ve PFAA’ların köklerden yenilebilir dokulara translokasyonu uzun mesafeli taşıma olarak kabul edilir12,13. Önceki çalışmalar, sebze ve meyvelerde bisfenol A, nonilfenol ve doğal östrojenler tespit etmiştir14, bu da bu kimyasalların floem yoluyla göç edebileceği anlamına gelir. Bu nedenle, PFAA’ların tesislerdeki translokasyonunu ortaya çıkarmak, potansiyel risklerini değerlendirmek için önemlidir. Bununla birlikte, PFAA’ların birikmesi ve translokasyonu, topraktaki biyoyararlanımlarından etkilenir, bu nedenle bitkilerde hedef PFAA’ların translokasyon kabiliyetini değerlendirmek kolay değildir. Ek olarak, hidroponik deneyler genellikle çeşitli faktörlerle sınırlıdır ve bu da bitkilerin yenilebilir dokularını elde etmeyi zorlaştırır. Tipik olarak, floem, organik bileşiklerin bitkilerde uzun mesafeler boyunca translokasyonunu gözlemlemek için doğrudan bitkilerden toplanırken, bitki fidelerinden floem elde etmek zordur15. Bu nedenle, basit ve etkili bir yöntem olan bölünmüş kök tekniği, nispeten kısa süreli maruz kalma sırasında bitkilerde PFAA’ların translokasyonunu incelemek için tanıtıldı. Bölünmüş kök araştırmasına gelince, bir bitki fidesindeki kökler iki bölüme ayrılır; bir kısım hedef PFAA’ları (tüp A) içeren besin çözeltisine konur, diğeri ise PFAA’ların (tüp B) yokluğunda besin çözeltisine yerleştirilir. Birkaç gün maruz kaldıktan sonra, B tüpündeki PFAA’lar LC-MS / MS ile ölçülür. B tüpündeki PFAA’ların konsantrasyonu, PFAA’ların bitkiler içindeki floem yoluyla translokasyon potansiyelini açıklar16,17,18.
Bölünmüş kök deneyi, CuO nanopartikülleri17, steroid östrojenler 18 ve organofosfat esterleri16 gibi bitkilerdeki birçok bileşiğin uzun mesafeli translokasyonunu incelemek için bildirilmiştir. Bu çalışmalar, bu bileşiklerin floem yoluyla bitkilerin yenilebilir kısımlarına aktarılabileceğine dair kanıtlar sağlamıştır. Bununla birlikte, PFAA’ların bitkilerde translokasyona yardımcı olup olamayacağı ve bileşik özelliklerin etkisinin daha fazla araştırılması gerekmektedir. Bu raporlara dayanarak, bu çalışmada PFAA’ların buğdaydaki uzun mesafeli taşınmasını açıklamak için bölünmüş kök deneyi yapılmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yöntemin doğruluğunu sağlamak için, B tüpündeki çivili çözeltinin A tüpündeki çivisiz çözeltiyi kirletmediğinden emin olmak için dikkatli bir çalışma yapılmalıdır. Bu çalışmada hedef PFAA’ların verilen konsantrasyonu, gerçek ortamdaki konsantrasyonlarından nispeten daha yüksekti ve LC-MS / MS kullanarak buğdaydaki hedef PFAA’ların ve çivisiz çözeltinin izlenmesini sağladı.
Bu yöntemin sınırlamaları vardır. Her işlem grubunda sadece bir buğday fid…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Çin Doğa Bilimleri Vakfı (NSFC 21737003), Çin Üniversiteleri Bilimsel Fonu (No. 2452021103) ve Çin Doktora Sonrası Bilim Vakfı’nın (No. 2021M692651, 2021M702680) finansal desteğini minnetle kabul ediyoruz.
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).
