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活体分析技术揭示植物在氨基甲酸酯农药胁迫下的代谢失衡机制

来源: 时间:2021-09-26

  近期,省科学院测试分析研究所(中国广州分析测试中心)新技术实验室超微量分析团队与中山大学、江西师范大学合作,开发了一种基于富氮多孔聚合物的固相微萃取(SPME)活体分析新技术,利用该技术实时跟踪活体植物在氨基甲酸酯农药胁迫下的污染富集/消除行为与植物内源性代谢失衡行为,为有害化学物质的生物毒性评价研究提供了重要的技术手段和研究新思路。

  氨基甲酸酯类农药是为替代有机氯、有机磷农药而开发出的一种新型广谱杀虫、杀螨、除草剂,在农业、林业和牧业等方面得到了广泛的应用。氨基甲酸酯类农药使用量已超过有机磷农药,销售额仅次于拟除虫菊酯类农药位居第二。与此同时,氨基甲酸酯农药的潜在健康风险和环境不良影响引起了人们的广泛关注。受污染的食物,特别是新鲜蔬菜,是人类氨基甲酸酯非职业性接触的主要来源。在污染暴露下,植物将进行一系列的解毒过程,进而影响其自身的内源代谢和营养成分组成。研究植物在氨基甲酸酯农药胁迫下的代谢失衡行为需要长时间跟踪单一目标植株,但传统的破坏性处理和分析技术容易引起复杂内源代谢物在样品前处理过程中的结构转化信息遗失,为此亟需寻找新的技术手段和研究思路。

  研究团队基于新型富氮多孔聚合物材料,研制了一种具有广谱萃取特性和生物相容性的SPME活体采样探针,并结合GC-QTOF-MS联用分析技术,对暴露于氨基甲酸酯污染下的小白菜活体内的外源性污染及其内源性代谢信息进行实时、同步跟踪监测。研究发现,氨基甲酸酯及其初级代谢产物在小白菜中可迅速富集和迅速消除。自施加污染暴露第三天起,暴露组和对照组植株出现显著性代谢差异,且该代谢失衡特征在暴露移除后的培养时间段内并未出现逆转,特别是暴露植株中具有抗癌活性的硫代葡萄糖苷相关代谢物含量出现了显著的下调。

  本研究从分子水平阐明植物在外源氨基甲酸酯胁迫下的代谢失衡行为,并可为生物体在其它复杂污染刺激下的代谢失衡机制研究提供了技术思路。相关研究成果发表在国际环境领域自然指数期刊Environmental Science & Technology上。测试分析所(中广测)为本论文第一和通讯作者单位,刘舒芹博士为论文第一作者,相关研究工作得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划重点专项、广东省基础与应用基础研究基金、广州市科技计划项目等的资助。

  图 SPME活体分析技术开发及其在植物代谢失衡行为研究中的应用

  论文信息:

  Shuqin Liu, Yiquan Huang, Jian Liu, Chao Chen, Gangfeng Ouyang. In vivo contaminant monitoring and metabolomic profiling in plants exposed to carbamates via a novel microextraction fiber. Environmental Science & Technology, 2021, 55, 18, 12449-12458.

  论文链接:

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c04368

  (省科学院测试分析所 刘舒芹/供稿)

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