Untersuchung des Langstreckentransports von Perfluoralkylsäuren in Weizen mittels Split-Root-Expositionstechnik
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt ein einfaches und effizientes Verfahren für den Langstreckentransport von Perfluoralkylsäuren in Weizen.
Abstract
Große Mengen an Perfluoralkylsäuren (PFAAs) wurden in den Boden eingebracht und von Pflanzen angesammelt, was potenzielle Risiken für die menschliche Gesundheit darstellt. Es ist unerlässlich, die Akkumulation und Translokation von PFAAs innerhalb von Pflanzen zu untersuchen. Der Langstreckentransport ist ein wichtiger Weg für PFAAs, die von den Pflanzenblättern durch das Phloem in das essbare Gewebe übertragen werden. Bisher war es jedoch schwierig, das Translokationspotenzial organischer Kontamination in einer kurzfristigen Expositionszeit abzuschätzen. Das Split-Root-Experiment bietet eine Lösung, um die Translokation von PFAAs über große Entfernungen mit einem hydroponischen Experiment effektiv aufzudecken, das in dieser Studie in zwei 50-ml-Zentrifugenröhrchen (A und B) durchgeführt wurde, von denen Zentrifugenröhrchen A 50 ml sterile Hoagland-Nährlösung mit einer Viertelstärke aufwiesen, während Zentrifugenröhrchen B die gleiche Menge an Nährstoffkonzentration aufwiesen. und die Ziel-PFAAs (Perfluoroctansulfonsäure, PFOS und Perfluoroctansäure, PFOA), die in einer bestimmten Konzentration hinzugefügt wurden. Eine ganze Weizenwurzel wurde manuell in zwei Teile getrennt und vorsichtig in die Röhrchen A und B eingeführt. Die Konzentration von PFAAs in den Wurzeln, Weizentrieben und Lösungen in den Röhrchen A und B wurde mit LC-MS/MS bewertet, nachdem sie 7 Tage lang in einem Inkubator kultiviert und geerntet wurden. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass PFOA und PFOS einen ähnlichen Langstreckentransportprozess durch das Phloem vom Spross bis zur Wurzel erfahren und in die Umgebung freigesetzt werden könnten. So kann die Split-Root-Technik verwendet werden, um den Langstreckentransport verschiedener Chemikalien zu bewerten.
Introduction
Perfluoralkylsäuren (PFAAs) werden aufgrund ihrer hervorragenden physikalisch-chemischen Eigenschaften, einschließlich Oberflächenaktivität und thermischer und chemischerStabilität 1,2,3, in verschiedenen kommerziellen und industriellen Produkten häufig verwendet. Perfluoroctansulfonsäure (PFOS) und Perfluoroctansäure (PFOA) sind die beiden wichtigsten weltweit verwendeten PFAAs 4,5,6, obwohl diese Verbindungen 2009 bzw. 2019 in der internationalen Stockholmer Konvention 7,8 aufgeführt wurden. Aufgrund ihrer Persistenz und weit verbreiteten Verwendung wurden PFOS und PFOA in verschiedenen Umweltmatrices nachgewiesen. Die Konzentrationen von PFOA und PFOS im Oberflächenwasser verschiedener Flüsse und Seen weltweit betragen 0,15-52,8 ng/L bzw. 0,09-29,7 ng/L9. Aufgrund der Verwendung von Grundwasser oder aufbereitetem Wasser für die Bewässerung und auch der Verwendung von Biofeststoffen als Dünger sind PFOA und PFOS im Boden weit verbreitet und liegen zwischen 0,01-123 μg/kg bzw. 0,003-162 μg/kg bzw.10, was eine große Menge an PFAAs in Pflanzen einbringen und potenzielle Risiken für die menschliche Gesundheit darstellen könnte. Die PFAA-Konzentrationen (C4-C8) in landwirtschaftlichen Böden und Getreide (Weizen und Mais) zeigen eine positive lineare Korrelation11. Daher ist es unerlässlich, die Akkumulation und Translokation von PFAAs innerhalb von Pflanzen zu untersuchen.
Die Translokation von PFAAs in Pflanzen erfolgt zunächst von den Wurzeln zu den oberirdischen Geweben, und die Translokation von PFAAs von den Wurzeln zu den essbaren Geweben wird als Ferntransport angesehen12,13. Frühere Studien haben Bisphenol A, Nonylphenol und natürliche Östrogene in Gemüse und Obst nachgewiesen14, was bedeutet, dass diese Chemikalien über das Phloem wandern könnten. Daher ist es wichtig, die Translokation von PFAAs in Pflanzen aufzudecken, um ihr potenzielles Risiko abzuschätzen. Die Akkumulation und Translokation von PFAAs wird jedoch durch ihre Bioverfügbarkeit im Boden beeinflusst, so dass es nicht einfach ist, die Translokationsfähigkeit von Ziel-PFAAs in Pflanzen zu bewerten. Darüber hinaus sind hydroponische Experimente im Allgemeinen durch mehrere Faktoren begrenzt, was es schwieriger macht, das essbare Gewebe von Pflanzen zu erwerben. Typischerweise wurde das Phloem direkt von Pflanzen gesammelt, um die Translokation organischer Verbindungen über große Entfernungen in Pflanzen zu beobachten, während es schwierig ist, Phloems aus Pflanzensämlingen zu gewinnen15. Daher wurde eine einfache und effektive Methode, die Split-Root-Technik, eingeführt, um die Translokation von PFAAs in Pflanzen während einer relativ kurzfristigen Exposition zu untersuchen. Was die Split-Root-Untersuchung betrifft, so werden die Wurzeln in einem Pflanzensämling in zwei Teile getrennt; Ein Teil wird in die Nährlösung gegeben, die Ziel-PFAAs enthält (Röhrchen A), und der andere Teil wird in Abwesenheit von PFAAs in die Nährlösung gegeben (Röhrchen B). Nach mehrtägiger Exposition werden die PFAAs in Röhre B mittels LC-MS/MS gemessen. Die Konzentration von PFAAs in Röhre B offenbart das Translokationspotential von PFAAs durch das Phloem innerhalb der Pflanzen16,17,18.
Das Split-Root-Experiment wurde für die Untersuchung der Ferntranslokation vieler Verbindungen in Pflanzen berichtet, wie CuO-Nanopartikel17, Steroidöstrogene 18 und Organophosphatester16. Diese Studien lieferten den Nachweis, dass diese Verbindungen über das Phloem auf die essbaren Teile von Pflanzen übertragen werden können. Ob PFAAs jedoch bei der Translokation in Pflanzen helfen könnten, und die Auswirkungen von Verbindungseigenschaften müssen weiter untersucht werden. Basierend auf diesen Berichten wurde das Split-Root-Experiment in der vorliegenden Studie durchgeführt, um den Langstreckentransport von PFAAs in Weizen aufzudecken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Um die Genauigkeit dieses Verfahrens zu gewährleisten, muss sorgfältig vorgegangen werden, um sicherzustellen, dass die Stachellösung in Röhrchen B die nicht versetzte Lösung in Röhrchen A nicht verunreinigt. Die gegebene Konzentration von Ziel-PFAAs in der vorliegenden Studie war relativ höher als ihre Konzentration in der realen Umgebung, was sicherstellt, dass Ziel-PFAAs in Weizen und ungespießten Lösungen mit LC-MS/MS überwacht werden konnten.
Es gibt Einschränkungen für diese…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken der Natural Science Foundation of China (NSFC 21737003), dem Chinese Universities Scientific Fund (Nr. 2452021103) und der Chinese Postdoctoral Science Foundation (Nr. 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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