Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Mevcut protokol, buğdayda perfloroalkil asitlerin uzun mesafeli taşınması için basit ve etkili bir yöntem tanımlamaktadır.

Özet

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.

Giriş

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.

Protokol

Buğday tohumları, Triticum aestivum L., tedarik edildi (bkz. Malzeme Tablosu) ve bu çalışma için kullanıldı.

1. Buğday fidesi çimlenmesi ve topraksız kültür

  1. Benzer büyüklükteki buğday tohumlarını seçin ve% 8 (w / w) hidrojen peroksit çözeltisi ile 15 dakika boyunca dezenfekte edin.
  2. Dezenfekte edilmiş tohumları deiyonize suyla iyice durulayın ve ardından 5 gün boyunca çimlenmek için oda sıcaklığında karanlıkta nemli filtre kağıdına yerleştirin.
  3. Düzgün büyüklükte yaklaşık dokuz çimlenmiş fide seçin ve bunları 250 mL besin çözeltisi içeren plastik beherlere aktarın (Hoagland çözeltisinin 1/4 mukavemeti; kimyasal bileşimi Tablo 1'de gösterilmiştir).
    NOT: Dokuz tohumdan üçü sırasıyla boş, PFOA ve PFOS için seçildi.
  4. Fideleri, 22 ° C'de 14 saat ve 27 ° C'de 10 saatlik bir döngü ile maruz kalmadan önce 7 gün boyunca büyüme odalarında yetiştirin.

2. Kök bölme deneyi

  1. Fide yetiştiriciliğini iki adet 50 mL santrifüj tüpünde (A ve B) gerçekleştirin.
    NOT: Santrifüj tüpü A'da, 50 mL steril 1/4 mukavemetli Hoagland çözeltisi mevcuttu ve santrifüj tüpü B'de aynı miktarda besin çözeltisi mevcuttu.
    1. Ticari PFOA ve PFOS'u metanol içinde çözün ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve bunları stok çözeltisi olarak steril besin çözeltisi ile seyreltin. Ardından, stok çözeltisini 100 μg / L'lik bir PFOA / PFOS konsantrasyonunda B tüpüne ekleyin.
    2. Arka plan kontaminasyonunu izlemek için tedavileri boş bir kontrolle üçlü olarak gerçekleştirin. Bölünmüş kök maruziyet deneylerinin şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir.
  2. Buğday fidesinin tüm köklerini cımbız kullanarak iki eşit parçaya ayırın, böylece kökler hala aynı sürgüne bağlanır ve sırasıyla A ve B tüplerine dikkatlice yerleştirin.
  3. İki tüpü alüminyum folyo ile kapatın ve 7 gün boyunca bir inkübatörde kültürleyin. Adım 1.4'te belirtildiği gibi aynı inkübasyon koşullarını koruyun.
  4. 7 günlük kültürden sonra buğday fidelerini toplayın ve buğdayı üç bölüme ayırın: sterilize makas kullanılarak sırasıyla PFAA'ların çivili çözeltisinde ve çivisiz çözeltide kültürlenmiş sürgünler ve kökler.
  5. Bitki numunelerini 48 saat boyunca -55 °C'de bir liyofilizatörde dondurarak kurutun.
  6. Kökü homojenize edin ve tartın ve numuneleri çekin. Çivili ve çivisiz çözelti örneklerini toplayın.

3. PFOA ve PFOS'un bitki dokularından ekstraksiyonu

  1. Homojenize edilmiş kök veya sürgün de dahil olmak üzere 15 mL'lik bir polipropilen tüpe 2 mL sodyum karbonat tamponu (0,25 mol/L), 1 mL tetrabütilamonyum hidrojen sülfat (0,5 mol/L) ve 5 mL metil tert-bütil eter (bakınız Malzeme Tablosu) ekleyin.
  2. Süpernatant organik fazı elde etmek için tüpü 20 dakika boyunca 250 rpm'de çalkalayın ve oda sıcaklığında 10 dakika boyunca 2.000 x g'de santrifüj yapın. Ekstraksiyon işlemini iki kez gerçekleştirin.
  3. Toplanan ekstraktları karıştırın, yumuşak bir azot (N2) akışında kuruluğa buharlaştırın ve daha sonra yaklaşık 30 s boyunca aynı hızı koruyarak 5 mL metanol ve vorteks ile yeniden oluşturun.
  4. Pestikarb kartuşunu ( Malzeme Tablosuna bakınız) metanol içinde 5 mL% 0,1 NH4OH, 5 mL su ve 5 mL metanol ile şartlandırın.
  5. Pigmenti çıkarmak için pestikarb kartuşundan (500 mg / 6 mL) 5 mL ekstraksiyon metanol çözeltisini ekleyin, kartuşu 5 mL metanol ile etkisiz hale getirin ve aynı tüplerde toplayın.
  6. Toplanan 10 mL metanol çözeltisini neredeyse kuruluğa buharlaştırın ve 200 μL metanol ile yeniden oluşturun, ardından oda sıcaklığında 20 dakika boyunca 10.000 x g'de vorteks ve santrifüjleme yapın.

4. Besin çözeltisinden numune hazırlama

  1. Polar geliştirilmiş polimer (PEP) ekstraksiyon kartuşunu (60 mg/g, 3 mL) aktive etmek için 5 mL metanol ve 5 mL su ile koşullandırın (bkz.
  2. Kartuştan sırasıyla 1 mL çivili çözelti veya 50 mL çivisiz çözelti numunesi (adım 2.6) ekleyin.
  3. Hedef PFAA'ları 10 mL metanol ile etkisiz hale getirin, ekstraktı yumuşakN2 ile buharlaştırın ve daha sonra analiz için 200 μL metanol ile yeniden oluşturun.

5. Enstrümental analiz

  1. Çoklu reaksiyon modunda (MRM) ve negatif elektrosprey iyonizasyonunda (ESI-) hedef PFAA'ların nicelleştirilmesi için tandem kütle spektrometresi (LC-MS / MS) ile birleştirilmiş ultra performanslı bir sıvı kromatografisi UPLC kullanın (bkz.
  2. 10 μL numune enjekte edin ve bir C18 sıvı kromatografik kolon (1,7 μm, 2,1 mm x 50 mm, Malzeme Tablosuna bakınız) kullanarak hedef PFAA'ları ayırın ve 0,3 mL/dak akış hızına sahip UPLC için mobil faz olarak suda (faz A) ve metanol (B fazı) içinde 2 mM amonyum asetat kullanın. Kolon sıcaklığını 50 °C'de tutun.
    NOT: PFOA ve PFOS'un iyon geçişleri sırasıyla 413 ila 369 ve 499 ila 80'dir. Hedef PFAA'ların nicelleştirilmesi için gradyan elüsyon programı ve LC-MS/MS enstrümantal parametreleri Tablo 2'de listelenmiştir.
  3. Verileri veri analiz yazılımı ile işleyin (bkz.

Sonuçlar

Bölünmüş kök deneyi, PFAA'ların buğdaydaki uzun mesafeli taşınmasını araştırdı. Şekil 2A,C'de gösterildiği gibi, hem PFOA hem de PFOS buğday kökü tarafından alınabilir ve sürgüne aktarılabilir. PFOS ve PFOA, buğday kökünde ve boş kontrolün A tüpünde çözelti tespit edilmedi. Çivisiz çözeltide kültürlenen buğday köklerinde PFOS ve PFOA'nın, 0.26 ng/g ± 0.02 ng/g ve 0.64 ng/g ± 0.05 ng/g kuru ağırlık (dw) (n=3) konsantrasyonlarınd...

Tartışmalar

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...

Açıklamalar

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Teşekkürler

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.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
ACQUITY UPLC BEH C18 columnWaters, Milford, MALiquid chromatographic column
Cleanert PEP cartridgeBonna- Angel Technologies, ChinaSolid phase extraction column
Clearnert Pesticarb cartridgeBonna- Angel Technologies, ChinaSolid phase extraction column
LC-MS/MS(Waters Acquity UPLC i-Class Coupled to Xevo TQ-S)Waters, Milford, MALiquid chromatography and mass spectrometry
Lyophilizer Boyikang Instrument Ltd., Beijing, ChinaFD-1A50Freeze-dried sample
MasslynxWaters, Milford, MAdata analysis software
Methyl tert-butyl etherSigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US)use for extracting target compounds from plant tissues
MPFAC-MXAWellington Laboratories (Ontario, Canada)PFACMXA0518the internal standards
PFAC-MXBWellington Laboratories (Ontario, Canada)PFACMXB0219mixture of PFAA calibration standards
PFOASigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US)335-67-1a represent PFAAs
PFOSSigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US)2795-39-3a represent PFAAs
Sodium carbonate bufferSigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US)use for extracting target compounds from plant tissues
Tetrabutylammonium hydrogen sulfateSigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, US)use for extracting target compounds from plant tissues
Wheat seedsChinese Academy of Agricultural Sciences (Beijing,China) Triticum aestivum L.

Referanslar

  1. Lindstrom, A. B., Strynar, M. J., Libelo, E. L. Polyfluorinated compounds: Past, present, and future. Environmental Science & Technology. 45 (19), 7954-7961 (2011).
  2. Kannan, K. Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances: Current and future perspectives. Environmental Chemistry. 8 (4), 333-338 (2011).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Wang, W., Rhodes, G., Ge, J., Yu, X., Li, H. Uptake and accumulation of per- and polyfluoroalkyl substances in plants. Chemosphere. 261, 127584 (2020).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Chen, X., et al. Uptake, accumulation, and translocation mechanisms of steroid estrogens in plants. Science of the Total Environment. 753, 141979 (2021).
  17. 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).
  18. 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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

evre BilimleriSay 187

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır