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原創(chuàng) 飛飛 賽默飛色譜與質(zhì)譜中國(guó)

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劉莉

ENMs

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，開(kāi)花時(shí)間直接控制著果實(shí)數(shù)量和質(zhì)量，提早開(kāi)花通常伴隨著高授粉率，意味著營(yíng)養(yǎng)周期更短，可以最大限度地減少非生物迫害（例如氣候變化與干旱）對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響。如何控制開(kāi)花時(shí)間也被認(rèn)為是“植物科學(xué)的100個(gè)重要問(wèn)題"之一。

人工納米材料（ENMs）在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面顯現(xiàn)出巨大潛力。ENMs的小尺寸效應(yīng)能使它們跨越生物屏障（植物氣孔大小約為10~100μm），通過(guò)葉面或根部擴(kuò)散至植物脈管系統(tǒng)，從而提高作物水分利用、增加養(yǎng)分吸收、誘導(dǎo)抗氧化、增強(qiáng)光合作用和促進(jìn)開(kāi)花等代謝過(guò)程，最終顯著提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。

目前已陸續(xù)有文章報(bào)道了ENMs對(duì)高等植物生殖生長(zhǎng)，包括開(kāi)花過(guò)程的影響，然而ENMs誘導(dǎo)作物生殖生長(zhǎng)改變的機(jī)制，尤其是初始植物激素的信號(hào)傳送和代謝機(jī)制仍不清楚。江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院Le Yue，Yan Feng等以復(fù)合鐵酸錳（MnFe2O4）ENMs和番茄作為研究對(duì)象，圍繞 ①M(fèi)nFe2O4 ENMs進(jìn)入番茄葉片并促進(jìn)光合電子傳遞的潛力；② MnFe2O4 ENMs對(duì)赤霉素（GA）的調(diào)節(jié)作用和對(duì)開(kāi)花基因表達(dá)的誘導(dǎo)作用；③ 番茄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的采后變化等方面展開(kāi)了深入研究，為揭示ENMs對(duì)作物生殖生長(zhǎng)的作用機(jī)制提供了重要認(rèn)知。

相關(guān)研究的成果發(fā)表在ACS NANO期刊。

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01

單顆粒ICP-MS的應(yīng)用

單顆粒ICP-MS技術(shù)是一項(xiàng)新興的納米顆粒檢測(cè)技術(shù)，可以用于ENMs在植物體內(nèi)的富集轉(zhuǎn)化和遷移研究。相對(duì)于TEM、SEM、DLS等ENMs的傳統(tǒng)表征手段，單顆粒ICP-MS（SP-ICP-MS）可以快速、同時(shí)獲得ENMs的成分、粒徑分布、顆粒濃度及離子濃度等參數(shù)信息，目前已越來(lái)越多地被應(yīng)用于各種ENMs的表征研究。

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本研究使用了賽默飛iCAP TQ SP-ICP-MS分析技術(shù)，測(cè)定了葉片表面、角質(zhì)層和內(nèi)部葉片片段中的MnFe2O4ENMs的含量，明確了ENMs的有效接觸和吸收規(guī)律；測(cè)定了番茄果實(shí)中的ENMs的含量，探究了鐵（Fe）在果實(shí)中可能的存在形式。

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02

番茄葉片ENMs的測(cè)定

通過(guò)去離子水浸泡和渦流的方式回收葉片表面的ENMs。收集的溶液用“surface"表示，將經(jīng)過(guò)水洗的葉片轉(zhuǎn)移到35%（v/v）HNO3中，靜置15min，以溶解角質(zhì)層，收集的溶液用“cuticle"表示，剩余的葉片組織以“interior"表示。對(duì)于葉片內(nèi)部，取 25 mg 的葉片組織，用去離子水清洗3次，然后在 3 mL 20mM 2-(N-嗎啉代) 乙烷磺酸 (MES) 緩沖液 (pH=5.0) 中均質(zhì)。隨后在每份均勻混合物中加入 2 mL 5% 的離析酶 R-10，在 37 ℃ 下將混合物振蕩 24 小時(shí)。沉淀 1 小時(shí)后，將上清液通過(guò) 0.45 μm 的濾膜，并用去離子水稀釋。surface和cuticle溶液經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾并用去離子水稀釋。

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)ENMs處理的葉片中，F(xiàn)e 和 Mn 的含量均明顯高于未經(jīng)處理的對(duì)照組（噴灑等量的去離子水）（下圖a和c）。雖然在角質(zhì)層的分離過(guò)程中使用 HNO3 會(huì)減少角質(zhì)層溶液中的ENMs數(shù)量，但經(jīng)過(guò) MnFe2O4 ENMs處理后的葉片表面、角質(zhì)層和內(nèi)部的ENMs數(shù)量還是明顯高于對(duì)照組（下圖d），這表明 MnFe2O4 ENMs會(huì)在番茄葉片中累積。

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03

番茄果實(shí)中ENMs的測(cè)定

利用SP-ICP-MS 測(cè)定了番茄果實(shí)中的ENMs，發(fā)現(xiàn)MnFe2O4 ENMs很少能進(jìn)入番茄果實(shí)，說(shuō)明MnFe2O4 ENMs處理不會(huì)造成果實(shí)的健康風(fēng)險(xiǎn)。

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04

結(jié)論

  //  

通過(guò)iCAP TQ SP-ICP-MS分析技術(shù)準(zhǔn)確分析了番茄植株葉片和果實(shí)中的MnFe2O4ENMs含量，可為探究ENMs在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化、遷移和富集規(guī)律提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] Yue L, Feng Y, Ma C, et al. Molecular mechanisms of early flowering in tomatoes induced by manganese ferrite (MnFe2O4) nanomaterials[J]. ACS nano, 2022, 16(4): 5636-5646.

[2] Vidmar J. Detection and characterization of metal-based nanoparticles in environmental, biological and food samples by single particle inductively coupled plasma mass spectrometry[M]//Comprehensive analytical chemistry. Elsevier, 2021, 93: 345-380.

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