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          賽默飛色譜及痕量元素分析

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          單顆粒ICP-MS助力復合氧化物鐵酸錳納米材料誘導番茄提早開花的分子機制研究

          閱讀:169      發布時間:2023-12-29
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            在農業生產中,開花時間直接控制著果實數量和質量,提早開花通常伴隨著高授粉率,意味著營養周期更短,可以最大限度地減少非生物迫害(例如氣候變化與干旱)對農業生產的不利影響。如何控制開花時間也被認為是“植物科學的100個重要問題"之一。
           
            人工納米材料(ENMs)在提高農業生產方面顯現出巨大潛力。ENMs的小尺寸效應能使它們跨越生物屏障(植物氣孔大小約為10~100μm),通過葉面或根部擴散至植物脈管系統,從而提高作物水分利用、增加養分吸收、誘導抗氧化、增強光合作用和促進開花等代謝過程,最終顯著提升農業生產力。
           
            目前已陸續有文章報道了ENMs對高等植物生殖生長,包括開花過程的影響,然而ENMs誘導作物生殖生長改變的機制,尤其是初始植物激素的信號傳送和代謝機制仍不清楚。江南大學環境與土木工程學院Le Yue,Yan Feng等以復合鐵酸錳(MnFe2O4)ENMs和番茄作為研究對象,圍繞 ①MnFe2O4 ENMs進入番茄葉片并促進光合電子傳遞的潛力;② MnFe2O4 ENMs對赤霉素(GA)的調節作用和對開花基因表達的誘導作用;③ 番茄果實產量和品質的采后變化等方面展開了深入研究,為揭示ENMs對作物生殖生長的作用機制提供了重要認知。
           
            相關研究的成果發表在ACS NANO期刊。
           
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            單顆粒ICP-MS的應用
           
            單顆粒ICP-MS技術是一項新興的納米顆粒檢測技術,可以用于ENMs在植物體內的富集轉化和遷移研究。相對于TEM、SEM、DLS等ENMs的傳統表征手段,單顆粒ICP-MS(SP-ICP-MS)可以快速、同時獲得ENMs的成分、粒徑分布、顆粒濃度及離子濃度等參數信息,目前已越來越多地被應用于各種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,測定了葉片表面、角質層和內部葉片片段中的MnFe2O4ENMs的含量,明確了ENMs的有效接觸和吸收規律;測定了番茄果實中的ENMs的含量,探究了鐵(Fe)在果實中可能的存在形式。
           
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            02
           
            番茄葉片ENMs的測定
           
            通過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,將經過水洗的葉片轉移到35%(v/v)HNO3中,靜置15min,以溶解角質層,收集的溶液用“cuticle"表示,剩余的葉片組織以“interior"表示。對于葉片內部,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。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。沉淀 1 小時后,將上清液通過 0.45 μm 的濾膜,并用去離子水稀釋。surface和cuticle溶液經0.45 μm濾膜過濾并用去離子水稀釋。
           
            研究發現,經過ENMs處理的葉片中,Fe 和 Mn 的含量均明顯高于未經處理的對照組(噴灑等量的去離子水)(下圖a和c)。雖然在角質層的分離過程中使用 HNO3 會減少角質層溶液中的ENMs數量,但經過 MnFe2O4ENMs處理后的葉片表面、角質層和內部的ENMs數量還是明顯高于對照組(下圖d),這表明 MnFe2O4ENMs會在番茄葉片中累積。
           
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            03
           
            番茄果實中ENMs的測定
           
            利用SP-ICP-MS 測定了番茄果實中的ENMs,發現MnFe2O4 ENMs很少能進入番茄果實,說明MnFe2O4 ENMs處理不會造成果實的健康風險。
           
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            04
           
            結論
           
            //
           
            通過iCAP TQ SP-ICP-MS分析技術準確分析了番茄植株葉片和果實中的MnFe2O4ENMs含量,可為探究ENMs在植物體內的轉化、遷移和富集規律提供精確的數據支撐。
           
            參考文獻:
           
            [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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