揭开不可见的奥秘：DESI质谱成像技术揭示食用植物与HFPO如何互动

一些研究报告了HFPO-DA的生物体内累积及其导致的氧化应激和植物生长光合作用的抑制。其他研究也发现根系分泌物通过改变其根际形式影响了生菜中PFOA的体内累积。这些都表明根际效应在植物积累PFAS中起着重要的作用。此外，膜转运蛋白或通道是调节作物中PFAS摄取和积累的重要内在因素。然而，有几项研究表明，不同作物对各种PFAS的吸收不一致。例如，玉米和小麦对PFOA的吸收是一个依赖能量的主动过程，通过不同的通道；而玉米对PFOS的吸收是依赖水通道蛋白和阴离子通道的促进扩散过程。PFAS在亚细胞的分布也影响了它们在作物中的积累。

最近，一种新的技术，即解吸电喷雾电离质谱（DESI MS），被用于就地观察植物中目标物质的分布。这种方法可以帮助提高对植物中化学分布和运输过程的了解。作者通过使用世界上最常见的叶类蔬菜之一的生菜（Lactuca sativa L.），来探讨PFOA及HFPO类污染物在植物中的积累、运输和分布机制。

图1. 生菜中PFOA及HFPO同系物浓度对应（a）低浓度处理(LT)和（b）高浓度处理(HT)。低浓度处理(LT)：土壤中添加浓度为0.1 毫克/公斤；高浓度处理(HT)：土壤中添加浓度为1.0 毫克/公斤。茎或根中标有不同字母的列表示不同PFAS处理之间存在显著差异（p < 0.05）。

通过使用DESI MSI成像技术可以展示这些物质的效应，并量化这些物质在不同植物组织中的浓度，从而研究它们在植物内的转运模式。HFPO显著促进了生菜的生长，并通过改变细胞膜的透性来促进植物对营养元素如镁和氮（叶绿素分子的关键成分）的吸收。最终，可能由于叶绿素含量的增加，地上部分的生物质会得到增强。一般来说，根部浓度的顺序为：PFOA ≥ HFPO-DA > HFPO-TA > HFPO-TeA，无论是低温还是高温都是如此。实验观察到最高的茎部浓度是HFPO-DA（0.966和9.725 mg/kg），其次是PFOA（0.403和3.114 mg/kg），HFPO-TA（0.019和1.176 mg/kg）和HFPO-TeA（0.004和0.049 mg/kg），在低温和高温下依然如此。此外，茎部HFPO-DA的浓度是其他化合物浓度的2-264倍，这表明它可能容易向植物的地上部分转移。

研究人员使用沃特世仪器，还能够评估这些物质在生菜中的根浓度因子（RCF）、茎及叶浓度因子（SCF）和转移因子（TF）。这些计算为了解这些化合物的积累和转移能力提供了关键的见解，为理解这些物质如何在植物内移动提供了更清晰的理解。

图2. 使用DESI-MS确定莴苣茎部和根部横截面的HFPO同系物和PFOA的组织分布。DESI-MS图像的颜色加深表明HFPO同系物或PFOA的离子强度从0增加到100%。这些横截面会被进一步用于显微镜检查。ep代表表皮; co代表皮层; ph代表韧皮部; xy代表木质部; pi代表髓。

作者通过使用DESI MSI分析HFPO同源物在生菜根和茎中的组织分布。如DESI-MS图像所示，在根部，所有测试的PFAS都被发现在表皮和皮层中，并且后者中的浓度更高。只有在木质部和髓部，HFPO-DA以较高的水平被观察到。在表皮和皮层中，测试PFAS的浓度顺序为HFPO-DA < PFOA < HFPO-TA < HFPO-TeA，但在韧皮部和木质部中观察到的顺序恰好相反。在茎中，测试PFAS的分布模式与根部相似。HFPO-TA和HFPO-TeA在每一节茎部的含量稀少，远低于PFOA和HFPO-DA。值得注意的是，HFPO-DA主要出现在茎的木质部和髓部，而在茎的表皮和皮层中几乎观察不到HFPO-TeA。这是因为在组织水平上，根部的表皮和皮层是对抗异物的主要屏障，它们在植物对异物的吸收、转运和解毒中起着重要作用。根据以往的研究，长链PFAS进入木质部的吸收随着碳链长度的增加而减少，所以HFPO-TA和HFPO-TeA容易固定在表皮和皮层，而难以被运输到木质部，但HFPO-DA可以容易地迁移到根部的木质部和髓部，然后被运输到芽。

在深入探究这些物质在植物组织内的亚细胞分布的时候，作者通过使用DESI MSI在单个细胞内绘制这些物质的位置，展示了生菜中HFPO同源体的组织分布。作者比较了两种在疏水性和碳链长度上有所不同的物质HFPO-DA和HFPO-TeA在生菜中的积累变化，并得出以下结论：