SPME技术研究纳米材料对内源植物激素的影响机制

Nanomaterials (NMs) are easily to be absorbed and accumulated by plants, then disturb the plant’s regular physiological activities, and rise wide concerns on the potential risks to the human health and environmental safety. Nowadays, the analysis of plant endogenous active substances is mainly conducted with destructive sampling methods, which are difficult to study the influence of NMs at plant’s regular physiological activities. By contrast, in vivo sampling methods can trace the concentrations of analytes in living organisms, and accurately reflect the variations of plant endogenous active substances under different stimuli. The present project is to develop novel solid phase microextraction (SPME) fibers with high selectivity and sensitivity to endogenous phytohormones, and then develop low destructive in vivo SPME sampling and analysis methods for the tracing of endogenous phytohormone in living plants in situ. Next, the influence of NMs on plants’ regular physiological activities will be systematically studied, and the influence mechanisms will be studied by gene expression and comet assay, etc. The present research could promote the development and application of in situ and in vivo SPME sampling and analytical methods, and provide new techniques and new strategies towards the monitoring of endogenous active substances in living organisms, which is significantly important for evaluating the eco-risks and human health risks of NMs.

纳米材料易被植物吸收、累积，并扰乱植物的正常生理活性，进而对人体健康和环境造成潜在影响，因而受到广泛关注。目前对植物内源活性物质的分析主要采用破坏性采样方式，难以系统研究纳米材料对植物生理活性的影响，而活体采样技术可实时跟踪分析物在生物体中的浓度，更准确地反映植物体内活性物质的变化情况。本项目拟研制高选择性、高灵敏度的新型SPME探针，并发展低损伤性SPME原位活体采样分析方法用于内源植物激素的跟踪监测，进而系统研究纳米材料对植物生理活性的影响，探明纳米材料对内源植物激素的调控规律，并通过基因表达、DNA阶梯分析等手段研究其影响机制。本项目研究将有利于SPME原位与活体采样分析技术的进一步发展和应用，为生物体内源活性物质的监测提供新方法、新思路，也有助于更深入地认识纳米尺度物质的生物效应，对评价纳米材料的生态风险和健康风险具有重要的理论意义和现实意义。

本项目研制了基于金属纳米材料、纳米碳材料、金属有机框架材料及纳米复合材料等多种新型SPME（solid phase microextration）探针。对于多环芳烃等环境有机污染物，设计的新型SPME探针比商用探针显示出更优秀的灵敏度和选择性。同时，我们设计了一种基于电场吸附增强的萃取模型，进一步发展了SPME活体采样技术。.基于发展的多种新型SPME探针，我们成功建立了环境水体中有机污染物的原位采样技术以及动植物体中药物等新型有机污染物和内源性植物激素的活体采样技术，可以实时监控目标分析物及其代谢产物在动植物体内的变化情况。除此之外，我们还实现了对生物体内的内源性物质糖类生物分子的快速萃取和标记。利用建立的SPME活体采样技术，还揭示了在纳米二氧化钛、重金属镉、药物等环境污染物胁迫下植物体内源植物激素的变化规律，同时探讨了环境污染物暴露条件下植物激素等植物内源活性物质的影响机制。.本项目成功建立了多种环境有机污染物和内源性物质的SPME原位与活体采样分析技术，不仅为环境中有机污染物的监测及转化规律研究提供有效的分析手段，而且为疾病标志物的早期诊断以及内源性激素对植物防御反应的调控机理也提供了有效的分析方法。