激光质谱联用 原位分析印度芥菜中Cd、P、S、Cu 等7种元素

撰稿人: 日期:2015-11-20 点击次数:2377

近年来,研究重金属在植物细胞中的微区分布渐渐成为探索植物耐性机理的热点。杨红霞等建立了茎中7 种元素Cd, P, S, K, Ca, Cu 和Zn 的LA-ICP-MS 原位分析及二维成像方法,并研究了其在镉富集型印度芥菜茎中的分布特征,从细胞水平上揭示超积累植物中Cd 的转运和富集规律。印度芥菜经50 !mol/L Cd 处理14 d 后,利用包埋剂包埋,冷冻切片后,用Nd:YAG laser( 213 nm) 器扫描,激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法(LA- ICP-MS) 测定各元素强度,同时选择13C 作为内标元素,对各元素强度进行标准化处理。结果表明,在富集型印度芥菜茎部,Cd 大量积聚于由韧皮部与木质部组成的维管组织中,除此以外,茎的韧皮部细胞中及表皮层也分布着大量的Cd。7 种元素的分布相关性表明,Cd 与Ca 具有相似的分布规律,而K 和Ca, P 和S 的分布呈显著正相关。说明重金属元素进入植株体内并被其吸收运输过程是伴随着植物对其它元素的吸收,且具有相似的运输机制。研究建立的元素原位分析方法证明LA-ICP-MS 在植物样品中元素空间分布的研究方面具有很大的潜力。
 
镉与其它元素在茎中的分布
茎样品置于激光剥蚀样品池内,激光束扫描后,信号被输送到ICP-MS 中检测。各元素强度经软件处理并成像,红色表示元素含量高,而紫色则表示含量较低。由图可见,各元素在茎中有不同的分布特点。在茎组织切片中,几乎所有元素在维管组织及其周围细胞中分布较高,Cd 大量积聚于由韧皮部与木质部组成的维管组织中,在表皮与皮层Cd 浓度也较高,但在由大量薄壁细胞组成的中间薄壁组织中分布较少,其它元素与Cd 分布特征相似。对比其它元素,Cu 和Zn 元素含量比Cd 低; K 和P 在茎内部的薄壁细胞中也有一定程度的分布,但K 的含量要远高于其它元素,这表明K 有很强的木质部运输和卸载的能力,与目前普遍认为的K 是植物体移动能力很强的大量元素这一观点一致。


镉富集型印度芥菜茎中Cd, Cu, Zn, S, K, Ca, P 元素的分布 

元素分布的相关性分析

茎中相关性结果分析表明,Cd 与P, S, K, Ca 强度分布呈正相关( R2 > 0.3,样品数n = 5400,图2) ,而K 与Ca 呈显著正相关( r2 = 0.75,样品数n = 5400,图2c) ,P 和S 呈显著正相关( R2 = 0.5323,样品数n = 5400,图3) 。Cd 与Ca 具有相似的分布规律,可能与二者离子半径相近、化学性质相似有关。而K,Ca,P 和S 的分布呈显著正相关,说明重金属元素进入植株体内并被其吸收运输过程是伴随着植物对其它元素的吸收。

富集型印度芥菜茎中Cd 与P, S, K, Ca, Cu, Zn 元素的相关性分析

富集型印度芥菜茎中K 和Ca, P 和S 元素的相关性分析
 
结论
LA-ICP-MS 质谱技术原位分析了富集型印度芥菜茎中7 种元素Cd, P, S, K, Ca, Cu 和Zn 的分布情况,通过定量分析软件和二维成像软件得到Cd 等元素在细胞组织中的二维分布图像,建立了LA-ICP-MS 定量分析植物细胞中元素分布的微区二维成像方法。双聚焦高分辨ICP-MS 与LA 联用技术具有分辨率高、可多元素且可选择不同同位素同时测定、可实现相对定量的优势,是研究植物组织中元素微区分布的强有力成像技术,在植物毒理学研究方面具有很大的潜力。
 
 
说明:以上内容主要摘录自2014年杨红霞等发表在《分析化学》上的文章激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法原位分析印度芥菜中CdPSCu 7 种元素
 
 
 
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