基于激光诱导击穿光谱对重金属胁迫下的植物体内元素成像分析

作     者：汤泉 钟敏嘉 殷鹏鲲 张志 陈珍明 吴桂容 林庆宇 TANG Quan;ZHONG Min-jia;YIN Peng-kun;ZHANG Zhi;CHEN Zhen-ming;WU Gui-rong;LIN Qing-yu

作者机构：广西碳酸钙资源综合利用重点实验室(贺州学院)材料与化学工程学院广西贺州542899 生物资源与生态环境教育部重点实验室(四川大学)四川大学生命科学学院四川成都610064 贺州学院食品与生物工程学院广西贺州542899 四川大学机械工程学院四川成都610064 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2023年第43卷第5期

页      面：1485-1488页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(31760163) 广西碳酸钙资源综合利用重点实验室开放课题(HZXYKFKT201901) 贺州学院教授科研启动项目(HZUJS201707)资助。 

主　　题：重金属污染 LIBS 生物积累 空间分布 元素成像 

摘      要：植物修复是一种绿色有吸引力的重金属污染修复技术。了解重金属在植物体内不同部位的分布,有助于深入了解重金属植物修复的分子机制。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在元素原位快速分析时拥有突出的技术优势,尤其是具备无需复杂样品前处理、可对固体样品直接分析的突出特点,目前元素扫描成像是LIBS技术的重要研究及应用方向。设计并搭建了基于纳秒脉冲激光器的元素成像LIBS装置,系统光斑分辨率50μm,样品移动步距为100μm,成像分析速度为6.25 mm2·min-1,装置可实现自动化扫描,满足实际分析需求,系统采用多通道平面光栅光谱仪,光谱范围180~800 nm,目标元素光谱经基线扣除,峰面积拟合及归一化处理后绘制分布热图,并以伪彩呈现样品不同区域的元素分布。以豌豆为水培植物模型,利用所搭建的元素成像LIBS装置开展豌豆植株的在体原位元素成像分析,分析了Ni、 Cu、 Cr及Pb重金属在植物体内的差异性分布,并研究了上述四种重金属的吸收途径。结果显示,该元素成像装置可以对植物体内存在的C、 Mg、 Fe、 Ca、 Na、 K等主要基体元素进行有效分析,经过重金属胁迫后,豌豆植物体内存在明显的重金属累积且不同重金属在植株中呈现不同的分布趋势,镍离子在胚轴、胚芽部位大量存在,与镍离子分布不同的是,植株大量吸收铜离子并富集在根部初生结构中;重金属铬在豌豆根的中部和胚芽、胚轴大量积累,而重金属铅则大量富集在胚轴、胚芽中,根尖的含量最少。该研究表明,元素成像LIBS技术可实现对植物体内多种重金属的在体同时分析,这对辅助研究环境水体重金属污染植物修复的机理有意义,同时可为植物生理学和生态毒理学等领域的相关研究提供装置和新方法。