7.29日，“第十一屆環(huán)境化學大會”在哈爾濱圓滿落幕，中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學教授仁南琪在開幕式上反復強調(diào)“創(chuàng)新環(huán)境科學，低碳環(huán)保健康”這一主題。此次環(huán)境化學大會，給予了領域內(nèi)各位專家的學術交流的平臺，推進了環(huán)境科學的發(fā)展。

       環(huán)境是關系著人類生存的關鍵因素。當今社會經(jīng)濟及工業(yè)的高速發(fā)展導致環(huán)境問題愈發(fā)嚴峻，因此如何減少環(huán)境污染，高效率地解決現(xiàn)有環(huán)境問題，成為當下環(huán)境科學的熱門話題。目前，質(zhì)譜成像技術已成功應用于生物體中污染物監(jiān)測，且可以對污染物脅迫的生物（例如：斑馬魚）進行脂質(zhì)空間組學研究，用于研究污染物對生物生理狀態(tài)的影響。

       基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像（MALDI MSI）作為一種先進的分子成像技術，可以快速、精準、直觀地展現(xiàn)出生物體內(nèi)各分子的空間分布，獲得分子量、空間位置及空間相對離子豐度等信息，因此在環(huán)境污染物對生物體影響的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。下面分享兩篇TransMIT AP-SMALDI質(zhì)譜成像技術在環(huán)境領域中的應用。

斑馬魚及大型溞脂質(zhì)分布變化研究

       近年來，由于釋放到環(huán)境中的化學物質(zhì)數(shù)量和種類不斷增多，海洋及淡水生態(tài)系統(tǒng)的污染程度也越來越嚴重。其中，親脂性物質(zhì)是特別需要關注的成分，他們可以通過干擾水生生物的脂質(zhì)組成來影響其生理生化特性。考慮到脂質(zhì)對生物組織結構及功能至關重要，那么脂質(zhì)模式的改變通常與病理過程相關也就不足為奇了。因此了解化學脅迫如何影響水生生物中脂質(zhì)的組成和空間分布就變得尤為重要。德國拜羅伊特大學的Andreas Römpp教授實驗室利用常壓基質(zhì)輔助激光解析電離（TransMIT AP-SMALDI 5 AF）技術，針對斑馬魚和大型溞這兩種環(huán)境科學與生態(tài)毒理學領域應用最為廣泛的水生模式生物建立并優(yōu)化樣品制備流程，將兩種生物的脂質(zhì)模式與組織或細胞的解剖特征相關聯(lián)，為今后研究污染物脅迫下其他生物的脂質(zhì)模式變化提供重要的參考依據(jù)。

       圖1 斑馬魚神經(jīng)元和非神經(jīng)元內(nèi)脂質(zhì)分布的MALDI MSI成像。(a，e) 成年斑馬魚矢狀位切片經(jīng)H&E染色顯示了鰓、眼(視網(wǎng)膜、晶狀體)、腦(端腦、中腦蓋、小腦)和肝臟的詳細結構。(b) PC(O-32:0)[M+H]+(紅色)和PC(30:0)[M+K]+(綠色)的RGB疊加圖像。(c) PC(O-32:0)[M+H]+的離子圖像顯示鰓絲處有高信號強度(白色箭頭)。(d) PC(30:0)[M+K]+ 的離子圖像顯示眼睛晶狀體和視網(wǎng)膜處的高信號強度 (白色箭頭)。(f) PC(O-32:0)[M+H]+(紅色)、PC(O-36:1)[M+K]+(藍色)和PC(40:6)[M+H]+(綠色)的RGB疊加圖像。(g) PC(O-32:0)[M+H]+的離子圖像顯示非神經(jīng)性組織的高強度信號，例如肌肉組織(白色箭頭)。(h) PC(O-36:1)[M+K]+的離子圖像，顯示中腦蓋和部分小腦的結構。(i) PC(40:6)[M+H]+的離子圖像顯示大腦和眼睛以及肝臟(白色箭頭)相對位置的分布。

 玉米中黃曲霉毒素B1及植物防御代謝物空間分布研究

       為了應對不利化合物的存在，植物可以生物轉(zhuǎn)化外源物質(zhì)、轉(zhuǎn)移母體化合物及其代謝物，并在細胞或組織水平上通過區(qū)室化作用對其進行隔離。這種情況同樣適用于真菌毒素，即在植物感染過程中發(fā)揮重要作用的真菌次生代謝產(chǎn)物。為了描述玉米與黃曲霉毒素B1在組織和器官水平上的相互作用效應，Bernhard Spengler教授團隊利用AP-SMALDI質(zhì)譜成像技術對玉米植株的根、莖、葉進行原位檢測，并從代謝組學的角度探討了黃曲霉毒素B1（AFB1）與其潛在修飾形式的生物轉(zhuǎn)化、分布、定位及其對健康玉米植株的初級、次級代謝所產(chǎn)生的后續(xù)影響。

       圖2 AFB1處理14天后，對照樣品和AFB1處理的玉米植株根系切片的AP-SMALDI質(zhì)譜成像。(a)AFB1 [M+K]+,m/z351.0265，在表皮和皮質(zhì)細胞中積累；(b)矢車菊素葡萄糖苷[M]+,m/z 449.1076；(c)脫鎂葉綠素a [M+H]+,m/z871.5729的空間分布；(d)AFB1處理和對照玉米根系切片的光學圖像，主要形態(tài)特征標記；(e)RGB疊加圖像，AFB1[M+K]+，m/z351.0265（紅色），脫鎂葉綠素a[M+H]+，m/z871.5729（綠色）和矢車菊素葡萄糖苷[M]+，m/z449.1076（藍色）；(f)RGB圖像與光學圖像疊加。空間分辨率10μm，295×145 pixels。

參考文獻：（1）Schirmer E, Ritschar S, Ochs M, et al. MALDI mass spectrometry imaging workflow for the aquatic model organisms Danio rerio and Daphnia magna[J]. Scientific reports, 2022, 12(1): 1-11.

（2）Righetti L, Bhandari D R, Rolli E, et al. Unveiling the spatial distribution of aflatoxin B1 and plant defense metabolites in maize using AP‐SMALDI mass spectrometry imaging[J]. The Plant Journal, 2021, 106(1): 185-199.