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为解决现有异硫氰酸盐（ITCs）检测方法繁琐、昂贵等问题，研究人员开展了 SaxAPIL 生物传感器检测 ITCs 的研究。结果显示该传感器能在多种基质中定量 ITCs。这为相关领域提供了更高效廉价的检测方法。
在植物的奇妙世界里，有一种神奇的化合物 —— 异硫氰酸盐（Isothiocyanates，ITCs），它广泛存在于十字花科植物中，不仅是植物抵御病虫害的 “秘密武器”，还赋予了芥末、辣根等植物独特的辛辣风味。在农业领域，利用 ITCs 进行生物熏蒸土壤，能有效控制害虫和病原体，减少化学农药的使用，让农作物在更健康的土壤环境中生长。然而，ITCs 就像一把双刃剑，土壤中残留的 ITCs 可能会抑制种子萌发和植物生长，影响后续的种植，农民们往往难以确定安全的补种时间。
在健康医学领域，ITCs 也展现出了巨大的潜力。比如萝卜硫素（sulforaphane），它具有诱导癌细胞凋亡的特性，在抗癌研究中备受关注；同时，ITCs 还具有抗炎、抗氧化的功效，常吃十字花科蔬菜有助于为健康组织提供化学保护。在食品行业，ITCs 的抗菌性可用于延长食品保质期，成为化学防腐剂的有机替代品。
尽管 ITCs 用途广泛，但现有的检测方法却不尽如人意。传统检测手段，如反相高效液相色谱法（HPLC）检测脱硫硫代葡萄糖苷、液相色谱 - 质谱检测法（LC - MS）直接测量完整硫代葡萄糖苷，以及通过间接分光光度法测量葡萄糖等，不仅操作复杂、耗时费力，还需要昂贵的仪器设备，这使得在大多数商业土壤检测实验室和一些对成本敏感的应用场景中，难以广泛开展 ITC 检测工作。
为了解决这些难题，来自国外的研究人员展开了深入研究。他们致力于开发一种快速、可靠且廉价的方法来检测各种植物和土壤基质中的 ITCs，最终成功研发并验证了 SaxAPIL 生物传感器。相关研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》上，为 ITC 检测领域带来了新的曙光。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先是构建含有特定基因元件的质粒，将其导入荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）SBW25 中，从而制备出 SaxAPIL 生物传感器。接着，采用生物发光检测技术，通过测量传感器在不同样本中的发光强度，来实现对 ITCs 的定量检测。研究中使用了多种植物和土壤样本，包括不同种类的植物种子、幼苗、成熟植株的组织，以及经过不同处理的土壤样本等。
检测 ITCs 及其代谢物
研究人员从对 ITC 具有抗性的植物致病细菌 —— 野油菜黄单胞菌（Pseudomonas cannabina）pv. alsialensis 菌株 ES4326 中，分离出对 ITCs 响应的 saxA 启动子，并将其与改进的 lux 操纵子（ilux）相连，构建出 SaxAPIL 生物传感器。实验结果表明，SaxAPIL 对萝卜硫素的响应呈现出时间和剂量依赖性。在 0 - 100μM 的萝卜硫素浓度范围内，随着浓度增加，传感器的发光强度增强，通过计算得出其检测限（LOD）为 0.024μM，与其他检测方法相比，具有较高的灵敏度。同时，SaxAPIL 对结构相似的萝卜硫烯（sulforaphene）响应良好，但对烯丙基异硫氰酸盐（allyl - ITC，AITC）在高浓度时出现抑制或响应降低的情况，对含有苄基环的 4 - 羟基苄基异硫氰酸盐（4 - OH benzyl - ITC）和苄基异硫氰酸盐（benzyl - ITC）响应有限，且不响应 ITC 代谢产物硫氰酸钾（KSCN）。这表明 SaxAPIL 能检测不同化学结构的 ITCs，但对不同 ITCs 的响应存在差异。
检测植物材料中的 ITCs
研究人员对多种植物提取物进行检测，发现 SaxAPIL 能够检测出西兰花和大根萝卜提取物中的 ITCs，且检测结果与已知的植物产生的 ITC 类型相符。通过对不同萌发天数的西兰花和大根萝卜进行检测，发现植物年龄会影响 ITC 浓度，西兰花中 ITC 浓度在第 3 天达到峰值，第 4 天下降；大根萝卜中 ITC 浓度则持续上升。此外，SaxAPIL 还可用于比较不同品种植物（如芥菜（Brassica juncea）和芝麻菜（Eruca sativa））在不同发育阶段的 ITC 含量差异。同时，研究人员检测了绿色 manure 土壤和添加芥菜籽粕土壤中的 ITCs，结果表明 SaxAPIL 能有效检测土壤中的 ITCs，可用于追踪土壤中 ITC 浓度，避免残留 ITC 对重新种植造成损害。
研究结论与讨论
SaxAPIL 生物传感器能够检测多种环境介质中的脂肪族 ITCs，包括纯化合物、植物和土壤提取物等，为 ITC 定量检测提供了一种操作更简单、所需仪器更少的新工具。虽然该传感器无法提供 ITC 的结构信息，但在农业、植物育种、健康医学和其他工业领域，其检测 ITCs 的方法更为快速、成本更低。尽管目前对某些环状 ITCs 的检测效果还有待提高，但现有研究成果已充分证明 SaxAPIL 作为一种强大且广谱的生物传感器，在检测和定量土壤、植物及其他介质中脂肪族 ITCs 方面的可行性和应用潜力，有望为相关领域的研究和实际应用带来新的突破和发展。
