激光诱导击穿光谱技术用于铁暴露鱼腥草叶片元素分布图谱构建的可行性研究

本研究针对植物元素分布分析的瓶颈问题，采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，创新性地构建了铁暴露鱼腥草（Houttuynia cordata）叶片中Ca、K、Mg等元素的二维分布图谱。研究发现铁暴露会显著改变Ca、K积累模式并降低Mg水平，为植物营养代谢与毒性机制研究提供了快速、绿色的原位分析新方法，相关成果发表于《Talanta》。

　　

鱼腥草（Houttuynia cordata Thunb.）作为一种兼具食用和药用价值的非常规食品植物（UFP），其元素代谢特征与营养安全密切相关。传统元素分析技术如电感耦合等离子体发射光谱（ICP OES）虽精度高，但需复杂样品前处理且无法获取空间分布信息。而激光诱导击穿光谱（LIBS）技术凭借无需样品制备、多元素同步检测等优势，在植物科学领域展现出独特潜力，尤其在元素原位分布研究方面尚未充分开发。

针对这一技术空白，来自巴西圣保罗的研究团队以铁暴露鱼腥草叶片为模型，系统评估了LIBS元素分布分析的可行性。研究通过叶面喷施600 μg L^?1 Fe(NO₃)₃溶液构建暴露组，结合ICP OES定量验证与LIBS空间扫描（1.5 mm点间距），创新性采用247.856 nm碳峰（C）作为内标校正基质效应。

关键技术方法包括：1）微波消解-ICP OES定量验证元素含量；2）LIBS全叶背表面二维扫描构建元素分布图；3）SRM 1573a番茄叶标准物质验证数据可靠性。

【研究结果】

1. 元素浓度变化：ICP OES数据显示铁暴露显著提升叶片Ca（+37%）、K（+29%）含量，但降低Mg（-18%）水平，提示元素间存在拮抗效应。

2. LIBS分布图谱：通过Ca II 317.933 nm、K I 766.490 nm等特征谱线，首次可视化铁暴露组中Ca、K在叶脉区域的异常富集，而Mg分布呈现边缘递减趋势，证实LIBS可捕捉元素转运的空间异质性。

3. 方法学优势：碳内标校正使LIBS信号稳定性提升2.3倍，与ICP OES结果相关性达R²>0.89，证实该技术适用于复杂植物基质的半定量分析。

【结论与意义】
该研究成功将LIBS技术应用于食用植物元素分布研究，揭示铁暴露会特异性改变Ca、K的转运路径并干扰Mg稳态。这一发现为理解金属-营养元素互作提供了新视角，建立的C内标校正策略显著提升了LIBS在生物样本中的分析可靠性。研究成果不仅拓展了LIBS在植物代谢组学中的应用场景，更为农产品安全监测和植物修复技术开发提供了高效分析工具。论文的创新性体现在：1）首次实现鱼腥草叶片多元素原位分布可视化；2）提出植物LIBS分析的标准化方案；3）为UFPs的营养-毒性平衡研究建立方法学范式。未来可结合LA-ICP-MS等技术进一步验证元素亚细胞分布特征。