金屬組學(xué)是系統(tǒng)研究生命體內(nèi)自由或絡(luò)合的金屬/類金屬的分布、含量、化學(xué)種態(tài)及功能的一門新興學(xué)科。大科學(xué)裝置可為金屬組學(xué)研究提供卓越平臺，發(fā)展新的金屬組學(xué)研究框架。
近日，中科院高能所李玉鋒、周愛玉與東北大學(xué)于永亮等人合作，以硒超富集植物-堇葉碎米薺（Cardamine violifolia）單粒種子為研究對象，借助北京同步輻射裝置X射線熒光微分析實驗站硬件和軟件功能升級契機，發(fā)展了基于同步輻射X射線熒光二維/三維成像技術(shù)、同步輻射X射線吸收譜技術(shù)、二維質(zhì)譜成像技術(shù)及微區(qū)計算機斷層掃描（micro-CT）技術(shù)的空間金屬組學(xué)（spatial metallomics）研究框架，實現(xiàn)了堇葉碎米薺單粒種子中有機硒和無機硒的原位二維/三維成像（圖1），首次發(fā)現(xiàn)堇葉碎米薺種皮中存在甲基硒代化合物，加深了對堇葉碎米薺富硒機制的理解，并以Spatial metallomics reveals preferable accumulation of methylated selenium in a single seed of the hyperaccumulator Cardamine violifolia為題發(fā)表于 Journal of Agricultural and Food Chemistry。值得一提的是，這是北京同步輻射裝置X射線熒光實驗站首次利用飛掃技術(shù)結(jié)合連續(xù)切片技術(shù)實現(xiàn)樣品中元素三維成像（圖2）。
東北大學(xué)/中科院高能所聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生解宏鑫為第一作者。李玉鋒團隊碩士研究生田雪、何麗娜、李錦成，中國科學(xué)院大學(xué)崔麗巍博士，北京同步輻射裝置/高能同步輻射光源陳棟梁研究員、吳忠華研究員、張一副研究員、郭志英副研究員、陳中軍副研究員，島津（中國）創(chuàng)新中心湯博崇博士，恩施德源硒材料工程科技有限公司叢欣博士，中科院高能所多學(xué)科中心高愈希研究員、王黎明特聘青年研究員、趙甲亭特聘青年研究員及李柏高級實驗師等人對本文做出了貢獻(xiàn)。國家納米科學(xué)中心趙宇亮院士、陳春英研究員為本研究提供了具體指導(dǎo)。
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金的資助并得到了北京同步輻射裝置、高能同步輻射光源相關(guān)線站的支持。
據(jù)悉，中科院高能所已與香港大學(xué)組建了金屬組學(xué)與健康和環(huán)境聯(lián)合實驗室（Joint Laboratory of Metallomics on Health and Environment），旨在充分依托大科學(xué)裝置，發(fā)展新一代金屬組學(xué)方法學(xué)，解決重要健康（如癌癥、病毒性疾病、糖尿病、神經(jīng)退行性疾病）和環(huán)境（如重金屬、納米材料、微納米塑料、放射性核素）問題，為國家環(huán)境健康管理提供有力技術(shù)支持。目前，該實驗室已出版《Nuclear Analytical Techniques for Metallomics and Metalloproteomics》（RSC, 2010）、《金屬組學(xué)》（科學(xué)出版社，2016）等專著2本，另一本專著《Applied Metallomics》（Wiley）也即將付梓。2022年度（截至2022年12月31日），實驗室共發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇（含中科院一區(qū)雜志18篇），其中Nat Nanotechnol一篇，PNAS一篇，Nat Commun一篇，Angew Chem一篇。
圖1 堇葉碎米薺單粒種子的空間金屬組學(xué)研究框架
圖2同步輻射X射線熒光譜飛掃技術(shù)結(jié)合連續(xù)切片技術(shù)實現(xiàn)樣品中元素三維成像
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