毛细管微采样实现植物汁液的原位采集与存储 / Capillary microsampling enables on-site collection and storage of plant sap

《Lab on a Chip》：Capillary microsampling enables on-site collection and storage of plant sap

　　

植物汁液分析通常依赖于破坏性采样及立即冷冻，限制了田间部署与纵向研究。研究人员引入了一种微创微流控装置，可从番茄（Solanum lycopersicum）茎中萃取汁液并对其进行原位干燥，实现了类似于人类干血斑（Dried Blood Spots, DBS）的室温存储。利用人工植物激素混合物及番茄汁液，研究人员评估了室温下储存长达七天的干燥样品的稳定性，观察到关键植物激素未发生显著降解。该装置的性能在配对采样实验中得到了进一步验证，显示其在反式玉米素核苷（tZR）和脱落酸（ABA）定量方面与传统茎切断法具有高度一致性。这些发现表明，通过微流控装置进行的干汁液采样为破坏性方法提供了一种实用的、适用于田间替代方案，支持对同一植株进行重复采样并实现代谢状态的纵向监测。

植物汁液分析是评估作物营养状况及生理状态的重要手段，尤其是对于生物和非生物胁迫响应的代谢谱分析，主要通过植物激素浓度来评估。然而，传统的植物汁液采集方法，如组织挤压、切口自流、蚜虫吻针技术、离心或施加外部压力等，往往依赖于破坏性采样，并且为了防止酶促降解，标准流程要求立即通过液氮冷冻或冻干（Lyophilization）来保存样本。这种对冷链运输和即时处理的依赖严重限制了田间原位研究的可行性，并阻碍了针对单株植物的纵向监测。受人类医学中干血斑（DBS）技术的启发，该技术允许血液样本在室温下稳定存储数年，研究人员假设类似的纸基干燥方法可应用于植物汁液，以维持植物激素的完整性。为此，研究人员开发了一种微流控采样装置，旨在实现微创、原位干燥的植物汁液采集，以支持田间环境下的长期代谢监测。该研究成果发表在《Lab on a Chip》期刊上。

为实现上述目标，研究人员采用了几项关键技术方法。首先，设计并制造了一种由亲水塑料片、双面胶和存储滤纸构成的微流控装置，利用毛细作用实现汁液自动填充。其次，利用超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用技术（UHPLC-QQQ-MS/MS）对样本进行分析。研究设置了人工植物激素混合物（PHM）和温室栽培的番茄（Solanum lycopersicum）植株作为样本来源，通过设定不同的干燥存储时间点（从20分钟至7天）来评估稳定性。此外，研究采用了配对采样策略，对同一植株分别使用微流控装置和传统茎切断法进行采样，通过Bland-Altman分析和线性回归分析来比较两种方法的一致性。

研究结果部分详细阐述了该装置的性能及实验结论。

在“Rapid low-invasive microsampling（快速微创微采样）”部分，研究表明该装置能够从番茄茎中快速（<1分钟/次）收集约8 μL汁液。通过视觉观察纸张基质的润湿变色可以判断收集体积，虽然存在体积变异系数（CV%）约为16%的体积变异性，但通过最小/最大体积范围校正，该装置仍能可靠地用于定量分析。

在“Phytohormones are stable when dried in paper（植物激素在纸上干燥后保持稳定）”部分，研究人员通过对比人工植物激素混合物（PHM）和实际植物汁液样本发现，关键植物激素在室温干燥存储7天后未表现出显著降解。具体而言，反式玉米素核苷（tZR）表现稳定；生长素（IAA）在植物汁液样本中前20分钟浓度下降明显，推测源于个体植物差异或酶促效应；脱落酸（ABA）和 salicylic acid（SA）显示出一定的样本间变异性，但总体浓度趋势保持一致。这表明该装置能有效抑制酶活性，维持样本稳定性。

在“Device accuracy – comparing destructive and device sampling（装置准确性——比较破坏性和装置采样）”部分，通过配对采样实验验证了装置准确性。结果显示，tZR在两种方法中显示出高度一致性和强线性相关性（p < 0.0001）。ABA虽然微流控装置的检测值普遍低于破坏性采样，但两者呈线性相关，可通过标准曲线校正。相比之下，IAA和SA的相关性较弱或变异较大。总体而言，除个别激素外，微流控装置与传统方法具有良好的一致性。

在结论与讨论部分，论文指出该微流控采样装置能够以微创方式采集并存储植物汁液长达七天，且植物激素降解极小。这一成果证明了该方法作为一种现场采样方案的可行性，消除了对冷冻设备运输的需求。尽管该装置的主要局限性在于收集体积的变异性，未来可通过优化设计（如使用吸水量更大的存储纸或增加计量功能）来提高精度。此外，未来的实地环境评估需考虑高湿度对干燥速率及分析物分布的影响。这项研究为植物生理学的纵向监测提供了新的工具，使得在田间环境下对单株植物进行重复采样成为可能，类似于人类医疗中的个体化监测，有助于深入理解植物激素指纹的时间变化特征。