受化學災害事件衝擊的稻米中小分子有機物化學輪廓之時空變化趨勢研究

Abstract

"2019年4月位於雲林縣的六輕石油化學工業區因丁烷外洩，發生火災氣爆事件，濃煙擴散至雲林縣與彰化縣鄰近的農業生產區。本研究應用非目標分析法調查災後六輕周圍農地所生產的稻米中小分子化學輪廓（small-molecule profiles）隨時間與空間變化的趨勢，以探討化學災害對農業生產環境的影響。 本研究自火災發生後，於雲林縣與彰化縣共15處農地連續收集四個採收期的糙米樣本（n=28）。所有樣本經溶劑萃取與管柱淨化後，利用液相層析－四極桿／飛行時間質譜系統獲取小分子化合物（m/z 70−1,100）之分子離子與碎片離子資訊，並透過分子波峰提取步驟保留絕對高度≥1,000 counts的波峰。小分子波峰經過總面積標準化後，以偏最小平方判別法（partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA）分析整體化合物時空分布趨勢，再篩選出相對濃度在組間具有顯著差異（p<0.05、|log2 (fold change)|>1.5且|p[corr]|>0.6、|p[1]|>5）的特徵化合物，最後透過比對化學資料庫之準確質量與碎片離子完成特徵化合物鑑定。 PLS-DA模式成功鑑別了不同採收期的水稻。在生長過程中直接遭遇化學災害（災後3個月採收）的稻米小分子化學輪廓與後續種植的稻米顯然不同（正離子模式R2=1.000、Q2=0.981；負離子模式R2=1.000、Q2=0.943）。將這批直接遭遇災害的樣本進一步進行空間分析，亦發現小分子化學輪廓在爆炸點15公里內外有所差異（正離子模式R2=0.983、Q2=0.402；負離子模式R2=0.951、Q2=0.286）。候選特徵化合物篩選結果，有83個化合物之相對量隨距離而改變。我們鑑定出其中18種特徵化合物，發現大多數為水稻的內生性物質，如脂肪酸、磷脂質、胺基酸等。化學災害可能啟動水稻防禦機制，影響次級代謝產物在稻米中的分布、以及稻米細胞與組織組成，繼而干擾水稻生長與環境適應能力。 本研究證實非目標分析方法適用於調查化學災害對農業環境的影響。歷時2年的研究成果顯示化學災害可能衝擊周圍農業環境、改變農作物小分子代謝與分布。應持續監測農業環境並建立背景資料，以利災害準備與應變。"