全氟辛烷磺酸盐(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)是业界广泛使用的两种持久性有机污染物,也是新兴的典型离子型化合物。C-F键使其具有强的稳定性,在人体、动植物体内以及环境中广泛存在,PFOA和PFOS的生态毒性很复杂,并且已经在动物(包括鱼和小鼠)中进行了报道,但是在植物方面的研究却相对匮乏,尤其是毒性机制。组学技术能够作为研究污染物对生命体毒性效应的有力工具,采用基于HPLC-QTOF的组学技术对拟南芥叶片内源代谢物进行分析方法上的建立和优化,然后定性定量分析拟南芥的内源代谢物,并进行组分解析,最后结合室内控制盆栽实验进行痕量PFOS和PFOA对拟南芥染毒,将不同染毒浓度的样品进行代谢组学分析,并进行图谱采集,利用统计学方法(PCA、PLS-DA、OPLS-DA、聚类分析、T检验、相关性分析等)获得相应的生物标志物,再利用生物标志物进行代谢路径分析,代谢机理分析,获得代谢水平上的毒性效应。本文综合论述了典型全氟烷基酸的研究现状,运用代谢组学技术平台以及相关的数据分析和数据处理方法,并对差异代谢产物参与的代谢途径进行阐述总结,期望为进一步揭示植物叶片中的PFOS和PFOA痕量暴露生态毒性效应的相关研究提供理论依据。本实验旨在能及时、全面地反映典型全氟烷基酸的毒性效应,并对生态毒理学数据进行补充。有利于发现具有微观毒性效应的其它环境污染物,为其它环境污染物的污染毒理研究提供借鉴。主要研究结果如下:(1)采用HPLC-QTOF分析技术,比较不同提取方法对拟南芥代谢物提取结果的影响,建立了T3和Amide相结合的拟南芥叶片代谢物分析方法。通过峰检出的数量及其稳定性作为评价指标,基于甲醇-水的提取方法通过T3色谱系统、探讨了不同提取手段(超声与涡旋,干/鲜叶片提取等)对拟南芥叶片代谢物提取及分离的效果。结果表明,甲醇-水并用涡旋和干燥叶片样品对拟南芥叶片代谢物的检出覆盖率更高。(2)采用PFOS暴露对拟南芥进行无菌盆栽实验,选择高通量的非靶向代谢组学方法进行全面评估,以研究拟南芥叶片在整个生长期(30天)中暴露于不同浓度的PFOS后代谢特性的变化。设置了空白组,0.01、1.00 mg/kg的PFOS浓度梯度处理,每组处理有30个平行样品,研究了不同浓度PFOS对拟南芥叶片代谢物的毒性影响。通过PCA和OPLS-DA方法分析所有代谢物,通过VIP值和p值的截断,发现53个显著变化的生物标志物,除谷氨酸外的所有氨基酸类均被抑制,可能与蛋白质吸附PFOS有关,另外,生长素、植物激素和细胞分裂素显著下调。PFOS导致氧化应激的响应机制,苯丙素途径被完全激活以形成多种多酚,并进一步反应形成多种类黄酮类化合物作为主要防御途径,抵抗氧化胁迫效应,此外,抗坏血酸,海藻糖和烟酰胺也被激活,这有助于减少氧化胁迫的损害。这些结果提供了PFOS对植物毒性潜在机制的新见解。(3)采用PFOA直链(PnFOA:Perfluoro-n-octanoic acid)与支链(P3MHpA:Perfluoro-3-methylheptanoic acid)同分异构体暴露对拟南芥进行琼脂无菌培养实验,选择高通量非靶向代谢组学方法进行全面评估,以研究拟南芥叶片在整个生长期(30天)中暴露于不同浓度、不同结构的PFOA后代谢特性的变化。设置了0.01、0.50 mg/kg的PFOA浓度梯度处理和空白对照组,每组处理有30个平行样品,研究了不同暴露浓度、以及不同结构PFOA对拟南芥叶片代谢物的毒性影响。通过PCA、PLS-DA、OPLS-DA方法分析内源代谢物,以VIP和p值进行拦截筛选,发现65种生物标志物,找出了差异代谢路径,并分析归纳其毒性差异以及毒性机理。色氨酸途径代谢物的大量上调表明植物抗逆过程中色氨酸途径的防御机制被激活;糖类、核酸类和黄酮类均表现出下调,表明PFOA的暴露增强了能量转化和抗氧化,同时表现出遗传毒性;两种单体对氨基酸的干扰存在差异,直链多表现出上调,而支链则表现出下调,只发现四种代谢物出现相反的调节,均属于芥子油苷类;在植物排毒氨的尿素循环过程中发现了两种暴露导致精氨酸和脯氨酸同时下调的现象,表明PFOA导致植物降低抗逆能力;而与PFOS暴露相比,发现糖类、黄酮类和植物激素都出现相反的调节。运用蛋白组学分析内源蛋白,通过FC和p值的筛选出差异蛋白,探讨了不同PFOA结构暴露导致拟南芥叶片蛋白调节的差异性,并分析了差异蛋白的表达情况。通过P3暴露分析蛋白质表达与代谢物响应调节之间的相互联系,发现蛋白在氨基酸代谢过程中进行了调节。