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传统农药残留检测，采取匀浆检测得到农药“平均残留值”，但果皮厚薄不同、果柄与果尖组织结构差异巨大，农药渗透、迁移、蓄积存在空间异质性。原位电离质谱成像（MSI）驱动的空间代谢组学技术，可以获取外源农药分子与内源代谢物的二维空间分布，实现 “可视化追踪”，为食品安全与果蔬胁迫代谢研究开辟全新路径。
中国热带农业科学院韩丙军团队在《Food Research International》(2026)上发表研究论文，结合空气动力辅助离子化质谱成像技术（AFADESI-MSI）联合Q Exactive高分辨质谱平台，以芒果为研究对象，系统探究了果皮形态、果实成熟度及农药理化性质等因素对农药迁移行为的影响，以及芒果在农药暴露后的代谢响应机制，为农药合理施用与食品安全管控提供了科学依据。
阐明农药迁移的关键调控因素
研究以厚皮澳芒和薄皮贵妃芒为对象，选取两种非内吸性农药(福美双、吡虫硫醚)和三种内吸性农药(吡丙醚、吡唑醚菌酯、戊唑醇)在50%、70%、100% 三个成熟度下进行实验。结果表明果皮厚度、成熟度及农药理化性质共同调控迁移行为：线性回归证实果皮厚度与迁移率呈显著负相关。三种内吸性农药在薄皮贵妃芒中的累积量是厚皮澳芒的1.32~1.86倍(9 h后)。非内吸性农药在所有成熟度下果肉中均未检出(<0.003 μg/g)，被果皮有效截留。
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图1 浸泡处理后内吸型农药在芒果组织内的残留变化(PI 吡丙醚、PA 吡唑醚菌酯、TE 戊唑醇为 3 种供试内吸农药。随着浸泡时间增加，薄皮贵妃芒(GF)的农药累积水平明显高于厚皮澳芒(RE)(点击查看大图)
果皮并不是一道恒定不变的屏障，随着芒果成熟，组织结构和通透性不断发生改变，果实成熟度与迁移量呈正相关。成熟的相关变化(角质层松弛、微裂纹、细胞壁松散)降低了果皮屏障功能，内吸性农药果肉残留随成熟度提高显著增加。农药迁移行为受其理化性质调控，通常高亲脂性（log KOW）且低分子量的化合物迁移更快。同时，果柄端因维管束密集、粗纤维和可溶性固形物含量高，促进了药剂富集，而果尖维 C、总糖含量更高，具备更强代谢补偿能力，应激防御表现不同。
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图2 不同成熟度芒果中农药残留量的比较(随着果实成熟度提升，果皮屏障能力下降，内吸农药更容易渗透进入果肉。TH福美双，TO吡虫硫醚，PI吡丙醚，PA吡唑醚菌酯，TE戊唑醇)(点击查看大图)
绘制农药胁迫下的空间代谢图谱
这项研究进一步利用 AFADESI-MSI 对芒果中的典型内源代谢物进行了空间可视化。直接获得糖、有机酸、氨基酸、类黄酮等几十种内源代谢物在果柄?果尖不同组织的空间分布图像，阐明芒果应对农药胁迫的多层防御网络。农药胁迫下，芒果显著激活糖酵解、三羧酸TCA循环、氨基酸代谢以及黄酮生物合成通路，构建能量补偿及抗氧化双重防御系统。
图3 农药处理后澳芒果实中代谢物的空间分布图谱(FAP表示果实顶端，FST表示果柄，颜色亮度代表代谢物相对丰度，直观展现果尖、果柄组织代谢响应差异)(点击查看大图)
应用拓展：质谱成像在豇豆农残关键代谢途径研究
AFADESI-Orbitrap质谱成像技术同样适用于其他作物的研究，中国热带农业科学院韩丙军团队在《Journal of Hazardous Materials》(2024)上发表了题为“In situ mass spectrometry imaging reveals pesticide residues and key metabolic pathways throughout the entire cowpea growth process”的研究论文。该研究采用AFADESI- Q Exactive Plus 质谱成像技术，对四种农药处理后的豇豆进行成像分析，实现了农药与内源代谢物的同步高灵敏成像。结果表明：非内吸性农药仅残留在表面，内吸性农药可迁移至内部，迁移速率受成熟度、log Kow及分子量调控；同时检测到20种代谢物变化，内吸性农药显著影响氨基酸代谢通路。
原位电离：开启食品空间分子研究新视角
过去农残研究更多聚焦“测出来有多少”，AFADESI-Orbitrap原位质谱成像带给我们的是更多维度的可视化农药迁移、同步观察食品内源代谢，进一步解释食品安全与品质变化背后的分子机制。随着空间组学理念逐步进入食品科学，原位电离质谱成像将为食品安全评估及农产品质量控制提供更全面的技术手段和数据支撑。
AFADESI可搭载赛默飞Orbitrap超高分辨质谱全平台
专家介绍
韩丙军 博士
中国热带农业科学研究院研究员，主要从事农产品质量安全研究。研制农药残留快速检测技术与装备，探究农药残留与代谢机理，揭示农药迁移和分布规律，推荐热带果蔬中农药合理使用信息并制定最大残留限量标准。近年来先后主持国家自然科学基金、海南省重点研发等项目20余项，组织完成农药残留限量制定标准40余项、农药安全评价试验项目30余项。已发表科研论文60余篇，获批发明专利6件。
参考文献：
1. Zhu X, et al. Influence of peel morphology on pesticide distribution and metabolic responses in mango after postharvest immersion treatment[J]. Food Research International, 2026, 228:118411.
2. Jiang S, et al. In situ mass spectrometry imaging reveals pesticide residues and key metabolic pathways throughout the entire cowpea growth process[J]. Journal of Hazardous Materials, 2024,472:134534.
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