维普资讯 http://www.cqvip.com 第29卷第3期 2007年5月 南京工业大学学报 JOURNAL OF NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo1.29 No.3 May 2007 甲磺隆人工抗原的合成及多克隆抗体的制备 戴 烨,李方实,孙 峰 (南京工业大学理学院,江苏南京210009) 摘要:为了建立测定磺酰脲除草剂甲磺隆残留的酶联免疫吸附检测方法(ELISA),以邻甲酸甲酯苯磺酰胺与琥 珀酸酐反应合成半抗原1-E(2一甲酸甲酯)苯磺酰]单胺琥珀酸.用活性酯化法将半抗原分别与牛血清蛋白(BSA) 和卵清蛋白(OVA)偶联制备免疫抗原和包被抗原、通过免疫抗原免疫新西兰大白兔获得甲磺隆的多克隆抗体,抗 体效价达800 000.以此抗体建立的间接竞争ELISA法,检测甲磺隆的线性范围在0.7~40 mg/L,最低检测限为 0、16mg/L.与甲磺隆结构相似的磺酰脲类除草剂的交叉反应结果表明,氯嘧磺隆的交叉反应率为38.2%,其他4 种除草剂的交叉反应率都小于l%. 关键词:甲磺隆;半抗原;人工抗原;多克隆抗体;酶联免疫吸附法 中图分类号:X132 文献标识码:A 文章编号:1671—7627(2007)03—0039—05 Synthesis of artiicial antigen for metsulfuron-methyl and fpreparation of polyclonal antibody DAI Ye,LI Fang—shi,SUN Feng (College of Sciences,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,China) Abstract:In order to establish a competitive enzyme linked immunosorbent assay(ELISA)for the sulfonylurea her. bicide residual of metsulfuron—methyl in food and environment,a hapten,1-E(2-methylester)phenylsulfony1] monoamidosuccinic acid.was synthesized using 2.carbomethoxybenzenesulfonamide with succinic acid.The hapten was coupled respectively to carrier proteins BSA and OVA by the activated ester method.Polyclonal antibody against metsulfuron—methyl was raised in two New Zealand white rabbits.The titers of the antiserum reached 800 000.Using the hapten—OVA conjugate as the coating agent the indirect competitive ELISA was conducted with the antiserum.The linear response range for metsulfuron—methyl was between 0.7~40 mg/L and the limit of detec— tion was 0.16 m L.The results of cross.reactivity of five sulfonylureas showed that chlorimuron.ethyl was 38.2%, and the other four were less than 1%.This study provided a basis of setting the standard immunoassay for the met— sulorfon—methyl residua1. Key words:metsulfuron—methyl;hapten;artificial antigen;polyclonal antibody;ELISA 甲磺隆是一种高效磺酰脲类除草剂,广泛应用 于水稻、小麦等农作物….但土壤环境中残留的甲 磺隆对微生物生态有破坏作用,乃至对土壤肥力及 农作物生长造成潜在危害 .因此迫切需要方便实 用的甲磺隆残留检测方法.磺酰脲类除草剂的残留 分析方法主要有HPLC、GC、EC等化学分析法、酶联 免疫法和生物分析法等 -5].甲磺隆的残留检测方 法如HPLC法 I7 、GC法 和生物分析法 国内已 收稿日期:2006-01-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20447003) 作者简介:戴烨(1983一),男,江苏靖江人,硕士生,主要研究方向为环境分析化学; 李方实(联系人),教授,E—mail:fangshi.1i@njut.edu.cn. 维普资讯 http://www.cqvip.com 南京工业大学学报 第29卷 有报道.但化学分析法预处理复杂、设备昂贵,同时 需要专业的仪器操作人员;生物测定法仅为半定量, 而且容易受其他除草剂的影响,对不同种类土壤和 植物要求的测定方法各异¨ .甲磺隆的酶联免疫吸 附检测方法国外已有研究 卜Hj,但国内还没有相关 力加热搅拌器79—1,常州国华电器有限公司;台式 离心机,上海安亭科学仪器厂. 1.2实验方法 1.2.1半抗原的合成 甲磺隆为小分子物质(Mw=381),本身并不具 有免疫原性,需要合成半抗原并偶联到大分子载体 蛋白形成人工完全抗原才能免疫动物¨ .图1为甲 报道.本文详细研究了甲磺隆的人工抗原的合成和 抗甲磺隆多克隆抗体的制备,并建立了甲磺隆间接 竞争酶联免疫吸附检测方法. 1材料与方法 1.1材料、试剂和仪器 1.1.1材料 透析袋(截流相对分子质量14 000D,上海华美 生物工程公司). 1.1.2试剂 邻甲酸甲酯苯磺酰胺,质量分数不小于99%, 金坛市华瑞化工厂;琥珀酸酐,质量分数不小于 99%,化学纯,国药集团化学试剂有限公司;双氧水, 质量分数为30%,国药集团化学试剂有限公司; 1,8一二氮杂环[5,4,0]十一烯一7,二氮杂二环 (DBU),质量分数不小于98%,温州市嘉力化工有 限公司;薄层层析硅胶(GF254),化学纯,青岛海洋 化工有限公司;甲磺隆、氯嘧磺隆、吡效隆、噻磺隆、 胺苯磺隆、氯磺隆,质量分数大于95%,南京环境科 学研究所提供;弗氏完全佐剂(FCA)、弗氏不完全佐 剂(FICA)、N一羟基丁二酰亚胺(NHS)、二环己基碳 二亚胺(DCC)、Ⅳ,Ⅳ一二甲基甲酰胺(DMF)、牛血清 白蛋白(BSA)、卵清蛋白(OVA),Sigma;吐温一20, 化学纯,中国医药(集团)上海化学试剂公司;柠檬 酸,中国上海试剂一厂;脱脂奶粉,黑龙江省光明松 鹤乳品有限公司;3,3 ,5,5L四甲基联苯胺 (TMB),南京赛吉科技有限公司;羊抗兔一辣根过氧 化物酶(IgG—HRP),北京中杉金桥生物技术有限公 司;其他试剂均为分析纯. 1.1.3实验动物 新西兰大白兔(雄性,1.5~2 kg,江苏省农业科 学院实验动物中心). 1.1.4仪器 DG5031型酶联免疫检测仪、DG3080型自动洗 板机,华东电子集团医药装备有限责任公司;酶标板 (96孔,Costar,USA);HH一1数显恒温水浴锅,金坛 市荣华仪器制造有限公司;移液枪(Finnpipette);磁 磺隆半抗原的合成路线 .从分子结构与偶联点和 间隔臂考虑¨ ,通过邻甲酸甲酯苯磺酰胺与琥珀酸 酐反应得到半抗原1一[(2一甲酸甲酯)苯磺酰]单 胺琥珀酸,在分子中引入羧基作为蛋白偶联活性 位点. ∞ 3∞ 3 。 +sO2NH2 sO2N}t O O \0H 图1半抗原的合成设计 Fig.1 Reaction for synthesis of the hapten 将5.164 3 g(24 mmo|)邻甲酸甲酯苯磺酰胺、 2.405 0 g(24 mmo1)琥珀酸酐溶于50 mL乙腈于 250 mL圆底烧瓶中,室温搅拌.将7.307 6 g(48 mmo1)DBU溶于20 mL乙腈中,缓慢滴(0.5 h)入 烧瓶中后再反应2.5 h.加入200mL蒸馏水,用3 x 50 mL乙酸乙酯萃取.水相中滴加6 mol/L HC1,调 节至pH为2,再用3×50 mL乙酸乙酯萃取,合并 有机相,用无水Na SO 干燥后减压蒸去有机溶 剂,得到粗产品.用乙酸乙酯重结晶,即得较纯 产物. 1.2.2人工抗原的合成 免疫原(半抗原一BSA)的合成见参考文献[18]. 在15 mL小烧杯中将半抗原(0.4 mmol,0.132 5 g)、 NHS(0.4 mmol,0.047 5 g)和DCC(0.44 mmol, 0.092 g)溶解于2 mL无水的DMF中,室温磁力搅 拌5 h,得到活性酯.抽滤除去沉淀的二环己基脲.在 强烈搅拌下将2 mL活性酯缓慢(1 h)加入BSA蛋白 质溶液(100 mg的蛋白质溶于10 mL、0.05 mol/L、 pH为8的硼酸缓冲溶液)中,室温反应24 h.用磷酸 盐缓冲溶液(PBS,0.15 moL/L,pH 7.4)透析.前2 d 每天透析5次,后3 d每天透析3次.所得免疫原定 容分装,并于一20 cC下保存. 包被原(半抗原一OVA)合成方法同免疫原的合 成方法,仅载体蛋白改变. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 戴烨等:甲磺隆人工抗原的合成及多克隆抗体的制备 41 1.2.3抗体的制备 选取2只健康的雄性新西兰大白兔(1.5~2.0 2结果与讨论 2.1半抗原的鉴定 kg),试验前采集阴性血清.每只兔子的具体免疫程 序如下:首次免疫用2 mg免疫原与等体积弗氏完全 合成所得半抗原熔点为143~146℃,TCL (GF254硅胶,展开剂为 (甲醇): (二氯甲烷): (醋酸)=1.0:9.0:0.1)的比移值R,=0.67. H NMR((CD,) SO参比)的解析结果为6:12.126 (S,2H,COOH,NH),7.666~8.081(ITI,4H,Ar_- 佐剂混合,乳化成油包水结构后进行背部皮下多点 注射(40点左右);4周后用同样剂量的免疫原与等 体积弗氏不完全佐剂进行注射免疫,此后每隔2周 注射免疫1次直至抗血清效价增长速度减缓;最后 一次用等体积的生理盐水稀释免疫原,直接耳缘静 脉注射.1 1 d后心脏采血.血样在常温下静置凝结 0.5 h,并于4℃下过夜,取上层血清分装后于 一20℃冻存. 1.2.4抗体的鉴定 用间接非竞争ELISA法测定抗体效价,方阵滴 定法确定包被原及抗血清的工作浓度. 间接非竞争ELISA法具体步骤 如下:包被原 用碳酸盐缓冲溶液(CBS,0.05 mol/L,pH9.6)倍比 稀释后加入96孔酶标板中包被,每孔100 IxL,4 冰箱过夜;甩于后在洗扳机上用洗涤液(PBST,含 0.05%Tween 20的PBS)洗涤3次,甩于后每孔加 人200 3%的脱脂奶粉封闭,37℃水浴孵育1 h; 甩于后洗涤,加人用磷酸盐缓冲液(PBS,0.15 mol/L,pH7.4)稀释不同浓度的抗血清,每孔100 L,37℃水浴孵育2 h,甩干后洗涤,每孔加人100 L新鲜配制的二抗(IgG—HRP,1:10 000),37℃水 浴孵育1 h;甩于后洗涤,每孔加入新配制的底物液 (50 L 0.65%H202,200 L 10 mg/mL TMB的DMF 溶液,溶于19.75 mL柠檬酸盐缓冲液(CPBS, pH5.5)100 L,37℃水浴孵育15 min;每孔加人50 L 2 mol/L H SO 溶液.用酶联免疫检测仪读取每 孔A为450 nm下的吸光值(OD). 1.2.5标准抑制曲线的建立和交叉反应率 间接竞争ELISA是用5O IxL PBS倍比稀释的标 准溶液和50 L抗血清代替间接非竞争ELISA法中 的100 IxL抗血清,其余步骤与间接非竞争ELISA法 相同.绘制甲磺隆的标准抑制曲线,并计算灵敏度 (,5。,抑制率为50%时的浓度)及检出限(,1n).用与 甲磺隆结构相似的其他磺酰脲类除草剂氯嘧磺隆、 吡效隆、噻磺隆、胺苯磺隆和氯磺隆进行交叉反应, 按式(1) 来估测抗体对甲磺隆的特异性. , 交叉反应率: ×100% (1) H),3.866(S,3H,CH3),2.490~2.516(m,2H, COCH2 CH2 COOH),2.353~2.680(m,2H, COCH2CH2COOH). 2.2偶联物的鉴定 利用紫外吸收法对半抗原与载体蛋白的偶联结 果进行鉴定 .紫外扫描可知,人工抗原紫外吸收 光谱兼具半抗原和载体蛋白的紫外吸收特征,表明 半抗原已与载体蛋白结合. 2.3方阵滴定和抗体效价的测定 加强免疫后定期采血测定血样中抗体的效价 (最佳抗体稀释倍数),如表1所示.8~10周的抗血 清效价的增长明显减缓,再加强一次免疫,ll d后采 全血. 表1免疫期间抗血清的效价 Table 1 The titer during immunising 一 采血时间/周 效价 6 10 O00 8 25 O00 10 30 O00 阴性血清的方阵滴定结果如图2所示.阴性血 清稀释倍数在1 000以下的吸光值比较大,主要是由 于血清中动物蛋白在酶标板上的非特异吸附,因此 抗血清在低于此浓度时检测的灵敏度会受到很大的 影响. 趔 阴血清稀释倍数 图2阴性血清的方阵滴定 Fig.2 Chessboard titration of negative serum 维普资讯 http://www.cqvip.com 42 南京工业大学学报 表2抗体的交叉反应率 Table 2 Cross—reactivity of antibodies 第29卷 阳性血清的方阵滴定结果如图3所示.在包被 原质量浓度大于100 ng/mL时,相对于抗血清而言 已经饱和,最佳包被原质量浓度即为100 ng/mL,此 化合物 化学结构 交叉反应率/% 浓度下抗血清的效价为800 000. 迥 抗血清的稀释倍数 图3抗血清的方阵滴定 Fig.3 Chessboard titration of antiserum 2.4标准抑制曲线 甲磺隆的标准抑制曲线如图4所示. 褂 磊 嚣 p(甲磺隆)/(ng・mL ) 图4 甲磺隆的标准抑制曲线 Fig.4 Stnadard inhibition CHI Ve of metsulfuron—methyl 甲磺隆的质量浓度为4.8 mg/L,测定甲磺隆的 线性范围为0.7—40 mg/L,检测限为0.16 mg/L. 2.5交叉反应率 抗体对其他5种与甲磺隆结构相似的磺酰脲 类除草剂的交叉反应率如表2所示.除氯嘧磺隆 的交叉反应率为38.2%外,其余4种的交叉反应 率都小于1%,因此抗体对甲磺隆具有较高的特 异性. 2.6 甲醇对间接竞争ELISA的影响 在对甲磺隆残留分析中,甲醇是常用的萃取溶 剂 ].通过对不同甲醇浓度的间接竞争ELISA试 验,结果表明甲醇质量分数在20%下对检测结果基 本没有干扰. 甲磺隆\“ \。100.0 0 血N N's ̄人\ N T/氯嘧磺隆 .2 一 吡 隆cc 。 NN N贝N < ・。0 0 噻磺隆 … 0 。 N贝 / 氯磺隆 — 3 结论 特异性抗体的制备是利用免疫学方法进行化学 农药残留分析的最关键因素,而农药多为小分子化 合物,抗体的制备往往很困难.本研究在甲磺隆苯环 上的磺酰胺处连接一个间隔臂,得到半抗原,再分别 与蛋白质BSA和OVA偶联合成了免疫原和包被 原,该法偶联效率高,对蛋白的变性作用较小;经免 疫兔子获得了高效价的抗甲磺隆的兔血清,且对氯 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 戴烨等:甲磺隆人工抗原的合成及多克隆抗体的制备 43 磺隆等磺酰脲的交叉反应率很小,不会影响甲磺隆 的测定. 该多克隆抗体的研制成功为发展甲磺隆免疫分 析法奠定了基础.免疫分析法具有前处理简单、无需 专业仪器、操作人员和分析成本低等优点,适合于大 批量进行的快速鉴定.但要使该方法标准化还需要 做大量试验研究. 致谢:吴春菊、夏金云和朱瑾娜参加了部分实验. 参考文献: [1] 冯维卓,吴建良.我国南方主要作物田的化学除草[J].农药, 2000,39(11):1—7. 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