基于LC-MS/MS的農(nóng)林分析人才培養(yǎng)模式探索*

華學(xué)文，任愛芝，王桂清

(聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 聊城 252000)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境問題、能源危機(jī)、食品藥品安全等問題日益凸顯，社會對分析人才的需求愈來愈高。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，為了防控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的病蟲草害，大量化學(xué)農(nóng)藥、化肥的使用導(dǎo)致了環(huán)境中嚴(yán)重的農(nóng)藥殘留問題，影響糧食安全、食品安全、農(nóng)產(chǎn)品安全等，對人類健康、生態(tài)平衡、環(huán)境保護(hù)等存在很大的潛在威脅。隨著分析化學(xué)和儀器分析的快速發(fā)展，以及人類對健康的嚴(yán)格要求和安全意識的提升，各行各業(yè)對分析人才的需求和要求也越來越迫切，比如石油化工領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、食品領(lǐng)域、藥品領(lǐng)域等[1]。當(dāng)今，人工智能迎來大發(fā)展，分析儀器的更新?lián)Q代也愈演愈烈，比如從用于農(nóng)藥殘留分析的氣相色譜、高效液相色譜到色譜—質(zhì)譜聯(lián)用，再到色譜—串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用，分析儀器的精密度和靈敏度越來越高，同時(shí)對高端分析人才的能力和知識要求也愈來愈高。目前，高端分析人才應(yīng)用領(lǐng)域廣，就業(yè)前景好，無論是科研還是應(yīng)用分析，掌握分析技能可以提高人才培養(yǎng)的檔次及就業(yè)領(lǐng)域。

1 農(nóng)林分析人才市場需求

農(nóng)業(yè)是人類衣食之源、生存之本，在整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。十九大報(bào)告指出，農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民問題是關(guān)系國計(jì)民生的根本性問題，必須始終把解決好“三農(nóng)”問題作為全黨工作的重中之重，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。人民群眾對美好生活的向往與期待，既有物質(zhì)條件需求層面的，也有包括安全在內(nèi)的精神需求層面的。

農(nóng)藥是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，是確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的重要手段。然而，隨著傳統(tǒng)化學(xué)合成農(nóng)藥的長期大量使用，生態(tài)環(huán)境問題、健康問題、抗藥性問題、對有益生物的毒害等問題日益突出[2]，農(nóng)業(yè)安全、糧食安全、食品安全等問題日益引起人們的重視。

基于分析儀器的化學(xué)分析具有靈敏度高、精密度高、分析時(shí)間快、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，已成為研究各種基礎(chǔ)理論和解決實(shí)際問題的重要手段，它對基礎(chǔ)化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、生物化學(xué)、生命科學(xué)及材料化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展所起到的促進(jìn)作用已毋庸置疑[3]。

加快培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑的應(yīng)用型和復(fù)合型人才，是應(yīng)用型農(nóng)業(yè)高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)[4]。農(nóng)林分析人才是農(nóng)產(chǎn)品安全、糧食安全、食品安全等的重要保障，在農(nóng)業(yè)GLP實(shí)驗(yàn)室、CNAS實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)藥殘留檢測中心等領(lǐng)域，都亟需掌握儀器分析理論基礎(chǔ)知識的高端分析人才。

2 LC-MS/MS及其在農(nóng)林分析中的應(yīng)用

LC-MS/MS聯(lián)用技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的分離分析技術(shù)。它將高效液相色譜(HPLC)對復(fù)雜樣品的高分離能力，與質(zhì)譜(MS)具有高選擇性、高靈敏度以及能夠提供相對分子質(zhì)量與結(jié)構(gòu)信息的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，在農(nóng)業(yè)、生物、藥物、臨床醫(yī)學(xué)、化工和環(huán)境等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[5]。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，LC-MS/MS被廣泛用于環(huán)境中農(nóng)藥殘留量的評價(jià)以及食品安全評價(jià)等，比如GB/T 20769—2008 《水果和蔬菜中450種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定 液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法》。此外，LC-MS/MS在農(nóng)業(yè)部蔬菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心(北京)、農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測總站(天津)、國家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評估中心、中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院、各省農(nóng)科院、各省疾控中心等單位也是必不可少的分析儀器，在農(nóng)化企業(yè)GLP實(shí)驗(yàn)室、CNAS實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)藥殘留檢測等中心也是必備的分析儀器，對實(shí)現(xiàn)化學(xué)組分的分離、純化、痕量定性和定量分析具有非常重要的作用。

2.1 LC-MS/MS對培養(yǎng)智慧農(nóng)業(yè)人才的作用

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)信息化、智能化、智慧化發(fā)展步伐不斷加快。智慧農(nóng)業(yè)將現(xiàn)代信息技術(shù)深度融入農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)，有效提高農(nóng)業(yè)資源利用效率，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平和農(nóng)業(yè)競爭力，是我國實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要途徑，也是未來我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢[6]。

LC-MS/MS具有分析準(zhǔn)確度高、適用范圍廣、操作軟件高度智能化等優(yōu)點(diǎn)，在分析領(lǐng)域具有非常重要的突出作用，是檢驗(yàn)農(nóng)藥殘留、生態(tài)環(huán)境污染，保證農(nóng)產(chǎn)品安全、食品安全等的重要保障。LC-MS/MS軟件通過程序設(shè)定即可完成批量樣品的自動分析，然而LC-MS/MS分析方法的建立、優(yōu)化以及評價(jià)需要堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。掌握LC-MS/MS分析技術(shù)對培養(yǎng)智慧農(nóng)業(yè)人才，推動農(nóng)業(yè)安全智慧發(fā)展具有重要的作用。

2.2 LC-MS/MS對保障農(nóng)產(chǎn)品安全和改善環(huán)境質(zhì)量的作用

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，LC-MS/MS已被廣泛用于檢測農(nóng)產(chǎn)品、食品、生態(tài)環(huán)境(土壤、水資源等)中的農(nóng)藥殘留，對保障農(nóng)產(chǎn)品安全、推動生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。例如，在生態(tài)環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，LC-MS/MS被用于評價(jià)從環(huán)境中分離到的農(nóng)藥降解菌株的生態(tài)修復(fù)潛力[7]。在農(nóng)產(chǎn)品安全、食品安全、農(nóng)藥殘留檢測等領(lǐng)域，常規(guī)的HPLC、GC等分析手段對于復(fù)雜樣品的分析容易導(dǎo)致假陽性結(jié)果的誤判，給實(shí)際檢測分析造成不便；而LC-MS/MS分析技術(shù)中的串聯(lián)質(zhì)譜部分能夠根據(jù)母體離子相對分子質(zhì)量以及碎裂產(chǎn)生的子離子的相對分子質(zhì)量避免假陽性結(jié)果的產(chǎn)生，提高了分析方法的選擇性、準(zhǔn)確度、精密度以及靈敏度[8]。

2.3 LC-MS/MS對農(nóng)林科學(xué)發(fā)展的推動作用

傳統(tǒng)的樣品分析技術(shù)，如HPLC、GC等，雖然具備分離、純化、定性、定量分析的功能，然而在痕量分析過程中需要經(jīng)過待分析組分富集的前處理過程，以提高分析方法的靈敏度。而LC-MS/MS分析技術(shù)，在液相色譜分離、純化基礎(chǔ)上，增加了質(zhì)譜的高選擇性、高靈敏度、強(qiáng)定性功能，簡化了樣品的分析操作流程，大大縮短了待測組分的分析時(shí)間，提高了樣品分析方法的靈敏度[1]。在農(nóng)林領(lǐng)域，LC-MS/MS被廣泛用于農(nóng)藥殘留檢測、組分在環(huán)境中的動態(tài)分布、生態(tài)環(huán)境安全評價(jià)、代謝組學(xué)、微生物次級代謝產(chǎn)物等方面的研究，大大推動了農(nóng)林科學(xué)的快速發(fā)展。例如，LC-MS/MS在代謝組學(xué)方面的應(yīng)用，為尋找代謝物與生物體的生理病理變化的相對關(guān)系提供了重要的解決手段[9]。

3 基于LC-MS/MS的農(nóng)林分析人才培養(yǎng)模式探索

3.1 優(yōu)化培養(yǎng)方案，設(shè)置儀器分析理論與實(shí)踐課程

掌握并熟練運(yùn)用LC-MS/MS分析技技術(shù)，首先需要分析人員具備堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，以便在遇到分析問題時(shí)能夠靈活運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題。然而，儀器分析理論性較強(qiáng)，涉及面較廣，單純的理論學(xué)習(xí)難以實(shí)現(xiàn)知識的掌握與靈活運(yùn)用。實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐能夠保障學(xué)生更好的理解、掌握理論知識，并學(xué)會運(yùn)用理論知識解決實(shí)踐中遇到的問題。因此，培養(yǎng)基于LC-MS/MS的農(nóng)林分析人才，首先要從培養(yǎng)方案入手，合理設(shè)置儀器分析理論課程與實(shí)踐課程，讓學(xué)生在掌握理論知識的同時(shí)，學(xué)會靈活運(yùn)用理論知識解決實(shí)際分析過程中的問題。例如，如何運(yùn)用塔板理論、速率理論優(yōu)化色譜分析條件，既需要理論基礎(chǔ)知識，也需要實(shí)踐操作。

3.2 圍繞LC-MS/MS開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目

充分利用大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，積極鼓勵(lì)對LC-MS/MS分析技術(shù)感興趣的同學(xué)申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的儀器分析技能，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的能力。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，圍繞農(nóng)產(chǎn)品、食品或環(huán)境(土壤、水資源等)中農(nóng)藥殘留檢測，評價(jià)農(nóng)藥在環(huán)境中的動態(tài)分布，研究微生物次級代謝產(chǎn)物，研究動植物體內(nèi)天然活性成分，探索生物體代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系，研究有機(jī)小分子對生物體的作用機(jī)制等方向，均可申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。

3.3 圍繞LC-MS/MS開展基礎(chǔ)科學(xué)研究

LC-MS/MS具備強(qiáng)大的痕量定性、定量分析功能，在醫(yī)學(xué)、生命、化學(xué)、材料、地球科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。例如，LC-MS/MS用于生命領(lǐng)域的代謝組學(xué)研究、用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的免疫組學(xué)研究等[10]。根據(jù)專業(yè)教師研究領(lǐng)域與方向，從學(xué)生大一開始，鼓勵(lì)學(xué)生積極進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室，加入到科研教師的研究團(tuán)隊(duì)中，通過研究項(xiàng)目中涉及LC-MS/MS分析技術(shù)的研究內(nèi)容的具體實(shí)施，掌握LC-MS/MS操作流程、分析方法建立與優(yōu)化等綜合分析技能。

3.4 圍繞LC-MS/MS開展畢業(yè)論文研究

對LC-MS/MS分析技術(shù)感興趣的學(xué)生，根據(jù)畢業(yè)去向，可設(shè)置相應(yīng)的畢業(yè)論文研究內(nèi)容，助于學(xué)生掌握分析儀器的使用、分析方法的建立以及優(yōu)化等。例如，畢業(yè)后直接從事LC-MS/MS分析工作的學(xué)生，可通過設(shè)置運(yùn)用LC-MS/MS分析環(huán)境中農(nóng)藥殘留、檢測微生物次級代謝產(chǎn)物等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)分析技能的掌握。畢業(yè)后考取研究生的同學(xué)，根據(jù)科研發(fā)展需求，設(shè)置合適的畢業(yè)論文研究內(nèi)容，例如，在分子生物學(xué)領(lǐng)域，運(yùn)用LC-MS/MS開展代謝組學(xué)研究；在環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域，運(yùn)用LC-MS/MS研究微生物的土壤修復(fù)潛力等[11]。

3.5 校企合作，需求單位實(shí)習(xí)，專業(yè)教師指導(dǎo)

校企雙方達(dá)到“雙贏”已成為當(dāng)今科技創(chuàng)新、企業(yè)發(fā)展和人才育成的主流趨勢[12]。在專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)過程中，根據(jù)學(xué)生對儀器分析的興趣，推薦到具備分析檢測中心的事業(yè)單位、農(nóng)化企業(yè)實(shí)習(xí)，例如，各省農(nóng)科院檢驗(yàn)中心，各省藥檢所檢驗(yàn)中心，農(nóng)化企業(yè)的CNAS實(shí)驗(yàn)室、GLP實(shí)驗(yàn)室等。在專業(yè)操作人員的指導(dǎo)下，掌握運(yùn)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的能力，從實(shí)踐中掌握理論知識，提高儀器分析綜合技能，例如，運(yùn)用塔板理論、速率理論優(yōu)化色譜分離條件，運(yùn)用所學(xué)理論知識建立、優(yōu)化色譜—串聯(lián)質(zhì)譜分析方法等。

4 結(jié) 語

基于LC-MS/MS的農(nóng)林高端分析人才對保障農(nóng)產(chǎn)品安全、推動智慧農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。本論文闡述了LC-MS/MS分析技術(shù)及其在農(nóng)林分析中的應(yīng)用，從培養(yǎng)方案、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、基礎(chǔ)科學(xué)研究、畢業(yè)論文開展以及校企合作五個(gè)方面探索基于LC-MS/MS的農(nóng)林分析人才的培養(yǎng)模式，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展輸送高端分析人才。