基于LC-MS/MS的農林分析人才培養模式探索*

華學文，任愛芝，王桂清

(聊城大學農學院與農業工程學院，山東 聊城 252000)

隨著科學技術的發展，環境問題、能源危機、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。在農業領域，為了防控農業生產中的病蟲草害，大量化學農藥、化肥的使用導致了環境中嚴重的農藥殘留問題，影響糧食安全、食品安全、農產品安全等，對人類健康、生態平衡、環境保護等存在很大的潛在威脅。隨著分析化學和儀器分析的快速發展，以及人類對健康的嚴格要求和安全意識的提升，各行各業對分析人才的需求和要求也越來越迫切，比如石油化工領域、農業領域、食品領域、藥品領域等[1]。當今，人工智能迎來大發展，分析儀器的更新換代也愈演愈烈，比如從用于農藥殘留分析的氣相色譜、高效液相色譜到色譜—質譜聯用，再到色譜—串聯質譜聯用，分析儀器的精密度和靈敏度越來越高，同時對高端分析人才的能力和知識要求也愈來愈高。目前，高端分析人才應用領域廣，就業前景好，無論是科研還是應用分析，掌握分析技能可以提高人才培養的檔次及就業領域。

1 農林分析人才市場需求

農業是人類衣食之源、生存之本，在整個國民經濟中占有重要地位。十九大報告指出，農業農村農民問題是關系國計民生的根本性問題，必須始終把解決好“三農”問題作為全黨工作的重中之重，實施鄉村振興戰略，加快推進農業農村現代化。人民群眾對美好生活的向往與期待，既有物質條件需求層面的，也有包括安全在內的精神需求層面的。

農藥是重要的農業生產資料，是確保農業生產高產、優質、高效的重要手段。然而，隨著傳統化學合成農藥的長期大量使用，生態環境問題、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]，農業安全、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分析具有靈敏度高、精密度高、分析時間快、操作簡便等優點，已成為研究各種基礎理論和解決實際問題的重要手段，它對基礎化學、農業化學、環境化學、生物化學、生命科學及材料化學等學科的發展所起到的促進作用已毋庸置疑[3]。

加快培養厚基礎、寬口徑的應用型和復合型人才，是應用型農業高校的人才培養目標[4]。農林分析人才是農產品安全、糧食安全、食品安全等的重要保障，在農業GLP實驗室、CNAS實驗室、農藥殘留檢測中心等領域，都亟需掌握儀器分析理論基礎知識的高端分析人才。

2 LC-MS/MS及其在農林分析中的應用

LC-MS/MS聯用技術是近年來發展起來的一項新的分離分析技術。它將高效液相色譜(HPLC)對復雜樣品的高分離能力，與質譜(MS)具有高選擇性、高靈敏度以及能夠提供相對分子質量與結構信息的優點結合起來，在農業、生物、藥物、臨床醫學、化工和環境等領域得到了廣泛的應用[5]。

在農業領域，LC-MS/MS被廣泛用于環境中農藥殘留量的評價以及食品安全評價等，比如GB/T 20769—2008 《水果和蔬菜中450種農藥及相關化學品殘留量的測定 液相色譜-串聯質譜法》。此外，LC-MS/MS在農業部蔬菜品質監督檢驗測試中心(北京)、農業部環境監測總站(天津)、國家食品安全風險評估中心、中國檢驗檢疫科學研究院、各省農科院、各省疾控中心等單位也是必不可少的分析儀器，在農化企業GLP實驗室、CNAS實驗室、農藥殘留檢測等中心也是必備的分析儀器，對實現化學組分的分離、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對培養智慧農業人才的作用

隨著物聯網、人工智能、大數據等現代信息技術的快速發展，我國農業信息化、智能化、智慧化發展步伐不斷加快。智慧農業將現代信息技術深度融入農業產業鏈各環節，有效提高農業資源利用效率，提升農業生產管理水平和農業競爭力，是我國實施鄉村振興戰略的重要途徑，也是未來我國農業發展的必然趨勢[6]。

LC-MS/MS具有分析準確度高、適用范圍廣、操作軟件高度智能化等優點，在分析領域具有非常重要的突出作用，是檢驗農藥殘留、生態環境污染，保證農產品安全、食品安全等的重要保障。LC-MS/MS軟件通過程序設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、優化以及評價需要堅實的理論基礎。掌握LC-MS/MS分析技術對培養智慧農業人才，推動農業安全智慧發展具有重要的作用。

2.2 LC-MS/MS對保障農產品安全和改善環境質量的作用

在農業領域，LC-MS/MS已被廣泛用于檢測農產品、食品、生態環境(土壤、水資源等)中的農藥殘留，對保障農產品安全、推動生態環境可持續發展具有重要的作用。例如，在生態環境修復領域，LC-MS/MS被用于評價從環境中分離到的農藥降解菌株的生態修復潛力[7]。在農產品安全、食品安全、農藥殘留檢測等領域，常規的HPLC、GC等分析手段對于復雜樣品的分析容易導致假陽性結果的誤判，給實際檢測分析造成不便；而LC-MS/MS分析技術中的串聯質譜部分能夠根據母體離子相對分子質量以及碎裂產生的子離子的相對分子質量避免假陽性結果的產生，提高了分析方法的選擇性、準確度、精密度以及靈敏度[8]。

2.3 LC-MS/MS對農林科學發展的推動作用

傳統的樣品分析技術，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，在液相色譜分離、純化基礎上，增加了質譜的高選擇性、高靈敏度、強定性功能，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間，提高了樣品分析方法的靈敏度[1]。在農林領域，LC-MS/MS被廣泛用于農藥殘留檢測、組分在環境中的動態分布、生態環境安全評價、代謝組學、微生物次級代謝產物等方面的研究，大大推動了農林科學的快速發展。例如，LC-MS/MS在代謝組學方面的應用，為尋找代謝物與生物體的生理病理變化的相對關系提供了重要的解決手段[9]。

3 基于LC-MS/MS的農林分析人才培養模式探索

3.1 優化培養方案，設置儀器分析理論與實踐課程

掌握并熟練運用LC-MS/MS分析技技術，首先需要分析人員具備堅實的理論基礎，以便在遇到分析問題時能夠靈活運用理論知識解決實際問題。然而，儀器分析理論性較強，涉及面較廣，單純的理論學習難以實現知識的掌握與靈活運用。實踐是檢驗理論的唯一標準，實踐能夠保障學生更好的理解、掌握理論知識，并學會運用理論知識解決實踐中遇到的問題。因此，培養基于LC-MS/MS的農林分析人才，首先要從培養方案入手，合理設置儀器分析理論課程與實踐課程，讓學生在掌握理論知識的同時，學會靈活運用理論知識解決實際分析過程中的問題。例如，如何運用塔板理論、速率理論優化色譜分析條件，既需要理論基礎知識，也需要實踐操作。

3.2 圍繞LC-MS/MS開展大學生創新創業訓練項目

充分利用大學生創新創業訓練項目，積極鼓勵對LC-MS/MS分析技術感興趣的同學申報大學生創新項目，培養學生的儀器分析技能，實現理論與實踐的結合，提高學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。例如，在農業領域，圍繞農產品、食品或環境(土壤、水資源等)中農藥殘留檢測，評價農藥在環境中的動態分布，研究微生物次級代謝產物，研究動植物體內天然活性成分，探索生物體代謝物與生理病理變化的相對關系，研究有機小分子對生物體的作用機制等方向，均可申報大學生創新項目。

3.3 圍繞LC-MS/MS開展基礎科學研究

LC-MS/MS具備強大的痕量定性、定量分析功能，在醫學、生命、化學、材料、地球科學等基礎科學研究領域均具有廣泛應用。例如，LC-MS/MS用于生命領域的代謝組學研究、用于醫學領域的免疫組學研究等[10]。根據專業教師研究領域與方向，從學生大一開始，鼓勵學生積極進入科研實驗室，加入到科研教師的研究團隊中，通過研究項目中涉及LC-MS/MS分析技術的研究內容的具體實施，掌握LC-MS/MS操作流程、分析方法建立與優化等綜合分析技能。

3.4 圍繞LC-MS/MS開展畢業論文研究

對LC-MS/MS分析技術感興趣的學生，根據畢業去向，可設置相應的畢業論文研究內容，助于學生掌握分析儀器的使用、分析方法的建立以及優化等。例如，畢業后直接從事LC-MS/MS分析工作的學生，可通過設置運用LC-MS/MS分析環境中農藥殘留、檢測微生物次級代謝產物等內容，實現分析技能的掌握。畢業后考取研究生的同學，根據科研發展需求，設置合適的畢業論文研究內容，例如，在分子生物學領域，運用LC-MS/MS開展代謝組學研究；在環境化學領域，運用LC-MS/MS研究微生物的土壤修復潛力等[11]。

3.5 校企合作，需求單位實習，專業教師指導

校企雙方達到“雙贏”已成為當今科技創新、企業發展和人才育成的主流趨勢[12]。在專業實習、畢業實習過程中，根據學生對儀器分析的興趣，推薦到具備分析檢測中心的事業單位、農化企業實習，例如，各省農科院檢驗中心，各省藥檢所檢驗中心，農化企業的CNAS實驗室、GLP實驗室等。在專業操作人員的指導下，掌握運用所學理論知識解決實際問題的能力，從實踐中掌握理論知識，提高儀器分析綜合技能，例如，運用塔板理論、速率理論優化色譜分離條件，運用所學理論知識建立、優化色譜—串聯質譜分析方法等。

4 結 語

基于LC-MS/MS的農林高端分析人才對保障農產品安全、推動智慧農業與生態環境可持續發展具有重要作用。本論文闡述了LC-MS/MS分析技術及其在農林分析中的應用，從培養方案、大學生創新創業項目、基礎科學研究、畢業論文開展以及校企合作五個方面探索基于LC-MS/MS的農林分析人才的培養模式，為現代農業發展輸送高端分析人才。