近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所農(nóng)藥應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)控制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)先后在 Environmental Science & Technology 和 Journal of Hazardous Materials 上發(fā)表研究論文。他們首次利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型直接預(yù)測植物根部從土壤中吸收累積農(nóng)藥等有機(jī)污染物的量,解決了傳統(tǒng)線性模型無法模擬農(nóng)藥被植物吸收的非線性關(guān)系,并揭示了影響植物累積農(nóng)藥的關(guān)鍵化學(xué)分子結(jié)構(gòu),為農(nóng)產(chǎn)品在產(chǎn)地環(huán)境化學(xué)污染的預(yù)測提供了新的工具和手段。
農(nóng)作物累積是農(nóng)業(yè)污染物從土壤進(jìn)入人類食物鏈的重要途徑。準(zhǔn)確預(yù)測植物吸收和累積農(nóng)業(yè)污染物對保障食品安全、產(chǎn)地修復(fù)和人類健康暴露評估具有重要的意義。然而,由于污染物—土壤—植物根系之間復(fù)雜的相互作用,建立穩(wěn)健可靠的預(yù)測模型仍然具有很大挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的線性預(yù)測模型難以預(yù)測污染物-土壤-植物間的非線性關(guān)系,導(dǎo)致預(yù)測值與實(shí)際值差異較大。
該研究對比了四種不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,通過對341個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)、72個(gè)化合物的數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練,預(yù)測植物根系富集值,證明了新構(gòu)建的GBRT-ECFP模型為最優(yōu)預(yù)測模型。
此外,該研究解析了化學(xué)分子、土壤與植物特性之間的非線性關(guān)系。子結(jié)構(gòu)重要性分析明確了分子子結(jié)構(gòu)與植物富集之間的關(guān)系,確定了-O、-Cl、芳環(huán)和大共軛π系統(tǒng)等為與植物累積相關(guān)的關(guān)鍵化學(xué)子結(jié)構(gòu)。
該項(xiàng)研究成功利用機(jī)器學(xué)習(xí)作為新興手段預(yù)測農(nóng)田作物對農(nóng)藥等污染物的吸收累積,展現(xiàn)了預(yù)測工具的先進(jìn)性和通用性,為未來新農(nóng)藥植物吸收潛能評估和農(nóng)田農(nóng)藥污染安全評價(jià)提供新的可靠工具。
該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青年英才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1021/acs.est.1c02376
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127437