Summary
Presentert her er en protokoll for bestemmelse av absorpsjon, translokasjon og distribusjon av imidakloprid i hvete under hydroponiske forhold ved bruk av væskekromatografi-tandem massespektrometri (LC-MS-MS). Resultatene viste at imidakloprid kan tas opp av hvete, og det ble påvist imidakloprid i både hveterøttene og bladene.
Abstract
Neonicotinoider, en klasse av insektmidler, er mye brukt på grunn av deres nye virkemåter, høy insekticid aktivitet og sterkt rotopptak. Imidakloprid, det mest brukte insektmiddelet over hele verden, er et representativt førstegenerasjons neonicotinoid og brukes i skadedyrsbekjempelse for avlinger, grønnsaker og frukttrær. Med en så bred anvendelse av imidakloprid har rester i avlinger tiltrukket seg økende gransking. I denne studien ble 15 hveteplanter plassert i et kulturmedium inneholdende 0,5 mg / L eller 5 mg / L imidakloprid for hydrokultur. Innholdet av imidakloprid i hveterøtter og blader ble bestemt etter 1 dag, 2 dager og 3 dager med hydrokultur for å utforske migrasjon og distribusjon av imidakloprid i hvete. Resultatene viste at imidakloprid ble påvist både i hveteplantens røtter og blader, og innholdet av imidakloprid i røttene var høyere enn i bladene. Videre økte imidaklopridkonsentrasjonen i hveten med økende eksponeringstid. Etter 3 dagers eksponering inneholdt hvetens røtter og blader i behandlingsgruppen som fikk 0,5 mg/l 4,55 mg/kg ± henholdsvis 1,45 mg/kg og 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg imidakloprid, mens røttene og bladene i behandlingsgruppen som fikk 5 mg/l inneholdt 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg og 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg imidakloprid, henholdsvis. Resultatene fra denne studien gir en bedre forståelse av plantevernmiddelrester i avlinger og gir en datareferanse for miljørisikovurdering av plantevernmidler.
Introduction
I dagens agronomi er bruk av plantevernmidler viktig for å øke avlingene. Neonicotinoide insekticider endrer membranpotensialbalansen ved å kontrollere nikotinacetylkolinreseptorer i insektnervesystemet, og derved hemme den normale ledningen av insektets sentralnervesystem, noe som fører til lammelse og død av insektene1. Sammenlignet med tradisjonelle insektmidler har neonicotinoider fordeler som nye virkemåter, høy insektmiddelaktivitet og sterk rotabsorpsjon, noe som gjør dem svært vellykkede på plantevernmiddelmarkedet 2,3. Salgsvolumet av neonicotinoider ble rapportert å utgjøre 27% av verdens plantevernmiddelmarked i 2014. Den gjennomsnittlige årlige veksten av neonicotinoider var 11,4% fra 2005 til 2010, hvorav ca 7% ble registrert i Kina 4,5,6. Fra slutten av 2016 til første halvdel av 2017 begynte salget av plantevernmidler i Kina å komme seg etter å ha falt, og prisene på plantevernmidler fortsatte å stige, blant annet neonicotinoid insektmidler viste en betydelig prisøkning7. Så langt har tre generasjoner av neonicotinoid insekticider blitt utviklet, som hver inneholder pyridinklorid, tiazolyl og tetrahydrofurangrupper av nikotin, henholdsvis8.
Imidakloprid representerer den første generasjonen av neonicotinoid insekticider, hvis molekylformel er C9H10ClN5O2, og er en fargeløs krystall. Imidakloprid brukes hovedsakelig til å bekjempe, som bladlus, plantehoppere, melorm og trips9 og kan brukes på avlinger som ris, hvete, mais, bomull og grønnsaker som poteter, samt frukttrær. På grunn av den langsiktige, betydelige og kontinuerlige bruken av plantevernmidler, har både gunstige insekter og naturlige fiender blitt raskt redusert, og noen landbruksskadegjørere har blitt resistente mot plantevernmidler, noe som resulterer i en ond sirkel med å bruke kontinuerlige og økende mengder plantevernmidler10. I tillegg har den omfattende bruken av plantevernmidler ført til forringelse av jordkvaliteten, vedvarende rester av plantevernmidler i landbruksprodukter og andre økologiske problemer, som ikke bare forårsaker betydelig skade på landbrukets økologiske miljø11 , men også utgjør en alvorlig trussel mot menneskers helse12. Sprøyting av plantevernmidler har stor innvirkning på veksten og kvaliteten på jordmikrober og jorddyr13. Den urimelige eller overdrevne bruken av plantevernmidler har forårsaket betydelige sikkerhetsrisikoer for jord og vannmiljø, dyr og planter, og til og med menneskeliv14. I de senere år har problemet med overdreven plantevernmiddelrester i avlinger blitt mer alvorlig med den omfattende bruken av plantevernmidler. Når imidakloprid ble brukt til å øke vegetabilsk utbytte, økte absorpsjonshastigheten av imidakloprid i grønnsakene med økningen i mengden og resten av imidakloprid15. Som en stor matavling er både produksjon og sikkerhet for hvete kritisk. Derfor må rest- og distribusjonspolitikken for plantevernmidler som brukes til hvete avklares.
De siste årene er det utviklet mange metoder for å trekke ut imidaklopridrester fra vann, jord og planter. QuEChERS-metoden (rask, enkel, billig, effektiv, robust og sikker) er en ny metode som kombinerer fastfasemikroekstraksjonsteknologi og dispergert fastfaseekstraksjonsteknologi og involverer bruk av acetonitril som ekstraksjonsløsningsmiddel og fjerning av blandede urenheter og vann i prøven ved bruk av NaCl og vannfri MgSO4, henholdsvis16. QuEChERS-metoden krever minimalt med glass og har enkle eksperimentelle trinn, noe som gjør den til en av de mest populære metodene for utvinning av plantevernmidler17. For påvisning av imidakloprid er deteksjonsgrense så lav som 1 × 10-9 g18 oppnådd med væskekromatografi (LC), og 1 × 10-11 g 19 er oppnådd med gasskromatografi (GC). På grunn av deres høye oppløsning og følsomhet har LC-MS og GC-MS vist enda lavere imidaklopriddeteksjonsgrenser på 1 × 10-13 til 1 × 10-14 g20,21; Disse teknikkene er derfor godt egnet for analyse av sporimidaklopridrester.
I denne studien ble imidakloprid valgt som målforurensning, og hvete ble valgt som testavling for å studere fordelingen av imidaklopridrester i hvete. Denne protokollen beskriver en metode for omfattende analyse av anrikning og overføring av plantevernmiddelet imidakloprid i hvete ved å utforske absorpsjon og lagring av imidakloprid i forskjellige deler av hveteplanter dyrket under hydroponiske forhold. Denne studien tar sikte på å gi et teoretisk grunnlag for risikovurdering av plantevernmiddelrester i hvete, veilede rasjonell anvendelse av plantevernmidler i landbruksproduksjonsaktiviteter for å redusere rester av plantevernmidler og forbedre sikkerheten ved planteproduksjon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Spiring av hvetefrø
- Velg 1000 hvetefrø (Jimai 20) med komplette granulater, intakte embryoer og jevn størrelse (lengde: 6 mm ± 0,5 mm).
- Overfør 333,3 ml 30% H2O2-oppløsning til en 1 l volumetrisk kolbe og fortynn med avionisert vann for å fremstille 1 liter 10%H2O2-løsning. Dypp hvetefrøene i 10% H 2 O2løsning i 15 minutter for å desinfisere frøoverflaten (figur 1).
- Skyll hvetefrøene 5x med rennende sterilt vann i 10 s hver gang.
- Fordel hvetefrøene jevnt med embryoene pekende opp i et glassfat, som inneholder fuktig, sterilt filterpapir (figur 2). Legg petriskålen i en kunstig klimainkubator ved 30 °C og 80 % relativ fuktighet. Kultur hvetefrøene i mørket i 3 dager til de spirer og slår rot.
Figur 1: Desinfeksjon av hvetefrøene. Hvetefrøene ble gjennomvåt i 10%H2O2-løsning(i et beger) i 15 minutter for å desinfisere frøoverflaten. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Spire hvetefrøene. Hvetefrøene ble fordelt jevnt i en petriskål av glass som inneholdt fuktig sterilt filterpapir. Petriskålen ble plassert i en kunstig klimainkubator for å spire hvetefrøene. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
2. Dyrking av hveteplanter
- Løs opp 551 mg Hoaglands basalsaltblanding i 1 liter avionisert vann for å fremstille 1/2 Hoagland næringsoppløsning (inneholdende 0,75 mmol/L K2SO4, 0,1 mmol/l KCl, 0,6 mmol/l MgSO 4, 4,0 × 10−2mmol/l FeEDTA, 1,0 × 10−3 mmol/L H 3 BO3, 1,0× 10−3 mmol/L MnSO4, 1,0 × 10−3 mmol/L ZnSO 4, 1,0 × 10−4 mmol/L CuSO 4 og 5,0 × 10−6 mmol/L Na2 MoO 4).
- Etter at hvetefrøene (trinn 1.4) har spiret, plasser 15 hveteplanter i hydroponisk utstyr (se materialtabell) som inneholder 100 ml 1/2 Hoagland næringsoppløsning for hydroponics (figur 3). Plasser hele hydroponisk apparat i et kunstig klima inkubator (se tabell over materialer) og ruge i 7 dager ved 25 ° C og 80% relativ fuktighet med en 16 t lys / 8 t mørk fotoperiode.
Figur 3: Hydroponisk dyrking av hveteplantene. Hveteplantene ble hydroponisk dyrket i 0 dager, 3 dager og 7 dager i 100 ml 1/2 Hoagland næringsoppløsning. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
3. Forsøk med å utsette hveteplantene for imidaklopridløsning
- Etter en 7 dagers hydroponisk periode, transplanter hveteplantene i 1/2 Hoagland næringsoppløsning inneholdende 0,5 mg / L eller 5 mg / L imidakloprid for å utføre imidakloprid eksponeringseksperimenter. Dyrk 15 hveteplanter i hver hydroponisk enhet. Sett opp 15 hydroponiske enheter for hver imidaklopridkonsentrasjonsgruppe for å sikre at tilstrekkelige prøver tas under prøvetaking.
- Plasser hele hydroponisk utstyr i en kunstig klima inkubator i 3 dager ved 25 ° C og 80% relativ fuktighet med en 16 t lys / 8 t mørk fotoperiode.
- Gjennom eksponeringsperioden samles hveterøtter (0,2 g per hveteplante) og blader (0,5 g per hveteplante) daglig. Integrer hveteprøvene fra hver femte hydroponiske enhet som en parallell gruppe og bestem imidaklopridinnholdet i prøvene.
4. Prosedyre for utvinning av imidakloprid fra hvete
- Ekstraksjon av imidakloprid fra hveterøtter
- For å unngå eksperimentelle feil, vask hveterøttene 4x med rennende sterilt vann i 10 s hver gang for å fjerne imidakloprid adsorbert på rotoverflaten.
- Makuler hveterøttene i ca. 1 cm biter med saks (figur 4). Vei 10,00 g av de ristede hveterøttene og legg i et 50 ml sentrifugerør.
- Tilsett 10 ml acetonitril til sentrifugerøret og virvel røret på en virvel i 1 min. Deretter tilsettes 4 g vannfri MgSO4 og 1,5 g NaCl til sentrifugerøret og virvler røret umiddelbart i 30 s. Sentrifuger røret i 5 min ved 6000 x g.
- Aspirer supernatanten med en engangssprøyte og før den gjennom et sprøytefilter (0,22 μm porestørrelse) for å ta prøven.
- Ekstraksjon av imidakloprid fra hveteblader (figur 5)
- Strimle de friske hvetebladene i ca. 1 cm biter med saks (figur 4). Vei 10,00 g av de ristede hvetebladene og legg i et 50 ml sentrifugerør.
- Tilsett 10 ml acetonitril i sentrifugerøret og virv røret på en virvel i 1 min.
- Tilsett 4 g vannfriMgSO4 og 1,5 g NaCl til sentrifugerøret og virv røret umiddelbart i 30 s.
- Sentrifuger røret i 5 min ved 6000 x g.
- Etter sentrifugering tilsettes 2 ml av supernatanten til et 5 ml sentrifugerør inneholdende 50 mg grafitisert carbon black (GCB) og 150 mg vannfri MgSO4 (for å fjerne pigment og fuktighet fra prøven), og virvel sentrifugerøret i 30 s (figur 6). Sentrifuger røret i 5 min ved 6000 x g.
- Aspirer supernatanten med en engangssprøyte og før den gjennom et sprøytefilter (0,22 μm porestørrelse) for å ta prøven.
Figur 4: Strimlet hveterøtter og blader. Friske hveterøtter og blader ble strimlet med saks i ca 1 cm biter. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Ekstraksjon av imidakloprid i hvetebladene. Imidakloprid i prøvene ble ekstrahert ved hjelp av QuEChERS-metoden (trinn 4.2.1-4.2.4 i protokollen). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Rensing av imidakloprid i hvetebladene. Dekontaminanten var 50 mg GCB + 150 mg MgSO4. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
5. Kvantifisering av imidakloprid
- Kvantifisere imidakloprid i prøven ved hjelp av væskekromatografi-tandem massespektrometri (LC-MS-MS), basert på en standardkurve (y = 696,61x + 56,411, R = 1) oppnådd fra 0,2-250 μg / L imidaklopridkonsentrasjoner. (Figur 7). Massespektrometeret var utstyrt med en C18-kolonne (100 mm x 2,1 mm, 3 μm) og en elektrosprayioniseringskilde (ESI+). Elusjonsprogrammet og ionekildeparametrene er vist i tabell 1.
Figur 7: Kromatogram og massespektrogram av imidakloprid i hvetebladene. Det øvre panelet viser et kromatogram av imidakloprid (retensjonstid = 0,93 min). Det nedre panelet viser massespektrogrammet til imidakloprid ved 0,93 min, som viser responsintensiteten til produksjonen (m/z = 208,8) av imidakloprid. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Kolonne temperatur | 40 °C |
| Løsemiddel A | 99,9 % vann/0,1 % maursyre (V/V) |
| Løsemiddel B | acetonitril |
| Elution-programmet | 0–0,5 min, A = 20 % |
| 0,5–2 min, A = 20–50 % | |
| 2–3 min, A = 50 % | |
| 3–3,1 min, A = 50–20 % | |
| 3,1–5 min, A=20 % | |
| Strømningshastighet (ml/min) | 0.3 |
| Injeksjonsvolum (μL) | 5 |
| Kapillær temperatur (°C) | 330 |
| Fordamper temperatur (°C) | 350 |
| Strømningshastighet for kappegass (Arb) | 40 |
| Strømningshastighet for auxgass (Arb) | 20 |
| Sprayspenning (V) | 3900 |
| Kollisjonsgasstrykk (mTorr) | 1.5 |
| Forløper ion | 256.1 |
| Produktion/kollisjonsenergi (eV) | 208.8/16 |
Tabell 1: Eluionprogram og ionkildeparametere for væskekromatografi-massespektrometrimetoden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Instrumentgrensen for påvisning (LOD) av imidakloprid var 5,76 × 10-14 g, og metodens LOD for imidakloprid i hveterot eller blad var 0,01 μg/kg; Ingen matrikseffekt ble observert. Gjenvinningsutbyttet av imidakloprid i hvete er vist i tabell 2. Gjenvinningsutbyttet av imidakloprid fra hveterøttene eksponert for imidaklopridkonsentrasjoner på 0,5 mg/l og 5 mg/l var henholdsvis 94,0 %-97,6 % og 98,8 %-99,2 %. Variasjonskoeffisientene var henholdsvis 1,92 % og 0,20 %. Gjenvinningsutbyttet av imidakloprid fra hvetebladene eksponert for imidaklopridkonsentrasjoner på 0,5 mg/l og 5 mg/l var henholdsvis 88,2%-91,4% og 92,5%-93,4%. Variasjonskoeffisientene var henholdsvis 1,85 % og 0,53 %.
Imidaklopridkonsentrasjonene i hveterøttene og bladene er vist i tabell 3. Imidakloprid ble påvist i både hveterøttene og bladene, med høyere innhold i røttene enn i bladene. Imidaklopridinnholdet økte med lengre eksponeringstid. Etter 3 dagers eksponering var mengden imidakloprid i hveterøtter og blader henholdsvis 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg og 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg i behandlingsgruppen som fikk 0,5 mg/l og 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg og 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg i behandlingsgruppen som fikk 5 mg/l. Når hveterøttene ble utsatt for imidakloprid i 1 dag, ble imidakloprid påvist i både røttene og bladene til hveteplantene, noe som indikerer at hveterøttene raskt kunne absorbere imidakloprid fra kulturmediet og lede det inn i hveteplantene. Innholdet av imidakloprid i hvetebladene gikk noe ned på dag 3 sammenlignet med dag 2. Dette var sannsynligvis forårsaket av nedbrytning av noe imidakloprid, kombinert med fortynning av imidaklopridinnholdet per volumenhet av hvetebladene med forlengelsen av den hydroponiske kulturperioden. Hveterøttene og bladene inneholdt forskjellige mengder imidakloprid, noe som indikerer at imidakloprid hadde blitt absorbert og ledet forskjellig i hveteplantene og ikke nådde sine aksjonssteder samtidig. Forskjellene i imidaklopridrester i forskjellige deler av hveteplanten er nært knyttet til hveteplantens fysiologiske struktur og de fysisk-kjemiske egenskapene til imidakloprid.
De vanlige anriknings- og overføringsrelaterte parametrene for plantevernmidler absorbert av planter inkluderer rotkonsentrasjonsfaktoren (RCF) og translokasjonsfaktoren (TF)22. RCF er forholdet mellom konsentrasjonen av imidakloprid i roten av planten og den i kulturmediet. En RCF > 1 indikerer at imidakloprid lett berikes av planten, mens en RCF < 1 indikerer at planten ikke lett anriker imidakloprid. Som det fremgår av tabell 4 var RCF fra denne studien >1, noe som indikerer at hvete har en anrikningseffekt på imidakloprid. TF representerer plantens evne (her hvete) til å flytte et stoff (her imidakloprid) mellom plantens røtter, skudd og blader. En TF > 1 indikerer at imidakloprid lett omplasseres av planten, mens en TF < 1 indikerer at planten ikke lett translokerer imidakloprid. TF beregnes som forholdet mellom restkonsentrasjonen av imidakloprid i forskjellige deler av hveten og konsentrasjonen av imidakloprid i røttene: TF-blad = C-blad/C-rot. Et TF-blad > 1 indikerer at imidakloprid lett overføres fra planterøttene til bladene, mens etTF-blad < 1 indikerer det motsatte. Som det fremgår av tabell 4, var TF-bladet i denne studien <1, noe som indikerer at imidakloprid ikke lett ble overført fra hveterøttene tilbladene.
Veksttilstanden til hveteplanter etter eksponering for imidakloprid er vist i figur 8. Etter 3 dagers eksponering ga verken 0,5 mg/l eller 5 mg/l imidakloprid noen tilsynelatende hemming av hveteplantenes vekst.
Datasettet knyttet til denne studien er tilgjengelig på https://doi.org/10.5281/zenodo.7022287.
Figur 8: Hveteplanter utsatt for imidakloprid i 1 dag, 2 dager og 3 dager. CK = kontrollgruppe; 0,5 = 0,5 mg/l imidakloprid gruppe; 5 = 5 mg/l imidakloprid gruppe. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Eksempel | Imidaklopridkonsentrasjon (mg/l) | Restitusjon (%) | RSD (%) | |||
| Behandling 1 | Behandling 2 | Behandling 3 | Gjennomsnitt | |||
| Hveterot | 0.5 | 94.00 | 97.60 | 95.20 | 95.60 | 1.92 |
| 5 | 99.00 | 98.80 | 99.20 | 99.00 | 0.20 | |
| Hveteblad | 0.5 | 88.20 | 91.40 | 90.60 | 90.10 | 1.85 |
| 5 | 93.30 | 93.40 | 92.50 | 93.10 | 0.53 | |
Tabell 2: Restitusjon og relativt standardavvik (RSD) for imidakloprid i hveterøtter og blader (n = 3). Imidaklopridkonsentrasjonene er basert på den friske vekten av hveterøttene eller bladene.
| Eksempel | Imidaklopridkonsentrasjon i oppløsning (mg/l) | Imidaklopridinnhold (mg/kg) | ||
| 1 d | 2 d | 3 d | ||
| Hveterot | 0.5 | 2,11 ± 0,05 | 3,18 ± 0,48 | 4,55 ± 1,45 |
| 5 | 14,83 ± 0,50 | 26,86 ± 1,38 | 42,5 ± 0,62 | |
| Hveteblad | 0.5 | 0,34 ± 0,03 | 1,43 ± 0,60 | 1,30 ± 0,08 |
| 5 | 2,10 ± 0,18 | 9,81 ± 0,70 | 8,71 ± 0,14 | |
Tabell 3: Imidaklopridinnhold i hvetens røtter og blader etter 1 dag, 2 dager og 3 dagers eksponering. Data uttrykkes som gjennomsnitt ± SD (n = 2). Imidaklopridkonsentrasjonene er basert på den friske vekten av hveterøttene eller bladene.
| Gruppe | RCF | TF-blad | ||||
| 1 dag | 2 dager | 3 dager | 1 dag | 2 dager | 3 dager | |
| 0,5 mg/l imidakloprid gruppe | 4.22 | 6.36 | 9.10 | 0.16 | 0.45 | 0.29 |
| 5 mg/l imidakloprid gruppe | 2.97 | 5.37 | 8.50 | 0.14 | 0.37 | 0.20 |
Tabell 4: Rotkonsentrasjonsfaktorer (RCF) og bladtranslokasjonsfaktorer (TF-blad) av hvete til imidakloprid. RCF er forholdet mellom konsentrasjonen av imidakloprid i hveteroten og den i hydroponisk kulturmedium. TF-bladet er forholdet mellom restkonsentrasjonen av imidakloprid i hvetebladet og den i hveteroten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I de senere år har metoder for forbehandling og påvisning av rester av plantevernmiddelet imidakloprid blitt hyppig rapportert. Badawy et al.23 brukte høyytelsesvæskekromatografi for å bestemme innholdet av imidakloprid i tomatfrukt dyrket under drivhusforhold og rapporterte god linearitet for imidakloprid i området 0,0125-0,15 μg / ml. Zhai et al.24 brukte LC-MS-MS til å studere rester av imidakloprid i kinesisk gressløk. I denne studien ble QuEChERS-metoden brukt til å ekstrahere imidakloprid fra hveterøtter og blader. Som en rask og effektiv metode er QuEChERS-metoden velegnet og mye brukt for å ekstrahere imidakloprid fra jord 25 og planteprøver20,26 (som chili, tomat, kål og hvete). Hensikten med denne studien var å avgjøre om restitusjonen av imidakloprid var konsistent og oppfylte kravene til bestemmelse. Utvinningsgraden og variasjonskoeffisienten av imidakloprid i hvete oppfylte kravene til bestemmelse av rester, noe som indikerer at denne metoden var mulig for ekstraksjon av imidakloprid fra hvete. Imidaklopridinnholdet ble bestemt av LC-MS-MS i denne studien, og den instrumentelle deteksjonsgrensen for imidakloprid oppfylte kravene til kvantitativ analyse av plantevernmiddelrester. Det er imidlertid ikke sikkert at denne metoden kan påvise imidakloprid når innholdet i prøven er lavere enn 0,01 μg/kg. I slike tilfeller bør prøven konsentreres, eller en høyere mengde injiseres for LC-MS-MS. Imidaklopridekstraksjons- og deteksjonsmetoden som ble brukt i denne studien, har egenskapene til hurtighet, enkelhet, pålitelig reproduserbarhet, bekvemmelighet og høy nøyaktighet og er egnet for analyse av plantevernmiddelrester. Suksessen til denne metoden, som demonstrert i denne studien, indikerer potensialet for bruk i mattrygghetsevalueringen av imidakloprid i hvete. De kritiske trinnene i protokollen inkluderer tillegg av vannfri MgSO4, NaCl og GCB. Vannfri MgSO4 og NaCl tilsettes for å fjerne vann fra prøveløsningen, mens GCB tilsettes for å fjerne pigment fra prøveløsningen. Ekstraksjonsmetoden som er brukt i denne studien er begrenset av kravet om en tilstrekkelig stor (10 g) prøvemengde, noe som gjør den mindre egnet til å vurdere en liten prøvestørrelse.
Tilstedeværelsen av imidakloprid i hveterøtter og blader viser at hvete raskt kan absorbere og overføre imidakloprid. Anrikning og transport av organiske forbindelser i planter er nært knyttet til deres Kow-verdi, som er forholdet mellom likevektskonsentrasjonen av organiske forbindelser i N-oktanol- og vannfasene under likevekt27. I henhold til deres logg Kow-verdi kan organiske miljøgifter deles inn i hydrofobe organiske miljøgifter, hydrofile organiske miljøgifter og moderat hydrofile organiske miljøgifter. Hydrofobe organiske miljøgifter (log Kow > 3) kan sterkt adsorberes av rotoverflaten og migrerer ikke lett oppover. På den annen side blir hydrofile organiske forurensninger (log Kow < 0,5) ikke lett absorbert av røtter eller passerer gjennom cellemembranen til planter. Vandige organiske miljøgifter (log Kow = 0,53) absorberes lett av planter, berikes og overføres. LogK-ow-verdien (0,57) av imidakloprid indikerer at det er et moderat hydrofilt organisk materiale, som lett absorberes, berikes og overføres av planter.
Ulike plantevev har ulik evne til å absorbere og transportere ulike plantevernmidler over tid under samme miljø28. Denne studien fant at fordelingen av imidakloprid varierte i ulike deler av hveteplanten. Spesielt oppdaget studien en stor forskjell i absorpsjonen av imidakloprid mellom hveterøttene og bladene. Hveterøtter har en sterk evne til å absorbere og overføre imidakloprid og kan akkumulere imidakloprid i konsentrasjoner flere ganger større enn miljøkonsentrasjonen, og dermed tillate overføring av imidakloprid i miljøet til hvetebladene. En studie av Yuan et al.20 om fordelingen av imidakloprid i hvete etter påføring av imidakloprid med kontrollert frigjøring viste at imidaklopridakkumulering i hveterøttene var 5-10 ganger den i bladene, noe som stemmer overens med resultatene fra denne studien.
Selv om denne studien bidrar til den generelle forståelsen av plantevernmiddelrester av imidakloprid i avlinger, har den noen begrensninger. For eksempel ble bare hvete dyrket under hydroponiske forhold valgt som testanlegg i denne studien. Derfor er fremtidig forskning på mekanismene for absorpsjon, migrasjon og distribusjon av plantevernmidler i grønnsaker, frukttrær og andre planter dyrket i jord så vel som vann berettiget. I videre studier vil ulike konsentrasjoner av imidakloprid og en rekke planter bli studert for å utforske i større detalj absorpsjon, transport og akkumulering av imidakloprid i planter for bedre å forstå miljørisikoen som imidakloprid utgjør.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer at de ikke har noen interessekonflikter. Alle forfatterne har lest og godkjent manuskriptet. Dette arbeidet har ikke vært publisert tidligere, og er heller ikke vurdert av noe annet fagfellevurdert tidsskrift.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China (nr. 42277039).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetonitrile | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co. Ltd. | 01-06-1995 | Suitable for HPLC, gradient grade, >99.9% |
| Analytical balance | Sartorius Lab Instruments Co.Ltd. | GL124-1SCN | |
| Artificial climate incubator | Shanghai Badian Instrument Equipment Co. Ltd. | HK320 | |
| Centrifuge | Eppendorf China Co. Ltd. | Centrifuge5804 | |
| Disposable syringe | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co. Ltd. | Z116866 | Capacity 5 mL, graduated 0.2 mL, non-sterile |
| Formic acid | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co. Ltd. | Y0001970 | European pharmacopoeia reference standard |
| Graphitized carbon black (GCB) | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co. Ltd. | V900058 | 45 μm |
| H2O2 | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co.Ltd. | 31642 | 30% (w/w) |
| Hoagland’s Basal Salt Mixture | Shanghai Yu Bo Biotech Co. Ltd. | NS1011 | Anhydrous, reagent grade |
| Hydroponic equipment | Jiangsu Rongcheng Agricultural Science and Technology Development Co.Ltd. | SDZ04BD | |
| Hypersil BDS C18 column | Thermo Fisher Scientific (China) Co. Ltd. | 28103-102130 | |
| Imidacloprid | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co. Ltd. | Y0002028 | European pharmacopoeia reference standard |
| MgSO4 | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co. Ltd. | 208094 | Anhydrous, reagent grade, >97% |
| NaCl | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co.Ltd. | S9888 | Reagent grade, 99% |
| pH meter | Shanghai Thunder Magnetic Instrument Factory | PHSJ-3F | |
| Phytotron box | Harbin Donglian Electronic Technology Co. Ltd. | HPG-280B | |
| Pipettes | Eppendorf China Co. Ltd. | Research plus | |
| Syringe filter | Sigma-Aldrich (Shanghai) Trading Co.Ltd. | SLGV033N | Nylon, 0.22 µm pore size, 33 mm, non-sterile |
| Ultra performance liquid chromatography tandem triple quadrupole mass spectrometry | Thermo Fisher Scientific (China) Co. Ltd. | UltiMate 3000 | |
| TSQ Quantum Access MAX | |||
| Vortex mixer | Shanghai Yetuo Technology Co. Ltd. | Vortex-2 | |
| Wheat seed | LuKe seed industry | Jimai 20 |
References
- Lin, P. C., Lin, H. J., Liao, Y. Y., Guo, H. R., Chen, K. T. Acute poisoning with neonicotinoid insecticides: A case report and literature review. Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology. 112 (4), 282-286 (2013).
- North, J. H., et al. Value of neonicotinoid insecticide seed treatments in Mid-South corn (Zea mays) production systems. Journal of Economic Entomology. 111 (1), 187-192 (2018).
- Simon-Delso, N., et al. Systemic insecticides (neonicotinoids and fipronil): Trends, uses, mode of action and metabolites. Environmental Science and Pollution Research. 22 (1), 5-34 (2015).
- Bass, C., Denholm, I., Williamson, M. S., Nauen, R. The global status of insect resistance to neonicotinoid insecticides. Pesticide Biochemistry and Physiology. 121, 78-87 (2015).
- Craddock, H. A., Huang, D., Turner, P. C., Quiros-Alcala, L., Payne-Sturges, D. C. Trends in neonicotinoid pesticide residues in food and water in the United States, 1999-2015. Environmental Health. 18 (1), 7 (2019).
- Shao, X. S., Liu, Z. W., Xu, X. Y., Li, Z., Qian, X. H. Overall status of neonicotinoid insecticides in China: Production, application and innovation. Journal of Pesticide Science. 38 (1-2), 1-9 (2013).
- Zhao, Y., et al. Urinary neonicotinoid insecticides in children from South China: Concentrations, profiles and influencing factors. Chemosphere. 291, 132937 (2022).
- Kurwadkar, S., Evans, A. Neonicotinoids: Systemic insecticides and systematic failure. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 97 (6), 745-748 (2016).
- Sadaria, A. M., et al. Passage of fiproles and imidacloprid from urban pest control uses through wastewater treatment plants in northern California, USA. Environmental Toxicology and Chemistry. 36 (6), 1473-1482 (2017).
- Damalas, C. A., Eleftherohorinos, I. G. Pesticide exposure, safety issues, and risk assessment indicators. International Journal of Environmental Research and Public Health. 8 (5), 1402-1419 (2011).
- Hayes, T. B., et al. Demasculinization and feminization of male gonads by atrazine: Consistent effects across vertebrate classes. Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. 127 (1-2), 64-73 (2011).
- Rani, L., et al. An extensive review on the consequences of chemical pesticides on human health and environment. Journal of Cleaner Production. 283, 124657 (2021).
- Xu, Y. Q., et al. Ecotoxicity evaluation of azoxystrobin on Eisenia fetida in different soils. Environmental Research. 194, 110705 (2021).
- Yavari, S., Malakahmad, A., Sapari, N. B. Biochar efficiency in pesticides sorption as a function of production variables-A review. Environmental Science and Pollution Research. 22 (18), 13824-13841 (2015).
- Delcour, I., Spanoghe, P., Uyttendaele, M. Literature review: Impact of climate change on pesticide use. Food Research International. 68, 7-15 (2015).
- Zhang, C. Y., et al. The application of the QuEChERS methodology in the determination of antibiotics in food: A review. TrAC-Trends in Analytical Chemistry. 118, 517-537 (2019).
- Wiilkowska, A., Biziuk, M. Determination of pesticide residues in food matrices using the QuEChERS methodology. Food Chemistry. 125 (3), 803-812 (2011).
- Ishii, Y., et al. HPLC determination of the new insecticide imidacloprid and its behavior in rice and cucumber. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 42 (12), 2917-2921 (1994).
- Ko, A. Y., et al. Development of a simple extraction and oxidation procedure for the residue analysis of imidacloprid and its metabolites in lettuce using gas chromatography. Food Chemistry. 148, 402-409 (2014).
- Yuan, W. L., et al. Application of imidacloprid controlled-release granules to enhance the utilization rate and control wheat aphid on winter wheat. Journal of Integrative Agriculture. 19 (12), 3045-3053 (2020).
- Phugare, S. S., Kalyani, D. C., Gaikwad, Y. B., Jadhav, J. P. Microbial degradation of imidacloprid and toxicological analysis of its biodegradation metabolites in silkworm (Bombyx mori). Chemical Engineering Journal. 230, 27-35 (2013).
- Li, Y., et al. Uptake, translocation and accumulation of imidacloprid in six leafy vegetables at three growth stages. Ecotoxicology and Environmental Safety. 164, 690-695 (2018).
- Badawy, M. E. I., Ismail, A. M. E., Ibrahim, A. I. H. Quantitative analysis of acetamiprid and imidacloprid residues in tomato fruits under greenhouse conditions. Journal of Environmental Science and Health Part B-Pesticides Food Contaminants and Agricultural Wastes. 54 (11), 898-905 (2019).
- Zhai, R. Q., et al. Residue, dissipation pattern, and dietary risk assessment of imidacloprid in Chinese chives. Frontiers in Nutrition. 9, 846333 (2022).
- Aria, M. M., et al. Uptake and translocation monitoring of imidacloprid to chili and tomato plants by molecularly imprinting extraction - ion mobility spectrometry. Microchemical Journal. 144, 195-202 (2019).
- Chen, Y., et al. Translocation and metabolism of imidacloprid in cabbage: Application of C-14-labelling and LC-QTOF-MS. Chemosphere. 263, 127928 (2021).
- Wild, S., Jones, K. Organic chemicals entering agricultural soils in sewage sludges: Screening for their potential to transfer to crop plants and livestock. Science of the Total Environment. 119, 85-119 (1992).
- Gong, W. W., et al. Uptake and dissipation of metalaxyl-M, fludioxonil, cyantraniliprole and thiamethoxam in greenhouse chrysanthemum. Environmental Pollution. 257, 113499 (2020).
