Diese Arbeit schlägt die Entwicklung einer neuen alternativen Methodik zu traditionellen Techniken zur Kontrolle und Überwachung von 2,4-Dichlorophenoxycarboxylsäure in Bienenproduktproben aus Zentral- und Nordargentinien vor.
Forschungsartikel
Diese Arbeit schlägt die Entwicklung einer neuen alternativen Methodik zu traditionellen Techniken zur Kontrolle und Überwachung von 2,4-Dichlorophenoxycarboxylsäure in Bienenproduktproben aus Zentral- und Nordargentinien vor.
Die Gesundheit der Bienen ist für die Honigproduktion und die Bestäubung der Pflanzen unerlässlich. Die Honigproduktion kann durch den Einsatz von Herbiziden negativ beeinträchtigt werden, da Bienen beim Sammeln von Nektar und Pollen aus behandelten Pflanzen mit diesen Chemikalien in Kontakt kommen können, was zu Honigkontaminationen mit diesen giftigen Rückständen führen kann. Während 2,4-Dichlorophenoxyessigsäure (2,4-D) zur Bekämpfung von Breitblattunkräutern entwickelt ist, kann sie Blüten erreichen und die Bienenproduktion kontaminieren, was potenziell die Gesundheit und Lebensqualität der Bienen beeinträchtigen kann. Aus diesen Gründen ist es wichtig, Honig regelmäßig zu analysieren, um das Vorhandensein von Herbizidrückständen zu erkennen und, falls nötig, Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Diese Arbeit schlägt die Entwicklung einer neuen alternativen Methodik zu traditionellen Techniken zur Kontrolle und Überwachung von 2,4-D in Bienenproduktproben aus Zentral- und Nordargentinien vor. Die Proben wurden bei pH = 7,0 in Anwesenheit des anionischen Tensidens Natriumdodecylsulfat (SDS) konditioniert, wobei die Systeme durch blaubandiges Filterpapier als feste Unterstützung gefiltert wurden, bevor sie durch Festphasenfluoreszenz bestimmt wurden. Unter optimalen Arbeitsbedingungen wurden Nachweis- und Quantifizierungsgrenzen von 0,33 ng/L bzw. 0,90 ng/L sowie ein Linearitätsbereich von 0,90 x 103 ng/L bis 1,13 x 103 ng/L erreicht. Zu den Vorteilen der neuen Methode zählen der Einsatz kostengünstiger Geräte und umweltfreundlicher Lösungsmittel, geringe Abfallproduktion und folglich der Schutz einiger Prinzipien der grünen Chemie.
Die Gesundheit der Bienen ist für die Honigproduktion und die Bestäubung der Pflanzen unerlässlich. Eine gesunde Kolonie ist auf ein umfassendes Gesundheitsmanagement angewiesen, das eine angemessene Ernährung, Hygienemaßnahmen sowie Krankheitsprävention und -behandlung umfasst. Die Honigproduktion, wenn sie verantwortungsvoll durchgeführt wird, schadet den Bienen nicht, da Imker nur einen kleinen Teil des gesamten Honigs gewinnen und soReserven für die Kolonie 1,2 übrig lassen.
Die Honigproduktion kann durch den Einsatz von Herbiziden negativ beeinträchtigt werden, da Bienen beim Sammeln von Nektar und Pollen aus behandelten Pflanzen mit diesen Chemikalien in Kontakt kommen können, was zu einer Honigkontamination mit Pestizidrückständen führen kann. Darüber hinaus können einige Herbizide, wie Glyphosat, die Entwicklung und das Verhalten der Bienen direkt beeinflussen und so ihre Nahrungssuche und physiologische Entwicklungverringern. Obwohl das 2,4-Dichlorophenoxyessigsäure-(2,4-D)-Herbizid zur Bekämpfung von Laubblattunkräutern entwickelt wurde, kann es Blüten erreichen und Honig kontaminieren, was die Bienengesundheit und Honigqualität beeinträchtigen kann(7,8,9).
Der inländische und internationale Handel mit Honig und anderen Bienenprodukten hat in den letzten Jahren ein bedeutendes und anhaltendes Wachstum gezeigt, was sich in der erhöhten Produktion 10,11,12 widerspiegelt. Laut Daten der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) gibt es weltweit fünf große Honigproduzenten: China, Argentinien, die Türkei, die Vereinigten Staaten und13 Ukraine. Die Imkerproduktion ist in Argentinien von großer Bedeutung und wächst stetig aufgrund der in den letzten Jahren entstandenen Exportmarktmöglichkeiten. Die Umweltbedingungen Argentiniens (Klima, Flora usw.) und die in die Produktion investierte Technologie haben es dem Land ermöglicht, sich weltweit in einer wichtigen Position zu positionieren. Andererseits stellt das Vorhandensein von Xenobiotika ein Problem dar und erfordert Überwachung, wie in anderen Ländern, da es sowohl die Vermarktung von Honig als auch die Gesundheit der Verbraucher aufgrund seiner toxischen Wirkung beeinflusst14,15.
2,4-D ist ein weit verbreitetes, selektives systemisches Herbizid, das laubige Unkräuter effektiv bekämpft, indem es als synthetisches Auxin wirkt und deren unkontrolliertes Wachstum und Tod verursacht. Es wird in der Landwirtschaft, im Gartenbau und in der Forstwirtschaft eingesetzt und ist besonders nützlich zur Unkrautbekämpfung in Kulturen wie Weizen, Mais und Reis, da es Gras oder Getreide nicht schädigt. 2,4-D kann auch als Pflanzenwachstumsregulator verwendet werden und ist in verschiedenen Formulierungen erhältlich, darunter Amin- und Estersalze, um verschiedene Anwendungen zu erfüllen. Die Funktionen von 2,4-D werden durch die verabreichte Dosis und die Anfälligkeit bestimmter Spezies und Gewebetypenbeeinflusst 17,18. So wurde beispielsweise 2,4-D-Kontakt mit negativen Fortpflanzungsergebnissen und signifikanten genetischen Veränderungen bei Mäusen in Verbindung gebracht, was auf einen bemerkenswerten genotoxischen Effekt hinweist19.
Honigbienen, als wichtige Bestäuber und Modellorganismen zur Untersuchung von Eusozialität, Lernen und Gedächtnis, sind sehr anfällig für direkte Vergiftungen durch Agrochemikalien, dieauf den Feldern verwendet werden. Die Luftanwendung von Herbiziden und Insektiziden während der Blüte kann zu erheblicher Sterblichkeit bei Honigbienen führen und die Honigproduktion drastisch verringern. Pestizidmischungen können, selbst in sublethalen Dosen, Sammelbienen desorientieren, ihr Gedächtnis beeinträchtigen und die Nahrungssucheffizienz verringern. Dies schwächt wiederum die Kolonien, indem die Pollen- und Nektaraufnahme reduziert wird, was zu Nährstoffmängeln führt. Zusätzlich wurde 2,4-D in Honigproben nachgewiesen, und kontaminierter Pollen und Nektar könnten unter Bienenstockmitgliedernverbreitet werden.
Es ist wichtig, Honig regelmäßig auf das Vorhandensein von Herbizidrückständen zu untersuchen und, falls nötig, Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Für den Nachweis und die Quantifizierung von Lebensmittelkontaminanten wie Herbiziden, in diesem speziellen Fall 2,4-D, sind die am häufigsten verwendeten instrumentellen Methoden die Chromatographie, nämlich Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) und Gaschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (GC-MS/MS)22,23,24,25,26. Forscher präsentieren jedoch regelmäßig neue Überwachungsmethoden für 2,4-D, die Vorteile gegenüber herkömmlichen Quantifizierungsmethoden 27,28,29 bieten, zum Beispiel: Verwendung kostengünstiger Instrumente, betriebliche Einfachheit, weniger Lösungsmittel, Anwendung auf komplexere Proben und andere.
Festphasenfluoreszenz ist eine vielseitige Technik, die durch die Kombination von molekularer Fluoreszenz mit Festphasenextraktionsmethoden die ohnehin schon hohe Empfindlichkeit der Fluoreszenzinstrumentierung erhöht. Es verbessert außerdem den Linearitätsbereich und die Selektivität, indem Matrixeffekte reduziert oder eliminiertwerden: 30,31.
In dieser Forschung wird eine neue analytische Methodik zur Überwachung und Quantifizierung von 2,4-D vorgeschlagen und auf Honig- und andere Bienenproben aus Zentral- und Nordargentinien angewandt. Die Proben enthalten unbekannte Mengen an 2,4-D. Bekannt sind die Konzentrationen der superzugesetzten Konzentrationen, die die von der Probe bereitgestellte Konzentration plus die von uns hinzugefügte 2,4-D-Konzentration sind. Dieser letztere Wert ist bekannt und ermöglicht es uns, die Rückgewinnung zu berechnen. Die neue Methodik basiert auf der direkten Bestimmung des Analyten mittels Festphasenfluoreszenz und zeigt mehrere Vorteile hinsichtlich Instrumentierungseinsparungen, niedrigeren Betriebskosten und erhöhtem Umweltschutz.
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Dieses Manuskript enthält keine Studien mit menschlichen Teilnehmern oder Tieren, die von einem der Autoren durchgeführt wurden.
Eingesetzte Ausrüstung
Spektrofluormetrische Messungen wurden mit einem PC-basierten Spektrofluorometer durchgeführt, das mit einer 150-W-Xenonlampe ausgestattet war. Ein Probenhalter wurde für Festkörperfluoreszenzmessungen (SSF) verwendet. Die für die 2,4-D-Quantifizierung verwendeten Parameter waren wie folgt: λem= 580 nm, unter Verwendung von λext= 555 nm (Schlitze 3-3), unter Verwendung eines festen Probenhalters.
Probenahme und Probenbehandlung
Diese Studie zur Herstellung von Honigproben, die 2025 produziert wurden, wurde in den Provinzen San Luis, San Juan, Jujuy und Salta in der nordzentralen Region Argentiniens durchgeführt. Die analysierten Proben waren: vier multiblütige Honig, zwei Propolis-Honig, reine Honigbonbons und Bonbons aus einer Mischung aus Honig, Coca und Propolis, die von Imkern in den Regionen gekauft wurden. Die untersuchten Honigböden waren frisch und wurden innerhalb von weniger als einer Woche nach der Produktion aus den Bisenstöcken gewonnen, um eine mögliche Zersetzung von 2,4-D durch verschiedene Mechanismen zu vermeiden. Alle Proben wurden in neuen, sterilen Gefäßen entnommen und sofort ins Labor transportiert. Sie wurden bis zur Analyse bei 4-8 °C an einem dunklen Ort gelagert. Das feste Karamell wurde mit Mörser und Stößel homogenisiert; ihr Inhalt wurde in 5 mL ultrareines Wasser verdünnt, und 0,5 μL wurden aus dieser Lösung gewonnen.
Methodologie
Aliquot von 0,5 μL oder 1 μL von 2,4-D (1,23 ng/L und 3,49 ng/L), 100 μL Probe, 250 μL SDS (1 x 10-4 mol/L) und 100 μL Phosphatpuffer (1 x 10-4 mol/L, pH=7) wurden hinzugefügt, und das Mischvolumen wurde durch Zugabe von doppelt destilliertem Wasser auf 3 mL erhöht. Die Mischung wurde durch den festen Unterhalt (Papierfilter; siehe Materialtabelle für Details) gefiltert. Feste Stützen wurden bei Raumtemperatur getrocknet, und anschließend wurde die feste Oberflächenfluoreszenz (SSF) bei λem = 580 nm gemessen, wobei λext= 555 nm (Schlitze 3-3) mit einem festen Probenhalter verwendet wurde.
Das Obige beschreibt das allgemeine Verfahren der entwickelten Methodik, bei dem jeder Parameter untersucht und optimiert wurde, wie im Abschnitt Results dargestellt.
Einfluss von pH-Wert und Puffer
Die pH-Optimierung erfolgte, indem die untersuchten Systeme mit Salzsäure oder Natriumhydroxid auf den untersuchten pH-Wert angepasst wurden, um sie auf den gewünschten Wert zu bringen (getesteter Bereich pH 5-7). Anschließend wurde der zu verwendende Puffer ausgewählt, sobald der geeignetste pH-Bereich für ein geeignetes analytisches Signal erreicht war.
Die getesteten Puffer waren Phosphat, Tris und Borax, die bei einer Konzentration von 1 x 10–4 mol/L hergestellt wurden. Ihr Volumen wurde variiert, um das beste Fluoreszenzintensitätssignal zu erhalten. Die Ergebnisse für das einzige Pufferphosphat, das die Fluoreszenzintensität verbessert hat, werden zusammen mit seiner jeweiligen optimalen Konzentration dargestellt. Hier war der ausgewählte Puffer Phosphat, und der pH-Wert = 7.
Tensidkonzentration
Der Einsatz verschiedener Tensiden in molekularer Fluoreszenz bietet Vorteile, die die Bestimmung des untersuchten Analyts verbessern. Mizellare Medien werden verwendet, um intermolekulare Wechselwirkungen zwischen dem Analyten und den Komponenten der Probenmatrix zu minimieren. Darüber hinaus können die photophysikalischen Eigenschaften fluoreszierender gelöster Stoffe im mizellaren Medium verändert werden, wodurch die Fluoreszenzempfindlichkeit verbessert wird. Der Einfluss verschiedener Tensider (SDS und HTAB) auf die Quantifizierung von 2,4-D mittels Festkörperfluoreszenz (SSF) wurde untersucht. Es wurde festgestellt, dass das anionische Tensid SDS bei einer Konzentration von 8,3 x 10⁻6 mol/L die Fluoreszenzintensität des untersuchten Herbizides erhöhte.
Solide Unterstützung
Da die planare Konfiguration im angeregten Fluoreszenzzustand energetisch bevorzugt wird, wurde die Retention des Herbizides auf festen Stützen untersucht. Die Systeme wurden durch verschiedene Arten von Membranen gefiltert, darunter Nylon, Celluloseacetat, Mischester und Blue-Ribbon-Filterpapier. Die gefilterten Lösungen wurden in separaten, sauberen Behältern gesammelt und die Membranen bei Raumtemperatur getrocknet. Anschließend wurden die Membranen in einen festen Probenhalter gelegt und Festphasenfluoreszenz (SSF) aufgezeichnet. Auf Filterpapier wurde eine ausreichende und selektive Retention beobachtet, weshalb dieser Träger für die Festphasenfluoreszenz-Bestimmung ausgewählt wurde. Die gefilterten Lösungen wurden ebenfalls mittels molekularer Fluoreszenz analysiert. Das Fehlen des 2,4-D-Komplexes war offensichtlich und zeigte die Verbleibung des Herbizides auf dem Filterpapier.
Wiederherstellungsstudie
2,4-D wurde zu einem entsprechenden Volumen jeder untersuchten Probe hinzugefügt (0,5 μL wurde für die Honigproben und 1 μL für die anderen analysierten Proben verwendet), wobei die Konzentration schrittweise auf 1,23 ng/L und 3,49 ng/L erhöht wurde. Die Analytenkonzentrationen wurden mit der Methodik bestimmt, als Durchschnitt von sechs Replikaten (n = 6).
Präzisionsstudie
Die Wiederholbarkeit der Methode und die intra-day-Präzision wurden durch wiederholte Tests von Proben (n = 6) mit 1,23 ng/L und 3,49 ng/L von 2,4-D sowie durch die Bestimmung des analytischen Gehalts mit der Methodik untersucht. Zusätzlich wurde die Reproduzierbarkeit der Genauigkeit zwischen den Tagen über 7 Tage für die gleichen Systeme bewertet.
Interferenzstudie
Verschiedene Mengen gemeinsamer Ionen wurden der Testlösung mit 3,49 ng/L 2,4-D zugesetzt, und die Methodik wurde angewandt. Folgende potenzielle Interferenzen wurden getestet:
Konzentration von Interferenz/2,4-D Mol-Verhältnis = 1000:1:00 für Na+, K+, Cl-, Fe3+, Cu2+, Cd2+, Sb3+, Mn2+, As3+, CO3 2-, SO42-, Ca2+, Mg2+, NO3-, Ni2+, Fruktose, Glukose, Saccharose, Maltose, 2,4,5-T, Sulfometuron-methyl, Glyphosat und Atrazin.
Konzentration von Interferenz/2,4-D Mol-Verhältnis = 500:1:00 für Zn2+, Co2+, Al3+, Chlorsulfuron, Bensulfuron-Methyl und Triasulfuron.
Berechnung analytischer Qualitätsparameter
Die analytischen Qualitätsparameter sind die Detektionsgrenze (LOD) und die Quantifizierungsgrenze (LOQ). Diese wurden unter Anwendung der folgenden Schritte berechnet. Das Hintergrundrauschen wurde gemessen, indem die Antwort von 15 leeren Proben (Proben ohne den Analyten) gemessen wurde, um einen Datensatz mit Hintergrundrauschen zu erhalten. Die Standardabweichung des Rauschens wurde berechnet. Dies wird als LOD-Wert akzeptiert. Die Detektionsgrenzen basieren auf dem 3,3-fachen der Standardabweichungen des Blanks (N = 15). Die Quantifizierungsgrenzen basieren auf dem 10-fachen der Standardabweichungen des Blanklings (N = 15).
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Die unten dargestellten Ergebnisse zeigen, wie die Untersuchung jeder der Variablen, die das allgemeine Verfahren beeinflussen, dessen Optimierung und die erreichten optimalen Arbeitsbedingungen Schritt für Schritt angegangen wurde.
Charakterisierung des 2,4-D-Spektrums
Die 2,4-D-Charakterisierung wurde mittels UV-Vis-Spektroskopie und molekularer Fluoreszenz durchgeführt, wobei Fluoreszenzintensitätsmaxima bei λem = 580 nm beoba...
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Der intensive Einsatz von Herbiziden hat in Argentinien und dem Rest der Welt exponentiell zugenommen, da die Nahrungsmittelbedarfe einer wachsenden Bevölkerung gedeckt werden muss. Wenn die Verwendung solcher Produkte angemessen, rational und regelmäßig überwacht wird, würde dies die erwarteten Vorteile nicht beeinträchtigen oder negative Auswirkungen auf die Umwelt insgesamt haben. 2,4-D wird weltweit weit verbreitet eingesetzt, und viele Studien haben gezeigt, dass dieses Herbizid Ver...
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Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte haben.
Die Autoren danken dem Instituto de Química San Luis - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (INQUISAL CONICET, Projekt 11220130100605CO) und der Universidad Nacional de San Luis (Projekt PROICO 02-1120), Argentinien, für die finanzielle Unterstützung.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 2,4-D | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 49083 | |
| Essigsäure/Acetat | Mallinckrodt Chemical Works | ||
| Blue Ribbon Filterpapiere | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | WHA1001929 | 2-5 & mu; m-Porengröße und 12,5 cm Durchmesser; |
| Celluloseacetatmembran | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 0,45 μ m Porengröße und 47 mm | |
| Hexadecyltrimethylammoniumbromid (HTAB) | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | H5882 | |
| Salzsäure | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 1.09063 | |
| Immobilon (+)-Membranen | Millipore, São Paulo, Brasilien | HATF04700 | 0,45 μ m Porengröße und 47 mm |
| Gemischte Estermembranen | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 0,45 μ m Porengröße und 47 mm | |
| Nylonmembranen | Millipore, São Paulo, Brasilien | Z290793 | 0,45 μ m Porengröße und 47 mm Durchmesser |
| pHmeter (Orion Expandable Ion Analyzer), ) | Orion Research, Cambridge, MA, USA | Modell EA 94. | |
| Kaliumdihydrophosphat | Biopack, Buenos Aires, Argentinien | 2000168900 | |
| Kaliumphthalatsäure | Merk & Co., Inc. | ||
| Natriumdodecylsulfat | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 11667289001 | |
| Natriumhydroxid | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | S2770 | |
| Natriumtetraborat | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 221732 | |
| Spektrofluorimetrisch | Shimadzu | RF-5301 | ausgestattet mit einer 150-W-Xenonlampe und 1,00 cm Quarzzellen |
| Tris-(Hydroxymethyl)-Aminomethan | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 77-86-1 |
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