Determinación de la absorción, translocación y distribución de imidacloprid en trigo
28 de abril de 2023
Aquí se presenta un protocolo para la determinación de la absorción, translocación y distribución de imidacloprid en trigo en condiciones hidropónicas utilizando cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem (LC-MS-MS). Los resultados mostraron que el imidacloprid puede ser absorbido por el trigo, y el imidacloprid se detectó tanto en las raíces como en las hojas del trigo.
Este método ayuda a responder cómo se absorbe, transporta y distribuye el imidacloprid en el trigo. La principal ventaja de esta técnica es la alta sensibilidad de la detección de imidacloprid, que puede ser ampliamente utilizada para determinar imidacloprid en el suelo, agua, plantas y otras muestras. Para germinar las semillas de trigo, seleccione 1000 semillas adecuadas que tengan gránulos completos, embriones intactos y un tamaño uniforme.
Sumerja las semillas en una solución de peróxido de hidrógeno al 10% durante 15 minutos para desinfectar sus superficies. Luego enjuague las semillas cinco veces con agua estéril durante 10 segundos cada vez. Ahora, extienda las semillas de trigo uniformemente con los embriones apuntando hacia arriba en una placa de Petri de vidrio que contiene papel de filtro húmedo y estéril.
Coloque la placa de Petri en una incubadora de clima artificial mantenida a 30 grados centígrados y 80% de humedad relativa. Cultive las semillas de trigo en la oscuridad durante tres días hasta que germinen y desarrollen raíces. Después de que las semillas de trigo hayan germinado, coloque 15 plántulas de trigo en un aparato hidropónico que contenga 100 mililitros de la mitad de la solución nutritiva Hoaglands.
Luego, coloque toda la configuración hidropónica en una incubadora de clima artificial a 25 grados centígrados y 80% de humedad relativa durante siete días. Para establecer los experimentos de exposición a pesticidas con dos concentraciones diferentes de imidacloprid, prepare dispositivos hidropónicos que contengan la mitad de la solución nutritiva Hoaglands con 0.5 miligramos por litro o cinco miligramos por litro de imidacloprid. Configure 15 dispositivos hidropónicos para cada grupo de concentración de imidacloprid para garantizar muestras adecuadas durante el muestreo.
Ahora, trasplantar 15 plantas de trigo después de su período hidropónico de siete días en cada dispositivo hidropónico preparado. Coloque toda la configuración hidropónica en una incubadora de clima artificial durante tres días a 25 grados centígrados y 80% de humedad relativa. A lo largo del período de exposición al imidacloprid, recolecte raíces y hojas de las plantas diariamente.
Para cada concentración de imidacloprid, integrar las muestras de trigo de cada quinto de los 15 dispositivos hidropónicos como un grupo paralelo. Para extraer imidacloprid de las raíces de trigo, triture las raíces de trigo con tijeras en trozos de aproximadamente un centímetro. Pese 10 gramos de las raíces de trigo trituradas y colóquelas en un tubo de centrífuga de 50 mililitros.
Luego, agregue 10 mililitros de acetilnitrilo al tubo de centrífuga y vortex el tubo durante un minuto antes de agregar cuatro gramos de sulfato de magnesio anhidro y 1.5 gramos de cloruro de sodio al tubo. Inmediatamente vortex el tubo durante 30 segundos. A continuación, centrifugar el tubo a 6, 000 G durante cinco minutos.
Aspirar el sobrenadante con una jeringa desechable y pasarlo a través de un filtro de jeringa de 0,22 micras para obtener la muestra. Para extraer imidacloprid de las hojas de trigo, triture las hojas frescas con tijeras en trozos de aproximadamente un centímetro. Pese 10 gramos de las hojas de trigo trituradas y colóquelas en un tubo de centrífuga de 50 mililitros.
Agregue 10 mililitros de acetonitrilo a 10 gramos de las hojas de trigo trituradas en un tubo de centrífuga de 50 mililitros y vórtice durante un minuto. Luego trate la mezcla con sulfato de magnesio anhidro y cloruro de sodio, y centrifugar como se demostró anteriormente. Para eliminar la pigmentación y la humedad de la muestra, tome dos mililitros del sobrenadante obtenido después de la centrifugación y agréguelo a un tubo de centrífuga de cinco mililitros que contenga negro de humo grafitizado y sulfato de magnesio anhidro.
Después de 30 segundos de mezcla de vórtices, centrifugar el tubo a 6, 000 G durante cinco minutos, seguido de aspirar el sobrenadante con una jeringa desechable y pasarlo a través de un filtro de jeringa de 0,22 micras para obtener la muestra. Utilice cromatografía líquida y espectrometría de masas en tándem para cuantificar la cantidad de imidacloprid de las muestras de trigo como se describe en el manuscrito. Los rendimientos de recuperación de imidacloprid de muestras de trigo mostraron que las recuperaciones promedio de imidacloprid de raíces y hojas de trigo expuestas a 0.5 miligramos por litro de imidacloprid o menos en comparación con las recuperaciones promedio de muestras expuestas a cinco miligramos por litro de imidacloprid.
El imidacloprid se detectó tanto en las raíces como en las hojas de las plantas de trigo incluso después de un día de exposición, lo que indica su rápida absorbancia y conductancia en las plantas. El contenido de imidacloprid fue mayor en el tercer día de exposición que en el primer día, y la concentración de imidacloprid fue consistentemente mayor en las raíces que en las hojas. No se observó ninguna inhibición aparente del crecimiento de las plantas, incluso después de tres días de exposición al imidacloprid en las plantas expuestas al imidacloprid en comparación con los controles.
El factor de concentración de la raíz, o RCF, en las muestras tratadas fue mayor que uno, lo que indica que el trigo tiene un efecto de enriquecimiento sobre el imidacloprid. Sin embargo, el factor de translocación, o TF, para las hojas fue menor que uno, lo que sugiere que el pesticida no se transfirió fácilmente de las raíces de trigo a las hojas. Los pasos más importantes son la extracción y purificación del imidacloprid.
Asegúrese de que el imidacloprid se extrae sin pérdida durante estos pasos.
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Visión general
Este artículo presenta un protocolo para determinar la absorción, translocación y distribución del imidacloprid en el trigo mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem (LC-MS-MS). El estudio demuestra que el imidacloprid es absorbido por el trigo, con detección tanto en raíces como en hojas.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Fisiología vegetal
- Absorción de pesticidas
- Química analítica
Antecedentes
- El imidacloprid es un insecticida ampliamente utilizado.
- Entender su comportamiento en los cultivos es crucial para las prácticas agrícolas.
- La cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem ofrece alta sensibilidad para la detección.
- Las condiciones hidropónicas proporcionan un ambiente controlado para el estudio.
Propósito del estudio
- Investigar cómo el imidacloprid es absorbido por el trigo.
- Evaluar la translocación y distribución del imidacloprid dentro de la planta.
- Establecer un método confiable para detectar el imidacloprid en varias muestras.
Métodos utilizados
- Selección de 1000 semillas de trigo adecuadas.
- Desinfección de semillas usando una solución de peróxido de hidrógeno al 10%.
- Enjuague de semillas con agua estéril.
- Germinación de semillas en un ambiente controlado.
Principales resultados
- El imidacloprid fue absorbido exitosamente por el trigo.
- Se confirmó la detección de imidacloprid tanto en raíces como en hojas.
- El método demostró alta sensibilidad para la detección de imidacloprid.
- Los resultados pueden informar las prácticas agrícolas con respecto al uso de pesticidas.
Conclusiones
- El estudio proporciona un valioso protocolo para la investigación de pesticidas.
- Los hallazgos mejoran la comprensión del impacto del imidacloprid en el trigo.
- Las futuras investigaciones pueden basarse en esta metodología para aplicaciones más amplias.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Quantitative mapping of imidacloprid absorption and distribution in wheat provides critical data for environmental risk assessment and residue management in agrochemical R&D. High-sensitivity detection of pesticide translocation supports predictive confidence in exposure modeling and informs regulatory and safety evaluations. These insights enable portfolio teams to optimize compound selection and stewardship strategies for crop protection agents.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic interrogation of compound uptake and systemic movement in plant models.
- Supports biological de-risking by clarifying compound localization and persistence in target tissues.
- Provides quantitative data to inform predictive models of residue behavior and environmental exposure.
Screening & Assay Development
- Establishes validated extraction and LC-MS/MS quantification workflows for pesticide residue analysis.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for cross-condition and time-course comparisons.
- Facilitates assay standardization for high-throughput screening of agrochemical candidates.
Translational & Preclinical Research
- Aligns residue distribution data with environmental risk assessment and regulatory requirements.
- Supports translational continuity from laboratory hydroponic models to field-relevant exposure scenarios.
- Enables risk-adjusted advancement of compounds based on systemic movement and persistence profiles.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the agrochemical discovery continuum from early compound characterization through preclinical risk assessment.
- Discovery Biology: Quantifies compound uptake, translocation, and tissue-specific accumulation to support hypothesis testing.
- Screening: Provides standardized, sensitive LC-MS/MS readouts for residue quantification across conditions.
- Analytics: Enables statistical comparison of absorption and distribution metrics between treatment groups and time points.
- Translational Research: Bridges laboratory findings to environmental and regulatory endpoints for crop protection agents.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable analytical platform for diverse pesticide and plant system evaluations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in compound fate and residue profiles.
- Operational Value: Standardizes extraction and quantification protocols for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for compound advancement based on systemic exposure data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of agrochemical candidates with favorable distribution characteristics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in plant sample preparation and LC-MS/MS analytical techniques.
- Demands access to high-sensitivity mass spectrometry instrumentation and validated extraction protocols.
- Necessitates cross-team standardization of sampling, extraction, and quantification steps.
- Adaptation may be needed for different plant species or environmental matrices.
- Extraction and purification steps are critical to avoid analyte loss and ensure data integrity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:27
Germination and Cultivation of Wheat Seeds
1:33
Exposing the Wheat Plants to Imidacloprid
2:34
Extraction of Imidacloprid from Wheat Plant
4:30
Results: Estimating Imidacloprid in Roots and Leaves of the Wheat Plants
5:44
Conclusion
