Summary
Här presenteras ett protokoll för bestämning av absorption, translokation och distribution av imidakloprid i vete under hydroponiska förhållanden med användning av vätskekromatografi-tandemmasspektrometri (LC-MS-MS). Resultaten visade att imidakloprid kan absorberas av vete, och imidakloprid upptäcktes i både veterötterna och bladen.
Abstract
Neonicotinoider, en klass av insekticider, används ofta på grund av deras nya verkningssätt, hög insekticid aktivitet och starkt rotupptag. Imidakloprid, den mest använda insekticiden över hela världen, är en representativ första generationens neonicotinoid och används i skadedjursbekämpning för grödor, grönsaker och fruktträd. Med en så bred tillämpning av imidakloprid har dess rester i grödor lockat ökad granskning. I den aktuella studien placerades 15 veteplantor i ett odlingsmedium innehållande 0,5 mg / L eller 5 mg / L imidakloprid för hydrokultur. Innehållet av imidakloprid i veterötterna och bladen bestämdes efter 1 dag, 2 dagar och 3 dagars hydrokultur för att utforska migrering och distribution av imidakloprid i vete. Resultaten visade att imidakloprid detekterades både i veteplantans rötter och blad, och innehållet av imidakloprid i rötterna var högre än i bladen. Dessutom ökade koncentrationen av imidakloprid i vetet med ökande exponeringstid. Efter 3 dagars exponering innehöll rötterna och bladen av vetet i behandlingsgruppen med 0,5 mg/l 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg respektive 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg imidakloprid, medan rötterna och bladen i 5 mg/l-behandlingsgruppen innehöll 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg och 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg imidakloprid, respektive. Resultaten från den aktuella studien möjliggör en bättre förståelse av bekämpningsmedelsrester i grödor och ger en datareferens för miljöriskbedömning av bekämpningsmedel.
Introduction
I dagens agronomi är användningen av bekämpningsmedel avgörande för att öka avkastningen. Neonikotinoidinsekticider förändrar membranpotentialbalansen genom att kontrollera nikotinacetylkolinreceptorer i insektsnervsystemet och därigenom hämma den normala ledningen av insektens centrala nervsystem, vilket leder till insektens förlamning och död1. Jämfört med traditionella insekticider har neonicotinoider fördelar som nya verkningssätt, hög insekticidaktivitet och stark rotabsorption, vilket gör dem mycket framgångsrika på bekämpningsmedelsmarknaden 2,3. Försäljningsvolymen av neonikotinoider rapporterades stå för 27% av världens bekämpningsmedelsmarknad 2014. Den genomsnittliga årliga tillväxttakten för neonikotinoider var 11,4% från 2005 till 2010, varav cirka 7% registrerades i Kina 4,5,6. Från slutet av 2016 till första halvåret 2017 började försäljningen av bekämpningsmedel i Kina återhämta sig efter att ha fallit, och priserna på bekämpningsmedel fortsatte att stiga, bland vilka neonicotinoidinsekticider visade en betydande prisökning7. Hittills har tre generationer av neonikotinoidinsekticider utvecklats, var och en innehållande pyridinklorid, tiazolyl respektive tetrahydrofurangrupper av nikotin,8.
Imidakloprid representerar den första generationen neonicotinoidinsekticider, vars molekylformel är C9H10ClN5O2 och ären färglös kristall. Imidakloprid används främst för att bekämpa skadedjur, såsom bladlöss, växthoppare, mjölmaskar och thrips9 och kan appliceras på grödor som ris, vete, majs, bomull och grönsaker som potatis samt fruktträd. På grund av den långsiktiga, betydande och kontinuerliga användningen av bekämpningsmedel har både nyttiga insekter och skadedjurens naturliga fiender snabbt minskat, och vissa skadedjur inom jordbruket har blivit resistenta mot bekämpningsmedel, vilket resulterar i en ond cirkel av att applicera kontinuerliga och ökande mängder bekämpningsmedel10. Dessutom har den omfattande användningen av bekämpningsmedel lett till försämrad markkvalitet, långlivade bekämpningsmedelsrester i jordbruksprodukter och andra ekologiska problem, som inte bara orsakar betydande skador på den ekologiska jordbruksmiljön11 utan också utgör ett allvarligt hot mot människors hälsa12. Besprutning med bekämpningsmedel har allvarliga konsekvenser för tillväxten och kvaliteten på jordmikrober och jorddjur13. Orimlig eller överdriven användning av bekämpningsmedel har orsakat betydande säkerhetsrisker för mark- och vattenmiljön, djur och växter och till och med människoliv14. Under de senaste åren har problemet med alltför stora bekämpningsmedelsrester i grödor blivit allvarligare med den omfattande användningen av bekämpningsmedel. När imidakloprid användes för att öka vegetabiliskt utbyte ökade absorptionshastigheten för imidakloprid i grönsakerna med ökningen av mängden och återstoden av imidakloprid15. Som en viktig livsmedelsgröda är både produktion och säkerhet av vete kritiska. Därför måste politiken för resthalter och spridning av bekämpningsmedel som används för vete klargöras.
Under de senaste åren har många metoder utvecklats för att extrahera imidaklopridrester från vatten, jord och växter. QuEChERS-metoden (snabb, enkel, billig, effektiv, robust och säker) är en ny metod som kombinerar fastfasmikroextraktionsteknik och dispergerad fastfasextraktionsteknik och involverar användning av acetonitril som extraktionslösningsmedel och avlägsnande av blandade föroreningar och vatten i provet med användning av NaCl respektive vattenfriMgSO4 16. QuEChERS-metoden kräver minimalt med glas och har enkla experimentella steg, vilket gör den till en av de mest populära metoderna för utvinning av bekämpningsmedel17. För detektion av imidakloprid har en detektionsgräns så låg som 1 × 10−9 g18 uppnåtts med vätskekromatografi (LC) och 1 × 10−11 g 19 har uppnåtts med gaskromatografi (GC). På grund av sin höga upplösning och känslighet har LC-MS och GC-MS visat ännu lägre detektionsgränser för imidakloprid på 1 × 10-13 till 1 × 10-14 g20,21; Dessa tekniker är därför väl lämpade för analys av spårrester av imidakloprid.
I den aktuella studien valdes imidakloprid som målförorening och vete valdes som testgröda för att studera fördelningen av imidaklopridrester i vete. Detta protokoll beskriver en metod för omfattande analys av anrikning och överföring av bekämpningsmedlet imidakloprid i vete genom att undersöka absorption och lagring av imidakloprid i olika delar av veteplantor odlade under hydroponiska förhållanden. Denna studie syftar till att ge en teoretisk grund för riskbedömning av bekämpningsmedelsrester i vete, vägleda rationell användning av bekämpningsmedel i jordbruksproduktionsaktiviteter för att minska bekämpningsmedelsrester och förbättra säkerheten vid växtproduktion.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Sprängning av vetefrön
- Välj 1 000 vetefrön (Jimai 20) med kompletta granulat, intakta embryon och enhetlig storlek (längd: 6 mm ± 0,5 mm).
- Överför 333,3 ml 30 % H2O2-lösning till en 1 L mätkolv och späd med avjoniserat vatten för att bereda 1 liter 10 %H2O2-lösning. Sänk ner vetefröna i 10%H2O2-lösningi 15 minuter för att desinficera fröytan (figur 1).
- Skölj vetefröna 5x med rinnande sterilt vatten i 10 s varje gång.
- Fördela vetefröna jämnt med embryona pekande uppåt i en petriskål av glas som innehåller fuktigt sterilt filterpapper (figur 2). Placera petriskålen i en inkubator för artificiellt klimat vid 30 °C och 80 % relativ luftfuktighet. Odla vetefrön i mörkret i 3 dagar tills de groddar och rotar.
Figur 1: Desinfektion av vetefrön. Vetefröna blötläggdes i 10% H2O2-lösning (i en bägare) i 15 minuter för att desinficera fröytan. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Spirande vetefrön. Vetefröna fördelades jämnt i en petriskål av glas som innehöll fuktigt sterilt filterpapper. Petriskålen placerades i en inkubator för artificiellt klimat för att gro vetefröna. Klicka här för att se en större version av denna figur.
2. Odling av veteplantor
- Lös 551 mg av Hoaglands basala saltblandning i 1 liter avjoniserat vatten för att bereda 1/2 Hoagland näringslösning (innehållande 0,75 mmol / L K 2 SO4, 0,1 mmol / L KCl, 0,6 mmol / L MgSO 4,4,0 × 10-2 mmol / L FeEDTA, 1,0 × 10-3 mmol /LH3BO3, 1,0 × 10-3 mmol / L MnSO4, 1,0 × 10−3 mmol/L ZnSO4, 1,0 × 10−4 mmol/L CuSO4 och 5,0 × 10−6 mmol/LNa2MoO4).
- Efter att vetefrön (steg 1.4) har grodd, placera 15 veteplantor i hydroponisk utrustning (se materialtabell) innehållande 100 ml 1/2 Hoagland näringslösning för hydroponics (figur 3). Placera hela den hydroponiska apparaten i en inkubator för artificiellt klimat (se materialtabell) och inkubera i 7 dagar vid 25 °C och 80 % relativ luftfuktighet med en 16 timmars ljus/8 timmars mörk fotoperiod.
Figur 3: Hydroponisk odling av veteplantorna. Veteplantorna odlades hydroponiskt i 0 dagar, 3 dagar och 7 dagar i 100 ml 1/2 Hoagland näringslösning. Klicka här för att se en större version av denna figur.
3. Experiment som utsätter veteplantorna för imidaklopridlösning
- Efter en 7 dagars hydroponisk period, transplantera veteplantorna i 1/2 Hoagland näringslösning innehållande 0,5 mg / L eller 5 mg / L imidakloprid för att genomföra imidakloprid exponeringsexperiment. Växa 15 veteplantor i varje hydroponisk enhet. Inrätta 15 hydroponiska anordningar för varje koncentrationsgrupp för imidakloprid för att säkerställa att lämpliga prover tas under provtagningen.
- Placera hela hydroponisk utrustning i en inkubator för artificiellt klimat i 3 dagar vid 25 °C och 80 % relativ luftfuktighet med en 16 timmars ljus/8 timmars mörk fotoperiod.
- Under hela exponeringsperioden samlar veterötter (0,2 g per veteväxt) och löv (0,5 g per veteväxt) dagligen. Integrera veteproverna från var femte hydroponisk anordning som en parallellgrupp och bestäm innehållet av imidakloprid i proverna.
4. Förfarande för extraktion av imidakloprid ur vete
- Extraktion av imidakloprid från veterötter
- För att undvika experimentella fel, tvätta veterötterna 4x med rinnande sterilt vatten i 10 s varje gång för att avlägsna eventuell imidakloprid adsorberad på rotytan.
- Strimla veterötterna i ca 1 cm bitar med sax (figur 4). Väg upp 10,00 g av de strimlade veterötterna och placera i ett 50 ml centrifugrör.
- Tillsätt 10 ml acetonitril till centrifugröret och virvla röret på en virvel i 1 min. Tillsätt sedan 4 g vattenfriMgSO4 och 1,5 g NaCl till centrifugröret och virvla röret omedelbart i 30 sekunder. Centrifugera röret i 5 minuter vid 6 000 x g.
- Aspirera supernatanten med en engångsspruta och för den genom ett sprutfilter (0,22 μm porstorlek) för att erhålla provet.
- Extraktion av imidakloprid från veteblad (figur 5)
- Strimla de färska vetebladen i ca 1 cm bitar med en sax (figur 4). Väg upp 10,00 g av de strimlade vetebladen och placera i ett 50 ml centrifugrör.
- Tillsätt 10 ml acetonitril till centrifugröret och virvla röret på en virvel i 1 min.
- Tillsätt 4 g vattenfriMgSO4 och 1,5 g NaCl till centrifugröret och virvla röret omedelbart i 30 sekunder.
- Centrifugera röret i 5 minuter vid 6 000 x g.
- Efter centrifugering tillsätts 2 ml av supernatanten till ett 5 ml centrifugrör innehållande 50 mg grafitiserad kimrök (GCB) och 150 mg vattenfriMgSO4 (för att avlägsna pigment och fukt från provet) och virvla centrifugröret i 30 s (figur 6). Centrifugera röret i 5 minuter vid 6 000 x g.
- Aspirera supernatanten med en engångsspruta och för den genom ett sprutfilter (0,22 μm porstorlek) för att erhålla provet.
Figur 4: Strimlade veterötter och blad. Färska veterötter och blad strimlades med sax i ca 1 cm bitar. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5: Extraktion av imidakloprid i vetebladen. Imidakloprid i proverna extraherades med QuEChERS-metoden (steg 4.2.1-4.2.4 i protokollet). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 6: Rening av imidakloprid i vetebladen. Dekontaminanten var 50 mg GCB + 150 mgMgSO4. Klicka här för att se en större version av denna figur.
5. Kvantifiering av imidakloprid
- Kvantifiera imidakloprid i provet med vätskekromatografi-tandemmasspektrometri (LC-MS-MS), baserat på en standardkurva (y = 696,61x + 56,411, R = 1) erhållen från 0,2-250 μg / L imidaklopridkoncentrationer. (Figur 7). Masspektrometern var utrustad med en C18-kolonn (100 mm x 2,1 mm, 3 μm) och en elektrosprayjoniseringskälla (ESI+). Elueringsprogrammet och jonkällparametrarna visas i tabell 1.
Figur 7: Kromatogram och masspektrogram för imidakloprid i vetebladen. Den övre panelen visar ett kromatogram av imidakloprid (retentionstid = 0,93 min). Den nedre panelen visar masspektrogrammet för imidakloprid vid 0,93 min, vilket visar responsintensiteten för produktionen (m/z = 208,8) av imidakloprid. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Kolonnens temperatur | 40 °C |
| Lösningsmedel A | 99,9% vatten/0,1% myrsyra (v/v) |
| Lösningsmedel B | Acetonitril |
| Elueringsprogram | 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 minuter, A=20 % | |
| Flöde (ml/min) | 0.3 |
| Injektionsvolym (μL) | 5 |
| Kapillärtemperatur (°C) | 330 |
| Förångarens temperatur (°C) | 350 |
| Mantelgasflöde (Arb) | 40 |
| Aux-gasflöde (Arb) | 20 |
| Sprayspänning (V) | 3900 |
| Kollisionsgastryck (mTorr) | 1.5 |
| Föregångare jon | 256.1 |
| Produkt jon / kollisionsenergi (eV) | 208.8/16 |
Tabell 1: Elutionsprogram och jonkällparametrar för vätskekromatografi-masspektrometrimetoden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Instrumentets detektionsgräns (LOD) för imidakloprid var 5,76 × 10−14 g, och metodens LOD för imidakloprid i veteroten eller bladet var 0,01 μg/kg; Ingen matriseffekt observerades. Utbytet av imidakloprid i vete visas i tabell 2. Utbytet av imidakloprid från veterötterna som exponerats för imidaklopridkoncentrationer på 0,5 mg/l och 5 mg/l var 94,0–97,6 % respektive 98,8–99,2 %. Variationskoefficienterna var 1,92 % respektive 0,20 %. Utbytet av imidakloprid från vetebladen som exponerats för imidaklopridkoncentrationer på 0,5 mg / L och 5 mg / L var 88,2% -91,4% respektive 92,5% -93,4%. Variationskoefficienterna var 1,85 % respektive 0,53 %.
Koncentrationerna av imidakloprid i veterötterna och bladen visas i tabell 3. Imidakloprid upptäcktes i både veterötterna och bladen, med högre innehåll i rötterna än i bladen. Imidaklopridhalten ökade med en längre exponeringstid. Efter 3 dagars exponering var mängden imidakloprid i veterötterna och bladen 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg och 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg i behandlingsgruppen med 0,5 mg/l respektive 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg och 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg i behandlingsgruppen med 5 mg/l. När veterötterna utsattes för imidakloprid i 1 dag detekterades imidakloprid i både veteplantornas rötter och blad, vilket indikerar att veterötterna snabbt kunde absorbera imidakloprid från odlingsmediet och leda det in i veteplantorna. Innehållet av imidakloprid i vetebladen minskade något dag 3 jämfört med dag 2. Detta orsakades troligen av nedbrytningen av viss imidakloprid, i kombination med utspädningen av imidaklopridhalten per volymenhet veteblad med förlängningen av den hydroponiska odlingsperioden. Veterötterna och bladen innehöll olika mängder imidakloprid, vilket indikerar att imidakloprid hade absorberats och letts annorlunda i veteplantorna och inte nådde sina verkningsställen samtidigt. Skillnaderna i imidaklopridrester i olika delar av veteplantan är nära besläktade med veteplantans fysiologiska struktur och de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos imidakloprid.
De vanliga anriknings- och överföringsrelaterade parametrarna för bekämpningsmedel som absorberas av växter inkluderar rotkoncentrationsfaktorn (RCF) och translokationsfaktorn (TF)22. RCF är förhållandet mellan koncentrationen av imidakloprid i växtens rot och den i odlingsmediet. En RCF > 1 indikerar att imidakloprid lätt berikas av växten, medan en RCF < 1 indikerar att växten inte lätt berikar imidakloprid. Som framgår av tabell 4 var RCF från den aktuella studien >1, vilket indikerar att vete har en berikande effekt på imidakloprid. TF representerar växtens förmåga (här, vete) att translokera ett ämne (här, imidakloprid) mellan växtens rötter, skott och löv. En TF > 1 indikerar att imidakloprid lätt translokeras av växten, medan en TF < 1 indikerar att växten inte lätt translokerar imidakloprid. TF beräknas som förhållandet mellan restkoncentrationen av imidakloprid i olika delar av vetet och koncentrationen av imidakloprid i rötterna: TF-blad =C-blad/C-rot. Ett TF-blad > 1 indikerar att imidakloprid lätt överförs från växtrötterna till bladen, medan ettTF-blad < 1 indikerar motsatsen. Som framgår av tabell 4 var TF-bladet i den aktuella studien <1, vilket indikerar att imidakloprid inte lätt överfördes från veterötterna till bladen.
Veteplantornas tillväxttillstånd efter exponering för imidakloprid visas i figur 8. Efter 3 dagars exponering gav varken 0,5 mg/l eller 5 mg/l imidakloprid någon uppenbar hämning av veteplantans tillväxt.
Datamängden som är associerad med denna studie finns tillgänglig på https://doi.org/10.5281/zenodo.7022287.
Figur 8: Veteplantor som exponerats för imidakloprid i 1 dag, 2 dagar och 3 dagar. CK = kontrollgrupp; 0,5 = 0,5 mg / L imidakloprid grupp; 5 = 5 mg/l imidaklopridgrupp. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Prov | Koncentration av imidakloprid (mg/l) | Återvinning (%) | RSD (%) | |||
| Behandling 1 | Behandling 2 | Behandling 3 | Genomsnitt | |||
| Vete rot | 0.5 | 94.00 | 97.60 | 95.20 | 95.60 | 1.92 |
| 5 | 99.00 | 98.80 | 99.20 | 99.00 | 0.20 | |
| Vete blad | 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: Utbyte och relativ standardavvikelse (RSD) för imidakloprid i veterötterna och vetebladen (n = 3). Imidaklopridkoncentrationerna är baserade på veterötternas eller bladens färskvikt.
| Prov | Koncentration av imidakloprid i lösning (mg/l) | Innehåll av imidakloprid (mg/kg) | ||
| 1 d | 2 d | 3 D | ||
| Vete rot | 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 | |
| Vete blad | 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: Imidaklopridhalt i vetes rötter och blad efter 1 dag, 2 dagar och 3 dagars exponering. Data uttrycks som medelvärdet ± SD (n = 2). Imidaklopridkoncentrationerna är baserade på veterötternas eller bladens färskvikt.
| Grupp | RCF | TF-blad | ||||
| 1 dag | 2 dagar | 3 dagar | 1 dag | 2 dagar | 3 dagar | |
| 0,5 mg/l imidakloprid gruppen | 4.22 | 6.36 | 9.10 | 0.16 | 0.45 | 0.29 |
| 5 mg/l imidakloprid gruppen | 2.97 | 5.37 | 8.50 | 0.14 | 0.37 | 0.20 |
Tabell 4: Rotkoncentrationsfaktorer (RCF) och bladtranslokationsfaktorer (TF-blad) från vete till imidakloprid. RCF är förhållandet mellan koncentrationen av imidakloprid i veteroten och den i det hydroponiska odlingsmediet. TF-bladet är förhållandet mellan restkoncentrationen av imidakloprid i vetebladet och den i veteroten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Under de senaste åren har metoder för förbehandling och detektion av rester av bekämpningsmedlet imidakloprid rapporterats frekvent. Badawy et al.23 använde högpresterande vätskekromatografi för att bestämma innehållet av imidakloprid i tomatfrukter odlade under växthusförhållanden och rapporterade god linjäritet för imidakloprid i intervallet 0,0125-0,15 μg/ml. Zhai et al.24 använde LC-MS-MS för att studera rester av imidakloprid i kinesisk gräslök. I den aktuella studien användes QuEChERS-metoden för att extrahera imidakloprid från veterötter och blad. Som en snabb och effektiv metod är QuEChERS-metoden väl lämpad och används ofta för att extrahera imidakloprid från jord 25 och plantera20,26 (såsom chili, tomat, kål och vete) prover. Syftet med den aktuella studien var att avgöra om återhämtningen av imidakloprid var konsekvent och uppfyllde bestämningskraven. Utbytesgraden och variationskoefficienten för imidakloprid i vete uppfyllde kraven för bestämning av resthalter, vilket tyder på att denna metod var möjlig för extraktion av imidakloprid från vete. Imidaklopridhalten bestämdes av LC-MS-MS i den aktuella studien, och den instrumentella detektionsgränsen för imidakloprid uppfyllde kraven för kvantitativ analys av bekämpningsmedelsrester. Det kan dock hända att denna metod inte kan påvisa imidakloprid när halten i provet är lägre än 0,01 μg/kg. I sådana fall bör provet koncentreras, eller en högre mängd bör injiceras för LC-MS-MS. Den imidaklopridextraktions- och detektionsmetod som används i den aktuella studien har egenskaper som snabbhet, enkelhet, tillförlitlig reproducerbarhet, bekvämlighet och hög noggrannhet och är lämplig för analys av bekämpningsmedelsrester. Framgången med denna metod, som visas i den aktuella studien, indikerar dess potential för användning vid livsmedelssäkerhetsutvärderingen av imidakloprid i vete. De kritiska stegen i protokollet inkluderar tillsats av vattenfriMgSO4, NaCl och GCB. VattenfriMgSO4 och NaCl tillsätts för att avlägsna vatten från provlösningen, medan GCB tillsätts för att avlägsna pigment från provlösningen. Extraktionsmetoden som används i denna studie begränsas av kravet på en tillräckligt stor (10 g) provmängd, vilket gör den mindre lämplig för att utvärdera en liten provstorlek.
Närvaron av imidakloprid i veterötter och löv visar att vete snabbt kan absorbera och överföra imidakloprid. Anrikningen och transporten av organiska föreningar i växter är nära besläktade med deras Kow-värde, vilket är förhållandet mellan jämviktskoncentrationen av organiska föreningar i N-oktanol- och vattenfaserna under jämvikt27. Enligt deras log K-owvärde kan organiska föroreningar delas in i hydrofoba organiska föroreningar, hydrofila organiska föroreningar och måttligt hydrofila organiska föroreningar. Hydrofoba organiska föroreningar (log Kow > 3) kan starkt adsorberas av rotytan och vandrar inte lätt uppåt. Å andra sidan absorberas hydrofila organiska föroreningar (log Kow < 0,5) inte lätt av rötter eller passerar genom växternas cellmembran. Vattenhaltiga organiska föroreningar (log Kow = 0,53) absorberas lätt av växter, anrikas och överförs. Log K-owvärdet (0,57) för imidakloprid indikerar att det är ett måttligt hydrofilt organiskt material som lätt absorberas, berikas och överförs av växter.
Olika vävnader från växter har olika kapacitet att absorbera och transportera olika bekämpningsmedel över tid under samma miljö28. Den aktuella studien visade att fördelningen av imidakloprid varierade i olika delar av veteplantan. Specifikt upptäckte studien en stor skillnad i absorptionen av imidakloprid mellan veterötterna och bladen. Veterötter har en stark förmåga att absorbera och överföra imidakloprid och kan ackumulera imidakloprid vid koncentrationer som är flera gånger större än miljökoncentrationen, vilket möjliggör överföring av imidakloprid i miljön till vetebladen. En studie av Yuan et al.20 om fördelningen av imidakloprid i vete efter applicering av imidakloprid med kontrollerad frisättning avslöjade att ackumuleringen av imidakloprid i veterötterna var 5-10 gånger större än i bladen, vilket överensstämmer med resultaten av den aktuella studien.
Även om den aktuella studien bidrar till den övergripande förståelsen av bekämpningsmedelsrester av imidakloprid i grödor, har den vissa begränsningar. Till exempel valdes endast vete som odlats under hydroponiska förhållanden som testanläggning i den aktuella studien. Därför är framtida forskning om mekanismerna för absorption, migration och distribution av bekämpningsmedel i grönsaker, fruktträd och andra växter som odlas i jord såväl som vatten motiverad. I ytterligare studier kommer olika koncentrationer av imidakloprid och en mängd olika växter att studeras för att utforska mer detaljerat absorption, transport och ackumulering av imidakloprid i växter för att bättre förstå miljörisken med imidakloprid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några intressekonflikter. Alla författare har läst och godkänt manuskriptet. Detta arbete har inte publicerats tidigare, och det behandlas inte heller av någon annan peer-reviewed journal.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes 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).
