Bestimmung der Absorption, Translokation und Verteilung von Imidacloprid in Weizen
Summary
Hier wird ein Protokoll zur Bestimmung der Absorption, Translokation und Verteilung von Imidacloprid in Weizen unter hydroponischen Bedingungen mittels Flüssigchromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS-MS) vorgestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass Imidacloprid von Weizen aufgenommen werden kann, und Imidacloprid wurde sowohl in den Weizenwurzeln als auch in den Blättern nachgewiesen.
Abstract
Neonicotinoide, eine Klasse von Insektiziden, werden aufgrund ihrer neuartigen Wirkungsweisen, ihrer hohen insektiziden Aktivität und ihrer starken Wurzelaufnahme häufig eingesetzt. Imidacloprid, das weltweit am häufigsten eingesetzte Insektizid, ist ein repräsentatives Neonicotinoid der ersten Generation und wird zur Schädlingsbekämpfung von Nutzpflanzen, Gemüse und Obstbäumen eingesetzt. Mit einer derart breiten Anwendung von Imidacloprid sind seine Rückstände in Nutzpflanzen zunehmend in den Fokus gerückt. In der vorliegenden Studie wurden 15 Weizenkeimlinge in ein Nährmedium gesetzt, das 0,5 mg/L oder 5 mg/L Imidacloprid für die Hydrokultur enthielt. Der Gehalt an Imidacloprid in den Weizenwurzeln und -blättern wurde nach 1 Tag, 2 Tagen und 3 Tagen Hydrokultur bestimmt, um die Migration und Verteilung von Imidacloprid im Weizen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass Imidacloprid sowohl in den Wurzeln als auch in den Blättern der Weizenpflanze nachgewiesen wurde und der Gehalt an Imidacloprid in den Wurzeln höher war als in den Blättern. Des Weiteren stieg die Imidacloprid-Konzentration im Weizen mit zunehmender Expositionszeit an. Nach 3-tägiger Exposition enthielten die Wurzeln und Blätter des Weizens in der Behandlungsgruppe mit 0,5 mg/l 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg bzw. 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg Imidacloprid, während die Wurzeln und Blätter der Behandlungsgruppe mit 5 mg/l 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg und 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg Imidacloprid enthielten. beziehungsweise. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie ermöglichen ein besseres Verständnis von Pestizidrückständen in Nutzpflanzen und stellen eine Datenreferenz für die Umweltrisikobewertung von Pestiziden dar.
Introduction
In der heutigen Agronomie ist der Einsatz von Pestiziden unerlässlich, um den Ernteertrag zu steigern. Neonicotinoid-Insektizide verändern das Gleichgewicht des Membranpotentials, indem sie nikotinische Acetylcholinrezeptoren im Nervensystem der Insekten kontrollieren und dadurch die normale Leitung des zentralen Nervensystems der Insekten hemmen, was zur Lähmung und zum Tod der Insekten führt1. Im Vergleich zu herkömmlichen Insektiziden haben Neonicotinoide Vorteile wie neuartige Wirkmechanismen, eine hohe insektizide Aktivität und eine starke Wurzelabsorption, was sie auf dem Pestizidmarkt sehr erfolgreich macht 2,3. Das Verkaufsvolumen von Neonicotinoiden machte 2014 Berichten zufolge 27 % des Weltmarktes für Pestizide aus. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von Neonicotinoiden betrug von 2005 bis 2010 11,4 %, von denen etwa 7 % in China registriert wurden 4,5,6. Von Ende 2016 bis zum ersten Halbjahr 2017 erholten sich die Verkäufe von Pestiziden in China nach einem Rückgang, und die Preise für Pestizide stiegen weiter an, wobei die Preise für Neonicotinoid-Insektizide einen deutlichen Preisanstieg verzeichneten7. Bisher wurden drei Generationen von Neonicotinoid-Insektiziden entwickelt, die jeweils Pyridinchlorid-, Thiazolyl- und Tetrahydrofuran-Nikotingruppen enthalten8.
Imidacloprid repräsentiert die erste Generation von Neonicotinoid-Insektiziden, deren Summenformel C9H10ClN5O 2 lautet und ein farbloser Kristall ist. Imidacloprid wird hauptsächlich zur Bekämpfung von Schädlingen wie Blattläusen, Zikaden, Mehlwürmern und Thripsenverwendet 9 und kann auf Nutzpflanzen wie Reis, Weizen, Mais, Baumwolle und Gemüse wie Kartoffeln sowie Obstbäume angewendet werden. Aufgrund der langfristigen, umfangreichen und kontinuierlichen Anwendung von Pestiziden wurden sowohl nützliche Insekten als auch die natürlichen Feinde von Schädlingen schnell reduziert, und einige landwirtschaftliche Schädlinge sind resistent gegen Pestizide geworden, was zu einem Teufelskreis der kontinuierlichen und zunehmenden Anwendung von Pestiziden führt10. Darüber hinaus hat der umfangreiche Einsatz von Pestiziden zu einer Verschlechterung der Bodenqualität, zu persistenten Pestizidrückständen in landwirtschaftlichen Erzeugnissen und zu anderen ökologischen Problemen geführt, die nicht nur erhebliche Schäden an der ökologischen Umwelt der Landwirtschaft verursachen11, sondern auch eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellen12. Das Versprühen von Pestiziden beeinträchtigt das Wachstum und die Qualität von Bodenmikroben und Bodentierenerheblich 13. Der unangemessene oder übermäßige Einsatz von Pestiziden hat zu erheblichen Sicherheitsrisiken für die Boden- und Wasserumwelt, für Tiere und Pflanzen und sogar für das menschliche Leben geführt14. In den letzten Jahren hat sich das Problem der übermäßigen Pestizidrückstände in Nutzpflanzen durch den umfangreichen Einsatz von Pestiziden verschärft. Wenn Imidacloprid zur Steigerung des Gemüseertrags angewendet wurde, stieg die Absorptionsrate von Imidacloprid im Gemüse mit der Zunahme der Menge und des Rückstands von Imidacloprid15. Da es sich um eine wichtige Nahrungspflanze handelt, sind sowohl die Produktion als auch die Sicherheit von Weizen von entscheidender Bedeutung. Daher müssen die Rückstands- und Verteilungspolitik von Pestiziden, die für Weizen verwendet werden, geklärt werden.
In den letzten Jahren wurden viele Methoden entwickelt, um Imidacloprid-Rückstände aus Wasser, Boden und Pflanzen zu extrahieren. Die QuEChERS-Methode (schnell, einfach, billig, effektiv, robust und sicher) ist eine neue Methode, die die Festphasen-Mikroextraktionstechnologie und die dispergierte Festphasenextraktionstechnologie kombiniert und die Verwendung von Acetonitril als Extraktionslösungsmittel und die Entfernung von gemischten Verunreinigungen und Wasser in der Probe mit NaCl bzw. wasserfreiem MgSO4 beinhaltet16. Die QuEChERS-Methode erfordert nur minimale Glaswaren und hat einfache experimentelle Schritte, was sie zu einer der beliebtesten Methoden zur Extraktion von Pestizidenmacht 17. Für den Nachweis von Imidacloprid wurde mit der Flüssigchromatographie (LC) eine Nachweisgrenze von nur 1 × 10−9 g18 und mit der Gaschromatographie (GC) 1 × 10−11 g 19 erreicht. Aufgrund ihrer hohen Auflösung und Sensitivität haben LC-MS und GC-MS noch niedrigere Imidacloprid-Nachweisgrenzen von 1 × 10-13 bis 1 × 10-14 ggezeigt 20,21; Diese Techniken eignen sich daher gut für die Analyse von Imidacloprid-Rückständen.
In der vorliegenden Studie wurde Imidacloprid als Zielschadstoff und Weizen als Versuchspflanze ausgewählt, um die Verteilung von Imidacloprid-Rückständen in Weizen zu untersuchen. Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur umfassenden Analyse der Anreicherung und des Transfers des Pestizids Imidacloprid in Weizen, indem die Absorption und Lagerung von Imidacloprid in verschiedenen Teilen von Weizenpflanzen untersucht wird, die unter hydroponischen Bedingungen angebaut werden. Ziel der vorliegenden Studie ist es, eine theoretische Grundlage für die Risikobewertung von Pestizidrückständen in Weizen zu schaffen, den rationellen Einsatz von Pestiziden in der landwirtschaftlichen Produktion zu steuern, um Pestizidrückstände zu reduzieren, und die Sicherheit der Pflanzenproduktion zu verbessern.
Protocol
Representative Results
Discussion
In den letzten Jahren wurde häufig über Methoden zur Vorbehandlung und zum Nachweis von Rückständen des Pflanzenschutzmittels Imidacloprid berichtet. Badawy et al.23 verwendeten Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, um den Gehalt an Imidacloprid in Tomatenfrüchten zu bestimmen, die unter Gewächshausbedingungen angebaut wurden, und berichteten über eine gute Linearität für Imidacloprid im Bereich von 0,0125-0,15 μg/ml. Zhai et al.24 verwendeten LC-MS-MS, um di…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 42277039) unterstützt.
Materials
| 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 |
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