Buğdayda Imidacloprid'in Emiliminin, Translokasyonunun ve Dağılımının Belirlenmesi
Summary
Burada, sıvı kromatografi-tandem kütle spektrometresi (LC-MS-MS) kullanılarak hidroponik koşullar altında buğdayda imidaklopridin emiliminin, translokasyonunun ve dağılımının belirlenmesi için bir protokol sunulmaktadır. Sonuçlar, imidacloprid’in buğday tarafından emilebileceğini ve imidacloprid’in hem buğday köklerinde hem de yapraklarında tespit edildiğini gösterdi.
Abstract
Bir insektisit sınıfı olan neonikotinoidler, yeni etki tarzları, yüksek böcek öldürücü aktiviteleri ve güçlü kök alımları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünya çapında en yaygın kullanılan insektisit olan imidakloprid, temsili bir birinci nesil neonikotinoiddir ve mahsuller, sebzeler ve meyve ağaçları için haşere kontrolünde kullanılır. Bu kadar geniş bir imidakloprid uygulamasıyla, mahsullerdeki kalıntısı giderek artan bir inceleme çekmiştir. Bu çalışmada, hidrokültür için 0.5 mg / L veya 5 mg / L imidacloprid içeren bir kültür ortamına 15 buğday fidesi yerleştirildi. Buğday kökleri ve yapraklarındaki imidacloprid içeriği, buğdayda imidacloprid’in göçünü ve dağılımını araştırmak için 1 gün, 2 gün ve 3 günlük hidrokültürden sonra belirlenmiştir. Sonuçlar, imidacloprid’in buğday bitkisinin hem köklerinde hem de yapraklarında tespit edildiğini ve köklerdeki imidacloprid içeriğinin yapraklardakinden daha yüksek olduğunu göstermiştir. Ayrıca, buğdaydaki imidacloprid konsantrasyonu, maruz kalma süresinin artmasıyla artmıştır. 3 günlük maruziyetten sonra, 0.5 mg / L tedavi grubundaki buğdayın kökleri ve yaprakları sırasıyla 4.55 mg / kg ± 1.45 mg / kg ve 1.30 mg / kg ± 0.08 mg / kg imidakloprid içerirken, 5 mg / L tedavi grubunun kökleri ve yaprakları 42.5 mg / kg ± 0.62 mg / kg ve 8.71 mg / kg ± 0.14 mg / kg imidakloprid içeriyordu, sırasıyla. Bu çalışmanın sonuçları, ürünlerdeki pestisit kalıntılarının daha iyi anlaşılmasını sağlamakta ve pestisitlerin çevresel risk değerlendirmesi için bir veri referansı sağlamaktadır.
Introduction
Günümüz tarımında, pestisitlerin kullanımı mahsul verimini artırmak için esastır. Neonikotinoid insektisitler, böcek sinir sistemindeki nikotinik asetilkolin reseptörlerini kontrol ederek membran potansiyel dengesini değiştirir, böylece böcek merkezi sinir sisteminin normal iletimini inhibe eder, böceklerin felce ve ölümüne yol açar1. Geleneksel insektisitlerle karşılaştırıldığında, neonikotinoidlerin yeni etki modları, yüksek böcek öldürücü aktivite ve güçlü kök emilimi gibi avantajları vardır, bu da onları pestisit pazarında oldukça başarılı kılar 2,3. Neonikotinoidlerin satış hacminin 2014 yılında dünya pestisit pazarının% 27’sini oluşturduğu bildirilmiştir. Neonikotinoidlerin yıllık ortalama büyüme oranı 2005’ten 2010’a kadar% 11.4 idi ve bunun yaklaşık% 7’si Çin’de kaydedildi 4,5,6. 2016’nın sonundan 2017’nin ilk yarısına kadar, Çin’deki pestisit satışları düştükten sonra toparlanmaya başladı ve neonikotinoid insektisitlerin önemli bir fiyat artışı gösterdiği pestisit fiyatları artmaya devam etti7. Şimdiye kadar, her biri sırasıylapiridin klorür, tiyazolil ve tetrahidrofuran nikotin grupları içeren üç nesil neonikotinoid insektisit geliştirilmiştir 8.
Imidacloprid, moleküler formülü C9H10ClN5O2 olan ve renksiz bir kristal olan ilk nesil neonikotinoid insektisitleri temsil eder. Imidacloprid, esas olarak yaprak bitleri, planthoppers, mealworms ve thrips9 gibi zararlıları kontrol etmek için kullanılır ve pirinç, buğday, mısır, pamuk gibi ürünlere ve patates gibi sebzelere ve meyve ağaçlarına uygulanabilir. Pestisitlerin uzun vadeli, önemli ve sürekli uygulanması nedeniyle, hem faydalı böcekler hem de zararlıların doğal düşmanları hızla azalmış ve bazı tarımsal zararlılar pestisitlere karşı dirençli hale gelmiş, bu da sürekli ve artan miktarlarda pestisit uygulama kısır döngüsüne neden olmuştur10. Buna ek olarak, pestisitlerin yaygın olarak uygulanması, toprak kalitesinin bozulmasına, tarım ürünlerinde kalıcı pestisit kalıntılarına ve sadece tarımsal ekolojik çevreye önemli zararlar vermekle kalmayıp aynı zamanda insan sağlığı için de ciddi bir tehdit oluşturan diğer ekolojik sorunlara yol açmıştır112. Pestisit püskürtme, toprak mikroplarının ve toprak hayvanlarının büyümesini ve kalitesini ciddi şekilde etkiler13. Pestisitlerin mantıksız veya aşırı kullanımı, toprak ve su ortamı, hayvanlar ve bitkiler ve hatta insan yaşamı için önemli güvenlik risklerine neden olmuştur14. Son yıllarda, pestisitlerin yaygın olarak uygulanması ile ürünlerde aşırı pestisit kalıntıları sorunu daha da şiddetlenmiştir. Sebze verimini arttırmak için imidacloprid kullanıldığında, sebzelerde imidacloprid’in emilim oranı, imidacloprid15’in miktarındaki ve kalıntısındaki artışla artmıştır. Önemli bir gıda ürünü olarak, buğdayın hem üretimi hem de güvenliği kritik öneme sahiptir. Bu nedenle buğday için kullanılan pestisitlerin kalıntı ve dağıtım politikalarının netleştirilmesi gerekmektedir.
Son yıllarda, imidacloprid kalıntılarını sudan, topraktan ve bitkilerden çıkarmak için birçok yöntem geliştirilmiştir. QuEChERS yöntemi (hızlı, kolay, ucuz, etkili, sağlam ve güvenli), katı fazlı mikroekstraksiyon teknolojisini ve dağınık katı faz ekstraksiyon teknolojisini birleştiren ve ekstraksiyon çözücüsü olarak asetonitril kullanımını ve sırasıyla NaCl ve susuz MgSO4 kullanılarak numunedeki karışık safsızlıkların ve suyun uzaklaştırılmasını içeren yeni bir yöntemdir16. QuEChERS yöntemi minimum cam eşya gerektirir ve basit deneysel adımlara sahiptir, bu da onu en popüler pestisit ekstraksiyon yöntemlerinden biri haline getirir17. İmidaklopridin tespiti için, sıvı kromatografisi (LC) ile 1 × 10−9 g18 kadar düşük bir tespit sınırına ve gaz kromatografisi (GC) ile 1 × 10−11 g19 kadar düşük bir tespit sınırına ulaşılmıştır. Yüksek çözünürlükleri ve hassasiyetleri nedeniyle, LC-MS ve GC-MS, 1 × 10-13 ila 1 × 10-14 g20,21 arasında daha düşük imidakloprid tespit sınırları göstermiştir; Bu nedenle, bu teknikler eser imidacloprid kalıntılarının analizi için çok uygundur.
Bu çalışmada, hedef kirletici olarak imidacloprid seçildi ve buğdaydaki imidacloprid kalıntılarının dağılımını incelemek için test ürünü olarak buğday seçildi. Bu protokol, hidroponik koşullar altında yetiştirilen buğday bitkilerinin farklı kısımlarında imidacloprid’in emilimini ve depolanmasını araştırarak, buğdaydaki pestisit imidacloprid’in zenginleştirilmesi ve transferinin kapsamlı analizi için bir yöntemi detaylandırmaktadır. Bu çalışma, buğdaydaki pestisit kalıntılarının risk değerlendirmesi için teorik bir temel sağlamayı, pestisit kalıntılarını azaltmak için pestisitlerin tarımsal üretim faaliyetlerinde akılcı uygulamasına rehberlik etmeyi ve bitkisel üretimin güvenliğini artırmayı amaçlamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son yıllarda, pestisit imidacloprid’in kalıntılarının ön arıtımı ve tespiti için yöntemler sıklıkla bildirilmiştir. Badawy ve ark.23, sera koşullarında yetiştirilen domates meyvelerinde imidacloprid içeriğini belirlemek için yüksek performanslı sıvı kromatografisi kullanmış ve 0.0125-0.15 μg / mL aralığında imidacloprid için iyi doğrusallık bildirmiştir. Zhai ve ark.24, Çin frenk soğanlarında imidacloprid kalıntılarını incelemek içi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (No. 42277039) tarafından desteklenmiştir.
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 |
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).
