Détermination de l’absorption, de la translocation et de la distribution de l’imidaclopride dans le blé
Summary
Un protocole pour la détermination de l’absorption, de la translocation et de la distribution de l’imidaclopride dans le blé dans des conditions hydroponiques par chromatographie liquide et spectrométrie de masse en tandem (LC-MS-MS) est présenté ici. Les résultats ont montré que l’imidaclopride peut être absorbé par le blé, et l’imidaclopride a été détecté dans les racines et les feuilles du blé.
Abstract
Les néonicotinoïdes, une classe d’insecticides, sont largement utilisés en raison de leurs nouveaux modes d’action, de leur activité insecticide élevée et de leur forte absorption par les racines. L’imidaclopride, l’insecticide le plus largement utilisé dans le monde, est un néonicotinoïde représentatif de première génération et est utilisé dans la lutte antiparasitaire pour les cultures, les légumes et les arbres fruitiers. Avec une application aussi large de l’imidaclopride, ses résidus dans les cultures ont fait l’objet d’un examen de plus en plus minutieux. Dans la présente étude, 15 plantules de blé ont été placées dans un milieu de culture contenant 0,5 mg/L ou 5 mg/L d’imidaclopride pour l’hydroculture. La teneur en imidaclopride dans les racines et les feuilles de blé a été déterminée après 1 jour, 2 jours et 3 jours d’hydroculture pour explorer la migration et la distribution de l’imidaclopride dans le blé. Les résultats ont montré que l’imidaclopride a été détecté à la fois dans les racines et les feuilles du plant de blé, et que la teneur en imidaclopride dans les racines était plus élevée que dans les feuilles. De plus, la concentration d’imidaclopride dans le blé augmentait avec l’augmentation du temps d’exposition. Après 3 jours d’exposition, les racines et les feuilles du blé du groupe de traitement à 0,5 mg/L contenaient 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg et 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg d’imidaclopride, respectivement, tandis que les racines et les feuilles du groupe de traitement à 5 mg/L contenaient 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg et 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg d’imidaclopride. respectivement. Les résultats de la présente étude permettent de mieux comprendre les résidus de pesticides dans les cultures et fournissent une référence de données pour l’évaluation des risques environnementaux des pesticides.
Introduction
Dans l’agronomie actuelle, l’utilisation de pesticides est essentielle pour augmenter le rendement des cultures. Les insecticides néonicotinoïdes modifient l’équilibre du potentiel membranaire en contrôlant les récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine dans le système nerveux des insectes, inhibant ainsi la conduction normale du système nerveux central de l’insecte, entraînant la paralysie et la mort des insectes1. Par rapport aux insecticides traditionnels, les néonicotinoïdes présentent des avantages tels que de nouveaux modes d’action, une activité insecticide élevée et une forte absorption des racines, ce qui en fait un grand succès sur le marché des pesticides 2,3. Le volume des ventes de néonicotinoïdes représenterait 27% du marché mondial des pesticides en 2014. Le taux de croissance annuel moyen des néonicotinoïdes a été de 11,4% de 2005 à 2010, dont environ 7% ont été enregistrés en Chine 4,5,6. De fin 2016 au premier semestre 2017, les ventes de pesticides en Chine ont commencé à rebondir après avoir chuté, et les prix des pesticides ont continué d’augmenter, parmi lesquels les insecticides néonicotinoïdes ont affiché une hausse significativedes prix 7. Jusqu’à présent, trois générations d’insecticides néonicotinoïdes ont été développées, chacune contenant respectivement du chlorure de pyridine, du thiazolyle et des groupes tétrahydrofurane de nicotine8.
L’imidaclopride représente la première génération d’insecticides néonicotinoïdes, dont la formule moléculaire estC9H10ClN5O2, et est un cristal incolore. L’imidaclopride est principalement utilisé pour lutter contre les ravageurs, tels que les pucerons, les cicadelles, les vers de farine et les thrips9 et peut être appliqué à des cultures telles que le riz, le blé, le maïs, le coton et les légumes tels que les pommes de terre, ainsi que les arbres fruitiers. En raison de l’application à long terme, substantielle et continue de pesticides, les insectes utiles et les ennemis naturels des ravageurs ont été rapidement réduits, et certains ravageurs agricoles sont devenus résistants aux pesticides, ce qui a entraîné un cercle vicieux d’application continue et croissante de pesticides10. En outre, l’application intensive de pesticides a entraîné une détérioration de la qualité des sols, la persistance de résidus de pesticides dans les produits agricoles et d’autres problèmes écologiques, qui non seulement causent des dommages importants à l’environnement écologique agricole11, mais constituent également une grave menace pour la santé humaine12. La pulvérisation de pesticides a de graves répercussions sur la croissance et la qualité des microbes du sol et des animauxdu sol 13. L’utilisation déraisonnable ou excessive de pesticides a entraîné des risques importants pour la sécurité du sol et de l’eau, de l’environnement des animaux et des plantes, et même de la vie humaine14. Ces dernières années, le problème des résidus excessifs de pesticides dans les cultures s’est aggravé avec l’application intensive de pesticides. Lorsque l’imidaclopride a été utilisé pour augmenter le rendement des légumes, le taux d’absorption de l’imidaclopride dans les légumes a augmenté avec l’augmentation de la quantité et du résidu d’imidaclopride15. En tant que culture vivrière majeure, la production et la salubrité du blé sont essentielles. Par conséquent, les politiques relatives aux résidus et à la distribution des pesticides utilisés pour le blé doivent être clarifiées.
Ces dernières années, de nombreuses méthodes ont été développées pour extraire les résidus d’imidaclopride de l’eau, du sol et des plantes. La méthode QuEChERS (rapide, facile, bon marché, efficace, robuste et sûre) est une nouvelle méthode qui combine la technologie de microextraction en phase solide et la technologie d’extraction en phase solide dispersée et implique l’utilisation de l’acétonitrile comme solvant d’extraction et l’élimination des impuretés mélangées et de l’eau dans l’échantillon en utilisant NaCl et MgSO4 anhydre, respectivement16. La méthode QuEChERS nécessite un minimum de verrerie et comporte des étapes expérimentales simples, ce qui en fait l’une des méthodes d’extraction de pesticides les plus populaires17. Pour la détection de l’imidaclopride, une limite de détection aussi basse que 1 × 10−9 g18 a été atteinte par chromatographie liquide (CL), et 1 × 10−11 g 19 a été atteinte par chromatographie en phase gazeuse (CG). En raison de leur haute résolution et de leur sensibilité, la LC-SM et la GC-MS ont montré des limites de détection imidaclopride encore plus faibles de 1 × 10-13 à 1 × 10-14 g20,21; Ces techniques sont donc bien adaptées à l’analyse des résidus d’imidaclopride à l’état de traces.
Dans la présente étude, l’imidaclopride a été choisi comme polluant cible, et le blé a été choisi comme culture d’essai pour étudier la distribution des résidus d’imidaclopride dans le blé. Ce protocole détaille une méthode pour l’analyse complète de l’enrichissement et du transfert du pesticide imidaclopride dans le blé en explorant l’absorption et le stockage de l’imidaclopride dans différentes parties des plants de blé cultivés dans des conditions hydroponiques. La présente étude vise à fournir une base théorique pour l’évaluation des risques liés aux résidus de pesticides dans le blé, à guider l’application rationnelle des pesticides dans les activités de production agricole afin de réduire les résidus de pesticides et à améliorer la sécurité de la production végétale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ces dernières années, des méthodes de prétraitement et de détection des résidus du pesticide imidaclopride ont été fréquemment signalées. Badawy et coll.23 ont utilisé la chromatographie liquide à haute performance pour déterminer la teneur en imidaclopride dans les tomates cultivées en serre et ont signalé une bonne linéarité pour l’imidaclopride dans la plage de 0,0125 à 0,15 μg/mL. Zhai et al.24 ont utilisé la LC-MS-MS pour étudier les résidus d?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n ° 42277039).
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).
