Determinazione dell'assorbimento, della traslocazione e della distribuzione dell'imidacloprid nel frumento

Summary

Qui è presentato un protocollo per la determinazione dell’assorbimento, della traslocazione e della distribuzione dell’imidacloprid nel grano in condizioni idroponiche utilizzando cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem (LC-MS-MS). I risultati hanno mostrato che l’imidacloprid può essere assorbito dal grano e l’imidacloprid è stato rilevato sia nelle radici che nelle foglie del grano.

Abstract

I neonicotinoidi, una classe di insetticidi, sono ampiamente utilizzati a causa delle loro nuove modalità d’azione, dell’elevata attività insetticida e del forte assorbimento delle radici. L’imidacloprid, l’insetticida più utilizzato in tutto il mondo, è un neonicotinoide rappresentativo di prima generazione e viene utilizzato nel controllo dei parassiti per colture, verdure e alberi da frutto. Con un’applicazione così ampia di imidacloprid, il suo residuo nelle colture ha attirato un controllo crescente. Nel presente studio, 15 piantine di grano sono state poste in un terreno di coltura contenente 0,5 mg / L o 5 mg / L di imidacloprid per l’idrocoltura. Il contenuto di imidacloprid nelle radici e nelle foglie di grano è stato determinato dopo 1 giorno, 2 giorni e 3 giorni di idrocoltura per esplorare la migrazione e la distribuzione dell’imidacloprid nel grano. I risultati hanno mostrato che l’imidacloprid è stato rilevato sia nelle radici che nelle foglie della pianta di grano e il contenuto di imidacloprid nelle radici era superiore a quello nelle foglie. Inoltre, la concentrazione di imidacloprid nel grano aumentava con l’aumentare del tempo di esposizione. Dopo 3 giorni di esposizione, le radici e le foglie del frumento nel gruppo di trattamento 0,5 mg/L contenevano rispettivamente 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg e 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg di imidacloprid, mentre le radici e le foglie del gruppo di trattamento da 5 mg/L contenevano rispettivamente 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg e 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg di imidacloprid, rispettivamente. I risultati del presente studio consentono una migliore comprensione dei residui di pesticidi nelle colture e forniscono un riferimento per la valutazione del rischio ambientale dei pesticidi.

Introduction

Nell’agronomia attuale, l’uso di pesticidi è essenziale per aumentare la resa delle colture. Gli insetticidi neonicotinoidi alterano l’equilibrio potenziale della membrana controllando i recettori nicotinici dell’acetilcolina nel sistema nervoso degli insetti, inibendo così la normale conduzione del sistema nervoso centrale degli insetti, portando alla paralisi e alla morte degli insetti¹. Rispetto agli insetticidi tradizionali, i neonicotinoidi presentano vantaggi quali nuove modalità d’azione, elevata attività insetticida e forte assorbimento delle radici, che li rendono di grande successo nel mercato dei pesticidi ^2,3. Il volume delle vendite di neonicotinoidi è stato segnalato per rappresentare il 27% del mercato mondiale dei pesticidi nel 2014. Il tasso di crescita medio annuo dei neonicotinoidi è stato dell’11,4% dal 2005 al 2010, di cui circa il 7% è stato registrato in Cina ^4,5,6. Dalla fine del 2016 alla prima metà del 2017, le vendite di pesticidi in Cina hanno iniziato a rimbalzare dopo il calo e i prezzi dei pesticidi hanno continuato a salire, tra cui gli insetticidi neonicotinoidi hanno mostrato un significativo aumento dei prezzi⁷. Finora sono state sviluppate tre generazioni di insetticidi neonicotinoidi, ciascuno contenente gruppi di cloruro di piridina, tiazolile e tetraidrofurano di nicotina, rispettivamente⁸.

L’imidacloprid rappresenta la prima generazione di insetticidi neonicotinoidi, la cui formula molecolare è C₉H₁₀ClN₅O₂, ed è un cristallo incolore. L’imidacloprid è usato principalmente per controllare i parassiti, come afidi, cavallette, vermi della farina e tripidi⁹ e può essere applicato a colture come riso, grano, mais, cotone e verdure come patate e alberi da frutto. A causa dell’applicazione a lungo termine, sostanziale e continua dei pesticidi, sia gli insetti utili che i nemici naturali dei parassiti sono stati rapidamente ridotti e alcuni parassiti agricoli sono diventati resistenti ai pesticidi, con conseguente circolo vizioso di applicazione continua e crescente di quantità di pesticidi¹⁰. Inoltre, l’applicazione estensiva di pesticidi ha portato al deterioramento della qualità del suolo, residui persistenti di pesticidi nei prodotti agricoli e altri problemi ecologici, che non solo causano danni significativi all’ambiente ecologico agricolo¹¹ , ma rappresentano anche una grave minaccia per la salute umana¹². L’irrorazione di pesticidi influisce gravemente sulla crescita e sulla qualità dei microbi del suolo e degli animali del suolo¹³. L’uso irragionevole o eccessivo di pesticidi ha causato notevoli rischi per la sicurezza del suolo e dell’ambiente idrico, degli animali e delle piante e persino della vita umana¹⁴. Negli ultimi anni, il problema dell’eccessivo residuo di pesticidi nelle colture è diventato più grave con l’applicazione estensiva di pesticidi. Quando l’imidacloprid è stato utilizzato per aumentare la resa vegetale, il tasso di assorbimento di imidacloprid nelle verdure è aumentato con l’aumento della quantità e del residuo di imidacloprid¹⁵. Essendo una delle principali colture alimentari, sia la produzione che la sicurezza del grano sono fondamentali. Pertanto, è necessario chiarire le politiche di distribuzione e dei residui dei pesticidi utilizzati per il grano.

Negli ultimi anni, sono stati sviluppati molti metodi per estrarre residui di imidacloprid dall’acqua, dal suolo e dalle piante. Il metodo QuEChERS (rapido, facile, economico, efficace, robusto e sicuro) è un nuovo metodo che combina la tecnologia di microestrazione in fase solida e la tecnologia di estrazione in fase solida dispersa e prevede l’uso di acetonitrile come solvente di estrazione e la rimozione di impurità miste e acqua nel campione utilizzando rispettivamente NaCl e_{MgSO 4} anidro¹⁶. Il metodo QuEChERS richiede vetreria minima e ha semplici passaggi sperimentali, rendendolo uno dei metodi di estrazione dei pesticidi più popolari¹⁷. Per la rilevazione di imidacloprid, è stato raggiunto un limite di rilevazione di 1 × 10−9 g¹⁸ con la cromatografia liquida (LC) e 1 × 10⁻¹¹ g ¹⁹ è stato raggiunto con la gascromatografia (GC). Grazie alla loro elevata risoluzione e sensibilità, LC-MS e GC-MS hanno mostrato limiti di rilevazione dell’imidacloprid ancora più bassi da 1 × 10-13 a 1 × ^10-14 g ^20,21; Queste tecniche sono quindi adatte per l’analisi di tracce di residui di imidacloprid.

Nel presente studio, l’imidacloprid è stato scelto come inquinante bersaglio e il grano è stato selezionato come coltura di prova per studiare la distribuzione dei residui di imidacloprid nel grano. Questo protocollo descrive un metodo per l’analisi completa dell’arricchimento e del trasferimento del pesticida imidacloprid nel frumento esplorando l’assorbimento e lo stoccaggio dell’imidacloprid in diverse parti delle piante di grano coltivate in condizioni idroponiche. Il presente studio mira a fornire una base teorica per la valutazione del rischio dei residui di pesticidi nel grano, guidare l’applicazione razionale dei pesticidi nelle attività di produzione agricola per ridurre i residui di pesticidi e migliorare la sicurezza della produzione agricola.

Protocol

1. Germinazione dei semi di grano Seleziona 1.000 semi di grano (Jimai 20) con granuli completi, embrioni intatti e dimensioni uniformi (lunghezza: 6 mm ± 0,5 mm). Trasferire 333,3 mL di soluzione al 30% di H 2 O 2 in un matraccio tarato da 1 L e diluire con acqua deionizzata per preparare 1 L di soluzione al 10% di H 2 O2. Immergere i semi di grano in una soluzione di H2 O2 al 10% per 15 minuti per disinfettare la sup…

Representative Results

Il limite strumentale di rilevazione (LOD) di imidacloprid era 5,76 × 10−14 g, e il LOD del metodo di imidacloprid nella radice o foglia di grano era di 0,01 μg/kg; Non è stato osservato alcun effetto matrice. Le rese recuperate di imidacloprid nel frumento sono indicate nella tabella 2. Le rese di recupero dell’imidacloprid dalle radici di frumento esposte a concentrazioni di imidacloprid di 0,5 mg/L e 5 mg/L sono state rispettivamente del 94,0%-97,6% e del 98,8%-99,2%; I coefficienti di…

Discussion

Negli ultimi anni sono stati frequentemente riportati metodi per il pretrattamento e l’individuazione dei residui del pesticida imidacloprid. Badawy et ^al.23 hanno utilizzato la cromatografia liquida ad alte prestazioni per determinare il contenuto di imidacloprid nei frutti di pomodoro coltivati in condizioni di serra e hanno riportato una buona linearità per l’imidacloprid nell’intervallo 0,0125-0,15 μg / ml. Zhai et ^al.24 hanno usato LC-MS-MS per studiare il residuo di…

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