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Method Article
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.
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.
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 eMgSO 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.
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1. Germinazione dei semi di grano
Figura 1: Disinfezione dei semi di grano. I semi di grano sono stati immersi in una soluzione di H 2O 2al 10% (in un becher) per 15 minuti per disinfettare la superficie del seme. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Germinazione dei semi di grano. I semi di grano sono stati distribuiti uniformemente in una capsula di Petri di vetro contenente carta da filtro sterile umida. La capsula di Petri è stata posta in un incubatore climatico artificiale per germinare i semi di grano. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
2. Coltivazione di piantine di grano
Figura 3: Coltivazione idroponica delle piantine di grano. Le piantine di grano sono state coltivate idroponicamente per 0 giorni, 3 giorni e 7 giorni in 100 ml di 1/2 soluzione nutritiva Hoagland. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
3. Esperimento che espone le piante di grano alla soluzione di imidacloprid
4. Procedura per l'estrazione dell'imidacloprid dal frumento
Figura 4: Radici e foglie di grano triturate. Le radici e le foglie di grano fresco sono state triturate usando le forbici in pezzi di circa 1 cm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Estrazione di imidacloprid nelle foglie di grano. L'imidacloprid nei campioni è stato estratto utilizzando il metodo QuEChERS (fasi 4.2.1-4.2.4 del protocollo). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 6: Purificazione dell'imidacloprid nelle foglie di grano. Il decontaminante era 50 mg GCB + 150 mg MgSO4. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
5. Quantificazione dell'imidacloprid
Figura 7: Cromatogramma e spettrogramma di massa dell'imidacloprid nelle foglie di grano. Il pannello superiore mostra un cromatogramma di imidacloprid (tempo di ritenzione = 0,93 min). Il pannello inferiore mostra lo spettrogramma di massa di imidacloprid a 0,93 min, mostrando l'intensità di risposta della produzione (m/z = 208,8) di imidacloprid. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Temperatura della colonna | 40 °C |
Solvente A | 99,9% acqua/0,1% acido formico (v/v) |
Solvente B | acetonitrile |
Programma di eluizione | 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 min, A=20% | |
Portata (ml/min) | 0.3 |
Volume di iniezione (μL) | 5 |
Temperatura capillare (°C) | 330 |
Temperatura vaporizzatore (°C) | 350 |
Portata gas guaina (Arb) | 40 |
Portata gas ausiliaria (Arb) | 20 |
Tensione di spruzzo (V) | 3900 |
Pressione del gas di collisione (mTorr) | 1.5 |
Ione precursore | 256.1 |
Prodotto ion/Energia di collisione (eV) | 208.8/16 |
Tabella 1: Programma di eluizione e parametri della sorgente ionica del metodo cromatografia-spettrometria di massa liquida.
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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...
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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...
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Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse. Tutti gli autori hanno letto e approvato il manoscritto. Questo lavoro non è stato pubblicato in precedenza, né è stato preso in considerazione da nessun'altra rivista peer-reviewed.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (n. 42277039).
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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 |
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