Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь представлен протокол определения абсорбции, транслокации и распределения имидаклоприда в пшенице в гидропонных условиях с использованием жидкостной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии (ЖХ-МС-МС). Результаты показали, что имидаклоприд может поглощаться пшеницей, и имидаклоприд был обнаружен как в корнях, так и в листьях пшеницы.
Неоникотиноиды, класс инсектицидов, широко используются из-за их новых способов действия, высокой инсектицидной активности и сильного поглощения корней. Имидаклоприд, наиболее широко используемый инсектицид во всем мире, является репрезентативным неоникотиноидом первого поколения и используется для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, овощей и фруктовых деревьев. При таком широком применении имидаклоприда его остатки в сельскохозяйственных культурах привлекают все большее внимание. В настоящем исследовании 15 проростков пшеницы помещали в питательную среду, содержащую 0,5 мг/л или 5 мг/л имидаклоприда для гидрокультуры. Содержание имидаклоприда в корнях и листьях пшеницы определяли через 1 день, 2 дня и 3 дня гидрокультуры для изучения миграции и распределения имидаклоприда в пшенице. Результаты показали, что имидаклоприд был обнаружен как в корнях, так и в листьях растения пшеницы, причем содержание имидаклоприда в корнях было выше, чем в листьях. Кроме того, концентрация имидаклоприда в пшенице увеличивалась с увеличением времени воздействия. После 3 дней воздействия корни и листья пшеницы в группе лечения 0,5 мг/л содержали 4,55 мг/кг ± 1,45 мг/кг и 1,30 мг/кг ± 0,08 мг/кг имидаклоприда, соответственно, в то время как корни и листья группы лечения 5 мг/л содержали 42,5 мг/кг ± 0,62 мг/кг и 8,71 мг/кг ± 0,14 мг/кг имидаклоприда, соответственно. Результаты настоящего исследования позволяют лучше понять остатки пестицидов в сельскохозяйственных культурах и служат справочными данными для оценки экологического риска, связанного с пестицидами.
В современной агрономии использование пестицидов имеет важное значение для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Неоникотиноидные инсектициды изменяют баланс мембранных потенциалов, контролируя никотиновые ацетилхолиновые рецепторы в нервной системе насекомых, тем самым ингибируя нормальную проводимость центральной нервной системы насекомого, что приводит к параличу и гибели насекомых1. По сравнению с традиционными инсектицидами неоникотиноиды обладают такими преимуществами, как новые способы действия, высокая инсектицидная активность и сильное поглощение корней, что делает их очень успешными на рынке пестицидов 2,3. Сообщается, что объем продаж неоникотиноидов составил 27% мирового рынка пестицидов в 2014 году. Среднегодовой темп роста неоникотиноидов составил 11,4% с 2005 по 2010 год, из которых около 7% было зарегистрировано в Китае 4,5,6%. С конца 2016 года по первое полугодие 2017 года продажи пестицидов в Китае начали восстанавливаться после падения, а цены на пестициды продолжали расти, среди которых значительный рост цен показали неоникотиноидные инсектициды7. К настоящему времени было разработано три поколения неоникотиноидных инсектицидов, каждое из которых содержит пиридинхлоридные, тиазолиловые и тетрагидрофурановые группы никотина, соответственно8.
Имидаклоприд представляет собой первое поколение неоникотиноидных инсектицидов, молекулярная формула которых C9H10ClN5O2 и представляет собой бесцветный кристалл. Имидаклоприд используется в основном для борьбы с вредителями, такими как тля, кузнечики, мучные черви и трипсы9 , и может применяться к таким культурам, как рис, пшеница, кукуруза, хлопок и овощи, такие как картофель, а также фруктовые деревья. Из-за долгосрочного, существенного и постоянного применения пестицидов количество как полезных насекомых, так и естественных врагов вредителей быстро сократилось, а некоторые сельскохозяйственные вредители стали устойчивыми к пестицидам, что привело к порочному кругу применения постоянных и растущих количеств пестицидов10. Кроме того, широкое применение пестицидов привело к ухудшению качества почвы, стойким остаткам пестицидов в сельскохозяйственной продукции и другим экологическим проблемам, которые не только наносят значительный ущерб сельскохозяйственной экологической среде11, но и представляют серьезную угрозу здоровью человека12. Распыление пестицидов серьезно влияет на рост и качество почвенных микробов и почвенных животных13. Необоснованное или чрезмерное использование пестицидов создало значительные риски для безопасности почвы и водной среды, животных и растений и даже жизни человека14. В последние годы проблема избыточных остатков пестицидов в сельскохозяйственных культурах стала более острой в связи с широким применением пестицидов. Когда имидаклоприд использовался для повышения урожайности овощей, скорость абсорбции имидаклоприда в овощах увеличивалась с увеличением количества и остатка имидаклоприда15. Поскольку пшеница является основной продовольственной культурой, ее производство и безопасность имеют решающее значение. Поэтому необходимо уточнить остатки и политику распределения пестицидов, используемых для пшеницы.
В последние годы было разработано множество методов извлечения остатков имидаклоприда из воды, почвы и растений. Метод QuEChERS (быстрый, простой, дешевый, эффективный, прочный и безопасный) представляет собой новый метод, который сочетает в себе технологию твердофазной микроэкстракции и технологию дисперсной твердофазной экстракции и включает использование ацетонитрила в качестве экстракционного растворителя и удаление смешанных примесей и воды в образце с использованием NaCl и безводного MgSO4 соответственно16. Метод QuEChERS требует минимального количества стеклянной посуды и имеет простые экспериментальные этапы, что делает его одним из самых популярных методов экстракции пестицидов17. Для обнаружения имидаклоприда предел обнаружения составляет всего 1 × 10−9 г18 был достигнут с помощью жидкостной хроматографии (ЖК), а 1 × 10−11 г 19 был достигнут с помощью газовой хроматографии (ГХ). Благодаря высокой разрешающей способности и чувствительности ЖК-МС и ГХ-МС показали еще более низкие пределы обнаружения имидаклоприда от 1 × 10-13 до 1 × 10-14 г 20,21; Таким образом, эти методы хорошо подходят для анализа следовых остатков имидаклоприда.
В настоящем исследовании имидаклоприд был выбран в качестве целевого загрязнителя, а пшеница была выбрана в качестве тестовой культуры для изучения распределения остатков имидаклоприда в пшенице. В этом протоколе подробно описывается метод всестороннего анализа обогащения и переноса пестицида имидаклоприда в пшенице путем изучения поглощения и хранения имидаклоприда в различных частях растений пшеницы, выращенных в условиях гидропоники. Настоящее исследование направлено на то, чтобы обеспечить теоретическую основу для оценки риска остатков пестицидов в пшенице, руководство по рациональному применению пестицидов в сельскохозяйственной производственной деятельности для сокращения остатков пестицидов и повышения безопасности растениеводства.
1. Проращивание семян пшеницы
Рисунок 1: Обеззараживание семян пшеницы. Семена пшеницы замачивали в 10% растворе H 2O2 (в стакане) на 15 мин для обеззараживания поверхности семян. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Проращивание семян пшеницы. Семена пшеницы равномерно распределяли в стеклянной чашке Петри, содержащей влажную стерильную фильтровальную бумагу. Чашка Петри была помещена в инкубатор с искусственным климатом для проращивания семян пшеницы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Выращивание проростков пшеницы
Рисунок 3: Гидропонное выращивание проростков пшеницы. Проростки пшеницы выращивали на гидропонике в течение 0 дней, 3 дней и 7 дней в 100 мл 1/2 питательного раствора Hoagland. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
3. Поэкспериментируйте, подвергая растения пшеницы воздействию раствора имидаклоприда
4. Порядок извлечения имидаклоприда из пшеницы
Рисунок 4: Измельченные корни и листья пшеницы. Свежие корни и листья пшеницы измельчали ножницами примерно на кусочки размером примерно 1 см. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Экстракция имидаклоприда в листьях пшеницы. Имидаклоприд в образцах был выделен с помощью метода QuEChERS (этапы 4.2.1-4.2.4 протокола). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Очистка имидаклоприда в листьях пшеницы. Обеззараживающее вещество составляло 50 мг GCB + 150 мг MgSO4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
5. Количественная оценка имидаклоприда
Рисунок 7: Хроматограмма и масс-спектрограмма имидаклоприда в листьях пшеницы. На верхней панели показана хроматограмма имидаклоприда (время удержания = 0,93 мин). На нижней панели показана масс-спектрограмма имидаклоприда через 0,93 мин, показывающая интенсивность отклика продукции (m/z = 208,8) имидаклоприда. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Температура колонны | 40 °С |
Растворитель А | 99,9% воды/0,1% муравьиной кислоты (об./об.) |
Растворитель Б | ацетонитрил |
Программа элюции | 0–0,5 мин, А = 20% |
0,5–2 мин, А = 20–50% | |
2–3 мин, А = 50% | |
3–3,1 мин, А = 50–20% | |
3,1–5 мин, А=20% | |
Расход (мл/мин) | 0.3 |
Объем впрыска (мкл) | 5 |
Температура капилляров (°C) | 330 |
Температура испарителя (°C) | 350 |
Расход газа в оболочке (Arb) | 40 |
Расход вспомогательного газа (Arb) | 20 |
Напряжение распыления (В) | 3900 |
Давление ударного газа (мТорр) | 1.5 |
Ион-предшественник | 256.1 |
Ион продукта/энергия столкновения (эВ) | 208.8/16 |
Таблица 1: Программа элюирования и параметры источника ионов методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии.
Инструментальный предел обнаружения (LOD) имидаклоприда составлял 5,76 × 10−14 г, а LOD имидаклоприда в корне или листе пшеницы составлял 0,01 мкг/кг; Матричного эффекта не наблюдалось. Восстановительные урожаи имидаклоприда в пшенице приведены в таблице 2. Выход имидаклоприда и?...
В последние годы часто сообщалось о методах предварительной обработки и обнаружения остатков пестицида имидаклоприда. Badawy et al.23 использовали высокоэффективную жидкостную хроматографию для определения содержания имидаклоприда в плодах томатов, выращенных в тепличных ус...
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов. Все авторы прочитали и одобрили рукопись. Эта работа не была опубликована ранее и не рассматривается каким-либо другим рецензируемым журналом.
Работа выполнена при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (No 42277039).
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены