קביעת קליטה, טרנסלוקציה והפצה של אימידקלופריד בחיטה

באגרונומיה של ימינו, השימוש בחומרי הדברה חיוני להגדלת תנובת היבול. קוטלי חרקים ניאוניקוטינואידים משנים את האיזון הפוטנציאלי של הממברנה על ידי שליטה בקולטני אצטילכולין ניקוטיניים במערכת העצבים של החרקים, ובכך מעכבים את ההולכה הרגילה של מערכת העצבים המרכזית של החרק, מה שמוביל לשיתוק ומוות של החרקים¹. בהשוואה לקוטלי חרקים מסורתיים, לנאוניקוטינואידים יש יתרונות כגון דרכי פעולה חדשניות, פעילות קוטלת חרקים גבוהה וספיגת שורשים חזקה, מה שהופך אותם למוצלחים מאוד בשוק חומרי ההדברה ^2,3. היקף המכירות של ניאוניקוטינואידים דווח כ-27% משוק חומרי ההדברה העולמי בשנת 2014. שיעור הגידול השנתי הממוצע של ניאוניקוטינואידים היה 11.4% בין השנים 2005 ל -2010, מתוכם כ -7% נרשמו בסין ^4,5,6. מסוף 2016 ועד המחצית הראשונה של 2017, מכירות חומרי ההדברה בסין החלו להתאושש לאחר ירידה, ומחירי חומרי ההדברה המשיכו לעלות, ביניהם קוטלי חרקים ניאוניקוטינואידים הראו עליית מחירים משמעותית⁷. עד כה פותחו שלושה דורות של קוטלי חרקים ניאוניקוטינואידים, שכל אחד מהם מכיל קבוצות ניקוטין פירידין כלוריד, תיאזוליל, וטטרהידרופורן, בהתאמה⁸.

Imidacloprid מייצג את הדור הראשון של קוטלי חרקים neonicotinoid, אשר הנוסחה המולקולרית שלה היא C₉H₁₀ClN₅O₂, והוא גביש חסר צבע. אימידקלופריד משמש בעיקר להדברת מזיקים, כגון כנימות, פלנטהופרים, תולעי קמח ותריפס⁹ וניתן ליישם אותו על גידולים כגון אורז, חיטה, תירס, כותנה וירקות כגון תפוחי אדמה, כמו גם עצי פרי. בשל היישום ארוך הטווח, המשמעותי והמתמשך של חומרי הדברה, הן החרקים המועילים והן האויבים הטבעיים של המזיקים צומצמו במהירות, וחלק מהמזיקים החקלאיים הפכו עמידים לחומרי הדברה, וכתוצאה מכך נוצר מעגל קסמים של שימוש מתמשך והולך בכמויות של חומרי הדברה¹⁰. בנוסף, היישום הנרחב של חומרי הדברה הביא להידרדרות באיכות הקרקע, לשאריות מתמשכות של חומרי הדברה בתוצרת חקלאית ולבעיות אקולוגיות אחרות, שלא זו בלבד שהן גורמות נזק משמעותי לסביבה האקולוגית החקלאית¹¹ אלא גם מהוות איום חמור על בריאות האדם¹². ריסוס חומרי הדברה פוגע קשות בגדילה ובאיכות של מיקרובי קרקע ובעלי חיים בקרקע¹³. שימוש בלתי סביר או מופרז בחומרי הדברה גרם לסיכונים ביטחוניים משמעותיים לקרקע ולמים, לבעלי חיים ולצמחים ואף לחיי אדם¹⁴. בשנים האחרונות החריפה בעיית שאריות היתר של חומרי הדברה בגידולים חקלאיים עם השימוש הנרחב בחומרי הדברה. כאשר השתמשו באימידקלופריד להגדלת תנובת הירקות, שיעור הספיגה של אימידקלופריד בירקות עלה עם העלייה בכמות ובשאריות של אימידקלופריד¹⁵. כיבול מזון עיקרי, הן הייצור והן הבטיחות של חיטה הם קריטיים. לכן, יש להבהיר את מדיניות השאריות וההפצה של חומרי הדברה המשמשים לחיטה.

בשנים האחרונות פותחו שיטות רבות למיצוי שאריות אימידקלופריד ממים, אדמה וצמחים. שיטת QuEChERS (מהירה, קלה, זולה, יעילה, מוקשחת ובטוחה) היא שיטה חדשה המשלבת טכנולוגיית מיקרו-מיצוי בשלב מוצק וטכנולוגיית מיצוי שלב מוצק מפוזר וכוללת שימוש באצטוניטריל כממס מיצוי והסרת זיהומים ומים מעורבים בדגימה באמצעות NaCl ו- MgSO₄ נטול מים, בהתאמה¹⁶. שיטת QuEChERS דורשת מינימום כלי זכוכית וכוללת שלבים ניסיוניים פשוטים, מה שהופך אותה לאחת משיטות מיצוי חומרי ההדברה הפופולריות ביותר¹⁷. עבור זיהוי של imidacloprid, מגבלת גילוי נמוכה כמו 1 × 10-9 גרם¹⁸ הושגה עם כרומטוגרפיה נוזלית (LC), ו 1 × ^{10-11 גרם 19} הושג עם כרומטוגרפיית גז (GC). בשל הרזולוציה הגבוהה והרגישות שלהם, LC-MS ו- GC-MS הראו מגבלות זיהוי imidacloprid נמוכות עוד יותר של 1 × 10-13 ל- 1 × ^10-14 גרם^20,21; טכניקות אלה, אם כן, מתאימות היטב לניתוח של עקבות imidacloprid שאריות.

במחקר הנוכחי, אימידקלופריד נבחר כמזהם המטרה, וחיטה נבחרה כיבול הניסוי לחקר התפלגות שאריות אימידקלופריד בחיטה. פרוטוקול זה מפרט שיטה לניתוח מקיף של העשרה והעברה של חומר ההדברה אימידקלופריד בחיטה על ידי בחינת קליטה ואחסון של אימידקלופריד בחלקים שונים של צמחי חיטה הגדלים בתנאים הידרופוניים. המחקר הנוכחי נועד לספק בסיס תיאורטי להערכת סיכונים של שאריות חומרי הדברה בחיטה, להנחות את היישום הרציונלי של חומרי הדברה בפעילות הייצור החקלאי כדי להפחית את שאריות חומרי ההדברה ולשפר את בטיחות ייצור היבול.