Bepaling van de absorptie, translocatie en distributie van imidacloprid in tarwe

In de huidige agronomie is het gebruik van pesticiden essentieel om de gewasopbrengst te verhogen. Neonicotinoïde insecticiden veranderen de membraanpotentiaalbalans door nicotine-acetylcholinereceptoren in het zenuwstelsel van insecten te beheersen, waardoor de normale geleiding van het centrale zenuwstelsel van het insect wordt geremd, wat leidt tot de verlamming en de dood van de insecten¹. In vergelijking met traditionele insecticiden hebben neonicotinoïden voordelen zoals nieuwe werkingsmechanismen, hoge insecticide activiteit en sterke wortelabsorptie, waardoor ze zeer succesvol zijn in de pesticidenmarkt ^2,3. Het verkoopvolume van neonicotinoïden was in 2014 naar verluidt goed voor 27% van de wereldwijde pesticidenmarkt. De gemiddelde jaarlijkse groei van neonicotinoïden was 11,4% van 2005 tot 2010, waarvan ongeveer 7% werd geregistreerd in China ^4,5,6. Van eind 2016 tot de eerste helft van 2017 begon de verkoop van pesticiden in China zich te herstellen na een daling en bleven de prijzen van pesticiden stijgen, waaronder neonicotinoïde insecticiden een aanzienlijke prijsstijging vertoonden⁷. Tot nu toe zijn drie generaties neonicotinoïde insecticiden ontwikkeld, elk met pyridinechloride, thiazolyl en tetrahydrofurangroepen van nicotine, respectievelijk⁸.

Imidacloprid vertegenwoordigt de eerste generatie neonicotinoïde insecticiden, waarvan de molecuulformule C₉H₁₀ClN₅O₂ is, en is een kleurloos kristal. Imidacloprid wordt voornamelijk gebruikt om ongedierte te bestrijden, zoals bladluizen, planthoppers, meelwormen en trips⁹ en kan worden toegepast op gewassen zoals rijst, tarwe, maïs, katoen en groenten zoals aardappelen, evenals fruitbomen. Vanwege de langdurige, substantiële en voortdurende toepassing van pesticiden zijn zowel nuttige insecten als de natuurlijke vijanden van plagen snel verminderd en zijn sommige landbouwplagen resistent geworden tegen pesticiden, wat resulteert in een vicieuze cirkel van het toepassen van voortdurende en toenemende hoeveelheden pesticiden¹⁰. Bovendien heeft de uitgebreide toepassing van pesticiden geleid tot een verslechtering van de bodemkwaliteit, persistente residuen van bestrijdingsmiddelen in landbouwproducten en andere ecologische problemen, die niet alleen aanzienlijke schade toebrengen aan het ecologische milieu in de landbouw¹¹ , maar ook een ernstige bedreiging vormen voor de menselijke gezondheid¹². Het spuiten van pesticiden heeft een ernstige invloed op de groei en kwaliteit van bodemmicroben en bodemdieren¹³. Het onredelijke of buitensporige gebruik van pesticiden heeft aanzienlijke veiligheidsrisico’s veroorzaakt voor het bodem- en watermilieu, dieren en planten en zelfs het menselijk leven¹⁴. In de afgelopen jaren is het probleem van overmatige residuen van bestrijdingsmiddelen in gewassen ernstiger geworden met de uitgebreide toepassing van pesticiden. Wanneer imidacloprid werd gebruikt om de groenteopbrengst te verhogen, nam de absorptiesnelheid van imidacloprid in de groenten toe met de toename van de hoeveelheid en het residu van imidacloprid¹⁵. Als belangrijk voedselgewas zijn zowel de productie als de veiligheid van tarwe van cruciaal belang. Daarom moet het residu- en distributiebeleid van pesticiden die voor tarwe worden gebruikt, worden verduidelijkt.

In de afgelopen jaren zijn er veel methoden ontwikkeld om imidaclopridresten uit water, bodem en planten te halen. De QuEChERS-methode (snel, gemakkelijk, goedkoop, effectief, robuust en veilig) is een nieuwe methode die vaste-fase micro-extractietechnologie en gedispergeerde vaste-fase extractietechnologie combineert en omvat het gebruik van acetonitril als extractieoplosmiddel en de verwijdering van gemengde onzuiverheden en water in het monster met behulp van NaCl en watervrij MgSO₄, respectievelijk¹⁶. De QuEChERS-methode vereist minimaal glaswerk en heeft eenvoudige experimentele stappen, waardoor het een van de meest populaire pesticide-extractiemethoden is¹⁷. Voor de detectie van imidacloprid is een detectiegrens van slechts 1 × 10−9 g¹⁸ bereikt met vloeistofchromatografie (LC) en 1 × 10⁻¹¹ g ¹⁹ met gaschromatografie (GC). Vanwege hun hoge resolutie en gevoeligheid hebben LC-MS en GC-MS nog lagere imidaclopriddetectielimieten van 1 × 10-13 tot 1 × ^10-14 g^20,21 laten zien; Deze technieken zijn daarom zeer geschikt voor de analyse van sporenresiduen van imidacloprid.

In deze studie werd imidacloprid gekozen als de doelverontreinigende stof en tarwe werd geselecteerd als het testgewas om de verdeling van imidaclopridresiduen in tarwe te bestuderen. Dit protocol beschrijft een methode voor de uitgebreide analyse van de verrijking en overdracht van het bestrijdingsmiddel imidacloprid in tarwe door de absorptie en opslag van imidacloprid in verschillende delen van tarweplanten die onder hydroponische omstandigheden worden gekweekt, te onderzoeken. Deze studie heeft tot doel een theoretische basis te bieden voor de risicobeoordeling van residuen van bestrijdingsmiddelen in tarwe, de rationele toepassing van pesticiden in landbouwproductieactiviteiten te begeleiden om residuen van bestrijdingsmiddelen te verminderen en de veiligheid van de gewasproductie te verbeteren.