Bestimmung der Absorption, Translokation und Verteilung von Imidacloprid in Weizen

In der heutigen Agronomie ist der Einsatz von Pestiziden unerlässlich, um den Ernteertrag zu steigern. Neonicotinoid-Insektizide verändern das Gleichgewicht des Membranpotentials, indem sie nikotinische Acetylcholinrezeptoren im Nervensystem der Insekten kontrollieren und dadurch die normale Leitung des zentralen Nervensystems der Insekten hemmen, was zur Lähmung und zum Tod der Insekten führt¹. Im Vergleich zu herkömmlichen Insektiziden haben Neonicotinoide Vorteile wie neuartige Wirkmechanismen, eine hohe insektizide Aktivität und eine starke Wurzelabsorption, was sie auf dem Pestizidmarkt sehr erfolgreich macht ^2,3. Das Verkaufsvolumen von Neonicotinoiden machte 2014 Berichten zufolge 27 % des Weltmarktes für Pestizide aus. Die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von Neonicotinoiden betrug von 2005 bis 2010 11,4 %, von denen etwa 7 % in China registriert wurden ^4,5,6. Von Ende 2016 bis zum ersten Halbjahr 2017 erholten sich die Verkäufe von Pestiziden in China nach einem Rückgang, und die Preise für Pestizide stiegen weiter an, wobei die Preise für Neonicotinoid-Insektizide einen deutlichen Preisanstieg verzeichneten⁷. Bisher wurden drei Generationen von Neonicotinoid-Insektiziden entwickelt, die jeweils Pyridinchlorid-, Thiazolyl- und Tetrahydrofuran-Nikotingruppen enthalten⁸.

Imidacloprid repräsentiert die erste Generation von Neonicotinoid-Insektiziden, deren Summenformel C₉H₁₀ClN_{5O 2} lautet und ein farbloser Kristall ist. Imidacloprid wird hauptsächlich zur Bekämpfung von Schädlingen wie Blattläusen, Zikaden, Mehlwürmern und Thripsen^verwendet 9 und kann auf Nutzpflanzen wie Reis, Weizen, Mais, Baumwolle und Gemüse wie Kartoffeln sowie Obstbäume angewendet werden. Aufgrund der langfristigen, umfangreichen und kontinuierlichen Anwendung von Pestiziden wurden sowohl nützliche Insekten als auch die natürlichen Feinde von Schädlingen schnell reduziert, und einige landwirtschaftliche Schädlinge sind resistent gegen Pestizide geworden, was zu einem Teufelskreis der kontinuierlichen und zunehmenden Anwendung von Pestiziden führt¹⁰. Darüber hinaus hat der umfangreiche Einsatz von Pestiziden zu einer Verschlechterung der Bodenqualität, zu persistenten Pestizidrückständen in landwirtschaftlichen Erzeugnissen und zu anderen ökologischen Problemen geführt, die nicht nur erhebliche Schäden an der ökologischen Umwelt der Landwirtschaft verursachen¹¹, sondern auch eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellen¹². Das Versprühen von Pestiziden beeinträchtigt das Wachstum und die Qualität von Bodenmikroben und Bodentieren^{erheblich 13}. Der unangemessene oder übermäßige Einsatz von Pestiziden hat zu erheblichen Sicherheitsrisiken für die Boden- und Wasserumwelt, für Tiere und Pflanzen und sogar für das menschliche Leben geführt¹⁴. In den letzten Jahren hat sich das Problem der übermäßigen Pestizidrückstände in Nutzpflanzen durch den umfangreichen Einsatz von Pestiziden verschärft. Wenn Imidacloprid zur Steigerung des Gemüseertrags angewendet wurde, stieg die Absorptionsrate von Imidacloprid im Gemüse mit der Zunahme der Menge und des Rückstands von Imidacloprid¹⁵. Da es sich um eine wichtige Nahrungspflanze handelt, sind sowohl die Produktion als auch die Sicherheit von Weizen von entscheidender Bedeutung. Daher müssen die Rückstands- und Verteilungspolitik von Pestiziden, die für Weizen verwendet werden, geklärt werden.

In den letzten Jahren wurden viele Methoden entwickelt, um Imidacloprid-Rückstände aus Wasser, Boden und Pflanzen zu extrahieren. Die QuEChERS-Methode (schnell, einfach, billig, effektiv, robust und sicher) ist eine neue Methode, die die Festphasen-Mikroextraktionstechnologie und die dispergierte Festphasenextraktionstechnologie kombiniert und die Verwendung von Acetonitril als Extraktionslösungsmittel und die Entfernung von gemischten Verunreinigungen und Wasser in der Probe mit NaCl bzw. wasserfreiem MgSO₄ beinhaltet¹⁶. Die QuEChERS-Methode erfordert nur minimale Glaswaren und hat einfache experimentelle Schritte, was sie zu einer der beliebtesten Methoden zur Extraktion von Pestiziden^{macht 17}. Für den Nachweis von Imidacloprid wurde mit der Flüssigchromatographie (LC) eine Nachweisgrenze von nur 1 × 10−9 g¹⁸ und mit der Gaschromatographie (GC) 1 × 10⁻¹¹ g ¹⁹ erreicht. Aufgrund ihrer hohen Auflösung und Sensitivität haben LC-MS und GC-MS noch niedrigere Imidacloprid-Nachweisgrenzen von 1 × 10-13 bis 1 × ^10-14 g^{gezeigt 20,21}; Diese Techniken eignen sich daher gut für die Analyse von Imidacloprid-Rückständen.

In der vorliegenden Studie wurde Imidacloprid als Zielschadstoff und Weizen als Versuchspflanze ausgewählt, um die Verteilung von Imidacloprid-Rückständen in Weizen zu untersuchen. Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur umfassenden Analyse der Anreicherung und des Transfers des Pestizids Imidacloprid in Weizen, indem die Absorption und Lagerung von Imidacloprid in verschiedenen Teilen von Weizenpflanzen untersucht wird, die unter hydroponischen Bedingungen angebaut werden. Ziel der vorliegenden Studie ist es, eine theoretische Grundlage für die Risikobewertung von Pestizidrückständen in Weizen zu schaffen, den rationellen Einsatz von Pestiziden in der landwirtschaftlichen Produktion zu steuern, um Pestizidrückstände zu reduzieren, und die Sicherheit der Pflanzenproduktion zu verbessern.