Özet

Determinação da absorção, translocação e distribuição do imidaclopride em trigo

Published: April 28, 2023
doi:

Özet

Apresenta-se um protocolo para a determinação da absorção, translocação e distribuição do imidaclopride em trigo sob condições hidropônicas usando cromatografia líquida-espectrometria de massas em tandem (LC-MS-MS). Os resultados mostraram que o imidaclopride pode ser absorvido pelo trigo, e o imidaclopride foi detectado tanto nas raízes quanto nas folhas do trigo.

Abstract

Os neonicotinóides, uma classe de inseticidas, são amplamente utilizados devido aos seus novos modos de ação, alta atividade inseticida e forte absorção de raízes. O imidaclopride, o inseticida mais utilizado em todo o mundo, é um neonicotinóide representativo de primeira geração e é usado no controle de pragas de culturas, hortaliças e árvores frutíferas. Com uma aplicação tão ampla do imidaclopride, seu resíduo nas lavouras tem atraído cada vez mais escrutínio. No presente estudo, 15 mudas de trigo foram colocadas em meio de cultura contendo 0,5 mg/L ou 5 mg/L de imidaclopride para hidrocultivo. O teor de imidaclopride nas raízes e folhas do trigo foi determinado após 1 dia, 2 dias e 3 dias de hidrocultivo para explorar a migração e distribuição do imidaclopride no trigo. Os resultados mostraram que o imidaclopride foi detectado tanto nas raízes quanto nas folhas da planta de trigo, e o teor de imidaclopride nas raízes foi maior do que nas folhas. Além disso, a concentração de imidaclopride no trigo aumentou com o aumento do tempo de exposição. Após 3 dias de exposição, as raízes e folhas do trigo do grupo de tratamento 0,5 mg/L continham 4,55 mg/kg ± 1,45 mg/kg e 1,30 mg/kg ± 0,08 mg/kg de imidacloprido, respectivamente, enquanto as raízes e folhas do grupo de tratamento 5 mg/L continham 42,5 mg/kg ± 0,62 mg/kg e 8,71 mg/kg ± 0,14 mg/kg de imidacloprido, respectivamente. Os resultados do presente estudo permitem um melhor entendimento dos resíduos de agrotóxicos nas culturas e fornecem uma referência de dados para a avaliação de risco ambiental de agrotóxicos.

Introduction

Na agronomia atual, o uso de agrotóxicos é essencial para aumentar a produtividade das culturas. Os inseticidas neonicotinóides alteram o equilíbrio do potencial de membrana pelo controle dos receptores nicotínicos de acetilcolina no sistema nervoso dos insetos, inibindo a condução normal do sistema nervoso central dos insetos, levando à paralisia e morte dos insetos1. Os neonicotinóides, comparados aos inseticidas tradicionais, apresentam vantagens como novos modos de ação, alta atividade inseticida e forte absorção radicular, tornando-os altamente bem-sucedidos no mercado de agrotóxicos 2,3. O volume de vendas de neonicotinóides representou 27% do mercado mundial de pesticidas em 2014. A taxa média de crescimento anual dos neonicotinóides foi de 11,4% de 2005 a 2010, dos quais cerca de 7% foram registrados na China 4,5,6. Do final de 2016 ao primeiro semestre de 2017, as vendas de pesticidas na China começaram a se recuperar após queda, e os preços dos pesticidas continuaram a subir, entre os quais os inseticidas neonicotinoides apresentaram um aumento significativo de preços7. Até o momento, três gerações de inseticidas neonicotinóides foram desenvolvidas, cada uma contendo os grupos nicotina cloreto de piridina, tiazolilo e tetraidrofurano, respectivamente8.

O imidaclopride representa a primeira geração de inseticidas neonicotinóides, cuja fórmula molecular é C9H10ClN5O2, e é um cristal incolor. O imidaclopride é usado principalmente no controle de pragas, como pulgões, cigarrinhas, larvas e tripes9 e pode ser aplicado em culturas como arroz, trigo, milho, algodão e hortaliças, como batata, além de árvores frutíferas. Devido à aplicação de pesticidas a longo prazo, substancial e contínua, tanto os insetos benéficos quanto os inimigos naturais das pragas foram rapidamente reduzidos, e algumas pragas agrícolas tornaram-se resistentes aos pesticidas, resultando em um círculo vicioso de aplicação contínua e crescente de pesticidas10. Além disso, a aplicação extensiva de pesticidas tem levado à deterioração da qualidade do solo, resíduos persistentes de pesticidas em produtos agrícolas e outros problemas ecológicos, que não só causam danos significativos ao ambiente ecológico agrícola11 mas também representam uma séria ameaça à saúde humana12. A pulverização de pesticidas afeta severamente o crescimento e a qualidade dos micróbios do solo e dos animais do solo13. O uso excessivo ou irracional de agrotóxicos tem causado riscos significativos à segurança do solo e da água, ao meio ambiente, aos animais e plantas e até mesmo à vida humana14. Nos últimos anos, o problema do excesso de resíduos de agrotóxicos nas lavouras tornou-se mais grave com a aplicação extensiva de agrotóxicos. Quando o imidaclopride foi usado para aumentar a produtividade de hortaliças, a taxa de absorção de imidaclopride nas hortaliças aumentou com o aumento da quantidade e do resíduo de imidaclopride15. Como uma grande cultura alimentar, tanto a produção quanto a segurança do trigo são críticas. Portanto, as políticas de resíduos e distribuição de agrotóxicos utilizados para o trigo precisam ser esclarecidas.

Nos últimos anos, muitos métodos foram desenvolvidos para extrair resíduos de imidaclopride da água, solo e plantas. O método QuEChERS (rápido, fácil, barato, eficaz, robusto e seguro) é um novo método que combina tecnologia de microextração em fase sólida e tecnologia de extração em fase sólida dispersa e envolve o uso de acetonitrila como solvente de extração e a remoção de impurezas mistas e água na amostra usando NaCl e MgSO4 anidro, respectivamente16. O método QuEChERS requer vidraria mínima e possui etapas experimentais simples, tornando-se um dos métodos de extração de pesticidas mais populares17. Para a detecção de imidaclopride, um limite de detecção tão baixo quanto 1 × 10−9 g18 foi alcançado com cromatografia líquida (LC), e 1 × 10−11 g 19 foi alcançado com cromatografia gasosa (GC). Devido à sua alta resolução e sensibilidade, LC-MS e GC-MS têm mostrado limites de detecção de imidaclopride ainda mais baixos, de 1 × 10-13 a 1 × 10-14 g 20,21; Estas técnicas são, portanto, adequadas para a análise de resíduos de imidaclopride traço.

No presente estudo, o imidaclopride foi escolhido como poluente alvo, e o trigo foi selecionado como cultura teste para estudar a distribuição de resíduos de imidaclopride no trigo. Este protocolo detalha um método para a análise abrangente do enriquecimento e transferência do pesticida imidaclopride em trigo, explorando a absorção e armazenamento de imidaclopride em diferentes partes de plantas de trigo cultivadas sob condições hidropônicas. O presente estudo tem como objetivo fornecer uma base teórica para a avaliação de risco de resíduos de agrotóxicos em trigo, orientar a aplicação racional de agrotóxicos nas atividades de produção agrícola para reduzir resíduos de agrotóxicos e melhorar a segurança da produção agrícola.

Protocol

1. Germinação de sementes de trigo Selecione 1.000 sementes de trigo (Jimai 20) com grânulos completos, embriões intactos e tamanho uniforme (comprimento: 6 mm ± 0,5 mm). Transferir 333,3 mL de solução 30% H 2 O2 para um balão volumétrico de 1 L e diluir com água deionizada para preparar 1 L de solução 10% H 2 O 2. Imergir as sementes de trigo em solução de H 2 O2a 10% por 15 min para desinfetar a superfí…

Representative Results

O limite de detecção do instrumento (LOD) de imidaclopride foi de 5,76 × 10−14 g, e o LOD do método de imidaclopride na raiz ou folha de trigo foi de 0,01 μg/kg; nenhum efeito de matriz foi observado. Os rendimentos de recuperação do imidaclopride em trigo são mostrados na Tabela 2. Os rendimentos de recuperação do imidaclopride das raízes de trigo expostas a concentrações de imidaclopride de 0,5 mg/L e 5 mg/L foram de 94,0%-97,6% e 98,8%-99,2%, respectivamente; Os coeficientes …

Discussion

Nos últimos anos, métodos de pré-tratamento e detecção de resíduos do pesticida imidaclopride têm sido frequentemente relatados. Badawy et al.23 utilizaram cromatografia líquida de alta eficiência para determinar o teor de imidaclopride em frutos de tomate cultivados em casa de vegetação e relataram boa linearidade para imidaclopride na faixa de 0,0125-0,15 μg/mL. Zhai et al.24 utilizaram LC-MS-MS para estudar o resíduo de imidaclopride em cebolinha chinesa. No…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (No. 42277039).

Materials

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

Referanslar

  1. Lin, P. C., Lin, H. J., Liao, Y. Y., Guo, H. R., Chen, K. T. Acute poisoning with neonicotinoid insecticides: A case report and literature review. Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology. 112 (4), 282-286 (2013).
  2. North, J. H., et al. Value of neonicotinoid insecticide seed treatments in Mid-South corn (Zea mays) production systems. Journal of Economic Entomology. 111 (1), 187-192 (2018).
  3. Simon-Delso, N., et al. Systemic insecticides (neonicotinoids and fipronil): Trends, uses, mode of action and metabolites. Environmental Science and Pollution Research. 22 (1), 5-34 (2015).
  4. Bass, C., Denholm, I., Williamson, M. S., Nauen, R. The global status of insect resistance to neonicotinoid insecticides. Pesticide Biochemistry and Physiology. 121, 78-87 (2015).
  5. Craddock, H. A., Huang, D., Turner, P. C., Quiros-Alcala, L., Payne-Sturges, D. C. Trends in neonicotinoid pesticide residues in food and water in the United States, 1999-2015. Environmental Health. 18 (1), 7 (2019).
  6. Shao, X. S., Liu, Z. W., Xu, X. Y., Li, Z., Qian, X. H. Overall status of neonicotinoid insecticides in China: Production, application and innovation. Journal of Pesticide Science. 38 (1-2), 1-9 (2013).
  7. Zhao, Y., et al. Urinary neonicotinoid insecticides in children from South China: Concentrations, profiles and influencing factors. Chemosphere. 291, 132937 (2022).
  8. Kurwadkar, S., Evans, A. Neonicotinoids: Systemic insecticides and systematic failure. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 97 (6), 745-748 (2016).
  9. Sadaria, A. M., et al. Passage of fiproles and imidacloprid from urban pest control uses through wastewater treatment plants in northern California, USA. Environmental Toxicology and Chemistry. 36 (6), 1473-1482 (2017).
  10. Damalas, C. A., Eleftherohorinos, I. G. Pesticide exposure, safety issues, and risk assessment indicators. International Journal of Environmental Research and Public Health. 8 (5), 1402-1419 (2011).
  11. Hayes, T. B., et al. Demasculinization and feminization of male gonads by atrazine: Consistent effects across vertebrate classes. Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology. 127 (1-2), 64-73 (2011).
  12. Rani, L., et al. An extensive review on the consequences of chemical pesticides on human health and environment. Journal of Cleaner Production. 283, 124657 (2021).
  13. Xu, Y. Q., et al. Ecotoxicity evaluation of azoxystrobin on Eisenia fetida in different soils. Environmental Research. 194, 110705 (2021).
  14. Yavari, S., Malakahmad, A., Sapari, N. B. Biochar efficiency in pesticides sorption as a function of production variables-A review. Environmental Science and Pollution Research. 22 (18), 13824-13841 (2015).
  15. Delcour, I., Spanoghe, P., Uyttendaele, M. Literature review: Impact of climate change on pesticide use. Food Research International. 68, 7-15 (2015).
  16. Zhang, C. Y., et al. The application of the QuEChERS methodology in the determination of antibiotics in food: A review. TrAC-Trends in Analytical Chemistry. 118, 517-537 (2019).
  17. Wiilkowska, A., Biziuk, M. Determination of pesticide residues in food matrices using the QuEChERS methodology. Food Chemistry. 125 (3), 803-812 (2011).
  18. Ishii, Y., et al. HPLC determination of the new insecticide imidacloprid and its behavior in rice and cucumber. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 42 (12), 2917-2921 (1994).
  19. Ko, A. Y., et al. Development of a simple extraction and oxidation procedure for the residue analysis of imidacloprid and its metabolites in lettuce using gas chromatography. Food Chemistry. 148, 402-409 (2014).
  20. Yuan, W. L., et al. Application of imidacloprid controlled-release granules to enhance the utilization rate and control wheat aphid on winter wheat. Journal of Integrative Agriculture. 19 (12), 3045-3053 (2020).
  21. Phugare, S. S., Kalyani, D. C., Gaikwad, Y. B., Jadhav, J. P. Microbial degradation of imidacloprid and toxicological analysis of its biodegradation metabolites in silkworm (Bombyx mori). Chemical Engineering Journal. 230, 27-35 (2013).
  22. Li, Y., et al. Uptake, translocation and accumulation of imidacloprid in six leafy vegetables at three growth stages. Ecotoxicology and Environmental Safety. 164, 690-695 (2018).
  23. Badawy, M. E. I., Ismail, A. M. E., Ibrahim, A. I. H. Quantitative analysis of acetamiprid and imidacloprid residues in tomato fruits under greenhouse conditions. Journal of Environmental Science and Health Part B-Pesticides Food Contaminants and Agricultural Wastes. 54 (11), 898-905 (2019).
  24. Zhai, R. Q., et al. Residue, dissipation pattern, and dietary risk assessment of imidacloprid in Chinese chives. Frontiers in Nutrition. 9, 846333 (2022).
  25. Aria, M. M., et al. Uptake and translocation monitoring of imidacloprid to chili and tomato plants by molecularly imprinting extraction – ion mobility spectrometry. Microchemical Journal. 144, 195-202 (2019).
  26. Chen, Y., et al. Translocation and metabolism of imidacloprid in cabbage: Application of C-14-labelling and LC-QTOF-MS. Chemosphere. 263, 127928 (2021).
  27. Wild, S., Jones, K. Organic chemicals entering agricultural soils in sewage sludges: Screening for their potential to transfer to crop plants and livestock. Science of the Total Environment. 119, 85-119 (1992).
  28. Gong, W. W., et al. Uptake and dissipation of metalaxyl-M, fludioxonil, cyantraniliprole and thiamethoxam in greenhouse chrysanthemum. Environmental Pollution. 257, 113499 (2020).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Wang, J., Cheng, C., Zhao, C., Wang, L. Determination of the Absorption, Translocation, and Distribution of Imidacloprid in Wheat. J. Vis. Exp. (194), e64741, doi:10.3791/64741 (2023).

View Video