24-表油菜素內(nèi)酯對大蒜葉片中農(nóng)藥殘留的降解效果

殷燕玲，夏曉劍，喻景權(quán)，周艷虹

(浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院,浙江杭州 310058)

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24-表油菜素內(nèi)酯對大蒜葉片中農(nóng)藥殘留的降解效果

殷燕玲，夏曉劍，喻景權(quán)，周艷虹*

(浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院,浙江杭州 310058)

摘 要：以24-表油菜素內(nèi)酯(24-EBR)預(yù)處理大蒜,研究24-EBR對農(nóng)藥殘留降解的影響。研究結(jié)果表明,24-EBR能夠提高大蒜葉片的光合作用,并緩解毒死蜱對光合作用的抑制;不同濃度的24-EBR均可促進(jìn)大蒜葉片中百菌清的降解,其中以0.1 μmol·L-1效果最佳。以該濃度的24-EBR預(yù)處理后,在農(nóng)藥處理后7 d內(nèi)大蒜葉片中的百菌清和毒死蜱的檢出量均低于對照。

關(guān)鍵詞：大蒜; 24-表油菜素內(nèi)酯;農(nóng)藥殘留

文獻(xiàn)著錄格式:殷燕玲,夏曉劍,喻景權(quán),等.24-表油菜素內(nèi)酯對大蒜葉片中農(nóng)藥殘留的降解效果[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,57 (4):526-529.

大蒜(Allium sativum L.)屬百合科蔥屬,是蔥蒜類蔬菜的一種。大蒜以其獨(dú)特的辛辣味和消炎殺菌功效成為中國消費(fèi)者比較喜愛的一類蔬菜。據(jù)統(tǒng)計,我國的大蒜栽培面積在2000年已經(jīng)達(dá)到40 萬hm2[1]。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計,我國大蒜出口約占世界大蒜貿(mào)易量的90%,在國際市場上具有較強(qiáng)的競爭力,大蒜已成為我國出口量最多的農(nóng)產(chǎn)品。

近年來,消費(fèi)者因食用“有毒”大蒜引發(fā)食物中毒事件頻頻發(fā)生,同時農(nóng)藥超標(biāo)也已成為限制蔥蒜類蔬菜出口的主要因素之一。目前,大蒜主要的病蟲害主要包括葉枯病、銹病、花葉病毒病以及蚜蟲、蒜蛆等,百菌清、多菌靈、毒死蜱等農(nóng)藥用量較大,如何采取有效措施降低大蒜的農(nóng)藥殘留對于提高其安全品質(zhì)和出口創(chuàng)匯意義重大。

農(nóng)藥施用后一部分殘留于蔬菜表面,另一部分進(jìn)入蔬菜組織內(nèi)部,從而被細(xì)胞的解毒機(jī)制轉(zhuǎn)化、代謝、降解。目前,農(nóng)藥降解酶是為數(shù)不多的農(nóng)殘降解產(chǎn)品之一,但是其成本較高,且農(nóng)藥降解效率不穩(wěn)定,容易造成二次污染[2]。重要的是,對于進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品組織內(nèi)的農(nóng)藥降解作用有限。近年的研究發(fā)現(xiàn),細(xì)胞色素P450、水解酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)等在農(nóng)藥降解代謝中具有重要作用,但對于農(nóng)藥在植物體內(nèi)的代謝途徑、動力學(xué)及其調(diào)控機(jī)制仍不清楚。我們的研究表明,油菜素內(nèi)酯(brassinosteriods,BRs)除在植物生長發(fā)育及逆境防御中的起重要作用,也能夠緩解多種農(nóng)藥引起的藥害[3-4]。此外,油菜素內(nèi)酯能夠促進(jìn)谷胱甘肽的合成與再生,從而促進(jìn)百菌清農(nóng)藥在番茄植株體內(nèi)的降解代謝[5-6]。

本研究將24-表油菜素內(nèi)酯(24-EBR)應(yīng)用于大蒜,研究發(fā)現(xiàn),24-EBR能夠顯著加快大蒜中百菌清、毒死蜱的代謝速率,明顯降低這些農(nóng)藥在大蒜葉片中的殘留,為大蒜農(nóng)藥殘留的降解提供了安全有效的配套技術(shù)。

1　材料與方法

1.1處理設(shè)計

試驗1—2均于浙江大學(xué)農(nóng)場大田進(jìn)行。供試材料為大蒜(品種:American EARl),供試農(nóng)藥為:百菌清(75%可濕性粉劑,達(dá)科寧),毒死蜱(48%乳油,陶氏益農(nóng))。試驗均在大蒜苗期進(jìn)行,分別用于以下試驗處理。

試驗1。試驗設(shè)置8個處理。百菌清+清水對照、百菌清+7個不同濃度24-EBR。百菌清使用2倍推薦劑量,即加水稀釋100倍,相當(dāng)于濃度為11.2 mmol·L-1,24-EBR的使用濃度為10,4,2,1,0.5,0.1和0.02 μmol·L-1,于農(nóng)藥使用前1 d葉面噴施。每個處理設(shè)置3個區(qū)組,每區(qū)組60株大蒜。取樣時間點(diǎn)為農(nóng)藥噴施后第9天,樣品置于-40℃用于農(nóng)藥殘留測定。

試驗2。試驗設(shè)置4個處理:百菌清+清水對照、百菌清+ 24-EBR、毒死蜱+清水對照、毒死蜱+24-EBR。百菌清使用濃度同試驗1,毒死蜱使用2倍推薦劑量,即加水稀釋500倍,相當(dāng)于3.4 mmol·L-1,于農(nóng)藥處理前一天噴施0.1 μmol· L-124-EBR。每個處理設(shè)置3個區(qū)組,每區(qū)組有60株大蒜。于農(nóng)藥噴施第0,1,3,5,7和9天測定光合速率并取樣,樣品置于- 40℃用于農(nóng)藥殘留測定。

1.2方法

1.2.1農(nóng)藥殘留測定

百菌清和毒死蜱提取方法。將大蒜葉片表面洗凈,稱取10 g葉片樣片于盛有60 mL石油醚(60～90℃)和40 g無水硫酸鈉的廣口瓶中,高速勻漿2 min,抽濾,濾渣用石油醚淋洗3次,合并濾液于平底燒瓶中,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,用2 mL正己烷溶解,加入先后用5 mL正己烷/丙酮(9∶1)混合液和5 mL正己烷活化的弗羅里硅土吸附柱中凈化,并分別用10 mL正己烷/丙酮(9∶1)混合液淋洗平底燒瓶,10 mL正己烷淋洗吸附柱,將收集到的液體轉(zhuǎn)移到原平底燒瓶,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至近干,用色譜純正己烷定容至10 mL,待GC-MS檢測。

百菌清檢測條件。使用HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升溫程序80℃保持1 min,按25℃·min-1升溫至60℃保持3.8 min,進(jìn)樣口溫度260℃,檢測器溫度280℃,不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量為1 μL。

毒死蜱檢測條件。使用HP-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),升溫程序80℃保持1 min,按15℃·min-1升溫至200℃后按25℃· min-1升溫至260℃,保持4 min,進(jìn)樣口溫度260℃,檢測器溫度280℃,不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣量為1 μL。

1.2.2光合速率測定

使用LI-6400XT光合儀,狹長葉室,于農(nóng)藥處理后第0,1,3,5,7,9天上午10:00—11:00檢測大蒜葉片在正常光強(qiáng)(600 μmol·m-2·s-1)下的光合速率,檢測條件為環(huán)境CO2濃度為400 μL·L-1,葉片溫度為(22±1)℃,空氣濕度為70%～75%。每個處理隨機(jī)挑選20片大蒜葉片,取其平均值。

2　結(jié)果與分析

2.124-EBR緩解農(nóng)藥對大蒜光合作用抑制的效果

本實驗研究發(fā)現(xiàn),毒死蜱處理導(dǎo)致大蒜葉片光合速率(Pn)顯著下降,處理1 d后,Pn較對照下降71.9%。0.1 μmol·L-124-EBR預(yù)處理1 d有效促進(jìn)了大蒜葉片光合作用,較對照增加11.6%,并減輕了毒死蜱處理對Pn的抑制程度。毒死蜱處理1 d后,24-EBR處理植株較對照提高108.6%。隨毒死蜱處理時間的延長,植株P(guān)n逐漸恢復(fù),于處理7 d后恢復(fù)至對照水平,而24-EBR處理能加快Pn的恢復(fù),于處理5 d即能恢復(fù)至對照水平(圖1)

圖1　24-EBR對毒死蜱引起的大蒜光合抑制的緩解效果

2.224-EBR降低大蒜農(nóng)藥殘留的適宜濃度篩選

如圖2所示,不同濃度的24-EBR預(yù)處理大蒜葉片1 d后,百菌清降解率均明顯高于清水處理。在低濃度下(0.05～1 μmol·L-1),百菌清的降解率均超過了60%,0.1 μmol·L-1處理加速百菌清降解的效果最好,達(dá)64%,而清水預(yù)處理的對照中,百菌清降解率僅29%。雖然高濃度(2～10 μmol·L-1)的24-EBR預(yù)處理相比于低濃度24-EBR預(yù)處理,百菌清的降解率有所下降,但均顯著高于對照。因此,測試的不同濃度的外源24-EBR處理均能顯著加速大蒜葉片中百菌清殘留的降解,其中以0.1 μmol·L-1促農(nóng)殘降解的效果最好。

圖2　不同濃度24-EBR對大蒜葉片百菌清殘留降解率的影響

2.324-EBR促進(jìn)大蒜農(nóng)藥殘留降解的時間效應(yīng)

根據(jù)上述試驗結(jié)果,實驗進(jìn)一步分析了24-EBR促進(jìn)百菌清和毒死蜱降解的效果。結(jié)果表明,預(yù)處理0.1 μmol·L-124-EBR 1 d,能加速百菌清和毒死蜱在大蒜葉片中的降解速率,以對百菌清的加速降解效果更為明顯,處理第3天,百菌清和毒死蜱農(nóng)藥殘留量分別比對照低78.9%和31.4% (圖3)。

圖3　24-EBR預(yù)處理對大蒜葉片百菌清和毒死蜱殘留量的影響

3　討論

實驗室條件下油菜素內(nèi)酯(BRs)對番茄和黃瓜等作物中毒死蜱、百菌清等多種農(nóng)藥殘留的降解具有顯著的促進(jìn)作用[3,5]。田間試驗結(jié)果表明,24-EBR能有效加速大蒜葉片中百菌清、毒死蜱的降解速率,減少大蒜葉片中的農(nóng)藥殘留量。與溫室的密閉條件不同,大田的開放條件有利于農(nóng)藥殘留的揮發(fā)和葉片表面殘留的理化降解,尤其是毒死蜱等汽化溫度較低的農(nóng)藥,但在噴施后期的降解速率顯著降低,說明對于進(jìn)入植物組織內(nèi)部的毒死蜱殘留降解速率較為緩慢,而百菌清的降解速率較為穩(wěn)定。預(yù)處理24-EBR可顯著加速農(nóng)藥殘留的降解,其機(jī)制可能與激發(fā)植物內(nèi)在解毒機(jī)制有關(guān)。研究表明,BRs能上調(diào)解毒關(guān)鍵酶,如谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、過氧化物酶(POD)和谷胱甘肽還原酶(GR)等活性及解毒相關(guān)基因,如P450,GST,UGT等的表達(dá),并促進(jìn)谷胱甘肽的合成與再生,從而加速農(nóng)藥殘留在植物體內(nèi)的降解代謝,降低農(nóng)藥殘留量[6]。本研究結(jié)果表明,外源噴施24-EBR在降低大蒜葉片毒死蜱、百菌清農(nóng)藥的殘留量方面有較好的效果,且在處理24-EBR第2天后百菌清和毒死蜱的降解速率就會有明顯的加快,因此,在大蒜采收前噴施合適劑量的24-EBR能夠加快農(nóng)藥殘留的降解,縮短安全間隔期。農(nóng)藥通過抑制靶標(biāo)生物的特定生化反應(yīng)控制病蟲害的發(fā)生的同時,也會對非靶生物產(chǎn)生一系列生理危害,例如降低作物生長速率,抑制葉綠素、蛋白質(zhì)和碳水化合物的生物合成等[7]。本研究表明,毒死蜱顯著抑制了大蒜葉片光合速率,但光合速率7 d后能恢復(fù)至對照水平,這可能與作物能自身啟動解毒代謝機(jī)制有關(guān)。外源噴施BR能緩解除草劑、殺菌劑和殺蟲劑對黃瓜葉片光合作用的抑制[3]。我們的研究也表明,24-EBR能有效降低毒死蜱對大蒜葉片光合作用的抑制程度,并加快光合功能的恢復(fù),這可能與BR能上調(diào)卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶活性進(jìn)而促進(jìn)光合作用有關(guān)[8]。同時,BR能激活抗氧化系統(tǒng),減少農(nóng)藥、污染物等化學(xué)毒害物質(zhì)引起的ROS累積,進(jìn)而減輕ROS對光合作用的抑制。此外,24-EBR激活的解毒代謝機(jī)制對農(nóng)藥殘留的加速降解有效降低了農(nóng)藥殘留,這也加快了光合機(jī)構(gòu)功能的恢復(fù)。

盡管不同農(nóng)藥種類和24-EBR的使用方式會導(dǎo)致BRs對農(nóng)殘的降解效果存在一定差異,24-EBR在大蒜農(nóng)殘降解效果上總體作用顯著,同時也顯示了24-EBR在農(nóng)藥降解應(yīng)用上的靈活性。為了提升農(nóng)產(chǎn)品的安全質(zhì)量,可以通過噴施合適劑量的24-EBR,既能夠促進(jìn)農(nóng)作物的生長,提高產(chǎn)量,又能達(dá)到降低農(nóng)藥殘留的效果。在日后的大蒜生產(chǎn)中可以大面積應(yīng)用,實現(xiàn)無公害蔬菜生產(chǎn),增加出口創(chuàng)匯。

參考文獻(xiàn):

[1]樊治成,高兆波,李建友.我國蔥蒜類蔬菜種質(zhì)資源和育種研究現(xiàn)狀[J].中國蔬菜,2005 (6):38-41.

[2]王梅,段勁生,孫明娜,等.農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留去除技術(shù)研究進(jìn)展[J].農(nóng)藥,2007,46 (7):442-446.

[3]XIA X J,HUANG Y Y,WANG L,et al.Pesticides-induced depression of photosynthesis was alleviated by 24-epibrassinolide pretreatment in Cucumis sativus L[J].Pesticide Biochemistry and Physiology,2006,86:42-48.

[4]WANG J T,JIANG Y P,CHEN S C,et al.The different responses of glutathione-dependent detoxification pathway to fungicide chlorothalonil and carbendazim in tomato leaves[J].Chemosphere,2010,79:958-965.

[5]Yu G B,Zhang Y,Ahammed G J,et al.Glutathione biosynthesis and regeneration play an important role in the metabolism of chlorothalonil in tomato[J].Chemosphere,2013,90:2563-2570.

[6]ZHOU Y H,XIA X J,YU G B,et al.Brassinosteroids play a critical role in the regulation of pesticide metabolism in crop plants[J].Scientific Reports,2015,5:9018.

[7]SANTHOSHKUMAR M,BASKARAN L,MAHAKAVI T,et al.Chlorpyrifos toxicity in green gram ( Vigna radiata L.)[J].Journal of Environmental Treatment Techniques,2015,3 (1):25-27.

[8]XIA X J,ZHANG Y,WU J X,et al.Brassinosteroids promote metabolism of pesticides in cucumber[J].Journal of Agricultural And Food Chemistry,2009,57:8406-8413.

(責(zé)任編輯：張 韻)

中圖分類號：S633.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：0528-9017(2016)04-0526-03

DOI10.16178/j.issn.0528-9017.20160424

收稿日期:2016-01-18

基金項目:農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(200903018);國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-25-C-10)

作者簡介:殷燕玲(1990—),女,山東濱州人,博士,從事農(nóng)藥殘留降解研究工作,E-mail:894337103@qq.com。

通信作者:周艷虹,從事蔬菜生長發(fā)育調(diào)控與安全生產(chǎn)研究工作,E-mail:yanhongzhou@zju.edu.cn。