小松菜對(duì)土壤中4種新煙堿類殺蟲劑的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)差異

龍 玲， 李 勇， 嚴(yán)煌倩， 任立云， 余向陽

(1.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西南寧 530004； 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與營(yíng)養(yǎng)研究所，江蘇南京 210014；3.省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/江蘇省食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210014)

近年來，隨著生活水平的提高，人們對(duì)蔬菜的需求量日益增多，蔬菜中農(nóng)藥的殘留、轉(zhuǎn)移等問題得到相應(yīng)地重視。農(nóng)藥是蔬菜生產(chǎn)中的主要污染物來源之一，在施藥之后，農(nóng)藥通過揮發(fā)、沉降等多種方式，與植物接觸繼而進(jìn)入其體內(nèi)，常常會(huì)引起植物產(chǎn)生某種生理變化[1-2]。蔬菜富集農(nóng)藥主要有3種途徑，第1種是通過蔬菜的葉面氣孔吸收了懸浮在空氣中的農(nóng)藥；第2種是直接接觸蔬菜表皮，透過蠟質(zhì)層進(jìn)而擴(kuò)散到蔬菜植株體內(nèi)；第3種是蔬菜根系吸收土壤或水中的農(nóng)藥，并經(jīng)韌皮部運(yùn)輸至地上部分并累積。其中，第2種接觸途徑是導(dǎo)致蔬菜農(nóng)藥殘留高居不下的主要原因。施用農(nóng)藥的方法主要有種子處理、葉面噴藥以及灌根法[3]。在農(nóng)藥傳導(dǎo)學(xué)中，農(nóng)藥在植物體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)模式主要分為2種模式，一種是向上轉(zhuǎn)運(yùn)模式，一般從植物根部往上部轉(zhuǎn)運(yùn)，種子處理和灌根法均屬于該種模式；另一種是局部轉(zhuǎn)運(yùn)方式，農(nóng)藥從葉片經(jīng)葉表皮吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)至植株中的農(nóng)藥作用部位，葉面噴藥屬于這種模式。Wild等認(rèn)為，植物根部吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)有機(jī)物的途徑主要有2種：一種是細(xì)胞之間傳遞稱為共質(zhì)體通道，親脂性強(qiáng)、非極性強(qiáng)的物質(zhì)更傾向于經(jīng)共質(zhì)體通道進(jìn)行植物內(nèi)部的運(yùn)輸傳遞；另一種是經(jīng)細(xì)胞壁傳遞，稱為非原質(zhì)體通道，親水性強(qiáng)、極性強(qiáng)的物質(zhì)比較傾向于此方式傳遞[4-6]。Briggs等研究發(fā)現(xiàn)，非離子型的有機(jī)物更容易在根部細(xì)胞膜、細(xì)胞壁等親脂性強(qiáng)的部位積累[7]。

自氨基甲酸酯、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯、有機(jī)磷之后，推出了一類具有高選擇性且效果佳的新型殺蟲劑，即新煙堿類殺蟲劑。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可大概分為3類，第1類為N-氰基脒類，包括噻蟲啉、啶蟲脒等；第2類為硝基亞甲基類，包括烯啶蟲胺等；第3類為N-硝基胍類，包括吡蟲啉、呋蟲胺、噻蟲胺和噻蟲嗪等[8-9]。新煙堿類殺蟲劑是一種后突觸煙堿乙酰膽堿受體(nAChRs)的激動(dòng)劑，其作用機(jī)制主要是通過阻礙害蟲中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常傳導(dǎo)，使其出現(xiàn)麻痹直至死亡[10]。新煙堿類農(nóng)藥又屬于內(nèi)吸性殺蟲劑，可以由植物根部或葉片吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到植物各部位，有效地殺死各類害蟲[11-13]。因其作用機(jī)制獨(dú)特而新穎，且作用范圍廣、效果極佳，使其迅速成為較受歡迎的一類殺蟲劑。在我國(guó)登記的有2 000多種新煙堿類農(nóng)藥產(chǎn)品，約占農(nóng)藥總數(shù)的7%[14-17]。然而，隨著這類農(nóng)藥產(chǎn)品的推出和大量投入使用，不可避免的會(huì)殘留在蔬菜以及土壤中[18]。

為探究葉菜類小松菜對(duì)土壤中不同新煙堿類殺蟲劑的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)差異，采用小松菜(Brassicarapavar.perviridis)以及噻蟲嗪、噻蟲胺、噻蟲啉和啶蟲脒等4種新煙堿類殺蟲劑，利用灌根法對(duì)土壤進(jìn)行施藥，利用QuChERS對(duì)土壤、蔬菜根、莖葉樣品進(jìn)行預(yù)處理。4種農(nóng)藥結(jié)構(gòu)式如圖1所示。結(jié)果表明，小松菜可以從土壤中吸收4種新煙堿類農(nóng)藥，并向莖葉中轉(zhuǎn)移，但小松菜對(duì)不同農(nóng)藥的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)差別較大。研究結(jié)果有助于對(duì)蔬菜施用新煙堿類藥劑農(nóng)藥提供參考，以指導(dǎo)蔬菜的安全生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試蔬菜主要是小松菜(Brassicarapavar.perviridis)，購(gòu)自福州農(nóng)播王種苗有限公司。

供試農(nóng)藥主要有95.3%噻蟲啉原藥粉劑、97.9%噻蟲嗪原藥粉劑、98.3%噻蟲胺原藥粉劑、96.4%啶蟲脒原藥粉劑，均購(gòu)自濟(jì)南綠霸農(nóng)藥有限公司；99.5%噻蟲啉標(biāo)準(zhǔn)品、99%噻蟲嗪標(biāo)準(zhǔn)品、99%噻蟲胺標(biāo)準(zhǔn)品、99%啶蟲脒標(biāo)準(zhǔn)品，均購(gòu)自德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司。

主要試劑有乙腈(分析純，上海中試化工總公司)、氯化鈉(分析純，西隴化工股份有限公司)、乙腈(色譜純，德國(guó)默克公司)、PSA(Agela Technologies公司)、無水硫酸鎂(分析純，成都市科龍化工試劑廠)，將無水硫酸鎂置于550 ℃條件下烘烤5 h，冷卻待用；超純水。

主要儀器有Agilent 1260高效液相色譜儀(美國(guó)Agilent)、高速離心機(jī)(TG16-WS型，長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)儀器有限公司)、微型旋渦混合儀(WH-3，上海滬西分析儀器廠有限公司)、電子天平(AP2500-0型，瑞士Ohaus)、電子天平(JJ200B型，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠)、海爾立式超低溫保存箱(DW-86L338)、海爾電冰柜(BC/BD-379H)、超純水儀(Direct-R公司)；Alpha1-2LDplus型冷凍干燥劑(北京博勱行儀器有限公司)、高通量樣品振蕩儀(托摩根生物科技有限公司)、0.22 μm有機(jī)濾膜；實(shí)驗(yàn)室其他玻璃儀器及器皿，均購(gòu)自南京壽德試驗(yàn)器材有限公司。

1.2 色譜條件

色譜柱為ZORBAX SB-C18柱(250 cm×4.6 mm×5 μm)，柱溫為25 ℃，進(jìn)樣量為10 μL，二極管陣列檢測(cè)器(diode array detector，簡(jiǎn)稱DAD)，噻蟲嗪、噻蟲胺的掃描波長(zhǎng)為255 nm；流動(dòng)相為V乙腈∶V水=30 ∶70；流速為0.6 mL/min；噻蟲嗪出峰時(shí)間為7.11 min；噻蟲胺出峰時(shí)間為9.01 min；噻蟲啉的掃描波長(zhǎng)為233 nm；V乙腈∶V水=28 ∶72；流速為 1 mL/min；出峰時(shí)間為9.53 min；啶蟲脒的掃描波長(zhǎng)為 254 nm；V乙腈∶V水=28 ∶72；流速為0.8 mL/min；出峰時(shí)間為10.25 min。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

種菜土壤取自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地施藥地塊表層(0～20 cm)土壤。采集后風(fēng)干，過篩，滅菌。種植40盆盆栽，每盆稱取600 g土壤，播種，定量澆水，待植株生長(zhǎng)穩(wěn)定后，每盆灌藥120 mL 10 mg/kg的藥劑，每種藥劑灌7盆種菜和3盆未種菜的。灌藥后，于1、6、10、15、21、28、35 d后采樣。

1.4 樣品處理

莖葉和根系樣品用食品搗碎漿機(jī)粉碎并混勻，準(zhǔn)確稱1 g于10 mL帶蓋的一次性塑料管中，加入5 mL乙腈，振蕩 30 min，加1 g氯化鈉固體，渦旋1 min，以5 000 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min，取上層清液3 mL于5 mL一次性塑料管中，加入30 mg石墨炭黑，100 mg PSA，100 mg無水硫酸鎂，渦旋 1 min，以8 000 r/min轉(zhuǎn)速離心5 min，取上層清液，過 0.22 μm 濾膜，進(jìn)樣。

土壤樣品凍干，粉碎，過100目篩。準(zhǔn)確稱取10 g于 50 mL 帶密封蓋的塑料瓶中，加入20 mL乙腈，振蕩30 min后，以5 000 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min，取上層清液，過0.22 μm濾膜，進(jìn)樣。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和添加回收試驗(yàn)

用乙腈稀釋混合標(biāo)準(zhǔn)母液，配成質(zhì)量濃度分別為1.00、0.50、0.20、0.10、0.05、0.02、0.01 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按“1.2”節(jié)的色譜條件測(cè)定。以峰面積為縱坐標(biāo)，進(jìn)樣濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在土壤、莖葉和根系空白樣品中添加一定量的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，使每種農(nóng)藥添加水平分別為0.01 、0.10 、1.00 mg/kg，按“1.2、1.4節(jié)”所述方法進(jìn)行樣品預(yù)處理及測(cè)定，每個(gè)水平重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 液相色譜方法的線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)和添加回收

在質(zhì)量濃度0.01～1.00 mg/L范圍內(nèi)，4種新煙堿類殺蟲劑的峰面積(y)與濃度(x)間呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)和添加回收試驗(yàn)結(jié)果見表1。在“1.2節(jié)”的色譜條件下，線性良好，添加回收率達(dá)標(biāo)，能夠確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表14種新煙堿類殺蟲劑的回歸方程、相關(guān)系數(shù)及添加回收

2.2 4種新煙堿類藥劑在小松菜莖葉、根系和土壤中的殘留量

對(duì)小松菜進(jìn)行農(nóng)藥灌根后，采集小松菜的莖葉、根以及土壤樣品，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行預(yù)處理，利用高效液相色譜-二極管陣列檢測(cè)器(high-performance liquid chromatography-diode array detection，簡(jiǎn)稱HPLC-DAD)對(duì)4種新煙堿類殺蟲劑進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，灌根后均可以從土壤、小松菜根和莖葉中檢測(cè)到4種農(nóng)藥，說明小松菜均可以對(duì)土壤中4種新煙堿類殺蟲劑進(jìn)行吸收，并向莖葉中轉(zhuǎn)運(yùn)，但不同農(nóng)藥存在吸收轉(zhuǎn)運(yùn)差異。由圖2-a可知，在灌根施藥初期，莖葉中4種農(nóng)藥濃度均快速增加，啶蟲脒在6 d后達(dá)到最大值，噻蟲嗪和噻蟲啉在21 d后達(dá)到最大值，而后，莖葉中這3種農(nóng)藥濃度均處于下降趨勢(shì)，而噻蟲胺在試驗(yàn)采用期內(nèi)濃度達(dá)到最大值，且保持穩(wěn)定狀態(tài)。由圖2-b可知，小松菜根中噻蟲嗪的濃度在6 d后達(dá)到最大值，而其他3種農(nóng)藥濃度均在1 d后達(dá)到最大值，而隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，根中4種農(nóng)藥的濃度均逐漸下降。另外，根中噻蟲嗪濃度明顯大于其他3種農(nóng)藥。由圖2-c可知，在施藥初期，4種農(nóng)藥在土壤中的濃度達(dá)到最大，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中4種農(nóng)藥的濃度整體處于下降趨勢(shì)。

2.2 富集系數(shù)(enrichment factor，簡(jiǎn)稱RCF)與轉(zhuǎn)移系數(shù)(transfer factor，簡(jiǎn)稱TF)

富集系數(shù)(RCF)是植株根部的藥劑濃度與土壤中藥劑濃度的比值，其計(jì)算公式為RCF=C根/C土壤，反映植株根部對(duì)土壤中藥劑的吸收富集能力。當(dāng)RCF≥1.0時(shí)，表明該物質(zhì)易被此種植株根富集；當(dāng)RCF<1.0時(shí)，表明此種植株根不易富集該物質(zhì)[19]。噻蟲嗪、噻蟲胺、噻蟲啉、啶蟲脒4種農(nóng)藥的富集因子分別為15.24、5.13、3.28、0.86(表2)。可見，噻蟲嗪的RCF最大，其次是噻蟲胺、噻蟲啉、啶蟲脒，說明4個(gè)農(nóng)藥中噻蟲嗪最易在小松菜根中富集，而啶蟲脒最不易在根中富集。

轉(zhuǎn)移系數(shù)(TF)表示藥劑在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移能力，其計(jì)算公式是藥劑在莖葉殘留濃度與根部濃度的比值，即TF莖葉=C莖葉/C根。TF莖葉≥1.0時(shí)，表明藥劑易從植株根部向莖中轉(zhuǎn)移，則TF莖葉<1.0反之[20]。由表2可知，噻蟲嗪、噻蟲胺、噻蟲啉、啶蟲脒4種農(nóng)藥的轉(zhuǎn)移系數(shù)分別為4.29、9.49、20.13、71.16，均大于1，由大到小的順序依次為TF啶蟲脒>TF噻蟲啉>TF噻蟲胺>TF噻蟲嗪，4種新煙堿類殺蟲劑均容易從根系向莖葉中轉(zhuǎn)移，其中啶蟲脒最容易轉(zhuǎn)移，噻蟲嗪較難轉(zhuǎn)移。

表24種新煙堿類藥劑在小松菜中的RCF值和TF值

3 結(jié)論

通過采取灌根的施藥方式比較4種新煙堿類類藥(噻蟲嗪、噻蟲胺、噻蟲啉和啶蟲脒)在小松菜上的吸收及轉(zhuǎn)移差異。結(jié)果表明，樣品前處理采用QuChERS方法，在不同添加水平下，方法重現(xiàn)性好、操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度和精密度等均符合農(nóng)藥殘留分析方法要求。結(jié)果表明，小松菜可以從土壤中吸收4種新煙堿類農(nóng)藥并向莖葉中轉(zhuǎn)移，但小松菜對(duì)不同農(nóng)藥的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)差別較大。通過分析富集因子(RCF)和轉(zhuǎn)移因子(TF)表明噻蟲嗪最易在根中富集，不易向莖葉中轉(zhuǎn)移；啶蟲脒最易向莖葉中轉(zhuǎn)移而不易在小松菜根部富集。本研究結(jié)果有助于對(duì)蔬菜施用新煙堿類藥劑農(nóng)藥提供參考，指導(dǎo)蔬菜的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Schreiber L. A mechanistic approach towards surfactant/wax interactions：effects of octaethyleneglycolmonododecylether on sorption and diffusion of organic chemicals in reconstituted cuticular wax of barley leaves[J]. Pesticide Management Science，1995，45(1)：1-11.

[2]Schreiber L，Riederer M，Schorn K. Mobilities of organic compounds in reconstituted cuticular wax of barley leaves：effects of monodisperse alcohol ethoxylates on diffusion of pentachlorophenol and tetracosanoic acid[J]. Pesticide Science，1996，48(2)：117-124.

[3]Li H，Sheng G，Chiou C T，et al. Relation of organic contaminant equilibrium sorption and kinetic uptake in plants[J]. Environmental Science and Technology，2005，39(13)：4864-4870.

[4]Wild E，Dent J，Thomas G O，et al. Direct observation of organic contaminant uptake，storage，and metabolism within plant roots[J]. Environmental Science and Technology，2005，39(10)：3695-3702.

[5]劉菲菲. 三種農(nóng)藥在水稻及其環(huán)境中的分布、遷移和殘留研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2013.

[6]Su Y H，Zhu Y G. Transport mechanisms for the uptake of organic compounds by rice (Oryzasativa) roots[J]. Environmental Pollution，2007，148(1)：94-100.

[7]Briggs G G，Bromilow R H，Evans A A，et al. Relationships between lipophilicity and the distribution of non‐ionised chemicals in barley shoots following uptake by the roots[J]. Pesticide Management Science，1983，14(5)：492-500.

[8]譚 穎，張 琪，趙 成，等. 蔬菜水果中的新煙堿類農(nóng)藥殘留量與人群攝食暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016，11(6)：67-81.

[9]孫寶利，陜 紅，李艷華，等. 土壤中六種新煙堿類農(nóng)藥殘留的分離及光譜研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析，2013，33(9)：2553-2557.

[10]唐振華，陶黎明，李 忠. 新煙堿類殺蟲劑選擇作用的分子機(jī)理[J]. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2006，8(4)：291-298.

[11]劉少華，唐 蜜，王金金，等. 新煙堿類殺蟲劑研究進(jìn)展概述[J]. 山東化工，2015，44(7)：66-68.

[12]黃 慶，歐曉明，歐陽承虎，等. 新煙堿類農(nóng)藥在環(huán)境介質(zhì)中的殘留檢測(cè)方法研究概況[J]. 世界農(nóng)藥，2013，35(2)：37-42，45.

[13]樸秀英，嵇莉莉，林榮華，等. 新煙堿類殺蟲劑登記與管理現(xiàn)狀分析[J]. 中國(guó)植保導(dǎo)刊，2015，35(3)：70-74.

[14]仇是勝，張一賓. 新煙堿類殺蟲劑的發(fā)展及趨向[J]. 世界農(nóng)藥，2014，36(5)：5-6，36.

[15]魏立娜，葉 非. 新煙堿類殺蟲劑的作用機(jī)制、應(yīng)用及結(jié)構(gòu)改造的研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)藥科學(xué)與管理，2013，34(5)：27-34.

[16]吳 遲，姜 輝，王長(zhǎng)賓，等. 四種新煙堿類殺蟲劑對(duì)蜜蜂的急性毒性及初級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2015，17(4)：486-491.

[17]張國(guó)生，侯廣新. 煙堿類殺蟲劑的應(yīng)用、開發(fā)現(xiàn)狀及展望[J]. 農(nóng)藥科學(xué)與管理，2004，25(3)：22-26.

[18]程 霞，亦 冰. 第二代新煙堿類殺蟲劑噻蟲嗪的開發(fā)[J]. 世界農(nóng)藥，2001，23(4)：17-25.

[19]嚴(yán) 莉，李龍山，倪細(xì)爐，等. 5種濕地植物對(duì)土壤重金屬的富集轉(zhuǎn)運(yùn)特征[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2016，36(10)：2078-2085.

[20]韓寶華，李建國(guó)，馬炳輝. 90Sr、137Cs在非人類物種——植物中的轉(zhuǎn)移系數(shù)[C]//第四屆中國(guó)核學(xué)會(huì)省市區(qū)“三核”論壇論文集，天津，2007：306-310.