水培油麥菜對(duì)吡蟲啉的降解研究

徐 諾 胡 婕 董 雪 黃雪婷 葉明立 陳梅蘭*

(1.浙江樹(shù)人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，杭州 310028；2.常州大學(xué)石油化工學(xué)院，常州 213164)

隨著耕地面積的減少以及人們對(duì)食品質(zhì)量安全的日益重視，傳統(tǒng)的土壤種植模式因存在農(nóng)藥殘留、重金屬污染和病蟲害等問(wèn)題，逐漸被新型的無(wú)土栽培種植形式所替代[1，2]。水培種植，因其節(jié)水節(jié)肥、安全性高、易于自動(dòng)化控制等特點(diǎn)，在蔬菜生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，是一項(xiàng)在全球范圍內(nèi)日益普遍的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植技術(shù)[3-5]。農(nóng)藥作為種植農(nóng)作物的必需品，不僅能防蟲、防病，還能增加農(nóng)作物產(chǎn)量，但其不合理的使用農(nóng)藥卻嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，甚至威脅到人們的生命健康[6，7]。1984年德國(guó)拜耳公司和日本特殊農(nóng)藥公司共同開(kāi)發(fā)了第一代新煙堿類殺蟲劑--吡蟲啉(Imidacloprid)，因其具有用量少、持效長(zhǎng)、安全性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在農(nóng)作物害蟲防治上，現(xiàn)已成為全球銷量最大的殺蟲劑[8，9]。政府對(duì)農(nóng)藥限定的標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，在食品蔬菜生產(chǎn)中, 允許有限度地使用部分化學(xué)農(nóng)藥, 但在食品中的農(nóng)藥殘留量不得超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[10]，這提高了對(duì)農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)要求。

近年來(lái)，隨著檢測(cè)技術(shù)的逐漸完善，蔬菜中農(nóng)藥含量的分析方法有了很大的突破[11]。目前吡蟲啉的檢測(cè)方法主要包括氣相色譜法[12]、高效液相色譜法[13]、 高效色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[14]、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[15]等。因?yàn)檫料x啉是一個(gè)極性強(qiáng)但對(duì)熱不穩(wěn)定的農(nóng)藥[16]，相比氣相色譜法，具有紫外線檢測(cè)器的高效液相色譜法更適用于檢測(cè)相對(duì)分子質(zhì)量大、分離檢測(cè)極性強(qiáng)的離子型農(nóng)藥，特別適用于不易氣化或者受熱易分解的農(nóng)藥。但超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀和高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀價(jià)格昂貴，許多實(shí)驗(yàn)室都沒(méi)有配置，因此本實(shí)驗(yàn)采用高效液相色譜法檢測(cè)水培油麥菜營(yíng)養(yǎng)液中吡蟲啉的含量，進(jìn)一步分析水培油麥菜不同的生長(zhǎng)時(shí)期營(yíng)養(yǎng)液對(duì)吡蟲啉含量的降解能力，為吡蟲啉在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考價(jià)值，對(duì)保障我國(guó)蔬菜安全和蔬菜產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油麥菜培養(yǎng)裝置、油麥菜種子油麥菜、營(yíng)養(yǎng)液(主要成分：氮磷鉀)、LED植物生長(zhǎng)燈(0.3米，10 w，宸華照明)均購(gòu)自電商平臺(tái)。殺蟲劑10%吡蟲啉可濕性粉劑購(gòu)自江蘇康鵬農(nóng)化有限公司。

磷酸二氫鉀(分析純，上海四赫維化工有限公司)；甲醇(色譜純，美國(guó)天地公司)；實(shí)驗(yàn)室用水為超純水(電阻率18.20 MΩ·cm)。

1.2 儀器與設(shè)備

1200型高效液相色譜儀(帶紫外檢測(cè)器，安捷倫科技(中國(guó))有限公司)；SK2200H型超聲波清洗器(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)；超純水機(jī)(TKA-Genpure，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司)；水培種植箱(40×26×15 cm)。

1.3 呲蟲啉標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：稱取吡蟲啉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 0.1006g(精確至0. 0001g), 置于100 mL容量瓶中, 用超純水溶解稀釋并定容至刻度，超聲波清洗器超聲溶解，用移液槍移取上述溶液 10 mL于100 mL 容量瓶中,用超純水定容于刻度,充分搖勻，冷卻備用。

標(biāo)準(zhǔn)混合溶液：用超純水將1000 ppm的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋成質(zhì)量濃度為0.02 mg/L、0.04 mg/L、0.06 mg/L、0.08 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.30 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，置于4℃冰箱備用。

1.4 色譜條件

色譜柱：ZORBAX SB-C18 柱，250 mm SB-C18，5 μm (美國(guó) Agilent)；檢測(cè)波長(zhǎng)：275 nm；柱溫：30℃；流動(dòng)相：磷酸二氫鉀(10 mmol/L)/甲醇=65/35(體積比)；流速：1.0 mL·min-1；進(jìn)樣量：25 μL。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

將油麥菜種子冷水浸泡3小時(shí)左右，用紗布包裹，等待發(fā)芽。種子發(fā)芽之后，將發(fā)芽的種子用鑷子放入育苗海綿的凹口里，海綿要保持濕潤(rùn)。等待嫩芽長(zhǎng)出3～4片真葉，移植到定植籃中，將定植籃放于水培箱里加入營(yíng)養(yǎng)液120 mL以及10%吡蟲啉可濕性粉劑2.728 g(根據(jù)使用說(shuō)明，10 g兌水50 kg)。打開(kāi)電水泵，循環(huán)營(yíng)養(yǎng)液，以促進(jìn)根部的氧氣，防治爛根。用LED植物燈進(jìn)行補(bǔ)光，每日的光照時(shí)間大于8h，為了避免營(yíng)養(yǎng)液蒸發(fā)造成測(cè)定吡蟲啉濃度的偏低，測(cè)定前加水使培養(yǎng)液體積保持同一刻度線上。

降解率計(jì)算：

R(%)=(C0-Ct)/C0×100%

式中，R為降解率，Ct為第t天營(yíng)養(yǎng)液中吡蟲啉殘留質(zhì)量濃度，C0為營(yíng)養(yǎng)液中吡蟲啉的初始質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 呲蟲啉標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

取質(zhì)量濃度為0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.30 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.4的色譜條件依次進(jìn)樣分析，以呲蟲啉的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以對(duì)應(yīng)的色譜峰面積為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，得出呲蟲啉線性關(guān)系為：y=134.24x-0.3823，R2=0.9998。結(jié)果表明，方法符合吡蟲啉檢測(cè)要求。

2.2 不同階段水培油麥菜對(duì)吡蟲啉的降解情況

油麥菜的生長(zhǎng)過(guò)程分為3個(gè)階段：嫩芽期、生長(zhǎng)期、衰老期。不同時(shí)期的水培油麥菜對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中的物質(zhì)吸收降解能力不同，因此對(duì)不同時(shí)期水培營(yíng)養(yǎng)液中的吡蟲啉殘留含量進(jìn)行檢測(cè)。

農(nóng)藥在水環(huán)境中，會(huì)與水分子發(fā)生相互作用，從而發(fā)生農(nóng)藥水解行為。有研究表明，在酸性條件下吡蟲啉在3個(gè)月其濃度無(wú)減少趨勢(shì)[17，18]。實(shí)驗(yàn)購(gòu)買的水培營(yíng)養(yǎng)液呈弱酸性，在油麥菜成苗期及生長(zhǎng)期，吡蟲啉的自然水解對(duì)降解情況的影響忽略不計(jì)。

水培油麥菜生長(zhǎng)過(guò)程中，以出芽日期為基礎(chǔ)，分時(shí)段檢測(cè)記錄營(yíng)養(yǎng)液中的吡蟲啉殘留含量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

由表1可知，水培油麥菜在嫩芽時(shí)期，由于生長(zhǎng)緩慢，降解率趨于平緩，變化甚微。

表1 水培油麥菜在嫩芽期對(duì)吡蟲啉降解率

由表2可知，水培油麥菜在生長(zhǎng)時(shí)期，由于生長(zhǎng)旺盛，降解能力較強(qiáng)，降解率達(dá)到最高值；在衰老時(shí)期，由于蔬菜所需營(yíng)養(yǎng)已吸收較為完全，對(duì)吡蟲啉的降解能力逐漸減弱，最終趨于平緩。

表2 水培油麥菜生長(zhǎng)期以及衰老期對(duì)吡蟲啉降解率

由圖1和圖2可知，水培油麥菜在生長(zhǎng)期降解符合指數(shù)規(guī)律，r2為0.9971，到衰老后期，降解率逐漸緩慢。

圖1 水培油麥菜在生長(zhǎng)期降解吡蟲啉的變化趨勢(shì)圖

圖2 水培油麥菜在衰老期降解吡蟲啉的變化趨勢(shì)圖

2.3 不同時(shí)期對(duì)呲蟲啉降解能力的比較

由表3可知，水培油麥菜在不同時(shí)期對(duì)吡蟲啉的降解能力不同。油麥菜在嫩芽時(shí)期，生長(zhǎng)的周期相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)吡蟲啉的降解能力緩慢增強(qiáng)。生長(zhǎng)期和衰老期的生長(zhǎng)時(shí)間相較于嫩芽期要短一些。進(jìn)入生長(zhǎng)期后，對(duì)吡蟲啉的降解能力顯著增加。進(jìn)入衰老期后，對(duì)吡蟲啉的降解能力逐漸減弱，趨于平緩。

表3 3個(gè)不同時(shí)期降解率的平均值