壳聚糖对菠菜中毒死蜱和乐果的降解作用

曹委，陈振德

1.青岛农业大学园艺学院，青岛266109

2.青岛市农业科学研究院，青岛266100

壳聚糖对菠菜中毒死蜱和乐果的降解作用

曹委1，2，陈振德2，*

1.青岛农业大学园艺学院，青岛266109

2.青岛市农业科学研究院，青岛266100

在露地栽培条件下，研究了叶面喷施壳聚糖水溶液对菠菜中毒死蜱和乐果的降解作用.结果表明，叶面喷施不同浓度的壳聚糖（50、100、200、400mg·L-1）可有效降低菠菜中毒死蜱和乐果残留量，其中较低浓度壳聚糖能更有效地降低菠菜中毒死蜱、乐果的残留量.50mg·L-1壳聚糖使菠菜中毒死蜱残留量较对照降低40.2%，安全间隔期缩短2.07d；100mg·L-1壳聚糖使菠菜中乐果残留量较对照降低46.9%，安全间隔期缩短0.5d.壳聚糖作为一种有机磷农药降解剂应用于蔬菜生产是可行的.

壳聚糖；毒死蜱；乐果；农药残留降解；菠菜

1 引言（Introduction）

菠菜（Spinacia oleracea L.）是山东省最重要的出口创汇蔬菜品种之一，其加工产品如脱水菠菜、冻干菠菜、速冻菠菜等大量出口日本、韩国和欧盟等国家和地区.在菠菜生产过程中，农药使用不合理或超量使用、长期使用都会造成菠菜中农药残留超标，进而引发食品安全问题.自2002年3月中国冷冻菠菜第一次被日方检出毒死蜱超标以来，我国农产品出口屡屡受挫，农药残留作为“技术壁垒”在农产品贸易中的作用越来越大.日本政府从2006年5月29日起正式实施了食品中农业化学品残留“肯定列表制”（Positive List System），农药残留标准设定累计农药扩大到540种以上（张德纯和刘中笑，2006）.欧盟也相应地提高了农产品进口的门槛，致使我国农产品出口遭受到不同程度的“技术壁垒”的限制.这对中国的农产品出口是一个严峻的考验和巨大的冲击.

目前研究降解菠菜中有机磷农药残留的报道较多，陈振德等（2005）在冬季大棚、春季大棚和露地栽培条件下，研究了有机磷农药毒死蜱在菠菜中的残留降解动态，结果表明，毒死蜱在冬季大棚菠菜中的降解速度显著地慢于在春季大棚和露地栽培菠菜中的降解速度，其降解半衰期分别为13.46d、2.75d和2.64d.陈元林等（2007）在大田条件下研究了镧对菠菜中毒死蜱残留降解的影响，结果表明，叶面喷施硝酸镧后毒死蜱的降解速度明显快于对照，其半衰期、安全间隔期均比对照有所减小.杜德红等（2005）将茶多糖（TPS）及茶多糖铈配合物（Ce-TPS）应用于大田菠菜，可有效降低菠菜中毒死蜱及乐果残留量，比对照低5倍以上，其中Ce-TPS处理8d后毒死蜱及乐果残留量均低于国家标准.

壳聚糖（CTS）是自然界广泛存在的一种天然聚合物，具有很好的吸附性、成膜性、通透性、成纤型、吸湿性和保湿性.已有研究表明，壳聚糖能够通过诱导植物细胞木质胶（Conrath et al.,1989）、蛋白酶抑制子、木质素等合成，参与植物细胞对病原菌侵染的防卫反应，有效提高植物的抗病性或延长水果的保鲜期.此外，研究发现黄瓜喷施壳聚糖后能够促进生长、提高壮苗指数（李庆春等，1991;于仁竹等，2003），增加产量、改善品质（罗兵等，2004），增强幼苗的抗冷性（薛国希等，2004）；在不结球白菜（欧阳寿强和徐朗莱，2003）、番茄（刘伟等，2004）、小麦（李庆春等，1991）、玉米（刘和众等，1996）等作物上应用也得到了相似结论.但将壳聚糖以叶面喷施的方式降解蔬菜中农药残留的研究尚未见报道.本研究以乐果和毒死蜱两种有机磷农药为供试农药，菠菜为试验材料，研究了叶面喷施壳聚糖对菠菜中有机磷农药的降解作用，以期探索壳聚糖降解蔬菜中有机磷农药残留的可行性.

2 材料与方法（Materials and methods）

2.1 供试农药、试剂与仪器

毒死蜱，40%乳油，有效成分（Chlorpyrifos）的化学名称为O,O-二乙基-O-（3,5,6-三氯-2-吡啶基）硫代磷酸酯，由广西田园生化股份有限公司提供.

乐果，40%乳油，有效成分（Dimethoate）的化学名称为O,O-二甲基-S-（N-甲基氨基甲酰甲基）二硫代磷酸酯，由江苏腾龙生物药业有限公司提供.

乙酸乙酯（分析纯）；丙酮（分析纯）；无水硫酸钠（分析纯）；壳聚糖，脱乙酰度≥90.0%，粘度＜100cps，由上海伯奥生物科技有限公司提供.

PE Clarus 600 GC-MS气质联用色谱仪（FPD）；超声波清洗器；TTL-DCII氮吹仪；5～50mL加液器；T18 IKA高速匀浆机；EVA III-5 LCTech定量浓缩仪；TDL-40B离心机；电子天平及常规玻璃器皿.

2.2 材料种植

菠菜品种为耐冬（Spinaciaoleraceavar.naidong），由青岛国际种苗有限公司提供.试验安排在青岛市农科院综合试验场试验田，在整地之前取土样分析土壤养分，有机质1.62%，速效N 142.4mg·kg－1，有效P2O5217.3mg·kg－1，有效K2O 175.0mg·kg－1，pH 6.2.

先将试验田耕翻整平后，按1.2m的畦宽做畦，2008年9月17日干籽直播，每穴5～6粒菠菜种子，株行距为20cm×30cm.每畦作为一个试验小区，小区面积为1.2m×6.0m，按照常规进行田间管理.在2008年10月15日菠菜长有6～7片叶片，株高15～20cm时进行试验处理.

2.3 试验方法

于2008年10月15日（菠菜长有6～7片叶片）分别均匀喷雾1000倍液毒死蜱、1000倍液乐果，每小区喷施0.5L.2d后分别喷施50mg·L-1、100mg·L-1、200mg·L-1、400mg·L-1的壳聚糖水溶液，以喷施等量的清水作为对照，每个处理重复3次，每个重复1个小区，随机排列.喷施壳聚糖后第0、1、3、5、7、14、21d取样，样品采集选用多点混合采样方法，采取的样品立即送实验室检测.

2.4 农药残留检测

菠菜样品中毒死蜱、乐果残留检测采用气相色谱法，采用外标（峰高）定量法定量，保留时间定性.

农药残留检测参考NY/T 761.1-2004（中华人民共和国农业部，2004），具体过程如下：

样品前处理：将菠菜整株取样，去根处理，用电子天平称取粉碎匀浆后的菠菜样品10.0g，置入100mL离心管，加乙酸乙酯20mL，然后置于超声波清洗器中超声15min，加入5g无水硫酸钠，3600r·min-1离心5min，取匀浆浓缩后的上清液2mL用N2吹至近干，用丙酮定容至5mL过0.45μm滤膜，移入自动进样器样品瓶中，待测.

仪器条件：PE Clarus 600 GC-MS气质联用色谱仪（FPD）；进样口温度200℃，检测器温度280℃；载气为高纯N2（99.999%），流速5mL·min-1；色谱柱为RTX-1701（30m×0.32mm×0.25μm）毛细管色谱柱；程序升温测定，在100℃以20℃·min-1的升温速率升到170℃保持1min，然后以25℃·min-1升到250℃保持2min.

2.5 数据处理

采用Excel、DPS2000进行数据统计分析.

3 结果与分析（Results and analysis）

3.1 壳聚糖对菠菜中毒死蜱降解动态的影响

从图1可以看出，随着药后取样天数的增加，菠菜中毒死蜱的含量明显降低.叶面喷施不同浓度的壳聚糖水溶液均对菠菜中毒死蜱残留有明显的降解作用.不同浓度处理的壳聚糖水溶液对毒死蜱的降解作用有一定的差异，其中50mg·L-1壳聚糖处理对菠菜中毒死蜱的降解作用最好，其次是100mg·L-1壳聚糖处理.喷施壳聚糖后第1d（即药后第3d），50mg·L-1壳聚糖水溶液处理对菠菜中毒死蜱残留的降解效果最明显，比对照（2.260mg·kg-1）降低46.1%.喷施壳聚糖后第3d（即药后第5d），4个浓度处理的毒死蜱含量分别为0.793、0.806、1.030、1.042mg·kg-1，均显著低于对照1.198mg·kg-1，说明壳聚糖能够加快菠菜中毒死蜱残留的降解.到喷施壳聚糖后第5d，菠菜中的毒死蜱残留已降至喷药时的20%左右（降解率79.3%～83.9%），比对照降低24.6%～40.1%.到喷施壳聚糖后第21d（即药后第23d）取样检测，所有壳聚糖处理的菠菜中毒死蜱残留量均小于0.1mg·kg-1（0.061～0.084mg·kg-1），达到GB 2763-2005（中华人民共和国卫生部中国国家标准化管理委员会，2005）规定的叶类蔬菜中毒死蜱最大残留限量（≤0.1mg·kg-1），而对照处理的菠菜中毒死蜱残留量（0.108mg·kg-1）仍超出规定的国家标准（GB 2763-2005）.

毒死蜱在菠菜中的残留降解曲线符合一级动力学方程，根据动力学方程计算出了不同处理的半衰期和安全间隔期（表1）.叶面喷施壳聚糖后，菠菜中毒死蜱的半衰期与对照差别不明显.按照菠菜中毒死蜱的残留量达到国家标准（GB 2763-2005，叶菜类蔬菜≤0.1mg·kg-1）计算，叶面喷施50、100、200、400mg·L-1壳聚糖水溶液的安全间隔期分别是15.68d、16.23d、18.07d、17.64d，其中50mg·L-1的壳聚糖水溶液处理比对照缩短2.07d，降解效果最为理想.从对毒死蜱降解的效果综合来看，50mg·L-1壳聚糖水溶液对菠菜中毒死蜱的降解效果优于其他浓度处理.

表1 菠菜中毒死蜱降解的动力学方程、半衰期及其安全间隔期Table 1Dynamics equation,half life and pre-harvest interval of chlorpyrifos degradation in spinach

3.2 壳聚糖对菠菜中乐果降解动态的影响

从图2可以看出，不同浓度壳聚糖水溶液对菠菜中乐果的降解作用有明显的差异，其中100mg·L-1壳聚糖水溶液降解乐果作用明显，其次是50mg·L-1壳聚糖处理.随着取样天数的增加，菠菜中乐果的残留量呈现逐渐降低趋势.到喷施壳聚糖后第3d（即药后第5d）取样检测，所有壳聚糖水溶液处理以及对照的菠菜中乐果残留量均小于叶菜类蔬菜最大残留限量标准（≤1.0mg·L-1）（GB 2763-2005）.乐果在菠菜中的降解主要集中在喷施壳聚糖后的前3d，其乐果残留量已降至喷药时的10%.根据国家标准计算，叶面喷施50、100、200、400mg·L-1壳聚糖水溶液后菠菜中乐果的安全间隔期分别是2.05d、1.99d、2.12d、2.07d，较对照2.49d，缩短了0.44d、0.5d、0.37d、0.42d.从动力学方程的计算结果可知，叶面喷施壳聚糖能够缩短菠菜中乐果的半衰期（表2）.从叶面喷施壳聚糖对菠菜中乐果降解的效果综合来看，100mg·L-1壳聚糖水溶液对菠菜中乐果的降解效果优于其他浓度处理.

表2 菠菜中乐果降解的动力学方程、半衰期及其安全间隔期Table 2Dynamics equation,half life and pre-harvest interval of dimethoate degradation in spinach

4 讨论（Discussion）

4.1 低浓度壳聚糖能够有效地降低菠菜中毒死蜱、乐果的残留量

本试验在大田生产条件下，研究了50～400mg·L-1壳聚糖水溶液对菠菜中毒死蜱、乐果农药残留的降解趋势.在壳聚糖水溶液对菠菜中毒死蜱农药残留的降解试验中，虽然50～400mg·L-1壳聚糖水溶液对菠菜中毒死蜱残留都有较明显的降解作用，但以低浓度壳聚糖的降解效果最好.如叶面喷施50mg·L-1壳聚糖水溶液，从第1d到第21d取样检测，菠菜中毒死蜱残留量均明显小于其他处理，其降解率比当天清水处理（对照）平均提高40.2%.叶面喷施50mg·L-1和100mg·L-1的壳聚糖水溶液处理后，菠菜中毒死蜱的安全间隔期分别缩短2.07d和1.52d，而高浓度壳聚糖水溶液处理200mg·L-1和400mg·L-1对菠菜中毒死蜱的安全间隔期影响不大.

壳聚糖对菠菜中乐果残留的降解趋势与毒死蜱类似.叶面喷施100mg·L-1壳聚糖水溶液，其降解率比当天清水处理平均提高46.9%，安全间隔期比对照缩短0.5d，降解效果优于其他浓度的壳聚糖处理.

壳聚糖是一种高分子聚合物，由于其溶解液具有成膜性、安全、无毒副作用，因此广泛应用于果蔬保鲜中.王志国等（2008）采前1个月喷施300mg·L-1、500mg·L-1的壳聚糖，荔枝在低温中的贮藏性能得到改善，且未改变荔枝果皮的保水能力和果皮结构.本试验得出的结论是低浓度的壳聚糖（50、100mg·L-1）能够有效地降低菠菜中毒死蜱、乐果的残留量，而高浓度处理（200、400mg·L-1）对有机磷的降解效果相对减弱.这可能是由于高浓度的壳聚糖水溶液具有较高的成膜性，较低浓度壳聚糖而言，减缓了有机磷农药因磷酸酯键断裂而发生的水解反应.

4.2 壳聚糖溶液安全性分析及应用前景

壳聚糖是天然聚合物，因其生物相容性、低毒性，能被生物降解性和食用性被广泛应用在食品、化工、环保、医药、农业等领域.将壳聚糖应用于农业生产不会产生任何毒副作用，在土壤中经微生物分解后的最终产物又可被植物吸收，对土壤微环境不会造成不利影响，因此在蔬菜生产过程中叶面喷施低浓度的壳聚糖是安全的.

壳聚糖作为一种有机磷农药降解剂其本身就是一种生防农药，可以从源头上降低农药的施用量，而且壳聚糖在抗病诱导、抑菌杀虫、抵御逆境、农药增效、土壤改良、地膜降解、促进生长、提高产量、改善品质等方面有重要作用（赵蕾和汪天虹，1999）.因此，在蔬菜安全生产中，采用叶面喷施低浓度壳聚糖水溶液降解蔬菜中有机磷农药的方法是可行的.致谢：在试验过程中得到青岛市农业科学研究院中心实验室王文娇、研究生刘红玉和王文同学的帮助，在此一并致谢.

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Effects of Spraying Chitosan on Degradation of Chlorpyrifos and Dimethoate Residues in Spinach

CAO Wei1，2，CHEN Zhen-de2，*

1.College of Horticulture,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109

2.Qingdao Academy of Agricultural Sciences,Qingdao 266100

Effects of spraying chitosan on chlorpyrifos and dimethoate residues in spinach was investigated in the openfield.Results showed that spraying different concentrations of chitosan（50,100,200,400mg·L-1）could reduce chlorpyrifos and dimethoate residues in spinach effectively.And among of the different concentrations of chitosan,low concentrations of chitosan could more effectively reduce chlorpyrifos and dimethoate residues in spinach.By spraying 50mg·L-1of chitosan,chlorpyrifos residue in spinach was 40.2 percent lower than that of control,the plant pre-harvest interval（PHI）shorten 2.07d than that of control.While with 100mg·L-1of chitosan,dimethoate residue in spinach was 46.9 percent lower and thePHIshorten0.5dthanthatofcontrol.Thepracticeprovedthatchitosanasadegradationpreparationof organophosphorus pesticide is feasible.

chitosan；chlorpyrifos；dimethoate；degradation of pesticide residues；spinach

12 March 2009accepted24 May 2009

1673-5897（2010）1-130-06

X592

A

2009-03-12录用日期：2009-05-24

青岛市自然科学基金课题（No.07-2-3-4-jch）

曹委（1985—），男，硕士研究生，E-mail:killer2ying@163.com；*通讯作者（Corresponding author），E-mail:qdczd@tom.com

陈振德（1957—），男，研究员，主要从事蔬菜生理与食品安全方向的研究.