小松菜对土壤中4种新烟碱类杀虫剂的吸收转运差异

2018-05-10严煌倩任立云余向阳

江苏农业科学 2018年7期

龙玲，李勇，严煌倩，任立云，余向阳

(1.广西大学农学院，广西南宁 530004； 2.江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所，江苏南京 210014；3.省部共建国家重点实验室培育基地/江苏省食品质量安全重点实验室，江苏南京 210014)

近年来，随着生活水平的提高，人们对蔬菜的需求量日益增多，蔬菜中农药的残留、转移等问题得到相应地重视。农药是蔬菜生产中的主要污染物来源之一，在施药之后，农药通过挥发、沉降等多种方式，与植物接触继而进入其体内，常常会引起植物产生某种生理变化[1-2]。蔬菜富集农药主要有3种途径，第1种是通过蔬菜的叶面气孔吸收了悬浮在空气中的农药；第2种是直接接触蔬菜表皮，透过蜡质层进而扩散到蔬菜植株体内；第3种是蔬菜根系吸收土壤或水中的农药，并经韧皮部运输至地上部分并累积。其中，第2种接触途径是导致蔬菜农药残留高居不下的主要原因。施用农药的方法主要有种子处理、叶面喷药以及灌根法[3]。在农药传导学中，农药在植物体内的运转模式主要分为2种模式，一种是向上转运模式，一般从植物根部往上部转运，种子处理和灌根法均属于该种模式；另一种是局部转运方式，农药从叶片经叶表皮吸收、转运至植株中的农药作用部位，叶面喷药属于这种模式。Wild等认为，植物根部吸收和转运有机物的途径主要有2种：一种是细胞之间传递称为共质体通道，亲脂性强、非极性强的物质更倾向于经共质体通道进行植物内部的运输传递；另一种是经细胞壁传递，称为非原质体通道，亲水性强、极性强的物质比较倾向于此方式传递[4-6]。Briggs等研究发现，非离子型的有机物更容易在根部细胞膜、细胞壁等亲脂性强的部位积累[7]。

自氨基甲酸酯、有机氯、拟除虫菊酯、有机磷之后，推出了一类具有高选择性且效果佳的新型杀虫剂，即新烟碱类杀虫剂。根据其化学结构的不同可大概分为3类，第1类为N-氰基脒类，包括噻虫啉、啶虫脒等；第2类为硝基亚甲基类，包括烯啶虫胺等；第3类为N-硝基胍类，包括吡虫啉、呋虫胺、噻虫胺和噻虫嗪等[8-9]。新烟碱类杀虫剂是一种后突触烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)的激动剂，其作用机制主要是通过阻碍害虫中枢神经系统的正常传导，使其出现麻痹直至死亡[10]。新烟碱类农药又属于内吸性杀虫剂，可以由植物根部或叶片吸收并转运到植物各部位，有效地杀死各类害虫[11-13]。因其作用机制独特而新颖，且作用范围广、效果极佳，使其迅速成为较受欢迎的一类杀虫剂。在我国登记的有2 000多种新烟碱类农药产品，约占农药总数的7%[14-17]。然而，随着这类农药产品的推出和大量投入使用，不可避免的会残留在蔬菜以及土壤中[18]。

为探究叶菜类小松菜对土壤中不同新烟碱类杀虫剂的吸收转运差异，采用小松菜(Brassicarapavar.perviridis)以及噻虫嗪、噻虫胺、噻虫啉和啶虫脒等4种新烟碱类杀虫剂，利用灌根法对土壤进行施药，利用QuChERS对土壤、蔬菜根、茎叶样品进行预处理。4种农药结构式如图1所示。结果表明，小松菜可以从土壤中吸收4种新烟碱类农药，并向茎叶中转移，但小松菜对不同农药的吸收转运差别较大。研究结果有助于对蔬菜施用新烟碱类药剂农药提供参考，以指导蔬菜的安全生产。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试蔬菜主要是小松菜(Brassicarapavar.perviridis)，购自福州农播王种苗有限公司。

供试农药主要有95.3%噻虫啉原药粉剂、97.9%噻虫嗪原药粉剂、98.3%噻虫胺原药粉剂、96.4%啶虫脒原药粉剂，均购自济南绿霸农药有限公司；99.5%噻虫啉标准品、99%噻虫嗪标准品、99%噻虫胺标准品、99%啶虫脒标准品，均购自德国Dr. Ehrenstorfer公司。

主要试剂有乙腈(分析纯，上海中试化工总公司)、氯化钠(分析纯，西陇化工股份有限公司)、乙腈(色谱纯，德国默克公司)、PSA(Agela Technologies公司)、无水硫酸镁(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，将无水硫酸镁置于550 ℃条件下烘烤5 h，冷却待用；超纯水。

主要仪器有Agilent 1260高效液相色谱仪(美国Agilent)、高速离心机(TG16-WS型，长沙湘智离心机仪器有限公司)、微型旋涡混合仪(WH-3，上海沪西分析仪器厂有限公司)、电子天平(AP2500-0型，瑞士Ohaus)、电子天平(JJ200B型，常熟市双杰测试仪器厂)、海尔立式超低温保存箱(DW-86L338)、海尔电冰柜(BC/BD-379H)、超纯水仪(Direct-R公司)；Alpha1-2LDplus型冷冻干燥剂(北京博劢行仪器有限公司)、高通量样品振荡仪(托摩根生物科技有限公司)、0.22 μm有机滤膜；实验室其他玻璃仪器及器皿，均购自南京寿德试验器材有限公司。

1.2 色谱条件

色谱柱为ZORBAX SB-C18柱(250 cm×4.6 mm×5 μm)，柱温为25 ℃，进样量为10 μL，二极管阵列检测器(diode array detector，简称DAD)，噻虫嗪、噻虫胺的扫描波长为255 nm；流动相为V乙腈∶V水=30 ∶70；流速为0.6 mL/min；噻虫嗪出峰时间为7.11 min；噻虫胺出峰时间为9.01 min；噻虫啉的扫描波长为233 nm；V乙腈∶V水=28 ∶72；流速为 1 mL/min；出峰时间为9.53 min；啶虫脒的扫描波长为 254 nm；V乙腈∶V水=28 ∶72；流速为0.8 mL/min；出峰时间为10.25 min。

1.3 试验设计

种菜土壤取自江苏省农业科学院基地施药地块表层(0～20 cm)土壤。采集后风干，过筛，灭菌。种植40盆盆栽，每盆称取600 g土壤，播种，定量浇水，待植株生长稳定后，每盆灌药120 mL 10 mg/kg的药剂，每种药剂灌7盆种菜和3盆未种菜的。灌药后，于1、6、10、15、21、28、35 d后采样。

1.4 样品处理

茎叶和根系样品用食品捣碎浆机粉碎并混匀，准确称1 g于10 mL带盖的一次性塑料管中，加入5 mL乙腈，振荡 30 min，加1 g氯化钠固体，涡旋1 min，以5 000 r/min转速离心10 min，取上层清液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无水硫酸镁，涡旋 1 min，以8 000 r/min转速离心5 min，取上层清液，过 0.22 μm 滤膜，进样。

土壤样品冻干，粉碎，过100目筛。准确称取10 g于 50 mL 带密封盖的塑料瓶中，加入20 mL乙腈，振荡30 min后，以5 000 r/min转速离心10 min，取上层清液，过0.22 μm滤膜，进样。

1.5 标准曲线和添加回收试验

用乙腈稀释混合标准母液，配成质量浓度分别为1.00、0.50、0.20、0.10、0.05、0.02、0.01 mg/L的混合标准溶液，按“1.2”节的色谱条件测定。以峰面积为纵坐标，进样浓度为横坐标，绘制标准曲线。在土壤、茎叶和根系空白样品中添加一定量的混合标准溶液，使每种农药添加水平分别为0.01 、0.10 、1.00 mg/kg，按“1.2、1.4节”所述方法进行样品预处理及测定，每个水平重复3次。

2 结果与分析

2.1 液相色谱方法的线性关系、相关系数和添加回收

在质量浓度0.01～1.00 mg/L范围内，4种新烟碱类杀虫剂的峰面积(y)与浓度(x)间呈线性关系，相关系数和添加回收试验结果见表1。在“1.2节”的色谱条件下，线性良好，添加回收率达标，能够确保结果的准确性。

表14种新烟碱类杀虫剂的回归方程、相关系数及添加回收

2.2 4种新烟碱类药剂在小松菜茎叶、根系和土壤中的残留量

对小松菜进行农药灌根后，采集小松菜的茎叶、根以及土壤样品，对试验样品进行预处理，利用高效液相色谱-二极管阵列检测器(high-performance liquid chromatography-diode array detection，简称HPLC-DAD)对4种新烟碱类杀虫剂进行检测。结果表明，灌根后均可以从土壤、小松菜根和茎叶中检测到4种农药，说明小松菜均可以对土壤中4种新烟碱类杀虫剂进行吸收，并向茎叶中转运，但不同农药存在吸收转运差异。由图2-a可知，在灌根施药初期，茎叶中4种农药浓度均快速增加，啶虫脒在6 d后达到最大值，噻虫嗪和噻虫啉在21 d后达到最大值，而后，茎叶中这3种农药浓度均处于下降趋势，而噻虫胺在试验采用期内浓度达到最大值，且保持稳定状态。由图2-b可知，小松菜根中噻虫嗪的浓度在6 d后达到最大值，而其他3种农药浓度均在1 d后达到最大值，而随着暴露时间的延长，根中4种农药的浓度均逐渐下降。另外，根中噻虫嗪浓度明显大于其他3种农药。由图2-c可知，在施药初期，4种农药在土壤中的浓度达到最大，随着暴露时间的延长，土壤中4种农药的浓度整体处于下降趋势。

2.2 富集系数(enrichment factor，简称RCF)与转移系数(transfer factor，简称TF)

富集系数(RCF)是植株根部的药剂浓度与土壤中药剂浓度的比值，其计算公式为RCF=C根/C土壤，反映植株根部对土壤中药剂的吸收富集能力。当RCF≥1.0时，表明该物质易被此种植株根富集；当RCF<1.0时，表明此种植株根不易富集该物质[19]。噻虫嗪、噻虫胺、噻虫啉、啶虫脒4种农药的富集因子分别为15.24、5.13、3.28、0.86(表2)。可见，噻虫嗪的RCF最大，其次是噻虫胺、噻虫啉、啶虫脒，说明4个农药中噻虫嗪最易在小松菜根中富集，而啶虫脒最不易在根中富集。

转移系数(TF)表示药剂在植物体内的转移能力，其计算公式是药剂在茎叶残留浓度与根部浓度的比值，即TF茎叶=C茎叶/C根。TF茎叶≥1.0时，表明药剂易从植株根部向茎中转移，则TF茎叶<1.0反之[20]。由表2可知，噻虫嗪、噻虫胺、噻虫啉、啶虫脒4种农药的转移系数分别为4.29、9.49、20.13、71.16，均大于1，由大到小的顺序依次为TF啶虫脒>TF噻虫啉>TF噻虫胺>TF噻虫嗪，4种新烟碱类杀虫剂均容易从根系向茎叶中转移，其中啶虫脒最容易转移，噻虫嗪较难转移。

表24种新烟碱类药剂在小松菜中的RCF值和TF值

3 结论

通过采取灌根的施药方式比较4种新烟碱类类药(噻虫嗪、噻虫胺、噻虫啉和啶虫脒)在小松菜上的吸收及转移差异。结果表明，样品前处理采用QuChERS方法，在不同添加水平下，方法重现性好、操作简单，准确度和精密度等均符合农药残留分析方法要求。结果表明，小松菜可以从土壤中吸收4种新烟碱类农药并向茎叶中转移，但小松菜对不同农药的吸收转运差别较大。通过分析富集因子(RCF)和转移因子(TF)表明噻虫嗪最易在根中富集，不易向茎叶中转移；啶虫脒最易向茎叶中转移而不易在小松菜根部富集。本研究结果有助于对蔬菜施用新烟碱类药剂农药提供参考，指导蔬菜的安全生产。

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