水培油麦菜对吡虫啉的降解研究

徐 诺 胡 婕 董 雪 黄雪婷 叶明立 陈梅兰*

(1.浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州 310028；2.常州大学石油化工学院，常州 213164)

随着耕地面积的减少以及人们对食品质量安全的日益重视，传统的土壤种植模式因存在农药残留、重金属污染和病虫害等问题，逐渐被新型的无土栽培种植形式所替代[1，2]。水培种植，因其节水节肥、安全性高、易于自动化控制等特点，在蔬菜生产领域得到广泛的应用，是一项在全球范围内日益普遍的现代化农业种植技术[3-5]。农药作为种植农作物的必需品，不仅能防虫、防病，还能增加农作物产量，但其不合理的使用农药却严重破坏了生态环境，甚至威胁到人们的生命健康[6，7]。1984年德国拜耳公司和日本特殊农药公司共同开发了第一代新烟碱类杀虫剂--吡虫啉(Imidacloprid)，因其具有用量少、持效长、安全性好等特点，被广泛应用在农作物害虫防治上，现已成为全球销量最大的杀虫剂[8，9]。政府对农药限定的标准日益严格，在食品蔬菜生产中, 允许有限度地使用部分化学农药, 但在食品中的农药残留量不得超过规定标准[10]，这提高了对农药检测技术要求。

近年来，随着检测技术的逐渐完善，蔬菜中农药含量的分析方法有了很大的突破[11]。目前吡虫啉的检测方法主要包括气相色谱法[12]、高效液相色谱法[13]、 高效色谱-串联质谱法[14]、超高效液相色谱-串联质谱法[15]等。因为吡虫啉是一个极性强但对热不稳定的农药[16]，相比气相色谱法，具有紫外线检测器的高效液相色谱法更适用于检测相对分子质量大、分离检测极性强的离子型农药，特别适用于不易气化或者受热易分解的农药。但超高效液相色谱-串联质谱仪和高效液相色谱-串联质谱仪价格昂贵，许多实验室都没有配置，因此本实验采用高效液相色谱法检测水培油麦菜营养液中吡虫啉的含量，进一步分析水培油麦菜不同的生长时期营养液对吡虫啉含量的降解能力，为吡虫啉在蔬菜生产中的应用提供参考价值，对保障我国蔬菜安全和蔬菜产业的持续健康发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

油麦菜培养装置、油麦菜种子油麦菜、营养液(主要成分：氮磷钾)、LED植物生长灯(0.3米，10 w，宸华照明)均购自电商平台。杀虫剂10%吡虫啉可湿性粉剂购自江苏康鹏农化有限公司。

磷酸二氢钾(分析纯，上海四赫维化工有限公司)；甲醇(色谱纯，美国天地公司)；实验室用水为超纯水(电阻率18.20 MΩ·cm)。

1.2 仪器与设备

1200型高效液相色谱仪(带紫外检测器，安捷伦科技(中国)有限公司)；SK2200H型超声波清洗器(上海科导超声仪器有限公司)；超纯水机(TKA-Genpure，美国Thermo Fisher Scientific公司)；水培种植箱(40×26×15 cm)。

1.3 呲虫啉标准溶液的制备

标准储备溶液：称取吡虫啉标准物质 0.1006g(精确至0. 0001g), 置于100 mL容量瓶中, 用超纯水溶解稀释并定容至刻度，超声波清洗器超声溶解，用移液枪移取上述溶液 10 mL于100 mL 容量瓶中,用超纯水定容于刻度,充分摇匀，冷却备用。

标准混合溶液：用超纯水将1000 ppm的标准储备液稀释成质量浓度为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的标准溶液，置于4℃冰箱备用。

1.4 色谱条件

色谱柱：ZORBAX SB-C18 柱，250 mm SB-C18，5 μm (美国 Agilent)；检测波长：275 nm；柱温：30℃；流动相：磷酸二氢钾(10 mmol/L)/甲醇=65/35(体积比)；流速：1.0 mL·min-1；进样量：25 μL。

1.5 实验方法

将油麦菜种子冷水浸泡3小时左右，用纱布包裹，等待发芽。种子发芽之后，将发芽的种子用镊子放入育苗海绵的凹口里，海绵要保持湿润。等待嫩芽长出3～4片真叶，移植到定植篮中，将定植篮放于水培箱里加入营养液120 mL以及10%吡虫啉可湿性粉剂2.728 g(根据使用说明，10 g兑水50 kg)。打开电水泵，循环营养液，以促进根部的氧气，防治烂根。用LED植物灯进行补光，每日的光照时间大于8h，为了避免营养液蒸发造成测定吡虫啉浓度的偏低，测定前加水使培养液体积保持同一刻度线上。

降解率计算：

R(%)=(C0-Ct)/C0×100%

式中，R为降解率，Ct为第t天营养液中吡虫啉残留质量浓度，C0为营养液中吡虫啉的初始质量浓度。

2 结果与分析

2.1 呲虫啉标准曲线的测定

取质量浓度为0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.30 mg/L 的标准溶液，按照1.4的色谱条件依次进样分析，以呲虫啉的质量浓度为横坐标，以对应的色谱峰面积为纵坐标，进行线性回归，得出呲虫啉线性关系为：y=134.24x-0.3823，R2=0.9998。结果表明，方法符合吡虫啉检测要求。

2.2 不同阶段水培油麦菜对吡虫啉的降解情况

油麦菜的生长过程分为3个阶段：嫩芽期、生长期、衰老期。不同时期的水培油麦菜对营养液中的物质吸收降解能力不同，因此对不同时期水培营养液中的吡虫啉残留含量进行检测。

农药在水环境中，会与水分子发生相互作用，从而发生农药水解行为。有研究表明，在酸性条件下吡虫啉在3个月其浓度无减少趋势[17，18]。实验购买的水培营养液呈弱酸性，在油麦菜成苗期及生长期，吡虫啉的自然水解对降解情况的影响忽略不计。

水培油麦菜生长过程中，以出芽日期为基础，分时段检测记录营养液中的吡虫啉残留含量。

实验结果见表1、表2。

由表1可知，水培油麦菜在嫩芽时期，由于生长缓慢，降解率趋于平缓，变化甚微。

表1 水培油麦菜在嫩芽期对吡虫啉降解率

由表2可知，水培油麦菜在生长时期，由于生长旺盛，降解能力较强，降解率达到最高值；在衰老时期，由于蔬菜所需营养已吸收较为完全，对吡虫啉的降解能力逐渐减弱，最终趋于平缓。

表2 水培油麦菜生长期以及衰老期对吡虫啉降解率

由图1和图2可知，水培油麦菜在生长期降解符合指数规律，r2为0.9971，到衰老后期，降解率逐渐缓慢。

图1 水培油麦菜在生长期降解吡虫啉的变化趋势图

图2 水培油麦菜在衰老期降解吡虫啉的变化趋势图

2.3 不同时期对呲虫啉降解能力的比较

由表3可知，水培油麦菜在不同时期对吡虫啉的降解能力不同。油麦菜在嫩芽时期，生长的周期相对较长，对吡虫啉的降解能力缓慢增强。生长期和衰老期的生长时间相较于嫩芽期要短一些。进入生长期后，对吡虫啉的降解能力显著增加。进入衰老期后，对吡虫啉的降解能力逐渐减弱，趋于平缓。

表3 3个不同时期降解率的平均值