水培油麥菜對吡蟲啉的降解研究

徐 諾 胡 婕 董 雪 黃雪婷 葉明立 陳梅蘭*

(1.浙江樹人大學生物與環(huán)境工程學院，杭州 310028；2.常州大學石油化工學院，常州 213164)

隨著耕地面積的減少以及人們對食品質量安全的日益重視，傳統(tǒng)的土壤種植模式因存在農藥殘留、重金屬污染和病蟲害等問題，逐漸被新型的無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、易于自動化控制等特點，在蔬菜生產(chǎn)領域得到廣泛的應用，是一項在全球范圍內日益普遍的現(xiàn)代化農業(yè)種植技術[3-5]。農藥作為種植農作物的必需品，不僅能防蟲、防病，還能增加農作物產(chǎn)量，但其不合理的使用農藥卻嚴重破壞了生態(tài)環(huán)境，甚至威脅到人們的生命健康[6，7]。1984年德國拜耳公司和日本特殊農藥公司共同開發(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、安全性好等特點，被廣泛應用在農作物害蟲防治上，現(xiàn)已成為全球銷量最大的殺蟲劑[8，9]。政府對農藥限定的標準日益嚴格，在食品蔬菜生產(chǎn)中, 允許有限度地使用部分化學農藥, 但在食品中的農藥殘留量不得超過規(guī)定標準[10]，這提高了對農藥檢測技術要求。

近年來，隨著檢測技術的逐漸完善，蔬菜中農藥含量的分析方法有了很大的突破[11]。目前吡蟲啉的檢測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)質譜法[14]、超高效液相色譜-串聯(lián)質譜法[15]等。因為吡蟲啉是一個極性強但對熱不穩(wěn)定的農藥[16]，相比氣相色譜法，具有紫外線檢測器的高效液相色譜法更適用于檢測相對分子質量大、分離檢測極性強的離子型農藥，特別適用于不易氣化或者受熱易分解的農藥。但超高效液相色譜-串聯(lián)質譜儀和高效液相色譜-串聯(lián)質譜儀價格昂貴，許多實驗室都沒有配置，因此本實驗采用高效液相色譜法檢測水培油麥菜營養(yǎng)液中吡蟲啉的含量，進一步分析水培油麥菜不同的生長時期營養(yǎng)液對吡蟲啉含量的降解能力，為吡蟲啉在蔬菜生產(chǎn)中的應用提供參考價值，對保障我國蔬菜安全和蔬菜產(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、營養(yǎng)液(主要成分：氮磷鉀)、LED植物生長燈(0.3米，10 w，宸華照明)均購自電商平臺。殺蟲劑10%吡蟲啉可濕性粉劑購自江蘇康鵬農化有限公司。

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

1.2 儀器與設備

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

1.3 呲蟲啉標準溶液的制備

標準儲備溶液：稱取吡蟲啉標準物質 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。

標準混合溶液：用超純水將1000 ppm的標準儲備液稀釋成質量濃度為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的標準溶液，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 Agilent)；檢測波長：275 nm；柱溫：30℃；流動相：磷酸二氫鉀(10 mmol/L)/甲醇=65/35(體積比)；流速：1.0 mL·min-1；進樣量：25 μL。

1.5 實驗方法

將油麥菜種子冷水浸泡3小時左右，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。等待嫩芽長出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)使用說明，10 g兌水50 kg)。打開電水泵，循環(huán)營養(yǎng)液，以促進根部的氧氣，防治爛根。用LED植物燈進行補光，每日的光照時間大于8h，為了避免營養(yǎng)液蒸發(fā)造成測定吡蟲啉濃度的偏低，測定前加水使培養(yǎng)液體積保持同一刻度線上。

降解率計算：

R(%)=(C0-Ct)/C0×100%

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

2 結果與分析

2.1 呲蟲啉標準曲線的測定

取質量濃度為0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.20、0.30 mg/L 的標準溶液，按照1.4的色譜條件依次進樣分析，以呲蟲啉的質量濃度為橫坐標，以對應的色譜峰面積為縱坐標，進行線性回歸，得出呲蟲啉線性關系為：y=134.24x-0.3823，R2=0.9998。結果表明，方法符合吡蟲啉檢測要求。

2.2 不同階段水培油麥菜對吡蟲啉的降解情況

油麥菜的生長過程分為3個階段：嫩芽期、生長期、衰老期。不同時期的水培油麥菜對營養(yǎng)液中的物質吸收降解能力不同，因此對不同時期水培營養(yǎng)液中的吡蟲啉殘留含量進行檢測。

農藥在水環(huán)境中，會與水分子發(fā)生相互作用，從而發(fā)生農藥水解行為。有研究表明，在酸性條件下吡蟲啉在3個月其濃度無減少趨勢[17，18]。實驗購買的水培營養(yǎng)液呈弱酸性，在油麥菜成苗期及生長期，吡蟲啉的自然水解對降解情況的影響忽略不計。

水培油麥菜生長過程中，以出芽日期為基礎，分時段檢測記錄營養(yǎng)液中的吡蟲啉殘留含量。

實驗結果見表1、表2。

由表1可知，水培油麥菜在嫩芽時期，由于生長緩慢，降解率趨于平緩，變化甚微。

表1 水培油麥菜在嫩芽期對吡蟲啉降解率

由表2可知，水培油麥菜在生長時期，由于生長旺盛，降解能力較強，降解率達到最高值；在衰老時期，由于蔬菜所需營養(yǎng)已吸收較為完全，對吡蟲啉的降解能力逐漸減弱，最終趨于平緩。

表2 水培油麥菜生長期以及衰老期對吡蟲啉降解率

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

圖1 水培油麥菜在生長期降解吡蟲啉的變化趨勢圖

圖2 水培油麥菜在衰老期降解吡蟲啉的變化趨勢圖

2.3 不同時期對呲蟲啉降解能力的比較

由表3可知，水培油麥菜在不同時期對吡蟲啉的降解能力不同。油麥菜在嫩芽時期，生長的周期相對較長，對吡蟲啉的降解能力緩慢增強。生長期和衰老期的生長時間相較于嫩芽期要短一些。進入生長期后，對吡蟲啉的降解能力顯著增加。進入衰老期后，對吡蟲啉的降解能力逐漸減弱，趨于平緩。

表3 3個不同時期降解率的平均值