油菜素內酯促進芹菜中阿維菌素和辛硫磷殘留降解效果研究

王紫娟 李 森 秦 潮 白宇仁 鄭少文，*

(1 山西農業(yè)大學園藝學院，山西 太谷 030801；2 山西省農產品質量安全檢驗監(jiān)測中心，山西 太原 030000；3 洪洞縣綜合檢驗檢測中心，山西 洪洞 041600)

芹菜(ApiumgraveolensL.)為傘形花科芹屬植物，在我國栽培歷史悠久、種植面積廣、產量高、銷售量大[1-2]，由于芹菜適應性強，生長周期短，結合設施保護，已可做到四季生產，周年供應[3]。芹菜口感清脆，富含蛋白質、B族維生素、胡蘿卜素等多種營養(yǎng)物質[4-5]，且葉莖中含有藥效成分的芹菜苷、佛手苷內酯和揮發(fā)油，具有降壓、降脂、護肝、抗癌等生理功效[6-7]。隨著種植產業(yè)結構的調整，山西省芹菜種植面積逐年增大，病蟲害也隨之增加、逐漸嚴重，相應的農藥使用劑量及次數也不斷加大[8-9]。近年來，芹菜農藥殘留超標問題常有發(fā)生，給消費者帶來了健康隱患[10]。

油菜素內酯(brassinolide，BR)又名蕓苔素內酯、碩豐481、天豐素[11]，是公認的高效、廣譜、無毒的植物生長調節(jié)劑，其滲透性強、內吸快，在極低濃度下，有明顯地促進植物體營養(yǎng)生長的作用，亦能有效地增加葉綠素含量，提高光合效率，促根壯苗、保花保果；同時也可提高作物抗寒、抗旱、抗鹽堿等能力，并能顯著減少病蟲害的發(fā)生，消除病斑緩解藥害的發(fā)生，使作物快速恢復生長[12-13]。

目前，我國農藥的使用不夠規(guī)范，亂用濫用現象普遍，導致農作物的農藥殘留量普遍較高，嚴重影響農作物的安全采收上市，并威脅人類健康[14]。因此，農藥殘留問題受到社會廣泛關注。根據前期市場調研和農藥銷售結果，芹菜在常規(guī)農藥使用中阿維菌素和辛硫磷檢出率和超標率均較高。阿維菌素是對害蟲和螨類具有胃毒和觸殺作用的一種大環(huán)內酯化合物，屬于微生物源農藥，易被土壤吸附，亦能被土壤微生物分解，已成為多種復配劑的有效成分[15]；阿維菌素作為一種神經性毒劑，能引起昆蟲神經的抑制麻痹，從而起到殺蟲的作用，人體中毒癥狀主要表現為煩躁、失眠、瞳孔擴大、四肢無力、肌肉顫抖，重則會引起抽搐、昏迷、呼吸衰竭。辛硫磷是一類高效低毒的有機磷殺蟲劑[16]，具有藥效高、防治譜廣和成本低的特點，是一種刺激性的神經毒物，主要抑制害蟲血液和組織中乙酰膽堿酯酶活性，引起中樞神經系統中毒[17]。研究表明，BR可促進農藥在植物體內的降解和代謝[18-19]，已有學者在油菜[20]、芥菜[21]、鴨梨[22]等果蔬上進行過類似研究，但是對于BR能否促進芹菜中阿維菌素和辛硫磷的降解尚鮮有報道。基于此，本研究分析了BR對芹菜作物中農藥殘留降解的影響，旨在保證芹菜產品農藥殘留水平控制在安全范圍，促進芹菜產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以期為蔬菜產品中農藥殘留降解的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新津南實芹：青縣純豐蔬菜良種繁育場；1.8%阿維菌素乳油：山西奇星農藥有限公司；40%辛硫磷乳油：山東埃森化學有限公司；0.01%油菜素內酯乳油：江西珀爾農作物工程有限公司；阿維菌素標準品(B1a含量為91.2%)、辛硫磷標準品(純度≥99%)：阿拉丁試劑上海有限公司。

1.2 試驗設計

試驗在山西農業(yè)大學園藝站1號日光溫室開展，以田間小區(qū)的方式進行，共分為9個小區(qū)，每12株芹菜作為一個試驗小區(qū)，每個處理重復3次。各處理均以施藥但不施BR為水平對照。試驗期間禁止噴施類似農藥。

1.2.1 阿維菌素和辛硫磷在芹菜上的降解動態(tài) 噴施阿維菌素及辛硫磷的劑量設為定量，于同一天內進行噴施。定植30 d后，按照1.5倍推薦劑量(阿維菌素75/667 mL·m-2、辛硫磷113/667 mL·m-2)對芹菜葉面進行均勻噴霧，噴到葉面滴液為止，施藥1次，每個處理均做3次重復。分別于施藥后的2 h及1、3、5、7、14、21、28 d采集芹菜樣本，每小區(qū)均采樣3株，預處理后待測。

1.2.2 噴施BR對芹菜中阿維菌素和辛硫磷殘留降解動態(tài) 濃度：于施藥前1 d噴施BR(濃度分別為0.01、0.05、0.10、0.50 mg·L-1)，以施藥自然降解為對照，噴到滴液為好。按照1.5倍推薦劑量噴施阿維菌素和辛硫磷。具體方法及采樣時間與1.2.1一致。

次數：于施藥前1 d噴施0.1 mg·L-1BR，噴到滴液為好。設3個處理：施藥前噴施1次；在噴施1次的基礎上每隔3 d噴1次，共噴施2次；在噴施2次的基礎上每隔3 d噴1次，共噴施3次；以施藥自然降解為對照。每次處理均做3次重復，于施藥后2 h及1、3、7 d采集芹菜樣本。

1.2.3 施藥方式及采樣處理方法 用小型噴壺向芹菜葉面噴施BR，用15 L容量的手動噴霧器向芹菜葉面噴施辛硫磷和阿維菌素。由于辛硫磷具有見光分解的特性[23]，選擇在傍晚進行噴施，自上而下，以葉片莖稈均勻噴施，并有藥液從植株上滴下為止。

試驗按隨機采樣的方法，從每個小區(qū)間隨機采取3株，避免采摘有病蟲害的植株，采樣量確保不少于20 g，采回的芹菜樣品擦去泥土放于塑料板上進行切碎混勻，然后進行勻漿，將勻漿好的樣品置于-22℃冰箱保存。

1.3 測定項目與方法

準確稱取勻漿后的10.00 g芹菜試樣置于離心管中，加入15 mL乙腈溶液、6 g無水硫酸鎂、1 g檸檬酸鈉和1 g氯化鈉，劇烈震蕩1 min，4 000 r·min-1離心5 min，使乙腈相和水相分層。準確吸取15 mL上清液于RV8旋轉蒸發(fā)儀(上海萊睿科學儀器有限公司)中蒸發(fā)近干，用1.5 mL乙腈溶液復溶轉移至15 mL刻度離心管中。稱取適量的石墨化炭黑粉末(graphitized carbon black，GCB)、N-丙基乙二胺(primary secondary amine，PSA)粉末和MgSO4加入上述乙腈溶液中，4 000 r·min-1離心2 min，將上清液移入2 mL刻度離心管中，經0.45 μm濾膜過濾后上高效液相色譜儀測定[24]。

阿維菌素液相色譜測定條件：色譜柱C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；檢測波長245 nm；流動相V(甲醇)∶V(水)=85∶15；進樣量20 μL；流速1.0 mL·min-1； 柱溫30℃；保留時間約為25 min。

辛硫磷液相色譜測定條件：色譜柱C18柱(250×4.6 mm，5 μm)；檢測波長285 nm；流動相V(甲醇)∶V(水)80∶20；進樣量20 μL；流速1.0 mL·min-1；柱溫35℃；保留時間約為25 min。

1.4 數據分析

1.4.1 定性分析 所測得的樣品溶液中未知農藥的保留時間(retention time，RT)分別與該農藥的標準溶液在同一色譜柱上的保留時間進行比較，如果樣品溶液中某農藥的兩組保留時間與該農藥的標準溶液中某一農藥的兩組保留時間相差都在±0.05 min內，可確定為該農藥[25]。

1.4.2 定量結果計算 根據公式計算供試樣品中被測農藥的殘留量：

(1)

式中，X表示樣品中被測藥劑的殘留量，mg·kg-1；c表示標準溶液中被測藥劑的濃度，mg·L-1；V表示樣品定容體積，mL；A1表示標準工作溶液中被測藥劑的峰面積；A2表示樣品中被測藥劑峰面積；m表示樣品質量，g。

1.4.3 半衰期 根據公式計算半衰期：

Ct=C0×e-kt

(2)

T1/2=ln2/k

(3)

式中，Ct表示t時刻農藥的濃度，mg·kg-1；C0表示農藥初始濃度，mg·kg-1；T1/2表示半衰期，d；k表示消解速率常數。

1.4.4 數據統計方法 采用Microsoft Excel 2010進行數據處理；Origin 8.6軟件作圖；SPSS Statistics 17.0軟件進行單因素方差分析和差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 阿維菌素在芹菜中的殘留自然降解動態(tài)

阿維菌素在芹菜中的殘留降解動態(tài)試驗結果如表1所示。在噴施阿維菌素2 h后，芹菜中阿維菌素的殘留量為0.426 3 mg·kg-1，噴施后第7天，阿維菌素的殘留量為0.103 1 mg·kg-1，降解率達到75.82%，噴施后第28天，阿維菌素在芹菜中的殘留量低于儀器最低定量限，未檢出；芹菜的安全采收期為21 d。將殘留量結果進行統計分析，得到阿維菌素在芹菜中的殘留降解動態(tài)回歸方程為：C=0.378 2e-0.105t，相關系數R=0.908 9，半衰期為6.60 d。阿維菌素在芹菜中的殘留降解動態(tài)符合一級動力學反應模式(式2)，其結果具有較高的相關性。隨著采樣時間的延長，阿維菌素的殘留量呈逐漸下降的趨勢。

表1 阿維菌素在芹菜中的降解動態(tài)Table 1 Degradation dynamics of avermectin in celery

2.2 噴施不同濃度的BR對芹菜中阿維菌素殘留降解動態(tài)的影響

由圖1可知，隨著采樣時間的延長，CK和處理組中阿維菌素含量均呈下降的趨勢，但不同處理間阿維菌素降解程度有所不同。對于相同時間點不同處理而言，0.10 mg·L-1BR是試驗中促進阿維菌素殘留降解的最適濃度。在噴施后2 h和1、3、5、7、14 d時，0.10 mg·L-1BR處理組阿維菌素含量相對于CK分別降低了10.25%、9.17%、10.11%、19.82%、31.72%和52.32%。在噴施后第14天時，0.1 mg·L-1BR處理芹菜中阿維菌素含量為0.042 2 mg·kg-1，低于我國規(guī)定的阿維菌素在芹菜上的最大殘留限量0.05 mg·kg-1[26]， 達到國家標準；而在自然降解條件下，需到噴施后第21天時才能達到國家標準。由表2可知，不同濃度BR處理后，阿維菌素在芹菜中的殘留降解均符合一級動力學反應模式，其結果具有較高的相關性；且以0.10 mg·L-1BR處理后半衰期最短，為4.03 d，安全采收期為14 d，較自然降解提早7 d。

注：不同小寫字母表示同一采樣時間不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at 0.05 level in the same sampling time. The same as following.圖1 不同濃度BR對芹菜中阿維菌素的降解動態(tài)Fig.1 Degradation dynamics of avermectin in celery with different concentrations of BR

表2 不同濃度BR促進芹菜中阿維菌素降解的動力學參數Table 2 Kinetic parameters of avermectin degradation in celery promoted by different concentrations of BR

2.3 噴施不同次數的BR對芹菜中阿維菌素殘留降解動態(tài)的影響

由圖2可知，隨著采樣時間的延長，CK和處理組中阿維菌素含量均呈下降趨勢，與CK相比，經BR處理后阿維菌素的降解速度更快。對于相同時間點不同處理而言，噴施2次BR是試驗中促進阿維菌素殘留降解的最適次數；在施藥后第1、第3、第7天時，較CK分別降低了10.84%、56.03%和58.39%，在第7天時阿維菌素含量為0.042 9 mg·kg-1，低于我國規(guī)定的阿維菌素在芹菜上的最大殘留限量0.05 mg·kg-1，達到國家標準；而在自然降解條件下，需到第21天時才能達到國家標準(表1)。由表3可知，噴施不同次數BR處理后，阿維菌素在芹菜中的殘留降解符合一級動力學反應模式，其結果具有較高的相關性；且以噴施2次BR處理后半衰期最短，為2.11 d，安全采收期為7 d，較自然降解提早14 d。

圖2 噴施不同次數BR對芹菜中阿維菌素的降解動態(tài)Fig.2 Degradation dynamics of avermectin in celery by spraying BR with different times

表3 噴施不同次數BR促進芹菜中阿維菌素降解的動力學參數Table 3 Kinetic parameters of different times of BR promoting avermectin degradation in celery

2.4 辛硫磷在芹菜中的殘留自然降解動態(tài)

辛硫磷在芹菜中的殘留降解動態(tài)試驗結果如表4所示。在噴施辛硫磷2 h后，芹菜中辛硫磷的殘留量為0.747 2 mg·kg-1，噴施后第5天，辛硫磷的殘留量為0.320 7 mg·kg-1，降解率達到57.08%，噴施后第21天，辛硫磷在芹菜中的殘留量低于儀器最低定量限，未檢出；芹菜的安全采收期為14 d。將殘留量結果進行統計分析，得到辛硫磷在芹菜中的殘留降解動態(tài)回歸方程為：C=0.860 8e-0.228t；相關系數R=0.990 4；半衰期為3.04 d。辛硫磷在芹菜中的殘留降解符合一級動力學反應模式，其結果具有較高的相關性。隨著采樣時間的延長，辛硫磷的殘留量呈逐漸下降的趨勢。

表4 辛硫磷在芹菜中的降解動態(tài)Table 4 Degradation dynamics of phoxim in celery

2.5 噴施不同濃度的BR對芹菜中辛硫磷殘留降解動態(tài)的影響

由圖3可知，隨著采樣時間的延長，CK和處理組中辛硫磷含量均呈下降趨勢但不同處理間辛硫磷的降解程度有所不同。整體而言，比較相同時間點的不同處理，0.10 mg·L-1BR是試驗中促進辛硫磷殘留降解的最適濃度。施藥后2 h和1、3、5、7 d時，0.10 mg·L-1BR處理組比CK分別降低了40.66%、43.64%、68.91%、77.85%和78.80%，在第7天時，芹菜中辛硫磷含量為0.033 3 mg·kg-1，低于我國規(guī)定的辛硫磷在芹菜上的最大殘留限量0.05 mg·kg-1[26]，達到國家標準；而在自然降解條件下(表4)，需到第14天時才能達到國家標準。由表5可知，不同濃度BR處理后，辛硫磷在芹菜中的殘留降解符合一級動力學反應模式，其結果具有較高的相關性；且以0.10 mg·L-1BR處理后半衰期最短，為1.83 d，安全采收期為7 d，較自然降解提早7 d。

圖3 不同濃度BR對芹菜中辛硫磷的降解動態(tài)Fig.3 Degradation dynamics of phoxim in celery with different concentrations of BR

表5 不同濃度BR促進芹菜中辛硫磷降解的動力學參數Table 5 Kinetic parameters of phoxim degradation in celery promoted by different concentrations of BR

2.6 噴施不同次數的BR對芹菜中辛硫磷殘留降解動態(tài)的影響

由圖4可知，隨著采樣時間的延長，CK和處理組中辛硫磷含量均呈現下降的趨勢，與CK相比，經BR處理后辛硫磷的降解速度更快。對于相同時間點不同處理而言，噴施2次BR是試驗中促進辛硫磷殘留降解的最適次數；在施藥后第1、第3天時辛硫磷殘留量比CK分別降低了43.71%和85.46%，在施藥后第7天時，辛硫磷含量低于儀器檢出限，未檢出；而在自然降解條件下(表4)，需到第14天時才能達到國家標準。由表6可知，不同次數的BR處理，辛硫磷在芹菜中的殘留降解符合一級動力學反應模式，其結果具有較高的相關性；且以2次BR處理后半衰期最短，為1.05 d，安全采收期為7 d，較自然降解提早7 d。

圖4 不同次數BR對芹菜中辛硫磷的降解動態(tài)Fig.4 Degradation dynamics of phoxim in celery by BR with different times

表6 不同次數BR促進芹菜中辛硫磷降解的動力學參數Table 6 Kinetic parameters of different times of BR promoting phoxim degradation in Celery

2.7 最適噴施濃度BR促進阿維菌素與辛硫磷降解的效果比較

由上述研究結果可知，降解阿維菌素和辛硫磷殘留的最適BR濃度均為0.10 mg·L-1。由圖5可知，隨著采樣時間的延長，阿維菌素和辛硫磷降解速率均呈上升趨勢且在每個采樣時間段辛硫磷的降解速率均高于阿維菌素的降解速率。表明在最適濃度0.10 mg·L-1BR條件下，BR對辛硫磷的降解效果優(yōu)于對阿維菌素的降解效果。

注：不同小寫字母表示同一項目不同采樣時間之間差異顯著性(P<0.05)。Note: Different lowercase letter indicate significant difference between different sampling time of the same item at 0.05 level.圖5 最適BR濃度下阿維菌素和辛硫磷降解速率比較Fig.5 Comparison of degradation rates of avermectin and phoxim under optimal BR concentration

2.8 最適噴施次數BR促進阿維菌素與辛硫磷降解的效果比較

由上述結果可知，降解阿維菌素和辛硫磷殘留的最適BR噴施次數均為2次。由圖6可知，施藥后第3天噴施2次BR辛硫磷的降解速率為86.12%，高于阿維菌素的降解速率(64.38%)。表明在最適噴施次數，即2次條件下，BR對辛硫磷的降解效果優(yōu)于對阿維菌素的降解效果。

注：不同小寫字母表示最適BR次數下不同處理間差異顯著性(P<0.05)。Note: Different lowercase letter indicate significant difference among different treatments under the optimal BR times at 0.05 level.圖6 最適BR次數下阿維菌素和辛硫磷降解速率比較Fig.6 Comparison of degradation rates of avermectin and phoxim under optimal BR times

3 討論

農藥殘留超標問題，不僅影響果蔬的生產和進出口貿易，還會影響人類身體健康[27]。尋求一種加速降解農產品中農藥化合物殘留的有效措施，既可以擴大農藥的使用范圍，也可以有效地解決農藥殘留量過高的問題[28]。張瑩等[22]研究表明，BR能夠有效促進鴨梨果實中有機磷農藥毒死蜱的降解，其降解效果顯著優(yōu)于自然降解。Xia等[29]研究表明，在采收前第7天施用BR，能夠顯著減少番茄、黃瓜、白菜等蔬菜中30%～70%的多菌靈、百菌清、毒死除蟲蜱和抗菌除蟲菊酯等農藥的有害化學物質殘留。本試驗結果表明，噴施BR可有效促進芹菜中阿維菌素和辛硫磷的降解，且以0.10 mg·L-1BR效果最佳，噴施次數以2次效果最佳，較CK處理可提前達到國家規(guī)定的阿維菌素和辛硫磷在芹菜中的最大殘留限量標準(0.05 mg·kg-1)。 最佳噴施條件下，BR對辛硫磷的降解效果優(yōu)于對阿維菌素的降解效果。BR能夠降解植物體內的農藥殘留，其原因可能與激發(fā)植物內在解毒機制，提高植物的抗氧化能力有關[30-31]。Zhou等[32]研究表明，BR能提高植物體內解毒酶活力、解毒基因表達，并促進谷胱甘肽的合成與再生，從而降解植物體內的農藥殘留。于高波[33]研究表明，BR能夠促進植物體內谷胱甘肽等相關物質的合成，啟動以谷胱甘肽為底物的軛合反應；BR也能夠誘導植物體三相解毒代謝相關基因的表達，從而加速植物體內谷胱甘肽對農藥進行的軛合反應等解毒作用，進而促進農藥在植物體內的降解代謝。夏曉劍[34]研究也表明，BR能顯著提高農藥氧化修飾、代謝中間體扼合、代謝終產物運輸等過程的相關解毒酶活力和基因表達，從而降低黃瓜體內氯氰菊酯、多菌靈和百菌清的殘留。噴施農藥會使植物處于逆境脅迫狀態(tài)，推測阿維菌素和辛硫磷具有同樣的效果，逆境脅迫會導致植物活性氧過度累積，對植物造成氧化損害[35]。而通過噴施BR可激發(fā)植物內在解毒機制，提高植物的抗氧化能力；在這個過程中，多種參與農藥降解的解毒基因表達和酶活性均會提高，在解毒基因“指導”之下，合成的蛋白酶能將農藥逐步轉化為水溶性物質或者低毒、無毒物質，有的可直接排出植物體內，從而起到降解植物體內農藥殘留的作用[36-37]，但其機制還有待進一步深入研究。

4 結論

BR能夠有效促進芹菜中阿維菌素和辛硫磷的降解，其降解效果優(yōu)于自然降解。施用BR最適濃度為0.10 mg·L-1；噴施2次效果最佳，但促進效果存在一定差異，噴施0.10 mg·L-1的BR和噴施2次BR對辛硫磷的降解效果均優(yōu)于阿維菌素的降解效果，與農藥本身的物理化學性質以及對解毒機制的誘導強度有關。