蔬菜农药残留的危害及治理

蔬菜农药残留的危害及治理

农药残留是指植物中的“无形杀手”。指使用后剩余的微农原体、有毒代谢物、分解物和杂质的总称，每公斤样品中大约有多少毫克（或毫克、纳克等）。近年来,随着人们生活水平的提高,蔬菜消费量逐年增加,已成为一个潜在的巨大商业市场,菜农为了追求经济利益,大量使用高毒、高残留的农药等化学品,这就造成了蔬菜中普遍存在农药残留超标的现象。我国每年都会发生因误食高毒农药污染的蔬菜而造成人畜中毒的事件,甚至还因农药残留超标而使蔬菜出口受阻。因此,研究蔬菜农药残留问题对于降低农药使用量和蔬菜生产成本,提高我国蔬菜产品的质量,保障人民群众的饮食安全,提升我国蔬菜产品的国际竞争力有着重要的理论和现实意义。1蔬菜农药残留情况我国是一个蔬菜生产和出口大国,蔬菜是我国出口的第三大农产品。据统计,2009年我国蔬菜播种面积为0.273亿hm2,总产量达到6.02亿t,分别占世界的43%和49%,均居世界第一。到目前为止,世界上化学农药年产量近200万t,约有1000多种人工合成的化合物被用作杀虫剂、杀菌剂、杀藻剂、除虫剂、落叶剂等类农药。我国也是一个农药生产和使用大国,据国家统计局的数据显示,2008年国内农药产量为190.2万t,占全球农药总产量近一半,年均使用量50万t以上,其中,使用在蔬菜作物方面的化学农药占了绝大部分。联合国已规定农药残留最大允许限量(MRL)标准3574项,食品法典委员会(CAC)2572项,欧盟2289项,美国8669项,日本9052项,而我国国家标准和行业标准只有484项。伴随着人类对食品安全的要求和国际贸易的发展,世界各国对蔬菜产品要求检测的项目越来越多。特别是我国加入WTO以后,蔬菜出口不断增加,但出口受阻也不断增加,如拒收、退货、索赔、终止合同等现象时有发生。其中最主要的原因就是农药残留过高,致使我国出口的蔬菜受到来自日本、欧盟和美国等国家和地区的贸易技术壁垒,导致重大的经济损失。目前我国蔬菜中主要有3类农药残留:一是有机磷农药。作为神经毒物,会引起神经功能紊乱、震颤、精神错乱、语言失常等症状;二是拟除虫菊酯类农药。毒性一般较大,有蓄积性,中毒表现症状为神经系统症状和皮肤刺激症状;三是一些常用杀菌剂类农药。有机磷农药因在农业病虫害防治方面具有高效、安全、经济、方便、应用范围广等特点,是我国现阶段使用量最大的农药。中国环境优先检测有机污染物“黑名单”中列出的10种化学农药,其中有机磷类农药就占了7种,同时闫实等研究了不同种类蔬菜农药残留检出率的规律性,结果表明农药种类主要集中在高毒有机磷杀虫剂方面。因此,有机磷农药残留是我国农药残留分析的重点。近些年,农药的使用给农业生产带来巨大经济效益的同时,也对环境与产品造成严重的污染。绿色和平组织于2008年12月和2009年2月在北京、上海和广州的多家超市及农贸市场随机选取了当地当季的常见蔬菜水果,对这些样品上的农药残留进行了检测,结果显示,不仅大多数蔬菜水果都有农药残留,更为严重的是45份样品中检测出50种农药成分,30个样品残留着至少5种以上不同的农药,说明多种农药残留并存的情况也较为严重。卢江等对哈尔滨市蔬菜的农药残留情况进行了抽样调查,共抽检10个品种的23份蔬菜,抽检结果表明,市售蔬菜的总合格率仅为65.21%,其卫生安全问题不容乐观;同时袁超等也调查发现哈尔滨市蔬菜中普遍存在阿维菌素、吡虫啉农药残留现象。2009年9月上海市消保委从超市、专卖店随机抽取25件有机蔬菜,结果4件有机蔬菜检出农药残留,其中叶菜类、茄果类和豆类是农药残留检出率较高的蔬菜种类,叶菜类农药检出率为45.5%,说明倍受人们青睐的有机蔬菜也已经开始受到农药残留的污染。综上所述,目前我国蔬菜农药残留严重,是我国蔬菜出口和内销的最大安全质量难题。2蔬菜农药残留分析我国对农药残留重视始于20世纪70年代末80年代初。80年代,对农药残留研究的首要任务是残留检测方法的探索;到了90年代,人们对农药残留的研究工作主要放在针对农产品中有机磷、有机氯、氨基甲酸酯类农药残留的快速、准确、灵敏的定性定量分析方法的探索;进入新世纪,随着人们对农药残留的更加重视及相关科学技术的迅速发展,农药残留检测技术也有了较大进步,向着快速、高效、多残留检测、自动化以及在线分析方向发展。农药残留检测技术可简单归纳为样品提取、净化、浓缩、仪器检测几个方面。其中提取、净化、浓缩属样品前处理技术,其操作复杂,所用时间占整个分析过程的三分之二,其间产生的误差是影响农药残留分析精度的重要原因。近几年样品前处理技术发展和更新较快,基质固相分散萃取(MSPDE)是一种集提取、净化为一身的全新技术,既避免了溶剂的大量使用,又克服了操作中乳化现象的发生,同时还简化了冗长的操作步骤。Zhao等也提出测量黄瓜和西瓜中有机磷含量的分散液微萃取法。王东晖等提出超临界流体萃取(SFC),SFC利用超临界流体密度大、黏度低、扩散系数大等特点,将样品中的待测物质分离出来,具有分离效率高、操作周期短、选择性好、无环境污染等优点,并且同时完成萃取和分离。Pan等提出针对叶菜类蔬菜多农残的超声波溶剂萃取法,此法一次可提取6种农药,同时具有方法简单、价格低廉的优点,对多农残测定是一种有效的样品前处理技术。韩艳丽首次提出将超高压提取法应用于蔬菜农药残留分析的样品前处理,并与近红外光谱检测联用。检测的手段有很多种,但最常用的方法还是气相(GC)或液相色谱(HPLC)分离后用高灵敏度的选择性检测器进行分析。GC是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。常用的GC检测器有电子捕获检测器(ECD)、氮磷检测器(NPD)、火焰光度检测器(FPD)和原子发射光谱检测器(AED)等。HPLC是现代农药残留分析不可或缺的手段,它解决了热稳定性差、难于气化、极性强农药的分析问题。HPLC连接的检测器一般为紫外吸收检测器(UV)、荧光检测器(FLD)、二极管阵列检测器(DAD)等。但近期发展较快的检测手段是特殊检测器的推出和新型检测仪器的研发。由于蔬菜中农药残留水平一般在μg·kg-1~mg·kg-1之间,因此农药残留分析既要有精细的微量操作手段,又需要高灵敏度的痕量检测技术。双检测器检测技术将两个不同类型的检测器串联或并联,使一次进样可同时检测多类农药,实现了多种农药残留的检测。Karakas使用二氯甲烷和乙酸乙酯作为提取剂,利用气相色谱对30种新鲜蔬菜测定16种有机氯农药残留,这种方法迅速而有效,测量的准确性大大提高。同时气相色谱-质谱联用(GC-MS)和液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)检测技术、酶抑制法和生物传感等更准确、快速的检测方法也被广泛使用。孙永海等研究表明,利用氯化钯与含硫基有机磷农药的显色机理,在蒸馏水介质中,最佳工作条件是pH2.7,显色时间取8min,颜色传感器检测法检测速度快,适合现场快速检测的要求。骆爱兰建立了拟除虫菊酯的直接竞争抑制ELISA检测方法,同时以青菜中残留高效氯氰菊酯为研究对象,分别测定经存储加工及理化处理过程的农药残留下降情况。2.1回收率、精密度和重现性在农药残留检测方法的建立过程中,必须对方法用一些指标来进行衡量,才能对方法的可靠性进行评估,确认方法是否可行。对农药残留分析方法进行评估的指标主要有方法的准确度、方法的精密度和方法的灵敏度。方法的准确度指的是实验的真实值。由于真实值往往无法直接进行测量,所以在农药残留检测中用样品的添加回收率来表示。林爱军用丙酮配制标准溶液,按照1.0、10.0、100.0mg·L-1的浓度加入灭菌的培养液,按照标准方法提取测定,计算二甲戊乐灵的回收率,以此验证方法的准确度。方法的灵敏度是用最低检出限(LOD)来衡量的。方法的精密度是用变异系数来衡量的。变异系数(%)=标准偏差/平均回收率×100%。用变异系数可以衡量回收率偏差程度,判定农药残留分析方法的重现性。刘芳芳采用气相色谱法从28份黄瓜种质资源中筛选出9份低农残品种,发现农药残留量的高低与资源所属生态类型呈现一定的规律,明确了农药残留量与生态类型的关系:华南型农残量相对最高,其次为华北型,欧洲型含量略低于华北型,腌渍型的农残含量相对最低。从低农药残留种质资源的角度出发,研究黄瓜品种对农药残留的抗性,确立了黄瓜种质资源低农药残留性评价指标体系,建立了黄瓜种质资源农药残留性评价指标体系回归方程,方程为,式中,Y-农药残留量;X1-叶面积;X2-主蔓粗;X3-临界表面张力。3关于蔬菜和农药残留机制的研究3.1叶绿素a—蔬菜农药残留生理生化研究蔬菜作物喷施农药后,药液大致有3个去向,一半左右散落于土壤中,一部分逸入大气,另一部分被蔬菜作物吸收,进入体内的药液必然对蔬菜产生生理生化方面的影响。刘红玉研究发现,菠菜喷施过毒死蜱农药后,与空白(未施药)相比,POD、CAT活力及MDA、蛋白质含量升高,可溶性糖和VC含量下降,这是由于菠菜受到农药的胁迫而造成的。何和明研究了广谱活性物质(PGR-1)对槟榔苗的生理效应影响,结果表明,PGR-1有增加植株过氧化物酶活性的趋势,进而促进植株体内乙烯的形成。有学者在研究中发现一种植物体内自含的激素-油菜素内酯,对蔬菜农药残留可以产生生理生化作用。汪季涛进一步发现油菜素内酯促进农药代谢过程可能与乙烯存在着互作。赵建庄等通过对果蔬中农药残留毒性进行分析,可以直接得出有机磷和氨基甲酸酯类农药对乙酰胆碱酶的抑制率。赵秀阁对农药残留进行了3个方面和2个尺度的研究,3个方面是碱性降解,主要采用弱碱Na2CO3;氧化降解,主要采用H2O2;酶降解,采用Catazyme和Lipex;2个尺度分别是时间尺度和降解试剂的浓度尺度。吕海燕的研究表明,在施用了不同浓度的代森锰锌、溴氰菊酯、蚜青灵后,与对照相比,蔬菜叶片的细胞膜透性增大,并随着时间的延长细胞膜透性有增大的趋势,处理浓度越高,细胞电解质外渗百分率增加得越多;丙二醛含量的测定结果与细胞膜透性相吻合。李贵等指出在除草剂胁迫下不仅作物的光合作用会发生变化,而且作物体内有关酶活性的变化可导致糖类和蛋白质代谢、次生物质合成以及激素合成发生改变,这些变化可以认为是作物对逆境的防御反应。在农药残留的作用过程中,两种酶系统起重要的作用,即谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)与细胞色素P450单加氧酶。贾洪涛等研究了杀菌剂多效唑的生化功能,它通过与菌体内的细胞色素P450相互作用,专一地抑制2,4-亚甲基二氢羊毛醇C-14甲基的脱甲基作用,从而抑制菌体的生长。农药残留对GSTs和P450在农作物上的研究较多,但在蔬菜上研究较少,还有待进一步研究。3.2植物细胞生物学特性目前,对残留农药的植物体进行组织解剖学的研究较少,以蔬菜为研究对象的就更少。刘芳芳研究表明,黄瓜叶片多为绿色、叶形不定、叶姿为下垂、叶缘形状为浅锯齿型、叶面积相对较小,此时农药残留量低。农药残留一般对植物体有较强的毒害作用,在许多植物体内表现为诱变剂的角色,对组织解剖结构有着重要的影响。葛毅强等通过组织解剖观察发现,SO2伤害部位首先表现为细胞壁变性,细胞染色异常,细胞质变性形成颗粒状或絮状物质,从而发生质壁分离现象,并且由于膜系统的破坏,细胞内含物外渗,细胞壁变形呈波齿状,最终完全变形破碎,导致细胞崩溃死亡。周建朝等提出低磷胁迫对甜菜根的生长发育有着重要的影响,具体体现在根组织空隙度、根中柱面积、根维管束环间薄壁组织面积、根组织分化度及皮层细胞密度等与根的组织构造相关的指标上。李宏等研究表明,土壤农药残留物可以导致蚕豆根尖细胞微核及染色体畸变,随着处理时间的延长,蚕豆根尖细胞微核率及染色体畸变率随之增加。4传统qp3d-pcr检测霜霉威残留性,一个蔬菜农药残留的遗传性目前国内外研究极少,马佰慧对黄瓜果实霜霉威残留性进行了遗传分析,提出黄瓜果实中霜霉威的残留性是由多基因控制的数量性状,同时检测到1个与霜霉威残留性相关的QTL位点,这个QTL位点距离最近标记的图距为6.3cM。陈振德等研究表明,同一不结球白菜基因型,毒死蜱和氰戊菊酯的残留量达到《GB2763-2005食品中农药最大残留限量》中规定的叶类蔬菜农药最大残留限量所需要的时间存在明显差异,且毒死蜱达到最大残留限量所需要的时间比氰戊菊酯长,因此在选择低农药残留基因型时,应首先考虑农药残留时间长、最大农药残留限量低的农药品种。5生物处理方法目前,降低蔬菜农药残留的方法可分为物理、化学和生物方法,物理处理方法有浸泡清洗法、去皮(根)、日光照射法、贮藏法、吸附法;化学处理方法有次氯酸盐降解、臭氧降解、光催化降解、双氧水降解等;生物处理方法有微生物和酶降解法,生物防治方法常常与基因工程和分子生物学技术相结合。另外,陈振德等以黄瓜、番茄为研究对象,提出套袋技术可以有效降低果菜类蔬菜的农药残留量。5.1降低家庭食用蓝农药残留的方法蔬菜农药残留的物理和化学防治方法近年来发展较快,Ticha等做了21种农药的残留对比实验,在1~3℃的低温下,经过5个月的保存期,仅仅1种杀菌剂和1种杀虫剂被检测出来。Kaushik等认为蔬菜农药残留越来越引起人们的关注,目前实用而有效的方法是对蔬菜进行预处理,并选出最有效的3种处理方式分别是清洗、剥皮和烹饪。Zhang等提出用洗涤剂清洗和热炒是降低家庭食用甘蓝农药残留的最有效方法。Cengiz等也提出在食用前进行清洗、剥皮和冷藏,可以有效的降低农药残留水平。Kin等研究表明,用乙酸冲洗是去除有机磷和有机氯农药的有效途径。胡季帆等研究了纳米TiO2对农药光催化降解的影响,结果表明对顺反氯氰菊酯乳液及多肼悬浮剂药物降解效果较好,但对于复杂的酸类杀菌剂则难以彻底降解。梁萍选用11种蔬菜用臭氧与清水进行对照处理,用酶抑制法测定处理后蔬菜中有机磷及氨基甲酸酯类农药残留量,结果表明,经臭氧处理的蔬菜,农药残留量合格率为90.9%,而清水对照处理的合格率为27.3%,臭氧处理可有效降低蔬菜农药残留量。刘红玉等提出用600mg·L-1高铁酸钾处理可有效降低菠菜中敌敌畏、毒死蜱和乐果等有机磷农药的残留量。5.2高效降解农药的基因Fuentes等在世界上第一次从被污染的土壤中提取出放线菌-Micromonospora,其具有很强的降解有机氯农药的能力。陶波等利用微生物降解除草剂的特性和原理,研制出农药降解剂,降解速度比正常条件下的降解速率快2~3倍。刘欣通过驯化富集培养分离到3株能以乐果、敌敌畏等有机磷酸酯类农药为唯一碳源的菌株X1、X2和X3。其中X2为革兰氏阳性菌,以X2为试验材料,采用高效液相气谱测定结果表明,此菌株在72h内对800mg·L-1的乐果,500mg·L-1敌敌畏的降解率分别为88.11%和96.32%。许炳云发现并筛选出多菌灵降解菌菌株,在多菌灵浓度为200mg·kg-1土壤中,水分含量30%的条件下,12d降解速率平均可达41.35%。近年来,伴随着基因工程和分子生物学的发展,科研工作者已把重心转移到高效工程菌的构建,采用基因重组技术,将表达高效降解农药的酶的基因构建到载体中,经转化获工程菌,以提高起降解作用的特定蛋白或酶的表达水平,从而提高降解效率;既解决了酶在环境中不稳定存在的问题,又保持了酶的高活性。薛庆节等认为基因工程技术除了可以在微生物之间进行体外DNA重组,创造新菌株外,还可以打破种属亲缘界限定向培养新菌种。Mulbry等获得了一个潜在应用的生物降解基因,并可以在微生物中进行表达,寻找与之对应的蛋白,以实现对酶的活动的控制。马婷婷对莠去津高效降解菌HB-5中的莠去津降解基因进行了克隆,得到HB-5中的莠去津降解基因分别为atzB、atzC和trzN,并对这些基因进行了测序和序列比对。汪季涛通过分子注释系统分析发现,番茄油菜素内酯(BRs)野生型与农药的共调控基因中大部分涉及了催化活性功能,共表达基因中许多涉及解毒功能的基因的高表达。赵杰宏首次通过表达有机磷农药水解酶OPH,提高了黄瓜降解有机磷农药的能力。Roe等提出将昆虫降解农