DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1694779
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41334194
تاريخ النشر: 2025-11-17
المؤلف: Muhammad Umer وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل بقايا المبيدات والسلامة
نظرة عامة
تسلط المراجعة الضوء على التأثير المزدوج لاستخدام المبيدات الحشرية في الزراعة، والذي عزز غلة المحاصيل ولكنه أثار مخاوف صحية وبيئية كبيرة بسبب بقايا المبيدات. تقيم المراجعة تقنيات الكشف المختلفة عن بقايا المبيدات، بما في ذلك الطرق التقليدية مثل QuEChERS، والكروماتوغرافيا الغازية (GC)، والكروماتوغرافيا السائلة (LC)، إلى جانب البدائل الخضراء الناشئة مثل استخراج السوائل فوق الحرجة. تؤكد الورقة على أهمية دمج الميتابولوميات مع المنصات التحليلية المتقدمة، بما في ذلك التعلم الآلي والميكروفلويديات، لتعزيز حساسية ودقة مراقبة البقايا.
تشدد الخاتمة على الحاجة الملحة للرصد الروتيني والتوافق العالمي لمعايير بقايا المبيدات، لا سيما في المناطق ذات الأطر التنظيمية الأضعف. تدعو إلى تطوير منهجيات تحليلية مستدامة وسريعة، بما في ذلك تقنيات الاستخراج الخضراء وأجهزة الكشف المحمولة، لتسهيل الرصد في الوقت الحقيقي. يتم وضع دمج نهج متعدد الأوميات، مثل الميتابولوميات مع الجينوميات والبروتيوميات، كاستراتيجية تحويلية لفهم تأثيرات المبيدات وتحسين سلامة الغذاء. تدعو المراجعة إلى التعاون بين التخصصات لوضع بروتوكولات موحدة وتعزيز فعالية تحليل بقايا المبيدات، مما يعزز في النهاية الاستدامة البيئية والصحة العامة.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة البحثية تصنيف وتأثير المبيدات على البيئة، وهي عوامل كيميائية تستخدم للتحكم في الآفات مثل الحشرات والفطريات والأعشاب الضارة. يتم تصنيف المبيدات بناءً على هيكلها الكيميائي وطريقة عملها إلى مبيدات عضوية وغير عضوية وصناعية وبيولوجية. يتم تصنيفها أيضًا إلى مبيدات حشرية ومبيدات أعشاب ومبيدات فطرية، مع طرق تطبيقها التي تشمل الرش الجوي، والتطبيق الحبيبي، والضباب. على الرغم من فعاليتها، يتم إطلاق جزء كبير من هذه المواد الكيميائية في البيئة، مما يؤدي إلى تلوث التربة والمياه، وقد يؤدي إلى تراكم بقايا سامة.
تسلط الورقة الضوء على دور التحلل الميكروبي في تحويل المبيدات في التربة، والذي يمكن أن يحدث من خلال مسارات حيوية وغير حيوية، بما في ذلك التحلل المائي والتحلل الضوئي. حركة المبيدات داخل النباتات وأيضها اللاحق معقدة، حيث تشمل الامتصاص من خلال الخشب والجلد، والنقل عبر الخشب واللحاء. تتأثر مدى هجرة المبيدات بخصائصها الكيميائية والممارسات الزراعية. بالإضافة إلى ذلك، فإن العمليات الأيضية في النباتات، التي تسهلها إنزيمات رئيسية مثل السيتوكروم P450 و الجليكوزيل ترانسفيراز، تحول المبيدات إلى مستقلبات أقل سمية، على الرغم من أن المخاوف لا تزال قائمة بشأن بقاء بعض البقايا وإمكانية تراكمها الحيوي في سلسلة الغذاء.
طرق
في قسم الطرق، يتم مناقشة تقنيات أخذ العينات المختلفة، المصممة لتناسب سياقات زراعية محددة، وأنواع المحاصيل، وأهداف البحث. يتم تسليط الضوء على أخذ العينات العشوائية لموضوعيتها، وغالبًا ما تستخدم في مراقبة الجودة وتدقيق الشهادات. يأخذ أخذ العينات العشوائي الطبقي في الاعتبار التباين البيئي، مما يجعله مناسبًا للبساتين متعددة المواقع. يدمج أخذ العينات المركب عينات متعددة لتحسين تكاليف المعالجة، على الرغم من أن فعاليته تتناقص بدون عشوائية. يمكن أن تتبع أخذ العينات النظامية، التي تتضمن أخذ عينات على فترات منتظمة، اتجاهات توزيع المبيدات ولكن قد تقدم تحيزًا إذا كانت متوافقة مع أنماط التطبيق. يركز أخذ العينات المستهدف على مناطق معينة من الاهتمام، مثل مناطق تطبيق المبيدات، ولكنه يفتقر إلى الثقة الإحصائية (La Cecilia et al., 2021; Udomkun et al., 2023).
يتناول القسم أيضًا طرق الاختبار غير الانفصالية لتحليل بقايا المبيدات، والتي تفضل بشكل متزايد لسرعتها وفعاليتها من حيث التكلفة وطبيعتها غير المدمرة. تقدم هذه الطرق، بما في ذلك اختبارات النقاط الكيميائية وتقنيات الاختبار غير المدمرة (NDT)، مزايا على الطرق الانفصالية التقليدية، مثل تقليل وقت إعداد العينات والحد الأدنى من النفايات. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات، لا سيما في تحديد المبيدات المختلطة وتحقيق الكمية الحجمية بما يتجاوز مستويات السطح. تتحسن فعالية طرق NDT بشكل كبير عند دمجها مع تقنيات إزالة المصفوفة مثل QuEChERS أو الاستخراج من الطور الصلب (SPE) (Gai et al., 2023; Sindhu and Manickavasagan, 2023; Norli et al., 2015; Rahman et al., 2017).
مناقشة
في قسم المناقشة، تسلط الورقة الضوء على الدور الحاسم لعملية الأيض من المرحلة الثانية والترافق في النباتات، لا سيما فيما يتعلق بالمستقلبات الثانوية مثل الفلافونويدات والقلويدات والتربينويدات. تخضع هذه المستقلبات لتعديلات مثل الجليكوزيل، مما يعزز ذوبانها ويسهل تخزينها ونقلها داخل أنسجة النبات. الجليكوزيدات، التي تتشكل من خلال الجليكوزيل، أقل سمية ويمكن احتجازها في الفجوات أو جدران الخلايا، مما يلعب دورًا كبيرًا في إزالة سمية المبيدات. كما يتم الإشارة إلى زيادة تنظيم الإنزيمات المشاركة في أيض المبيدات، مثل اللاكازات والسيتوكروم P450، مما يدل على أن المستقلبات الثانوية للنباتات هي جزء لا يتجزأ من إدارة سمية المبيدات وتعزيز مقاومة النباتات ضد الضغوط.
علاوة على ذلك، تناقش الورقة كيف يمكن أن تؤثر وجود هذه المستقلبات على امتصاص المبيدات وانتقالها داخل النباتات، مما يؤثر على فعاليتها واستمراريتها. يتم التأكيد على التفاعلات بين المستقلبات الثانوية للنباتات والميكروبيومات، مما يشير إلى أن المستقلبات المحددة يمكن أن تعزز المجتمعات الميكروبية التي تعزز تحلل المبيدات، مما يساهم في ممارسات الزراعة المستدامة. يتم اقتراح دمج الميتابولوميات مع طرق الكشف التقليدية عن البقايا كوسيلة لفهم التأثيرات البيولوجية الديناميكية للتعرض للمبيدات بشكل أفضل، مما يسمح بتحديد التغيرات الأيضية ومسارات إزالة السموم المحتملة. قد تؤدي هذه الطريقة إلى تطوير محاصيل أكثر فعالية في إزالة سمية المبيدات، مما يحسن في النهاية سلامة الغذاء والصحة البيئية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1694779
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41334194
Publication Date: 2025-11-17
Author(s): Muhammad Umer et al.
Primary Topic: Pesticide Residue Analysis and Safety
Overview
The review highlights the dual impact of pesticide use in agriculture, which has enhanced crop yields but raised significant health and environmental concerns due to pesticide residues. It evaluates various detection techniques for pesticide residues, including traditional methods like QuEChERS, gas chromatography (GC), and liquid chromatography (LC), alongside emerging green alternatives such as supercritical fluid extraction. The paper emphasizes the importance of integrating metabolomics with advanced analytical platforms, including machine learning and microfluidics, to enhance the sensitivity and specificity of residue monitoring.
The conclusion stresses the urgent need for routine monitoring and global harmonization of pesticide residue standards, particularly in regions with weaker regulatory frameworks. It advocates for the development of sustainable and rapid analytical methodologies, including green extraction techniques and portable detection devices, to facilitate real-time monitoring. The integration of multi-omics approaches, such as metabolomics with genomics and proteomics, is positioned as a transformative strategy for understanding pesticide impacts and improving food safety. The review calls for interdisciplinary collaboration to establish standardized protocols and enhance the efficacy of pesticide residue analysis, ultimately promoting environmental sustainability and public health.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the classification and environmental impact of pesticides, which are chemical agents used to control pests such as insects, fungi, and weeds. Pesticides are categorized based on their chemical structure and mode of action into organic, inorganic, synthetic, and biopesticides. They are further classified into insecticides, herbicides, and fungicides, with their application methods including aerial spraying, granular application, and fogging. Despite their effectiveness, a significant portion of these chemicals is released into the environment, leading to contamination of soil and water, and potentially resulting in the accumulation of toxic residues.
The paper highlights the role of microbial degradation in the transformation of pesticides in soils, which can occur through both biotic and abiotic pathways, including hydrolysis and photodegradation. The movement of pesticides within plants and their subsequent metabolism is complex, involving absorption through the xylem and cuticle, and transport via xylem and phloem. The extent of pesticide migration is influenced by their chemical properties and agricultural practices. Additionally, the metabolic processes in plants, facilitated by key enzymes such as cytochrome P450s and glycosyltransferases, transform pesticides into less toxic metabolites, although concerns remain regarding the persistence of certain residues and their potential bioaccumulation in the food chain.
Methods
In the methods section, various sampling techniques are discussed, tailored to specific agricultural contexts, crop types, and research goals. Random sampling is highlighted for its objectivity and is commonly used in quality control and certification audits. Stratified random sampling accounts for environmental variability, making it suitable for multi-site orchards. Composite sampling merges multiple samples to optimize processing costs, although its effectiveness diminishes without randomization. Systematic sampling, which involves regular interval sampling, can track pesticide distribution trends but may introduce bias if aligned with application patterns. Targeted sampling focuses on specific areas of interest, such as pesticide application zones, but lacks statistical confidence (La Cecilia et al., 2021; Udomkun et al., 2023).
The section also addresses non-separative testing methods for pesticide residue analysis, which are increasingly favored for their rapid, cost-effective, and non-destructive nature. These methods, including chemical spot tests and non-destructive testing (NDT) techniques, offer advantages over traditional separative methods, such as reduced sample preparation time and minimal waste. However, challenges remain, particularly in identifying mixed pesticides and achieving volumetric quantification beyond surface levels. The efficacy of NDT methods improves significantly when combined with matrix removal techniques like QuEChERS or solid-phase extraction (SPE) (Gai et al., 2023; Sindhu and Manickavasagan, 2023; Norli et al., 2015; Rahman et al., 2017).
Discussion
In the discussion section, the paper highlights the critical role of phase II metabolism and conjugation in plants, particularly regarding secondary metabolites like flavonoids, alkaloids, and terpenoids. These metabolites undergo modifications such as glycosylation, which enhances their solubility and facilitates their storage and transport within plant tissues. Glycosides, formed through glycosylation, are less toxic and can be sequestered in vacuoles or cell walls, thereby playing a significant role in the detoxification of pesticides. The upregulation of enzymes involved in pesticide metabolism, such as laccases and cytochrome P450s, is also noted, indicating that plant secondary metabolites are integral to managing pesticide toxicity and enhancing plant resilience against stress.
Furthermore, the paper discusses how the presence of these metabolites can influence pesticide absorption and translocation within plants, affecting their efficacy and persistence. The interactions between plant secondary metabolites and microbiomes are emphasized, suggesting that specific metabolites can promote microbial communities that enhance pesticide degradation, thereby contributing to sustainable agricultural practices. The integration of metabolomics with traditional residue detection methods is proposed as a means to better understand the dynamic biological impacts of pesticide exposure, allowing for the identification of metabolic alterations and potential detoxification pathways. This approach could lead to the development of crops that are more effective at detoxifying pesticides, ultimately improving food safety and environmental health.