植物生长调节剂检测方法研究进展

Research Progress on Detection Methods of Plant Growth Regulators

朱海荣 Hairong ZHU , 刘爽 Shuang LIU , 于燕萍 Yanping YU , 徐吉远 Jiyuan XU , 张娟 Juan ZHANG

山东省产品质量检验研究院山东济南 250100 Shandong Institute for Product Quality Inspection, Jinan, Shandong 250100, China

Author notes:

Correspondence to: 张娟(1976—)，女，硕士，教授级高工，长期从事土壤、肥料、农药、化工等产品的质量安全监测、研发、检测方法开发及标准研制等工作；ruyue95@163.com

摘要：

随着植物生长调节剂种类的增多和应用范围的不断扩大，隐形植物生长调节剂引发的农作物生长安全问题，受到政府和消费者的普遍关注。为降低农产品质量安全风险，需进一步完善植物生长调节剂的检测方法，提高检测水平。介绍了常见植物生长调节剂的种类，概述了4种常用的检测植物生长调节剂的方法及其优缺点。展望了随着色谱技术、光谱技术、质谱技术的快速发展，多种分析技术联用将成为植物生长调节剂检测手段的重要发展方向。

关键词：

植物生长调节剂; 检测方法; 生物鉴定法; 免疫测定法; 光谱测定法; 色谱测定法; 研究进展;

Abstract：

With the increase in the types of plant growth regulators and the continuous expansion of the scope of application, the safety issue of crop growth caused by invisible plant growth regulators has attracted widespread attention from the government and consumers. In order to reduce the quality and safety risks of agricultural products, it is necessary to further improve the detection methods of plant growth regulators and improve the detection level. The types of common plant growth regulators are introduced, the four commonly used methods for detecting plant growth regulators and their advantages and disadvantages are summarized. It is expected that with the rapid development of chromatography, spectroscopy, and mass spectrometry, the combination of multiple analytical techniques will become an important development direction for the detection of plant growth regulators.

Keyword：

plant growth regulator; detection method; biological identification method; immunoassay; spectrometric method; chromatography; research progress;

植物生长调节剂(PGR)是一类对植物生长发育具有重要调控作用，与植物激素具有相似生理和生物学效应的一类小分子化合物。植物生长调节剂具有作用面广、针对性强、见效速度快、效益高等优点，目前广泛应用于大田作物、果树、蔬菜、花卉、林木等方面^[1-5]，已成为21世纪农业提高产量及品质的重要手段之一。然而植物生长调节剂有一定的毒性，且每种植物生长调节剂都有特定的用途，使用时需严格按照标签和说明书中的方法操作。若植物生长调节剂使用不当，不仅达不到提质增产的效果，反而会给生态环境及人畜健康带来一定的安全隐患^[6-8]。近年来的“有毒香蕉”“爆炸西瓜”“激素草莓”等事件，使植物生长调节剂应用的安全性成为民众关注的热点之一。本文阐述了常见植物生长调节剂的种类、检测方法及其发展方向，旨在为我国尽快建立健全植物生长调节剂的高效检测方法提供参考，为农产品质量安全保驾护航。

1 植物生长调节剂的类型

植物生长调节剂是农药中的一种，根据来源分为人工合成和天然产生两种；根据作用方式分为植物生长促进剂、植物生长抑制剂和植物生长延缓剂三类^[9](见表 1)。截至2021年9月，国内批准登记的植物生长调节剂产品共1 246个，53.6%的产品登记为赤霉酸、噻苯隆、乙烯利、多效唑或复硝酚钠(钾)等相关产品，其中赤霉酸189个，占登记产品总数的15.2%；噻苯隆129个，占登记产品总数的10.4%；乙烯利125个，占登记产品总数的10.0%；多效唑95个，占登记产品总数的7.6%；复硝酚钠和复硝酚钾71个，占登记产品总数的5.7%；甲哌鎓69个，占登记产品总数的5.5%。登记中仅含1种植物生长调节剂的产品占比78.5%，2种植物生长调节剂复配的产品占比20.8%，少量登记产品由3种植物生长调节剂复配组成。已登记产品制剂以水剂、原药、可溶液剂和可湿性粉剂为主，其他剂型为悬浮剂、可溶粉剂、乳油、水分散粒剂等。

表 1

植物生长调节剂分类

类别	主要作用	常见物质
植物生长促进剂	促进植株细胞分裂、分化及伸长生长，促进营养器官生长、生殖器官发育	萘乙酸、氯吡脲、吲哚乙酸、吲哚丁酸、复硝酚钠、赤霉酸、乙烯利、三十烷醇、2, 4-二氯-苯氧乙酸、胺鲜酯等
植物生长抑制剂	消除顶端优势，增加侧边生长	脱落酸、水杨酸、抑芽丹等
植物生长延缓剂	抑制节间伸长但不抑制顶芽生长，使植物生长速率减缓	助壮素、矮壮素、多效唑、烯效唑、氟节胺、吡啶醇等

2 检测方法研究进展

近年来，随着检测分离与分析技术的发展及植物生长调节剂的广泛应用，研究者在植物生长调节剂的检测技术方面做了大量的工作，并建立了许多检测方法。目前，植物生长调节剂的测定方法大致分为以下4类：①通过测定作用于植株或离体器官产生的生理生化效应强度推算目标物含量的生物鉴定法；②以酶联免疫吸附法为代表的免疫测定法；③以原子光谱法和分子光谱法为代表的光谱测定法；④以气相色谱法(GC)、液相色谱法(LC)、气相色谱-质谱联用和液相色谱-质谱联用技术为代表的色谱法。

2.1 生物鉴定法

生物鉴定法是利用植株对植物生长调节剂产生的特殊生理生化效应强度来推算植物生长调节剂浓度的方法，是早期植物生长调节剂测定的常用方法。武振亮等^[10]利用浸渍法处理油菜种子，筛选出10种植物生长调节剂，选用标准检测质量浓度为10 μg/mL，保证了高活性化合物的检出和较低活性化合物不被漏筛；Han等^[11]利用生物测定法进行试验，在脱落酸结构中引入S官能团或新的碳链后，脱落酸的性能有较大的改变，对幼苗的抑制作用大幅降低，但光稳定性提高了至少3倍。生物鉴定法操作简便，对仪器要求低，在测定时干扰物较多，常用于植物生长调节剂的筛选和鉴定^[12]。

2.2 免疫测定法

免疫测定法以放射免疫法(RIA)和酶联免疫法(ELISA)为代表，是以抗体作为分析试剂，基于抗原决定簇和抗体超变区结构互补性与亲和性，对待测物进行定性或定量分析的检测方法。张良等^[13]利用实验室制备的对烯效唑有特异性亲和力的多克隆抗体，提出了烯效唑酶联免疫吸附分析方法，样品前处理无需净化，测定效率高、成本低，采用该方法测定苹果中的烯效唑，加标回收率为80%~90%。Liu等^[14]利用多效唑抗原与牛血清白蛋白结合产生的多克隆抗体，开发了一种快速、超灵敏的多效唑荧光免疫分析法，将其用于环境水和土壤样品中多效唑的检测，选择性高，加标回收率为80.2%~104.7%。免疫测定法适合对大批量样品进行检测，相比于生物鉴定法，灵敏度显著提高，但抗体的制备较复杂，在检测时结构相似的干扰化合物较多，且同时分析多组分难度极大。

2.3 光谱测定法

光谱测定法分为原子光谱法和分子光谱法，是通过能源产生能量、能量与被测物质相互作用及产生被检测信号等3个过程进行分析的方法。米娟等^[15]建立了固相萃取-流动注射化学发光法测定吲哚乙酸的含量，测定值的相对标准偏差为2.6%，方法的检出限为2.8×10^-9 g/mL。徐文婷等^[16]以同步-导数固体基质室温磷光光谱技术克服了发射光谱多组分分析重叠严重的问题，有效分离了相互重叠的磷光峰，并对蔬菜样品中α-萘乙酸和6-苄氨基嘌呤进行了定量可行性试验。光谱法灵敏度具有一定优势，但专一性较差，多用于植物生长调节剂的定性和结构鉴定研究，实际检测过程中较少用于定量分析，与其他检测技术相结合是光谱法检测植物生长调节剂的趋势。

2.4 色谱法

色谱法是利用不同目标物组分在固定相和流动相中的选择性分配，使各组分在移动过程中于两相间反复受到溶解、吸附、解吸或其他作用影响而得到分离的分析方法。近年来色谱技术的飞速发展使其在植物生长调节剂的检测领域发挥了重要作用。

2.4.1 气相色谱法

气相色谱法以气体为流动相，适用于检测易气化且热稳定性好的目标物，具有分析速度快、灵敏度高、专一性强等优点，可用于多种植物生长调节剂的测定。气相色谱仪可配多种检测器，其中氢火焰离子化检测器(FID)、热导检测器(TCD)和电子捕获检测器(ECD)等应用较广泛。多效唑、烯效唑、胺鲜酯等植物生长调节剂在有火焰能源的条件下，高温下容易产生化学电离，分析此类植物生长调节剂通常选用FID，FID具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等优点。Bhattacherjee等^[17]建立了一种利用ECD测定土壤中多效唑含量的方法，该方法可检测的最低质量浓度为1×10^-4 mg/kg。

气相色谱法要求被分析物具有较低的极性和气化温度，因此部分植物生长调节剂需要经过衍生化处理生成易挥发的衍生物后才能进行气相色谱分析，衍生化过程烦琐，且不同植物生长调节剂需用不同的衍生方法，样品前处理的工作量大，增大了检测难度。

2.4.2 液相色谱法

液相色谱法以液体为流动相，室温条件下即可实现有效分离，其在分析相对分子质量较大、沸点高、热稳定性好的目标物时具有独特优势，且流动相的多样性显著提高了分离的选择性。液相色谱仪通常配备的检测器包括紫外检测器、二极管阵列检测器、荧光检测器、示差折光检测器和电化学检测器等。由于绝大多数植物生长调节剂在紫外区都有特定的吸收波长，二极管阵列检测器在同一时间可同时检测透过样品的所有波长紫外光，能同时测定提取液中的多种植物生长调节剂，因此二极管阵列检测器在植物生长调节剂的液相色谱法检测领域中应用性较广。Li等^[18]建立了一种基于柱前荧光标记的高效液相色谱法，该方法中吲哚乙酸、吲哚丁酸、赤霉酸等7种植物生长调节剂的检出限为0.34~0.74 ng/mL。Hu等^[19]建立了卷心菜和土壤中双酰肼类植物生长调节剂的高效液相色谱法，该方法利用固相萃取柱净化样品，二极管阵列检测器采集数据，样品加标回收率为96.6%~107.0%，定量限为0.1 mg/kg。但液相色谱法分析同分异构体或结构接近的化合物时难度较大，为避免假阳性的检测结果，必要时应对阳性样品进一步确认。

2.4.3 色谱-质谱联用法

液相色谱或气相色谱与质谱的联用技术可有效提高检测灵敏度和准确度，是植物生长调节剂测定技术的发展新趋势^[20-26]。色谱-质谱联用法的原理是利用色谱技术将待测组分与干扰基质进行分离，然后利用质谱技术将待测组分离子化，不同质荷比的离子因在电场或磁场中的运动轨迹不同而被分开，进而得到待测物的质谱图和结构信息。色谱与质谱联用是将色谱的强分离能力和质谱的高鉴别能力相结合，常采用多反应监测模式分析复杂基体中的植物生长调节剂，只采集特定母离子产生的子离子，具有检测准确度高、检出限低等优点，适于分离亲水性强、热不稳定的目标物，是目前分析微量植物生长调节剂的首选。色谱-质谱联用法可以减少气相检测中的前处理衍生化过程，简化样品处理过程，节省样品准备时间；另外，色谱-质谱联用法可以实现短时间内对多种植物生长调节剂的同时检测，缩短了分析时间，提高了检测效率。

2006年Royer等^[27]建立了一种测定饮用水及地表水中乙烯利残留量的气相色谱-质谱联用法，样品经固相萃取柱净化后进行了烷基化反应，方法的定量限为0.1 μg/L，检出限为0.03 μg/L。Lu等^[28]首次将花粉作为固相萃取吸附剂，有效提取了水果和蔬菜中的16种植物生长调节剂，利用超高效液相色谱-质谱联用法对待测物进行了准确定量，样品的加标回收率为80%~120%，测定值的相对标准偏差小于15%。Qin等^[29]成功开发出了一种同时测定豆芽中5种植物生长调节剂(吲哚-3-乙酸、萘乙酸、吲哚丁酸、2, 4-二氯苯氧乙酸、4-氯苯氧乙酸)的气相色谱-质谱联用法，利用甲醇-三氟化硼体系作为衍生化试剂，在70 ℃条件下衍生反应30 min，5种待测物在19 min内实现了完全分离。

目前基质效应在色谱-质谱联用法中的影响已逐渐引起人们的重视。基质效应是指样品中的共提取物(内源性杂质)或前处理过程中引入的一些杂质，对检测过程有显著的干扰。建立基质匹配标准曲线是目前解决基质效应的主要方法，选择某种空白基质样品，按照样品前处理过程处理后获得提取液，然后用提取液配制基质匹配标准溶液。

3 结语

在植物生长调节剂的检测方法中，色谱法是重要的检测手段；对于痕量植物生长调节剂的检测，液相色谱-质谱联用法、气相色谱-质谱联用法仍是重要发展方向；大多数常用植物生长调节剂均可采用液相色谱-质谱联用法测定，且液相色谱-质谱联用法具有较高的灵敏度、选择性和极高的检测效率。

目前，国内植物生长调节剂检测技术正处于发展阶段，随着色谱技术、光谱技术、质谱技术的快速更新，多种分析技术联用将成为检测植物生长调节剂的重要发展方向；可集合不同技术的优点，缩短检测时间，提高检测灵敏度；在质谱分析方面，可结合不同质量分析器的优势，将不同的质量分析器联用以达到更好的检测效果，建立高灵敏、高精确、多组分的高效检测技术，为科学指导植物生长调节剂的使用和相关法规的制定提供技术依据。

ckwx 参考文献

张军刚, 郭海斌, 孟庆乐, 等. 植物生长调节剂在玉米中的应用研究[J]. 农业科技通讯, 2018(5): 21-23.

王文文, 曹雪琴, 杨中, 等. 植物生长调节剂在果树中的应用现状及残留分析方法研究进展[J]. 现代农业科技, 2017(12): 129-131.

肖红, 沈素娥, 李惠凤, 等. 贵阳市蔬菜果树推广应用芸苔素取得的成效[J]. 耕作与栽培, 2015(1): 64.

范强, 王伶云, 陈墅金, 等. 植物生长调节剂对温室花卉调节控制的初步研究[J]. 农业科技与信息(现代园林), 2007(5): 85-87.

KHAN F U, TEWARI G N. Effect of growth regulators on growth and flowering of dahlia (Dahlia variabilis L. )[J]. Indian Journal of Horticulture, 2003, 60(2): 192-194.

赵敏, 邵凤赟, 周淑新, 等. 植物生长调节剂对农作物和环境的安全性[J]. 环境与健康杂志, 2007, 24(5): 370-372.

徐爱东. 我国蔬菜中常用植物生长调节剂的毒性及残留问题研究进展[J]. 中国蔬菜, 2009(8): 1-6.

何瑞, 刘艾平, 曹玉广. 植物生长调节剂使用中的安全问题[J]. 中国卫生监督杂志, 2003, 10(2): 99-101.

王珊. 果蔬中植物生长调节剂残留的快速检测方法研究[D]. 郑州: 河南农业大学, 2013.

武振亮, 杨秀凤. 一种新的植物生长抑制剂生物活性鉴定法[J]. 南开大学学报(自然科学版), 2000, 33(1): 29-33.

HAN X Q, FAN J L, LU H Z, et al. Synthesis, resolution and biological evaluation of cyclopropyl analogs of abscisic acid[J]. Bioorganic and Medicinal Chemistry, 2015, 23(18): 6210-6217.

WHYTE P, LUCKWILL L C. A sensitive bioassay for gibberellins based on retardation of leaf senescence in Rumex obtusifolius (L. )[J]. Nature, 1966, 210(5043): 1360.

张良, 王泉振, 王宁, 等. 直接竞争酶联免疫吸附-高效液相色谱法测定烯效唑[J]. 分析化学, 2012, 40(11): 1730-1734.

LIU Z J, WEI X, REN K W, et al. Highly efficient detection of paclobutrazol in environmental water and soil samples by time-resolved fluoroimmunoassay[J]. Science of the Total Environment, 2016, 569/570: 1629-1634.

米娟, 周敏, 丁兰, 等. 固相萃取-化学发光法测定植物中的吲哚乙酸[J]. 分析试验室, 2011, 30(8): 44-47.

徐文婷, 朱若华. 同步-导数固体基质室温磷光光谱法快速同时分析a-萘乙酸和6-苄氨基嘌呤[J]. 分析试验室, 2009, 28(3): 99-102.

BHATTACHERJEE A K, SINGH V K. Paclobutrazol estimation by gas chromatography-A new method for its residue analysis in soil[J]. Indian Journal of Plant Physiology, 2002, 7(3): 282-284.

LI G L, LIU S C, SUN Z W, et al. A simple and sensitive HPLC method based on pre-column fluorescence labelling for multiple classes of plant growth regulator determination in food samples[J]. Food Chemistry, 2015, 170: 123-130.

HU J Y, DENG Z B, QIN D M. Determination of diacylhydrazines-type insect growth regulator JS-118 residues in cabbage and soil by high performance liquid chromatography with DAD detection[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2009, 83(6): 803-807.

姜楠. 多种植物生长调节剂的色谱-串联质谱检测技术研究[D]. 长春: 吉林大学, 2016.

仲伶俐, 胡莉, 郭灵安, 等. 固相萃取/超高效液相色谱-串联质谱测定水果中5种植物生长调节剂残留量[J]. 分析测试学报, 2016, 35(4): 466-470.

PU C H, LIN S K, CHUANG W C, et al. Modified QuEChERS method for 24 plant growth regulators in grapes using LC-MS/MS[J]. Journal of Food and Drug Analysis, 2018, 26(2): 637-648.

PATIL R, KHAN Z, PUDALE A, et al. Comprehensive multiresidue determination of pesticides and plant growth regulators in grapevine leaves using liquid-and gas chromatography with tandem mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A, 2018, 1579: 73-82.

张文, 邱国玉, 王小乔, 等. 液相色谱-串联质谱法同时测定浆果类、瓜果类水果中19种植物生长调节剂的残留量[J]. 食品工业科技, 2019, 40(5): 225-232.

曹慧, 陈小珍, 王瑾, 等. 超高效液相色谱-串联质谱技术同时分析食品中多种植物激素残留[J]. 农药, 2012, 51(10): 738-741.

钟冬莲, 丁明, 汤富彬, 等. 高效液相色谱-串联质谱同时测定毛竹笋中4种内源性植物激素[J]. 分析化学, 2013, 41(11): 1739-1743.

ROYER A, LAPORTE F, BOUCHONNET S, et al. Determination of ethephon residues in water by gas chromatography with cubic mass spectrometry after ion-exchange purification and derivatisation with N-(tert-butyldimethylsilyl)-N-methyltrifluoroacetamide[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1108(1): 129-135.

LU Q, WU J H, YU Q W, et al. Using pollen grains as novel hydrophilic solid-phase extraction sorbents for the simultaneous determination of 16 plant growth regulators[J]. Journal of Chromatography A, 2014, 1367: 39-47.

QIN G F, ZOU K T, TIAN L, et al. Determination of five plant growth regulator containing carboxyl in bean sprouts based on chemical derivatization by GC-MS[J]. Food Analytical Methods, 2018, 11(9): 2628-2635.