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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2020.tde-20112020-112848
Document
Author
Full name
Asma Rahman
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Vieira, Eny Maria (President)
Awan, Almas Taj
Azevedo, Eduardo Bessa
Cunha, Davi Gasparini Fernandes
Daam, Michiel Adriaan
Title in Portuguese
Chromatographic analysis of the insecticide Thiamethoxam and Imidacloprid in stingless bee Melipona scutellaris: determination, toxicity and evaluation of the effects of biomarkers biochemicals
Keywords in Portuguese
biomarcadores bioquímicos.
cromatografia líquida - espectrometria de massa em tandem
cromatografia líquida de alto desempenho com detector de matriz de diodos
imidacloprida
métricas verdes
QuEChERS
tiametoxam
Abstract in Portuguese
As abelhas são consideradas agentes significativa para os serviços ecossistêmicos por meio da polarização em culturas e plantas nativas, contribuindo expressivamente para a manutenção da biodiversidade. No entanto, a diminuição mundial da população de abelhas também está aliada ao uso de pesticidas e inseticidas, prejudicando a saúde das abelhas e das colônias. Nesse contexto, estudos envolvendo avaliação de efeitos adversos e amalgamação de agrotóxicos por abelhas são motivos de grande preocupação. Neste estudo foi desenvolvido um método analítico para a determinação do inseticida tiametoxam (TMX) e imidaclopride (IMD) em tecidos de abelha sem ferrão Melipona scutellaris expostos a vias de exposição oral e tópica. O método QuEChERS modificado foi usado para preparar as amostras, seguido por cromatografia líquida de alto desempenho com detector de matriz de diodos (HPLC-DAD) e cromatografia líquida - espectrometria de massa em tandem (LC-MS/MS). Os parâmetros de validação do método desenvolvido incluíram: faixa linear entre 0,5 a 500 µg L-1 com R2 > 0,99. O limite de quantificação (LOQ) para o sistema LC-MS /MS foi 1,19 µg L-1 e 1,13 µg L-1 e para HPLC-DAD 306 µg L-1 e 315 µg L-1 para TMX e IMD, respectivamente. O método LOQ foi de 2,5 ng abelha-1 para ambos os inseticidas. O acúmulo de TMX e IMD nas vias oral e tópica de exposição foi verificado nas abelhas testadas e os resultados obtidos indicaram que é adequado para a determinação e quantificação de resíduos de inseticidas neonicotinoides nesta espécie. A mortalidade de abelhas foi maior para a exposição por via oral do que a tópica para ambos os pesticidas. Além disso, métricas analíticas verdes foram calculadas e comparadas com métodos descritos na literatura envolvendo análise de neonicotinoides em abelhas. Como resultado, o presente trabalho apresentou os maiores escores Eco e HPLC-EAT, e a segunda menor quantidade de amostra e de resíduos gerados . Nesse sentido, este trabalho é uma boa opção como método analítico verde. Também foram analisadas as respostas bioquímicas ao estresse devido à exposição a agrotóxicos. As atividades de superóxido dismutase (SOD), glutationa S-transferase (GST), acetilcolinesterase (AChE) e malondialdeído (MDA), níveis de dopamina e serotonina foram determinadas em tecidos de abelhas expostas a pesticidas, a fim de explorar estratégias de desintoxicação e tolerância das abelhas . As respostas dependeram do tempo de exposição, da concentração de pesticidas nas formas individual e mista, bem como do uso de padrão de alta pureza ou produto comercial.
Title in English
Chromatographic analysis of the insecticide Thiamethoxam and Imidacloprid in stingless bee Melipona scutellaris: determination, toxicity and evaluation of the effects of biomarkers biochemicals
Keywords in English
biochemical biomarkers
green metrics
high performance liquid chromatography with diod-array detector
imidacloprid
liquid chromatography - tandem mass spectrometry
QuEChERS
thiamethoxam
toxicity analysis
Abstract in English
Bees are considered significant agents for ecosystem services through polarization in native cultures and plants, contributing expressively for maintaining biodiversity. However, the worldwide decrease on bee population is also allied to the use of pesticides and insecticides, disturbing both bees and colonies health. In this context, studies involving the assessment of adverse effects and amalgamation of pesticides by bees are reasons for great concern. In this study an analytical method was developed for the determination of the insecticides thiamethoxam (TMX) and imidacloprid (IMD) in stingless bee Melipona scutellaris tissues exposed to both oral and topical paths of exposure. The modified QuChERS method was used to prepare the samples, followed by high performance liquid chromatography with diode-array detector (HPLC-DAD) and liquid chromatography - tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis. The validation parameters of the developed method included: linear range between 0.5 to 500 µg L-1 with R2 > 0.99. The limit of quantification (LOQ) for the LC-MS/MS system was 1.19 µg L-1 and 1.13 µg L-1 and for HPLC-DAD were 306 µg L-1 and 315 µg L-1 for TMX and IMD, respectively. The method LOQ was 2.5 ng bee-1 for both the insecticides. The accumulation of TMX and IMD in both oral and topical paths of exposure was verified in the tested bees and the obtained results indicated that it is suitable for the determination and quantification of neonicotinoid insecticides residues in this species. The mortality of bees was higher for exposure by oral paths than the topical one for both pesticides. Moreover, green analytical metrics were calculated and compared to methods described in the literature involving neonicotinoids analysis in honeybees. As a result, the present work displayed the highest Eco score and HPLC-EAT score, and the second smaller amount of sample and of waste generated. In this sense, this work is a good option as a green analytical method. It was also analyzed the biochemical responses to stress due to the exposure to pesticides. The activities of superoxide dismutase (SOD), glutathione S-transferase (GST), acetylcholinesterase (AChE) and malondialdehyde (MDA), dopamine and serotonin levels were determined in bee tissues exposed to pesticides in order to explore bees' strategies for detoxification and tolerance. The responses were dependent on time exposure, pesticides concentration in both individual and mixed forms, as well as the use of high purity pattern or commercial product.
 
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Publishing Date
2020-11-23
 
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