Гаметициды и их применение в селекции
различия в толщине и составе мембраны кутикулы. Однако основные структурные
компоненты кутикулы характерны для всех растений. Кут.ин представляет собой
полимолекулярную сеть гид-рокси-карбокоильных кислот с простыми и сложными
эфирными связями. С кутанным матриксом связаны полисахар.иды и кутикулярный
и этикулярный воск, богатый алканами. Так как в кутикуле имеются полярные и
неполярные группы, она обладает как гидрофильными, так и липофильными
свойствами [45].
Одним из важных факторов, определяющих степень эффективности действия
гаметоцида, является зависимость его. активности от климатических и
погодных условий, которые необходимо учитывать при разработке доз и
концентраций для конкретных возделываемых культур и представляющих их
сортов. Однако до сих пор не удалось установить четких взаимосвязей между
влиянием условий среды и проницаемостью листовой поверхности, хотя развитие
кутикулы коррели-
23
рует с продолжительностью светового периода, инсоляцией, влажностью почвы и
воздуха, температурой [81].
Температурный режим является одним ,из самых определяющих условий
развития кутикулы и распределения наносимого препарата [83]. При нанесении
препарата в разные фазы органогенеза следует учитывать, что с возрастом
листа снижается абсорбционная способность. Р. М. Nelson и R. К. Reid fl05]
доказали, что метиловые эфиры жирных кислот — Lg-ii вызывают гибель
меристематических тканей, но не разрушают более зрелые ткани. Механизм
такой селективности основан на способности кутикулы действовать как барьер
проницаемости по отношению к наносимому препарату. Это было подтверждено
разрушением кутикулы до нанесения эмульсии (4%-ный метил-деканоат+0,1%-ный
твин 20). Гибель ткани (ожоги) — результат нарушения структуры мембран.
Авторы считают, что твин снижает проницаемость кутикулы и плохо проникает
через кутикулу зрелых листьев.
Поверхностное применение гаметоцидных препаратов с использованием
радиоактивной метки показало, что при нанесении на лист гаметоциды быстро
транслокализуются в репродуктивные органы. Нанесение химикатов на базальную
часть листа обеспечивало более полное поглощение препарата, чем на
апикальную часть. В репродуктивных тканях активно аккумулировались
гаметоциды.
Наиболее подробно абсорбционные особенности химических препаратов изучали
на гербицидах. Детально были исследованы ответные реакции растений двух
сортов капусты, характеризующиеся различной чувствительностью к нитрофе-ну
(2,4-дихлорфенил-р-нитрофениловый эфир) [113]. У обоих сортов не было
обнаружено заметных различий в скорости прорастания семян, росте растений,
плотности устьиц листьев и в транслокализации меченого '^С гербицида.
Однако у растений устойчивого к препарату сорта листья обладали более
восковидной поверхностью, что позволило сделать вывод о корреляции между
блокированием абсорбции и содержанием воска в кутикуле.
Проникновение соединений в ткани листа обусловлено и другими факторами,
характеризующими применяемый раствор: температурой, концентрацией,
продолжительностью времени его соприкосновения с поверхностью растений,
поверхностным натяжением и др. Проникновение веществ возрастает
пропорционально времени и концентрации. Поступление соединения из раствора
в ткани листа осуществляется до тех пор, пока его доза на поверхности листа
или под кутикулой не станет предельной. В полевых условиях эффективность
действия и поступление нанесенного препарата зависят от
24
сложного взаимодействия климатических факторов и внутренних физиологических
тканевых параметров (водный дефицит, значение рН в клетке, концентрация
цнтоплазматиче-ского сока и т. д.).
В ткани листа легче проникают недиссоциирующие молекулы. Повышение
температуры от 10 до 30° увеличивает проницаемость кутикулы и мембран, за
исключением промежутка между 15" и 25°, в пределах которого поступление
носит относительно стабильный характер. Если опрыскивание проводят под
давлением, растворы проникают в основном через устьица, однако вещества с
поверхностным натяжением, близким к поверхностному натяжению воды (70
дин/см2), через устьица не проникают ,[54].
При селективности абсорбции у наиболее распространенных видов
сельскохозяйственных культур по отношению к 2,4Д (который обладает и
гаметоцидными свойствами) установлено, что толщина кутикулы является
решающим фактором, а толщина и структура оболочек эпидермальных клеток не
имеют определяющего значения для степени абсорбции препарата. При этом
абсорбционные характеристики старых и молодых листьев значительно
отличались и в обоих случаях зависели от химических свойств препарата.
На проростках конских бобов поглощение листьями меченого по углероду
'^'^^-хлор-о-толил) окиси] бутиловой кислоты было одинаковым для листьев
всех возрастов. Однако замена бутиловой кислоты на радикал уксусной кислоты
вызывала различия в поглощении молодыми (скорее) и более зрелыми
(медленнее) листьями [92]. Таким образом, даже слегка измененная
конфигурация молекулы может в значительной степени повлиять на ее
способность проникать через мембраны [126].
Пока не установлено четкой взаимосвязи между химическими, физическими
характеристиками и проницаемостью препарата в системе клеток.
С помощью энзиматически изолированной кутикулы листьев была создана шкала
проницаемости кутикулы по отношению к ряду алифатических спиртов и их
амидов [138]. Соединения выбирали по способности растворять липиды и по
моле< кулярньш весам. Результаты опытов показали, что кутикула
функционирует в основном как липоидная мембрана, позволяющая веществам
проникать в клетку пассивной диффузией согласно их растворимости в липидах.
Модель молекулярного сита больше подходит для молекул малых размеров.
Коэффициенты проницаемости алифатических спиртов располагаются от этанола к
пентанолу: этанол2,3- и 3,5-ди-
хлорфеноксиуксусная >2-хлорфенокоиуксусная>фенокс.иук-сусная кислота. Чем
больше полярность феноксиуксусной кислоты, тем легче она проникает через
мембраны [53]. Хлорирование увеличивает растворение феноксиуксусной кислоты
в л.ипидах и тем самым способствует ее проникновению через кутикулу [127].
Хлорирование бензойной кислоты, наоборот, снижает степень проникновения
через кутикулу, и шкала ее проницаемости располагается в нисходящем
порядке: 2-хлорбензойная кислота, 2,4- и 2,5-дихлорбензойная и 2,3,6-
три.хлорбензойная кислота. J. L. Stoddart [132] объясняет это низкой
растворимостью галогенопроизводных бензойной кислоты при заданных рН (2,5;
3,5 и 5,2) в липидах. Степень хлорирования, фто-рирования и метилирования
препаратов обусловливает их биологическую активность и токсичность действия
на растительный организм.
Избирательная способность по отношению к абсорбции различных веществ
растительными тканями связана с физическими свойствами соединений, включая
константу их диссоциации при различной степени хлорирования, фторирова-ния,
метилирования и т. д., а также скорость их распределения в липидной фазе
при данной рН [23, 24, 91]. При обработ-26
ке растений препаратами их проницаемость могут улучшать некоторые
вспомогательные вещества, особенно поверхностно-активные (ПАВ), которые
улучшают контакт между препаратом и поверхностью листа, а также повышают
степень проникновения препарата в растительный организм. Так, абсорбция
2,4Д возрастала в 7—8 раз при введении в раствор тви-на 80 (концентрация
1%) [57].
С помощью '^I" и "'I" метки изучали «крепление» на поверхности листьев
сои препарата ТИБА (2,3,5-тр.ийодбензой-ная кислота) в концентрации 200 мг
[110]. (ТИБА относится к веществам, обладающим гаметоцидной активностью).
Были взяты четыре формы солей ТИБА (натриевая, диметил-амин, диэтиламин и
триэтила'мин) в сочетании с четырьмя ПАВ: твин 20 (полдокоиэтилен сорбитан
монолаурат), тритон 100 (октил фенокоиполиэтоксиэтанол) — оба неионные ПАВ;
арквад 50 (алкил четвертичный аммоний хлорид) —ка-тионное ПАВ и игепон Т-77
(натрий 1\Г-метил-1\Г-омоил та-урат) — анионное ПАВ. Все ПАВ исследовали в
двух концентрациях — 500 и 2000 мг/кг.
Взаимосвязь физико-химических свойств ПА1В и их концентраций с формами
солей ТИБА носила сложный характер. ПАВ оказывали значительное влияние на
закрепление препарата на растениях, а наибольшая разница в степени
«крепления» солей ТИБА встречалась в пределах неионных ПАВ. Следовательно,
это лимитирует выбор ПАВ среди неионных классов, свидетельствуя о их
неспецифичности по сравнению с ионорганическими классами ПАВ.
Физиологическая активность препарата зависела от подбора ПАВ. Низкие
концентрации ионных ПАВ (500 мг/кг) достаточны для достижения максимума
прикрепления нанесенного препарата. Не было отмечено взаимосвязи между
формами солей и ПАВ. Во всех случаях для эффективной абсорбции требовалась
высокая концентрация неионного ПАВ (2000 мг/кг), высокие же концентрации
ионных ПАВ не улучшали степени закрепления препарата, что свидетельствует о
физико-химической взаимосвязи, включающейся в комплекс проницаемости [11
б].
Активность препарата в основном проявляется при возрастании концентрации
этиленокоида в ПАВ, когда его молекулы становятся более гидрофильными или
соотношение гидрофильных (ГФ) группировок к липофильным (ЛФ) в молекуле ПАВ
довольно высокое. Таким образом, для каждого химического соединения с
гаметоцидной активностью подбор ПАВ и его концентраций зависит от физиолого-
химических свойств активного ингредиента.
27
Степень абсорбции препарата растительными тканями во многом зависит от
соотношения группировок ГФ/ЛФ в молекуле ПАВ для определенных концентраций
гаметоцида. В опытах с энзиматически изолированной кутикулой листьев груши
получены результаты, свидетельствующие об изменении проницаемости 2,4Д в
зависимости от значения ГФ/ЛФ (106]. При величине соотношения у ПАВ ГФ/ЛФ,
равной 16,7, не отмечено изменений проницаемости в шкале концентрация 2,4Д
от 0,05 до 1%. Другое неионное ПАВ с ГФ/ЛФ=8,6 способствовало увеличению
абсорбции 2,4Д в 10 раз при значениях его концентраций, близких к 1%.
Третье неионное и высоколипофильное ПАВ (ГФ/ЛФ =4,3) увеличивало поглощение
2,4Д в 15 раз при всех заданных концентрациях от 0,1 до 1%. Эти
исследования показали важную роль активного ингредиента, сопутствующего
ПАВ, в регуляции абсорбции.
Опыты по поглощению и распределению метазола [2-(3,3-дихлордион)] в
смеси с ПАВ (полисборбатом) при различных соотношениях ГФ/ЛФ подтвердили,
что эффект ПАВ обратно пропорционален значению ГФ/ЛФ. Среди различных
параметров для достижения высокого эффекта абсорбции гаметоцида тканями
соотношение ГФ/ЛФ в молекулах ПАВ— наиболее влиятельный фактор,
определяющий степень абсорбции. Трудность подбора такого ПАВ для каждого
определенного гаметоцида связана с тем, что соотношение ГФ/ЛФ может в
значительной степени координироваться сложной взаимосвязью химических и
физических свойств активности ингредиентов смеси, морфологическими и
цитологическими особенностями листа. Поэтому для каждой культуры необходим
дифференцированный подход при подборе ПАВ для получения оптимального
эффекта химической индукции мужской стерильности, вызываемой гаметоцидом.
Некоторые неионные ПАВ силикон-гликолевой природы по сравнению со
стандартными неионными органическими ПАВ могут в большей степени повышать
эффективность химически активных веществ благодаря улучшению абсорбции
тканями. Однако эта группа ПАВ, обладающая большей эффективностью, чем
катионные аминосиликоны, имеет отрицательное свойство — низкую
растворимость в воде [86]. Несмотря на это при всем разнообразии
применяемых в сельском хозяйстве химически активных веществ, в том числе и
гаметоцидов, имеется возможность объединить препараты на основании
одинакового характера абсорбции, что облегчило бы поиск и рекомендации ПАВ
для этих групп.
Характер абсорбции некоторых фторсоединений подобен абсорбции 2,4,5-Т.
Препараты наносили на листья капельным методом в смеси с ПАВ,
характеризующимися различным со-
28
отношением ГФ/ЛФ: полиоксиэтилен (ГФ/ЛФ=20), сорби-тан монолаурат
(ГФ/ЛФ=16,7), сорбитан моностеарат (ГФ/ЛФ =9,6) и полиоксиэтилен
(ГФ/ЛФ=4). В июне наиболее эффективным было применение ПАВ в соотношении
ГФ/ЛФ =9,6, в июле—августе — с соотношением 16,7. Абсорбция веществ,
нанесенных на лист, осуществляется через трихомы и устьица, откуда
соединения распределяются латераль-но через эпидермальные клетки. При
исследовании по подбору .ПАВ для эффективной абсорбции веществ с
гаметоцидной активностью для каждого вида необходимо учитывать (кроме
.физико-химических характеристик самого препарата) стадию .развития
растения и возрастные изменения морфологических характеристик листа,
обусловливающие смачивающую способность его поверхности и относительное
значение специфической абсорбции [100].
ПРИМЕНЕНИЕ ГАМЕТОЦИДОВ(КОНЦЕНТРАЦИИ,ДОЗЫ И СРОКИ ОБРАБОТКИ)
Химические препараты как источники гаметоцидной активности были выделены
из биологически активных веществ различного физиологического действия
(ростактивирующие вещества, ретарданты, гербициды, растительные гормоны .и
гор-моноподобные вещества и т. п.). Среди хорошо известных физиологически
активных соединений гаметоцидная активность была обнаружена у веществ,
обладающих ретардант-к'ыми свойствами: этрела (этефон) — 2-
хлорэтилфосфоновая кислота, далапона — 2,2-дихлорпро.пионовая кислота, ГМК.
Некоторые соединения, кроме фирменных названий, получили определенные
шифры как вещества, проявившие гамето-цидные свойства: мендок, или FW-450
(2,3-дихлоризомасля-ная кислота), FW-676 (кальциевая соль 2,3-
дихлоризомасля-ной кислоты), G-315 (магниевая соль 2,3-дихлоризомасляной
кислоты), u'niroyal D-513 (пропаргил 2-октосульфит), OCDP [N (р-алорфенил)
- 2,4-диметил-6-оксо-3,6-дигидроникоти'новая кислота], RH-531 [натриевая
соль 1-(р-хлорфенил)-1,2-дигид-ро-4,6-ди'метил-2-оксоникотино'вая кислота].
Первые опыты с применением этрела в качестве гаметоцида для мягкой
пшеницы были выполнены в 1961 г. К. В. Porter и A. F. Weise [116].
Предварительные эксперименты в вегетационных сосудах с сортами мягкой
яровой пшеницы Marled и Thatcher дали обнадеживающие результаты. При
обработке растений в фазы кущения, выхода в трубку и колошения растворами в
концентрации 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 и 2500 мг/кг из расчета 30 мл
на сосуд с тремя растениями было установлено, что этрел, начиная с дозы 750
мг/кг, индуцировал 100%-ную стерильность у сорта Marfed. В этих
29
опытах исследователи впервые столкнулись с проблемой сортовой специфичности
ответной реакции на обработку гамето-цидом.
'Степень стерильности при тех же дозах этрела у сорта Thatcher была
значительно ниже, чем у Marfed, так как Thatcher был менее чувствителен к
0'бработке препаратом. В полевых условиях опыты проводили с сортом мягкой
озимой пшеницы Nugaines. Обработку этрелом осуществляли в те же фазы
концентрациями 500, 1000, 1500, 2000 и 3000 мг/кг. Опытные и контрольные
варианты размещали рядом с сортами-опылителями, цветущими в разные сроки.
Полная мужская стерильность была отмечена у растений пшеницы, обработанных
растворами этрела в концентрации 1500, 2000, 3000 мг/кг. Максимальная
стерилизация достигалась при нанесении на растения растворов этрела
повышенной концентрации — 2000 и 3000 мг/кг в конце фазы выхода в трубку.
При обработке в период колошения эффективность препарата снижалась. В
опытах сохранилась высокая степень женской фертильности. Стерильные
растения по морфологическим признакам были сходны с растениями пшеницы,
обладающими UjMC. Применяемые концентрации вызывали укорачивание междоузлии
и анормальное колошение отдельных растений [116].
Дальнейшие исследования были направлены на поиск эффективного сочетания
оптимальных доз, концентраций и сроков обработки этрелом зерновых. Так, в
экспериментах по 'ян-дуцированию мужской стерильности у растений мягкой
пшеницы, проведенных в условиях вегетационного домика и в поле, раствор
этрела в дозах 500, 1000, 2000 и 3000 мг/кг наносили в начальной фазе
выхода в трубку и в конце ее. Наиболее эффективными в данных условиях были
дозы этрела 1000 и 2000 мг/кг. Несмотря на нежелательные явления (усиленное
кущение, замедленное колошение, торможение роста и развития,
морфологические анормальности, приводившие в ряде случаев к гибели
растений, и, как правило, к снижению урожайности), Р. L. Rowelil и D. G.
Miller [122] считают, что надежды на этрел как на вещество, селективно
вызывающее мужскую стерильность, довольно обоснованны и имеют практические
возможности, которые лимитируются лишь разработкой конкретных методов
обработки.
J. Law и N. С. Stoskopf [95] применяли этрел в полевых условиях в
различные фазы морфогенеза ярового ячменя. Авторы пришли к выводу, что в
условиях Канады лучшим периодом для обработки растений гаметоцидом является
середина фазы выхода в трубку (фенологически — период появления
предпоследнего листа) при одноразовом внесении до-
3J
зы 1,68 кг/га, которая давала приемлемый уровень мужской стерильности и не
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|