НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗІОЛОГІЇ РОСЛИН І ГЕНЕТИКИ

Мордерер Євген Юлійович

УДК 581.132:632.954:633.15

ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ КОМПЛЕКСНОГО

ЗАСТОСУВАННЯ ГЕРБІЦИДІВ

03.00.12 – фізіологія рослин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті фізіології рослин і генетики НАН України, м.Київ

Офіційні опоненти: | доктор біологічних наук

Яворська Вікторія Казимирівна

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України,

завідувач відділу

доктор біологічних наук, професор

Вінниченко Олександр Миколайович

Дніпропетровський національний університет,

завідувач кафедри

доктор біологічних наук

Кур’ята Володимир Григорович

Вінницький державний педагогічний університет імені Михайла Коцюбинського, завідувач кафедри

Провідна установа: |

Національний аграрний університет при Кабінеті Міністрів України, м. Київ

Захист відбудеться 21 листопада 2002 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.212.01 при Інституті фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ-22, вул. Васильківська 31/17.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту фізіології рослин і генетики НАН України за адресою: 03022, Київ-22, вул. Васильківська 31/17.

Автореферат розісланий “10” жовтня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Труханов В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Надійний захист посівів від бур’янів є однією з головних умов отримання високих врожаїв. В останні роки внаслідок порушення сівозмін, використання спрощеної агротехніки різко зросла потенційна засміченість орного шару грунту, яка по різним грунтово-кліматичним зонам України досягла рівня 1,14 - 1,47 млрд. шт/га. За вегетаційний період на одному м2 орних земель здатні проростати від 1100 до 2300 сходів бур’янових рослин. Зниження продуктивності сільськогосподарських культур внаслідок конкуренції, яку створюють бур’яни, може становити 20-50% можливого рівня врожайності для суцільних посівів, і 40-80% - для посівів просапних культур [Мережинський, 2000; Іващенко, 2000]. В зв’язку з цим, великого значення набуває застосування гербіцидів як головного елемента інтегральних технологій захисту. Однак при змішаному характері засміченості, який останнім часом домінує в посівах, окремі гербіцидні препарати не спроможні контролювати весь спектр видів бур’янів, тому необхідно застосовувати комплекси (послідовне застосування кількох препаратів) або суміші (одночасне внесення кількох препаратів в робочому розчині) гербіцидів, які доповнюють один одного за спектром дії. В той же час при комплексному застосуванні гербіцидів необхідно враховувати можливість зміни їх фітотоксичності за рахунок ефекту взаємодії. Синергічне посилення фітотоксичної дії може підвищити ефективність знищення бур’янів, що дозволяє зменшити норми застосування гербіцидів, але при цьому може збільшитись й вірогідність пошкодження гербіцидами культурних рослин. Навпаки – антагоністична взаємодія підвищує безпечність застосування гербіцидів, але може зменшити їх дію на бур’яни. Одночасного підвищення ефективності знищення бур’янів та зменшення імовірності пошкодження культурних рослин при комплексному застосуванні гербіцидів можна досягти за умови, що взаємодія гербіцидів по відношенню до бур’янів буде або адитивною, або синергічною, а по відношенню до культурних рослини – антагоністичною. Таким чином, добір компонентів комплексу має забезпечити підвищення вибірної фітотоксичності за рахунок ефекту взаємодії. Незважаючи на велику кількість досліджень, присвячених вивченню ефективності комплексного застосування гербіцидів, в тому числі із зазначенням наявності ефекту взаємодії, інформація щодо змін вибірної фітотоксичності компонентів цих комплексів є досить розрізненою та суперечливою. В багатьох випадках різні дослідники неоднозначно характеризують ефект взаємодії, який виникає в подібних або навіть тотожних за складом комплексах. Дуже мало робіт, в яких висвітлено зв’язок між механізмами дії певних класів гербіцидів та змінами їх активності при комплексуванні. Практично не вивченим залишається питання щодо факторів, які детермінують спрямованість та величину зміни фітотоксичної дії компонентів гербіцидних комплексів. Тому актуальним є вивчення основних закономірностей змін вибірної фітотоксичності при комплексному застосуванні гербіцидів, для оптимізації вибору компонентів гербіцидних комплексів та забезпечення максимальної ефективності та безпеки їх використання.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. В основу дисертаційної роботи покладені результати, отримані автором при виконанні планів наукових досліджень по бюджетним темам відділу фізіології дії гербіцидів ІФРГ НАНУ “Вивчити механізми взаємодії нових гербіцидів з метою розробки ефективних сумішей для промислових технологій вирощування сільсько-господарських культур (№ держ. реєстрації 01.850013472, 1985-1989 рр.), “Вивчити метаболічні та генетичні зміни у рослин при комплексуванні гербіцидів з іншими біологічно активними речовинами з метою розробки екологічно безпечних технологій застосування” (шифр теми 2.3.6.222 1990-1993 рр.), “Вивчити механізми регуляції фітотоксичності перспективних гербіцидів з метою розробки екологічно безпечних систем їх застосування” (шифр програми 2.28.5, 1994-1998 рр.), “Вивчити фізіологічні чинники толерантності до гербіцидів багаторічних бур’янів з метою розробки ефективних прийомів їх знищення” (№ держ. реєстрації 01984007624, 1999 – 2001 рр.), програм Фонду фундаментальних досліджень Міннауки України ”Механізми регуляції вибірної фітотоксичності гербіцидів (№ проекту 5/123, 1992-1993 рр.), “Фізіологічні основи зменшення гербіцидного навантаження на агроекосистеми” ( № проекту 6.4/116, 1997-1999 рр.).

Мета і задачі дослідження. Головною метою роботи було встановлення закономірностей змін вибірної фітотоксичності при комплексному застосуванні гербіцидів, які відрізняються за механізмами дії та доповнюють один одного за спектром контрольованих видів бур’янів, встановлення фізіологічних чинників цих змін з тим, щоб шляхом використання ефекту взаємодії розробити гербіцидні комплекси з підвищеною вибірною фітотоксичністю.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні задачі:

1.

·

·

·

2

3

4

Об’єкт досліджень - ефект взаємодії у комплексах гербіцидів.

Предмет досліджень – фізіологічні механізми регуляції вибірної фітотоксичності компонентів гербіцидних комплексів.

Методи досліджень – ефект взаємодії та зміну фітотоксичності кожного з компонентів гербіцидних комплексів визначали за допомогою розробленого автором методу [Мордерер та ін., 1998], який базується на використанні специфічних для дії кожного компонента фізіологічних реакцій, та за методом Колбі [Colby, 1967], використовуючи інтегральні критерії фітотоксичності.

Наукова новизна одержаних результатів.

1.

2.

3.

4.

5.

Практичне значення одержаних результатів. На базі отриманих даних було розроблено ефективні комплекси та суміші гербіцидів з підвищеною вибірною фітотоксичністю, які забезпечують ефективне знищення широкого спектра видів бур’янів при мінімально низькій імовірності негативного впливу гербіцидів на культурні рослини. Для захисту посівів зернових колосових випробувані та впроваджені суміші гербіцидів похідних сульфонілсечовини (гранстар, гродил, гродил ультра) з похідними АОФПК (пума супер), які ефективно знищують одно- та багаторічні дводольні та однорічні злакові бур’яни. Для підвищення ефективності контролю особливо шкідливих видів дводольних бур’янів, зокрема осоту рожевого (польового) (Cirsium arvense (L.) Scop.) у посівах зернових колосових запропонована суміш гербіцидів гродила (похідний сульфонілсечовини) та банвела-4С (АПГ). Для захисту посівів кукурудзи випробовані суміші гербіциду титус (похідний сульфонілсечовини) з лонтрімом, банвелом-4С та естероном-60 (АПГ), які забезпечують практично повне знищення одно- та багаторічних злакових та дводольних бур’янів, у тому числі таких шкідливих як: пирій повзучий (Elytrigia repens (L.) Nevski), осот рожевий (польовий), хвощ польовий (Equisetum arvense L). Розроблені та впроваджені у практику сільського господарства ефективні комплекси і суміші гербіцидів для захисту посадок картоплі та посівів овочевих культур.

Особистий внесок здобувача. Робота виконана автором особисто. Здобувач розробив робочі гіпотези, спланував та провів основні експериментальні фізіологічні дослідження, здійснив аналіз, інтерпретацію і узагальнення одержаних результатів. Польові досліди по вивченню ефективності дії комплексів та сумішей гербіцидів були проведені у співавторстві із співробітником відділу фізіології дії гербіцидів О.С.Лук’янченком. У проведенні досліджень і їх узагальненні частка автора складає 80%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались на симпозиумі “Деградация пестицидов при комплексной защите сельскохозяйственных культур от вредных организмов (Ленинград, 1990); 2-ому (Київ, 1993) та 3-ому (Тернопіль, 2002) з’їздах Українського товариства фізіологів рослин; на 9-му (Брно, 1994), 10-му (Флоренція, 1996) та 12-му (Будапешт, 2000) конгресах FESPP; 3-ій науково-теоретичній конференції Українського наукового товариства гербологів “Забур’яненість посівів та засоби і методи її зниження (Київ, 2002); республіканській конференції “Агроэкологическая обстановка на с/х угодьях УССР и пути снижения их загрязнения токсическими веществами” (Черкассы, 1989); міжнародній конференції “Геоекологічні дослідження: стан і перспективи” Івано-Франківськ, 1995); міжрегіональній конференції ”Экологические проблемы аграрного производства” (Днепропетровск, 1995).

Матеріали дисертації неодноразово доповідались на наукових семінарах відділу фізіології дії гербіцидів та науково-теоретичних семінарах Інституту фізіології рослин і генетики НАН України.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 42 наукові праці, з них 1 монографія, 1 глава у монографії, 19 статей у провідних фахових виданнях, 1 патент України, 12 рекомендацій.

Об’єм та структура роботи. Дисертація викладена на 307 сторінках машинописного тексту, складається із вступу, 5 розділів, узагальнення, висновків, рекомендацій, списку використаної літератури (390 джерел), додатків. Робота містить 79 таблиць та 27 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Проаналізовано інформацію щодо ефектів взаємодії при комплексному застосуванні гербіцидів, фізіологічних механізмів, що детермінують вибірну фітотоксичність та її зміни, методів визначення взаємодії гербіцидів. Показана необхідність встановлення закономірностей змін вибірної фітотоксичності для оптимізації добору компонентів гербіцидних комплексів та сумішей.

ОБ’ЄКТИ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження закономірностей змін вибірної фітотоксичності в комплексах гербіцидів проводили в умовах лабораторних та вегетаційних дослідів, в яких тест-об’єкти обирали серед культурних видів рослин та окремих видів бур’янів, що відрізняються чутливістю до досліджуваних гербіцидів. Використовували ячмінь озимий (Hordeum vulgare L.) сорту Циклон, пшеницю озиму (Triticum aestivum L.) сорту Лютесценс 7, цукровий буряк (Beta vulgaris L.) сорту Ялтушківський однонасінний 30, кукурудзу (Zea mays L.) гібриди Колективний 210 АТВ та Титан 220 СВ, сою (Glycin max (L) Merr) cорту Нива, горох (Pisum sativum L.) сорти Подільський та Рапорт, редьку олійну (Raphanus sativum L.) сорту Радуга та редьку дику (Raphanus raphanistrum L.), огірки (Cucumis sativus L.) сорту Роднічок, лободу білу (Chenopodium album L.).

Компоненти гербіцидних комплексів обирали з урахуванням спектра їх дії та можливостей застосування в посівах певних культур. Досліджували дві групи комплексів та сумішей. Перша група складалась з гербіцидів, що вносяться у грунт. Першим компонентом для цієї групи було обрано гербіциди ІП (хлорацетаніліди, тіокарбамати динітроаніліни), дія яких спрямована в основному проти злакових видів бур’янів, другим компонентом – гербіциди ІТЕ (сим-триазини, похідні урацила), які ефективні в основному проти дводольних видів бур’янів. В другу групу комплексів входили гербіциди, що застосовуються по вегетуючих рослинах. Першим компонентом було обрано гербіциди інгібітори АКК (похідні АОФПК), що діють виключно на злакові рослини, другим – інгібітори АЛС (похідні сульфонілсечовини) або ІТЕ (ас-триазинони, фенілкарбамати), ефективні проти дводольних видів бур’янів. Крім того досліджувались суміші АПГ, які також ефективні проти дводольних видів бур’янів, та інгібіторів АЛС, оскільки для деяких препаратів цього класу проблемним є контроль окремих шкідливих видів бур’янів, і, крім того, з’явилась нова група похідних сульфонілсечовини, дія яких спрямована в основному не на дводольні, а на злакові види бур’янів. В вегетаційних дослідах гербіциди вносили у грунт перед посівом, норму внесення діючої речовини (д.р.) препарату розраховували на одиницю площі. Обробку рослин гербіцидами, які застосовуються по вегетуючих бур’янах, проводили шляхом занурення листків рослин на 5 хвилин у робочий розчин відповідних гербіцидів. В польових дослідах норми внесення вказані по препаратах.

Зміни фітотоксичності гербіцидів з певним механізмом дії визначали за допомогою специфічних для них фізіологічних реакцій.

1.

-

-

-

-

Досліди проводили з ізольованими хлоропластами, інтактність яких визначали за співвідношенням поглинання світла суспензією при 550 і 680 нм [Karltam, Albertson, 1970], та з листками інтактних рослин. Ступінь інгібування ІТЕ визначали за змінами у відновленні фериціаніду. Вміст хлорофілів та каротиноїдів визначали спектрофотометрично за методом Арнона та розраховували за допомогою коефіцієнтів, запропонованих Верноном [Гавриленко та ін., 1975]. Фотосинтетичне поглинання СО2 визначали за допомогою інфрачервоного оптико-акустичного газоаналізатора [Гуляєв та ін., 1965]. Для оцінки реакцій ПОЛ використовували вміст малонового диальдегіду (МДА), вміст гідропероксидів (ГП), зміни складу жирних кислот (СЖК) ліпідів. Ліпіди екстрагували за методом Фолча, вміст ГП визначали йодометричним титруванням [Арутюнян, Аришева, 1979], СЖК - за допомогою газорідинної хроматографії [Синяк та ін., 1976]. Вміст МДА визначали за реакцією з тіобарбітуровою кислотою (ТБК) [Bieri, Anderson, 1960].

2.

- інгібування схожості насіння;

- інгібування синтезу РНК та білка, які визначали за інтенсивністю включення мічених попередників (14С-лейцину та 14С-урацилу). Вміст РНК визначали за методом Шмідта-Тангаузера [Спірін, 1958], білок – за Лоурі [Lowry et al., 1951].

3.

-

-

Використання специфічних критеріїв дозволяло визначати зміни фітотоксичності окремо для кожного компонента та отримувати інформацію щодо можливих чинників цих змін, зокрема можливості взаємодії компонентів безпосередньо у сайтах їх дії. У разі відсутності специфічної реакції та для контролю висновків щодо характеру змін фітотоксичної дії гербіцидів використовували неспецифічний, інтегральний критерій – пригнічення наростання маси рослин. В цьому випадку ефект взаємодії визначали за методом Колбі [Colby, 1967], порівнюючи фактичну інгібуючу дію (I12) комплексу або суміші з очікуваною інгібуючою дією (Io12), яку розраховували по формулі Говінга [Gowing, 1960]

Io12 = I1 + I2(100- I1)/100

де I1 та I2 – виражені у відсотках значення інгібуючої дії, відповідно 1-го та 2-го компонентів комплексу або суміші.

Для визначення чинників змін фітотоксичності досліджували процеси над-ходження та накопичення гербіцидів у рослинах. Зміни у процесі надходження гербіцидів у рослини досліджували за змінами: накопичення міченого препарату (14С-атразин), динаміки прояву специфічної для даного типу гербіцидів фізіологічної реакції (для похідних АОФПК - динаміка інгібування інтенсивності включення 14С-ацетату у ліпіди), балансу препаратів (для тіокарбаматів та хлорацетанілідів – зменшення вмісту гербіциду в оточуючому проростаюче насіння розчині). Вміст гербіцидів визначали за допомогою хроматографічних методів [Клисенко, Александрова, 1983; Кофман, Нижко, 1984].

Наявність фотосинтетичної активності у гербіцидів ІП досліджували шляхом вивчення впливу цих гербіцидів на індукцію флуоресценції хлоропластів та листків рослин [Богданова, Солнцев, 1985, Караваев и др., 1985]. Можливу роль кооперативних механізмів у детермінуванні ефектів взаємодії похідних АОФПК та сульфонілсечовини досліджували шляхом вивчення впливу останніх на антиауксинову активність АОФПК, яку оцінювали за ступенем пригнічення, індукованого ауксинами розтягнення колеоптилів злаків. Для вивчення механізму антагоністичного впливу гербіцидів похідних сульфонілсечовини на фітотоксичну дію похідних АОФПК досліджували її залежність від фізіологічного стану рослин. З цією метою вивчали залежність чутливості проростків кукурудзи до дії похідних АОФПК від інтенсивності процесів проліферації, на які впливали температурою або гербіцидами похідними сульфонілсечовини. Інтенсивність проліферативних процесів у меристемі кореня проростків кукурудзи оцінювали за змінами динаміки мітотичного індексу (МІ) [Паушева, 1970].

Досліджували також стресові реакції рослин на дію гербіцидів: вивчали зміни інтенсивності реакцій ПОЛ та величини антиокиснювальної активності ліпідів (АОА), яку вимірювали за допомогою модифікованого методу Бурлакової [Мордерер, Кофман, 1988], та зміни вмісту фітогормонів, які визначали методом тонкошарової хроматографії [Савінський та ін., 1986].

Висновки щодо змін вибірної фітотоксичності в певних комплексах та сумішах перевіряли в польових дослідах. В цих дослідах визначали ефективність знищення гербіцидами окремих видів бур’янів [Методики випробування і застосування пестицидів, 2001] та вплив гербіцидів на ріст та розвиток культурних рослин, збереження врожаю та його якість. Умови проведення польових дослідів стандартні, статистична обробка результатів проводилась методом дисперсійного аналізу [Доспехов, 1985]. Залишки гербіцидів депри, гезагарду, зенкору, стомпу, похідних АОФПК визначали хроматографічними методами [Баранов, Хилик, 1987; Клисенко, Александрова, 1983; Кофман, 1980; Кофман, Нижко, 1984; Криволуцкий, 1988; Пережогина, 1988].

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

ФІЗІОЛОГІЧНІ МЕХАНІЗМИ ЗМІН ВИБІРНОЇ ФІТОТОКСИЧНОСТІ

У СУМІШАХ ГЕРБІЦИДІВ ІНГІБІТОРІВ ПРОРОСТАННЯ ТА ІНГІБІТОРІВ ТРАНСПОРТУ ЕЛЕКТРОНІВ

Механізми впливу гербіцидів інгібіторів транспорту електронів на фітотоксичну дію гербіцидів інгібіторів проростання

Встановлено, що в присутності ІТЕ атразину (сим-триазин) і ленацилу (похідний урацилу), які самі не впливають на схожість насіння озимого ячменю (модельний тест-об’єкт чутливий до ІП та середньочутливий до ІТЕ), інгібуюча дія ІП дуалу (хлорацетанілід) достовірно зростає (рис.1). Аналогічний ефект спостерігався у сумішах атразину і ленацилу з тіокарбаматом тиламом.

Якщо для ленацила, який не тільки інгібує транспорт електронів, але й як похідний урацилу може впливати на синтез макромолекул, синергічне підси-лення фітотоксичності ІП може пояснюватись підсиленням їх інгібуючої дії на синтез білка (табл. 1), то атразин навпаки антагоністично зменшував інгібування синтезу РНК та білка дуалом (табл. 2). З цього випливає, що зміни метаболізму, індуковані атразином, можуть спричинити антагоністичне зменшення дії ІП.

В лабораторному досліді було показано, що при проростанні насіння ячменю атразин та ленацил не впливали на вміст дуалу в ендоспермі, але підсилювали його накопичення у проростках. Дослідження впливу атразину на процес надходження та трансформації ІП за змінами балансу препаратів показали, що атразин дійсно може одночасно прискорювати процес надходження та трансформацію тіокарбамату тиламу.

Таблиця 1

Вплив гербіцидів дуалу, ленацилу та їх суміші на включення 14С-лейцину у білок в проростках озимого ячменю (сорт Циклон)

Варіанти досліду

(доза кг/га д.р.) | Питома активність

(імп. *105/хв. мг білка) | % до контролю

Контроль | 2,50 + 0,02 | 100

Дуал (1,25) | 1,66 + 0,01 | 65

Ленацил (0,32) | 2,0 + 0,01 | 80

Дуал (1,25) + Ленацил (0,32) | 1,05 + 0,01 | 42*

* - синергізм

Таблиця 2

Вплив гербіцидів дуалу, атразину та їх суміші на включення 14С-урацилу у РНК та 14С-лейцину у білок в проростках озимого ячменю (сорт Циклон)

Варіанти досліду

(доза кг/га д.р.) | Синтез РНК | Синтез білка

Питома активність

(імп. *105/хв. мг РНК) | % до

контролю | Питома активність

(імп. *105/хв. мг білка) | % до

контролю

Контроль | 2,01 + 0,11 | 100 | 4,80 + 0,20 | 100

Дуал (1,25) | 1,36 + 0,07 | 68 | 3,46 + 0,20 | 72

Атразин (0,50) | 1,60 + 0,09 | 80 | 3,74 + 0,22 | 78

Дуал (1,25) + Атразин (0,50) | 1,60 + 0,08 | 80** | 3,12 + 0,16 | 65**

** - антагонізм

Висока чутливість рослин ячменю до хлорацетанілідів примушувала використовувати їх у досить малих концентраціях, що поряд з малою точністю даного методу не дозволило зробити однозначні висновки щодо впливу атразину на процеси надходження та трансформації хлорацетанілідів. Вивчення цього питання було продовжено на більш стійких до хлорацетанілідів рослинах кукурудзи. Було встановлено, що вплив атразину на накопичення хлорацетаніліду ацеталу у зародках проростків залежав від дози останнього: при меншій дозі і відповідно меншій величині фітотоксичної дії, атразин антагоністично зменшував накопичення ацеталу, а при збільшенні дози та зростанні фітотоксичної дії вплив атразину виявився протилежним: накопичення ацеталу в присутності атразину збільшувалось (табл.3). Подальше вивчення взаємодії атразину з хлорацетанілідами було проведено в умовах вегетаційного досліду, де було досліджено вплив суміші атразину з ацеталом на ріст рослин кукурудзи. Гербіциди з групи хлорацетанілідів широко застосовуються на посівах кукурудзи, але в певних умовах (висока вологість та низькі температури) можуть пригнічувати ріст цієї культури.

Таблиця 3

Накопичення та фітотоксична дія ацеталу на схожість насіння і наростання маси проростків кукурудзи (гібрид Колективний 210 АТВ) в присутності атразину

Варіант

(концентрація діючої речовини) | Схожість насіння |

Маса сирої

речовини

проростків | Вміст

ацеталу

(% до контролю) | (мкг/г)

Атразин, 10-3 М | 100 | 128 | -

Ацетал, 10-4 М | 91 | 86 | 0,58

Ацетал, 10-4 М + Атразин, 10-3 М | 86 | 95** | 0,48

Ацетал, 5*10-4 М | 79 | 82 | 1,40

Ацетал, 5*10-4 М + Атразин, 10-3 М | 71* | 72* | 1,67

НІР 0,95 | 5 | 5 | 0,05

* - синергізм, ** - антагонізм

В вегетаційному досліді було встановлено, що атразин зменшував негативний вплив ацеталу (рис.2). Таким чином можна констатувати, що гербіциди ІТЕ ленацил та атразин синергічно підвищують фітотоксичну дію гербіцидів ІП хлорацетанілідів та тіокарбаматів, а у сумішах з атразином має місце підвищення вибірної фітотоксичності хлорацетанілідів: дія на чутливі рослини (озимий ячмінь) зростає, а на стійкі (кукурудза) – зменшується.

Зміни фітотоксичної дії гербіцидів інгібіторів транспорту електронів

у сумішах з інгібіторами проростання

У сумішах ІП з ІТЕ поряд зі змінами фітотоксичної дії першого компонента змінювалась і дія другого. Вперше Л.В.Ходєєвою (1991) було встановлено, що фітотоксичність ІТЕ може антагоністично зменшуватись у сумішах з гербіцидом трефланом (динітроанілін). Нами було показано, що вплив хлорацетанілідів, зокрема дуалу, на фітотоксичність ІТЕ може перевищувати вплив динітроанілінів. По ряду фізіологічних показників видно, що у суміші з дуалом фітотоксична дія ІТЕ ленацилу на рослини озимого ячменю антагоністично зменшується (табл.4).

Таблиця 4

Вплив дуалу, тиламу та їх сумішей з ленацилом на рослини озимого ячменю (сорт Циклон) через два тижні після появи сходів (фаза 3-х листків)

Варіант

(доза кг/га д.р.) | Фізіологічні показники

(% до контролю)

Маса сирої речовини | Вміст МДА | Вміст пігментів | ТЕ

хлорофіл а+б | кароти-ноїди

Дуал (1,5) | 53 | 120 | 90,2 | 84,9 | 90,5

Ленацил (0,32) | 67 | 100 | 82,3 | 95,4 | 14,3

Ленацил (0,48) | 27 | 210 | 65,2 | 69,3 | 0

Дуал (1,5) + ленацил (0,32) | 44 | 116 | 85,2 | 83,7 | 69,6

Дуал (1,5) + ленацил (0,48) | 45 | 123 | 80,3 | 77,1 | 70,5

Тилам (1,0) | 36 | 96 | 93,4 | 92,8 | 82,9

Тилам (1,0) +ленацил (0,32) | 24 | 200 | 68,9 | 64,1 | 33,4

Тилам (1,0) +ленацил (0,48) | 16 | 280 | 46,9 | 45,1 | 0

НІР 0,95 | 5 | 5 | 0,2 | 0,2 | 0,5

Таблиця 5

Інгібуюча дія (%) прометрину, трефлану та сумішей цих гербіцидів на інтенсивність транспорту електронів у хлоропластах рослин редьки дикої та сої (сорт Нива).

Норми внесення гербіцидів (кг/га д.р.) | Трефлан

0 | 1,0 | 1,5

Прометрин | 0 | Редька дика | - | 20 | 20

0,375 | 10 | 27 (29) | 15 (28)**

0,750 | 48 | 40 (58)** | 64 (58)*

1,0 | 100 | 100 | 100

0 | 1,25 | 1,9

0 | Соя | - | -8 | 32

3,0 | 52 | 33 (49)** | 48 (68)**

4,0 | 100 | 73 (100)** | 77 (100)**

НІР 0,95 | 5

( ) – очікувана інгібуюча дія суміші,

* - синергізм, ** - антагонізм

Найбільш вагомим доказом антидотної активності дуалу є зменшення активності ленацилу в самому сайті його дії: дуал зменшував інгібування ленацилом транспорту електронів у хлоропластах. Антидотна активність дуалу проявилась і по відношенню до дії атразину на рослини озимого ячменю, і по відношенню до дії іншого ІТЕ з групи сим-триазинів прометрину на рослини гороху.

Порівняльне вивчення впливу ІП трефлану на активність ІТЕ прометрину по відношенню до різних за чутливістю видів рослин показало (табл. 5), що на чутливих до прометрину рослинах редьки дикої антагоністичний вплив трефлану спостерігається тільки при дуже низькій нормі внесення прометрину, яка значно нижча рекомендованої, та порівняно малій нормі самого трефлану. Збільшення норми трефлану призводить до зміни характеру взаємодії на синергізм, а при рекомендованій нормі прометрину (1кг/га д.р.) вплив трефлану взагалі не відчувається. В той же час, на середньостійких до прометрину рослинах сої трефлан антагоністично зменшував інгібуючу дію прометрину. Таким чином, можна зробити висновок, що вибірна фітотоксичність гербіцидів ІТЕ у сумішах з ІП збільшується за рахунок ефекту взаємодії.

Корекція ефекту взаємодії у потрійних сумішах гербіцидів інгібіторів проростання та інгібіторів транспорту електронів

Можливість зміни характеру ефекту взаємодії за рахунок додавання у суміш третього компонента було досліджено на рослинах озимого ячменю для сумішей гербіцидів ленацилу, дуалу (антагоніст) та ептаму (синергіст). Попередньо за змінами інтенсивності синтезу білка та РНК було встановлено, що у бінарній суміші дуалу з ептамом взаємодія адитивна, тому фітотоксична дія на стадії проростання не залежить від співвідношення доз цих компонентів. Фітотоксичну дію ленацилу оцінювали за зменшенням вмісту хлорофілу в листках. У варіантах, де ленацил застосовувався окремо або у бінарній суміші з ептамом, рослини загинули (повний некроз тканин). Додавання дуалу зменшувало втрати хлорофілу. В потрійних сумішах додавання малих доз ептаму навіть підвищувало антидотний ефект дуалу, і тільки при мінімальній дозі дуалу (1/3 ІД 50) та максимальній дозі ептаму (1/2 ІД 50) рослини загинули, тобто характер взаємодії змінився з антагоністичного на адитивний. Дуже важливим моментом є те, що характер взаємодії визначається співвідношенням не абсолютних, а відносних доз ептаму та дуалу. Цей висновок було перевірено при дослідженні впливу ептаму та дуалу на інгібування ленацилом фотосинтетичного поглинання СО2 рослинами цукрового буряка. Хоча цукровий буряк є стійким до згаданих гербіцидів, під впливом ленацилу фотосинтез у фазі 3-ї пари листків був на 30% меншим, ніж у контрольних рослин. Дуал та ептам окремо не впливали на дію ленацилу, і тільки у варіанті із застосуванням потрійної суміші інгібуюча дія ленацилу зменшилась до 10%. Таким чином, при тому самому співвідношенні доз ептаму і дуалу, в яких вони не впливали на дію ленацилу на середньочутливі рослини (озимий ячмінь), спостерігався антидотний ефект по відношенню до стійких рослин (цукровий буряк).

Механізм антидотної активності хлорацетанілідів та динітроанілінів по відношенню до гербіцидів інгібіторів транспорту електронів

Схожість впливу динітроанілінів та хлорацетанілідів на фітотоксичну дію ІТЕ могла б свідчити, що антидотна активність є загальною рисою гербіцидів ІП, але інші типові ІП тіокарбамати, зокрема тилам та ептам, які за механізмом та спектром дії мають багато спільного з хлорацетанілідами, не впливавали (табл. 4), а в окремих випадках навіть синергічно посилювали дію ленацилу та інших ІТЕ. Відомо, що антагоністична взаємодія трефлану з іншими гербіцидами може бути пов’язана з тим, що динітроаніліни дещо гальмують розвиток кореневої системи і таким чином зменшують поглинання та надходження інших гербіцидів у листки рослин. Однак проведене дослідження не виявило впливу дуалу на накопичення 14С-атразину в листках озимого ячменю, в той час як трефлан суттєво зменшував накопи-чення мітки (рис.3). Визначення за допомогою аналітичних методів вмісту прометрину в листках гороху та атразину в листках озимого ячменю також не виявило впливу дуалу на накопичення ІТЕ.

Вважається, що крім впливу на процес надходження ІТЕ антидотна активність динітроанілінів може пояснюватись їх власною “фотосинтетичною” активністю. Дослідження впливу дуалу та трефлану на індукцію флуоресценції листків та хлоропластів гороху показало, що дуал, так само як й трефлан, може інгібувати фотохімічну активність ФС2 хлоропластів. Однак інгібуюча активність дуалу та трефлану значно поступається активності класичних ІТЕ і взаємодія з електрон-транспортним ланцюгом відбувається в сайті, що не тотожний діуроновому. Враховуючи відмінність сайтів, а також те, що трефлан практично не надходить в надземну частину рослин, можливість безпосередньої взаємодії дуалу та трефлану з ІТЕ у сайтах їх дії можна відкинути. Було зроблено припущення, що антидотний ефект дуалу та трефлану пояснюється стресовою реакцією, індукованою ІП на початкових фазах розвитку рослин, внаслідок чого підвищується АОА ліпідів. При цьому враховувалось, що розвиток фітотоксичної дії ІТЕ передбачає різке підсилення реакцій ПОЛ, а ендогенні антиоксиданти антагоністично зменшують фітотоксичну дію гербіцидів ІТЕ. Було показано, що в проростках озимого ячменю під впливом дуалу значно підсилюється інтенсивність реакцій ПОЛ та збільшується вміст абсцизової кислоти (АБК), хоча реакція рослин на дію тіокарбамата ептама, який не має антидотної активності, якісно не відрізнялась від їх реакції на дуал. Крім того, визначення АОА ліпідів у листках озимого ячменю не виявило достовірних розбіжностей між контрольними рослинами та рослинами, вирощеними на фоні дуалу. Однак цей негативний результат не заперечує можливості пояснення антидотної активності дуалу та трефлану їх впливом на електронтранспортний ланцюг в період його формування, оскільки крім ліпідних антиоксидантів існують інші системи, що захищають мембрани хлоропластів від ушкодження вільними радикалами, зокрема ферменти глутатіонредуктаза, супероксиддисмутаза. Можливо, що дуал та трефлан можуть стимулювати активність цих систем і тим самим підвищувати толерантність рослин до дії гербіцидів ІТЕ.

ЕФЕКТ ВЗАЄМОДІЇ У СУМІШАХ ГЕРБІЦИДІВ ПОХІДНИХ АОФПК З ГЕРБІЦИДАМИ ІНГІБІТОРАМИ ТРАНСПОРТУ ЕЛЕКТРОНІВ ТА ПОХІДНИМИ СУЛЬФОНІЛСЕЧОВИНИ

Гербіциди похідні АОФПК відносять до групи так званих грамініцидів, бо вони діють виключно на злакові рослини. Грамініциди застосовуються по вегетуючих бур’янах, тому їх доцільніше використовувати у сумішах з гербіцидами, які також застосовуються по сходах рослин та ефективними проти дводольних бур’янів. Однак в окремих випадках при застосуванні такого типу сумішей в посівах різних сільськогосподарських культур спостерігалось антагоністичне зменшення ефективності знищення грамініцидами злакових бур’янів. В зв’язку з цим, виникла потреба визначити особливості прояву цього антагонізму, з тим щоб чітко встановити, в яких випадках можливе застосування грамініцидів у сумішах, а в яких – ні. Крім того, великий інтерес має й розкриття механізму антагоністичного зменшення фітотоксичності грамініцидів, оскільки є підстави вважати, що цей механізм принципово відрізняється від усіх відомих механізмів взаємодії гербіцидів. Якщо для сумішей з АПГ антагоністичну взаємодію пов’язують з наявністю у похідних АОФПК антиауксинової активності [Shimabukuro, et al., 1989], то механізм впливу інгібіторів АЛС залишається не розкритим: не було виявлено впливу сульфонілсечовин ні на надходження, ні на інтенсивність деградації, ні на активність похідних АОФПК у сайті їх дії [Bjelk, Monaco, 1992].

Вивчення динаміки розвитку фітотоксичної

дії гербіцидів похідних АОФПК

Відсутність даних щодо змін у накопиченні грамініцидів у сайтах їх дії при комплексному застосуванні з іншими гербіцидами може пояснюватись їх високою фітотоксичністю, яка ускладнює кількісне визначення вмісту грамініцидів у рослинах аналітичними методами, Тому для визначення динаміки надходження гербіцидів похідних АОФПК у рослини та їх транслокації можна скористатись біосенсорним методом, коли присутність гербіциду оцінюється за специфічними для його дії змінами метаболізму в окремих органах рослини. Було досліджено динаміку прояву специфічних та неспецифічних змін у метаболізмі, індукованих дією гербіциду з групи похідних АОФПК - фузиладу супер, в листках та коренях рослин озимої пшениці (модельний тест-об’єкт середньочутливий до фузиладу супер). Було встановлено, що найчутливішою до дії фузиладу супер метаболічною реакцією є синтез ліпідів. Однак можливо саме внаслідок високої чутливості цієї реакції, вона досить швидко виходить на рівень насичення і не відображає однозначно величину фітотоксичної дії. В зв’язку з цим для визначення змін вибірної фітотоксичності похідних АОФПК необхідно використовувати менш специфічний, але більш надійний критерій – зменшення індексу ненасиченості (ІН) жирних кислот ліпідів. В той же час динаміка інгібування включення 14С-ацетату у ліпіди може бути використана для визначення можливого впливу компонентів гербіцидних комплексів та сумішей на надходження похідних АОФПК у рослини та їх транслокацію.

Вплив гербіцидів інгібіторів транспорту електронів на фітотоксичну дію гербіцидів похідних АОФПК

Було досліджено зміни фітотоксичності гербіциду фузиладу супер у сумішах з ІТЕ зенкором (ас-триазинон) та бетаналом (фенілкарбамат). Фітотоксичну дію на рослини озимої пшениці оцінювали за динамікою зміни ІН жирних кислот ліпідів в листках. Було встановлено, що зенкор та бетанал практично не впливали на СЖК ліпідів, а після обробки рослин фузиладом супер ІН за 96 годин зменшився на 70%. Бетанал антагоністично гальмував цей процес, а зенкор навіть дещо прискорював. Таким чином, тотожні за механізмами дії гербіциди по різному впливали на фітотоксичність фузиладу супер. Можливо, це зумовлено тим, що зенкор на відміну від більшості інших ІТЕ діє не тільки на дводольні, але й на злакові рослини.

Синергічне посилення фітотоксичності гербіцидів інгібіторів транспорту електронів при застосуванні у сумішах з похідними АОФПК

Було встановлено, що у сумішах з фузиладом супер фітотоксична дія ІТЕ на рослини озимої пшениці синергічно зростала. Фітотоксичність ІТЕ оцінювали за допомогою специфічної для дії цих гербіцидів реакції – зменшенню вмісту хлорофілу. В той час як фузилад супер та бетанал, який практично не діє на злакові рослини, не впливали на вміст хлорофілу, у варіанті із зенкором вміст хлорофілу зменшився. Протягом трьох діб після обробки рослин гербіцидами не було відмінностей у розвитку фітотоксичної дії зенкору, але на шосту добу у суміші з фузиладом супер дія зенкору суттєво перевищувала його дію у варіанті, де зенкор застосовувася окремо. У суміші з фузиладом супер проявилась дія бетаналу на стійкі до цього препарату рослини озимої пшениці. Синергічне посилення фітотоксичності ІТЕ у сумішах з грамініцидами спостерігалось і на чутливих до ІТЕ рослинах редьки дикої та лободи білої. З цього випливає, що синергічне підсилення похідними АОФПК фітотоксичності гербіцидів ІТЕ не залежить від чутливості рослин, тобто при застосуванні цих сумішей необхідно зменшувати норми внесення ІТЕ, бо не виключено, що підсилення фітотоксичності може призвести до пошкодження культурних рослин.

Механізм впливу гербіцидів похідних АОФПК на фітотоксичну

дію гербіцидів інгібіторів транспорту електронів

Дослідження механізму синергічного посилення фітотоксичності ІТЕ у сумішах з похідними АОФПК показало, що останні (фузилад супер, зелек супер) окрім інгібування активності АКК можуть пригнічувати інтенсивність ТЕ у хлоропластах. Враховуючи присутність поверхнево активних речовин у препаративній формі гербіцидів похідних АОФПК, можна було припустити, що вони полегшують надходження ІТЕ у листки рослин. Однак в польовому досліді на посадках картоплі, де зенкор вносився у грунт, а фузилад супер застосовували по вегетуючих бур’янах, також спостерігалось синергічне посилення фітотоксичності зенкору. З цього випливає, що ефект синергічного посилення фітотоксичності ІТЕ при комплексному застосуванні з похідними АОФПК зумовлений саме підсиленням інгібування ТЕ у хлоропластах.

Фітотоксична дія гербіцидів похідних АОФПК

у сумішах з інсектицидами та фунгіцидами

В деяких випадках необхідність внесення гербіцидів може збігатись з необхідністю вживання заходів по захисту посівів від шкідників та хвороб. Тому для гербіцидів, які застосовуються по вегетуючих бур’янах, може виявитись доцільним використання у сумішах з інсектицидами та фунгіцидами. Однак при застосуванні сумішей гербіцидів з фосфорорганічними інсектицидами в окремих випадках спостерігалось збільшення фітотоксичності, що призводило до пошкодження культурних рослин [Baerg et al., 1996]. В зв’язку з цим було вивчено вплив інсектициду арріво (циперметрин) та фунгіцидів ридомілу (металаксил) та полікарбацину (поліетилентіурамдисульфід цинку) на фітотоксичну дію гербіцидів похідних АОФПК фуроре супер, фузиладу супер та сумішей останнього з бетаналом та зенкором. Суттєвої зміни фітотоксичної дії гербіцидів та їх сумішей не було виявлено, що дає підставу вважати можливим застосування сумішей гербіцидів зі згаданими інсектицидами та фунгіцидами.

Взаємодія гербіцидів похідних АОФПК

з гербіцидами похідними хлорацетаніліду

Було встановлено, що дуал не впливав на чутливість рослин до дії гербіцидів похідних АОФПК, тобто їх взаємодія має адитивний характер. З отриманих даних випливає, що на відміну від гербіцидів ІТЕ дія гербіцидів похідних АОФПК не чутлива до наслідків індукованого дією ІП стресу.

Зміни вибірної фітотоксичності гербіцидів похідних АОФПК

у сумішах з гербіцидами похідними сульфонілсечовини

Проведене за допомогою різних