Фосфорорганічні гербіциди
Характеристики хімічної структури групи фосфорорганічних гербіцидів близькі до характеристик хімічної структури природних амінокислот — гліцину і глутаміну. У зелених частинах (клітинах) гербіциди цієї групи сприяють накопиченню аміаку, який є сильною отрутою для рослин. Встановлено, що фосфорорганічні гербіциди інгібують 5-енолпіруватшикімат-3-фосфатсинтазу (EPSPS ), фермент біосинтезу ароматичних амінокислот, зокрема, фенілаланіну і тирозину. На ультраструктурному рівні відбувається руйнування оболонок хлоропластів, набухання ендоплазматичного ретикулуму і прогресуючий розпад мембран. Застосування препаратів призводить до масового накопичення ферменту шикімат в уражених тканинах рослин, що призводить до дефіциту таких важливих кінцевих продуктів, як лігніни, алкалоїди та флавоноїди, і зменшується фіксація СО2 та приріст біомаси. Наявність EPSPS також властива грибам і бактеріям, але фермент відсутній у тварин. Мікроорганізми, які містять фермент EPSPS, можуть залежати від застосування препаратів на основі гліфосату. Не виключена також можливість існування інших центрів дії фосфорорганічних гербіцидів.
Серед фосфорорганічних гербіцидів найбільш поширеним і популярним на сьогодні є препарат на основі гліфосату (N-[фосфонометіл] гліцин), системний гербіцид широкого спектру дії, який в основному продається під торговою маркою Roundup. Через декілька днів після обробки препаратом гліфосат легко транслокується всією рослиною, а, отже, впливає на корені або кореневища. Однією з причин, яка сприяла поширенню гліфосату, є те, що були виведені генетично модифіковані гліфосат-стійкі культури (ГМ). У такому випадку гліфосат може бути застосований на стійких рослинах як післясходовий гербіцид для знищення небажаних бур’янів, не впливаючи на урожай. У більшості випадків застосування гліфосату на стійких культурах зменшує потребу в досходовому обприскуванні посівів, а в окремих випадках і післясходовому.
Чи насправді існує «фунгіцидний» вплив гліфосату?
Деякі дослідження показали, що застосування гліфосату на генетично-модифікованих рослинах, стійких до нього, змінює сприйнятливість таких рослин до збудників хвороб. Опубліковані результати досліджень свідчать, що внаслідок застосування гліфосату відмічено як поширення, так і обмеження розвитку ураження рослин збудниками хвороб і, як виявлено, гліфосат мав профілактичні та лікувальні властивості. Окрім того, допоміжні речовини (наповнювачі), які використовуються для підвищення ефективності активного інгредієнту могли також значно впливати на проростання, споруляцію, ріст і розповсюдження грибкових патогенів рослин.
Відповідно до проведених досліджень, гліфосат інгібував види грибкових захворювань, що передаються через грунт. Наприклад, Sclerotium rolfsii (південна склероціальна гниль) є грунтовим і рослинним патогеном. Визначено, що інфекція зберігається на рослинних рештках. Виробники бананів відзначили, що випадково обприскані гліфосатом залишки бананів уражувалися менше цією гниллю: менше розростався міцелій і менше утворювалося склероцій, ніж на тих бананах, на які не потрапив гербіцид.
Дослідження в лабораторних умовах впливу препаратів на збудників показало, що ріст Sclerotium rolfsii затримувався на поживному середовищі з додаванням беномілу та гліфосату у рекомендованих нормах витрати. Обидва середовища знижували радіальний ріст S. rolfsii у порівнянні з контролем, однак на поживному середовищі з додаванням гліфосату спостерігався більший ефект інгібування. Радіальне розростання інших патогенів, таких як Pythium ultimum (пітіозна коренева гниль) і Fusarium solani f.sp. pisi (бура листкова іржа гороху) також гальмувалося зі збільшенням концентрації гербіциду. Окрім того, збільшення концентрації гербіциду негативно впливало на конідіальне проростання і спороутворення в F. solani f.sp. glycines (бура листкова іржа бобів).
На відміну від результатів, описаних вище, деякі іноземні автори виявили, що немає негативного впливу гліфосату на вегетативний ріст ізолятів декількох груп Rhizoctonia solani (бура гниль) і анастомоз. Однак гербіциди впливали на утворення плодових тіл патогена. Кількість утворених склероцій була вищою. Проте ці склероції залишалися меншими під впливом гербіциду, ніж на контрольному варіанті, без застосування гліфосату.
Незважаючи на те, що проти певної кількості хвороб культур були відмічені інгібуючі властивості гліфосату, проти окремих патогенів хвороб гліфосат проявив протилежний ефект, а також відмічені випадки навіть збільшення поширеності хвороб. У деяких випадках гліфосат впливав на ріст і розмноження патогена in vitro, але показав зворотній вплив у польових умовах. Наприклад, гліфосат інгібував розвиток міцелію Nectria galligena (звичайний, або західноєвропейський рак) in vitro, але після інокулювання пагонів яблуні збудником хвороби, отриманим із середовища, що містить у своєму складі гліфосат, кількість виразок збільшилася. Таким чином, не зважаючи на те, що гліфосат проявляв негативний вплив на різних патогенів у деяких тест-системах, цей гербіцид проявив протилежні ефекти у природних умовах.
У дослідженнях з застосуванням гліфосату, що проводилися у тепличних умовах, на генетично-модифікованому буряку цукровому відмічалося збільшення розвитку хвороб, а саме інфікування рослин такими збудниками Rhizoctonia solani (бура гниль) і Fusarium oxysporum (фузаріоз). Таке збільшення грибкового захворювання не було опосередкованим, тому, що не відмічалося ніякого прямого впливу гліфосату на обидва види збудників під час випробування в лабораторних умовах. Таким чином, гербіцид ніби стимулював створення у рослин захисних механізмів до ураження патогенами.
Під час застосування препаратів на основі гліфосату на цукровій тростині також виявлено, що фітотоксичність гербіциду призвела до збільшення поширення хвороби, викликаної збудником Pythium arrenomanes. Більш того, обробка гліфосатом викликала ушкодження та загибель бур’яну Lolium multiflorum (пажитниця багатоукісна, або райграс багатоукісний) через підвищення розвитку пітіозної кореневої гнилі. Навіть сублетальні дози гліфосату інгібували прояв резистентності сої до Phytophthora megasperma f. sp. glycinea, у бобів до Colletotrichum lindemuthianum, і в томатів до Fusarium spp. Крім того, гліфосат збільшував ураженість виноградної лози грунтовим патогеном Cylindrocarpon spp. Гліфосат мав не тільки прямий вплив на сільськогосподарські культури і певні патогени, а й під час другої обробки посівів виявлено його вплив на мікрофлору грунту. Порівнюючи аналізи грунту з полів, на яких не вносили гліфосат з обробленими вдруге, виявлено, що друга обробка препаратами впливає на корисні види, що належать до групи Proteobacteria.
У результаті повторного застосування гербіцидів на основі гліфосату також відмічено зниження мінералізації грунту. Під час вивчення впливу гліфосату на мінералізацію грунту дослідники виявили, що препарат позитивно корелював чисельність бактерій Pseudomonas spp. Тим не менш, результати отримані деякими дослідниками вказують, що повторне застосування гліфосату асоціюється зі збільшенням грунтових мікроорганізмів, які здатні метаболізувати гербіцид. Виявлено, що зміни у мікрофлорі грунту пригнічували корисні види Pseudomonas, зокрема P. fluorescens, а також відмітили таку властивість, як модулювання відносин рослина-патоген.
Виявлено декілька випадків дії гліфосату на гальмування розвитку окремих листкових хвороб у різних культур. Зокрема, трансгенна модифікована пшениця, стійка до гліфосату, показала надто низький рівень інфікування бурою іржею, яка викликається грибом Puccinia triticina і стебловою іржею — P. Graminis f.sp. tritici під час обприскування рекомендованими нормами витрати препарату за один день до інокуляції патогенів. Препарати на основі гліфосату контролювали листкову іржу і зменшували її поширення навіть за зниження норми витрати препарату.
Фото 1. Вплив гліфосату на розвиток листової іржі (P. triticina) в GR пшениці
A — без обробки гербіцидом (14 день після обробки);
В — обробка гліфосатом (Раундап WeatherMAX,
з розрахунку 0,84 кг/га, 14 день після обробки);
С — обробка гліфосатом, (Раундап WeatherMAX,
з розрахунку 0,84 кг/га, 1 день після обробки).
Навіть більш тривалі періоди часу між обприскуванням гербіцидами та інфікування іржею культури вказували на пряму токсичну дію. Однак, за результатами досліджень, контроль листкової іржі пшениці гліфосатом діяв щонайменше 21 день, але сам механізм інгібування інфекції листкової іржі гліфосатом не досліджений. Гербіциди можуть діяти як системні фунгітоксичні сполуки самі по собі або можуть викликати системну стійкість, оскільки навіть необроблене листя було захищеним після застосування гербіцидів.
За даними досліджень, у пожнивних рештках (соломі) пшениці, яка оброблялася гербіцидами на основі гліфосату, виявлено, що у Pyrenophora tritici-repentis (жовта плямистість (піренофороз) інгібуються псевдотецій. За інформацією низки іноземних дослідників, отриманою за результатами досліджень з 1979 року, застосування препаратів на основі гліфосату зменшувало утворення спор, ріст і розвиток хвороб, спричинених й іншими зерновими грибковими патогенами на пшениці, такими як Septoria nodorum (септоріоз), Helminthosporium sativum P.K.et B. (ризоктоніозна коренева гниль), а також на пшениці відмічено обмеження шкідливості й патогену Gaeumannomyces graminis (офіобольозної кореневої гнилі), а на ячмені гліфосат контролював патогени Rhynchosporium secalis (ризоктоніоз, гострооблямівкова плямистість) і Drechslera teres (сітчастий гельмінтоспоріоз, або сітчаста плямистість).
Дослідники виявили, під час застосування препаратів на основі гліфосату на стійких до дії гербіциду пшениці і сої, що пригнічувалися збудники хвороб, які викликають іржасті гриби, а саме Puccinia striiformis f.sp. tritici (жовта іржа пшениці), Puccinia triticina (бура іржа пшениці) і Phakopsora pachyrhizi (азіатська іржа сої). Автори припустили, що коли на спори іржі впливати гербіцидом, гліфосат спроможний інгібувати грибкову EPSPS, таким чином, діючи з таким самим механізмом, який описаний для його гербіцидної активності. За дослідженнями іноземних вчених, які проводилися у тепличних і польових умовах стосовно механізму дії препаратів на основі гліфосату на посівах генетично-модифікованої пшениці, виявлено, що контроль збудників був не опосередкований, через індукцію SAR (системна набута стійкість) генів, а завдяки забезпеченню гліфосатом як профілактичного, так і лікувального ефекту. Проте як припущення відмічено, що контроль збудників іржастих хвороб залежить від концентрації гліфосату в рослині-господарі під час проростання спор грибів внаслідок першого інфікування. Таким чином, спори іржастих хвороб до того ще, як отримати поживні речовини, піддаються впливу летальної концентрації гліфосату.
Гліфосат як засіб біологічного контролю
Окрім того, відповідно до польових даних, отриманих під час дослідження стійкої сої, на якій застосовувався гліфосат, припускають, що на контроль збудників іржастих хвороб впливають умови навколишнього середовища, а також те, що раси збудників іржастих хвороб можуть відрізнятися чутливістю до гліфосату. Враховуючи специфічні, відмінні від пшениці, властивості видів сої щодо чутливості до гліфосату, існує припущення, що для контролю збудників іржастих хвороб сої необхідні більші норми витрати препарату, ніж для контролю збудників цієї хвороби у пшениці. Існує також внутрішньовидова варіація у R. Solani. Хоча гліфосат призначений для обмеження чисельності небажаних бур’янів у посівах культур, його випробували в якості альтернативи як засіб біологічного контролю грибів і бактерій.
Встановлено підвищення ефективності в обмеженні шкідливості хвороб біологічними агентами після обробки гліфосатом. Науковці відмітили, що застосування гліфосату для контролю Myrothecium verrucaria створює умови кращого контролю бур’янів у пуеарії лопатевої (Pueraria lobata), бруніхії (Brunnichia ovata) і кампсіса укореняючого (Campis radicans). Також відомий випадок, коли мишій зелений, який успішно контролювався, був обприсканий гліфосатом перед інокуляцією Pyricularia setariae. Ці результати продемонстрували, що під час поєднання гліфосату з біогербіцидом для обмеження шкідливості хвороб, вибір часу для їх застосування мав важливе значення. Дослідники зазначили, що деякі пестициди та їх допоміжні речовини впливали на проростання спор і збільшення ураження збудником Phomopsis amaranthicola видів Amaranthus. Декілька гербіцидів, таких як гліфосат, також мав негативний вплив на проростання спор збудника Р. setariae.
Таким чином, одна стратегія для подолання токсичного ефекту гербіцидів є послідовне, а не одночасне застосування синтетичних гербіцидів і біогербіцидів. Застосування гліфосату перед обробкою патогеном забезпечує поглинання, транслокацію та повну дію гербіциду (з мінімалізованою деградацією) і знижує його можливу токсичність щодо біоагенту. Крім того, виявлено синергізм у взаємодії гліфосату та біогербіцидів. Дослідники довели, що гліфосат пригнічував захисні механізми рослин за рахунок зниження продукування фітоалексинів і біосинтезу інших фенольних сполук. Навіть сублетальні дози гліфосату пригнічували шикіматний шлях у касії (Cassia abtusifolia) інфікованої Alternaria cassiae, таким чином, знижуючи стійкість цього бур’яну.
Численні приклади в літературі свідчать про кореляцію виробництва або трансформації заздалегідь сформованих фенольних сполук і захисних систем рослин. У більшості випадків, активація ферменту фенілаланін амоніо-ліази (PAL) відіграє основну роль, і сполуки, які інгібують її (PAL) активність, викликають підвищену сприйнятливість до хвороби. Можливо, також, що це стосується сільськогосподарських культур, таких як соя. Гліфосат був здатний блокувати стійкість до Phytophthora megasperma навіть за несумісної взаємодії, знижуючи продукування гліцеоліну, важливого фітоалексину та частини механізму резистентності у сої.
