Причини вибірковості дії гербіцидів на рослини

Лабораторна робота №15

Тема: Механізм дії гербіцидів

 

Клас сульфонілсечовин (СС) винайдений у 1975 році компанією “Дюпон” (Джордж Левітт, науковець Експериментальної станції “Дюпон”). Єдиною проблемою, яка хвилювала Левітта, було винайдення хімічного складу, який міг би знищувати павутинних кліщів, що при зводили до втрати врожаїв цитрусових плодів та яблук. Левітт помітив, що хімічна сполука, над якою він працював, мала незначний ефект на павутин них кліщів, проте, продемонструвала унікальний ефект на широколисті бур’яни, що роками знижували врожайність культур. Науковець виявив, що хлорсульфурон, перша сульфонілсечовина, яка підлягала серійному виробництву, та декілька інших сумішей СС, що були розроблені пізніше, були спроможні – з надзвичайно низькою робочою концентрацією – контролювати бур’яни за рахунок пригнічення ферменту ацетолактатсинтази, що відсутній у людей та тварин. Використання СС забезпечило високий рівень безпеки та ефективності післясходових гербіцидів. Ще через декілька років ретельних випробувань та досліджень було виявлено інші вагомі переваги технології СС, серед яких:

ü Високий рівень толерантності с/г культур до дії СС, що забезпечує реалізацію високого потенціалу, який закладений у якісне насіння

ü Надзвичайна ефективність і надійність захисту від бур’янів за рахунок швидкого надходження препарату до рослини як через листя, так і кореневу систему

ü На відміну від традиційних гербіцидів, СС мають більшу технологічну гнучкість застосування як по фазах розвитку культури, так і за погодними умовами

ü Локалізуються в зоні внесення і не розповсюджуються через водні шляхи та грунт

ü Безпека для людини і довкілля завдяки унікальному механізму дії та позитивним властивостям поводження СС в навколишньому середовищі.

Серійне виробництво СС розпочалося у 1982 році із впровадженням гербіцидів DuPont Glean® для захисту пшениці в Америці та Австралії, та DuPont Oust® в Сполучених Штатах Америки. Поява цих препаратів супроводжувалася нечуваним успіхом у фермерів у всьому світі – вони отримали переваги чистіших полів разом з вищими врожаями. Крім того, унікально низька норма використання сульфонілсечовин означала, що для досягнення вищих урожаїв фермери могли застосовувати на 95-99% менше хімічних засобів.

На даний час понад 33 діючі речовини СС запущені в серійне виробництво або знаходяться на кінцевих етапах розробки. Препарати на основі СС використовуються на пшениці, ячмені, олійному ріпаку, кукурудзі, сої, цукрових буряках та інших сільськогосподарських культурах, що вирощуються в світі.

Трибенурон-метил, тифенсульфурон-метил швидко (протягом 3-х годин після внесення) зупиняють поділ клітин чутливих видів бур'янів, у результаті чого ріст бур'янів блокується, вони не конкурують з культурою за елементи живлення, воду та світло. Видимі симптоми з’являються через 5-8 днів, а повна загибель бур'янів настає через 10-25 днів. Тепла та волога погода підвищує швидкість дії, а прохолодна та суха – уповільнює її.

Метсульфурон-метил, тієкарбазон-метил потрапляє в рослину в основному через листя. Діючи на фермент ацетолактатсинтазу, зупиняє поділ клітин бур'янів. Ріст рослини зупиняється через кілька годин після обробки. Хлороз та некроз листкової поверхні бур’янів проявляється через 5-7 днів, та повна загибель настає через 2-4 тижні. Дощ, який випав через 3 години після обробки, не знижує ефективність.

Римсульфурон поглинається переважно листям бур'янів і швидко переміщується після застосування до кінчиків кореневої системи і листя. Припиняє поділ клітин шляхом впливу на їхню ензимну систему. Чутливі бур'яни вже через кілька годин припиняють ріст і більше не конкурують з культурними рослинами у споживані вологи і мінеральних речовин. Видимі симптоми, такі як припинення росту, хлороз, відмирання кінцевих пагонів і некроз, з’являються через декілька днів після застосування. Повна загибель бур'янів відбувається протягом 10-20 днів.

Дикамба засвоюється листям та кореневою системою і має здатність рухатись в усіх напрямках: від коріння до точок росту, і з наземної частини до кореневих волосків. Візуальні ознаки дії (знебарвлення, некроз) можна спостерігати на 3-7 день після застосування залежно від погодних умов. Гербіцидна активність посилюється в теплу і вологу погоду після внесення, тоді як холодні і посушливі умови можуть уповільнити дію.

Гліфосати – це група неселективних гербіцидів системної дії, діючою речовиною в яких є солі гліфосної кислоти ( N-фосфонометильні похідні амінокислоти гліцину). Такі гербіциди знищують більшість рослин незалежно від їх класу. Особливо часто вони застосовуються для боротьби з багаторічними кореневищними бур'янами.

Переважно гліфосати використовують на сильно забур’янених полях в осінній період при підготовці ґрунту після збирання попередника. Це дозволяє відмовитися від пожнивного лущення стерні, а також забезпечує високу ефективність проти багаторічних бур'янів, які в осінній період найбільш ослаблені через проходження процесів відтоку поживних речовин з вегетуючої частини рослини в кореневу систему.

Винахід гліфосату належить американській корпорації Monsanto (Джон Франц), інженери якої помітили гербіцидні властивості цієї хімічної сполуки ще в 1970 році. Аж до 2000 року на ринку був представлений лише один гербіцид з даною діючою речовиною – Раундап (Roundup) від Monsanto, тому що компанія одноосібно володіла патентом на його виробництво. Тепер же на ринку можна знайти безліч пропозицій гербіцидів на базі гліфосатів від найрізноманітніших виробників.

Гліфосати є найбільш поширеними у світі гербіцидами і займають лідируюче місце за обсягами продажів.

На даному етапі розвитку сільськогосподарської біотехнології широке поширення отримують генетично модифіковані сорти багатьох культур, які стійкі до дії гліфосатів. Ці сорти ще називають «Roundup ready»-сортами.

Гліфосат проникає в листки і пагони, які не вкриті здерев’янілою корою, через продихи і пори в кутикулі. Швидкість поглинання залежить від кількості продихів, а також щільності воскового шару, товщини кутикули і опушення листків. Дерев’янисті рослини абсорбують гліфосат значно повільніше, ніж, наприклад, пирій повзучий. Через коріння препарат в рослину не проникає. Гліфосат, абсорбований листками, легко переміщується в інші частини рослини, запобігаючи їх росту.

Гліфосат інгібує фермент EPSPS, що призводить до руйнування хлоропластів, пожовтіння або знебарвлення листків (хлороз), їх деформації і відмирання. Пригнічується дихання рослин і фотосинтез, уповільнюється ріст. В результаті рослина гине через 5-10 (до 30) днів в залежності від погодних умов і виду бур’яну. Перші ознаки гербіцидного ефекту проявляються не раніше, ніж через 3-4 дні у вигляді пожовтіння, потім побуріння і в’янення листків.

Ацетохлор проникає в рослину головним чином крізь колеоптиль, за рахунок інгібування геронілгеронілпірофософата (GGPP), перешкоджає біосинтезу ліпідів (терпеноїдів), а також каротиноїдів, хлорофілу, токоферолів та інших важливих речовин, необхідних для росту рослини. Механізм дії полягає в гальмуванні клітинного поділу. Припиняється транспорт амінокислот і ауксинів в колеоптиль, осмотичний тиск знижується, внаслідок чого гине зародок.

2,4-Д, 2М-4Х викликають порушення росту чутливих бур'янів шляхом неконтрольованого поділу клітин в рослинній клітині, неприродного подовження клітин і, як наслідок, скручування і потовщення стебел і листків, що призводить до гибелі бур'янів.

Метамітрон – найбільш селективна діюча речовина контактної та ґрунтової дії, яка проникає в рослини як через кореневу систему, так і через листковий апарат. При попаданні на ґрунт перешкоджає проростанню нових бур’янів. Оптимально ефективна при накопиченні більш 2,5кг/га діючої речовини в ґрунті. Повністю розкриває свої можливості (ґрунтову дію) за умови достатнього зволоження.

Етофумезат – селективна діюча речовина контактної та ґрунтової дії, поглинається різними частинами рослин, особливо молодими паростками та при контакті коріння з водним розчином етофумезату в ґрунті. Оптимальна ефективність при внесенні більше 0,5кг/га діючої речовини, при накопиченні більш 0,9кг/га – для ґрунтової дії. Повністю розкриває свої можливості (ґрунтову дію) за умови достатнього зволоження. Високий вміст поживних речовин та посуха знижують дію. Погано проникає через листя після формування зрілої кутикули.

Фенмедифам – селективна діюча речовина контактної дії, яка проникає в рослини через листковий апарат. Висока температура повітря (але не вище 25°С) та інтенсивне сонячне випромінювання посилюють дію. Не впливає на бур’яни, що проросли після обробки. Оптимальна температура внесення 10-25°С. Ефективність зменшується, якщо діюча речовина змивається дощем (ризик до 6 год після внесення).

Десмедифам – селективна діюча речовина контактної дії, яка проникає в рослини через листковий апарат. Висока температура повітря (але не вище 25°С) та інтенсивне сонячне випромінювання посилюють її дію. Не впливає на бур’яни, що проросли після обробки. Оптимальна температура внесення 10-25°С. Ефективність зменшується, якщо діюча речовина змивається дощем (ризик до 6 год після внесення). Відмічена дещо агресивна дія на рослини культури.

Фенмедифам, десмедифам, етофумезат швидко поглинаються листками і частково кореневою системою, здатні вільно пересуватися по всій рослині з нисхідним і висхідним рухом поживних речовин. Ріст бур'янів і конкуренція їх з культурою припиняється впродовж декількох годин після обробки. У перші дні листя уражених бур'янів деформується, візуально простежується зміна його кольору в бік знебарвлення (процес руйнування пігментів), розпочинається відмирання точок росту, а загибель відбувається впродовж 1-2 тижнів після обприскування, залежно від погодних умов.

Причини вибірковості дії гербіцидів на рослини

Розглянутий механізм дії гербіцидів може проявлятися на одних видах, родинах або ботанічних класах і не проявляється на інших. У класифікації ця особливість відображена як селективність препаратів. Селективність (вибірковість дії на рослини) гербіцидів зумовлена багатьма причинами:

- анатомо-морфологічними особливостями будови рослин;

- хімічними властивостями і формою препаратів;

- дозами і строками застосування;

- сумісністю з продуктами обміну рослин;

- особливостями біохімічних процесів, що відбуваються в рослині.

Всі причини, які зумовлюють стійкість рослин до гербіцидів, можна об'єднати в кілька груп:

1. Фактори зовнішнього середовища: світло, волога, температура, рН ґрунту, вміст гумусу, механічний склад.

2. Фізичні, які проявляються у післясходових гербіцидів у характері контакту гербіциду з листовою поверхнею рослини і його здатності утримуватись на ній. У ґрунтових препаратів – у препаративній формі.

3. Біологічні – зумовлені особливостями самої рослини. Серед них, у свою чергу, можна виділити три групи:

а) морфологічні особливості. До них відносяться відмінності в будові листка, його площі, куту нахилу, характеру поверхні, наявності воскового нальоту, розміщення точки росту, підземних органів розмноження. Наприклад, вибірковість дії препаратів типу 2,4-Д на одно- та дводольні бур'яни в значній мірі визначається відмінностями в будові листового апарату цих груп рослин. У дводольних бур'янів листова пластинка широка і розташовується горизонтально, тому розчин препарату, що потрапив на них, добре утримується. У однодольних бур'янів, навпаки, - листя вузьке, вкрите восковим нальотом і розташовується під гострим кутом до горизонту, тому розчин гербіциду погано утримується на поверхні таких листків і стікає раніше, ніж встигає проникнути в рослину.

Морфологічна стійкість рослин до гербіцидів змінюється за період вегетації, що зумовлено зміною характеру листової поверхні, яка виражається, в першу чергу, в накопиченні на їх поверхні восків. Чим більше сонячного проміння потрапляє на листову поверхню і більш інтенсивно його обдуває вітер, тим більше накопичується воскового нальоту на поверхні і тим більше зростає їх стійкість до гербіцидів. Особливо це спостерігається на перших початкових фазах розвитку рослин.

б) фізіологічні – проявляються в здатності рослин до поглинання гербіциду, його інактивації через утворення кон'югованих з'єднань, акумуляції, адсорбції або виділення гербіциду через кореневу систему і листя. Наприклад, у дводольних рослин після появи сходів в тканинах стебла і кореня утворюється камбіальний шар клітин, у яких накопичується вода і розчинні в ній солі. Гербіцид типу 2,4-Д, потрапляючи в такі клітини, вступає у взаємодію з їх вмістом, стимулює їх ділення. У результаті, покривні тканини стебла і кореня розриваються. У однодольних рослин камбіальний шар мало виражений, тому нема умов для накопичення гербіциду і виникнення патологічних змін.

в) метаболістичні – здатність рослини до детоксикації гербіциду.

Всі ці причини знижують гербіцидний вплив препарату в різній мірі, і їх можна розглядати як перешкоди на шляху від внесення до кінцевої дії препарату. Знання механізму дії даних факторів створює передумови ефективного використання гербіцидів через посилення їх дії на бур'яни і послаблення впливу на сільськогосподарські культури. Рівень дії гербіцидів на культурні рослини і бур'яни залежить від рівня мінерального живлення. Виявлено, наприклад, що протягом вегетації чутливість рослин кукурудзи до 2,4-Д і симазину залежить від доз мінеральних добрив. Найбільш чутливі вони до гербіцидів, це виявилося на варіантах, де мінеральні добрива не вносились. При цьому гербіциди більш ефективно знищували бур'яни на фонах з внесенням мінеральних добрив.