Содержание к диссертации
Введение
Глава 1, Избирательная токсичность фармаконов как общебиологическая, общехимическая и научно-техническая проблема 21
1.1. Комплексный характер проблемы. 21
1.2. Черты биологического действия фармаконов (основные понятия и определения) 25
1.2.1. Понятие фармакона 25
1.2.2. Избирательность действия 26
1.2.3. Системный характер действия гербицидов 26
1.2.4. Понятия «способ действия» и «механизм действия» 27
1.2.5. Этапы реализации гербицидного действия 29
1.2.6. Биологические структуры, затрагиваемые гербицидным действием 30
1.2.7. Градиент чувствительности 31
1.2.8. Транспорт гербицидов 32
1.2.9. Симпласт и апопласт 33
1.2.10. Физиологические и морфологические проявления действия гербицидов 35
1.2.11. Продолжительность действия гербицидов в растении 37
1.2.12. Действующие начала гербицидов 38
1.3. Химические системы организма, связанные с проявлением избирательной токсичности фармаконов 39
1.3.1. Вода 41
1.3.2. Металлы и металлосвязывающие соединения 43
1.3.3. Химия твердого тела 45
1.3.3.1. Электронный перенос 46
1.3.3.2. Ионный перенос 48
1.3.3.3. Сложные конденсированные и смешанные системы. 50
1.3.3.4. Направление потока 51
Заключительные замечания 52
1.4. Научно-технические стороны проблемы 52
Глава 2. Причины избирательного действия гербицидов 57
2.1. Слагаемые избирательного действия 57
2.1.1. Общая характеристика концепций селективного действия 58
2.1.2. Фактические данные, используемые для обоснования каждой из концепций 65
2.1.2.1. Морфолого-анатомические особенности строения однодольных и двудольных растений 65
2.1.2.2. Проникновение 2,4-Д в листья растений через кутикулу 68
2.1.2.3. Перемещение 2,4-Д из листьев в другие органы 69
2.1.2.4. Инактивация и иммобилизация 2,4-Д в растениях .72
2.1.3. Патофизиологические исследования причин различной чувствительности к 2,4-Д однодольных и двудольных растений 76
Заключительные замечания 79
Глава 3 Современные представления о природе устойчивости клетки как целостной системы к действию повреждающих агентов и методах ее исследования 83
3.1. Первичная устойчивость клеток 83
З 2. Деструктивное последействие 84
3.3. Репараторная способность клеток 85
3.4. Реактивное повышение устойчивости клеток (репараторная адаптация) 87
Глава 4. Программа и объекты исследований и сопряженных с ними разработок 95
4.1. «Белые пятна» предыдущих исследований 95
4.2. Общий план работы 96
4.3. Задачи исследований 100
4.4. Химические соединения, использованные в работе 102
4.5. Химические препараты, использованные в работе 107
4.6. Ботанические объекты. 109
4.7. Структура эксперимента ПО
Глава 5. Организменная устойчивость растений к гербицидам 113
5.1. Объекты и методы исследования 114
5.2. Результаты 117
5.2.1. Гербициды рострегуляторного типа 120
5.2.2. Препарат глин (на основе хлорсульфурона) 121
5.2.3. Фюзилад 121
5.2.4. Препарат суффикс 122
5.2.5. Глифосат и паракват 123
5.3. Влияние условий обработки и фаз развития растений 123
Итоги исследований 124
Глава 6. Устойчивость клеток и тканей растений, различающихся по резистентности к 2,4-Д и другим ауксиноподобным гербицидам ...127
6.1. Условия приготовления, обработки и микроколирования образцов ткани 127
6.2. Устойчивость клеток листьев чувствительных и устойчивых к гербицидам группы 2,4-Д видов растений 129
6.2.1. Последовательность развития признаков повреждения клеток листьев Avena sativa и Thlaspi arvense под влиянием 2,4-Д 129
6.2.1.1. Клетки A. sativa 131
6.2.1.1.1. Движение протоплазмы 131
6.2.1.1.2. Плазмолиз 134
6.2.1.1.3. Флуоресцентная микроскопия 136
6.2 Л .1.4. Морфологические изменения в цитоплазме 139
6.2.1.1.5. Изменения в ядрах 141
6.2.1.1.6. Дыхание 147
6.2.1.2. Клетки 7. arvense 149
Итоги исследований 150
6.2.2. Репараторная способность клеток 151
6.2.2.1. Avena sativa 152
6.2.2.2. Thlaspi arvense 160
6.2.3. Деструктивное последействие 162
6.2.4. Первичная устойчивость и репараторная адаптация клеток 163
Итоги исследований 164
6.3. Тканевая устойчивость 164
6.3.1. Последовательность развития повреждения в ткани половинок листьев 164
6.3.1.1. A. sativa 165
6.3.1.1.1. Фотосинтез 165
6.3.1.1.2. Флуоресценция хлорофилла 167
6.3.1.1.3. Дыхание 169
6.3.1.2.2 arvense 171
6.3.1.2.1. Фотосинтез 171
6.3.1.2.2. Флуоресценция хлорофилла 171
6.3.1.2.3. Прочие функции 172
Итоги исследований 173
6.4. Состояние клеток in situ в листьях растений, обработанных гербицидом 2,4-Д в условиях полевого опыта 173
6.5. Количественное разграничение клеточной и тканевой устойчивости листовой ткани 175
6.5.1. Определение понятий 175
6.5.2. Материал и методы исследования 177
6.5.3. Результаты 178
6.5.3.1. Опыты с диметиламиновой солью 2,4-Д 178
6.5.3.2. Опыты с тетраметилендиаминовыми (ТММДА) солями 2,4-Д, дикамбы и препаратами на их основе 188
6.5.3.3. Устойчивость листовой ткани к высыханию 191
6.6. Экспериментальная оценка роли листовой устойчивости в формировании уровня организменной устойчивости 194
6.6.1. Сопоставление организменной и листовой устойчивости у разных видов растений 194
6.6.2. Фактор амплификации листового действия ауксиноподобных гербицидов 196
6.6.3. Роль корней в реализации гербицидного действия 202
6.6.3.1. Опыты на целых растениях 202
6.6.3.2. Опыты с изолированными побегами, способными образовывать корни 203
Итоги исследований 204
Глава 7. Устойчивость растительных клеток и тканей к гербицидам фюзиладу, суффиксу, глифосату и параквату 206
7.1. Устойчивость к фюзиладу 206
7.1.1. Клеточная устойчивость 206
7.1.1.1. Последовательность нарушения клеточных функций 206
7.1.2. Репараторная способность клеток 207
7.1.3. Сравнительная характеристика репарации повреждения клеток
различными гербицидами 211
7.1.4. Деструктивное последействие 214
7.1.5. Соотношение клеточной и предельной тканевой (общелистовой) устойчивости у представителей злаков
и двудольных растений 215
7.2. Устойчивость к гербициду суффиксу 216
7.3. Устойчивость к глифосату 216
7.4. Устойчивость к гербициду параквату 218
7.5. Дополнительные сведения 218
Итоги исследований 222
Глава 8. Сравнительный анализ причин избирательной токсичности гербицидов 223
8.1. Тканевая резистентность как ведущий фактор селективности 223
8.2. Концепция "наружного пульта" 231
8.3. Несобственная составляющая функциональной активности гербицидов 234
Итоги исследований 246
Глава 9. Использование цитофизиологических методов и теоретических представлений, полученных в результате цитофизиологических исследований, в практике разработки гербицидных препаратов 248
9.1. Цитофизиологические исследования, послужившие отправным пунктом
последующих разработок 250
9.1.1. Соли 2,4-Д на основе производных метилендиамииа 250
9.1.2. Метофен и его производные 252
9.1.3. Регуляторная роль ПАВ 253
9.1.4. Соли глифосата и препараты иа их основе 253
9.2. Базисные разработки новых химических соединений с гербицидными свойствами и гербицидных препаратов 255
9.2.1. Гербицидные соединения. 255
9.2.1 Л. Соли глифосата 256
9-2.1.2. Соли различных гербицидных кислот на основе производных метилендиамина 256
9.2.2. Препараты, получившие регистрационный статус 256
9.2.2.1. Метофен 60% в. р 256
9.2.2.2. Глифен 25 % водный раствор 258
9.2.2.3. Форсат 50% с. п 258
9.2.2.4. Мортан (БНЦ-2) 25 % в. р 258
9.2.3. Смесевые препараты общего действия 260
9.2.3.1. Чистарт 50% в. р 260
9.2.3.2. Глипофен 50% в. р 260
9.3. Несобственно активированные рецептуры 261
9.3.1. Препараты на основе N-замещенных циклогексиламинных солей глифосата 261
9.3.2. Препараты на основе бисаминных солей глифосата 262
9.3.3. Препараты на основе 2М-4ХП и 2,4-ДП 264
9.3.4. Комбинированное применение гербицидов с новыми регуляторами роста растений 266
9.4. Гомологические рады препаратов 268
9.5. Принципы биолого-химического конструирования новых гербицидных препаратов 273
9.6. Вклад результатов цитофизиологического анализа в формирование контуров альтернативной стратегии разработки новых гербицидов 277
Итоги исследований 281
Заключение 285
Выводы 295
Рисунки к тексту 298
Список литературы
- Черты биологического действия фармаконов (основные понятия и определения)
- Фактические данные, используемые для обоснования каждой из концепций
- Реактивное повышение устойчивости клеток (репараторная адаптация)
- Химические соединения, использованные в работе
Введение к работе
Актуальность темы. Широкое применение гербицидов составляет неотъемлемую часть защиты растений в современном развитом растениеводстве. Вшкнейшим свойством гербицидных агентов является их избирательная токсичность для растений соответствующей систематической и хозяйственной принадлежности. Именно селективность служит фундаментальной характеристикой, определяющей возможности борьбы с сорняками в посевах тех или иных сельскохозяйственных культур, в значительной мере формирующей технологию их производства и себестоимость товарной продукции. Поэтому знание природы селективности действия совершенно необходимо как для экономичного применения существующих препаратов, так и для их модернизации. Более того, лишь оно в состоянии стать прочной основой для совершенствования всей стратегии разработки необходимых новейших препаратов - надежных, рентабельных, малотоксичных и безвредных для экосферы. Сложившаяся же практика в основном эмпирична и базируется, в сущности, на случайных предпосылках, обусловленных конъюнктурой крупных многоотраслевых химических компаний и сложившимися стереотипными традициями разработок.
Несмотря на первостепенную и в целом изначально осознаваемую важность проблемы, многочисленные попытки ее разрешения до постановки настоящего исследования носили лишь частный и отрывочный характер. Наиболее частные рассматриваемые вопросы - соотношения только качественно, а не количественно охарактеризованной чувствительности целых растений соответствующих видов (заимствованной из справочников) с отдельными чертами поведения (поступление в обрабатываемые листья, транспорт, иммобилизация и др.) либо с путями многообразной, сложной и неоднозначно представленной в разных работах химической трансформацией гербицидов в этих растениях. Высказываемые на основании таких фрагментарных исследований мнения разных авторов о причинах избирательности, основанные, как
правило, на косвенных показаниях, весьма пестры и противоречивы. Нельзя назвать ни одной работы, специально ориентированной на целостное экспериментальное решение проблемы хотя бы в отношении отдельных гербицидов. Подробно обстоятельства научной полемики по проблеме избирательной токсичности гербицидов рассмотрены в монографии автора (Крутьков, 2002, глава 2).
Критически оценивая состояние проблемы, нельзя было не прийти к заключению о необходимости использовать для ее решения совершенно другие подходы и методы исследования. Действительная подоплека противоречивых взглядов и суждений, наиболее доступная для экспериментального анализа, заключалась в вопросе о роли клеточных (протоплазматических) и неклеточных (апопластных) факторов устойчивости в одноименных и физиологически наиболее активных частях разных по чувствительности к соответствующим гербицидам растений.
Всё вышесказанное определяет актуальность темы настоящей работы, предметом которой прежде всего является цитофизиологический анализ соотношения клеточных и неклеточных факторов устойчивости растений к гербицидам.
Данная постановка вопроса весьма существенна и в практическом отношении. Ещё на старте представленных здесь экспериментальных работ было высказано одно, оказавшееся немаловажным, предположение. Впервые оно было изложено в заключительном разделе кандидатской диссертации автора (Крутьков, 1974, с. 134-135) и в настоящее время может быть сформулировано так. Если селективность обусловлена преимущественно глубинными про-топлазматическими факторами, то принятая теперь общая стратегия разработок новых гербицидов является, по-видимому, единственно обоснованной и едва ли поддающейся кардинальным изменениям. Напротив, если избирательное действие гербицидов сопряжено с дифференциальным функционированием у разных видов поверхностных апопластных структур, которые относительно легко доступны для одновременного воздействия на них другими
агентами, то не исключен альтернативный путь развития этой жизненно важной для народного хозяйства научно-промышленной сферы. Ответ, полученный автором в теоретическом разделе, определенно указывал на такую возможность. Поэтому в другом, смежном направлении работы было важно оценить в исследованиях и экспериментальных разработках реалистичность применения теоретических выкладок для создания более совершенной и экономичной системы разработки наукоемких гербицидных препаратов, в том числе на наиболее доступном традиционном сырье, что особенно актуально в условиях современной России.
Наконец, четкие результаты фундаментальных и прикладных исследований, полученные на представительном биологическом и химическом материале, касающиеся одного рода агентов, а именно гербицидов, весьма ценны для проблематики избирательной токсичности в целом (Альберт, 1971; Крутьков, 2002). В частности, это обусловлено очень разным строением целевых объектов, охватываемых единой проблематикой, а, следовательно, и разной досягаемостью соответствующих структур этих объектов для выявления их принципиальной роли в осуществлении избирательного действия с помощью имеющихся методов. Богатейшие возможности, предоставляемые для исследователя гербицидной избирательности анатомией, физиологией и цитологией цветковых растений, способны дать уникальный научный материал, в значительной мере характеризующий типовую роль клеточных и неклеточных структур в формировании избирательной токсичности. Поэтому получение новых данных в познании природы селективного действия - в данном случае гербицидов — весьма актуально и для остальных областей этой огромной по своему значению как для теории биологии, так и для человеческой практики проблематики.
Цель и задачи исследований. Цель работы - экспериментально установить ведущие факторы избирательного действия гербицидов (на примере представителей нескольких классов этих веществ) и определить значение выявленных закономерностей для создания более совершенной системы разра-
ботки высокоэффективных гербицидных препаратов.
Для достижения поставленной цели необходимо было сформулировать и решить следующий круг основных задач:
критически проанализировать состояние проблемы и найти новые подходы к её решению;
дать строгую количественную оценку организменной устойчивости большого ряда чувствительных и толерантных к соответствующим гербицидам растений; на основе полученных данных произвести выбор наиболее представительных целевых объектов, пригодных по оптическим свойствам для детального цитофизиологического исследования соотношений клеточной и тканевой устойчивости в их листьях;
- сопоставить процессы развития повреждения одноименных клеток листьев у чувствительных и толерантных видов в условиях адекватной дозировки гербицида в сравниваемые объекты и выбрать наиболее чувствительный и удобный цитофизиологический критерий для всех последующих исследований;
оценить репараторную способность сравниваемых клеток; провести сопоставление первичной гербицидной устойчивости, а также репараторной адаптации сравниваемых клеток с помощью графических построений, отражающих зависимость «доза-эффект»; дать общее заключение о соотношении устойчивости одноименных клеток листьев у чувствительных И СТОЙКИХ- видов по всем слагаемым клеточной резистентности;
- сопоставить процессы развития повреждения клеток чувствительных и толерантных видов в условиях не адекватно дозированного, а спонтанного поступления гербицида в целостную (либо слабо фрагментированную) листовую ткань, с помощью кривых «доза-эффект» определить соотношение клеточной и тканевой резистентности у ряда видов, ступенчато различающихся по организменной устойчивости к соответствующим гербицидам;
- проанализировать экспериментальный материал и сделать общее теоретическое заключение о роли клеточных и тканевых факторов в форми-
ровании селективного действия гербицидов; сформулировать основные положения концепции «наружного пульта» (КПП) как главного регулятора избирательной токсичности гербицидов; предложить общую схему формирования избирательного гербицидного действия в целостных растительных организмах;
создать в совместных работах с химиками-синтетиками новый класс химических веществ - патентно чистых производных метилендиамина и известных гербицидных (а также некоторых негербицидньгх) кислот - в качестве агентов, обладающих высокой функциональной и физико-химической совместимостью, наиболее пригодных для разработки ассортимента промыш-ленно значимых наукоемких препаратов; изучить гербицидные свойства новых соединений в развернутых цитофизиологических, вегетационных и полевых опытах; на вышеназванном химическом материале осуществить проверку положения КНП о возможности выраженного повышения избирательной фитотоксичности гербицидных соединений за счет воздействия на «пульт» чувствительных видов бинарными рецептурами, содержащими гербицид и селективно подобранное поверхностно-активное вещество (ПАВ), путем определения активности и избирательности рецептур в вегетационных и мелкоделяночных полевых опытах;
сопоставить с помощью цитофизиологических методов внутриклеточную активность индивидуальных соединений и эффективных бинарных рецептур гербицидов; провести стартовое изучение на материале соответствующих рецептур обнаруженного нового явления - несобственной внутриклеточной активности (НВА) гербицидных соединений;
- использовать новые данные о природе избирательной токсичности гербицидов для разработки более совершенного подхода к стратегии их научно-промышленного развития; предложить концепцию гомологических рядов препаратов (ГРП) для защиты растений; оценить ближайшие возможности повышения целевой активности гербицидных соединений в ГРП (на примере нескольких рядов);
- разработать, широко испытать и провести госрегистрацию новых гербицидных препаратов, пригодных как для непосредственного применения, так и для создания на их основе все более эффективных препаратов-гомологов в последующих циклах промышленно значимых разработок;
- оценить общие перспективы повышения целевой активности гербицидных соединений в наукоемких рецептурах; охарактеризовать использование приема последовательной активации исходных соединений как основы одного из наиболее экономичных и реалистичных путей развития индустрии отечественных гербицидных препаратов современного уровня в России в ближайшее время.
Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые предпринято масштабное изучение природы селективного действия послевсходовых гербицидов, включающее сопряженные исследования на организменном, клеточном и тканевом уровнях организации, что обеспечило получение новых и существенных результатов по проблеме гербицидной избирательности.
На большом и разнообразном химическом и ботаническом материале впервые получены данные, четко характеризующие соотношение клеточных и тканевых факторов селективности, ранее не поддававшееся однозначному объяснению.
Создано новое направление исследований - цитофизиологический анализ природы избирательности гербицидов, в рамках которого разработаны, либо модифицированы более 20 методов детального изучения слагаемых избирательности на живых клетках и тканях.
- С их помощью впервые доказано равенство устойчивости одноименных
клеток листьев толерантных и чувствительных видов к соответствующему
гербициду (на примерах 2,4-Д, дикамбы, метофена, фюзилада, суффикса,
глифосата и параквата) по таким слагаемым клеточной резистентности, как
последовательность появления и развития признаков гербицидного повреж
дения клеток, первичная устойчивость, репараторная способность (сроки, зо
ны и глубина репарации клеток как целостных систем), деструктивное no
il
следеиствие и репараторная адаптация (для 2,4-Д и фюзилада исследования выполнены в полном объеме, для остальных гербицидов - в виде комплекса установленных ключевых показателей).
- На фоне равной клеточной устойчивости в каждом случае выявлена ре
шающая роль наружных покровов и приповерхностных апопластных струк
тур листа в формировании уровня организменной устойчивости растений к
гербицидам, реально играющих роль пульта управления целевой токсично
стью и названных автором для краткости «наружным пультом» (НП). Сфор
мулирована концепция «наружного пульта», согласно которой это уникаль
ное для каждого вида анатомическое и химическое образование не только
играет главенствующую роль в формировании уровня фитотоксичности гер
бицидов самих по себе, но и является столь же эффективным «пультом» для
одновременного восприятия дополнительных химических воздействий. Ус
тановлено, что при соответствующем направленном подборе оснащающих
химических агентов (эмпирически тщательно подобранных ПАВ, включая их
многокомпонентные композиции, органических растворителей, солей орга
нических и минеральных кислот и других разнообразных веществ, не обла
дающих собственными гербицидными свойствами) можно резко повысить
избирательную фитотоксичность того или иного гербицида.
- Обнаружено явление несобственной внутриклеточной активации (НВА)
гербицидов, предположительно основанное на межмолекулярном взаимодей
ствии соответствующего гербицида с определенным инертным ингредиентом
и образованием в клетке более активного комплекса, действующего как еди
ное целое. Судя по данным начального этапа изучения этого феномена, в ре
зультате НА усиление действия гербицида внутри клетки может достигать 3-
4 раз (по снижению изоэффективной концентрации гербицида), что, по-
видимому, далеко не является пределом. Сделано предположение об исклю
чительно важной роли феномена несобственной активации в нормально
функционирующих биохимических системах организмов, где оно может иг
рать универсальную регуляторную роль во всех случаях непосредственного
контакта одних химических процессов с другими, им сопредельными, и, как чаши весов, эффективно осуществлять взаимную гомеостатическую регуляцию топографически совмещенных процессов. В связи с этим высказано предположение о том, что НВА гербицидных веществ следует рассматривать как частный случай общего явления, заведомо резко искажающий течение сбалансированных в норме процессов, что представляет интерес для практического использования.
На основании собственных данных разработана общая схема формирования токсического действия гербицидов на чувствительные растения. Уязвимость «наружного пульта» обеспечивает легкость проникновения гербицида в живые клетки их листьев с последующим интенсивным транспортом по стеблю и поступлением в корни. Поражение корней является непосредственной причиной гибели растений, тогда как сохранение даже у сильно пораженных растительных организмов хотя бы минимального количества живых корней гарантирует выживание таких растений. Установлено, что в сложных рецептурах, содержащих активаторы, в особенности, если они действуют как на НП, так и внутриклеточно, действие гербицида резко усиливается. Напротив, в устойчивых видах их НП жестко блокирует поступление гербицидов в клетки листьев, эффективно предотвращая развитие всех последующих процессов интоксикации.
Впервые сформулированы и реализованы представления о гомологическом ряде (ГР) препаратов (ГРП) как серии разработок, где каждый последующий препарат на основе одного и того же ДН отличается от предыдущего введением в состав дополнительного компонента, прогрессивно активирующего продукт. Использование такого подхода призвано облегчить задачу разработчика на трудном пути создания все более биологизированных препаратов, позволяя оперативно внедрять существенные поэтапные результаты, не прекращая дальнейшего целенаправленного поиска.
- Сформулированы новые как первоочередные, так и перспективные научные задачи, решение которых будет способствовать расширению пред-
ставлений о природе несобственной активности, диапазоне ее проявлений, роли в процессах жизнедеятельности, а также ее значении в создании новейших биологизированных препаратов для защиты растений.
Практическая значимость работы заключается прежде всего в непосредственной применимости сделанных теоретических выкладок и методических решений (КНП, обнаружения НВА, цитофизиологического метода раннего обнаружения перспективных соединений, представлений о ГРП) для становления предложенной нами (в рамках объединенной программы БНЦ РАН, 1989 г.) инновационной стратегии разработки широкого круга наукоемких послевсходовых гербицидов, создаваемых на базе традиционного гер-бицидного сырья, то есть препаратов с низкими и очень низкими нормами расхода ДН, экономичных, высокоэффективных, малотоксичных и пригодных при необходимости для последующего совершенствования в пределах соответствующих ГР.
В процессе реализации теоретических заключений, прежде всего в целях критической оценки их пригодности для практического использования, получены следующие частные результаты.
Основываясь на положениях КНП, в совместных работах с химиками-синтетиками ВНИТИГ в разных классах гербицидов создано более 100 новых химических соединений (НХС), ряд которых проявил высокую либо наивысшую активность. Подтверждено положение КНП о потенциально большом разбросе значений активности производных одного и того же ДН, превысившим 50 раз (по показателям ЕД50).
В классе фосфорорганических гербицидов создано и опробовано новое высокоэффективное ДН-3-фосфонометилимидазолидин-2,5-дион, по активности не уступающее N-фосфонометилглицину (глифосату).
Разработан экономичный цитофизиологический экспресс-метод раннего распознавания уровня гербицидной активности вновь синтезированных соединений (в группах на основе одного и того же ДН), результативно повлиявший на выбор оптимального направления химических синтезов в со-
вместных работах с ИОХ УНЦ РАН.
Создан новый класс гербицидных, рострегулирующих и вспомогательных соединений - производных метилендиамина. Опробовано и запатентовано более 50 соединений, в том числе 10 рекордно активных, использованных для создания новых препаратов (совместно с химиками-синтетиками ИОХ УНЦ РАН).
На основе разных водорастворимых носителей самостоятельно, без всякого участия химиков-препараторщиков, созданы 7 ГРП с 3-4 гомологами, 4 ГРП с 5-6 гомологами и 1 ГРП с 7 гомологами с превышениями активности соответственно до 6, 30 и 70 раз в сравнении с исходными веществами. Ряд препаратов этих ГРП рядов заслуживает регистрации и внедрения в широкую практику, что сдерживается лишь отсутствием необходимых экономических условий.
Зарегистрированы для применения в сельском хозяйстве 4 новых препарата, созданных с участием автора: форсат, глифен и метофен (в России), мортан, или БНЦ-2, (в Болгарии).
Подтверждено исключительно важное значение использования полной процедуры «пробит-анализа» на всех стадиях последовательных разработок.
Положения, выносимые на защиту. Концептуальные основы избирательного действия гербицидов и альтернативная стратегия создания ассортимента_ртечественных гербицидов современного уровня, включающие;
комплексную характеристику селективности на трех уровнях биологической организации - организменном, клеточном и тканевом, что позволяет выявить вклад различных факторов, определяющих природу избирательного действия гербицидов;
количественную характеристику организменной устойчивости важнейших видов культурных и сорных растений к десяти различным гербицидам, включая вновь созданные;
новое направление изучения природы избирательной токсичности гербицидов на клеточном и тканевом уровнях с использованием разработанных методов цито физиологического анализа состояния альтерированных клеток и тканей по таким слагаемым как последовательность развития повреждения клеток, первичная устойчивость, репараторная способность, деструктивное последействие и репараторная адаптация; устойчивость в условиях дозированного и спонтанного поступления гербицида в ткани;
определяющую роль тканевой устойчивости, обусловленную функционированием поверхностных апопластных структур при отсутствии существенной разницы в гербицидной устойчивости одноименных клеток листьев по всем слагаемым клеточной резистентности;
положения концепции «наружного пульта» как теоретической базы создания новых высокоэффективных препаратов на инновационной основе;
создание нового класса гербицидных веществ и разработка на его основе новых гербицидных препаратов;
стратегию радикальной активации вспомогательными средствами известных гербицидных соединений и/или ранее созданных на их основе препаратов, включая разработку гомологических препаратов, как одного из наиболее реалистичных и экономичных путей интенсивного развития гербицидной индустрии;
Вклад соискателя. Автор сформулировал научную проблему, нашел пути ее эффективного решения и являлся либо единственным исполнителем (всех цитофизиологических и физиологических исследований, а таюке разработок подавляющего большинства рецептур гербицидных препаратов) либо руководителем и одновременно ответственным исполнителем биологической части всех комплексных биолого-химических работ. Доля личного вклада соискателя - не менее 80%.
Место проведения работы. Основная часть НИР проведена на экспериментальной базе Института биологии Уфимского научного центра Российской академии наук.
Работа проводилась в рамках выполнения постановления ЦК КПСС и СМ СССР от 19 июля 1984 г. №771 «О дальнейшем расширении научных исследований в области химии и технологии производства новых высокоэффективных пестицидов» и Распоряжения Президиума АН СССР от 8 октября 1984 г. под тем же названием; «Программе биосферных и экологических исследований АН СССР», 1991-1995 (в начале этого периода); ГНТП «Высокоэффективные процессы производства продовольствия» и ГНТП «Перспективные процессы производства с-х продукции», направление «Интегрированная защита растений» 1989-1995; ГНТП Республики Башкортостан «Оптимизация использования потенциала биологических систем РБ» (1996-1998), и в соответствии с планом НИР Института биологии УНЦ РАН по темам: «Испытание химических соединений и препаративных форм гербицидов и совершенствование методов оценки гербицидной активности» (1986-1990), «Цитофизиологический анализ взаимодействия гербицидов с клетками и тканями растений как база для разработки новых гербицидных препаратов» (1991-1995), «Клеточные и тканевые факторы избирательной токсичности гербицидов» (1996-2000), (руководитель В.М. Крутьков, номера государственной регистрации 0186.0046745, 01.9.30009995 и 01.9.60003051 соответственно).
Апробация результатов работы. Результаты работы доложены на следующих научных собраниях: IX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Киев, 1965); Ш Всесоюзной конференции по разработке и применению гербицидов в сельском хозяйстве (Москва, 1969); XII Международном ботаническом конгрессе (Ленинград, 1975); Всесоюзной конференции по химическим средствам защиты растений (Уфа, 1982, 2 доклада); Всесоюзном координационном совещании по защите растений (Ленинград, 1986); Всесоюзном совещании по химии и технологии пестицидов (Черноголовка, 1986); Всесоюзном координационном совещании по пестицидам (Черноголовка, 1988); Совещании «Защита растений и экология» (Москва, 1988); Всесоюзной конференции «Химия и технология пиридинсодержащих пести-
цидов» (Черноголовка, 1988); Научно-технической конференции «Создание перспективных пестицидов и сырья для их производства» (Уфа, 1989, 5 докладов); XIV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Ташкент, 1989, 3 доклада); Координационном совещании по разработке пестицидов (Ленинград, 1990); II Всесоюзном съезде физиологов растений (Минск, 1990,
2 доклада); Координационном совещании по фундаментальной проблеме
«Защита растений» и ГНТП «Перспективные процессы производства сель
скохозяйственной продукции» (Санкт-Петербург-Пушкин, 1992); Всероссий
ском совещании «Экологически безопасные и беспестицидные технологии
получения растениеводческой продукции» (Краснодар, 1994); XVI Менделе
евском съезде по общей и прикладной химии (Санкт-Петербург, 1998,
3 доклада); Республиканской конференции «Современные проблемы естест
вознания на стыках наук» (Уфа, 1998, 2 доклада); 11th Congress of European
Society of Plant Physiologists (Varna, Bulgaria, 1998); IV Съезде Общества фи
зиологов растений России (Москва, 1999, 3 доклада); 2-м съезде биофизиков
России (Москва, 1999, 3 доклада); 5 Международной конференции «Регуля
торы роста и развития растений» (Москва, 1999, 3 доклада); 13-ой Междуна
родной конференции по химии соединений фосфора; 4-й Международном
симпозиуме по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганических
соединений «Петербургские встречи» (Санкт-Петербург, 2002); XVII Менде
леевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003, 3 доклада).
Гербицидные препараты, разработанные с участием автора, были экспониро
ваны на выставках УрО АН СССР в Испании (Мадрид, 1990) и в Италии
(Рим, 1990).
Публикации. Основные материалы диссертации изложены в монографии автора (Крутьков В.М. «Клеточные и тканевые факторы избирательного действия гербицидов», 2002, 60 печатных работах, а также в 25 авторских свидетельствах СССР и патентах России. Характер публикаций во многом обусловлен спецификой работ, связанных с созданием гербицидных препаратов, где многие материалы имели гриф «Не подлежит опубликованию в от-
крытой печати».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (три главы), шести глав экспериментальной части (содержащих описание объектов исследований, материалов и методов), заключения и выводов. Список использованной литературы включает 406 источников и 25 патентов и авторских свидетельств. Работа изложена на 360 страницах машинописного текста И: содержит 74 рисунка и 45 таблиц.
Фактический материал работы основан на результатах проведенных в течение 35 лет более 2000 цитофизиологических, а также 6000 вегетационных и полевых, в основном, мелкоделяночных опытов, выполненных ПО ПОЛНОЙ схеме «пробит-анализа».
Благодарности. Считаю своим долгом выразить глубокую и искреннюю благодарность всем моим бывшим сотрудникам и техническим помощникам в коллективах лабораторий ИБ УНЦ РАН и ВНИТИГ за участие в качественном проведении многочисленных трудоемких испытаний, а также всем тесно сотрудничавшим и живо откликавшимся на наши предложения химикам-органикам ИОХ УНЦ РАН и ВНИТИГ, особенно Ф.А. Селимову, Е.И. Масленникову и Б.П. Струнину. У истоков данной работы, во многом определивших результативную структуру последующих экспериментов, стояли видные гербологи Т.А. Каспирова и А.В. Воеводин, об участии и помощи которых вспоминаю с чувством большой признательности. Благодарю также ряд других сотрудников ВИЗР, в разные годы советом и делом помогавших исследованиям. Успеху работы в большой мере содействовала помощь в создании материальной базы, организации и проведении исследований и разработок, а также в обсуждении их результатов акад. Г.А. Толстико-ва и чл.-корр. У.М, Джемилева. Выражаю живейшую признательность директору ИБ УНЦ РАН А.И. Мелентьеву и заведующему отделом Н.Г. Усанову за ценную поддержку при написании монографии и оформлении диссертации, а также A.M. Давыдову. Особая благодарность - моему дорогому учителю покойному В.Я. Александрову и всему, с 1967 г. и по настоящее время, коллек-
тиву возглавлявшейся им лаборатории цитофизиологии Ботанического института имени В.Л. Комарова РАН, основополагающие работы которых по физиологии клетки были тем незаменимым фундаментом, без которого данная работа попросту не могла бы состояться.
Черты биологического действия фармаконов (основные понятия и определения)
Всем рассматриваемым в данной монографии гербицидам свойственно системное действие. Оно, во-первых, заключается в том, что при повсходовой обработке гербицид попадает в основном на листву [Roberts, 1982]. Результаты же проявляются в той или иной мере и во всех остальных частях тела чувствительных растений. (В противоположном случае, называемом контактным действием, поражается только обрабатываемая часть). Во-вторых, такая систем ность действия становится очевидной лишь с течением времени. При физиологических дозах (а они соответствуют рекомендованным для производственного применения нормам расхода ДВ) максимальный гербицидный эффект проявляется на чувствительных однолетних видах через 2-4 недели после обработки. Реакции устойчивых видов, по определению, намного слабее. В случае высокоизбирательных гербицидов они и вовсе могут отсутствовать. Критерием, определяющим пороговый уровень приемлемой избирательности, служит индекс селективности. Он характеризуется величиной отношения дозировки, приводящей к 80%-ному подавлению роста вредного вида, к величине дозировки, необходимой для 20%-ного ингибирования роста полезного вида. К промышленным гербицидам обычно относят лишь те, у которых названное отношение равно или больше единицы [Старосельский, 1967].
Для понимания природы столь разной устойчивости растений существенны понятия «способ» и «механизм» действия гербицидов, рассмотренные ниже.
В книге «Weed Control» [Anon., 1968] Национальной академии наук США даны определения двух существенных характеристик гербицидного действия.
Под «способом действия» (mode of action) подразумевают «всю последовательность событий от нанесения гербицида в естественных условиях до гибели растений». В отличие от этого термин «механизм действия» (mechanism of action) означает «первичное биохимическое или биофизическое повреждение, ведущее к гибели».
Мнения других авторов в некоторых существенных деталях уточняют, а в иных расходятся с приведенными суждениями. Так, Эштон и Крафтс [Ashton, Crafts, 1981] дают более пространное определение способа действия, включая в него «всю сумму общих анатомических, физиологических и биохимических реакций, которые отражают общее фитотоксическое действие химиката, а также физическую (по местоположению) и молекулярную (в виде деградации) судьбу химиката в растении» (р. 2). Определение же механизма действия включает
«лишь те биохимические и биофизические ответные реакции, которые, по-видимому, связаны с гербицидным действием». Однако эти отклики «не обязательно представляют собой основное биохимическое повреждение в классическом смысле. Первичным звеном может быть единственная ферментативная или метаболическая реакция, необходимая для нарушения под влиянием концентрации более низкой, чем необходимая для нарушения любой другой подобной реакции, или же первая по счету реакция, нарушаемая самой низкой концентрацией агента». Тем самым, «первичное биохимическое повреждение может быть лишь частью ответа, из которого складывается гербицидное действие».
Такое несовпадение взглядов имеет существенное значение для выбора направления дальнейших исследований. Приведенное же сопоставление разных точек зрения, рассматривающих вопрос под разными углами, выявляет весьма слабую фактическую основу для теоретических рассуждений. С подобной оценкой согласны и сами авторы. «Мы признаем, - констатируют они в последней из цитированных работ, - что в настоящее время в этом относительно новом поле поиска нам известны лишь отдельные фрагменты знаний, касающиеся большого ассортимента широко используемых гербицидов. Однако даже в хорошо устоявшемся поле молекулярной фармакологии существует подобная ситуация. Гехард Збенден [Zbenden, 1968] отмечает: «Точный способ действия большинства наших наиболее ценных лекарств не известен».
В силу этого обстоятельства строгая поэтапная характеристика системного действия гербицидов в растениях является делом будущего. До сих пор она подменяется описанием не более чем вероятной физиологической и химической судьбы данного гербицида в растении и попытками отследить его действие с помощью доступных морфологических, физиологических и биохимических исследований. Совершенно очевидно, что состояние дел отражает принципиальные и, по-видимому, еще не вполне осознанные объективные трудности, связанные как со спецификой изучаемой биолого-химической системы, так и недостаточным уровнем знаний о функционировании растений в норме. На последнее обстоятельство специальное внимание обратил Морленд [Moreland, 1967]. Позднее сходное мнение высказал Федтке [Федтке, 1985, с. 9].
Фактические данные, используемые для обоснования каждой из концепций
Различия в строении злаков и двудольных являются отправной точкой рассуждений о причинах их неодинаковой устойчивости к 2,4-Д, раствором которого опрыскивают эти растения.
Едва ли не важнейшей чертой, отличающей злаки от двудольных и существенных для неодинакового поражения этих организмов гербицидом, признается расположение их меристем. Чувствительные к 2,4-Д апикальные меристемы главного и боковых побегов у двудольных находятся снаружи и открыты для прямого попадания разбрызгиваемого гербицидного раствора, тогда как у злаков они покрыты основаниями листьев, что исключает прямое попадание гербицида на меристемы [Gorter, Zweep, 1964; Gorter et al., 1976]. Другой отличительной особенностью злаков является наличие у них интеркалярных меристем, деление клеток которых приводит к дальнейшему развитию междоузлий и листьев, в то время как в стебле двудольных интеркалярных меристем нет, и последугощий рост происходит лишь за счет растяжения клеток, образованных верхушечными меристемами. Так как и интеркалярные меристемы злаков недосягаемы для непосредственного попадания 2,4-Д, это обеспечивает еще одно преимущество в гербицидной устойчивости меристем у злаков по сравнению с двудольными. «Для объяснения гербицидного действия это различие имеет фундаментальное значение» [Gorter, Zweep, 1964, p. 241].
Обращают внимание также на различия в строении проводящих пучков у злаков и двудольных. Во-первых, у злаков флоэма окружена высокодифферен-цированными волокнистыми клетками, в основном не способными к пролиферации, у двудольных же - менее дифференцированными клетками, сохраняющими способность к размножению. Это различие может играть существенную роль в неодинаковой реакции растений сравниваемых групп на обработку их 2,4-Д [Kiermayer, 1964]. Известно, что под влиянием доз гербицида, приводящих к гибели растений, имеет место интенсивное бесконтрольное деление клеток ряда тканей, включая паренхиму в первичной флоэме [Swanson, 1946]. Имс [Eames, 1950] и Муни [Muni, 1959] привлекли внимание к тому факту, что пролиферация клеток этой ткани имеет особое значение для гербицидного действия 2,4-Д, так как вскоре после обработки чувствительных растений гербицидом новообразование массы недифференцированных клеток вокруг первичной флоэмы приводит сперва к механическому смещению, а затем к полному разрушению этой жизненно важной ткани. С другой стороны, как отметил Фро-бергер [Frohberger, 1951], ярко выраженной восприимчивости двудольных к 2,4-Д может способствовать наличие у них камбия между флоэмой и ксилемой, тогда как у однодольных он отсутствует. Под влиянием 2,4-Д нормальное функционирование этой весьма чувствительной [Swanson, 1946; Beal, 1946] к гербициду ткани нарушается таким образом, что она образует лишь избыточную массу недифференцированных клеток [Hamner, 1954; David, 1954; Рубин, Грицаенко, 1968]. В последующем это может приводить к резкому нарушению регулируемого организованного роста всего растения [Goiter, Zweep, 1964; Kiermayer, 1964].
Наконец, существенным для избирательного действия 2,4-Д проявлением структурно-морфологической специфики злаков и двудольных является строение и ориентация их листьев. У злаков листья узкие, расположенные вертикально, у большинства же двудольных - широкие, горизонтальные. Вследствие этого на листьях двудольных растений капли гербицидного раствора обычно задерживаются лучше [Holly, 1964]. Показана связь между удерживанием, или ретенцией, и чувствительностью [Riepma, 1960; Davies et al., 1967; Hammerton, 1967a, 1969]. В частности отмечено, что молодые листья пшеницы, овса, кукурузы и взрослые листья люпина, имеющие малый угол наклона, плохо смачиваются и являются устойчивыми, тогда как растения горчицы и табака, отличающиеся большим углом наклона листьев, смачиваются сильнее и являются чувствительными к 2,4-Д [Linskens, 1950].
Ограниченной смачиваемости листьев злаков, по-видимому, способствует и наличие у них более толстого гидрофобного воскового налета, чем у листьев большинства двудольных [Fogg, 1947, 1948а; Brunskill, 1956; Holloway, 1969]. Показано, что увеличение содержания воска снижает прилипание молекул водного раствора [Mueller et al., 1954], а уменьшение количества воска в горохе, достигнутое путем довсходового внесения в почву трихлорацетата, повышает ретенцию, проникновение гербицидов через кутикулу и чувствительность их к 2М-4Х и 2М-4ХЇЇ , а также к диносебу [Pfeiffer et al., 1959; Juniper, 1959b; Dewey etal., 1962].
Для рассматриваемого вопроса весьма существенное значение имеет работа, выполненная Блэкманом и др. [Blackman et al., 1958], которые изучали сравнительную эффективность опрыскивания окрашенными растворами пяти видов растений различных морфологических типов и установили, что слабое удерживание капель раствора может играть главную роль в формировании избирательной устойчивости у невосприимчивых к гербицидам видов. Таким образом, можно констатировать наличие целого ряда очень важных морф о лого-анатомических различий между злаками и двудольными, которые могут быть значимы для неодинакового действия 2,4-Д на эти организмы. Однако одна лишь констатация этих различий и тех процессов, развивающихся под влиянием 2,4-Д, которые могут быть следствием этих различий, хотя и делают весьма правдоподобным объяснение причин неодинаковой гербицидной устойчивости сравниваемых организмов, даваемое сторонниками топографической концепции, но еще не доказывает, что избирательная токсичность обусловлена именно этими или только этими причинами. Для решения вопроса о приоритете той или другой концепции необходимы более многочисленные прямые доказательства зависимости возбуждаемых гербицидом патологических процессов в определенном организме, органе, ткани или клетке от реального количества поступившего в них 2,4-Д. По сравнению с масштабами этой задачи, сведения о таких количествах гербицида, имеющиеся в литературе, относительно немногочисленны. Они касаются главным образом лишь количеств 2,4-Д, проникших через кутикулу в листья разных по чувствительности видов и количеств 2,4-Д, переместившихся из листьев в другие органы. Эти данные представлены в двух следующих разделах.
Реактивное повышение устойчивости клеток (репараторная адаптация)
Вторым путем, посредством которого альтерируемая клетка способна преодолевать повреждение, является адаптация, под которой понимается повышение устойчивости клетки в ответ на действие приложенного непосредственно к ней повреждающего агента [Александров, 1965 б].
Типичным примером клеточной адаптации служит повышение теплоустойчивости клеток листа традесканции после воздействия на лист супероптимальной, граничащей с повреждающей, температурой. Так, при выдерживании листьев в течение 18 ч при 37,5 С устойчивость клеток повышалась по сравнению с контролем на 2,5 С [Александров, Фельдман, 1958]. Данное явление названо тепловой закалкой [Александров, 1956; 1963; 1965 б; 1975; Alexandrov, 1964; 1977; Alexandrov et al., 1970]. Другое, более новое название явления -приобретенная термотолерантность [Александров, Кислюк, 1994; Александров, 1995]. Феномен тепловой закалки клеток высших растений описан в целом ряде работ [Лютова, 1958, 1962; Ломагин, 1961; Кислюк, 1962; Фельдман, Лютова, 1962; Завадская, 1963; Барабальчук, 1969; Ломагин и др., 1970].
Значение реактивного повышения устойчивости клеток наглядно проявляется в экологии растений. Холодовые [Туманов, 1940; Levitt, 1956] и тепловые [Александров, Язкулыев, 1961; Язкулыев, 1964, 1970] закалки создают возможность сочетания филогенетически закрепленного уровня температурной ус тойчивости клеток с их способностью повышать устойчивость при действии крайних температур в процессе закалок, что обеспечивает большие возможности приспособления растений к температуре среды [Александров, 1963, 1965 б, 1975, 1995].
Заслуживают отдельного упоминания факты адаптации клеток к химическим веществам. Так, Нейшлоц [Neuschlosz, 1919, 1920] установил, что инфузории могут адаптироваться к таким токсичным соединениям, как NaAs02 и KSbCb; при этом их устойчивость повышалась в несколько раз. Сходные данные приводят Беннет и др. [Bennet et al, 1958], культивировавшие хлореллу в тяжелой воде. Восстановление в тяжелой воде ряда заторможенных вначале клеточных функций как определенное проявление адаптации у клеток высших растений описано Александровым с сотрудниками [Александров и др., 1964; Alexandrov, Denko, 1967; Денько, 1970].
В некоторых случаях клетка может противодействовать повреждению, нейтрализуя сам альтерирующий агент путем его физико-химического связывания. Такая реакция животных клеток наблюдается в ответ на действие витальных красителей. Например, Полицер (Politzer, 1926] прокрашивал личинки саламандр в растворах нейтрального красного и других красителей, а затем переносил их в чистую воду. Красители сначала диффузно прокрашивали клетки эпителия роговицы и подавляли в них митозы; через некоторое время деление возобновлялось, хотя краситель оставался в клетках. Обезвреживание красителя произошло благодаря конденсированию его в гранулы. На других объектах аналогичные результаты получили Александров (1939) и Фельдман (1948).
Эти данные особенно интересны тем, что по аналогии с ними в ряде работ развиваются представления о разрушении и иммобилизации 2,4-Д в растительных тканях и клетках, особенно у стойких к гербициду растений (см. гл.2). В рамках цитофизиологических представлений это должно означать, что клетки таких растений более успешно адаптируются к 2,4-Д, чем клетки чувствительных видов. Однако эти предположения требуют экспериментальной проверки прямыми цитофизиологическими методами, которые раньше никем не проводились.
Проявление адаптивных изменений устойчивости клеток в эксперименте находит отражение в так называемых кривых устойчивости растительных клеток к действию того или иного фактора, например, в кривых теплоустойчивости растительных клеток. Это графическое построение выражает зависимость времени сохранения функциональной активности клеток от повреждающих доз агента. Известно, что если агент взят в интенсивной дозе, препятствующей развитию адаптивной реакции со стороны клетки, то между величиной дозы и повреждающим эффектом имеет место простое отношение: увеличение дозы в определенное число раз увеличивает таїоке в определенное число раз размер повреждающего эффекта [Clark, 1933; Насонов, 1959; Ушаков, 1959]. При логарифмировании данных, подчиняющихся этому отношению (уравнение параболы), полученная зависимость соответствует уравнению прямой. Если в этом случае по оси абсцисс откладывать логарифм дозы повреждающего агента, а по оси ординат - логарифм величины, характеризующей повреждение, то все точки, полученные в эксперименте, должны лечь на прямую. Наклон прямой по отношению к оси абсцисс характеризуется тангенсом угла наклона; чем больше эта величина, тем сильнее нарастает эффект повреждения при увеличении дозы агента. Прямолинейные кривые описывают результат действия большого числа разнообразных агентов на многие животные и растительные клетки [например, Ушаков, 1959; Александров, 1963, 1975]. Сопротивление, оказываемое клеткой в зоне менее интенсивных воздействий (повышение устойчивости клетки), изменяет прямолинейную зависимость. При адаптивном повышении устойчивости клетки кривая доза - эффект в некоторой точке должна резко изменить направление. Это место перелома кривой следует рассматривать как границу, по одну сторону которой клетка существенно сопротивляется действию фактора, а по другую ведет себя так, как если бы она была пассивной системой [Александров, 1956; 1963; 1966, 1975].
Химические соединения, использованные в работе
Различия в реакции устойчивых злаков и чувствительных двудольных растений на воздействие обычно рекомендуемых для практического применения норм расхода этих гербицидов хорошо известны [Ashton Crafts, 1981; За-харенко, 1990 и др.] и здесь не рассматриваются. Они удостоверяют лишь факт различной чувствительности этих объектов и мало что дают для понимания ее скрытых причин. Гораздо более содержательной является сравнительная характеристика ответных реакций растений тех же систематических групп на действие химического стрессора в физиологически идентичном для сопоставленных видов диапазоне доз, т.е. доз, вызывающих равноценные сдвиги в состоянии растений.
Так, основываясь на таблице 5 легко видеть, что одноименные показатели фитотоксичности гербицида метофена, характеризующие одинаковое снижение массы растений овса и подсолнечника (наполовину через две недели после обработки) составляют соответственно 56 и 0,05 кг/га.
У растений овса первые признаки контактного гербицидного действия проявляются уже через несколько часов после обработки дозами от 60 кг/га и выше. Сперва поражаются лишь верхние концы листьев (не больше чем на 5 мм). Они засыхают и сморщиваются, оставаясь ненадолго зелеными, а через 1-2 дня обесцвечиваются, принимая цвет соломы. Одновременно развивается другой процесс: медленное обесцвечивание большей части первого (считая снизу) листа, происходящее без быстрого высыхания, а в первое время и без потери тургора. По-видимому, оно обусловлено постепенным разрушением хлорофилла в пораженной, но еще живой ткани. Через 4-5 дней после обработки явственно заметно существенное общее ингибирование роста в высоту. В дальней 120 шем, этот симптом повреждения проявляется наиболее ярко, тогда как нарастание контактного действия прекращается, а его вклад в суммарную картину повреждения все уменьшается ввиду нарастания, хотя и ослабленного, обшей массы растений.
У растений подсолнечника этот же гербицид вызывает, прежде всего, формативные изменения в том же физиологически активном диапазоне доз, отличающимся гораздо более низкими абсолютными показателями. Первые симптомы поражения также проявляются уже через несколько часов после обработки, сперва в виде изгибов черешков листьев, верхушек стебля, а со временем, и срединной части стебля. В дальнейшем они неуклонно нарастают. Общее ингибирование роста легко обнаруживается уже через 3 дня после обработки и в последующие дни все усиливается.
Для данной группы гербицидов обращает на себя внимание огромный диапазон чувствительности разных видов растений, превышающий 100000 раз.
Препарат глин (на основе хлорсульфурона) Как видно из таблицы 5, действие этого гербицида характеризуется весьма высокой повсходовой избирательностью, количественно соизмеримой с установленной для предыдущей группы. Возможно, в значительной мере именно из-за близости этих характеристик селективности удается успешная разработка комбинированных препаратов, где очень удачно сочетаются свойства 2,4-Д или дикамбы, с одной стороны, и сульфонилмочевин, с другой. Ряд подобных примеров хорошо известен [Давыдов, 1998].
В последующих цитофизиологических работах из этих двух групп гербицидов с предельно высоким уровнем избирательности по ряду причин предпочтение было отдано детальным исследованиям факторов селективного действия ауксиноподобных гербицидовсти, прямо противоположной селективности гербицидов типа 2,4-Д.
Характерными видимыми признаками повреждения растений овса были: обесцвечивание основания завершающего рост к моменту обработки второго листа, прогрессирующее усыхание сперва концов, а затем и остальной части листовых пластинок первых двух листьев вследствие контактного действия, ингибирование роста третьего листа (еще не появившегося в момент обработки), общее ингибирование роста. У толерантных растений из класса двудольных токсическое действие проявлялось лишь при намного более высоких дозировках препарата и состояло в весьма умеренном начальном контактном действии (впоследствии оно не развивалось) и в общем торможении роста. Растения подсолнечника реагировали также весьма выраженным изменением внешнего вида и эластичности листовой пластинки. К концу наблюдений как первая «пара» листьев (развитие которых в основном протекало после момента обработки) становились гораздо более жесткими и ломкими. Листовая пластинка неравномерно утолщалась за счет преимущественного выпячивания одних и меньшего других небольших (до нескольких квадратных миллиметров) участков поверхности. Судя по внешнему виду, можно допустить, что данный эффект обусловлен воздействием гербицида на систему клеточных стенок. Динамика интоксикации чувствительных и толерантных растений, подробно рассмотренная в монографии автора, свидетельствует о высоких темпах развития токсического действия, характерных и для этой группы гербицидов. Общий же диапазон различий в чувствительности к фюзиладу растений разных видов (см. табл. 5) примерно в 100 раз меньше, чем в случае 2,4-Д и родственных ему соединений.
