Побічний вплив фосфорорганічних гербіцидів на грунтові мікроорганізми та збудників листкових хвороб

Характеристики хімічної структури гербіцидів цієї групи близькі до характеристик хімічної структури природних амінокислот — гліцину і глутаміну. В зелених частинах (клітинах) гербіциди цієї групи сприяють накопиченню аміаку, який є сильною отрутою для рослин.

І. Стор­чо­ус, канд. с.-г. на­ук,
Інсти­тут за­хи­с­ту рос­лин НА­АН

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, а це, своєю чер­гою, — до дефіци­ту та­ких важ­ли­вих кінце­вих про­дуктів, як лігніни, ал­ка­лої­ди та фла­во­ноїди, змен­шен­ня фіксації СО2 та при­бав­ки біома­си. На­явність EPSPS та­кож вла­с­ти­ва гри­бам і бак­те­ріям, але фер­мент відсутній у тва­рин. Мік­ро­ор­ганізми, які містять EPSPS, мо­жуть за­ле­жа­ти від за­сто­су­ван­ня пре­па­ратів на ос­нові гліфо­са­ту. Не ви­клю­че­на та­кож мож­ливість існу­ван­ня інших цент­­рів дії фо­с­фо­рор­ганічних гербі­ци­дів.
   Се­ред фо­с­фо­рор­ганічних гербіцидів най­по­ши­ренішим і по­пу­ляр­ним на сь­огодні є пре­па­рат на ос­нові гліфо­са­ту (N-[фо­с­фо­но­метіл]гліцин), си­с­тем­ний гербі­цид ши­ро­ко­го спе­к­т­ра 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, що спри­я­ла по­ши­рен­ню гліфо­са­ту, бу­ло ви­ве­ден­ня ге­не­тич­но мо­дифіко­ва­них гліфо­сат-стійких куль­тур. У та­ко­му разі гліфо­сат мож­на за­сто­со­ву­ва­ти на стійких рос­ли­нах як після­­схо­до­вий гербіцид для зни­щен­ня бур’я­нів, не впли­ва­ю­чи на вро­жай.
Здебіль­шо­го за­сто­су­ван­ня гліфо­са­ту на стійких куль­ту­рах змен­шує по­тре­бу в до­схо­до­во­му об­при­с­ку­ванні посівів, а в ок­ре­мих ви­пад­ках — і після­с­хо­до­во­му. 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 ви­ко­ри­с­то­ву­ють для підви­щен­ня ефек­тив­ності ак­­тив­но­го інгредієнта, мог­ли та­кож знач­но впли­ва­ти на про­ро­с­тан­ня, спо­ру­ля­цію, ріст і по­ши­рен­ня гриб­них па­то­генів рос­лин.
Вплив на грунтові мікроорганізми
Відповідно до про­ве­де­них дослі­джень, гліфо­сат інгібу­вав ви­ди гриб­них за­хво­рю­вань, що пе­ре­да­ють­ся че­рез грунт.
На­при­клад, Sclerotium rolfsii (пів­ден­на скле­роційна гниль) є грун­то­вим і рос­лин­ним па­то­ге­ном. Виз­на­че­но, що інфекція зберігається на рос­лин­них решт­ках. Ви­роб­ни­ки ба­нанів відзна­чи­ли, що ви­пад­ко­во об­при­с­кані гліфо­са­том за­лиш­ки ба­нанів мен­ше ура­жу­ва­ли­ся цією гнил­лю: уповільню­ва­ли­ся про­це­си роз­ро­с­тан­ня міцелію і ут­во­рен­ня скле­роцій, порівня­но з ти­ми ба­на­на­ми, на які не по­тра­пив гербіцид.
Ла­бо­ра­тор­не досліджен­ня по­ка­за­ло, що ріст Sclerotium rolfsii за­три­му­вав­ся на по­жив­но­му се­ре­до­вищі з до­да­ван­ням бе­номілу та гліфо­са­ту в ре­ко­мен­до­ва­них нор­мах ви­т­ра­ти. Обид­ва се­ре­до­ви­ща зни­жу­ва­ли радіаль­не зро­с­тан­ня S. rolfsii, порівня­но 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 із збільшен­ням кон­цен­т­рації гер­біци­ду, окрім то­го, — 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 не ви­яв­ле­но не­га­тив­но­го впли­ву гліфо­са­ту на ве­ге­та­тив­ний роз­ви­ток ізо­лятів декількох груп Rhizoctonia solani (бу­ра гниль) і ана­с­то­моз.
Од­нак гербіци­ди впли­ва­ли на ут­во­рен­ня пло­до­вих тіл па­то­ге­ну. Кількість ут­во­ре­них скле­роцій бу­ла ви­щою. Про­те ці скле­роції за­ли­ша­ли­ся мен­ши­ми під впли­вом гербіци­ду, ніж на кон­троль­но­му варіанті — без за­сто­су­ван­ня гліфо­са­ту. По­при те, що про­ти пев­ної кількості хво­роб куль­тур бу­ло відміче­но інгібу­ючі вла­с­ти­вості гліфо­са­ту, про­ти ок­ре­мих па­то­генів він ви­я­вив про­ти­леж­ний ефект, навіть бу­ло відміче­но ви­пад­ки по­ши­рен­ня хво­роб.
Іноді гліфо­сат впли­вав на ріст і розмно­жен­ня па­то­ге­ну in vitro, але по­ка­зу­вав зво­рот­ний вплив у по­льо­вих умо­вах. На­при­клад, він 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.
У до­­сліджен­нях із за­сто­су­ван­ням гліфо­са­ту, що про­во­ди­ли в теп­лич­них умо­вах, на ге­не­тич­но мо­дифіко­ва­них цу­к­ро­вих бу­ря­ках відміча­ли збільшен­ня роз­вит­ку хво­роб. Зо­к­ре­ма, зафіксу­ва­ли по­си­ле­не інфіку­ван­ня рос­лин збуд­ни­ка­ми Rhizoctonia solani (бу­ра гниль) і Fusarium oxysporum (фу­заріоз), що не бу­ло опо­се­ред­ко­ва­ним, ад­же не відміча­ли ніяко­го пря­мо­го впли­ву гліфо­са­ту на обид­ва ви­ди збуд­ників під час ви­про­бу­ван­ня у 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.
Крім 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. Та­кож гліфо­сат збільшу­вав ура­женість ви­но­град­ної ло­зи грун­то­вим па­то­ге­ном Cylindrocarpon spp.
   Окрім пря­мо­го впли­ву на сільсько­го­с­по­дарські куль­ту­ри і певні па­то­ге­ни, ви­яв­ле­но дію гербіци­ду на мікро­ф­ло­ру грун­ту під час дру­гої об­роб­ки посівів.
Порівню­ю­чи аналізи грун­ту з полів, на яких не вно­си­ли гліфо­сат, з об­роб­ле­ни­ми вдру­ге, ви­яв­ле­но, що дру­га об­­роб­ка пре­па­ра­та­ми впли­ває на ко­рисні ви­ди бак­терій, що на­ле­жать до гру­пи Proteobacteria.
У ре­зуль­таті по­втор­но­го за­сто­су­ван­ня гербіцидів на ос­нові гліфо­са­ту та­кож відміче­но зни­жен­ня міне­ралізації грун­ту. Під час досліджен­ня спо­с­теріга­ли по­зи­тив­ну ко­ре­ляцію чи­сель­ності бак­терій Pseudomonas spp. Од­нак от­ри­мані ре­зуль­та­ти вка­зу­ють на те, 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 впли­ва­ли на мо­де­лю­ван­ня відно­син рос­ли­на — па­то­ген.

Ли­ст­кові па­то­ге­ни
   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 (збуд­ник — гриб 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: три­валіші проміжки між по­тре­бою по­втор­но­го об­при­с­ку­ван­ня гербіци­да­ми та зни­жен­ня рівня ін­фі­ку­ван­ня куль­ту­ри іржею вка­зу­ва­ли на пря­му ток­сич­ну дію пре­па­ра­ту. Од­нак, за ре­зуль­та­та­ми досліджень, кон­троль ли­ст­ко­вої іржі пше­ниці гліфо­са­том діяв що­­най­мен­ше 21 день, але сам ме­ханізм інгібу­ван­ня інфекції пре­па­ра­том не дослідже­но.
Гербіци­ди мо­жуть діяти як си­с­темні фунгіток­сичні спо­лу­ки самі по собі або мо­жуть вик­ли­ка­ти си­с­тем­ну стійкість, оскільки навіть не­об­роб­ле­не ли­с­тя бу­ло за­хи­ще­ним після їхнього за­сто­су­ван­ня. Так, у по­жнив­них решт­ках (со­ломі) пше­ниці, яку об­роб­ля­ли гербі­ци­да­ми на ос­нові гліфо­са­ту, ви­яв­ле­но, що у Pyrenophora tritici-repentis (жов­та пля­мистість, або піре­но­фо­роз) інгібу­ють­­ся псев­до­теції.
За інфор­мацією низ­ки іно­зем­них дослідників, от­ри­ма­ною за ре­зуль­та­та­ми досліджень 1979 р., за­сто­су­ван­ня пре­па­ратів на ос­нові гліфо­са­ту змен­шу­ва­ло ут­во­рен­ня спор, ріст і роз­ви­ток хво­роб, спри­чи­не­них та­кож інши­ми гриб­ни­ми па­то­ге­на­ми на пше­ниці, та­ки­ми як Septoria nodorum (сеп­торіоз), Hel­minthosporium sativum P.K. et B. (ри­зо­к­тоніоз­на ко­ре­не­ва гниль), а та­кож на пше­ниці відміче­но об­ме­жен­ня шкідли­вості па­то­ге­ну Gaeumannomyces graminis (офіобо­льоз­ної ко­ре­не­вої гнилі). На яч­мені гліфо­сат кон­тро­лю­вав па­то­ге­ни Rhynchosporium secalis (ри­зок­тоніоз, гос­тро­об­лямівко­ва пля­мистість) і Drechsle­ra teres (сітча­с­тий гельмінто­с­по­ріоз, або сітча­с­та пля­мистість).
Під час за­сто­су­ван­ня пре­па­ратів на ос­нові гліфо­са­ту на стійких до дії гербі­ци­ду пше­ниці і сої, що пригнічу­ва­ли­ся збуд­ни­ка­ми хво­роб, які вик­ли­ка­ють іржасті гри­би, а са­ме: Puccinia striiformis f.sp. tritici (жов­та іржа пше­ниці), Puccinia triticina (бу­ра іржа пше­ниці) і Phakopsora pachyrhizi (азійська іржа сої), ав­то­ри при­пу­с­ти­ли, що ко­ли на спо­ри іржі діяти гербіци­дом, гліфо­сат спро­мож­ний інгі­бу­ва­ти EPSPS та­ким чи­ном, як за йо­го гербіцид­ної ак­тив­ності.
   За досліджен­ня­ми іно­зем­них вче­них, які про­во­ди­ли в теп­лич­них і по­льо­вих умо­вах, що­до 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-хазяїні під час про­ро­с­тан­ня спор грибів унаслідок пер­шо­го інфіку­ван­ня. Та­ким чи­ном, спо­ри іржа­с­тих хво­роб ще до то­го, як от­ри­ма­ти по­живні ре­чо­ви­ни, підда­ють­ся впли­ву ле­таль­ної кон­цен­т­рації гліфо­са­ту. Окрім то­го, відповідно до по­льо­вих да­них, от­ри­ма­них під час досліджен­ня стійкої сої, на якій за­сто­со­ву­ва­ли 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, порівня­но з пше­ни­цею, вла­с­ти­вості видів сої що­до чут­ли­вості до гліфо­са­ту, є при­пу­щен­ня, що для кон­тро­лю збуд­ників іржа­с­тих хво­роб сої потрібні більші нор­ми ви­т­ра­ти пре­па­ра­ту, ніж для кон­тро­лю збуд­ни­ків цієї хво­ро­би у пше­ниці. Та­кож є вну­трішньо­ви­до­ва варіація у R. solani.
Хо­ча гліфо­сат при­зна­че­ний для об­ме­жен­ня чи­сель­ності бур’янів у посівах куль­тур, йо­го ви­про­бу­ва­ли та­кож як аль­тер­на­тив­ний засіб біологічно­го кон­тро­лю грибів і бак­терій: вста­нов­ле­но під­ви­щен­ня ефек­тив­ності в об­ме­женні шкідли­вості хво­роб за за­сто­су­ван­ня біо­логічних агентів після об­роб­ки гліфо­са­том. Вчені відміти­ли, що за­сто­су­ван­ня гліфо­са­ту для кон­тро­лю Myrothecium verrucaria ство­рює та­кож умо­ви для кра­що­го кон­тро­лю бур’янів: пу­е­рарії ло­па­те­вої (Pueraria lobata), бруніхії (Brunnichia ovata) і камп­си­су укорінли­во­го (Campsis radicans). Та­кож відо­мий ви­па­док, ко­ли мишій зе­ле­ний, який успішно кон­тро­лю­вав­ся, бу­ло об­при­с­ка­но гліфо­са­том пе­ред іно­ку­ляцією Pyricularia setariae. Ці ре­зуль­та­ти про­де­мон­ст­ру­ва­ли, що за поєдна­но­го ви­ко­ри­с­тан­ня гліфо­са­ту з біогербіци­дом для об­ме­жен­ня шкідли­вості хво­роб вибір ча­су для їхньо­го за­сто­су­ван­ня мав важ­ли­ве зна­чен­ня. До­слід­ни­ки за­зна­чи­ли, що де­які пе­с­ти­ци­ди та їхні до­поміжні ре­чо­ви­ни впли­ва­ли на про­ро­с­тан­ня спор і збільшен­ня ура­жен­ня збуд­ни­ком Phomopsis amaranthicola видів Ama­ra­n­thus. Та­кож є інші гербіци­ди гру­пи гліфо­сатів, які мо­жуть пригні­чу­ва­ти про­ро­с­тан­ня спор збуд­ни­ка Р. setariae.
   Та­ким чи­ном, стра­тегією для по­до­лан­ня ток­сич­но­го ефек­ту гербіцидів що­до біологічно­го аген­та є послідо­вне, а не од­но­час­не за­сто­су­ван­ня біосин­те­тич­них гербіцидів. За­сто­су­ван­ня гліфо­са­ту пе­ред об­роб­кою па­то­ге­ном за­без­пе­чує по­гли­нан­ня, транс­ло­кацію та по­вну дію гербіци­ду (з мінімізо­ва­ною де­гра­да­цією) і зни­жує йо­го мож­ли­ву ток­сич­ність що­до біоа­ген­та.
Крім то­го, ви­яв­ле­но си­нергізм у взаємодії гліфо­са­ту та біо­­­­гербіцидів. Дослідни­ки до­ве­ли, що гліфо­сат пригнічу­вав за­хисні ме­ханізми рос­лин шля­хом зни­жен­ня про­ду­ку­ван­ня фіто­а­лек­синів і біосин­те­зу інших фе­­ноль­­­­них спо­лук. Навіть суб­ле­тальні до­зи гліфо­са­ту пригнічу­ва­ли роз­ви­ток шикі­ма­ту у касії (Cassia abtusifolia), ін­­фіко­ва­ної Alternaria cassiae, та­ким чи­ном зни­жу­ю­чи стійкість цьо­го бур’яну.
Чис­ленні при­кла­ди в на­уковій літе­ра­турі свідчать про ко­ре­ляцію ви­роб­ницт­ва або транс­фор­мації за­зда­легідь сфор­мо­ва­них фе­ноль­них спо­лук і за­хис­них си­с­тем рос­лин. Здебільшо­го ак­ти­вація фер­мен­ту феніла­ланін-амоніо­ліа­зи (PAL) відіграє ос­нов­ну роль, і спо­лу­ки, які інгібу­ють йо­го ак­тивність, зу­мов­лю­ють підви­ще­ну сприй­нят­ливість до хво­ро­би. Мож­ли­во та­кож, що це сто­суєть­ся сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур, та­ких як соя. Гліфо­сат зда­тен бло­ку­ва­ти стійкість до Phytophthora megasperma навіть за не­сумісної взаємодії, зни­жу­ю­чи про­ду­ку­ван­ня гліце­оліну, важ­ли­во­го фіто­а­лек­си­ну та ча­с­ти­ни ме­ханізму ре­зи­с­тент­ності у сої.