Не всі гербіциди однакові!

З усіх шкідливих організмів у посівах агрокультур бур’яни — економічно найбільш важливий фактор. Про це свідчить аналіз продажів пестицидів по всьому світу. А тому гербіциди як основний сегмент сучасної технології вирощування агрокультур привертають увагу вчених не тільки з точки зору дослідження їхньої дії на цільові об’єкти, в тому числі на збудників хвороб, а й впливу на культурні рослини, виявлення побічної дії тощо.

Встановлено, що біологічна активність гербіцидів виходить за межі їхнього впливу на цільові організми. Гербіцидам певною мірою властивий вплив на взаємодію між рослиною і патогеном через дію препаратів на збудника хвороби або на ґрунтові мікроорганізми, зокрема через механізм симбіотичних взаємовідносин.

Один із побічних ефектів гербіцидів — гормональний. Попри те, що застосування гербіцидів на стійких культурах у польових умовах може відображати реальну ситуацію за цим побіч­ним ефектом, вплив сублетальних доз на нестійкі до гербіцидів рослини та патогени залишається не з’ясованим до кінця. Хоча деякі гормональні ефекти визнані як побічна дія токсичних сполук, але вони чинять важливий вплив на стан здоров’я рослин, перебіг їхніх ростових процесів або навіть впливають на врожай, і наразі таке явище не можна пояснити однозначно. До того ж деякі, якщо не більшість гербіцидів, провокують гормональні ефекти. Гормональний ефект, спричинений токсичними сполуками, своєю чергою, викликає стимулюючий ефект.

На сьогодні значну увагу приділено вивченню побічних ефектів, які спричиняють активні речовини, зокрема глюфосинат амонію та складові триазинових гербіцидів.

Глюфосинат амонію

Неселективні гербіциди з умістом діючої речовини глюфосинат амонію — це амонієва сіль, яку застосовують у якості післясходового контактного гербіциду. Глюфосинат амонію ефективно знищує різні види бур’янів, оскільки він є аналогом глутамінової кислоти, яка пригнічує глутамінсинтетазу шляхом її незворотного зв’язування. Інгібування глутамінсинтетази в рослинах спричинює накопичення токсичного амонію, який порушує транспортні системи електронів і сприяє утворенню вільних радикалів. Останні, у свою чергу, викликають перекисне окислення ліпідів і, зрештою, загибель клітин.

Рослини, стійкі до глюфосинат амо­нію, були успішно виведені шляхом уведення гена bar із ґрунту з умістом бактерій Streptomyces hygroscopicus або гена pat із S. viridochromogenes. Гени кодують фосфінотрицин ацетилтрансферазу, яка перетворює глюфосинат амонію на нефітотоксичний ацетильований метаболіт. У посівах глюфосинат амоній-стійких культур спрощується контроль бур’янів шляхом застосування гербіциду в рекомендованих нормах витрати. Водночас позитивним побіч­ним ефектом глюфосинат амонію є його вплив на зниження рівня грибних хвороб у культурних рослин.

Попри те, що прямий вплив глюфосинат амонію на патогени рослин здебільшого недостатньо зрозумілий, цей гербіцид може пригнічувати активність глутамінсинтетази у грибів або грибних організмів подібно до інгібування глутамінсинтетази в рослинах. Відповідно до біосинтезу амінокислот, що є основною мішенню для глюфосинат амонію, інгібування глутамінсинтетази під дією гербіциду призводить до зниженого метаболізму азоту, зменшення вмісту білків і, таким чином, до обмеженого зростання й поширення різних видів Trichoderma. Понад те, експресія цих генів, які беруть участь у біосинтезі білка та виробництві енергії, здається, особливо важлива для патогенів ооміцету під час проростання й на початку біотрофної або гемібіотрофічної інфекції.

Цікаво, що для зростання й поширення ооміцетні патогени, такі як Pythium infestans і ultimum, мають низьку кількість поживних речовин. Пряме інгібування росту міцелію також спостерігалося в декількох видів грибів — збудників хвороб виноградної лози. Гербіцид на основі глюфосинат амонію зменшував ріст міцелію залежно від норми витрати. При цьому G. bidwellii були надзвичайно чутливі, оскільки ріст міцелію був зменшений приблизно на 80%, навіть коли на збудник впливали розчином глюфосинат амонію, який зазвичай у польових умовах застосовують розведеним у 500 разів. Незважаючи на те, що патоген P. expansum виявився менш чутливим до цього гербіциду, ріст міцелію та спороутворення цього гриба майже повністю пригнічувалися в результаті впливу на нього такої самої низької концентрації, яку використовували для пригнічення росту G. bidwellii. Застосування глюфосинату амонію також справляло сильний вплив на ріст і розвиток облігатного біотрофного збудника виноградної лози — Plasmopara viticola в нормах витрати, рекомендованих для застосування на культурі. Високі дози були неприйнятно фітотоксичні, а от низькі — не викликали видимого негативного впливу на листя виноградної лози. Більш того, низькі дози підвищували концентрацію хлорофілу внаслідок гормоностимулювального ефекту.

Попри те, що проростання спорангієспор і вивільнення збудника зооспор не відбувалося під час впливу низьких концентрацій препарату, поширення міжклітинного міцелію було знижене, що також сприяло різкому зниженню споруляції. Цікаво, що глюфосинат амонію проявляв профілактичні та лікувальні властивості. До- та післяінфекційний контроль хвороб сприяв значному зниженню частоти споруляції. Інгібуючий ефект глюфосинату амонію на спороутворення зменшувався зі збільшенням часових інтервалів між інокуляцією та обробкою, оскільки збудник зміг утворити щільну мережу гіфів у межах інфікованої тканини й споруляція почала відбуватися через декілька днів. Однак, якщо гербі­цид був застосований до інокуляції, профілактичний ефект збільшувався зі збільшенням часових інтервалів між лікуванням і інокуляцією. Це говорить про активацію захисних механізмів у рослині. Альтернативно або додатково гербіцид може змінювати середовище шляхом зниження рівня амінокислот і зменшення доступності азоту в цілому, а також зміною pH або накопиченням амонію. Як регуляторний фактор для колонізації патогенних грибів запропоновано зміни в рН, вмісту азоту та концентрації амонію.

Амоніфікація (активна секреція амо­нію) тканини рослини-господаря призводить до алкалізації середовища господаря, підвищення патогенності декіль­кох грибів, таких як Alternaria і Colletotrichum. Обидва гриби є некротрофними патогенами, які задля власного харчування здатні деградувати клітини або компоненти клітин шляхом знищення невеликих фрагментів. Така деградація клітин рослин-господарів залежить від відповідних значень рН, оскільки максимальна активність більшості літичних ферментів чутлива до рН. Крім того, зміни рН рослини-господаря є сигналами, що активують фактори патогенності через регуляцію експресії генів.

Нещодавно було доведено, що секреція і накопичення амонію відіграють ключову роль як фактор патогенності під час інфікування томатів видом Colletotrichum і індукують перетворення біотрофної інфекції на некротрофну. Крім того, амоній, попадаючи в рослинну патогенну систему, індукує формування апресорію в Alternaria alternata і дає можливість збуднику подолати захисні механізми навіть у стійкого сорту тютюну. Накопичення амонію в рослинах також пов’язане з їхнім ста­рінням, зниженням активності глутамінсинтетази. Тканини рослин, що зазнають старіння, є сприятливим середовищем для некротрофних патогенів і сапрофітів, але водночас є несприятливим середовищем для біотрофних патогенів, для прояву шкідливості яких краще придатні живі клітини рослини-господаря. Таким чином, високі рівні аміа­ку, вважається, сприяють некротрофним грибам, але, можливо, пригнічують ріст біотрофних патогенів, таких як P. viticola на виноградній лозі.

Триазинові гербіциди

Принциповим способом дії триазинових гербіцидів є гальмування фотосинтезу. Встановлено, що окремі діючі речовини з групи триазинових гербіцидів, особливо атразин, мають високу інгібуючу дію на Fusarium moniliforme, F. oxysporum і Aspergillus. Кілька видів Aspergillus були пригнічені в польових умовах ціаназином, гербіцидом, який пригнічував ріст принаймні шести інших важливих ґрунтових патогенів. При цьому такий ефект не проявлявся в лабораторних умовах. Однак атразин і інші триазинові гербіциди, вірогідно, впливають на ріст, вироблення й життєздатність спор і плодових тіл у польових і лабораторних умовах. Під дією прометрину значно знижувалася активність ферментів і міцеліальне зростання Rhizoctonia solani. А під дією атразину зменшувалися або навіть пригнічувалися утворення склероцій Sclerotium rolfsii. У польових і лабораторних умовах під дією триазинових гербіцидів зменшувалося або навіть пригнічувалося поширення S. sclerotiorum. Атразин, симазин і метрибузин пригнічували міцеліальне зростання або розвиток нормальних апотецій і склероцій за низьких концентрацій.

Під час іншого дослідження відмічали стимулювання триазиновими гербіцидами проростання склероцій. Симазин і атразин стимулювали утворення та зростання ніжок грибів і апотеціїв, хоча вони й мали деформований вигляд, тоді як метрибузин стимулював їхнє утворення та ріст без деформацій. Ці гербіциди також індукували проростання нежиттєздатних спор Bipolaris sorokiniana. Остання є збудником хвороб зернових культур. Цей збудник інфікує кореневу систему, листя, стебла, квітки й колоски зернових культур. Хоча триазинові гербіциди ефективно пригнічували Bipolaris sorokiniana, але вони не впливали на проростання і життєздатність конідій інших видів грибів із роду Bipolaris. Було отримано дані про те, що атразин також не знижував продукування й проростання мікросклероцій Macrophomina phaseolina у сорго, але знижував ріст грибів. Попри те, що атразин і інші триазини можуть безпосередньо впливати на грибні патогени, вони здатні модулювати взаємодії рослинних патогенів через зміни фізіології рослини.

Застосування атразину на полях із цукровою тростиною, ґрунти яких були інфіковані Pythium arrenomanes, сприяло посиленню росту коренів і пагонів, хоча гербіцид не впливав на колонізацію коренів P. arrenomanes. Крім того, розвиток кореневої гнилі не зменшувався. Однак атразин інгібував міцеліальне зростання P. arrenomanes in vitro.

ВСТАНОВЛЕНО, ЩО ТРИАЗИНОВІ ГЕРБІЦИДИ ПІДВИЩУВАЛИ МЕХАНІЗМ СТИМУЛЯЦІЇ РОСТУ КОРЕНІВ І ПАГОНІВ ЦУКРОВОЇ ТРОСТИНИ ЗАВДЯКИ АКТИВНОСТІ НІТРИТ-РЕДУКТАЗИ ТА ТРАНСАМІНАЗИ, Й ТАКІ ЕФЕКТИ ВІДЗНАЧАЛИ НА РОСЛИНАХ ГОРОХУ ТА СОЛОДКОЇ КУКУРУДЗИ.

Незважаючи на те, що триазин і, можливо, інші триазинові гербіциди здатні інгібувати P. arrenomanes in vitro, такого ефекту не спостерігали в польових умовах. За порівняння впливу гербіциду й патогену на розвиток рослин культури, відзначали, що стимулювання росту атразином здається біль­шим, аніж уплив на зниження росту, який спричиняє збудник P. arrenomanes. Відомі факти, що гербіциди, особливо якщо їх застосовували в польових умовах, знижували дію фунгіциду.

Здебільшого механізми взаємодії гербіцидів-збудників недостатньо вивчені. Деякі гербіциди, здається, мають фунгітоксичні або принаймні фунгістатичні властивості та впливають на зростання міцелію, продукування спор або плодових тіл чи проростання спор, тоді як інші — провокують непрямий вплив на організми ґрунту й листя, які антагоністичні до патогенів. У деяких випадках гербіциди не проявляють ефекту in vitro, але знижують частоту хвороб на відповідних рослинах-господарях. Разом із тим, гербіциди можуть також стимулювати фізіологію рослини, наприклад шляхом зміни продукування фітоалексину, мінерального й поживного складу тощо. З одного боку, ці зміни можуть призвести до зниження сприйнятливості внаслідок фізіоло­гічних змін, несприятливих для цього патогену або індукції резистентності, і таким чином можуть впливати на частоту хвороб. З другого боку, гербіциди можуть викликати збільшення прояву хвороб через прямий стимулювальний вплив на зростання й розмноження збудника та вплив на вірулентність збудника тощо.

Побічні ефекти гербіцидів також спостерігалив некротрофних, гемібіотрофних і біотрофних видів. Багато грибних патогенів піддаються впливу різних гербіцидів, які застосовують у посівах агрокультур. Крім того, протигрибна здатність активної сполуки або ад’ювантів призводить до збільшення або зменшення шкідливості хвороби й не залежить від ураженої тканини рослини. Обидва ефекти — зниження або посилення хвороб — можна спостерігати в разі якщо фітопатогени заражують листя, стебла або коріння. Однак у деяких випадках результати, отримані в експериментах in vitro, відрізняються від тих, що отримані в польових умовах або на рослині-господарі.

Таким чином, майбутні дослідження планується проводити із застосуванням високоточних методів — для повнішого вивчення всіх механізмів, задіяних у вза­ємодії патоген — рослина, які модулюються гербіцидами. Цей тристоронній зв’язок слід розглядати як молекулярний і біохімічні перехресні взаємовідносини між рослиною і патогеном, рослиною і гербіцидом, а також збудником і гербіцидом. Нову інформацію про механізми передбачається отримувати шляхом генерації експресії генів, спостереження фізіологічних і морфологічних змін на рівні тканин або навіть в окремих клітинах, а також на підставі аналізу всіх відповідних сполук, таких як феноли, фітоалексини й білки. У деяких випадках сама рослина і її фізіологія, змінена під дією гербіциду, відіграють роль у межах такої взаємодії, як патоген — рослина.

Однак рівень зменшення поширення збудника хвороби або його повне знищення залежать від гербіциду чи сполук, які застосовують. Відомо лише декілька даних про адитивні або навіть синергічні ефекти комбінованого застосування гербіцидів разом із фунгіцидами, хоча ці ефекти можуть бути очікуваними. Водночас сумісне застосування гербіциду з фунгіцидом для контролю хвороб і бур’янів може призвести до антагоністичних взаємо­дій між цими двома видами пестицидів. Зокрема, до зниження ефективності як фунгіциду, так і гербіциду. Було б доцільно визначити потенційні результати взаємодії гербіцид-фунгіцид у різних комбінаціях для знищення патогенів рослин і застосовувати гербіциди, які взаємодіють синергічно з фунгіцидами, що сприятиме зменшенню застосування фунгіцидів для профілактики хвороб.

На жаль, є лише декілька даних про екотоксичні ефекти комбінацій пестицидів, хоча й поширюється інформація про вплив окремих агрохімікатів на нецільові організми та екологічні процеси. Таким чином, дослідження впливу на взаємодію між патогенами та рослинами, які спричиняє гербіцид, незалежно від того, застосовується один препарат або поєднується з іншими пестицидами, потребує різнопланового підходу з урахуванням фізіології, патології рослин, біохімії, мікробіології та шкідливості бур’янів, що є доволі цікавим і корисним дослідженням у сфері захисту рослин.

І. Сторчоус, канд. с.-г. наук

Журнал «Пропозиція», №1, 2020 р.