Побічний вплив гербіцидів на ґрунтові мікроорганізми та збудників хвороб

Гербіциди широко застосовуються як основний засіб для запобігання надмірному забур’яненню сільськогосподарських посівів і зменшенню негативного впливу такого забур’янення на врожай культур. Бур’яни знижують кількість і якість урожаю сільськогосподарських культур, перешкоджають ефективному здійсненню сільськогосподарських операцій під час їх вирощування та збирання врожаю

З усіх шкідливих організмів у посівах сільськогосподарських культур бур’яни є економічно найважливішими, враховуючи аналіз продажів пестицидів по всьому світу. А тому гербіциди як основний сегмент сучасної технології вирощування цих культур привертають увагу вчених не лише для дослідження їх впливу на цільові об’єкти, а й для дослідження їх впливу на культурні рослини, збудників хвороб, виявлення побічної дії тощо.

Установлено, що біологічна активність гербіцидів виходить за межі їх впливу на цільові організми. Гербіцидам певною мірою властивий вплив на взаємодію «рослина — патоген» через їх дію на збудника хвороби або на ґрунтові мікроорганізми, зокрема симбіотичні відносини. Такий побічний ефект був уперше виявлений на початку 1940-х років і детальніше описаний після 1960 року.

Під час досліджень було виявлено, що гербіциди призводили до прямого впливу на грибні патогени, які спричиняють розвиток хвороб культурних рослин, у лабораторних (in vitro) та у польових умовах (in vivo), впливаючи на обмін речовин у цих рослинах. Водночас такі дослідження викликали питання: чи мають прямий або опосередкований вплив на мікроорганізми усі гербіциди, а також чи провокують стреси, які призводять до перепрограмування фізіології рослини, або ефект, який вони спричинять, залежить від певного способу дії в межах відносин певних рослини-патогена.

Читайте також: Озимі зернові: відновлення вегетації

Одним із побічних ефектів гербіцидів, який виявлено впродовж досліджень, є гормональний ефект (hormetic effects). Для встановлення побічних ефектів й уточнення впливу гербіцидів на патогени та культурні рослини вивчали такі ефекти в польових умовах на рослинах, які стійкі до гербіцидів. Але, незважаючи на те, що застосування гербіцидів на стійких культурах у польових умовах може відбивати реальну ситуацію за цим побічним ефектом, вплив сублетальних доз на нестійкі до гербіцидів рослини й патогени повністю нез’ясовано до кінця. Хоча деякі гормональні ефекти й визнано як побічні ефекти токсичних сполук, але вони відіграють важливу роль щодо стану здоров’я рослин, росту рослин або навіть впливають на врожай, і на сьогодні таке явище не можна пояснити однозначно. До того ж деякі, якщо не більшість гербіцидів, провокують гормональні ефекти. Гормональний ефект, спричинений токсичними сполуками, викликає стимуляційний ефект.

Ще Парацельс, древній лідер токсикології, заявляв, що всі речовини є отрутою і не є отрутою. Тільки доза має значення, і тільки доза робить речовину не отрутою. Він уважав, що речовини, хоча і токсичні, за вищих концентрацій або доз можуть бути стимуляційними або навіть корисними під час використання їх у низьких дозах. Незважаючи на те, що цей феномен був визнаний давно, гормональний ефект переважно досліджувався в Росії в галузі токсикології та радіаційної біології. Було виявлено, що сублетальні дози токсичних сполук або випромінювання викликали стимуляційний ефект замість зниження життєздатності клітин людини. Однак гормональний ефект не обмежується впливом на ссавців, а може проявлятися в усіх біологічних групах організмів, починаючи від вищих рослин і тварин до нижчих бактерій і грибів. Як факт гербіциди спричиняють гормональний ефект в обох класах як у культурних рослин, так і в патогенних мікроорганізмів. Відбувається стимулювання різних фізіологічних і біохімічних параметрів, таких як генна експресія й активність ферменту, збільшення біомаси та вмісту білка й хлорофілу в рослинах.

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

Неселективний гербіцид з умістом діючої речовини глюфосинат амонію — це амонієва сіль фосфинотрицин, що застосовується як післясходовий контактний гербіцид. Глюфосинат амонію ефективно знищує різні види бур’янів, бо є аналогом глутамінової кислоти, яка пригнічує глутамінсинтетазу шляхом її незворотного зв’язування. Глутамінсинтетаза також є мішенню для знищення бактерій, патогенних для людини, таких як мікобактерія туберкульозу. Інгібування глутамінсинтетази в рослинах призводить до нагромадження токсичного амонію, який порушує транспортні системи електронів і викликає утворення вільних радикалів. Вільні радикали, своєю чергою, викликають перекисне окислення ліпідів і загибель клітин.

Глюфосинат амоній — стійкі рослини були успішно виведені шляхом введення гену bar з ґрунту з умістом бактерій Streptomyces hygroscopicus або гена pat з S. viridochromogenes. Гени кодують фосфинотрицин 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 грибних хвороб у культурних рослин.

Читайте також: «Інструмент» застосування гербіцидів на кукурудзі

Багато вчених установили те, що глюфосинат у дослідах значно знижував розвиток хвороби Rhizoctonia solani і Sclerotinia homoeocarpa в польових умовах. Глюфосинат амонію також знижував утворення Pythium, який спричиняв збудник Pythium aphanidermatum, хоча гербіцид не змінював ріст міцелію in vitro.

Після обприскування глюфосинат амонієм у трансгенного рису зменшувалися найшкідливіші хвороби — пирикуляріоз і плямистості листя. Гербіцид гальмував формування апресорій у двох патогенів Magnaporthe grisea і Cochliobolus miyabeanus, але не впливав на конідіальне проростання цих патогенів. Однак глюфосинат амонію майже повністю пригнічував ріст міцелію цих грибів in vitro і викликав трансформацію генів, пов’язаних із патогенами (PR), і накопичення перекису водню в рисі і Arabidopsis thaliana. Крім того, попередня обробка глюфосинат амонієм за 24 год до поширення інфекції значно збільшила захист від пирикуляріозу. Ці результати вказують на те, що гербіцид здатний активувати реакцію стійкості рослини й що індуковані механізми є ефективнішими після часового інтервалу між застосуванням гербіциду і поширенням інфекції. Таким чином, як пряме інгібування інфекції патогена, так і активація системи захисту глюфосинат амонієм є тими чинниками, що захищають трансгенний рис від хвороб. Інші результати також показали, що обробка глюфосинат амонієм підвищує стійкість рисової оболонки до хвороб, які спричиняє гриб R. solani на bar-трансгенному рисі. У цьому разі гербіцид суттєво пригнічував розвиток хвороби навіть під час застосування через два дні після інокуляції, що вказує на інгібіторну здатність глюфосинат амонію.

Ігор Сторчоус, кандидат
сільськогосподарських наук