Поведение ретардантов в растениях
Использование современных методов исследования (изотопных индикаторов, цитохимии, высокоэффективной жидкостной хроматографии, хромато-масс-спектрометрии, иммуноферментного анализа и др.) позволяет получить объективную информацию по особенностям поступления, метаболизму и механизмам действия фиторегуляторов и качественно повысить уровень безопасности разрабатываемых технологий.
Методом изотопных индикаторов показаны особенности транспорта и метаболизма ретардантов в плодовых растениях.
Данные по стабильности и метаболизму ССС в растениях несколько противоречивы. Результаты большинства работ свидетельствуют, что основная часть препарата метаболизируется в растении, в значительно меньших количествах он перемещается из надземной части в корневую систему с последующим выделением в почву, а также вымывается из листьев в почву.
Основными метаболитами ССС, как было показано главным образом на зерновых культурах, являются холин и бетаин, причем последний деметилируется, превращаясь в глицин и серин. У сеянцев миндаля, обработанных меченым ССС, в метанольных экстрактах из листьев и стеблей были обнаружены с использованием бумажной хроматографии радиоактивные аминокислоты.
Результаты ряда исследований свидетельствуют о стабильности препарата. Так, в различных органах груши после опрыскивание деревьев 14С-ССС препарат был найден в виде интактной молекулы. По мнению авторов, этим объясняется последствие ССС на следующий год. А.В. Капля и А.И. Двойнос также обнаруживали неметаболизированный препарат в коре однолетних побегов яблони спустя 10 месяцев после применения.
Проведенные в ТСХА исследования показали, что хлорхолинхлорид может относительно быстро сорбироваться листьями и, перемещаясь в базипетальном направлении, попадать в почву с корневыми выделениями. В виде газообразных продуктов деструкции ССС в воздух выделяются СО₂ и, вероятно, триметиламин. В растениях, где происходит разложение основной части препарата, обнаруживаются радиоактивные метаболиты и незначительные количества интактного ССС.
Исследования, проведенные с меченой 2-хлорэтилфосфоновой кислотой (14С-2-ХЭФК), показали, что препарат легко проникает в ткани растения и быстро перемещается в плоды яблони, персика, вишни, инжира и грецкого ореха.
Поглощение 2-ХЭФК зависит от температуры, освещения, использования мембрано-тропных агентов (МТА). Так, проницаемость листьев вишни повышалась в 25 раз при увеличении температуры от 15 до 35° С, а добавление МТА Х-77 увеличивало проникновение препарата на 65 %.
Перемещение 2-ХЭФК происходит в направлении, в основном определяемом складывающимися в растении донорно-акцепторными отношениями. Предполагается, что препарат аккумулируется в растущих, метаболически активных зонах. В опытах на однолетних саженцах яблони методом радиоавтографии показано, что при нанесении на лист 14С-этефона через 1 ч метку можно было обнаружить во всех органах растения. Значительная активность наблюдалась в молодых интенсивно растущих листьях. На 4 сутки отмечено преимущественное перемещение метки в корневую систему.
В растениях винограда, напротив, перенос препарата был базипетальным, незначительным или отсутствовал совсем. Было обнаружено, что перемещение 14С-этефона зависит от места нанесения препарата и возраста растения. Исследователями не было установлено дальнейшего передвижения 2-ХЭФК из обработанного плода в ближайшие к нему органы.
Изучение абсорбции меченого препарата плодами и листьями персика показало, что в плодах персика через 40 сут. было обнаружено 23,6 % активности, из них 6,9 % - в мякоти и 16,7 % на поверхности плодов. Через 95 сут. общая активность понизилась до 19 %. В мякоти плода разложение этефона происходило быстрее и снижалось до 1,06 % от исходной активности, а на поверхности оставалось на уровне 17,9 %.
При нанесении меченой 2-хлорэтилфосфоновой кислоты на плод яблони наблюдали быстрое снижение активности на поверхности плодов, что свидетельствовало о проникновении препарата в мякоть.
Деструкция 2-ХЭФК в растениях происходит с выделением этилена, но часть поступившего в растения препарата, по данным различных исследователей, остается либо в неизменном виде, либо претерпевает метаболические превращения. Метаболиты 2-ХЭФК были найдены в плодах персика, яблони, черешни и других растениях, обработанных этиленпродуцентами. В опытах на персике через 65 сут. после обработки в плодах обнаруживали меченую 2-ХЭФК в комплексе с сахарами и другими веществами.
По предположению О.И. Романовской и др., эта связанна форма 2-хлорэтилфосфоновой кислоты, выявленная у растений персика, гевеи, озимой ржи, является соединением одной природы. Возможно, такой путь метаболизма 2-ХЭФК характерен для многих видов растений.
В плодах яблони, обработанной 2-ХЭФК, был обнаружен малостабильный конъюгат, способный к выделению этилена при щелочном гидролизе.
Таким образом, по-видимому, одновременно с разложением поступившего в растение препарата в некоторых культурах происходит его связывание с участием или без участия ферментных систем.
При исследовании гидразинпроизводных ретардантов установлено, что 2,2-диметилгидразид янтарной кислоты (даминозид, ДЯК) в растении очень подвижен, обладает значительной стабильностью и небольшой способностью метаболизироваться до 1,1-диметилгидразина.
Поглощение и перемещение даминозида при опрыскивании плодоносящих яблонь было быстрым. При поверхностном нанесении соединение поступало быстрее в молодые плоды, чем в зрелые, что связано с большей кутинизацией эпидермиса зрелых плодов.
Независимо от способа введения метки даминозид быстро поглощался и акропетально перемещался по растению. Препарат накапливался в апикальной части побегов яблони и не перемещался из однолетних побегов в двухлетние. В плоды препарат поступал из листьев кольчаток. Это перемещение наблюдалось уже на 2 сут. после опрыскивания и за неделю увеличилось вдвое. Затем накопление препарата в плодах замедлялось. Аналогичные выводы были сделаны при нанесении радиоактивной метки на листья кольчатки яблони. В плодах радиоактивность обнаруживалась уже через 24 ч.
О высокой стабильности препарата свидетельствуют данные, полученные при инъекции меченого даминозида в ствол 5-летней яблони. Через 128 сут. в различных органах яблони было обнаружено 70% радиоактивности, а хроматографический анализ растительных экстрактов показал лишь частичный распад препарата. На концах ростовых побегов и почках значительная радиоактивность обнаруживалась спустя 8 месяцев. Кроме того, следовые количества радиоактивности были найдены в плодах на следующий сезон. На 3-летней яблоне 2,5% от поглощенного листьями количества даминозида определяли в опавших листьях и 2,5 % в побегах спустя 7 месяцев.
Результаты исследования метаболизма ДЯК были крайне важны по гигиеническим соображениям. Разработаны методики определения остаточных количеств даминозида с использованием высокочувствительных методов анализа (ГЖХ). С их помощью впервые был определен в продукции свободный 1,1-диметилгидразин, а также показано, что он может образовываться при кипячении плодов, полученных с применением алара (например, в томатной пасте).
В последующем установили его наличие и в самом техническом продукте, получаемом взаимодействием янтарного ангидрида и N,N-диметилгидразина.
Из группы соединений триазола наиболее изучен паклобутразол (культар, РР 333). Исследования по изучению транслокации и метаболизма РР 333 проводили на сеянцах различных культур при введении препарата непосредственно в сосудистую систему дерева, при нанесении на различные части сеянца или через питательный раствор.
Было установлено, что наибольшая скорость поглощения и перемещения препарата была при нанесении его на молодые побеги и в меньшей степени на молодые развернутые листья. Не наблюдалось перемещения паклобутразола из взрослых листьев сеянца. Применение МТА приводило к возрастанию поглощения и перемещения препарата в молодых побегах.
При анализе различных частей сеянцев яблони, находившихся в питательном растворе, содержащем РР 333, с помощью ГЖХ в листьях на верхней и нижней части сеянца было обнаружено наибольшее количество препарата. Несколько меньшее количество РР 333 было определено в корнях.
Аналогичное распределение препарата наблюдали в сеянцах персика при поступлении его в корневую систему. Общая активность распределялась между корнями и листьями (40,9 и 49,1%). Наибольшая активность была в нижней части сеянца.
После инъекции 14С-РР 333 в молодые деревья яблони было установлено, что через 27 сут. после введения РР 333 свыше 90 % активности обнаруживалось в тканях побегов, причем свыше 85 %- в виде интактного паклобутразола. Отмечали незначительное разрушение препарата, что было подтверждено тонкослойной хроматографией. Высокая активность РР 333 связывается со стабильностью его молекул.
По данным других исследователей, паклобутразол был стабилен в питательном растворе, а в растении его разрушение было быстрым. В сеянцах персика через 9 сут. неметаболизированного препарата в корнях оставалось 71,5 %, в стеблях – 41,5-68,1 %, в листьях – 7,8-12,2 %.
В сеянцах яблони деструкция препарата на 42 сут. достигала в листьях 22,6-30 %, в стеблях – 9,4-16,7 %, в корнях – 21,2 %.
Таким образом, паклобутразол лучше всего сорбируется молодыми побегами, перемещается по растению акропетально, накапливаясь в молодых побегах и листьях. Данные о метаболизме препарата противоречивы и требуют дальнейшего изучения.
Для обеспечения большей безопасности при применении ретардантов в плодоводстве и растениеводстве большое значение имеют сведения о скорости разложения препаратов, выраженные в динамике остаточных количеств в сельскохозяйственной продукции.
При изучении динамики остаточных количеств (ОК) хлорхолинхлорида на разновозрастных деревьях яблони различных сортов была показана зависимость уровня ОК от параметров кроны дерева. На 18-летних деревьях, отличающихся на большую биомассу, ОК в плодах не обнаруживались уже через 29 сут. после обработки, в то время как в плодах молодых деревьев инактивация препарата проходила более 2 месяцев.
Детальные исследования динамики остатков хлорхолинхлорида были проведены на яблонях сортов Антоновка обыкновенная и Пепин шафранный. Максимальные величины ОКнаблюдались на 2-4 сут. после второго опрыскивания. Через 64 сут. после обработки остатки ССС в плодах не обнаруживались из-за инактивации препарата и в основном из-за биоразбавления. Было установлено, что ССС сохраняется на поверхности и во внутренних частях плода в течение 32-39 сут. и в мякоти плода его инактивация происходит быстрее, чем на поверхности.
Данные, полученные методами химического анализа, подтверждаются результатами исследований с изотопномечеными препаратами, в которых было показано снижение радиоактивности в плодах до 3 % (от нанесенной) на 64 сут. после обработки. Количество 14С-ССС в кожице плода начиная с 16 сут. после обработки оставалось постоянным, а в мякоти и семенных камерах заметно уменьшалось.
По результатам исследований сделан вывод о возможности применения хлорхолинхлорида на зимних сортах яблони при технологии, гарантирующей длительный срок ожидания (период от момента применения препарата до сбора урожая) – более 60 дней.
Исследования по остаточным количествам 2-ХЭФК проводили на многих плодовых культурах.
При обработке 4 сортов черешни 0,05, 0,1 и 0,15 %-ными растворами этрела за 15 сут. до уборки было установлено, что в течение 12 сут. остатки препарата оставались примерно на одном уровне и резко падали к моменту уборки соответственно применяемой концентрации до 0,14, 0,50 и 0,82 мг/кг.
В опытах на яблоне сорта Макинтош при обработке эстрелом в 0,03 %-ной концентрации совместно с 2,4,5 – трихлорфеноксипропионовой кислотой было показано, что скорость инактивации препарата зависит от окружающей температуры и уменьшается со временем. Характер разложения этрела в обработанных плодах может быть описан уравнением регресси. В первые 17 сут. после применения препарата остатки его в плодах уменьшились от 3,84 до 1,20 мг/кг. Время окончательного разложения этрела в плодах – более 10-30 суток. Деструкция препарата не зависела от температуры хранения.
Однако результаты некоторых исследований говорят о стабильности препарата. Так, в побегах яблони сорта Делишес этефон был определен через 6 мес. после обработки.
Детальные исследования динамики ОК кампозана при использовании 0,04 % и 0,02 % концентраций раствора проведены на различных органах яблони сорта Антоновка обыкновенная. В первом случае при помощи математической модели (экспоненциальной) были рассчитаны периоды Т95 для листьев -31 сут., для стеблей – 12 сут. и для плодов 17 суток. Во втором случае экспоненциальной моделью описывалась лишь динамика инактивации препарата в листьях. В плодах характер инактивации свидетельствовал о его передвижении из побегов в плоды, что подтверждалось методом изотопных индикаторов. Максимальная радиоактивность в плодах была отмечена на 4 сут. (6,2%), причем вся она приходилась на соединения, отличные от исходного препарата. На 32 сут. обнаруживалась незначительная радиоактивность метаболитов 2-ХЭФК, которая к 64 сут. снижалась до уровня фона.
Эти исследования подтвердили, что при различной интенсивности распада длительность сохранения 2-ХЭФК и ее метаболитов на поверхности и внутри плода составляла около 32 сут.
Приведенные данные явились основанием для разработки технологий применения этиленпродуцентов на яблоне не только зимних, но и летних сроков созревания.
Сведения о метаболизме, широко используемого в плодоводстве гидразинпроизводного ретарданта 2,2-диметилгидразида янтарной кислоты (даминозид, ДЯК, алар) заставляют обратить особое внимание на остаточные количества этого ретарданта и его метаболитов.
В исследованиях по изучению сроков применения, обеспечивающих наименьший уровень ОК препарата, было показано, что содержание остатков существенно зависит от даты обработки и сроков уборки урожая. Так, при применении разбавленных (0,08 %) и концентрированных (0,5 %) растворов даминозида на яблоне сорта Макинтош была показана зависимость содержания остатков в плодах от концентрации раствора и времени от обработки до уборки. При отборе образцов спустя 5 и 8 недель после обработки в плодах обнаруживались остатки соответственно от 2,9 до 3,4 мг/кг (0,08 % раствор) и от 7,9 до 11,3 мг/кг (0,5 % раствор). Допускается возможность, что погодные условия, особенно температура, могут влиять на метаболизм препарата в плодах. В данном исследовании в плодах был определен эндогенный диметилгидразин в количестве 1,5-1,7 мг/кг при отборе образцов в начале и конце сентября.
Исследователи, наиболее полно изучающие проблему ОК даминозида в плодах, обнаружили, что меньший уровень остатков при обработке яблони сорта Лорд Ламбуси 0,3 % раствором алара наблюдается при сроке ожидания в 104 сут. (5,5 мг/кг). При обработке карликовых яблонь 4 сортов наименьшие ОК в плодах, равные 4,8-7,0 мг/кг, определяли при однократном опрыскивании даминозидом в 0,3-0,5 % концентрациях за 104-145 сут. до уборки; обработки в августе-сентябре приводили к резкому увеличению остатков в плодах до 42-44 мг/кг. За период хранения (до середины февраля) содержание препарата в яблоках увеличилось за счет потери массы плода. Эти же исследователи показали, что ОК алара зависят от концентрации, числа опрыскиваний, добавления ТВИН-20, срока ожидания и погодных условий в день опрыскивания.
Исследования на яблоне сорта Старкинг Делишес показали, что из числа изучаемых факторов (концентраций даминозида, сроков обработки и уборки, длительности хранения плодов в различных условиях) на уровень ОК препарата в плодах влияла величина применяемой дозы и срок уборки. При увеличении срока ожидания на 1 неделю остатки в плодах уменьшались на 44-46 %.
Результаты вышеприведенных исследований показали, что алар весьма стабилен в растении. Ок препарата в продуктах из обработанных плодов, даже прошедших пастеризацию и подвергнутых действию высокой температуры, сохранялись на первоначальном уровне. Так, в свежих плодах яблони сорта Макинтош остатки препарата были на уровне 8,3 мг/кг, в соке из тех же яблок -8,1 мг/кг. Содержание ОК не изменялось после 3-месячного хранения соков. В яблочном компоте часть остатков препарата переходила в яблочный сироп, общее количество ОК оставалось постоянным.
При исследовании побегов яблони после опрыскивания 0,5 % раствором Алара на следующий год после обработки в верхней части однолетнего побега остатки обнаруживались в количестве до 108,8 мг/кг сухого вещества.
Детальные исследования были проведены на деревьях яблони сорта Антоновка обыкновенная при использовании 0,3 и 0,15 % растворов ДЯК. Изучение динамики ОК препарата в плодах показало, что наибольший уровень остатков обнаруживался через 2-3 недели после обработки. Количество препарата в плодах зависело от времени обработки и к 64 сут. снижалось, в основном за счет биоразбавления до 0,63-0,88 мг/кг. Это подтверждалось методом изотопных индикаторов, когда максимальный уровень радиоактивности в плодах (44,9 %) регистрировался на 16 сутки. На 64 сут. содержание метки снижалось до 27 % от нанесенной.
Очевидно, лимитирующим фактором при применении 2,2-диметилгидразида янтарной кислоты является уровень остатков в плодах, который в основном зависит от срока ожидания. По результатам исследований, оптимальным является применение препарата на яблоне осенних и зимних сортов со сроком ожидания 60-80 сут. На сортах яблонь с коротким промежутком времени от цветения до сбора урожая даже при раннем применении препарата описаны случаи, когда ОК в плодах были большими, чем толерантные дозы (30 мг/кг).
Исследования распределения 2,2-диметилгидразида янтарной кислоты в различных органах яблони показало, что препарат относительно быстро перемещался из листьев в стебли, а затем за счет оттока из них накапливался в плодах, где к периоду полной зрелости большая часть остатков находилась в кожице, меньшая – в семенных камерах.
По данным исследователей США, изучающих канцерогенность метаболитов даминозида, в плодах многих культур и продуктах их переработки обнаруживается присутствие токсичного 1,1-диметилгидразина на уровне от 3 до 170 мкг/кг.
Органам здравоохранения разных стран (США, ПНР, ЧССР и др.) допущено применение алара при уровне остатков в плодах 30 мг/кг, установленном по толерантности. Но поскольку имеются данные о канцерогенности и мутагенности метаболитов даминозида, вопрос о его применении для ряда стран, в том числе и России, остается открытым и требует своего решения.
Исследования по контролю за уровнем ОК паклобутразола в плодовых культурах практически отсутствуют. Известна лишь одна работа, в которой показано, что при обработке стебля сеянца винограда паклобутразол перемещался акропетально по ксилеме и поглощался листовой поверхностью. Зимняя обрезка лозы устраняла ОК препарата.
Очевидно, обрезка плодовых деревьев может оказаться эффективной против накоплений остатков в древесине ветвей.
