Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ И МЕТАБОЛИЗМ 2,4-Д В РАСТЕНИЯХ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ И МЕТАБОЛИЗМ 2,4-Д В РАСТЕНИЯХ"

: лн>

\ / МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

V V V" . МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГГ.-'■"' СЕДЬ^КОХОЗЯИСТВЕННАЯ^АкАДЕМИЯУнмени К. Д. ТИМИРЯЗЕВА /

:;';Ч ' . Дмитрий Иванович ЧКАН И КОВ

'^Tf i '-i ^"-S L>^ ^л- l^ ^"j= -- ^V.

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ И МЕТАБОЛИЗМ 2,4-Д В РАСТЕНИЯХ

(06.01.04 -4 агрохимия)

-■*' ;*■'.;*":'■ ^ Автореферат А;.;'1'

доктора биологических наук : -у'-'

' V ЛV.-iri^V.'-' -'С.'Л ■'■. ■' ■ ' iv '■ - vi,, \

МОСКВА —1973 *

' Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте фитопатологии МСХ СССР.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук^про-фессор ^лен-корреспондент ВАСХНИЛ Г. С. Муромцев, доктор биологических наук профессор" Б. П. Плешков, доктор химических наук Ю. А. Баскаков. ,

Ведущее учреждение — Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения им. Д. Н. Прянишникова.

"Автореферат разослан «. . '. 1973 г.

Защита; диссертаций состоится ; »■' - ■ - 1973 г.

в .Р. час. на заседании Совета факультета агрохимии ипотео-иеделия ТСХА. , * : ' '

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. -

Отзывы, заверенные печатью, просьба направлять в двух экземплярах по адресу:, Москва 125008, -Тнмирязевская ул., 47к Ученый совет ТСХА. , >

Ученый секретарь Совета доцент ; - , Г ' >

' ' * "': . Ф, А. Девочки«. ^

Открытие в 1941—1942 гг. высокой фитотоксичности 2,4-Д*, 2М-4Х* и 2, 4, 5-Т* революционизировало практику' борьбы с нежелательной растительностью и положило начало'изысканию гербицидов среди различных групп органических соединений. Эти исследования'оказались очень плодотворными, и за -прошедшие тридцать лет создано множество эффективных средств химического уничтожения сорняков в посевах различных сельскохозяйственных культур, Несмотря на это, галоид-фенокснкислоты не^утратили своего значения. Наряду с непрерывным расширении производства и применения производных , 2,4-Д и некоторых других галоидфеноксиуксусных кислот, получили распространение их масляные и пропионовые гомологи . с иным спектром гербицидной активности. Высокая селективность, доступность, относительно низкая токсичность для теплокровных и умеренная перенстентность сделали галоидфено-ксикислоты самыми популярными, средствами борьбы с'сорняками на посевах зерновых культур, льна, на лугах, пастбищах и промышленных территориях.

Совершенно естественно, что закономерности проникновения и транспорта этих веществ, их локализация и метаболизм в растениях всегда были предметом тщательного и всестороннего изучения, поскольку такие данные необходимы для рационализации способов обработки растений, совершенствования препаративных форм гербицидов, для санитарно-гигиенической регламентации их применения. В то же время интенсивно ведущиеся исследования в области механизма действия галоидфе-ноксикислот дают важные материалы для изыскания путей направленного синтеза гербицидов и способствуют решению проблемы гормональной регуляции роста и развития растений, так как указанные вещества имеют много общего с эндогенными ауксинами. * ' ,

В диссертации представлены основные результаты изучения механизма действия и метаболизма 2,4-Д, проводившегося в 1962—1972 гг. во Всесоюзном научно-исследовательском нн-

* 2,4-Д-2,4-днхлорфеноксиуксусная кислота, 2М-4Х-2-ыетил-4-хлорфе-жжснуксусная гщглгн'дцЛ гГ'1 Е'Т А 1 '" мим [Г'Мщ'Пг/г^у'чт кислота«.

1Щ>ЯТ(ИЦЫ1» ЕНВДи« ¡Ш:'Л1аЗ | ,

ституте фитопатологии МСХ СССР при участии Л, At..Макеева, H, Н, Павловой, О, Д. Мнкнтюка,.Е, Н. Артеменко, В. П. Дубового и В. II. Костиной, которым автор выражает глубокую признательность. Работа состоит из 8 частей; 1. Введение (история.открытия и изучения галоидфеноксикислот, области их практического применения), 2. Проникновение. 3. .Передвижение и локализация. 4, Метаболизм. 5. Анализ остатков. 6. Механизмы. действия. 7. Заключение (причины избирательности' гербицндного действия). 8. Общие выводы. Содержание диссертации изложено на 278 машинописных страницах, в ней имеется 6 таблиц и 15 рисунков; список цитированной литературы включает 868 работ.

Механизм гербицндного действия '

Распространено мнение, что вызываемый галондфенокси-кислотами гербицид;гьш эффект является результатом проявления их гормональной активности (Key et al., 19G6; Cardenas et al., 1968; Hanson a. Slife, 1969; Robertson a. Kirkwooil, 1970; Günther et al., 1970; Ладонин, 1971). По данным многих исследователей (Morris, 1966; O'Brien et al., 1967, 1968; Jarvis et al„ 1967; Holm et al., 1968; Matthysse a. Phyllips, 1969; Fîtes et al., 1969; Yamada et al., 1971; Holm a. Key, 1971), 2,4-Д в клетках, «потенциальных меристем» дерепрессирует определенный участок ДНК н повышлег активность РНК — лолимеразы; способствуя слнтезу таких и — РНК и белков, которые присущи делящимся клеткам. В результате этого резко интенсифицируется лермклннальное деление клеток камбия, лернцнкла и, возможно, флоэмной паренхимы (Tukey et al., 1945; Beal, 1945; Wilde, 1951; Sun, 1955, 1956; Kiermayer, 1964; Gorter a. Van der Zweep, 1964), Возникновение очагов высокой .черисте-матической активности в осевых органах сопровождается повышением интенсивности процессов окисления и сопряженного с ним фосфорилнроваиня (Smith et al., 1947; Rasmussen, 1947; Гунар и Березовский, 1952; Switzer, 1957, Key et al., 1960); возрастающие потребности этих тканей в веществах, необходимых для синтеза иуклеозпдполифосфатов, нуклеиновых кислот и белка, удовлетворяются за счет ускоренного оттока углеводов, фосфатов и аминокислот из листьев (Smith ei al., 1947; Wort,-1949; Weller et al., 1950; Fang a. Butts, 1954; Freiberg a. Clark, 1955; Toinizawa, 1956; Ракитин и Земская, 1958; Cardenas et al., 1968), В конце концов здесь накапливается масса слабодифференцнрованных паренхимных клеток, что приводит к нарушению целостности проводящих и покровных тканей (Tukey et al., 1945; Beal, 1945; Eames, 1949, 1950; Rojas-Garciduenas a. Коптим! a Iii, 1958; Gorter a. Van der Zweep, -1У64), ' . ............

« * • . '.'t

... _ . . ■ ''.■-■■{■■■"

Однако реализацией' гормональной активности галоидфе-; нокснкислот можно объяснить далеко не все проявления гер-бицндного эффекта, например, такие, как резкое, подавление функций апикальных меристем, где сильно повреждаются яд-,; ра, митохондрии, приостанавливается синтез нуклеиновых кислот (Ryland, 1946; Nygren, 1949; Doxey a. Rhodes,, 1949; Croker, 1953, Münch, 1957; Key a. Hanson, 1961,' Киселев, 1964; Елса-кова, 1964;. Конарев и Елсакова, 1965; O'Brien, 1967; Fites et al., 1969; Holm et al., 1970; Рпдце'в, 1972). Быстрое и существенное торможение процессов поглощения и транспорта веществ (Nance, 1949; Wolf et al., 1950; Rhodes et al., 1950; Гу, нар и сотр., 1952; Fang a. Butts, 1&54; Rebstock et at., 1954; Березовский и Курочкина, 1956, 1957; Cooke, 1957; Ракнтин и Потапова, 1959; Wright, 1961; Брянцева н Калашникова, 1965. Grant a. Fuller, 1966; Leonard et al,, 1967) также не имеет отношения к проявлению гормональной активности гербицидов. Мы предположили, что подобные эффекты обусловлены.инги-

■ бирующлм действием га л оидфеноксл уксусных кислот, направленным, в частности, на процессы окислительного фосфорилн-:рования.

Вначале были получены подтверждения известной (Brodv, 1952; Switzer, 1957; Хубутия, 1959; Wedding a. Black, 1962; Stenlid a. Saddik, 1962; Якушкнна нЛихолат, 1964;'Воннило и сотр., 1967, Л968, 1969; Деева, 1967; Чесалнп и corp., 1968; Lotlikar, 1968, Спесивцев и сотр., 1969, 1971; Маштаков и сотр., 1971) способности га лоидфеноксн кислот ннгнбнро-вать процессы окислительного фосфорнлнрования, осуществляемые изолированными митохондриями. При этом,выяснилось отсутствие связи между уровнем гербнцидной активности соединений и степенью их токсичности для реакций, приводящих к синтезу макроэргическнх нуклеозидполнфосфатов. Например, не обладающие фнтотоксичностью 2,6-Д и 2. • J, 6-Т в качестве ингибиторов окислительного фосфорнлнрования лишь незначительно уступали высокоактивным 2,4-Д и 2, 4, 5-Т соответственно, что было подтверждено позже Botrill (1965)

■ и Lotlikar et al. (1968).

На следующем этане исследовали изменения интенсивности процессов окислительного фосфорнлнрования в растениях in vivo, обработанных гербнциднымн дозами галоидфеноксн-кнслот. Митохондрии, выделенные из опрыснутых 2,4-Д этиолированных проростков хлопчатника или зеленых растений горо-' xa, характеризовались пониженной сопряженностью фосфорн-' лнрования с -окислением субстратов. Вместе с тем использованная для обработки- растений 2,6-Д почти не влияла на активность выделенных вслед за этим митохондрий. О влиянии гербицида на окислительное фосфорилнрованне в растениях, in vivo .можно было бы судить также по изменению содержания

или скорости синтеза нуклеозидполнфосфатов. Вопреки ожиданиям, нам не удалось наблюдать существенного уменьшения содержания нуклеозидполнфосфатов в обработанных 2,4-Д корнях гороха, хотя синтез этих веществ, судя по скорости включения в них Р32, тормозился весьма ощутимо, :

Хотя данные экспериментов и свидетельствовали о возможности воздействия 2,4-Д на процессы окислительного фос-форилнрования, они не могли рассматриваться как окончательное доказательство реализации этой возможности даже потому, что применявшиеся методы давали возможность судить лишь об интегральном результате многих, может быть, противоположно направленных изменений обмена. В дальнейших экспериментах использовалась методика, позволяющая наблюдать быстро проявляющиеся специфические ответные реакции клеток на гербицид. Подобные условия создавались, например, при кратковременной (15 мин.) инкубации обработанных гербицидом отрезков этиолированных ттроростков гороха в растворе меченого фосфата, после чего нуклеозндполн-фосфаты выделяли, индивидуализировали п измеряли их радиоактивность. Установлено, что 2,4-Д в концентрации 5Х М существенно замедляла включение Р32 в нуклеозид-полифосфаты при 15—60 мин. инкубации отрезков; увеличение продолжительности инкубации приводило к почти полному прекращению синтеза этих веществ (рис. 1). Включение Р32 в АТФ, АДФ н УДФГ замедлялось даже при уменьшении концентрации гербицида в 10 и 100 раз (табл. 1). -

Таблиц а,; 1

Влияние 2,4-Д на синтез нуклеозидполнфосфатов в отрезках третьего междоузлия этиолированных проростков гороха

' 4 и й 1 * Радиоактивность нуклсозидпол «фосфатов, выделенных из 500 мг ткани через 15 мин. пребывания отрезков на растворе Ма2НРиО(

5 | % Я 3 я Е> Слое \ДФ АТФ УДФГ .

Я ® С: . я Эм К га 3 а-» и: **<м* = к ® Е 5 а £ П Я л н- К К а X к ^ я ¿г

. 1 час 0 (контроль) 5 • 10-ь 5 • Ю-4 5 • Ю-3 1290 1607 1230* 900 100,0 123,8 90,3 69,7 6306 5710* 4890 2680 100,0 -95.4 77,5 " 42.4 4216 4008* 3770 2264 100,0 95,0 - 89,4 53,7

. 3 0 (контроль) 5•10-Е 5 • Ю-4 5-10-» 1308 1100 960 368 100,0 79,7 69,5 26,2 6015 5430 4320 784 100.0 82,0 65,3 11,8 32(4 2364 1890 617 100,0 ' 72,8 58,2 19,0

* Разница с котггролем медостоьерпз при Ро.га,

Как показали опыты с отрезками этиолированных проростков гороха, процессы фосфорилирования, протекающие в тканях первого, второго или третьего междоузлий, проявляли равную чувствительность к гербициду вне зависимости от того, что их клетки находились в различном физиологическом состоянии (клетки третьего междоузлия росли растяжением, а клетки первого междоузлия завершили рост за несколько дней до начала эксперимента). Точно так же и процессы окислительного фосфорилирования, осуществляемые митохондриями, которые выделяли из разных междоузлий проростков гороха, проявляли одинаковую чувствительность к 2,4-Д. Однако опрыскивание раствором гербицида ннтактных проростков сказывалось на митохондриях из третьего и первого междоузлий далеко не одинаково: если у митохондрий, выделенных: из самого молодого, третьего междоузлия, сопряженность окислительного фосфорилирования заметно ослаблялась, то митохондрии из самого старого, первого междоузлия характеризовались даже повышенной (по отношению к контролю) сопряженностью фосфорилирования с окислением субстрата (табл. 2).

Т абл и-ца 2

Окислительное фосфор ил ирован не митохондрий, выделенных и-j этиолированных проростков гороха not.те обработки их гербицидом

¿¿Iя 4> 4 Е 1 П « Со О £ 5" Варианты опита Митоховдрнк из первого междоузлия Митохондрии из третьего междоузлия

■в 3 gl«

К к СЙ а. С.СЧ ДО ДР Р/О ДО ДР Р/О

12 час Контроль . , . . Обработка 2.4-Д . . 3,1 4,3 3,1 4,0 1,0 0,9 3,5 3,0 6.0 4,5 1Я 1,5

24 час Контроль ..... Обработка 2,4-Д . . 2,6 3.1 2.2 4,0 0,8 1,3 3.3 2.4 6.8 3,0 2.0 1,3

Различия достоверны при Po.cs.

Для уточнения особенностей реакции различных тканей на 2,4-Д проведена серия экспериментов с этиолированными пгао-котнлями сон, нарушения обмена веществ которых детально описаны Key a. Hanson (1961), Chrispeels a. Hanson (1962), Key a. Shannon (1964), Key et al, (1966), Fites et al. (1969), Holm a. Key (1971). Объектом исследования служили 60-часовые этиолированные проростки сон, которые (в точном соответствии с методикой названных авторов) опрыскивали

" 5- Ю-4 ЛИ раствором калиевой соли 2,4-Д. В апикальном участке гипокотнлн длиной 5 мм, который примыкал к семядолям, преобладал» делящиеся клетки, я в субапикальной зоне были закончившие рост, дифференцирующиеся клетки. Через 24 часа отрезки из апикальной и субапикальной зон гипокотиля помещали на 15мнн, в раствор Na^IP^O*, после чего измеряли радиоактивность нуклеиновых кислот и нуклеозидполифос-фатоо.

В тканях субапикальных зон гипокотилей сои под влиянием гербицида происходило ускоренное накопление нуклеи-" новых кислот, которое оказывалось возможным благодаря ■ интенсификации окислительного фосфоршшрования (рис. 2).

В.тканях апикальных зон гипокотиля синтез нуклеиновых кне-' лот временно приостанавливался, а затем (видимо, по мере детоксикацнн 2,4-Д — Fites et ab, 1969) возобновлялся. Скорость включения Р32 в нуклеозндполнфосфаты претерпевал;) примерно такие же изменения (рис. 2).

Если активизацию синтеза нуклеиновых ¡кислот в «потенциальных меристемах» {в частности, в субапикальной зоне гипокотиля сои) объясняют дерепресснен участка генома и стимуляцией РНК-пол и леразы (O'Brien et al„ 1968; Fites et а 1., 1969; Holm.a. Key, 1971), то причины торможения этого - процесса в делящихся клетках апикальной зоны гипокотиля остаются невыясненными. Казалось весьма вероятным, что подавление синтеза нуклеиновых кислот обусловливается недостатком нуклеозидиол«фосфатов, который создается в результате ингибнроваиии процессов окислительного фосфорилированля. Но данные о параллельном и одновременном изменении скорости включения Рм в нуклеиновые -кислоты и нуклеозндполнфосфаты (рис. 2) не давали достаточных оснований для подобных заключении. Более демонстративными оказались результаты опыта с использованием радиоактивного непосредственного предшественника нуклеиновых кислот. Гак, включение УДФ-8-С14 в нуклеиновые .кислоты апикальных зон опрыснутых 2,4-Д гипокотилей сои подвержено лишь очень кратковременной и относительно слабой депрессии (рис. 3). Представляется вполне вероятным, что даже эту непродолжительную депрессию следует отнести прежде всего за счет замедленного поступления радиоактивного вещества в обработанные гербицидом отрезки, -причем указанное обстоятельство могло утрачивать значение по мере того, как ткани обогащались содержащимися в инкубационной смеси УДФ и АТФ (рис. 3).

Полученные данные позволили полагать, что торможение . синтеза нуклеиновых кислот в делящихся клетках не обусловлено непосредственным действием гербицида, а связано, по всей вероятности, с блокированием процессов образования

нуклеозидиолифосфатов, являющихся одновременно и предшественниками нуклеиновых кислот, и носителями необходимой для их синтеза энергии. Подобная констатация, на пер-.вый взгляд, находится в противоречии с мнением Hanson Л , Slife (1969) и Ладони на (1971), которые полагают, что активизация эндэргоннческнх процессов в обработанных 2,4-Д растениях несовместима с ннгнбнрованием окислительного фос-форилцровання. Но это противоречие лишь кажущееся, так как процессы синтеза нуклеиновых кисл-от и нуклеозидполи-.фосфатов стимулируются в одних тканях, а подавляются — * в других.

Развитие представления об ингибировании процессов окислительного фосфорнлнрования как одном из путей реализации гербнцидной активности 2,4-Д и других галоидфенокси-кнслот иногда сталкивается с трудностью объяснения того факта, чго не обладающие фнтотокснчностью аналоги (например, 2,6-Д или 2, 4, 6-Т) оказывают почти такое же воздействие на изолированные митохондрии, как 2,4-Д или 2, 4, 5-Т, Однако, как уже отмечалось ранее, обработка ннтактных ра-..стеннй раствором 2,6-Д в отличие от обработки раствором 2,4-Д не сказывалась на фосфорнлирующей активности митохондрий. Точно так же и опрыскивание этиолированных гнпо-котилей сон 5-10_<,М раствором калиевой соли 2,6-Д почти не отражалось на скорости включения Р32 в нуклеиновые кислоты и нуклеозидполнфосфаты. Весьма вероятно, -что диорто-замещенные 2,6-Д и 2, 4, 6-Т в растениях in vivo не способны преодолевать мембраны н вступать в контакт с субклеточными структурами так же легко, как это происходит в экспериментах in vitio. Не исключена возможность, что одним из существенных этапов реализации физиологической активности галоид-фенокенкнелот является соединение их с белками — медиаторами, которые обеспечивают специфичность взаимодействия с определенными ферментами. Сели это допущение верно, то «двухточечную» концепцию Muir et al. (1949); Muir а. Han-sch (1955), связывающую физиологическую активность гало-ндфеноксикислот с наличием карбоксильной группы и незамещенного орто-положепия, можно было бы отнести именно к взаимодействию этих веществ с медиаторами. Во всяком случае отсутствие активности у диортозамешенных галоидфено-кснкислот при нанесении их на интактные растения получило бы вполне удовлетворительное объяснение.

Результаты экспериментов позволили заключить, что действие 2,4-Д реализуется по меньшей мере двояко: наряду с характерной для «потенциальных меристем» активизацией синтеза РНК, которая сопровождается повышением эффективности окислительного фосфорнлнрования, в делящихся клетках гербицид ингибнрует процессы образования макроэргических

нуклеозидполнфосфатов, что служит причиной расстройства многих других реакций обмена веществ, в частности, обмена нуклеиновых кнслат.

Возникало предположение (va п Overbeek, 1034, Л1аштаков н сотр., 1967), что подавление процессов окислительного фос-1 форилнрованин обусловливается не галондфенокснкпслотами непосредственно, но эндогенными фенолышми веществами, содержание которых в обработанных растениях часто возрастает ■ (FuFts а, John son, /950, Die (erman et л!., 1964, ТгоисЫ, 1966, Волынец и сотр., 1969, Ламан, 1970, Маштаков и сотр., 1971), Как выяснено нашими опытами, и обработанных 2,4-Д этиолированных проростках гороха, которые .характеризовались рез-кфониженно!! с костью образования макроэргнческнх нукле-озидпол и фосфатов, содержание эндогенных фенолов практически не изменялось. Увеличение концентрации фснольиих веществ, если оно и имело место, происходило обычно через длительные промежутки времени, так что оно могло расцениваться как следствие повреждения растительного организма. Из этого вытекает, что быстрое подавление синтеза нуклеозидполнфосфатов нужно отнести за счет непосредственного вмешательства 2,4-Д.

С трудностью разграничения нервнчиых нарушений обмена веществ и их многочисленных последствии мы столкнулись не только в рассмотренном выше случае, но н при изучении некоторых других направлении действия галопдфеноксикислот. Так, хлоропластам, выделенным из обработанных 2,4-Д н 2,4,5-Т растений гороха, была свойственна пониженная интенсивность фотосннтетнческого фосфорнлирования. Однако на этом основании нельзя было сделать вывод, что ингибнрование фотосинтетическнх процессов является причиной гибели растений, поскольку для развития отмеченных нарушений требовалось довольно продолжительное время, несмотря на то, что гербицид поглощается главным образом листьями. Кроме того, в опытах с изолированными хлоропластами галоидфено-ксикислоты были сравнительно слабым» ингибиторами псевдоциклического н нециклического фосфорнлирования и особенно реакции Хилла: например, ЕД50 2,4-Д для псевдоииклн-ческого фосфорнлирования равна 4,1—9,5* 10~3М, а для реакций фотолиза воды — 2,3 • Н)~2М. Все это дало нозможность предположить, что снижение интенсивности фотосинтеза является не столько результатом непосредственного действия гербицида на эти процессы, сколько следствием реализации его активности в осевых органах. : К числу наиболее характерных особенностей гербинпдно-* го действия 2,4-Д необходимо отнести уменьшение содержания эндогенных ауксинов, которое быстро и резко проявляется в наиболее молодых тканях растений (табл. 3). Ткани, в ко: 8

торых локализованы указанные изменения, по весу составляют лишь ничтожно малую часть растительной массы, что и послужило, вероятно, основной причиной противоречивости выводов тех исследователей, которые определяли содержание ауксина в целых растениях, обработанных гербицидом (Henderson a. Deese, 1954, And us a. Thresh, 1956, Чигрин и сотр., 1970, Günther, 1970).

Снижению содержания ауксина всегда сопутствовало или даже предшествовало повышение активности оксидазы ИУК, . о чем свидетельствовало, в частности, ускорение декарбоксп-лировання экзогенной ИУК.-1-С14 (рис. 4). Поскольку 2,4-Д г , не влияла на этот фермент in vitro, представлялось интерес-пыл выяснение причин его активизации в растениях in vivo. Оказалось, что активность окендазы ИУК возрастала в тон мере, в какой' падала активность эндогенного ингибитора * фермента. Возможно, это и является одной из причин повышения активности оксидазы МУК, которое обусловливает снижение содержания ауксина, ;

■ Т а' б л и и а 3

Изменение содержания ИУК в растениях кормовой капусты л од действием

2,4-Д (100 м кг/рас г.)

Органы Варианты опита Количество ИУК (мкг/г сырого и ос а У поело обработки 2,4-Д

растет:!"* через 12 час. через 24 час. через 72 час. через 120 час.

Верхушки Контроль .... Обработка 2,4-Д . . 3 SI, 3-1,2* 45,1 19.7 57*1 16 J 40,8 14,4

Ctvíwii 1Г черешки листьев Контроль ...... Обработка 2,4-Д . . 5.Г) 10,0 8,9* ajo 6,2 7,0 5,8

Листья Контроль .■ . . . , ОЗрабогка 2,4-Д , . 21 ;С 21 ;1* 23,6 18,2 26,5 18,8 23^ 14,6

* Различия недостоверны при Po.os-

Итак, физиологическая активность 2,4-Д реализуется главным образом в осевых органах растении. При этом в «потенциальных меристемах» проявляется гормональная активность этого соединения, благодаря чему акт?шзируется синтез нуклеиновых кислот и белка, поддерживающий бурное периклп-: Налыюе деление клеток и пролиферацию тканей. Наряду с этим в делящихся клетках проявляется ингибирующее действие гербицида, который подавляет процессы окислительного фосфорилирования, что служит причиной торможения здесь* синтеза нуклеиновых кислот и, возможно, других реакции об-:

мена веществ. Реализация физиологической активности 2,4-Д в «местах конечного действия» сопровождается многочислен- ' ными неспецифичными побочными эффектами.

Транспорт и метаболизм 2,4-Д в растениях , ^ ■

При опрыскивании растений основное количество гербицид.:-да акцептируется листьями, тогда как его активность реализуется главным образом в тканях осевых органов, поэтому ни- ' -тенснвное передвижение галондфенокспкислот из обработанных листьев к «местам конечного действия» является одним из важнейших условий проявления гербицндпого эффекта,. Это подтверждается, в частности, результатами опытов," в; которых обнаружена связь между подвижностью 2,4-Д в расте"ни: ях и степенью их чувствительности к гербициду (табл. 4). * -4 '

Таблица 4

Динамика оттока 2,4-Д-2-Си из обработанных листьев

Стела ш чувств» тельнастн к гер<5шнду Растения Л £ *£ ед <— и Содержание 2,4-Д (% от количества проникшей) за пределами обработанных листьев

через С мае. через 21 час через 48 час. через 72 час.

Очень чувстви- Подсол НС И! и к . . . 83,3 17,9 52,3 78 8 81,9

телен ыэ Горчиц»..... 25,4 82.3 83,0 85,2

Фасоль ..... 75.5 12.4 47,2 _ 62,9

Соя....... 04,0 13,7 46.6 54,8 53,9

Относительно Бобы....... 04,3 17.6 47,3 55.9 75.7

чувстви- Горох ...... 00,8 5,9 7,0 43.5 63,0

тельные Колеус...... 20,2 24,0 52.7 51,8 56,9

Гречиха..... 87,1 44,0 76.4 80,7 82.5

Марь белая . , , . 08,6 11,1 3»,0 58,0 70,3

Огурец...... 05,0 1,0 4,9 8,0 10,0

Пшеница...... 04.5 3,8 2,7 2;2 4,6

Кукуруза..... 00,7 2.1 2.0 —'. 2,6

Устойчивые Подорожник , . , , 09,7 3,2 0,4 17,5 15,7

Манжетка .... 72,7 —1 11.7 12,7 22,3

Земляника .... 55,0 3,0 6,0 10,6 19.8

Мокрииа-зпездчатка. , 96,9 —• 23,6 —- 28,3

В чувствительных растениях 2,4-Д, как правило, относительно быстро перемещается за пределы обработанного листа, тогда как в устойчивых — основная ее часть подвергается иммобилизации (табл. 4). Даже «аномальное» поведение гербицида в относительно чувствительном огурце не может рассматриваться как исключение из этого правила, посколку выяснилось, что при использованном способе обработки (на-

несение раствора только на листья) растения проявляют довольно высокую устойчивость к 2,4-Д.

: Учитывая значение подвижности 2,4-Д для осуществле-■ ння гербшшдного эффекта, следовало выяснить, в каком виде вещество передвигается в осевые органы. Имелись некоторые основания для предположения, что транспортной формой является неизмененная 2,4-Д, так как именно ее обнаруживали и в эксудатах декапнтированных растений {Taylor a. Warren, 1970), н в корневых выделениях (Crafts a. Yama^uchi, 1958, Fites et al., 1964, Ракитнн и сотр., 1966, Reicl a. Hurtt, 1970). Однако, по мнению Одеса (Audus, 1967), в ситовидных трубках может находиться гликознд 2,4-Д, Из-за отсутствия прямых экспериментальных доказательств вопрос о транспортной форме 2,4-Д продолжает дискутироваться. Для его решения мы использовали «афидную» методику.

На листья молодых растений конских бобов наносили 2,4-Д-ЬСн (10 мкг/раст; уд. активность 35 мкюри/г), а спусти сутки на них высаживали тлей Aphis craccivora. Через 48 часов, когда в растениях накапливались значительные количества метаболитов 2,4—Д, насекомых собирали, содержащиеся ' в них меченые вещества экстрагировали кипящей водой и пе-реэкстрагпровали (после подкисления HCl) днэтилопым эфиром. Водорастворимые вещества гидролнзовалн в 2н HCl 60 мин. при +100°, после чего агликоны экстрагировали диэ-тиловым эфиром. Лликвоты Мирных экстрактов хромато-графировали на бумаге нисходящим током- растворителя н-бутанол-этанол-3 н. NH4OH (4:1:5), который позволяет Отделить 2,4-Д от ее гидроксилнрованных производных » аминокислотных конъюгатов. Радиоактивность веществ в зонах хро-матограмм измеряли на жидкостном снинтнлляционном спектрометре. Эксперимент, в котором тли питались искусственной средой с добавлением радиоактивных аминокислотных производных 2,4-Д, позволил установить, что последние не гидроли-зуются в насекомых. Следовательно, если бы в ситовидных трубках бобов содержались метаболиты гербицида, избранной методикой они были бы выявлены, и обнаружение в экстрактах тлей только неизмененной 2,4-Д свидетельствовало о том, что именно она и передвигается no флоэме к «местам конечного действия». С другой стороны, отсутствие производных 2,4-Д в ситовидных трубках позволило сделать предположение, что образование метаболитов является фактором не только дётоксикацни, но и иммобилизации гербицида.

Во многих растениях 2,4-Д претерпевает различные|нре-вращения настолько быстро, что уже через несколько дней после обработки остаются лишь ничтожно малые количества неизмененного вещества (табл. 5). Среди процессов метабо-

Тзбляца 5

Содержание 2,4-Д-2-С,( к ее метаболитов в растениях фасоли

Содержание веществ, % от общего количества' 2,4-Д « всех се производиu.t э цслщ плетениях

Образец ■ Время после обработки, час « л s 1 ¿ в, г к S ífi Л ¿ ч О О О и Е 1 Ч 2 t К " ï а? а* е* JL.C4 —н К ,Iï4s = Á I* X о i • -е-® Y S гт ^ о с ^ ' чч>, С s< к о * ~ и ïg "rí1 i? T cj еч* ^ è 5 - p ас,'« Я о ° fí ч л 4 - я ч S Uns £ g о SS ï T й "W "S 3 и s Im a тг = 2? SFIO 4g S ó S«? — •©■«. § i3 Ü ts f P 4* 5 S x a« á Igs %H O v о a -oq л ' CJ fiû *" si § 1 сумма 2,4-Л и ее метаболитов

Листья 21 72 120 íes 2¡¿ 1,8 2,0 2,5 4А 2,0 1,2 1,5 24.2 24,0 21.3 22.4 ■ 0,8 0,4 0,5 0.4 2,3 0,4 10,7 135 7Л 3.0 . 1.5 1.5 2.6 3.0 3,3 5,7 6М 40,6 53,1 475

Стебли 24 72 120 IOS 21.7 11.8 1,0 0.3 3,1 1,5 1,7 EU 27,8 ' 30,7 27,7 ; 02 0.8 1,2 3,0 0,5 10.9 5,7 11,G 0,0 3,0 0,3 ■ i.o 0,9 2.0 3,3 6.2 33,0 59,4 40,9 523

Пел не растения ..... 24 72 120 ' íes 40,5 13,0 0,7 4,0 4.7 5.1 2.8 3.2 335 r 51,8 ; '55,0 50,1 1.0 1,2 1,7 3.5 2,9 17.3 25.4 24,3; 7.9 6,0 '1,8 2,5 3.5 5.0 6.6 11.9 100,0 (2723) 100,0 (2761) 100,0 (2975) 100,0 (3081)

В скобках —i радиоактивность веществ, вшелешшх из 20 растений, —тис; ими/мин. (ira жидкостном сштпш я низинок спектрометре).

лизма гербицида наибольшее значение имеют: а) дезалкнлл-рование с высвобождением 2,4-днхлорфенола н двууглеродно-• го "фрагмента, б) гидроксилирование в кольце и образование соответствующих О—ß—D-глюкозндов, в) конъюгированне с аминокислотами, г) образование 1—0—(2,4-дихлорфенокси-ацетил) — ß—D-глюкозы, д) образование белковых комплексов, Все эти процессы в тон или иной мере исследовались нами.

Растения, обработанные 2,4-Д, меченной но углероду карбоксильной или метиле новой групп, всегда выделяют в ат-л м о сферу СнОг, что является результатом деградации боковой цепи гербицида (Fang et al, 1951, Weintraub et al„ 1952, 1956, LuckwiM a. Lloyd-Jones, 1960, Williams et ab, 1960, Canny a. Markus, 1960, Edgerton a. Hoffman, 1961, Morgan a. Hall, 1963, Basler, 1964, Norris a. Freed, 1966, Эйдельнанг н corp., 1968). В то же время ароматическая часть молекулы, судя по скорости выделения С'Юз растениями, которые обрабатывали 2,4-Д, .меженной по углероду кольца, значительно более стабильна (Weintraub et al., 1952, Эйдельцант и сотр., 1968). Это позволило предполагать, что в обработанных растениях, особенно в тех, которым свойственна способность интенсивно деза л кнл кровать 2,4-Д, может накапливаться 2,4-д л хлор фенол. Однако такая возможность долгое время подвергалась сомнению, потому, в частности, что См из метпленовой группы 2,4-Д выделяется в атмосферу гораздо более медленно, чем С14 из карбоксильной группы (Weintraub et al., 1952, Luck-will a. Lloyd-Jones, 1960, Morgan a. Mall, 1963).

Проведенные нами эксперименты показали, что при использовании для обработки растении земляники 2,4-Д-1-Си образование СиОа происходит с тон же скоростью, что и накопление радиоактивного 2,4-днхлорфенола при введении 2,4-Д, меченной по углероду кольца (рис. 5). Следовательно, отделение дв у угле родного фрагмента и образование 2,4-ди-хлорфенола является первым этапом деградации боковой цепи 2,4-Д у растениях. Более медленное выделение Сн02 при метаболизме 2.4-Д-2-С14 (тю сравнению с образованием СиОа при деградации 2.4-Д-1-С'4— рис.5) объясняется, вероятно, более полным использованием углерода метиленовой группы в синтезе эндогенных веществ, что вообще характерно для обмена ацетата (Fanget а]., 1961).

2,4-днхлорфенол (IV на рис. 6), образующийся в результате дезалкнлнрования 2,4-Д, был идентифицирован (в сравнении с аутентичным образцом) при -помощи бумажной, тонкослойной и газо-жидкостной хроматографии. Особенно большие количества 2,4-дихлорфенола обнаружили в растениях, характеризующихся высокой скоростью дезалкплирова-

ния 2,4-Д {например, в землянике, подсолнечнике). Этот метаболит накапливался главным образом в листьях, даже если гербицид активно транспортировался в осевые органы (табл. 6). Следовательно, дез а л к ил и ров а н не 2,4-Д происходит в листе более энергично, нежели в других растительных тканях. Об этом же свидетельствует и тот, факт, что при нанесении гербицида на лист ^дезалкнлированне 2,4-Д . протекало значительно более энергично, чем при внесении его в верхушечную почку растений подсолнечника.

.Таблица 6

Локализации 2,4-ди хлор фенола, образующегося в растениях подсолнечника при деза л копировании 2,4-Д, меченной по углероду кольца ! ','■>'-;

Части расте-ннЛ Радлоактивность втехтв (% . от обшего количеств л: в полом расте-Пии-)' через." 100 .'часов после-' обработки растений

2>4-дихлар|фе!10л . 2,4-Д и ее метаболиты (■без 2,4-ди-; хлор Фенола)

Верхушка.......... Корень.......... . 4.3 ., ' 35.....*'г"'г ■ 87,1 0,1 37.1 34,0 • . 20,1 -2.8

Возможность обнаружения 2,4-дихлорфенола в растениях через продолжительные промежутки времени после гербшшд-нон обработки может свидетельствовать об относительно высокой стабильности этого метаболита, дальнейшую судьбу которого ТОЛЬКО предстоит ВЫЯСНИТЬ,11: .. Г.

Изученные нами растения существенно различались по скорости дезалкилнрования 2,4-Д. Наиболее высокая интенсивность процесса (до 31—37% за 96 час.)- была свойственна очень чувствительным к гербициду растениям подсолнечника и устойчивым растениям земляники. В то же время деградация боковой пепи 2,4-Д медленно (З-т-6% за 96 час.) проис-. ходила в совершенно по-разному реагирующих ■ на 1 гербицид растениях одуванчика, сои, хлопчатника^ мари белой, кукурузы, мокрицы-звездчатки. Следовательно, степень чувствительности растений, как правило, не зависит от скорости дезалкилнрования 2,4-Д, хотя не исключено, что для некоторых видов, например, для земляникн, интенсивная; деградация боковой* цепи (особенно в сочетании с иммобилизацией тканямн листьев) является важным фактором устойчивости к гербициду.

Конъюгнрование с аминокислотами характерно, г видимо, для метаболизма 2,4-Д в растениях -семейства^, бобовых. Например,-в растениях сон с аминокислотами связывается до 48% гербицида. Нам удалось установить, что в этих растениях;

образуется не только хорошо известный (Amlreae a. Good, 1957, Klambt, 1961) аспартат 2,4-Д, но и не описанная ранее N — (2,4-днхлорфеноксиацетнл) —L—глутамнновая кислота (VII и VIII на рнс. 6), причем в составе последнего соединения находилось почти 40% гербицида, конъгогированного с аминокислотами. Указанные метаболиты, имеющие почти одинаковую подвижность при хроматографировании на бумаге и тонком слое силнкагеля, были разделены с помощью газо-жидкостноп хроматографии. Для их идентификации нсполь-/зовали УФ-, ИК-, ЯМР-, ■масс-спектр о метрические методы; кроме того, изучались свойства высвобождающихся при гидролизе (в 6н НС1) аминокислот. Аминокислотные производные 2,4-Д содержались главным образом в листьях сон и не передвигались в стебли, и это 'позволило считать, что их образование приводит к иммобилизации гербицида.

Вероятно, наиболее важной и универсальной особенностью метаболизма 2,4-Д в растениях следует считать образование гликозидов гмдрокенлированмых в кольце производных гербицида (!—Ш на рис. 6). Среди них самое большое значение имеют 4-0-р-0-глюкознды 4-оксн-2,5чдпхлор- и 4-оксн-2,3-дн-хлор-феноксиуксусных кислот (Thomas et al., 1964, Hamilton et al,, 1968, 1971, Flecker a. Steen, 1971). Эти вещества (табл. 5) выделяли из растений фасоли кипящей водой и после подкисления экстрагировали н-бутаЦоДом; растворитель удаляли и вещества очищали с помощью гель-хроматографии на сефадексе Г-10 (элюент-вода). Они гидролнзовллись р-глю-козидазой с высвобождением пглпконов и глюкозы, которую выявляли при помощи глюкозоокендазы и цветообразующнх реагентов. Агликоны хроматографировали на бумаге и тонком слое силнкагеля, причем по подвижности они не отличались от 4-окси-2,5-дихлор- и 4-окси-2,3-днхлор-фенокспуксусных кислот. Масс-спектрометрическое исследование указанных соединений продемонстрировало наличие гндроксильных групп в молекуле; о присутствии свободных гндроксильных групп свидетельствовала также их положительная реакция с сульфаниловой 'кислотой и реактивом Суэйна, а также бато-хромный сдвиг в УФ-спектре. '

4-0-р-0-глюкозиды 4-окен-2,5-дихлор- и 4-оксн-2,3-дн-хлорфеноксиуксусиых кислот накапливаются как в листьях, так и в стеблях (табл. 5), причем возможность их передвижения по флоэме была отвергнута результатами экспериментов с использованием «афндной» методики. Следовательно, образованием глюкозидов гндрокенлнрованных производных 2,4-Д достигается не только детокенкация (Hamilton et al., 1968, 1971), но и иммобилизация гербицида. В обработанных 2,4-Д растениях фасоли нами обнаружено некоторое количество

«свободных», негликозидированпых * 4-ок-сп-2,5-дихлор- н 4-оксн-2,3-дихлор-фенокснуксусных кислот (табл. 5).'

Относительно недавно выяснилось, что глкжознды гндро-ксилированных производных 2,4-Д накапливаются также в злаках (Hamilton et al., 1971, Flecker a. Steen, 1971). Однако для метаболизма гербицида в этих растениях, вероятно, более характерно образование-другого водорастворимого продукта — эфира с глюкозой (1—0—/2,4-днхлорфеноксиацетнл/р-D-глюкозЯ (Thomas et al., 1964; VI на рнс. 6). Названное соединение выделено нами из обработанных 2,4-Д растений кукурузы, индивидуализировано различными хроматографически ми методами и идентифицировано с помощью УФ- и ИК-спектрометрии; метаболит - гидрол изовалея ß-глюкозидазой:н кислотой с высвобождением 2,4-Д и глюкозы. Установлено, что это вещество может содержаться и в двудольных растениях (табл. 5), хотя здесь его обнаружено гораздо меньше, чем в злаках.

Важной особенностью метаболизма 2,4-Д в злаковых растениях является образование комплексов с белками, которые детально изучены Земской и Ракитиным (1964, 1967), Ракитным и сотр. (1966), Земской й сотр. (1969, 1971). Выделенные нами из листьев овса и пшеницы белковые комплексы 2,4-Д оказались довольно стабильными, не разрушающимися при гель-фильтрации. Вполне возможно, что связывание с белками является одним из основных факторов иммобилизации 2,4-Д листьями злаков (табл. 3, Hallmen a, Elliasson, 1972).

Начальные этапы метаболизма 2,4-Д в растениях изучены довольно обстоятельно. В противоположность этому, дальнейшая судьба описанных метаболитов (рнс. 6) почти совсем не исследована; не выяснена даже возможность деструкции ароматической части молекулы. С точки зрения интересов санитарно-гигиенической оценки сельскохозяйственных продуктов важно, что до сих нор не определена токсичность метаболитов гербицида для теплокровных, причем известные методы анализа остаточных количеств позволяют, как правило, открывать неизмененную 2,4-Д, несмотря на то, что в большинстве растений она остается таковой лишь непродолжительное время. Эти соображения послужили основанием для внесения таких изменений в 'метод Marquardt a. Luce (1961), которые дали возможность определять общее содержание гербицида и его метаболитов. Эта цель достигается или сплавлением образца растительной ткани (без "предварительной экстракции гербицида) с солянокислым пиридином, или гидролизом его в 6н HCl при -г 100° с последующим применением того же дезалкнлнрую-щего агента. Замена рекомендованной Marquardt a. Luce (1961) среды, в которой происходит взаимодействие 2,4-ди-хлорфенола с 4-амнноантипнрином, фосфато-спнртовым буфе-;

ром рН 7,0 повысила чувствительность метода и значительно увеличила стабильность окрашенного раствора. Метод рекомендован Государственной комиссией по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений п сорняками при МСХ СССР для санитарно-гигиенической оценки продуктов урожая, полученных при использовании 2,4-Д н 2М-4Х в качестве гербицидов.

О причинах избирательности гербицидного действия

Высокая селективность 2,4-Д обусловливается, видимо, многими причинами. Степень чувствительности растений может определяться, например, количеством удержанного гербицида, которое зависит от смачиваемости и площади поверхности листьев, от угла их наклона и т. д. (Fogg, 1947, Ennis et al., 1952, Holly, 1952, (964, Blackmail et al., 195a, Asliworth a. Lloyd, 1961, Крафтс и Роббннс, 1964). Имеет значение и то обстоятельство, что у устойчивых злаковых растений отсутствует камбий (Войтехова, 1952, Hanson a. Siiie, 1969), в клетках которого реализуется гормональная активность 2,4-Д; кроме того, злаки характеризуются повышенной активностью РНК-азы (Key, 1963, Shannon et al., 1964, Lontai et al„ 1970), которая, возможно, способна предотвратить накопление нуклеиновых кислот н пролиферацию тканей, Устойчивость некоторых растений может быть связана с низкой скоростью проникновения гербицида в лист (Воеводин, 1961).

Одним из основных факторов устойчивости следует считать способность тканей растения энергично осуществлять дегокси-кашпо гербицида (Ракнтнн, 1953, 1956, 1961, 1963), так как к «клегкям-мншеням» может передвигаться лишь неизмененная 2,4-Д. Образование же тех нлн иных метаболитов приводит к иммобилизации гербицида. Правда, в некоторых случаях утрачивает подвижность и неизмененная 2,4-Д (Dexter et al„ 1971), причем причины подобной иммобилизации пока еще не выяснены.

Можно, но 'всей 'вероятности, считать, что .устойчивость растений к 2,4-Д часто зависит or интенсивности ее детокенкаинн и (или) иммобилизации, С другой стороны, присутствие и растительных тканях достаточного количества неизмененной и подвижной 2,4-Д является важнейшим условием реализации се гербнцндпой активности.

Выводы

1. Опытами с изолированными митохондриями показано, что 2,4-Д в концентрациях 3 * Ю-3— 5-lO-Vvl способна илгн-бнровать реакции окислительного фосфорнлироиання. Обработанные 2,4-Д растения характеризовались замедленным синтезом макроэргнческнх нуклеозиднолнфосфатов, а .мнтохонд-2 17

р и и, которые выделяли из таких растений, —пониженной сопряженностью окислительного, фосфорилирования. При этом физиологически неактивная 2,6-дихлорфенокснуксусная кислота (2,6-Д) подобных эффектов не вызывала,.хотя для реакций окислительного фосфорилирования,„протекающих в изолированных митохондриях, указанное вещество было почти столь же токсично, как и 2,4-Д. Это позволило предполагать, что действие 2,4-Д в растениях осуществляется с участием специфичного медиатора или рецептора, с которым днорто-замещен-ные феноксиуксусные кислоты , (например, 2,6-Д)-не способны взаимодействовать.

2. Быстрое торможение.реакций окислительного фосфорилирования под действием 2,4тД проявляется главным образом .в делящихся и интенсивно растущих клетках, о чем свидетельствовали результаты экспериментов с этиолированными эпи-котилями гороха и гииокотнлями сон. Опрыскивание этиолированных проростков сои 5 • 10-4М раствором 2,4-Д приводило к резкому замедлению включения Р32 в .нуклеозидполнфссфа-ты. Одновременно тормозился и синтез нуклеиновых кислот, но поскольку на скорость включения' УДФ-С1^ в нуклеиновые кислоты гербицид оказывал * относительно слабое влияние, сделано заключение, что соответствующие ферментные системы гербицид не повреждает и.блокирование синтеза нуклеиновых кислот следует отнести за счет недостатка нуклеозндполн-фосфатов. Реализация ингибнрующего действия 2,4-Д в делящихся клетках совмещалась с проявлением гормональной активности 2,4-Д в дифференцирующихся .клетках субаиикаль-:ных зон тех же проростков, где под влиянием гербицида заметно интенсифицировался.синтез нуклеиновых кислот и ну-

■ клеознднолифосфатов.

3. Анализ полученных результатов позволил сформулировать представление о том, что действие 2,4-Д-реализуется но крайней мере двояко. Для вторичных , меристем характерна интенсификация синтеза РНК, которая обусловлена, как показано многими исследователями, дерепрессией части генома ц активизацией РНК-полимеразы; возрастающие потребности

. этих клеток в нуклеозидполифосфатах удовлетворяются за счет интенсификации окислительного фосфорилирования. Одновременно в делящихся клетках гербицид ннгнбнрует реакции окислительного фосфорилирования, что служит причиной торможения других процессов обмена веществ, в том числе синтеза нуклеиновых кислот.

4. Реализация' физиологической активности 2,4-Д в первичных и вторичных меристемах сопровождается многочисленными побочными эффектами, которые могут оказывать существенное влияние на физиологическое состояние чувствительных растений. Одним из таких эффектов является быстрое

снижение содержания эндогенной ПУК, которое особенно резко проявляется в апикальных частях побегов и обусловливается заметным повышением активности окендазы ПУК.

Под действием 2,4-Д у растении снижается интенсивность фотосинтетнческих процессов, однако тот факт, что эти изменения происходили через значительные промежутки времени после обработки, а в опытах с изолированными хлоропласта-ми 2,4-Д была относительно слабым ингибитором реакции Хилла, как и реакций нециклического и псевдоцнклпческого фотофосфорилнрования, позволил считать их следствием нарушения процессов обмена веществ в осевых органах, а не результатом непосредственного воздействия гербицида.

5. Полученные данные дают основания считать, что «конечное действие» осуществляется неизмененной 2,4-Д, а не ее метаболитами или эндогенными продуктами обмена веществ, на содержание которых гербицид оказывает то или иное влияние. Об этом свидетельствовали результаты опытов, которыми установлено, что под действием 2,4-Д подавление процессов окислительного фосфорнлнрования происходит раньше, чем изменяется содержание эндогенных фенольных соединений; кроме того, анализ тлей (Aphis 'craccivora), питавшихся на растениях бобов, которые обрабатывали 2,4-Д-1-Сн, показал, что по ситовидным трубкам флоэмы к «местам конечного действия» передвигается только неизмененная 2,4-Д, а не ее метаболиты пли конъюгаты.

6. Доказано, что обязательным продуктом деградации боковой цени 2,4-Д является 2,4-дихлорфелол, который выделен из ряда обработанных гербицидом растений и идентифицирован с помощью бумажной, тонкослойной, газо-жидкостной хроматографии, а также по характеру взаимодействия с несколькими цветообразующнмн агентами. Как выяснено в опытах с земляникой, количество С14Ог, выделяющегося растениями при обработке их 2,4-Д-1-С14, эквивалентно количеству радиоактивного 2,4-днхлорфенола, накапливающегося в результате метаболизма 2,4-Д, меченной по углероду кольца; это послужило основанием для вывода о том, что разрыв , эфирной связи.является первым этапом деградации боковой цепи 2,4-Д в растительных тканях. Наибольшая интенсивность дезалки-лнроваиия 2,4-Д и образования 2,4-дихлорфенол а свойственна тканям обработанных листьев.

7. В некоторых растениях, например, принадлежащих к семейству бобовых, образуется не только М-(2,4-дихлорфепо-ксиацетнл)-Ь-аспарагиновая кислота, но и не описанная ранее М-(2,4-дихлорфеноксиаиетнл)-1—глутамнновая кислота. Этот метаболит был выделен из обработанных 2,4-Д растений сои и идентифицирован с помощью бумажной, тонкослойной, газожидкостной хроматографии, ПК*. УФ-, ЯМР-, масс-спектро-

метрни и некоторых других аналитических методов. Выяснено, что аминокислотные конъюгаты 2,4-Д содержатся главным образом в листьях сои и отсутствуют в ситовидных трубках флоэмы. Следовательно, образование таких метаболитов является одним из факторов иммобилизации гербицида.

8. В некоторых двудольных, растениях основными метаболитами 2,4-Д являются 4-0-р-В-глюкозиды 2,5-дихлор-4-оксн-и 2,3-дихлор-4-окси-фенокснуксусных кислот. Строение указанных соединении подтверждено различными аналитическими, в том числе хроматографическимн методами, УФ-, ИК- и масс-спектромегрией. Показано, что р-Э-глюкозиды гидроксилиро-ванных производных 2,4-Д могут образовываться также в злаковых растениях. Выяснена возможность присутствия в растительных тканях некоторых количеств «свободных», негликози-дированных 2,5-дихлор-4-оксн- и 2,3-дихлор-4-оксн-феиокси-уксусных кислот. Оксн-производные 2,4-Д содержатся и в листьях, и в стеблях, но их отсутствие в ситовидных трубках флоэмы позволяет считать, что образование таких метаболитов связано с иммобилизацией гербицида. /

9. Наряду с О-р-О-глюкозидами оксн-производных 2,4-Д, в растениях образуется еще один, водорастворимый метаболит-1-0-(2,4-дихлорфенокснацетил)-р-0-глюкоза. Строение названного вещества, выделенного из растении кукурузы, подтверждено различными хроматографическимн методами, а также с помощью ИК-, УФ- спектрометрии. Эфир 2,4-Д и глюкозы обнаружен не только в злаках, но и в растениях фасолн.

10. Полученные в экспериментах и литературные данные позволяют считать, что в большинстве видов растений состав метаболитов 2,4-Д почти одинаков, однако раЬтения существенно различаются по скорости осуществления н напряженности тех или иных процессов метаболизма гербицида.

И. В противоположность тому, что присутствие неизмененной и подвижной 2,4-Д является необходимым условием реализации ее физиологической активности, иммобилизация гербицида признана важнейшим фактором устойчивости растений, препятствующим накоплению достаточно больших количеств 2,4-Д в «местах конечного действия». Иммобилизация достигается не только образованием мало подвижных метаболитов, по и адсорбцией неизмененной 2,4-Д на относительно инертных субстратах.

12. Выяснение того факта, что уже через несколько дней после обработки растений преобладающая часть гербицида содержится в виде различных метаболитов и конъюгатов, побудило модифицировать известный метод Марквардта и Льюса и сделать возможным его использование для количественного определения остаточных количеств и «свободной», .50 ■"

и «связанной» 2,4-Д в растительных тканях. Государственная комиссия по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками при МСХ СССР рекомендовала использовать модифицированный метод Марквардта н Льюса для анализа остатков 2,4-Д н 2М-4Х в продуктах урожая.

список

опубликованных работ по теме диссертации

1. Чкаников Д. И., «Макеев2-.Гурьянова Л. Т., Павлова Н. Н., Хохлов П. С., Герцуский Д. Ф,, Макеев Л. М, «Способ определения галондзл-мешетшх фепо к с »уксусных кислот в растительных тканях». Автор, евндет.

157831 приоритет 5/VII 1962, эз регистр, 25/VII 1963. Бюлл. изобретений ■V« 19.

2. Бергзозский М. Я., Герцуский Д. Чкаников Д. И,, Павлова Н. Н. «О гидролизе II передвижении эфи-ров 2,4-д«;;[Лорфенокси уксусной кислоты в растениях». Доклады ТСХЛ, 1963, выи. 89, 444—448,

3. Чкаников Д. И., Алешин Е. П.. Макеев Л. Л1., Павлова Н. Н., Герцуский Д. Ф,, Артем-енко Е. Н., Саутич Л1. Л. «Изучение механизма гербн-шгдного действия 2,4-Д» Химия в сельском1 .хозяйстве. 1963, I,. 47—51.

_ ;-4, Ч«ашков Д. И., Макеев Л. Д., Павлова Н. Н. « Г а л ондфенок с и у к -сусные кислоты и окислительное фосфоридирование». Хнмня> в- сельском. хозяйстве, 1964, Л» 10, 55—60.

5. Чкаников Д. И., Макеев Л. М.„- Олещеико И. Н„ Лльсииг Т. К., Со-валкова Л, К.. Сочили л Е. Г, «О возможности нидушши маской стерильности кукурузы при помощи некоторых химических соединении», Агрохимия, 1964, Мг 7, 123—129.

6. Чкаников Д. И,, Манеев А, В., Павлова Н. И. «Возможные причины избирательности гербшшдного действия галоилфеноксн кислот». Агрохимия, 1964. 11, 55—64,

7. Чкаников Д, И.. Кол очи си А, Ф., Гроссе Ю, И., Бабии В, В. «Сравнительная эффективность эфиров 2. 4. 5-трихлор"$>емокси1уксусной кислоты», Химия в сельском- хозяйстве^ 1965 .4° 2, 55—58.

8. Чканнксз Д, И„ Лакеев А. Л1. Павлова Н. Н. «Влияние галондфе-нокс »кислот на окислительное фосфор-ил к ровал не растений». Химия в сельском хозяйстве, 1965, № 3, 48—52.

9. Чкашжов Д. И., Павлова П. II., Герцуский Д. Ф. «Гало ид фенолы как продукты метаболизма галондфенокенкнелот- д растениях» Химия в сельском хозяйстве, 1965,4, 56—60.

10. Чкаников Д. И„ Коспгна В. И., Герцуский Д. Ф. г Влияние галонд-фенокепкнедот на циклическое фотосинтетическое фо сформирован не». Химия в сельском хозяйстве, 1966, № 2, 50 —54.

11. Чкаников Д. И., Герцуский Д. Ф„ Костина В, И. «Влияние тал ондфенок ош и слот на реакцию Хилла», Химия в сельском хозяйстве, 1966, Л» 3, 59—62,

12. Чкэникоз Д. И., Павлова П. Н., «Изучение белков, отвекггвенных за связывание 2,4-Д в устойчивых растениях» Агрохимия, 1966, № 5, 115— 119.

13. Чкаников Д, И., Лртемснко Е. Н„ Костина В. И. «Измененне актив, кости оксидззы и идол ил уксусной кислоты и содержания ее ингибитора в растениях гороха под действием 2,4-Д» Агрохимия, 1966, № 5. 120—125.

14. Чкаников Д. И., Макеев А. М„ Павлова Н, Н. «Изучите механизма действия галондфеноксикислот». Сб. «Биохимические основы защиты растений» АН СССР, 1966, 170—180, .

15. Чкаников Д. И., Макеев А. М„ Павлова Н. Н„ Лргечигко Е. Н. «Гормональные гербициды к нативикс регуляторы роста растений». Докла-

лы между Fia роди ого симпозиума по'стимуляции растений, Софи ai 1966, 155-161. - .

' ' 16, Микктюк О. Д., Чкаников Д. И., «Исследование метода определения f i у кл еозиат о в в растительных: тканях», Агрохимия, 1967 .V* 6, 128—

■ 137, . .. .

Í7, Павлова Н, II., Чкаников Д. И, «Методы . извлечения гербииндяьм галоидфеноксикнслот из растений» {оСаор), Сельское хозяйство за р>бе:ком, Растениеводство, 1968 Ms 5, 22—26,- - ;

.18. Павлова Н. Н„ Чкаников Д.-И. «Инструментальные методы определения! гадондфеноксюсислот в растениях» (обзор). Сельское хозяйство за ■рудяком. Растениеводство/ 1968 .Ni 7,.1S—23.

Ш. Чкаников Д. И., Костина.В. И. «Влияние галоидфеноксикислот на фотоЬнгтет веские процессы». Хтмня- в сел ьско м-хозяйстве, 1968 .Ni 7, SOGS. ■

• • 20, Лртсмеико Е. Н„ ЧканиковИ„ Макеев Л, М., Костина В. И. «Определение содержания'ß-индодилукеусной кислоты в растениях». Сельскохозяйственная биология, 1970, т. 5, № I, 117—123. . 21. Лртеменко Е, I!.;'Чкаников ДМ1., Макеев Л. :М. «Об определении -. ß-индол ил уксусной кислоты в листьях: кормовой капусты». Физиология и биохимия культурных растений, ¡1370. т. i Jfi 1, 09-4103.

/22. Микнтюк О, Д., Чкатдаов Д. И,-«Нарушение обмена аденозинфос-фа'гоз в корнях гороха под влиянием 2,4-Д», Агрохимия, 1970, № 3, 110—1И,

23. Чкаников Д. И., Микитюк Ol Д., Макеев Л. Д., Миренков Ю. М,

■ «Дополнительные данное о нарушении процессов фосфорилнровання под влиянием 2,4-Д», Физиология растений, 1970, т. 17, .Ns 4. 757—761.

24. Чкаников Д, И„ Махсев Л. М„ Павлова Н. Н., Дубовой В. П. «О метаболизме галокдфенокенкмслот в растениях», Химия в сельском хозяйстве, 1D70 № 8, 48—52. . ; ;.

25. Mikitjuk О. D,, Chkanikov" D. I. «Veränderungen des Gehaltes an Adenosinepliosphaten In Jen Wurzeln von Erbsenpf)an2en unter der Einwirkung von 2,4-D». Beiträge zur Erforschung der Aufnahme, der Weiterleitung und des Metabolismus der wichtigsten neuen Herblcide in den Pflanzen. Tagungsbericht der Deutschen Akademie der Laridwirtschaítswissenseiiaíten zu Berlín, 1970, N 109, 173—ISO. V . .. '

26. Clikanikov D, 1., Makeev Л. 'M„ MlkitjuJc O. D., Kostina V. 1., Arie-meiiko E. N. «Veränderungen des Phenolgehaites in Pflanzen unter dein Eintlus von 2,4-D*. Beiträge zur .Erforschung' der'Aufnahme, der Weiter-ieitung und des Metahoiismus tier wichtigsten .neuen Herbicide in den Pflanzen. Tagimgsbericht der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin, 1970. N 109, 181—194. .

27. Чкаников Д. П.. »Макеев Л. М., Павлова Н. П., Дубовой. В. П. «Водорастворимые метаболиты 2,4-Д в зеленых растениях кукурузы н фасоли». Физиология растений, 1971,,т.;18 .Vt l, 107—'115.

28. Чкаников Д. И.. Макеев А. М., Костина- В. И., Артеменко Е. П., Мякитюк О, Д. -tO роли эндогетшх (Ьенольны.ч соединений' в осмнествле-иин гербнцидного действия 2,4-Д».-Агрохимия, 1971, Хг 3, 116—124,..

29. Артеменко Е. ¡П., Ч«а,1шков Д. И., .Макеев А. М., Дубовoft В. П. «Изменение содержания МУК в обработанных 2,4-Д растениях». Агрохимия, 1971 Гй 10, 133—138.

30. Чкаников Д. И,; Макеев А. М., Павлова- Н. П., Дубовой В. П. «Поведение 2,4-Д'в растениях,., различаюшнхея по степени устойчивости к этому гербициду». Физиология рагтени&,ЛЭ71. т. 18 № 6, 1253—1259,

31. Чкаников Д. И.,"Макеев А, М., Павлова И. Н„ Дубовой В, П. М-(2,4->днхлорфеноксна11етил) — L-глутамнновая кислота — новый метаболит 2,4ЧД». Физиология растений, 1972. т. 19 ÍA 2.-436—442,

32. Чкаников Д. И., Павлова Н, Н., Макеев А. М„ Кныр Л. Л, Соколов М, С, «Фотометрический метод-определения1 мик-рсколнчеста 2,4—дихдор. фен оке-и уксус ной кислоты ir. 2,4-дихлорфенола в воде; почве, растительных

1канях и продуктах урожая*. ЛН СССР, Научный центр биологических* исследований, Институт агрохимии п .почвоведения, ■ Пушино-на-Оке, 1972 (препринт).

33. Кныр Л. Л., Соколов М. С., Иерфилова Н. В., Павлова Н. II,. Чка-пиков Д. И., Макеев Л. М, «Фотометрический1 метод определения мнкроко-.тнчоств 2>четил-4-хлорфеноксиуксуенон кислоты it 4-хлор-2-крезола а воде, почве, растительных тканях и продуктах урожая». ЛН СССР Hayчини центр биологических исследований1. Институт агрохимии! и почвоведения. Пушшю-на-Оке, 1972 (препринт)..

34. Павлова Н, Н., Чкаников Д. И„ Макеев Л. М. «Метод определения галоидф ей окси уксусных кислот ю растениях^ в сб. «Методы анализа пестицидов», Проблемы аналитической химии, т, 2 iM„ Наука, 09—(104.

Тезисы докладов

35. Чкаников Д, И., Павлова Н, П., Герц ус кий Д. Ф„ Махее» Д. М. <06 избирательности действия 2,4-днхло|>феноксиуксусной кислоты». I Всесоюзный биохимический съезд, Ленинград, 1961 вып. 3. 153,

36. Чкаников.Д. П., Коломиен Д. Ф„ Гроссе Ю, И„ Липшица. В. В, «Причины неодинаковой флоюкенчноегн различных зфиров 2,4-днхлорфе-ноксиуксуеной кислоты» I В ее союз н t.ifi биохомнчеекий съезд, Ленинград, 1964 выи. 3, 152-153,

37. Чкаников Д, И„ Алешин Е. П., Макеев Д. М., Павлова Н. П., Др-теменко'Е. Н., Саутич At. А. «Изучение -механизма гербицидного действия 2,4-анхлорфепокснуксусной кислоты», I Всесоюзный биохимически и съезд, Ленинград, 1064 вып. 3, 152.

38. Чкаников Д. И., Герцускнй Д. Ф., Костина В, И, «Влияние галоид-фен оке и кислот на фотосн.нтетичеекие процессы». IX Менделеевский' съезд по общей и прикладной химки, Москва, 1965 вып. 2, 100,

39. Чканккоз Д. И. «Механизм- действия и причины избирательной токсичности важнейших гербицидов». Третья ко1гфере»цня физиологов и биохимиков растении Сибири и Дальнего Востока, Иркутск, 1068, 225—226,

40. Чкаников Д. И.к Макеев А. -Ч,, Павлова Н. Н., Костина В. П., Ар-теменко Е. П., Мики кок О, Д. «Образование галоидфенолоэ при метаболизме галондфенокеккнелот в растениям» (часть I), «Изменение содержания фенолъных веществ в растениях, обработанных 2.4-Д» (часть II), «Нарушение -обчена^аденоз и н фосфатов—одна из важнейших особенностей гербицидного де1ктЕия\2,4-Д» (часть Ш), Материалы III Всесоюзной конференции по разработке1« применению гербицидов в сельском хозяйств е. Секция П, Природа действия терапии до а. Москва. 1969, 29—(33.

41. Дртсмеико Е, Н„ Чкаников Д. И., Макеев А, В, «Спектрофлюоро-метрический .метод анализа! р-иидол ил уксусной кислоты». Тезисы докладов совещания по применении} методов люмштесцентаюго анализа в сельском хозяйстве, Л-енннгрзд, 1069, 11.

42. Чкаников Д. И.„ Дртеменко Е. П., Макеев Д. М, «Влияние 2.4-Д на содержат» ГО'К в растениях». Второй Всесоюзный биохимический съезд. Тезисы докладов на симпозиумах, ФАН, Ташкент» 1969. 321—322.

43. Chkanikov D. I., Makeev Д. М, Pavlova N. N.. Dubovoi V. P. «Some 2,4-D metabolites in dicotyi eel ones». Vll-tli International congress of planl protection. Summaries of papers, Paris, 1970, 758—759,

Объем 1 Уд д. д. ... . Заказ 1016._,_Тираж 200

Тип »графив 'Московской с.-х. академии им. К, А, Тимирязева * Москва 125008, Тимирязевская ул., 44