ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В НИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Для успешного поиска химических соединений, обладаю­щих высокой селективностью гаметоцидного действия, необ­ходима информация о поступлении и распределении экзрген-но наносимого на стебли и листья препарата. Степень поступ­ления и скорость распределения химических соединений зави­сят от морфо-физиологических особенностей листовой плас­тинки, химических характеристик наносимого препарата, ок­ружающих условий и других факторов. У различных видов культурных растений, с которыми проводили эксперименты с целью химической индукции мужской стерильности, в зна­чительной степени варьирует толщина кутикулы и соотноше­ние ее компонентов (воск, кутан, пектин, целлюлоза), а так­же внешняя эпидермальная оболочка [44, 56, 60, 65, 69, 75].

С помощью химических методов анализа исследовали ку-тикулярный слой листьев 24 видов овощных и плодовых куль­тур [77]. Установлено разнообразие в составе и соотношении веществ листовой поверхности и значительные различия в толщине и составе мембраны кутикулы. Однако основные структурные компоненты кутикулы характерны для всех рас­тений. Кут.ин представляет собой полимолекулярную сеть гид-рокси-карбокоильных кислот с простыми и сложными эфир­ными связями. С кутанным матриксом связаны полисахар.иды и кутикулярный и этикулярный воск, богатый алканами. Так как в кутикуле имеются полярные и неполярные группы, она обладает как гидрофильными, так и липофильными свойства­ми [45].

Одним из важных факторов, определяющих степень эф­фективности действия гаметоцида, является зависимость его. активности от климатических и погодных условий, которые необходимо учитывать при разработке доз и концентраций для конкретных возделываемых культур и представляющих их сортов. Однако до сих пор не удалось установить четких взаимосвязей между влиянием условий среды и проницаемо­стью листовой поверхности, хотя развитие кутикулы коррели-

рует с продолжительностью светового периода, инсоляцией, влажностью почвы и воздуха, температурой [81].

Температурный режим является одним,из самых определя­ющих условий развития кутикулы и распределения наноси­мого препарата [83]. При нанесении препарата в разные фазы органогенеза следует учитывать, что с возрастом листа сни­жается абсорбционная способность. Р. М. Nelson и R. К. Reid fl05] доказали, что метиловые эфиры жирных кислот — Lg-ii вызывают гибель меристематических тканей, но не разрушают более зрелые ткани. Механизм такой селективности основан на способности кутикулы действовать как барьер проницаемо­сти по отношению к наносимому препарату. Это было под­тверждено разрушением кутикулы до нанесения эмульсии (4%-ный метил-деканоат+0,1%-ный твин 20). Гибель ткани (ожоги) — результат нарушения структуры мембран. Авторы считают, что твин снижает проницаемость кутикулы и плохо проникает через кутикулу зрелых листьев.

Поверхностное применение гаметоцидных препаратов с использованием радиоактивной метки показало, что при на­несении на лист гаметоциды быстро транслокализуются в ре­продуктивные органы. Нанесение химикатов на базальную часть листа обеспечивало более полное поглощение препара­та, чем на апикальную часть. В репродуктивных тканях ак­тивно аккумулировались гаметоциды.

Наиболее подробно абсорбционные особенности химиче­ских препаратов изучали на гербицидах. Детально были ис­следованы ответные реакции растений двух сортов капусты, характеризующиеся различной чувствительностью к нитрофе-ну (2,4-дихлорфенил-р-нитрофениловый эфир) [113]. У обо­их сортов не было обнаружено заметных различий в скоро­сти прорастания семян, росте растений, плотности устьиц ли­стьев и в транслокализации меченого '^С гербицида. Однако у растений устойчивого к препарату сорта листья обладали более восковидной поверхностью, что позволило сделать вы­вод о корреляции между блокированием абсорбции и содер­жанием воска в кутикуле.

Проникновение соединений в ткани листа обусловлено и другими факторами, характеризующими применяемый раст­вор: температурой, концентрацией, продолжительностью вре­мени его соприкосновения с поверхностью растений, поверх­ностным натяжением и др. Проникновение веществ возраста­ет пропорционально времени и концентрации. Поступление соединения из раствора в ткани листа осуществляется до тех пор, пока его доза на поверхности листа или под кутикулой не станет предельной. В полевых условиях эффективность действия и поступление нанесенного препарата зависят от

сложного взаимодействия климатических факторов и внут­ренних физиологических тканевых параметров (водный де­фицит, значение рН в клетке, концентрация цнтоплазматиче-ского сока и т. д.).

В ткани листа легче проникают недиссоциирующие моле­кулы. Повышение температуры от 10 до 30° увеличивает про­ницаемость кутикулы и мембран, за исключением промежут­ка между 15" и 25°, в пределах которого поступление носит относительно стабильный характер. Если опрыскивание про­водят под давлением, растворы проникают в основном через устьица, однако вещества с поверхностным натяжением, близким к поверхностному натяжению воды (70 дин/см²), че­рез устьица не проникают,[54].

При селективности абсорбции у наиболее распространен­ных видов сельскохозяйственных культур по отношению к 2,4Д (который обладает и гаметоцидными свойствами) ус­тановлено, что толщина кутикулы является решающим фак­тором, а толщина и структура оболочек эпидермальных кле­ток не имеют определяющего значения для степени абсорб­ции препарата. При этом абсорбционные характеристики ста­рых и молодых листьев значительно отличались и в обоих случаях зависели от химических свойств препарата.

На проростках конских бобов поглощение листьями ме­ченого по углероду '^'^^-хлор-о-толил) окиси] бутиловой кислоты было одинаковым для листьев всех возрастов. Одна­ко замена бутиловой кислоты на радикал уксусной кислоты вызывала различия в поглощении молодыми (скорее) и более зрелыми (медленнее) листьями [92]. Таким образом, даже слегка измененная конфигурация молекулы может в значи­тельной степени повлиять на ее способность проникать через мембраны [126].

Пока не установлено четкой взаимосвязи между химиче­скими, физическими характеристиками и проницаемостью пре­парата в системе клеток.

С помощью энзиматически изолированной кутикулы листь­ев была создана шкала проницаемости кутикулы по отноше­нию к ряду алифатических спиртов и их амидов [138]. Соеди­нения выбирали по способности растворять липиды и по моле< кулярньш весам. Результаты опытов показали, что кутикула функционирует в основном как липоидная мембрана, позво­ляющая веществам проникать в клетку пассивной диффузией согласно их растворимости в липидах. Модель молекулярно­го сита больше подходит для молекул малых размеров. Ко­эффициенты проницаемости алифатических спиртов распола­гаются от этанола к пентанолу: этанол<метанол<пропа-

нол<бутанол<пентанол, а в случае амидов: ацета1мид<про-пионамид<.бутиламид<1валерам:ид [121].

Однако при подборе алкильных групп для улучшения аб­сорбция препарата следует также учитывать возрастание фитотоксичности соединения. При исследовании действия че­тырех о-алкилметилфосфонофторидов на проростках пшени­цы была отмечена зависимость фитотоксичности от природы о-алкильной группы, которая усиливалась в следующем по­рядке: этил<изопроп'ил<пипаколил<циклогексил. При этом продукты разложения были менее токсичны [79].

Методами газовой хроматографии и с помощью сцинтил-ляционного счетчика изучали различия в абсорбции буто-ксиэтилового эфира и соли аммония 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфе-ноксиуксусная кислота). Сравнимые результаты показали, что абсорбция 2,4,5-Т была в 2—3 раза выше при использо­вании препарата в форме эфира, чем в форме солей. Однако их передвижение в проводящих системах растения не зависе­ло от химической формы соединения [100].

В опытах с энзнмат.ически изолированной кутикулой пло­дов томата, которая по своим характеристикам близка к ку­тикуле листа, степень хлорирования (но не положение хлора при замещении) феноксиуксусной кислоты увеличивала про­ницаемость ее галогенопроизводных в следующем порядке:

2,4,5- и 2,4,6-трихлорфеноксиуксусная кислота >2,3- и 3,5-ди-хлорфеноксиуксусная >2-хлорфенокоиуксусная>фенокс.иук-сусная кислота. Чем больше полярность феноксиуксусной кислоты, тем легче она проникает через мембраны [53]. Хло­рирование увеличивает растворение феноксиуксусной кисло­ты в л.ипидах и тем самым способствует ее проникновению через кутикулу [127].

Хлорирование бензойной кислоты, наоборот, снижает сте­пень проникновения через кутикулу, и шкала ее проницаемо­сти располагается в нисходящем порядке: 2-хлорбензойная кислота, 2,4- и 2,5-дихлорбензойная и 2,3,6-три.хлорбензойная кислота. J. L. Stoddart [132] объясняет это низкой раствори­мостью галогенопроизводных бензойной кислоты при задан­ных рН (2,5; 3,5 и 5,2) в липидах. Степень хлорирования, фто-рирования и метилирования препаратов обусловливает их биологическую активность и токсичность действия на расти­тельный организм.

Избирательная способность по отношению к абсорбции различных веществ растительными тканями связана с физи­ческими свойствами соединений, включая константу их дис­социации при различной степени хлорирования, фторирова-ния, метилирования и т. д., а также скорость их распределе­ния в липидной фазе при данной рН [23, 24, 91]. При обработ-26

ке растений препаратами их проницаемость могут улучшать некоторые вспомогательные вещества, особенно поверхностно-активные (ПАВ), которые улучшают контакт между препара­том и поверхностью листа, а также повышают степень про­никновения препарата в растительный организм. Так, абсорб­ция 2,4Д возрастала в 7—8 раз при введении в раствор тви-на 80 (концентрация 1%) [57].

С помощью '^I" и "'I" метки изучали «крепление» на по­верхности листьев сои препарата ТИБА (2,3,5-тр.ийодбензой-ная кислота) в концентрации 200 мг [110]. (ТИБА относится к веществам, обладающим гаметоцидной активностью). Бы­ли взяты четыре формы солей ТИБА (натриевая, диметил-амин, диэтиламин и триэтила'мин) в сочетании с четырьмя ПАВ: твин 20 (полдокоиэтилен сорбитан монолаурат), три­тон 100 (октил фенокоиполиэтоксиэтанол) — оба неионные ПАВ; арквад 50 (алкил четвертичный аммоний хлорид) —ка-тионное ПАВ и игепон Т-77 (натрий 1\Г-метил-1\Г-омоил та-урат) — анионное ПАВ. Все ПАВ исследовали в двух концен­трациях — 500 и 2000 мг/кг.

Взаимосвязь физико-химических свойств ПА1В и их кон­центраций с формами солей ТИБА носила сложный харак­тер. ПАВ оказывали значительное влияние на закрепление препарата на растениях, а наибольшая разница в степени «крепления» солей ТИБА встречалась в пределах неионных ПАВ. Следовательно, это лимитирует выбор ПАВ среди неи­онных классов, свидетельствуя о их неспецифичности по сравнению с ионорганическими классами ПАВ. Физиологи­ческая активность препарата зависела от подбора ПАВ. Низ­кие концентрации ионных ПАВ (500 мг/кг) достаточны для достижения максимума прикрепления нанесенного препара­та. Не было отмечено взаимосвязи между формами солей и ПАВ. Во всех случаях для эффективной абсорбции требо­валась высокая концентрация неионного ПАВ (2000 мг/кг), высокие же концентрации ионных ПАВ не улучшали степени закрепления препарата, что свидетельствует о физико-хими­ческой взаимосвязи, включающейся в комплекс проницаемо­сти [11 б].

Активность препарата в основном проявляется при возра­стании концентрации этиленокоида в ПАВ, когда его молеку­лы становятся более гидрофильными или соотношение гидро­фильных (ГФ) группировок к липофильным (ЛФ) в молеку­ле ПАВ довольно высокое. Таким образом, для каждого хи­мического соединения с гаметоцидной активностью подбор ПАВ и его концентраций зависит от физиолого-химических свойств активного ингредиента.

Степень абсорбции препарата растительными тканями во многом зависит от соотношения группировок ГФ/ЛФ в моле­куле ПАВ для определенных концентраций гаметоцида. В опытах с энзиматически изолированной кутикулой листьев груши получены результаты, свидетельствующие об измене­нии проницаемости 2,4Д в зависимости от значения ГФ/ЛФ (106]. При величине соотношения у ПАВ ГФ/ЛФ, равной 16,7, не отмечено изменений проницаемости в шкале концентра­ция 2,4Д от 0,05 до 1%. Другое неионное ПАВ с ГФ/ЛФ=8,6 способствовало увеличению абсорбции 2,4Д в 10 раз при зна­чениях его концентраций, близких к 1%. Третье неионное и высоколипофильное ПАВ (ГФ/ЛФ =4,3) увеличивало погло­щение 2,4Д в 15 раз при всех заданных концентрациях от 0,1 до 1%. Эти исследования показали важную роль активного ингредиента, сопутствующего ПАВ, в регуляции абсорбции.

Опыты по поглощению и распределению метазола [2-(3,3-дихлордион)] в смеси с ПАВ (полисборбатом) при различ­ных соотношениях ГФ/ЛФ подтвердили, что эффект ПАВ об­ратно пропорционален значению ГФ/ЛФ. Среди различных параметров для достижения высокого эффекта абсорбции гаметоцида тканями соотношение ГФ/ЛФ в молекулах ПАВ— наиболее влиятельный фактор, определяющий степень аб­сорбции. Трудность подбора такого ПАВ для каждого опре­деленного гаметоцида связана с тем, что соотношение ГФ/ЛФ может в значительной степени координироваться сложной взаимосвязью химических и физических свойств активности ингредиентов смеси, морфологическими и цитологическими особенностями листа. Поэтому для каждой культуры необхо­дим дифференцированный подход при подборе ПАВ для по­лучения оптимального эффекта химической индукции муж­ской стерильности, вызываемой гаметоцидом.

Некоторые неионные ПАВ силикон-гликолевой природы по сравнению со стандартными неионными органическими ПАВ могут в большей степени повышать эффективность хи­мически активных веществ благодаря улучшению абсорбции тканями. Однако эта группа ПАВ, обладающая большей эф­фективностью, чем катионные аминосиликоны, имеет отрица­тельное свойство — низкую растворимость в воде [86]. Не­смотря на это при всем разнообразии применяемых в сель­ском хозяйстве химически активных веществ, в том числе и гаметоцидов, имеется возможность объединить препараты на основании одинакового характера абсорбции, что облегчило бы поиск и рекомендации ПАВ для этих групп.

Характер абсорбции некоторых фторсоединений подобен абсорбции 2,4,5-Т. Препараты наносили на листья капельным методом в смеси с ПАВ, характеризующимися различным со-

отношением ГФ/ЛФ: полиоксиэтилен (ГФ/ЛФ=20), сорби-тан монолаурат (ГФ/ЛФ=16,7), сорбитан моностеарат (ГФ/ЛФ =9,6) и полиоксиэтилен (ГФ/ЛФ=4). В июне наибо­лее эффективным было применение ПАВ в соотношении ГФ/ЛФ =9,6, в июле—августе — с соотношением 16,7. Абсорб­ция веществ, нанесенных на лист, осуществляется через три­хомы и устьица, откуда соединения распределяются латераль-но через эпидермальные клетки. При исследовании по подбо­ру.ПАВ для эффективной абсорбции веществ с гаметоцидной активностью для каждого вида необходимо учитывать (кроме.физико-химических характеристик самого препарата) стадию.развития растения и возрастные изменения морфологических характеристик листа, обусловливающие смачивающую спо­собность его поверхности и относительное значение специфи­ческой абсорбции [100].