Гаметициды и их применение в селекции

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: этанол2,3- 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.

27

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-

28

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].

ПРИМЕНЕНИЕ ГАМЕТОЦИДОВ(КОНЦЕНТРАЦИИ,ДОЗЫ И СРОКИ ОБРАБОТКИ)

Химические препараты как источники гаметоцидной активности были выделены

из биологически активных веществ различного физиологического действия

(ростактивирующие вещества, ретарданты, гербициды, растительные гормоны .и

гор-моноподобные вещества и т. п.). Среди хорошо известных физиологически

активных соединений гаметоцидная активность была обнаружена у веществ,

обладающих ретардант-к'ыми свойствами: этрела (этефон) — 2-

хлорэтилфосфоновая кислота, далапона — 2,2-дихлорпро.пионовая кислота, ГМК.

Некоторые соединения, кроме фирменных названий, получили определенные

шифры как вещества, проявившие гамето-цидные свойства: мендок, или FW-450

(2,3-дихлоризомасля-ная кислота), FW-676 (кальциевая соль 2,3-

дихлоризомасля-ной кислоты), G-315 (магниевая соль 2,3-дихлоризомасляной

кислоты), u'niroyal D-513 (пропаргил 2-октосульфит), OCDP [N (р-алорфенил)

- 2,4-диметил-6-оксо-3,6-дигидроникоти'новая кислота], RH-531 [натриевая

соль 1-(р-хлорфенил)-1,2-дигид-ро-4,6-ди'метил-2-оксоникотино'вая кислота].

Первые опыты с применением этрела в качестве гаметоцида для мягкой

пшеницы были выполнены в 1961 г. К. В. Porter и A. F. Weise [116].

Предварительные эксперименты в вегетационных сосудах с сортами мягкой

яровой пшеницы Marled и Thatcher дали обнадеживающие результаты. При

обработке растений в фазы кущения, выхода в трубку и колошения растворами в

концентрации 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 и 2500 мг/кг из расчета 30 мл

на сосуд с тремя растениями было установлено, что этрел, начиная с дозы 750

мг/кг, индуцировал 100%-ную стерильность у сорта Marfed. В этих

29

опытах исследователи впервые столкнулись с проблемой сортовой специфичности

ответной реакции на обработку гамето-цидом.

'Степень стерильности при тех же дозах этрела у сорта Thatcher была

значительно ниже, чем у Marfed, так как Thatcher был менее чувствителен к

0'бработке препаратом. В полевых условиях опыты проводили с сортом мягкой

озимой пшеницы Nugaines. Обработку этрелом осуществляли в те же фазы

концентрациями 500, 1000, 1500, 2000 и 3000 мг/кг. Опытные и контрольные

варианты размещали рядом с сортами-опылителями, цветущими в разные сроки.

Полная мужская стерильность была отмечена у растений пшеницы, обработанных

растворами этрела в концентрации 1500, 2000, 3000 мг/кг. Максимальная

стерилизация достигалась при нанесении на растения растворов этрела

повышенной концентрации — 2000 и 3000 мг/кг в конце фазы выхода в трубку.

При обработке в период колошения эффективность препарата снижалась. В

опытах сохранилась высокая степень женской фертильности. Стерильные

растения по морфологическим признакам были сходны с растениями пшеницы,

обладающими UjMC. Применяемые концентрации вызывали укорачивание междоузлии

и анормальное колошение отдельных растений [116].

Дальнейшие исследования были направлены на поиск эффективного сочетания

оптимальных доз, концентраций и сроков обработки этрелом зерновых. Так, в

экспериментах по 'ян-дуцированию мужской стерильности у растений мягкой

пшеницы, проведенных в условиях вегетационного домика и в поле, раствор

этрела в дозах 500, 1000, 2000 и 3000 мг/кг наносили в начальной фазе

выхода в трубку и в конце ее. Наиболее эффективными в данных условиях были

дозы этрела 1000 и 2000 мг/кг. Несмотря на нежелательные явления (усиленное

кущение, замедленное колошение, торможение роста и развития,

морфологические анормальности, приводившие в ряде случаев к гибели

растений, и, как правило, к снижению урожайности), Р. L. Rowelil и D. G.

Miller [122] считают, что надежды на этрел как на вещество, селективно

вызывающее мужскую стерильность, довольно обоснованны и имеют практические

возможности, которые лимитируются лишь разработкой конкретных методов

обработки.

J. Law и N. С. Stoskopf [95] применяли этрел в полевых условиях в

различные фазы морфогенеза ярового ячменя. Авторы пришли к выводу, что в

условиях Канады лучшим периодом для обработки растений гаметоцидом является

середина фазы выхода в трубку (фенологически — период появления

предпоследнего листа) при одноразовом внесении до-

3J

зы 1,68 кг/га, которая давала приемлемый уровень мужской стерильности и не

вызывала редукции женской фертильности. Этрел у ярового ячменя не проявлял

гаметоцидного воздействия на яйцеклетку и являлся более потенциальным

стерилизатором, чем другие применяемые с этой целью вещества, при условии

его правильной комбинации с антиретардантны-ми компонентами.

При изучении оптимальных доз этрела (между 1000 и 2000 мг/кг) и времени

его применения на пшенице (сорт Sirius) была поставлена цель — не только

получить полную мужскую стерильность, но и устранить его побочное действие

[80]. На основе предыдущих исследований было рекомендовано применение

этрела до начала мейоза в материнских клетках пыльцы, когда достигалась

наибольшая степень индукции мужской стерильности у пшеницы [47]. Нанесение

этрела после мейоза вызывало нежелательные явления, приводящие к уменьшению

количества колосков в колосе, которое сопровождалось определенной степенью

стерильности макрота'мет (в зависимости от дозы препарата). Концентрация

этрела 2000 мг/кг, вызывающая стерильность пыльцы, может также приводить к

частичной или полной задержке колосьев во влагалищах листьев в результате

сокращения соломины верхнего междоузлия. Наряду с этим, этрел стимулирует

развитие, побочных стеблей, пыльцевые мешки которых часто находятся за

пределами фазы применения этрела и не совпадают с премейотической фазой

археспориальной ткани главного колоса.

Подобные затруднения практического характера возникают в любом случае при

использовании различных гаметоци-дов. '"Определенную степень стерильности

можно химически индуцировать почти на всех этапах развития растений, за

исключением тех, когда уже сформировались зерна. Применение гаметоцкдов на

ранних этапах развития растений не только индуцирует мужскую, а чаще общую

стерильность, но и вызывает патологические формативные эффекты в

растительных тканях. В зависимости от того, на каком этапе произошло

«включение сигнала» механизмов мужской стерильности, можно получить

различные типы мужской стерильности, которые классифицировали на 4 группы

[64].

К первой группе относится стерильность, полученная за счет блокирования

питания в результате прекращения развития и нормального течения процессов

мейоза во внешне нормальных материнских клетках пыльцы, что приводит к

образованию в открытых цветках пыльников, содержащих монады или диады. Ко

второй группе относится стерильность, при которой отмечена дезорганизация

процессов в материнских

31

клетках пыльцы в течение I и II мейотических профаз, что вызывает

иррегуляцию при расхождения клеток в процессе двух мейотических делений. В

материнских клетках в данном случае на стадии тетрад образуется

изолированная группа клеток (более четырех), и микроспоры прекращают рост

после ранней стадии развития экзины. Третья группа стерильности

характеризуется анормально маленькой пыльцой с очень тонкой экзиной. К

четвертой группе относится тип мужской стерильности, обусловливающий

формирование нормальной пыльцы, но без терминальной поры.

При испытании веществ на гаметоцидную активность и поиске оптимального

сочетания доз, концентраций и сроков их нанесения необходим цитологический

контроль за микро-и макроспорогенезом.

Для каждой культуры существует критический период, при котором применение

препарата обеспечивает наибольший эффект мужской гаметоцидной реакции.

Согласно полученным данным, стадия мейоза микроспорогенеза наиболее

критическая для применения этрела на зерновых, обеспечивающая максимум

индукции мужской стерильности. Этот период у пшеницы приходится на

конъюгацию хромосом в течение мейоза и формирование поры пыльцевого зерна

[47, 48]. Однако очень важным периодом для индукций мужской стерильности

является, по-видимому, и премейотическая фаза [94, 98].

В опытах с сортами озимой пшеницы Безостая I .и Nugai-nes цитологически

контролировали изменения в микроспоро-генезе в зависимости от сроков

нанесения этрела. Отмечено, что наибольшая эффективность .индукции мужской

стерильности достигалась при обработке растений в фазе двух- и трехъядерной

пыльцы [30]. 'Под влиянием этрела уже на стадии двухъядерной пыльцы

наблюдались аномалии в развитии вегетативного ядра, контролирующего

трофические функции при формировании пыльцевого зерна по отношению к

спермиям [28]. Этим можно объяснить, что в пыльцевых зернах с возникающими

под действием этрела митотически-ми нарушениями не накапливается крахмал

[48]. Считают, что действие этрела связано с включением его в

эпигенетические механизмы, действующие в период мейоза [30]. Это

обусловливает нарушение в координации трофических функций вегетативного

ядра, переключая его на митотическое деление, т. е. на клеточном уровне

этрел действует не как ингибитор роста, а наоборот, стимулирует вторичное

деление ядер, которые в норме никогда не делятся.

Точное определение критического периода воздействия га-метоцида имеет

свои сложности, так как в литературе рекомендована широкая шкала доз при

использовании одного и

32

1

того же препарата на определенной культуре. Для этрела рекомендуемые

концентрации для обработки зерновых культур, включая тритикале, колеблются

от 1500 до 10000 мг/кг [50, 116, 119, 125].

В условиях Италии почти полная мужская стерильность у яровой пшеницы была

индуцирована при одноразовой обработке растворами этрела с концентрациями

4000 н 8000 кг/га в раннюю фазу выхода в трубку. При этом отмечено снижение

урожайности до 40% [50]. В опытах с зерновыми, характеризующимися кущением,

при котором появление боковых пооегов растянуто во времени как в пределах

отдельного растения, так и у различных представителей в популяции,

возникают трудности, связанные со спецификой данной культуры.

В опытах, проведенных в Великобритании в 1973 г., в посевах яровой

пшеницы сорта Sirius на 1 апреля пыльники немногих растений находились в

премейотической фазе (наиболее эффективный период для нанесения препарата),

5 апреля — 5/%, а 10 апреля — 100% пыльников всех растений находились в

постмеиотической фазе и только третьи и четвертые цветки и молодые колоски

имели более раннюю фазу развития [80].

С возрастом пыльники становятся менее чувствительными к этрелу, и для

достижения нужного эффекта потерю чувствительности компенсируют повышением

дозы гаметоцида. Однако при этом возникает опасность редукции женской фер-

тильности. Сжатые сроки обработки (от 5 до 12 дней) между двумя периодами

развития должны совпадать с премейотической фазой в археспориальной ткани и

мейозом. Вторичную обработку следует проводить в конце мейоза. [47]. Таким

образом, наиболее эффективный период воздействия этрела может включать

мейоз и даже раннюю фазу развития пыльцы, но высокие концентрации

препарата, необходимые для хорошей индукции мужской стерильности, влияют на

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6