<<
>>

Фунгициды

Значительно чаще, чем бактериями, вирусами или червями, растения поражаются грибами. Патогенные грибы вызывают такие заболевания сельскохозяйственных растений, как гниль, вилт, мучнистую росу, паршу и ржавчину.

Экономический и социальный ущерб, наносимый такими грибковыми заболеваниями, как фитофтороз картофеля, ложная мучнистая роса винограда, ржавчина и головня злаков, графически представлены в работе Large (1940). Для борьбы с этими заболеваниями традиционно применялись такие методы, как севооборот, использование обеззараженных семян и устойчивых сортов. Однако способность к адаптации у грибов столь велика, что все эти методы недостаточно эффективны, поэтому наиболее важным методом борьбы с грибковыми заболеваниями остается применение фунгицидов.

Почти все широко применявшиеся в последнее время фунгициды биохимически мало специфичны, избирательность их действия зависит преимущественно от различий в распределении (разд. 3.3). Для того чтобы они проникали главным образом в клетки грибов, а не растений, обычно увеличивают липофильность их молекул, присоединяя к ним углеводородные цепи.

Оболочка растений препятствует проникновению таких липофильных соединений и катионов тяжелых металлов, а грибы (особенно их конидии и споры) легко их накапливают. Например, яблоневые листья в течение 30 мин из 25 мкМ водного раствора каптана (6.58) (N-трихлорметилтиотетрагидро- фталимида) поглощают только 1 мкг на 1 г сухой массы, тогда как конидии Neurospora crassa в тех же условиях поглощают в 7000 раз больше этого вещества [Richmond, Somers, 1962]. Точно так же ведут себя глиодин (2-гептадецилимидазол) и до- дин (н-додецилгуанидин). В грибах действие таких соединений направлено сразу на многие ферменты или какие-либо другие уязвимые компоненты клетки. В целом химические соединения, применяемые в качестве фунгицидов, мало токсичны для позвоночных и не обладают способностью провоцировать развитие резистентных форм грибов.

Наряду с широко применяемыми контактными фунгицидами были найдены и более избирательные агенты, либо проникающие в растения и уничтожающие грибы, либо препятствующие их проникновению.

А. Контактные фунгициды. Эти соединения уничтожают гриб прежде, чем он проникает в растение. Для этого вида защиты успешно применяют дешевые неорганические агенты. Высоко- избирательный основной кальций-медь сульфат (бордосская жидкость) применяют в качестве фунгицида с 1885 г. [Millar- det, 1885], а элементарную серу уже около 2500 лет. При контакте с живой тканью сера образует два соединения, обладающих противогрибковой активностью: сероводород и пентатио- новую кислоту. Значительным успехом было открытие в 1934 г. Tisdale и Williams высокоактивных солей диметилдитиокарба- миновой кислоты—железной и цинковой (фербам и цирам). Массовое применение этих соединений, обладающих широким спектром фунгицидного действия, обусловлено их нетоксично- стью для человека, скота и высших растений. Введение в эти соли тяжелых металлов необходимо для увеличения способности к адгезии, хотя по шкале аффинности эти металлы стоят ниже меди (разд. 11.2). Хелатирование присутствующих в организмах ионов меди этими соединениями описано в разд. 11.7.3.

Каптан Хлорталонил Набам

(6.58) (6.59) (6.60)

Из контактных фунгицидов наиболее широко используется, особенно для обработки фруктовых деревьев, каптан (6.58), созданный Kittleson в 1952 г. В грибах он разрушается с выделением тиофосгена (CSCb), реагирующего со свободными гидроксильными и аминогруппами ферментов [Brown, 1978]. Родственным ему соединением является фолпет, в котором циклогексановое кольцо заменено бензольным. Предполагают, что механизм действия соединений ртути и солей этилен-1,2- бисдитиокарбаминовой кислоты, например набама (6.60), заключается в их взаимодействии со свободными меркаптогруппа- ми белков.

Так, хлорталонил (6.59) (2,4,5,6-тетрахлоризофта- лонитрил) атакует SH-группу цистеина-149 в глицеральдегид- 3-фосфатдегидрогеназе [Long, Siegel, 1975].

Классификация механизмов действия этих и других фунгицидов, растворы которых применяют для опрыскивания растений, приведена Sijpesteijn (1970). Диалкилдитиокарбаматы и 8-гидроксихинолин, для действия которых необходимы атомы меди, инактивируют две меркаптогруппы дигидролипоевой кислоты и дигидролипоатдегидрогеназы, которые важны для окисления пирувата у грибов [Wren, Massey, 1965] и других форм жизни. Для защиты от плесени различных предметов, в том числе из дерева, брезента и других тканей, расположенных на открытом воздухе, применяется оксин. Мишенью для солей триалкилолова и нитрофенола служит окислительное фосфорилирование [Sijpesteijn, 1970]. Механизм действия азаурацила (4.41) на мучнистую росу рассматривается в разд. 4.0.

Б. Системные фунгициды. «Химиотерапия растений» — область значительно более сложная, чем химиотерапия животных,, так как у растений нет настоящей системы циркуляции, фагоцитов, помогающих химиотерапевтическому агенту, не существует механизмов детоксикации и выведения действующей» агента. Тем не менее первый такой фунгицид—беномил (3.58,а) (метиловый эфир 1-бутилкарбамоилбензимидазол-2-илкарбами- новой кислоты), появился в 1966 г. [Delp, Klopping, 1968]. Этот препарат обычно вносят в почву; через корневые волоски он попадает в растения и достигает листьев. Таким образом агент проникает глубже и действует дольше, чем при опрыскивании. Беномил обладает широким спектром действия и проявляет противогрибковую активность в низких разбавлениях (0,02 части на миллион) [Selling, Vonk, Sijpesteijn, 1970]. В воде беномил гидролизуется до истинно действующего агента — метилового эфира бензимидазол-2-илкарбаминовой кислоты (3.53,6); в качестве предшественника этого карбамата применяют тиофа- нат (3.59) (разд. 3.6).

К сожалению, у грибов вырабатывается устойчивость к бено- милу (явление, не наблюдаемое раньше для фунгицидов).

Приходится повышать дозы, но, несмотря на это, некоторые виды грибов все равно выживают. В связи с этим развернут широкий поиск новых системных фунгицидов. Оказалось, что тиабенда- зол (6.36), применявшийся с 1961 г. в ветеринарии в качестве антигельминтного средства, является хорошим системным фунгицидом (разд. 6.3.5). Предполагают, что действие фунгицидов— производных бензимидазола — связано с их ингибированием сборки микротрубочек (разд. 5.4.5).

Этиримол Карбоксил

(6.61) (6.62)

Для борьбы с настоящей мучнистой росой, ранее приводившей в Европе к громадным потерям зерна, особенно ячменя, успешно применяют другой системный агент — этиримол (5- бутил-6-метил-2-этиламинопиримидин-4-он) (6.61), ингибирующий метаболизм фолиевой кислоты, примерно так же, как и пириметамин (разд. 9.3.3.) [Bent, 1970].

С большим успехом применяется и другой системный фунгицид— карбоксин (5,6-дигидро-2-метил-1,4-оксатиин-3-карбокса- нилид) (6.62), хотя он действует только против базидиомицето»

(головневых и ржавчинных грибов, поражающих ячмень и пшеницу) [Edgington, Walton, Miller, 1966]. Необходимым структурным фрагментом молекулы карбоксина является метальная группа в орто-положении к анилидной группе; строение цикла не столь важно, достаточно одного бензольного ядра [Carter, Huppatz, Wain, 1975], даже такое простое производное, как 2-метилбензанилид (мебенил), обладает фунгицидной активностью. Эти анилиды действуют системно; они ингибируют сукцинатдегидрогеназу в митохондриях базидиомицетов [White, Thorn, 1975].

В настоящее время большой интерес вызывают фунгициды, вмешивающиеся в клетках грибов в синтез зргостерина, обеспечивающего прочность и проницаемость их мембраны. Для борьбы с настоящей мучнистой росой успешно применяют системный фунгицид тридеморф (6.63) (2,6-диметил-Ы-тридецилмор- фолин), ингибирующий С-14-редуктазу — промежуточную

реакцию синтеза зргостерина, — и сдвиг двойной связи из положения 8 в положение 7 при превращении фекостерина в эписте- рин.

Избирательность его действия обусловлена тем, что синтез зргостерина с образованием промежуточного ланостерина идет только у грибов; у высших растений он синтезируется из циклостерина. Аналогично действуют вещества, в которых N-тридецильная группа заменена на 3-фенилбутильную [Kerke- naar, Uchiyama, Versluis, 1981; Kerkenaar, 1983].

Сицтез зргостерина ингибируют и фунгициды другого класса, блокирующие в процессе биосинтеза деметилирование атома углерода С-14. В результате этого в клетке накапливаются такие бесполезные стероиды, как 14-метилфекостерин. Примерами фунгицидов этого класса служат фенаримол (6.64), 1- (2,4/-дихлордифенил)-1-пиримидин-5-илметанол и триадимефон (6.65), 3,3-диметил-1- (1,2,4-триазол-1-ил) -1- (4-хлорфенокси)-

бутан-2-он. Эти молекулы имеют примерно клиновидную форму с чередующимися липофильными и гидрофильными фрагментами. Гетероцикл может быть представлен пиридином (бутиобат), пиперазином (трифорин) или имидазолом (имазилил) [Kato, 1983].

Ингибиторы синтеза зргостерина применяют в низких дозах; резистентности к ним не возникает.

U

С1

Из фосфорсодержащих системных фунгицидов типичными являются рицид II (6.66) (диизопропиловый эфир S-бензилтио- фосфорной кислоты) и эдифенфос (этиловый эфир S.S-дифенил- дитиофосфорной кислоты). Они поражают грибы, ингибируя процесс мембранного трансметилирования при синтезе лецитина [Kodama, Yamashita, Akatsuka, 1980].

В течение долгого времени Horsfall (1972) отстаивал «опосредованный ход» к защите растений, заключающийся в ингибировании процесса затвердевания органелл грибов, с помощью которых они проникают через целлюлозную мембрану в растения.

По такому механизму проявляет на рисовых полях свой защитный эффект пробеназол (6.67) (3-аллилокси-1,2-бен- зоизотиазол-1, 1-диоксид), а также, вероятно, пентахлорбензи- ловый спирт [Sekizawa et al., 1982].

Высокоэффективным системным фунгицидом против Phyto- phora и других патогенных грибов, развивающихся в почве, является металаксил (6.68) (метиловый эфир N-метоксиацетил- М-2,6-ксилилаланин), препятствующий включению уридина в

і PrO

і PrO

Устойчивость растений к действию грибов можно повысить,, вмешиваясь в биохимию их взаимосуществования [Horsfall, 1978]: 1) можно так изменить основной метаболизм растения, что оно окажется плохим хозяином для гриба, например, стимуляторы роста растений снижают уровень сахара в листве, что повышает устойчивость растений к действию грибов; 2) системные агенты могут инактивировать токсины и ферменты грибов, разрушающие растительные ткани; 3) агент может защищать растение, вызывая лигнификацию в местах проникновения грибов (вероятно, так действует фенилтиомочевина). Вредное действие грибов на растения в большинстве случаев связано с выделением грибковых токсинов типа циклического тетрапептида тентоксина, выделяемого грибом Alte'rnaria tenuis во фруктах и зерне и ингибирующего фотофосфорилирование [Steele et al., 1976].

В. Другие аспекты применения фунгицидов. В течение многих лет дезинфекцию семян перед посевом традиционно проводили соединениями ртути, позже для этой цели применяли гексахлорбензол. Однако случайное употребление этих семян в пищу приводило к серьезным заболеваниям. Поэтому возникла необходимость в создании нового соединения, избирательно уничтожающего споры грибов, но не влияющего на всхожесть семян и безвредного для человека. Таким соединением оказался беномил.

Для уничтожения грибов в почве успешно применяют соли* метилдитиокарбаминовой кислоты и различные нитрохлорбен- золы, для фумигации почвы — более летучие вещества типа хлорпикрина и метилизотиоцианата.

При опрыскивании посевов большинство растительных тканей недоступно для прямого воздействия фунгицида; он может их достичь лишь в результате медленного перемещения по растению. Как показал Rich (1954), частички медьсодержащих фунгицидов заряжены положительно, и поэтому лучше прилипают к листьям, несущим отрицательный заряд. Под действием- ветра и дождя частички фунгицида могут попадать и на листья, не затронутые при опрыскивании.

Г. Фитоалексины. Каждый вид растений способен защищаться от действия многих видов грибов, большинство из которых высокоспецифичны к определенным видам растений. Многие высшие растения защищают себя не только от грибов, но и от бактерий, вирусов и нематод, используя для этого фитоалексины — вещества, образующиеся только в пораженном растении. Так, Leguminosae синтезируют защитные флавоноиды. Sola- пасеае — дитерпены, Compositae—полиацетилены [Cruickshank, 1963; Bailey, Mansfield, 1982].

Более подробно о фунгицидах см. Hutson, Roberts (1982). В справочнике под редакцией Worthing (1983) приведен состав всех фунгицидов.

Только в последнее время фермеры стали с доверием относиться к избирательному уничтожению сорняков, хотя еще в 1895 1897 гг. независимо друг от друга Bonnet во Франции, Bolley в Америке и Schultz в Германии показали, что раствор сульфата меди уничтожает дикую горчицу (Sinapis a'rvensis), не повреждая при этом растущие рядом другие культуры. Но в сельском хозяйстве продолжали использовать привычные фунгициды и инсектициды, не обращая внимание на появление первого в мире избирательного гербицида. В 1911 г. во Франции исследователи установили, что для уничтожения сорняков можно применять раствор серной кислоты [Rabate, 1927], однако систематические проверки этого метода начались в Англии и США лишь в 1932 г. и показали высокую избирательность действия кислоты, хотя ее применение осложняют коррозия оборудования и закисление почвы. Одновременно два французских ученых обнаружили, что динитро-орто-крезол, известный с 1866 г., избирательно уничтожает сорняки [Truffaut, Pastac, 1932, 1944], после чего он стал использоваться в сельском хозяйстве.

К середине 30-х гг. почти полностью удалось преодолеть предубеждение, с которым была встречена идея применения избирательно токсичных гербицидов, и вскоре в сельском хозяйстве начали использовать феноксиуксусные кислоты. Эти соединения создавались на основе имитации структуры природного ауксина —индолилуксусной кислоты (4.82), с целью поиска производных, более устойчивых к биодеградации в растениях. В первое время их применяли в качестве гормоноподобных соединений для ускорения созревания фруктов или роста корней [Zimmerman, 1942]. Затем при опрыскивании листьев растений было обнаружено, что они обладают гербицидным действием [Templeman, Sexton, 1946], что повлекло за собой повсеместное применение этих веществ в огромных количествах. При использовании этих гербицидов гибель широколистных растений происходит вследствие их избыточного роста; наиболее широко применяют для уничтожения сорняков в посевах злаков 2-метил-2- хлорфеноксиуксусную кислоту (4.83) и 2,4-дихлорфеноксиуксус- ную кислоту (разд. 4.7 и 12.2). При этом остается непонятным, почему гербициды почти не повреждают злаки. В экспериментальных условиях злаки поглощали без вреда для себя количество гербицидов, смертельное для сорняков (хотя обычно злаки поглощают их значительно меньше) [Wood, Wolle, Irving, 1947]. Вообще, обычно гибнут двудольные растения, а однодольные выживают, хотя есть и исключения из этого правила. Для человека, из организма которого феноксиуксусные кислоты «быстро выделяются преимущественно в неизмененном виде, они безвредны.

Для уничтожения однодольных сорняков, например овсюга

в посевах пшеницы, применяют такие производные дифенило- вого эфира, как дихлофоп-метил (6.69) (метиловый эфир 2-[4- (2,4-дихлорфенокси)фенокси] пропионовой кислоты). Для защиты лесных насаждений эффективно использование 2,4,5-трихлор- феноксиуксусной кислоты (к сожалению, она часто бывает загрязнена диоксином).

ci_Q_o_высоких разбавлениях, останавливая деление всех клеток уже через час после внесения, но быстро инактивируется в пшенице, овсе и ячмене. Для человека безвреден [Campion, Tichon, 1981].

Рост растений можно остановить, ингибируя транспорт ауксина, индол-3-илуксусной кислоты. С помощью ряда флуорено- вых производных Schneider (1964) получил карликовые сорта полезных растений. Другая область применения этих морфакти- нов — использование их для замедления роста двудольных сорняков в посевах злаков. Когда злаки сильно обгоняют сорняки в росте, последние погибают от недостатка света, но успевают при этом защитить почву от высыхания [Ziegler, 1970]. Одним из самых эффективных морфактинов является хлорфлурекол- метил (6.74).

0

II

С1СН3СН2Р—ОН

1

С1 о

Хлорфлурекол-метил 2-Хлорэтилфосфоновая кислота

(6.72) (6.75)

А. Антидоты растений. Растения можно защищать от токсического действия слабоизбирательньгх агентов с помощью антидотов. В практике антидот часто распыляют вместе с гербицидом. Например, ангидрид 1,8-нафталиндикарбоновой кислоты или производные хлоруксусной кислоты используются как антидоты вместе с производными тиокарбаминовой кислоты при обработке посевов кукурузы. Очень часто применяют смесь Ы,Ы-диаллил-2,2-дихлор ацетамида с гербицидом бутилатом (S-этиловый эфир Ы,Ы-диизобутилтиокарбаминовой кислоты). Об антидотах растений см. Pallos, Casida (1977).

Б. Дефолианты. Распыление дефолиантов с воздуха было впервые применено в Восточной Африке для уничтожения мухи цеце, переносчика возбудителей сонной болезни [Blackman, 1954]. Из дефолиантов наиболее часто применяют алифатические производные мышьяка (например, какодилат- натрия),

3-амино-1,2,4-триазол, феноксиуксусные кислоты и их бутиловые эфиры. При проведении дефолиации вблизи сельскохозяйственных угодий могут возникать экологические проблемы, например эрозия почвы. Большой вред принесла кампания по дефолиации лесов во время войны во Вьетнаме, проводившаяся 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислотой (2,4,5-Т). Особую опасность представляет содержащаяся в дефолианте примесь 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксина, образующаяся при синтезе 2,4,5-Т (действие диоксина см. разд. 2.4). Для дефолиации хвойных лесов используют пиклорам.

Дефолианты вызывают быстрое старение листьев растений, что эффективнее всего достигается повышением концентрации В них этилена. Именно так действует 2-хлорэтилфосфоновая кислота (6.75), распадающаяся в клетках с выделением этилена. В низких концентрациях она применяется для ускорения созревания фруктов. Обзор по дефолиантам см. Osborne (1968).

О гербицидах см. Fletcher, Kirkwood (1982), Audus (1976) и Ashton, Crafts (1981). Составы всех гербицидов приведены в справочнике Worthing (1983). О феноксиалкановых гербицидах см. Нее, Sutherland (1981).

<< | >>
Источник: Альберт А.. Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии. Пер. с англ. В 2 томах. Т. 1. — М.: Медицина1989, 400 с.; ил.. 1989

Еще по теме Фунгициды:

  1. ОЛИГОДИНАМИЧЕСКИЕ ЖИДКОСТИ
  2. Глава 27. Пищевые отравления. 27.1. Общие положения
  3. ИНТЕРСТИЦИАЛЬНЫЙ НЕФРИТ (ИН)
  4. ТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ВЕЩЕСТВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НЕМЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ (T51-T65)
  5. II. ПРИМЕНЕНИЕ АНТИБИОТИКОВ В ДРУГИХ ОБЛАСТЯХ
  6. МОРСКИЕ ВОДОРОСЛИ — НОВЫЙ ИСТОЧНИК БАВ
  7. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БАВ ГИДРОБИОНТОВ В МЕДИЦИНЕ
  8. Элементорганически природные соединения
  9. Фармакологическая характеристика холинергических лекарственных средств
  10. 27.3. Пищевые отравления небактериального происхождения
  11. «ЖИВАЯ» И «МЕРТВАЯ» ВОДА
  12. Производственная пыль
  13. Юрий Андреевич Андреев. Три кита здоровья СПб.:,1994. — 382 с., 1994
  14. Предисловие к 14-му официальному изданию (неофициальных, воровских было без счету)
  15. Предисловие к 11-му изданию
  16. Предисловие к 7-му изданию