Вплив фосфорорганічних гербіцидів на мікроорганізми та збудників хвороб

269
Глифосат

Одним із побічних ефектів гербіцидів, на який слід звертати увагу, є їх біологічна активність, яка виходить за межі впливу на цільові організми і може впливати на взаємодію рослина-патоген через дію на збудника або на навколишні ґрунтові організми, у тому числі симбіотичні взаємовідносини. Це явище було вперше виявлено на початку 1940-х років і більш докладно описано з 1960 року.

Характеристики хімічної структури гербіцидів фосфорорганічної групи близькі до характеристик хімічної структури природних амінокислот — гліцину і глутаміну. У зелених частинах (клітинах) гербіциди цієї групи сприяють накопиченню аміаку, який є отрутою для рослин. Встановлено, що фосфорорганічні гербіциди інгібують 5-енолпіруватшикімат-3- фосфатсинтазу (EPSPS), фермент біосинтезу ароматичних амінокислот, зокрема, фенілаланіну і тирозину. На ультраструктурному рівні відбувається руйнування оболонок хлоропластів, набухання ендоплазматичного ретикулуму і прогресуючий розпад мембран. Застосування препаратів призводить до накопичення ферменту шикімат в уражених тканинах рослин, що спричинює дефіцит таких важливих кінцевих продуктів як лігніни, алкалоїди та флавоноїди, і зменшується фіксація СО2 та приріст біомаси. Наявність EPSPS також властива грибам і бактеріям, але фермент відсутній у тварин. Мікроорганізми, які містять фермент EPSPS, можуть залежати від застосування препаратів на основі гліфосату. Не виключена також можливість існування інших центрів дії фосфорорганічних гербіцидів.

ФУНГІЦИДНІ ВЛАСТИВОСТІ ГЛІФОСАТУ

Серед фосфорорганічних гербіцидів найбільш поширеним і популярним сьогодні є препарат на основі гліфосату (N-[фосфонометіл] гліцин), системний гербіцид широкого спектра дії. Через кілька днів після обробки препаратом, гліфосат легко транслокується всією рослиною, а, отже, впливає на корені або кореневища. Однією з причин, яка сприяла поширенню гліфосату, є те, що були виведені генетично модифіковані гліфосатстійкі культури (ГМ). Отже, гліфосат може бути застосований на стійких рослинах як післясходовий гербіцид для знищення небажаних бур’янів, не впливаючи на урожай. У більшості випадків застосування гліфосату на стійких культурах зменшує потребу в досходовому обприскуванні посівів, а в окремих випадках і післясходовому.

Деякі дослідження показали, що застосування гліфосату на генетично модифікованих рослинах, стійких до нього, змінює сприйнятливість таких рослин до збудників хвороб. Опубліковані результати досліджень свідчать, що внаслідок застосування гліфосату відбувається як поширення так і обмеження розвитку ураження рослин збудниками хвороб і, як виявлено, гліфосат мав профілактичні та лікувальні властивості. Окрім того, допоміжні речовини (наповнювачі), які використовуються для підвищення ефективності активного інгредієнту, могли також значно впливати на проростання, споруляцію, ріст і розповсюдження грибних патогенів рослин.

Побічний вплив гербіцидів
Вплив гліфосату на розвиток листкової іржі (Р. triticina) в GR пшениці:
а – без обробки гербіцидом;
в – обробка гліфосатом (Раундап WeatherMax, з розрахунку 0,84 кг/га, 14-й день після обробки);
с – обробка гліфосатом, (Раундап WeatherMax, з розрахунку 0,84 кг/га, 1-й день після обробки).

ВПЛИВ НА ГРУНТОВІ МІКРООРГАНІЗМИ 

За даними проведених досліджень, гліфосат інгібував види грибкових захворювань, що передаються через ґрунт. Наприклад, Sclerotium rolfsii (південна склероціальна гниль) є ґрунтовим і рослинним патогеном. Визначено, що інфекція зберігається на рослинних рештках. Виробники бананів відзначили, що випадково обприскані гліфосатом залишки бананів уражувалися менше цією гниллю: менше розростався міцелій і менше утворювалося склероцій, ніж на тих бананах, на які не потрапив гербіцид. Дослідження в лабораторних умовах впливу препаратів на збудників показало, що ріст Sclerotium rolfsii затримувався на поживному середовищі з додаванням беномілу та гліфосату у рекомендованих нормах витрати. Обидва середовища знижували радіальний ріст S. rolfsii у порівнянні з контролем, однак на поживному середовищі з додаванням гліфосату спостерігався більший ефект інгібування. Радіальне розростання інших патогенів, таких як Pythium ultimum (пітіозна коренева гниль) і Fusarium solani f. sp pisi (бура листкова іржа гороху) також гальмувалося із збільшенням концентрації гербіциду. Окрім того, збільшення концентрації гербіциду негативно впливало на конідіальне проростання і спороутворення в F. solani f. sp glycines (бура листкова іржа бобів). На відміну від результатів, описаних вище, деякі іноземні автори виявили, що немає негативного впливу гліфосату на вегетативний ріст ізолятів кількох груп Rhizoctonia solani (бура гниль) і анастомоз. Однак, гербіциди впливали на утворення плодових тіл патогена. Кількість утворених склероцій була вищою. Проте, ці склероції залишалися меншими під впливом гербіциду, ніж у контрольному варіанті, без застосування гліфосату. Незважаючи на те, що проти певної кількості хвороб культур були відзначені інгібуючі властивості гліфосату, проти окремих патогенів хвороб гліфосат проявив протилежний ефект, а також зафіксовано випадки навіть збільшення поширеності хвороб. У деяких випадках гліфосат впливав на ріст і розмноження патогена in vitro, але показав зворотній вплив у польових умовах. Наприклад, гліфосат інгібував розвиток міцелію Nectria galligena (звичайний, або західноєвропейський рак) in vitro, але після інокулювання пагонів яблуні збудником хвороби, отриманим з середовища, що містить у своєму складі гліфосат, кількість виразок збільшилася. Таким чином, не зважаючи на те, що гліфосат проявляв негативний вплив на різних патогенів у деяких тест – системах, цей гербіцид проявив протилежні ефекти у природних умовах. У дослідженнях із застосуванням гліфосату, проведених в умовах теплиці на генетично модифікованому буряку цукровому, було помітно інтенсивніший розвиток хвороб, зокрема фіксували збільшення інфікування рослин збудниками Rhizoctonia solani (бура гниль) і Fusarium oxysporum (фузаріоз). Таке посилення грибного захворювання не було опосередкованим, тому що не відзначалося ніякого прямого впливу гліфосату на обидва види збудників під час випробування в лабораторних умовах. Таким чином, гербіцид ніби стимулював створення у рослин захисних механізмів проти ураження патогенами. Під час застосування препаратів на основі гліфосату на цукровій тростині також встановлено, що фітотоксичність гербіциду призвела до інтенсивнішого поширення хвороби, викликаної збудником Pythium arrenomanes. Більше того, обробка гліфосатом спричинила ушкодження та загибель бур’яну Lolium multiflorum (пажитниця багатоукісна, або райграс багатоукісний) через підвищення розвитку пітіозної кореневої гнилі. Навіть сублетальні норми гліфосату інгібували прояв резистентності сої проти Phytophthora megasperma f. sp. glycinea, у бобів — проти Colletotrichum lindemuthianum, і в томатів — проти Fusarium spp. Крім того, гліфосат збільшував ураженість виноградної лози ґрунтовим патогеном Cylindrocarpon spp. Гліфосат мав не тільки прямий вплив на сільськогосподарські культури і певні патогени, а й вплив на мікрофлору ґрунту, що виявлено під час другої обробки посівів. Порівнюючи аналізи ґрунту з полів, де не вносили гліфосат, з обробленими вдруге, виявили, що друга обробка препаратами впливає на корисні види, що належать до групи Proteobacteria.

Після повторного застосування гербіцидів на основі гліфосату також спостерігали зниження мінералізації ґрунту. Вивчаючи вплив гліфосату на мінералізацію ґрунту, дослідники виявили, що препарат позитивно корелював чисельність бактерій Pseudomonas spp. Проте результати, одержані деякими дослідниками, свідчать, що повторне застосування гліфосату асоціюється зі збільшенням кількості ґрунтових мікроорганізмів, здатних метаболізувати гербіцид. Виявлено, що зміни у мікрофлорі ґрунту пригнічували корисні види Pseudomonas, зокрема Р. fluorescens, а також відзначили таку властивість як модулювання відносин рослина — патоген.

ВПЛИВ НА ЗБУДНИКІВ ЛИСТКОВИХ ХВОРОБ

Виявлено кілька випадків дії гліфосату на гальмування розвитку окремих листкових хвороб у різних культур. Зокрема, трансгенна модифікована пшениця, стійка проти гліфосату, показала надто низький рівень інфікування бурою іржею (викликає гриб Puccinia triticina) та стебловою іржею (викликає Р. Graminis f. sp. tritici), якщо обприскувати посіви рекомендованими нормами препарату за день до інокуляції патогенів. Препарати на основі гліфосату контролювали листкову іржу, і зменшували її поширення, навіть за зниження норми витрати препарату. Навіть більш тривалі періоди часу між обприскуванням гербіцидами та інфікуванням іржею культури вказували на пряму токсичну дію. Однак, за результатами досліджень, контроль листкової іржі пшениці гліфосатом діяв щонайменше 21 день, але сам механізм інгібування інфекції листкової іржі гліфосатом не досліджений. Гербіциди можуть діяти як системні фунгітоксичні сполуки самі по собі, або можуть викликати системну стійкість, оскільки навіть не оброблене листя було захищеним після застосування гербіцидів. За даними досліджень, у пожнивних рештках (соломі) пшениці, яку обробляли гербіцидами на основі гліфосату, виявлено, що у Pyrenophora triticirepentis (жовта плямистість (піренофороз)) інгібуються псевдотеції. З інформації низки іноземних дослідників, отриманої за результатами досліджень з 1979 року, застосування препаратів на основі гліфосату зменшувало утворення спор, ріст і розвиток хвороб, спричинених й іншими зерновими грибковими патогенами на пшениці, такими як Septoria nodorum (септоріоз), Helminthosporium sativum P.K. et B. (ризоктоніозна коренева гниль), також на пшениці відзначено обмеження шкідливості патогена Gaeumannomyces graminis (офіобольозної кореневої гнилі), а на ячмені гліфосат контролював патогени Rhynchosporium secalis (ризоктоніоз, гострооблямівкова плямистість) і Drechslera teres (сітчастий гельмінтоспоріоз, або сітчаста плямистість).

Дослідники вивчали дію препаратів на основі гліфосату на стійких проти гербіциду пшениці і сої, що пригнічувалися збудниками іржастих грибів Puccinia striiformis f. sp. tritici (жовта іржа пшениці), Puccinia tricina (бура іржа пшениці) і Phakopsora pachyrhizi (азіатська іржа сої). Автори припустили, що коли на спори іржі діяти гербіцидом, гліфосат спроможний інгібувати грибкову EPSPS, діючи за механізмом, який описаний для його гербіцидної активності (фото). Дослідженнями іноземних вчених, проведеними в тепличних і польових умовах щодо механізму дії препаратів на основі гліфосату на посівах генетично модифікованої пшениці, виявлено, що контроль збудників був не опосередкованим через індукцію SAR (системна набута стійкість) генів, а зумовлений забезпеченням гліфосатом як профілактичного так і лікувального ефекту. Є припущення, що контроль збудників іржастих хвороб залежить від концентрації гліфосату в рослині – господарі під час проростання спор грибів внаслідок першого інфікування. Таким чином, спори іржастих хвороб до того ще, як отримати поживні речовини, піддаються впливу летальної концентрації гліфосату. Окрім того, відповідно до польових даних, одержаних під час дослідження стійкої сої, на якій застосовували гліфосат, припускають, що на контроль збудників іржастих хвороб впливають умови навколишнього середовища, а також те, що раси збудників іржастих хвороб можуть відрізнятися чутливістю до гліфосату. Враховуючи специфічні, відмінні від пшениці, властивості видів сої щодо чутливості до гліфосату, вчені зробили припущення, що для контролю збудників іржастих хвороб сої необхідні більші норми витрати препарату, ніж для контролю збудників цієї хвороби у пшениці. Існує також внутрішньовидова варіація у R. solani. Хоча гліфосат призначений для обмеження чисельності небажаних бур’янів у посівах культур, його випробували в якості альтернативи, як засіб біологічного контролю грибів і бактерій. Встановлено підвищення ефективності обмеження шкідливості хвороб біологічними агентами після обробки гліфосатом. Вчені відзначили, що застосування гліфосату для контролю Myrothecium verrucaria створює умови кращого контролю бур’янів: пуеарії лопатевої (Pueraria lobota), бруніхії (Brunnichia ovata), кампсіса укореняючого (Campis radicans). Аналогічний ефект одержали, коли мишій зелений, що успішно контролювався, був обприсканий гліфосатом перед інокуляцією Pyricularia setariae. Ці результати продемонстрували, що за поєднання гліфосату з біогербіцидом для обмеження шкідливості хвороб вибір часу для їх застосування має важливе значення.

Дослідники зазначили, що деякі пестициди та їх допоміжні речовини впливали на проростання спор і спричинювали інтенсивне ураження збудником Phomopsis amaranthicola видів Amaranthus. Деякі фосфороорганічні гербіциди також пригнічували проростання спор збудника Р.setariae.

Отже, стратегія для долання токсичного ефекту гербіцидів — це послідовне, а не одночасне, застосування синтетичних гербіцидів і біогербіцидів. Застосування гліфосату перед обробкою патогеном забезпечує поглинання, транслокацію та повну дію гербіциду (з мінімалізованою деградацією) і знижує його можливу токсичність щодо біоагента. Крім того, виявлено синергізм у взаємодії гліфосату та біогербіцидів. Дослідники довели, що гліфосат пригнічував захисні механізми рослин за рахунок зниження продукування фітоалексинів і біосинтезу інших фенольних сполук. Навіть сублетальні норми гліфосату пригнічували обмінні процеси у касії (Cassia abtusifolia), інфікованої Alternaria cassiae, таким чином знижуючи стійкість цього бур’яну. У більшості випадків активація ферменту фенілаланін амоніо-ліази (РАL) відіграє основну роль, і сполуки, які інгібують її (РАL) активність, викликають підвищену сприйнятливість до хвороби. Можливо також, що це стосується сільськогосподарських культур, таких як соя. Гліфосат був здатний блокувати стійкість проти Phytophthora megasperma навіть за несумісної взаємодії, знижуючи продукування гліцеоліну, важливого фітоалексину та частини механізму резистентності у сої.

ВИСНОВКИ

Дія гербіцидів на фітопатогени може бути прямою (пригнічення або активізація росту чи інтенсивності спороношення патогенів), або непрямою (збільшення чи зменшення активності ґрунтової мікрофлори) зміною протікання фізіологічних процесів в культурній рослині, що призводить до підвищення або зниження її стійкості проти збудників хвороб.

Гербіциди можуть призвести до збільшення захворювання, які пов’язані з прямою стимулюючою дією на ріст і розмноження збудника, а також впливати на вірулентність збудника.

Сумісне застосування гербіциду і фунгіциду для контролю хвороб та бур’янів може призвести до антагоністичної взаємодії між цими двома групами пестицидів, що в свою чергу може призвести до зниження їх ефективності.

І. М. Сторчоус, кандидат сільськогосподарських наук, О. П. Тищук, науковий співробітник, Інститут захисту рослин НААН

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2016