Ежегодно в мире используется 3 млн. тонн пестицидов для обработки сельскохозяйственных культур. Химические вещества, применяемые для этих целей, защищают растения от вредных насекомых и патогенных микроорганизмов и таким образом экономят миллиарды долларов. Однако высокие дозы пестицидов, которые накапливаются в растениях, и затем, через продукты питания, в организме людей,
способны вызывать стойкие нарушения метаболизма, которые ведут к заболеваниям различной тяжести, включая весьма серьезные, такие как рак. Проблема эта широко распространена во всех странах, независимо от степени их экономического процветания, и она на данный момент не только не разрешена, но её острота с каждым годом становиться всё более выраженной.
В настоящее время по всему миру учёные ведут исследования, направленные на снижение токсического эффекта применяемых пестицидов. Многообещающие результаты в этом случае даёт обработка сельскохозяйственных культур природными растительными гормонами (фитогормонами), которые позволяют значительно снизить пестицидную нагрузку в клетках обрабатываемых культур (1,2,3)
Так сотрудниками МГУ им. М.В.Ломоносова было показано, что фитогормон 24-эпибрассинолид (д.в. препарата Эпин-Экстра) положительно действует на многие, в том числе агрономически значимые растения, в широком диапазоне концентраций (от 5мг до 50мг на га). И что особенно важно, он снижает токсическое действие пестицидов. Например, использование пестицида 2,4ДА в смеси с 24-эпибрассинолидом в концентрациях 0,075 и 0,1 мг/л полностью снимает эффект токсичности последнего. Однако, в этом случае существует концентрационный порог для данного фитогормона (0,001 мг/л), после которого эффект применения 24-эпибрассинолида снижается и полного удаления токсичного пестицида достичь не удается (1).
Было установлено, что 24-эпибрассинолид усиливает защитные механизмы растений, в результате чего повышается содержание антистрессовой аминокислоты пролина, идёт положительное воздействие на продукционные процессы в экстремальных условиях среды, при сопутствующем увеличении биомассы и содержания хлорофиллов (1).
Исследования китайских учёных (6), проведённые на 24-эпибрассинолиде, показали, что обработка этим агентом самых разных, использованных в экспериментах растений, повышает устойчивость культур к многочисленным видам абиотического стресса, таким как экстремальные температуры, засуха, а также помогает им противостоять неблагоприятным биотическим факторам внешней среды, включая бактериальные, грибные и вирусные инфекции. Чрезвычайно важен тот факт, что, по данным этих авторов, 24-эпибрассинолид способен существенно снизить пестицидное загрязнение сельскохозяйственных культур. Исследования 24-эпибрассинолида в качестве детоксиканта авторы проводили на целом перечне культур (таких как огурцы, томаты, китайская капуста, чай и др.). Растения обрабатывали раствором 0,1 мкМ 24-эпибрассинолида за 3 дня до применения пестицидов. Испытывали ряд коммерчески доступных пестицидов: хлорпирифос, β-циперметрин, хлорталонил и карбендазим. Пестициды наносили на растения путём опрыскивания.
Как сообщают авторы в журнале Journal of Agricultural and Food Chemistry было продемонстрировано выраженное детоксицирующее действие 24-эпибрассинолида во всех вариантах эксперимента, а именно: 24-эпибрассинолид снижал содержание остаточных количеств пестицидов на целых 70%! Причем, проводимая обработка не ослабляла эффективности действия пестицидов (6,7).
На сегодняшний день уже не вызывает сомнения тот факт, что 24-эпибрассинолид способен оказывать на сельскохозяйственные культуры защитный эффект от токсического действия: гербицидов, фунгицидов и инсектицидов (1-3, 10).
Как оказалось, применение 24-эпибрассинолида ускоряет метаболизм всех исследованных авторами пестицидов, что, соответственно, позволяет сократить их остаточные количества в продукции.
Как известно, процесс детоксикации ксенобиотиков в растениях весьма сложен и охватывает 3 этапа пути их метаболизма. Вначале, поглощенные растением пестициды активируются ферментами I фазы, такими как монооксигеназа цитохрома Р450, пероксидаза и карбоксиэстераза. Вторая фаза детоксикации включает конъюгирование полученного продукта с глютатионом и глюкозой и катализируется глютатион-S-трансферазой и УДФ-глюкозилтрансферазой, соответственно. Третья фаза метаболизации пестицидов заключается в транспортировке образованных на II этапе конъюгатов в вакуоли или апопласт под действием АТФ-зависимого мембранного насоса. И как оказалось, все ферменты на каждом из 3 этапов метаболизации пестицидов повышают свою активность после обработки растений 24-эпибрассинолидом. (7), что, соответственно, приводит к снижению содержания пестицидов в клетках. Исходя из этого, 24-эпибрассинолид был назван «СПАСАТЕЛЕМ» растений.
Проведённое недавно детальное исследование гербицидов (9) показало, что значительная часть применяемых в настоящее время средств защиты такого рода действует по механизму ингибирования фотосинтетического аппарата растительной клетки. Гербициды s-триазиновой природы (такие как диурон, хлортолурон, цианазин, симазин и др.) ингибируют электронный транспорт в ФСII.
Вторая группа гербицидов включает ингибитор ФСI. Представителями этой группы являются бипиридиниевые гербициды, в частности, паракват. Эти гербициды, как было показано, имеют сродство к ферредоксину и действуют по механизму конкуренции за сайт связывания на ФСI (11).
Основной причиной, отражающей указанные выше нарушения, является фотоокислительный стресс, вызываемый гербицидами, относящимися к обеим указанным группам (9). Повреждения, наблюдаемые в растениях после обработки ингибирующими фотосинтез гербицидами, связаны с образованием высоко реактивных радикалов кислорода, таких как супероксидный радикал и синглетный кислород. Эти молекулы могут накапливаться в локальных зонах, вызывая серьёзные последствия (8, 12).
В этой связи заслуживают самого серьёзного внимания данные о том, что 24-эпибрассинолид, при его экзогенном внесении (в дозе от 2х10-6мМ до 2х10-5мМ), снижает вредное воздействие гербицидов s-триазинового ряда (9, 10).
Механизм обнаруженного защитного действия 24-эпибрассинолида неизвестен, хотя очевидно, что важная роль в этом процессе отводится его способности усиливать антиоксидантную защиту клетки (8).
Кроме того, показано, что 24-эпибрассинолид снижает уровень перекисного окисления липидов, что также может вносить позитивный компонент в защитный эффект этого соединения.
Протекторное действие 24-эпибрассинолида заметно выражено в условиях полиметаллического загрязнения окружающей среды (высоких концентраций тяжелых металлов в почве) (2,3). В этих условиях проявляется способность 24-эпибрассинолида регулировать проницаемость мембран и транспорт ионов и, соответственно, снижать поглощение тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах (ячмень, сахарная свекла, корнеплоды, томаты и др.) при его применении(4,5).
Таким образом, 24-эпибрассинолид и препараты на его основе, в частности Эпин-Экстра, могут с успехом использоваться в качестве экологически чистого инструмента естественного происхождения, снижающего риск воздействия на человека и других представителей живой природы, пестицидов и тяжёлых металлов из окружающей среды (7).
Список цитированной литературы:
1. Воронина Л.П., Чернышева Т.В., Научное обоснование применения эпина//Картофель и овощи,1997, №3, с.29
2. Минеев В.Г., Малеванная Н.Н., Хрипач В.А., Воронина Л.П., Витвицкая Л.В., Жабинский В.М. Высокие технологии на службе земледелия и рыбоводства: экологически чистый препарат Эпин (High tehnology designed for agriculture and fish-breeding ecologically safe preparation Epin)// Труды конференции «Экотехнология-96», г.Иркутск,1996, с.61-63
3. Воронина Л.П., Малеванная Н.Н., Экологические функции регуляторов роста в агроценозе // Сб.тезисов: «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем», Иркутск, 2001г., с.173-174
4. Bajguz A. 2000b. Blockage of heavy metal accumulation in Chlorella vulgaris cells by 24-epibrassinolide. Plant Physiol.Biochem., 38(10), 797-801
5. Khripach V.A., Voronina L.V., Malevannaya N.N. 1996. Preparation for the diminishing of heavy metal accumulation of agricultural plants. Pat. Appl. RU, 95, 101, 850
6. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19694443
7. Xiao Jian Xia, Yun Zhang, Jing Xue Wu, Ji Tao Wang, Yan Hong Zhou, Kai Shi, Yun Long Yu and Jing Quan Yu. 2009. Brassinosteroids Promote Metabolism of Pesticides in Cucumber. 8. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 57 (18), pp 8406-8413
9. Xia X.J., Wang Y.J., Zhou Y.H., Tao Y., Mao W.H., Shi K., Asami T., Chen Z., Yu J.Q. 2009. Reactive oxygen species are involved in brassinosteroid-induced stress tolerance in Cucumis sativus. Plant Physiol. 150, 801-814
10. Pinol R. and Simon E. 2010. Protective effects of brassinosteroids against herbicides, in Brassinosteroids: New Plant Hormone, Chapter 11. 309-344
11. Edelman and Mattoo. 2008. D1-protein dynamics in photosystem II: the lingering enigma. Photosynth. Res., 98. 609-620
12. Dyer and Weller. 2005. Plant response to herbicide. In MA Jenks, PM Hasegawa (Eds.) Plant abiotic stress. Blackwell Pub. Ltd., Oxford: pp. 171-214
13. Blokhina O., Virolainen E. and Fagerstedt K.V. 2003. Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress: a review. Ann. Botany. 91, 179-194
Генеральный директор ННПП «НЭСТ М», к.б.н. Малеванная Н.Н.{jcomments on}