Почему же одни растения погибают от гербицидов, а другие остаются неповрежденными?
Единого ответа на этот вопрос дать нельзя, так как химическая природа гербицидов разная и растения, на которые они действуют, неодинаковы. Приведем несколько примеров.
При внесении гербицидов в почву разные растения неодинаково поглощают и накапливают их в тканях. Так, в листьях сахарной свеклы накапливается в 3 раза меньше трихлоруксусной кислоты, чем в листьях фасоли. Сахарная свекла оказывается устойчивой к действию этого гербицида, а фасоль сильно угнетается.
Существенное значение имеет и анатомическое строение листьев. Например, у некоторых растений: камыша, гумая, пырея и некоторых других, листья покрыты толстым восковым слоем — кутикулой. Когда производится обработка гербицидом 2,4-Д, растворенным в воде, он плохо проникает в растения. Вода испаряется, и препарат кристаллизуется на листьях. Понятно, что вещества, которые не в состоянии пройти через этот восковой барьер, не могут оказать губительного действия на растения. Если же препарат готовить в минеральных маслах, то он проникает в ткани, так как масла растворяют воскообразные покровы и открывают путь для передвижения гербицида внутрь растения. Когда же гербицид передвигается к протоплазме, то здесь он встречается с новым барьером — жирообразным слоем, покрывающим наружную поверхность протоплазмы. Преодолев его, гербицид вступает в реакции с жизненно необходимыми соединениями, и растение погибает.
Не все части растения одинаково реагируют на обработку одной и той же дозой гербицида. Точки роста особенно чувствительны к действию препаратов 2,4-Д и 2М-4Х. И не случайно при опрыскивании растений этими гербицидами в первую очередь повреждаются точки роста.
Хотя злаки и устойчивы к действию 2,4-Д, но если обработку производить в период трубкования и особенно колошения, то они тоже сильно повреждаются, что приводит к резкому снижению урожая. Совершенно иная картина наблюдается при обработке злаков в период кущения, когда точка роста хорошо защищена от токсического действия гербицида. В этот период злаки устойчивы к 2,4-Д, тогда как широколистные сорняки (сурепка, вьюнок, горчица и др.), у которых точка роста открыта, погибают.
Гербициды, попав в растения, нарушают в них многие физиологические процессы. При опрыскивании растений аминотриазолом листья быстро теряют зеленую окраску и становятся светло-желтыми. Выяснено, что этот гербицид тормозит образование хлорофилла, вследствие чего подавляется процесс фотосинтеза и растения погибают.
Другие гербициды (2,4-Д, ИФК и др.) подавляют процесс усвоения растением углекислоты. Прекращается образование крахмала, а усиленный распад имеющегося крахмала приводит к накоплению в тканях сахаров. Вскоре их содержание резко снижается, что связано как с подавлением фотосинтеза, так и с усиленным их расходованием на процессы дыхания. Это в свою очередь приводит к углеводному голоданию растений.
У фасоли, весьма чувствительной к действию гербицида 2,4-Д, быстро подавляется и биосинтез белков, увеличивается накопление в тканях аммиака и аминокислот. У овса же, устойчивого к 2,4-Д, это нарушение азотистого обмена выражено в менее резкой форме. При этом оказалось, что в тканях овса происходит более интенсивное разрушение гербицида, чем в тканях фасоли или подсолнечника. Гербицид ГМК не тормозит образование хлорофилла, но, вступая в соединение с нуклеиновой кислотой, замешает в их молекуле одну из составных частей — урацил. Нарушенная структура нуклеиновых кислот приводит к расстройству обмена веществ и к угнетению растений.
Совершенно иная природа действия далапона. Этот гербицид подавляет рост пырея, гумая и других злаковых сорняков, но не оказывает в принятых дозах отрицательного действия на сахарную свеклу, хлопчатник и другие культуры. Оказалось, что далапон, проникая в клетки, парализует активность пантотеновой кислоты, витамина, принимающего непосредственное участие в превращении органических кислот и в образовании жиров. Если же в растения ввести этот витамин и затем обработать их далапоном, то они оказываются устойчивыми к действию гербицида.
В любом живом организме витамины постоянно взаимодействуют с другими веществами. Одни из таких веществ активируют их деятельность, другие, наоборот, инактивируют, т. е. выводят их из строя. Инактиваторами витаминов чаще всего бывают вещества, сходные с витаминами, но с несколько измененной структурой.
Если семена обработать стрептоцидом, то они прорастать не будут, так как он связывает образующийся витамин, а без него нарушаются реакции обмена. Если взять меньшую дозу стрептоцида, то семена, прорастая, дают проростки необычной формы: утолщенный короткий стебель, тонкие, вытянутые листья, расположенные на стебле совершенно не так, как свойственно нормальным растениям. Если же семена обработать одновременно стрептоцидом и витамином, то, как показали опыты, вредное действие стрептоцида снимается.
Восстановление нитратов в растениях происходит через гидроксиламин. Если растению давать очень малые концентрации гидроксиламина, то он усваивается и используется для новообразования аммиака и аминокислот. Но в больших концентрациях он действует как клеточный яд, приводящий к гибели растения.
Оказалось, что гидроксиламин, связываясь с активной частью ферментов, принимающих участие в образовании аминокислот, блокирует тем самым активность этих ферментов. В результате торможения биосинтеза аминокислот задерживается образование белка и других жизненно необходимых соединений. В естественных условиях растение может нейтрализовать токсическое действие этого яда путем более усиленного образования тех ферментов, которые он блокирует. Но, как показали опыты, это не всегда удается растению. Когда же искусственно в растительный организм вводится активная часть этих ферментов — витамин B6, то устойчивость растения к гидроксиламину увеличивается.
Эти и многочисленные другие факты говорят о том, что растения активно встречают попавший в их ткани гербицид. Они вырабатывают вещества, которые нейтрализуют его токсическое действие. И если дозы гербицида невелики, то растение разлагает его. Поэтому после временной задержки ростовых процессов иногда наблюдается восстановление жизнедеятельности сорных растений.
Изучение вопросов взаимосвязи между жизненно необходимыми веществами, гербицидами и другими тормозителями довольно сложно, но в то же время заманчиво и очень важно. Дело в том, что такое познание укажет на возможность синтеза новых физиологически активных соединений, а вместе с тем позволит объяснить и те явления, которые встречаются в природе.
Например, изучение взаимосвязи лекарственного препарата — белого стрептоцида с витамином — парааминобензойной кислотой позволило объяснить, почему одни микроорганизмы погибают от этого препарата, а другие сохраняются. Кроме того, такое изучение указало на синтез новых эффективных лекарственных препаратов.
Изучение обмена вещества у грибов и дрожжей показало, что с помощью фермента в питательной среде накапливаются непредельные жирные кислоты, которые подавляют активность образовавшего их фермента. Поставленные опыты показали, что такие кислоты задерживают размножение грибов и дрожжей.
Этот факт был использован для разработки нового, эффективного метода предупреждения порчи пищевых продуктов. Добавляя в виноградный сок томатное пюре и в другие продукты сорбиновую кислоту, из расчета 100 мг на 1 л, удается полностью задержать развитие грибов и дрожжей и тем самым предупредить порчу этих продуктов.
В настоящее время еще не в полной мере вскрыт механизм действия физиологически активных веществ на растения. Многое нужно выяснить и в причинах неодинаковой отзывчивости разных растений на тот или иной гербицид.
Нет никакого сомнения в том, что и эти сложные задачи в ближайшее время будут успешно разрешены.
Решением Президиума Академии наук СССР ежегодно проводятся научные чтения, посвященные памяти выдающегося русского биолога К. А. Тимирязева. На этих чтениях с оригинальными докладами выступают выдающиеся ученые нашей страны.
На двадцатом Тимирязевском чтении, которое состоялось в 1959 году, выступал академик А. Л. Курсанов. В своем докладе он дал глубокий анализ взаимосвязи физиологических процессов в растении. В заключение он сказал: «На полотне, над которым мы дружно вместе работаем, все отчетливее выступают мельчайшие детали жизни растения. Наша задача состоит теперь в том, чтобы связать эти детали воедино и этим еще больше расширить власть человека над жизнью растений. Власть, которая обеспечивала бы высокие урожаи, ценные свойства и еще большую красоту растений».