Факторы, определяющие токсичность пестицидов, селективность действия пестицидов

Пестициды -- это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, бытовыми вредителями и внешними паразитами животных, а также для регулирования роста растений, предуборочного удаления листьев (дефолианты), предуборочного подсушивания растений (десиканты).

Токсичность -- способность некоторых химических соединений и веществ биологической природы оказывать вредное действие на организм, вызывая его отравление. Мерой токсичности является доза. Доза -- количество токсичного вещества, достаточное для отравления организма.

Токсичность проявляется при взаимодействии вещества и организма и зависит от многих факторов: от физико-химических свойств вещества, физиолого-биологических особенностей организма, от дозы действующего вещества, проникшего к месту действия. Кроме того, на эти факторы оказывают влияние абиотические условия окружающей среды

Химическое строение, содержание действующего вещества, пространственная изомерия атомов, валентность, растворимость в воде, маслах и других растворителях, степень электролитической диссоциации и другие факторы изменяют степень токсичности.

В практике применения пестицидов необходимо учитывать, что всякое изменение строения действующего вещества приводит к потере или к возрастанию токсичности, а также к изменению направленности действия. Изменения в химическом строении пестицидов могут происходить при длительном хранении препаратов в ненадлежащих условиях, применении баковых смесей, воздействии солнечной радиации, кислот, щелочей.

Изменением химического строения сопровождается процесс обезвреживания тары, спецодежды или уничтожения остатков пестицидов с помощью веществ, приводящих к потере токсичности действующего вещества и разложению его до простых соединений, циркулирующих обычно в объектах окружающей среды.

Биологическая особенность живых организмов, против которых применяют пестициды, определяет его токсическое действие. Например, препараты фосфорорганической группы токсичны для насекомых и нетоксичны для слизней и нематод. Препараты меди обладают токсическим действием в отношении многих видов грибов, возбудителей различных заболеваний растений, но нетоксичны для высших цветковых паразитов, бактерий. Препараты серы токсичны для мучнисто-росяных грибов. Молодые организмы (у насекомых -- личинки младших возрастов, у грибов -- начальные фазы развития) более подвержены токсическому действию ядовитых веществ, чем старшие. Особенности зимующих стадий вредных организмов, питания, половое различие особей и многие другие факторы определяют токсическое действие ядов.

Защитные реакции живых организмов также помогают предотвратить контакт организма с пестицидом. Например, отбрасывание насекомыми конечностей, на которые попал пестицид; отказ грызунами от отравленной приманки или рвотный акт при попадании пестицида внутрь; избавление затвердевшей слизи голыми слизняками при попадании на них пестицида.

В практике защиты растений специалисты стараются устранить или ослабить действие защитных реакций вредных организмов. Так, если сначала разложить приманочный материал, а затем добавить к нему родентицид, грызуны не отказываются от отравленной приманки. При использовании газообразных пестицидов насекомые могут закрывать дыхальца и дышать в это время за счет кислорода разветвленной трахейной системы. В таких случаях используют более длительные экспозиции или создают условия, при которых насекомые не могут долго держать дыхальца закрытыми (повышают температуру, содержание углекислоты в воздухе).

При взаимодействии пестицида с морфологическими структурами организма, жизненно важными звеньями обмена веществ или отдельными ферментами проявляется токсический эффект пестицида. Для того, чтобы пестицид достиг места своего действия, ему необходимо преодолеть различные препятствия: покровные ткани, вовлечение его в различные метаболические реакции и выведение из организма. Также в живых организмах имеются внутренние барьеры, которые препятствуют проникновению ядовитых веществ, например оболочки нервного ствола у насекомых, гематоэнцефалический барьер, препятствующий проникновению химических веществ в мозг, у млекопитающих.

Покровные ткани защищают организм от воздействия внешней среды. Кутикула насекомых и восковой налет на растениях труднопроницаемы для гидрофильных соединений и хорошо -- для липофильных. Большинство пестицидов -- липофильные вещества. Растворенный в липидах пестицид может передвигаться в горизонтальном направлении, и при этом испаряться или вовлекаться в различные метаболические реакции. Часть пестицида, проникшая внутрь организма, подвергается биотрансформации. В организме пестицид может разрушаться, превращаться в более токсичные производные, образовывать с белком или другими продуктами обмена неактивный комплекс. В неизменном виде пестициды выводятся редко, чаще в форме водорастворимых продуктов их биотрансформации.

У млекопитающих основным органом, ответственным за разрушение экзогенных веществ, является печень с ее мощным ферментативным аппаратом. Этот процесс начинается под воздействием слюны, желудочного сока, крови. У насекомых превращение пестицидов под воздействием ферментов слюны начинается в передней кишке и активно продолжается в средней, а затем в гемолимфе. В растениях и грибах также быстро осуществляется метаболизация пестицидов.

Выведение химических веществ из организма происходит через кишечник с экскрементами; в результате рвотного акта; через почки у млекопитающих и через систему мальпигиевых сосудов у насекомых; через легкие (газообразные продукты метаболизма пестицидов); с грудным молоком; через корни и устьица у растений.

Чтобы достичь желаемого результата, учитывая потери на пути передвижения пестицида от места контакта с организмом до места его действия, пестициды применяют в дозе (норме расхода) во много раз превышающей дозу, которая вызывает токсический эффект.

Незначительная часть действующего вещества примененного пестицида, которой удалось пройти через все барьеры и проникнуть к месту действия, определяет степень и характер отравления.

Место действия и механизм токсического действия у разных препаратов неодинаковы. В месте действия активные вещества пестицидов вступают в конкуренцию с ферментными субстратами. Эффект действия определяется степенью сродства молекулы пестицида к рецептору. Молекула пестицида должна соответствовать рецептору. Блокирование пестицидом фермента ведет к остановке процесса, в котором тот участвует, что и вызывает отравление организма или его гибель.

Инактивация ферментов может быть обратимой и необратимой. Активность фермента восстанавливается, если есть вещество (антидот), которое может отщеплять действующее вещество пестицида от этого комплекса. Происходит это, потому что антитод имеет большее сродство к действующему веществу пестицида, чем фермент.

Знание механизма действия пестицидов позволяет найти антидоты и выяснить условия, способствующие проявлению их токсичности для вредных организмов.

Условия внешней среды (температура, влажность, солнечная радиация) определяют степень токсичности ядовитых веществ и продолжительность их действия, а также оказывают влияние на состояние и на реакцию организмов на яд.

К веществам с положительным температурным коэффициентом, активность которых возрастает с повышением температуры, относятся фосфорорганические соединения. К веществам с отрицательным температурным коэффициентом, активность которых возрастает с понижением температуры, относятся хлорорганические соединения.

Обычно с повышением температуры чувствительность организмов к ядам возрастает. У насекомых с повышением температуры окружающей среды растет активность физиологических процессов (дыхание, активность ферментов, питание), в результате чего усиливается отравление. Действие препаратов серы на грибные организмы усиливается с повышением температуры. Некоторые гербициды под влиянием температуры и ультрафиолетового излучения быстро теряют токсичность на поверхности почвы. При применении гербицидов почвенного действия на тяжелых почвах препарат может закрепляться в самом верхнем слое и не проникать в зону корней, в этом случае его токсичность не проявляется. Влажность воздуха и почвы также оказывает влияние на развитие вредных организмов и на химические свойства ядов.

Таким образом, действие абиотических факторов на проявление токсичности пестицидов многообразно, и это необходимо учитывать для обеспечения эффективности их применения.

СЕЛЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ПЕСТИЦИДОВ, ПОНЯТИЕ

Селективность (избирательность) действия пестицидов -- это их способность при применении в одинаковых количествах поражать одни виды живых организмов (чувствительные), не оказывая отрицательного воздействия на другие (устойчивые). Степень выраженности селективности характеризуется показателем селективности, который определяется отношением среднетоксических доз (СД₅₀) одного организма к среднетоксическим дозам (СД₅₀) другого организма. Чем меньше или больше единицы этот показатель, тем большей избирательностью действия характеризуется пестицид. При разработке систем защитных мероприятий очень важно сохранить энтомофагов, поэтому необходимо знать избирательность широко применяемых пестицидов по отношению к наиболее распространенным в агроценозе энтомофагам. Для этого определяют отношение СД₅₀ энтомофагов к СД₅₀ вредителей. Чем больше превышает единицу это отношение, тем безопаснее препарат для энтомофагов.

Малоопасными для энтомофагов считаются препараты, которые в течение 10 дней снижают их численность не более чем на 20%, умеренно опасными --на 20...50%, опасными -- более чем на 50 % в течение 20 дней.

Причиной избирательности могут быть топографические и биохимические факторы. Топографическая избирательность обусловлена тем, что пестицид в силу ряда причин не попадает на устойчивый объект или не может проникнуть в организм.

Биохимическая избирательность обусловлена способностью организмов детоксицировать пестицид или образовывать с ним неактивные комплексы до того, как пестицид проникнет к месту действия.

Благодаря наличию у пестицидов свойства избирательности стало возможным их применение в защите растений. Знание причин избирательности пестицидов позволяет разработать эффективные приемы защиты растений и управления агроценозами.

УСТОЙЧИВОСТЬ ВРЕДНЫХ ОБЪЕКТОВ К ПЕСТИЦИДАМ И ПУТИ ЕЕ ПРЕОДОЛЕНИЯ. ФИТОТОКСИЧНОСТЬ, ПОНЯТИЕ

Устойчивость организмов к пестицидам определяется не только свойствами препарата и обрабатываемого объекта, она также зависит от возраста, биологического состояния организма и условий окружающей среды. Различают устойчивость природную и приобретенную (резистентность).

Природная устойчивость бывает индивидуальной, видовой, стадийной и возрастной, половой, сезонной и временной.

Индивидуальная устойчивость обусловлена особенностями особей, относящихся к одному и тому же виду. Устойчивость отдельных особей к тому или иному пестициду может быть в десятки и в сотни раз выше, чем популяции в среднем. Поэтому возникает резистентность.

Видовая устойчивость обусловлена особенностями вида (насекомых, клещей, нематод) и преодолевается подбором эффективных препаратов.

Стадийная и возрастная устойчивость обусловлена изменением устойчивости в онтогенезе и преодолевается выбором такого срока обработки, когда объект наиболее чувствителен. Обычно организмы наиболее устойчивы к пестицидам в период покоя.

Половая устойчивость обусловлена половыми особенностями. Как правило, женские особи более устойчивы, так как у них сильнее развито жировое тело, которое служит барьером на пути проникновения пестицида к месту действия. Преодолевается этот вид устойчивости корректировкой нормы расхода препарата в зависимости от преобладания в популяции особей того или иного пола.

Сезонная устойчивость связана с влиянием питания на организм. Например, клоп вредная черепашка более чувствителен к пестициду весной, когда активно питается, а жировое тело еще не сформировалось, следовательно, эффективность пестицида будет определяться сроком обработки.

Временная устойчивость обусловлена влиянием абиотических факторов (изменение влажности, температуры и т. п.). Например, фумиганты при низких температурах малоэффективны не только потому, что слабо возгоняются, но и потому, что интенсивность дыхания вредителей невелика.

Устойчивость может меняться в течение суток. Насекомые, активные в дневные часы, обладают в это время большей чувствительностью к пестицидам, чем в ночные часы.

Устойчивость организмов возрастает с улучшением физиологического состояния, но понижается при повышении физиологической активности. Устойчивость снижается в условиях эпизоотий, что объясняется ухудшением физиологического состояния особей данной популяции.

Чтобы преодолеть природную устойчивость вредных организмов, необходимо правильно выбрать препарат и провести обработку с учетом состояния организма и условий окружающей среды.

Приобретенная устойчивость популяции - резистентность. Появляется после многократной и систематической обработки популяции одним и тем же пестицидом или пестицидами, сходными по механизму действия. Развитие резистентности -- сложный генетический процесс, в ходе которого под влиянием пестицида большинство нормальных особей погибает, а индивидуально устойчивые, которые являются мутантами с измененными биохимическими процессами и существовали в популяции до применения пестицида, выживают и размножаются. Поэтому источники приобретенной устойчивости -- природная индивидуальная устойчивость, гетерогенность популяции, скорость размножения и особенности пестицида как фактора отбора. Если индивидуальная устойчивость в популяции отсутствует, т. е. популяция гомогенна, то приобретенная устойчивость не развивается даже в условиях применения пестицида в течение десятилетий.

Развитие резистентности -- общебиологический процесс приспособления организмов к меняющимся условиям среды. Устойчивость к пестицидам приобретают насекомые, клещи, грызуны, болезнетворные бактерии, фитопатогенные грибы, сорняки.

Для борьбы с резистентными популяциями доза пестицида во много раз превышает дозу, которая используется для обработки чувствительных особей, для практики защиты растений неприемлемо. Поэтому следует предупреждать развития резистентности.

Различают групповую, перекрестную и множественную резистентность.

Групповая резистентность -- это приобретенная устойчивость к препаратам, относящимся к одной группе по химическому строению и обладающим одинаковым механизмом действия.

Перекрестная резистентность -- это устойчивость популяции к одному пестициду, которая возникает при селекции другим пестицидом и обусловлена одним генетическим фактором. Так, обработки против листоверток фосфорорганическими препаратами приводили к развитию перекрестной устойчивости к пиретроидам.

Множественная резистентность -- это устойчивость популяции сразу к нескольким препаратам с разным механизмом действия, обусловленная разными генетическими факторами.

Резистентность передается потомству. Сначала происходит медленное накопление устойчивых особей, затем численность их растет быстрее и, наконец, вся популяция становится устойчивой.

После прекращения обработок постепенно происходит восстановление прежней реакции популяции на пестицид -- реверсия приобретенной устойчивости, так как устойчивые особи в популяции менее конкурентоспособны. Скорость реверсии также различна. Нестабильная резистентность восстанавливается через 1...2 года, а стабильная -- через 3 года и более.

Сложность борьбы с резистентными популяциями заключается в том, что любое мероприятие, направленное на уничтожение чувствительных особей (повышение эффективности пестицида, совершенствование способа обработки и т. п.), идет на пользу устойчивым. Замена препарата другим или применение смесей препаратов может привести к развитию перекрестной или множественной резистентности.

Для предупреждения резистентности рекомендуют не замену препаратов, а чередование пестицидов из разных групп с таким расчетом, чтобы при скрещивании особей с различным типом устойчивости в потомстве не выщеплялись формы с множественной устойчивостью.

Чередование трех правильно подобранных препаратов может предотвратить повышение устойчивости популяции вредителей на протяжении 300 поколений, следовательно, эффективность обработок не будет снижаться в течение многих лет. Таким образом, научно обоснованная ротация пестицидов -- надежный метод, тормозящий трансформацию чувствительных популяций в устойчивые.

В сельскохозяйственной практике имеют также значение мероприятия, направленные на замедление процесса отбора. Для этого рекомендуют не применять завышенных норм расхода пестицидов, сохранять энтомофагов, периодически использовать другие, нехимические средства защиты. Таким образом, чтобы не допустить развития резистентности, необходимо замедлить процесс отбора устойчивых особей и чередовать препараты с учетом генетических основ наследования.

В случае возникновения резистентности разрабатывают мероприятия по ее преодолению с учетом скорости реверсии и механизма приобретенной устойчивости. При нестабильной резистентности с быстрым снижением уровня устойчивости, препараты следует применять вновь через 1...2 года, но не более одного раза за сезон. При стабильной резистентности применение селектирующего резистентность препарата даже через 3...5 лет быстро приводит к ее восстановлению.

На скорость развития резистентности и ее характер оказывают влияют селектирующий пестицид и кратность его применения; гетерогенность популяции и число поколений вредителя за сезон; генетическая природа устойчивости; состояние энтомофагов и применение нехимических средств защиты растений.

В практике защиты растений целесообразно не допускать развитие резистентности, чем искать приемы ее преодоления.

Размещено на Allbest.ru