Средства защиты растений

Химические вещества, используемые для уничтожения различных видов вредных организмов или для предупреждения их развития, называют пестицидами. Для защиты растений используют несколько групп пестицидов, обладающих различным биологическим действием:

1. инсекициды – вещества, уничтожающие вредных насекомых (в том числе акарициды – вещества, уничтожающие клещей);

2. фунгициды – противогрибковые средства (или более общее определение – средства, защищающие растения от болезней);

3. гербициды – вещества, уничтожающие сорняки;

4. феромоны и аттрактанты – вещества, привлекающие насекомых ювеноиды – вещества, регулирующие развитие насекомого;

5. регуляторы роста растений – вещества, стимулирующие (гибберилины) и ингибирующие (ретарданты) рост растений.

Начало использования пестицидов в сельском хозяйстве было положено применением ядохимикатов. Несовершенные способы внесения этих опасных соединений приводили к загрязнению окружающей среды. Новые поколения пестицидов в значительной мере лишены недостатков первых представителей, как по уровню биологической активности, так и по способам внесения, биодеградируемости и другим показателям. Однако нельзя утверждать, что проблема решена, необходима дальнейшая интенсивная работа с учетом достижений фундаментальных наук по физиологии растений и животных, биологии и химии. В идеале, применение пестицидов должно быть безопасным для человека и окружающей среды.

Инсектициды. Инсектициды обычно применяют методом опрыскивания. Для получения максимального эффекта от их применения необходимо выполнение следующих условий. Препарат должен обладать: 1) персистентностью – устойчивостью к действию атмосферных осадков и солнечного света (в определенных пределах); 2) он должен быть токсичным для насекомых, но не токсичным для других форм жизни, в том числе и для человека; 3) его стоимость не должна превышать стоимости спасенной с его помощью части урожая.

По статистическим данным из 10 000 испытываемых препаратов только один становится товарным инсектицидом, поэтому создание нового инсектицида обходится крайне дорого.

Лучшие результаты дает целенаправленный синтез, основанный на фундаментальных знаниях физиологии растений и насекомых.

Среди природных соединений инсектицидными свойствами обладают алкалоиды (никотин, анабазин, физостигмин), пиретрины (из цветков долматской ромашки), ротенон.

АНАБАЗИН
НИКОТИН
ФИЗОСТИГМИН

Синтетическими аналогами пиретринов являются пиретроиды, из которых наиболее изучены эфиры транс-хризантемовой кислоты (декаметрин, перметрин, циперметрин и др.).

ПИРЕТРИН I	R = CH3, R' = CH=CH2
ПИРЕТРИН II	R = CO2CH3, R' = CH=CH2
ЦИНЕРИН I	R = R' = CH3
ЦИНЕРИН II	R = COOCH3, R' = CH3
ТРАНС-ХРИЗАНТЕМОВ-АЯ КИСЛОТА

ПЕРМЕТРИН	R = Cl, R’ = H
ЦИПЕРМЕ-ТРИН	R = Cl, R’ = CN
ДЕКАМЕТРИН	R = Br, R’ = CN

Пиретроиды при эффективных концентрациях малотоксичны для человека, что делает их конкурентноспособными по сравнению с любыми другими препаратами.

Механизм биологического действия пиретроидов связан с деполяризацией натриевых каналов нервных мембран и специфическим выключением мембранных АТФаз.

К синтетическим инсектицидам относятся также галогенпроизводные углеводородов, фосфорорганические соединения, карбаматы.

Галогенпроизводные углеводородов. Важнейшим представителем данной группы долгое время являлся ДДТ – 2,2,2-трихлор-1,1-бис(4-хлорфенил)этан.

ДИХЛОРДИФЕНИЛТРИХЛОРЭТАН (ДДТ)
МЕТОКСИХЛОР

Он обладает сильным инсектицидным действием, незначительной токсичностью по отношению к теплокровным животным, однако из-за высокой устойчивости в природных условиях накапливается в окружающей среде, жировых тканях животных и в молоке. В связи с этим производство ДДТ в ряде стран в настоящее время прекращено. Однако его метоксианалог – метоксихлор – легче подвергается биоразложению и используется в качестве контактного инсектицида.

Основным методом получения ДДТ является конденсация хлорбензола с хлоралем в присутствии концетрированной серной кислоты или олеума

Другой препарат этой группы – гексахлоран – получают хлорированием бензола. В образующейся смеси стереоизомеров биологически активен лишь γ-стереоизомер:

Инсектицидной активностью обладают также полихлорциклоолефины – альдрин, дильдрин, эндосульфан. В их синтезе используют реакцию Дильса-Альдера:

Фосфорорганические соединения – один из важнейших классов современных инсектицидов. Инсектицидную активность проявляют производные фосфорной, тиофосфорной и дитиофосфорной кислот.

Механизм действия всех этих препаратов одинаков и заключается в фосфорилировании ацетилхолинэстеразы и блокировании гидролиза ацетилхолина. Некоторые из этих препаратов:

дихлофос; R=CH=CCl₂

хлорофос; R=CH(OH)CCl₃

карбофос;

фосфамид;

этафос; Х=О

протиофос; X=S

Дихлофос получают конденсацией хлораля с триметилфосфитом при нагревании:

Карбаматы – эфиры замещенных карбаминовых кислот. Прототипом для создания этой группы послужил алкалоид физостигмин.

Механизм действия карбаматов аналогичен действию фосфорсодержащих соединений. Они также взаимодействуют с ацетилхолинэстеразой и блокируют гидролиз ацетилхолина. Недостатком карбаматов является их медленное разложение (2 года).

Наиболее яркие представители:

КАРБАРИЛ
ПИРИМИКАРБ

При синтезе карбарила исходят из α-нафтола. α-Нафтол обрабатывают фосгеном, а затем полученный хлоругольный эфир обрабатывают метиламином:

При синтезе пиримикарба этиловый эфир метилацетоуксусной килоты конденсируют с диметилгуанидином; полученное пиримидиновое производное обрабатывают хлорангидридом диметилкарбаминовой кислоты:

Фунгициды. Их обычно делят на две основные группы: фунгициды для вегетирующих растений и протравители семян. Среди фунгицидов имеются контактные и системные препараты. Контактные препараты (тирам, цинеб, манеб) не поглощаются растением и действуют при непосредственном контакте с патогенным возбудителем. Эти вещества ингибируют процессы синтеза макроэргических соединений и разрушают структуру клеточных мембран. Системные фунгициды (беномил, дихлобутразол, триадименол и др.) проникают в растения и могут в них перемещаться. Некоторые из них (например, ридомил) действуют, ингибируя биосинтез белка. Отдельные представители:

ТИРАМ
ЦИНЕБ
МАНЕБ
РИДОМИЛ

Гербициды. Гербициды – химические соединения, подавляющие рост сорняков. Среди гербицидов имеются представители различных классов соединений; различен и механизм их действия.

Отдельные представители

2,3,6-ТРИХЛОРБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА
ДИХЛОРБЕНИЛ
2,4-ДИХЛОРФЕНОКСИУКСУСНАЯ КИСЛОТА (2,4-Д)
2,4,5-ТРИХЛОРФЕНОКСИУКСУСНАЯ КИСЛОТА (2,4,5-Т)

Гербициды могут тормозить процесс фотосинтеза, подавлять синтез гиббереллинов, вызывать дисбаланс фитогормонов и др. В 80-х годах прошлого века в качестве гербицидов была предложена δ-аминолевулиновая кислота. Она является биогенетическим предшественником хлорофилла. Обработку растений проводят вечером, ночью идет усиленный биосинтез порфириновых соединений, которые сенсибилизируют растение к солнечному свету, в результате чего оно погибает. Такие гербициды безвредны для человека.

Для уничтожения кустарниковой и древесной растительности ранее широко применяли 2,4,5-трихлорфеноксиуксусную кислоту (2,4,5-Т). Однако в настоящее время в большинстве стран этот препарат снят с производства, так как при его получении образуется в качестве побочного продукта диоксин, который очень токсичен для человека (разрушает иммунную и кроветворную системы, вызывает раковые заболевания, обладает тератогенным действием и др.).

2,4,5-Т получают из 1,2,4,5-тетрахлорбензола:

Ювенильные гормоны, феромоны и аттрактанты. Известно, что жизненный путь насекомых проходит ряд стадий: развитие яйца, превращение его в личинку, затем переход в куколку и, наконец, во взрослое насекомое. Каждая из стадий протекает при участии биорегуляторов, выделяющихся нейросекреторными ж׳елезами. Ранние стадии развития насекомых контролируются ювенильными гормонами. Они останавливают развитие насекомого на стадии личинки. Первый ювенильный гормон выделен в 1956г. из брюшка самцов бабочки Hyalophora ceccropia. Позднее из других насекомых выделены еще 3 ювенильных гормона (ЮГ), обладающих высокой биологической активностью.

ЮВЕНИЛЬНЫЕ ГОРМОНЫ 0	R = R’ = R’’ = C2H5
I	R = R’ = C2H5, R’’ = CH3
II	R = R’ = CH3, R’’ = C2H5
III	R = R’ = R’’ = CH3

Получены синтетические аналоги ЮГ, обладающие высокой активностью. Отдельные представители:

ГИДРОПРЕН
КИНОПРЕН
МЕТОПРЕН
ЮВАБИОН

Феромоны – вещества, секретируемые насекомыми и влияющие на поведение других особей того же вида. К ним относятся также аттрактанты, обладающие привлекающим насекомых действием. Существует 3 вида аттрактантов: 1) вещества, привлекающие к пище; 2) вещества, привлекающие к месту кладки яиц; 3) половые привлекающие вещества.

Пищевые аттрактанты неспецифичны и имеют малый радиус действия. Известны приманки для мух, содержащие пиперидин, тиолы, различные жирные кислоты, индол, пиридин, скатол, бензиловый спирт.

Аттрактанты, стимулирующие откладывание яиц, изучены мало. Лучше изучены половые аттрактанты. Строение некоторых половых аттрактантов:

БАБОЧКИ СОВКИ
НЕПАРНОГО ШЕЛКОПРЯДА
ХЛОПКОВОГО ДОЛГОНОСИКА

Регуляторы роста растений. К ним относятся соединения, способные ускорять (стимуляторы) или замедлять (ингибиторы) рост растений.

Стимуляторами роста растений являются (нафтил-2)уксусная кислота, (индолил-3)уксусная кислота, гиббереллины (гиберелловая кислота). (Индолил-3)уксусная кислота является фитогормоном, регулирующим рост растений. Аналогичное действие проявляют ароматические аналоги (индолил-3)уксусной кислоты.

ГИБЕРЕЛЛОВАЯ КИСЛОТА
2-(ИНДОЛИЛ-3)УКСУСНАЯ КИСЛОТА
2-(НАФТИЛ-1)-УКСУСНАЯ КИСЛОТА

Мощным стимулятором роста растений является брассинолид, впервые выделенный из пыльцы рапса

БРАССИНОЛИД

Ингибиторами роста растений являются сукцинамовая кислота, гидразид малеиновой кислоты (6-гидрокси-3-оксо-2,3-дигидропиридазин), хлорфлурекол. Сукцинамовая кислота задерживает рост хризантем. Природным ингибитором роста растений является абсцизовая кислота. Она ускоряет процессы, связанные с переходом растений к периоду покоя (опадение листьев, созревание плодов).

АБСЦИЗОВАЯ КИСЛОТА
МАЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ ГИДРАЗИД
СУКЦИНАМОВАЯ КИСЛОТА