Цитодеф
Препарат цитодеф -
1-фенил-3-(1,2,4-триазол-4-ил)мочевина и ее натриевая соль
(ГАС-18) были
синтезированы в середине восьмидесятых годов в лаборатории
Ю.Г. Пуцыкина [44]. Созданию
цитодефа
предшествовало изучение механизма действия нового в то время дефолианта
фирмы "Шеринг" дроппа, действующим веществом которого является
N-фенил-N1-(1,2,3-тиазол-5-ил)-мочевина.
Дропп - это "мягкодейсвующий" дефолиант, который вызывал опадение зеленых
тургесцентных листьев хлопчатника при применении в очень малых дозах
(0,2-0,3 кг/га). Его действие проявилось как на средневолокнистом
(Gossypium hirsute L.), так и на тонковолокнистом (Gossypium barbadence L)
хлопчатнике [45]. Эти ценные качества
сочетались с низкой токсичностью дроппа для теплокровных. Таких препаратов
в нашей стране не было, а их перспективность для хлопководства была
очевидной. В то время единственный доступный нам мягкодействующий
дефолиант бутифос был запрещен для применения из-за высокой токсичности.
Толчком к созданию новых мягкодействующих дефолиантов послужило
обнаружение у дроппа высокой цитокининовой активности, которая
была выявлена в ряде биотестов на данный тип фитогормонов
[46-48].
Сочетание у дроппа свойств цитокинина и дефолианта трудно было
объяснить, так как дефолиирующее действие не входило в спектр,
установленной в то время физиологической активности цитокининов
[49].
Хорошо известно, что в качестве стимулятора отделения листьев и
других органов в растениях функционирует другой гормон этилен.
Поэтому изучение влияния дроппа на синтез этилена в листьях хлопчатника
было первым этапом на пути познания механизма дефолиирующего действия
этого препарата. В опытах проведенных на 3-4-недельных растениях
средневолокнистого хлопчатника, было показано, что в ответ на обработку
дроппом (10-4 - 10-5 м) выделение этилена из листьев увеличивается в
10 раз, по сравнению с контрольными растениями и в 3 раза превышает
уровень выделения этилена из растений, обработанных бутифосом
(S,S,S-трибутилтритриофосфат), наиболее активным стимулятором
синтеза этилена в ряду дефолиантов, известных до открытия дроппа
[50]. В этих опытах четко прослеживалась
положительная корреляция между дефолиирующей активностью дроппа и
влиянием его на синтез этилена в листьях хлопчатника.
Та же зависимость была выявлена при сравнении реакции на дропп
средневолокнистого и тонковолокнистого хлопчатника. Последний
оказался более чувствительным к дефолиирующему действию этого
препарата. Концентрации дроппа, вызывающие опадение листьев у
3-4-х-недельных растений тонковолокнистого хлопчатника (10-3 - 10-4 %)
были на порядок ниже концентраций этого дефолианта, необходимых для
опадения листьев у средневолокнистого хлопчатника (10-2 - 10-3 %).
Именно в этих концентрациях наблюдалось резкое увеличение выделение
этилена из листьев [51].
О связи между влиянием дроппа на синтез этилена в листьях хлопчатника
и его дефолиирующим действием говорил и тот факт, что молодые (верхние)
листья хлопчатника, более чувствительные к этому дефолианту, выделяли
больше этилена, чем нижние листья.
Изложенные факты позволили высказать предположение, что дефолиирующее
действие дроппа опосредовано через стимуляцию синтеза этилена в
растениях хлопчатника. Прямые доказательства, что это действительно
так и происходит, были получены при изучении влияния на дефолиирующую
активность дроппа ингибиторов синтеза этилена (ИСЭ):
аминоэтоксивинилглицина (АВГ), тиосульфата серебра,
хлористого кобальта (СОСl2) и циклогексимида [52].
АВГ (10-4 м) подавляющей синтез этилена на стадии превращения
S-аденозилметионина в АЦК снижал дефолиирующую активность дроппа на 50%.
Обработка листьев хлопчатника тиосульфатом серебра (4.10-3 м) блокирующим
связь этилена с рецептором, полностью подавляла реакцию этих листьев на
дропп. При совместном применении с дроппом более чем в 2 раза снижал
опадение листьев хлопчатника СОСl2 (5.10-3 м), который ингибирует
превращение АЦК в этилен. Отрицательное влияние на активность этого
дефолианта оказал также неспецифический ингибитор синтеза этилена
циклогексимид (4.10-4 м): опадение листьев хлопчатника при давлении
циклогексимида к дроппу снизилось с 81 до 50%.
Таким образом было доказано, что дефолиирующее действие дроппа на хлопчатник
опосредствовано через стимуляцию синтеза этилена, фитогормона индицирующего
процесс формирования отдельного слоя.
Наличие у дроппа цитокининовой активности позволило предположить, что
подобным образом могут действовать на опадение листьев хлопчатника и
другие цитокинины. Это предположение удалось подтвердить в опытах, где
параллельно с дроппом в качестве дефолиантов и стимуляторов синтеза этилена
в листьях хлопчатника были испытаны следующие цитокинины:
N-(2-хлор-4-пиридил)-N1-фенилмочевина ХПФМ , 6-бензиламинопурин БАП,
N6-( 2-изопентенил)аденин ИПА и 6-фурфуриламинопурин кинетин.
Опыты проводились на 3-х-недельных растениях хлопчатника. Все вещества
растворяли в небольшом количестве ДМСО, а затем доводили раствор до
конечного объема водой. Концентрации цитокининов в растворах:
5.10-5 - 5.10-3 м. Приготовленными растворами опрыскивали растенияхлопчатника
до полного смачивания поверхности листьев. Через 24 часа после обработки
отбирали пробы листьев для анализа выделяемого этилена. Через 6 суток после
обработки учитывали дефолиирующую активность (% опавших листьев).
Установлено, что все испытанные вещества, кроме кинетина, самого слабого
из взятых цитокининов, вывызвают опадение листьев хлопчатника и стимулируют
синтез в них этилена [53]. По дефолиирующей активности испытанные
соединения располагались в следующий ряд: дропп > ХПФМ > БАП > ИПА, который
соответствует их цитокининовой активности. Это дает основание полагать,
что дефолиация хлопчатника является одним из свойств цитокининов и степень
ее эффективности зависит от цитокининовой активности соединения. Была
установлена также четкая корреляция между влиянием цитокининов на
опадение листьев и усилением синтеза этилена в них. Анализ полученных
данных позволил предположить, что существует пороговый уровень этилена,
при котором цитокинины вызывают дефолиацию хлопчатника. Чем активнее
цитокинин, тем меньше его концентрации обеспечивали необходимый для
опадения листьев уровень синтеза этилена. При применении наименее активного
среди испытанных соединений - кинетина этого уровня достигнуть не удалось.
Следовательно, при обработке хлопчатника цитокининами проявлялась каскадность
в действии фитогормонов: экзогенный цитокинин индуцировал синтез другого
гормона этилена, который вызывал опадение листьев. Необходимо отметить,
что по нашим данным, антагонист цитокинина в регуляции многих других процессов
- АБК, подавлял индукцию цитокининами синтеза этилена и опадения листьев
хлопчатника. Более сложное взаимодействие проявлялось между цитокининами
и ауксином (ИУК): они выступали синергистами в индукции синтеза этилена,
но одновременно ауксин снижал чувствительность к этилену отделительного
слоя и вызванную цитокинином дефолиацию [54].
Таким образом, синтетические цитокинины проявляли дефолиирующую активность,
вступая в достаточно сложные взаимодействия с эндогенной гормональной системой хлопчатник.
Влияние цитокининов на опадение листьев было изучено и на растениях других
видов: из травянистых были взяты фасоль, соя и маш, из кустарников - молочай
блестящий, из древесных - груша. Ни на одном из перечисленных растений
цитокинины не проявили дефолиирующей активности и не усиливали выделения
этилена из листьев [55]. Следовательно, активация
синтеза этилена и, как следствие, опадение листьев является специфической
реакцией на цитокинины растений хлопчатника.
Обнаруженная связь между цитокининовой и дефолиирующей активностью у соединений
цитокининового типа позволила прогнозировать открытие дефолиантов хлопчатника
в ряду природных и синтетических соединений, обладающих цитокининовой активностью.
В результате изучения механизма действия дроппа и других цитокининов было
определено основное направление поиска новых регуляторов роста и дефолиантов
хлопчатника - производные дефенилмочевины, поскольку эти соединения (дропп, ХПФМ)
значительно превосходили по активности соединения пуринового ряда (ИПА, БАП, кинетин).
Все новые производные дифенилмочевины в начале испытывались в качестве
стимуляторов синтеза этилена в листьях хлопчатника, для чего был
разработан специальный экспресс-метод для оценки этого вида активности
5. В дальнейшем выделенные соединения испытывались
в качестве дефолиантов на целых растениях хлопчатника и в качестве
цитокининов в биотестах на этот вид активности. Всего было испытано
свыше 30 производных дифенилмочевины, среди которых наиболее активной
оказалась 1-фенил-3(1,2,4-триазол-4-ил)мочевина.
На основе этого соединения и был разработан препарат цитодеф, 30%-ный к.э.
По характеру действия цитодеф подобен дроппу. Этот препарат сочетает в
себе два вида активности: цитокининовую и дефолиирующую. Типичные
проявления цитокининовой активности, обнаруженные в процессе его изучения, следующие:
-
стимуляция прорастания семян (салат, пшеница);
-
стимуляция деления клеток (культура клеток табака);
-
задержка пожелтения листьев и увеличение их размеров (фасоль, соя, маш, колеус);
-
утолщение стеблей (колеус, пуансеттия, молочай блестящий);
-
индукция роста боковых побегов (пуансеттия, молочай, груша);
-
увеличение размеров и окраски цветков декоративных культур;
-
стимуляция синтеза этилена в листьях хлопчатника, которая индуцировала их опадение .
Последний из перечисленных видов активности цитодефа
был изучен детально, поскольку открывал перспективы использования этого
препарата в качестве дефолианта хлопчатника. Было установлено, что из двух
возделываемых видов хлопчатника более чувствителен к цитодефу G.Hirsutum L.
- средневолокнистый хлопчатник. На разных сортах этого вида в различных
зонах хлопкосеяния были проведены сначала полевые мелкоделяночные, а
затем производственные испытания цитодефа. В этой работе, наряду
с ВНИИХСЗР участвовали сотрудники Узбекского института химии растительных
веществ. В результате был разработан способ применения
цитодефав качестве
дефолианта хлопчатника. Рекомендовано применять
цитодеф на хлопчатнике путем
опрыскивания растений в фазу раскрывания 20-30% коробочек в дозах 1-1,5 кг/га.
Действие препарата приводит к опадению 80-90% листьев через 2 недели после
обработки хлопчатника [56].
Другой способ использования цитодефа
в сельском хозяйстве, основан на его способности ускорять передвижение
гербицидов в зоны активного роста растений и усиливать таким образом
действие гербицидов на сорняки. Этот эффект цитодефа
проявляется в наибольшей степени при добавлении его к гербицидам,
медленно передвигающимся по растению, в частности к препаратам
бетанального ряда, лонтрелу и ряду других. Для этой цели была
разработана водорастворимая форма цитодефа на основе его натриевой
соли- препарат ГАС-18 и промышленный способ ее получения. На основании
проведенных исследований был предложен способ повышения активности
гербицидов бетанального ряда путем добавления к ним ГАС-18 в
дозе 20-30 г/га [57, 58].
Большая и многоплановая работа по изучению биологической активности
цитодефа была проведена в ТСХА
им. К.А. Тимирязева. Установлено, что обработка бессемянных сортов
винограда цитодефом позволяет
увеличить урожай на 15-20%, что достигается за счет увеличения массы
ягод и количества ягод в грозди.
Цитодеф применяется в виде водного
раствора (40 мг/л), которым опрыскивают кусты винограда через 3-5 дней после
их цветения. Сочетание цитодефа с
гиббереллином (ГК) позволяет получить более высокие результаты. Доза ГК
в смеси в 4 раза меньше, чем при применении ГК, отдельно взятой.
В опытах на винограде, проведенных при пониженном режиме орошения
проявилось антистрессовое действие цитодефа.
Этот препарат значительно снижал отрицательное влияние недостатка влаги
в почве на урожай винограда.
Испытания цитодефа на яблоне
(сорт Антоновка) выявили его способность повышать продуктивность деревьев
за счет лучшего развития плодов и повышения их устойчивости к заболеванию
паршей, улучшать лежкость плодов. Для получения описанного эффекта деревья
яблони обрабатывали цитодефом
через 25-30 дней после цветения при длине побегов 25-30 см. Способ обработки
- опрыскивание водным раствором в концентрациях 25-50 мг/л.
Из овощных культур объектами исследований в опытах ТСХА были картофель,
лук и чеснок. Картофель обрабатывали в начале бутонизации путем опрыскивания
растений водным раствором цитодефа в концентрациях 25 и 50 мг/л. Наблюдали
ускорение формирование клубней, увеличение их размера и повышение урожая картофеля на 30%.
Основная цель опытов на луке репчатом - задержать с помощью
цитодефа старение листьев. Обработку
проводили в начале пожелтения листьев путем опрыскивания растений водным
раствором препарата в концентрациях 25 и 50 мг/л. В результате достигнута
задержка полегания листьев на 10-15 дней и, соответственно, увеличение массы
луковиц и урожая на 10-15%.
Чеснок обрабатывали цитодефом в
фазу 5-6 листьев тем же способом в концентрациях 50 и 100 мг/л. Основной итог
- стимуляция образования воздушных луковичек и увеличение массы основных
луковиц на 30-40%. Воздушные луковички могут быть с успехом использованы в
качестве посадочного материала. Такой способ размножения чеснока, в отличие
от традиционного (размножение зубками), имеет следующие преимущества:
1) экономия товарной продукции,
2) оздоровление посадочного материала, так как воздушные луковички,
в отличие от зубков, не передают последующим растениям болезней, которыми
часто заражаются основные луковицы через почву.
Обзор материалов 6-ой Международной конференции "Регуляторы роста и развития
растений в биотехнологиях", состоявшейся в г. Москве в июне 2001 года, показал,
что открыты новые возможности использования цитодефа. Успешно прошли испытания
этого регулятора роста на технических сортах винограда. В сочетании с ГК и ИУК
цитодеф повышал урожай винограда и
улучшал качество продукции (снижал количество семян в ягодах)
[59].
В опытах, проведенных на газонных травах, показано, что с помощью
цитодефа может быть решена проблема защиты
зеленых насаждений в городах от негативного воздействия соли, которая используется
в зимний период на дорогах и загрязняет почву. Из 3-х испытанных антистрессовых
препаратов только цитодеф в концентрации 25 мг/л увеличил всхожесть газонных трав
(овсянницы красной, райграса пастбищного) на фоне 1,5%-ного
раствора NaCl [60].
Установлено, что цитодеф повышает
холодоустойчивость растений: стимулирует прорастание семян огурца и кукурузы
при пониженной температуре (10-140С); снижает низкотемпературные повреждения
и гибель тех же растений при раннем сроке посева. За счет повышения
холодоустойчивости значительно увеличивалась продуктивность огурца и
кукурузы в условиях температурного стресса.
Защитное действие цитодефа проявлялось в широком диапазоне концентраций: 10-7 - 10-9 м.
Находится в стадии изучения вопрос [61] о возможности
использования цитодефа в культуре
ткани картофеля. Выявлены различия в действии цитодефа
и природного цитокинина зеатина, традиционно используемого для культуры
тканей, в действии на морфогенез стеблевых эксплантов картофеля. Цитодеф
индуцировал образование меньшего количества почек на эксплантах, чем зеатин,
но почка в варианте с цитодефом развивалась значительно быстрее, давала мощный
побег. Стеблевому морфогенезу сопутствовал ризогенез. Планируется дальнейшее
изучение цитодефа с целью интенсификации
стеблевого морфогенеза, микроклонального размножения, клубнеобразования в
культуре картофеля in vitro [62, 63].
В ТСХА получены положительные результаты при изучении влияния
цитодефа в ряду
других регуляторов роста на ускорение черенков клематиса. По количеству укоренившихся
черенков, имеющих пробудившуюся почку, по количеству корней и их развитию
цитодеф был одним из наиболее активных
препаратов. Преимущество цитодефа перед
другими регуляторами роста проявилось также в тимуляции цветения маточных кустов
клематиса: увеличилось количество и размеры цветков [64].
В Главном ботаническом саду АН РФ цитодеф
был испытан как стимулятор возобновления роста розы после срезки цветоносов.
Установлено, что цитодеф
стимулирует образование почек и выход их из состояния
покоя, ускоряет рост побегов возобновления, ускоряет переход растений в фазу
бутонизации, увеличивает количество побегов с бутонами [65].
Ценное свойство цитодефа было открыто
в Агрохимцентре "Мордовский", где в поисках средств для снижения количество
нитратов в растениях, был испытан цитодеф на укропе. Оказалось, что обработка
укропа цитодефом в очень низких концентрациях (10-6 - 10-9 М) снижает
содержание нитратов в товарной части урожая в 2 раза [67].
