УДК 632.93:577.158.4
ГЕРБИЦИД – ПАРАКВАТТАН ӨСІМДІКТЕРДІ СЕЛЕКТИВТІ ҚОРҒАУ ҮШІН ВОЛЬФРАМДІ КСАНТИНДЕГИДРОГЕНАЗАНЫ ҚОЛДАНУ
А.О. Секерова
Л.Н.Гумилев атындағы Еуразиялық ұлттық университет, Астана, Қазақстан, [email protected]
Бүгінгі күні өмірдің әр саласындағы дамыған жаңа технологияға қарамастан ауыл шаруашылығында «арам шөп» мәселесі әлі күнге дейін көкейкесті болып қалып жатыр.
Қазіргі уақытта дүние жүзінде екі мыңнан аса пестицидтер, гербицидтер шығарылады.
Өкінішке орай, олардың таңдаушылығы тар аумақта жүретін болып отыр, сонымен қатар егіске берілетін пестицидтің өзі адам мен жануарлар үшін улы және аралардың жоюлуына себеб болуы мүмкін. Қазіргі кезде зияндығы барынша төмен, немесе ешқандай зияндығы жоқ пестицидтер іздестірілуде, немесе қолдан синтезделіп, тексерілуде. Дегенмен, барлық химиялық жолмен синтезделген пестицидтердің барлығының қосымша зиянды әсері бар деп есептеледі. Сондықтан биологиялық, немесе табиғи пестицидтерге көңіл бөліне бастады. Биологиялық пестицидтер дегеніміз – тірі ағза (олар негізінен микроағзалар) бөліп шығаратын табиғи қосылыстар. Осы айтылғандарға байланысты паракват пестициді (оның химиялық аты – метилвиологен) өзінің бастапқы күйінде ешқандай зияндық әсер көрсетпейді.
Паракват – бұл гербицидтік атау. Паракват азот құраушы пестицид, көптеген арамшөптерді жою үшін ауыл шаруашылығында қолданылатын суда ерігіш контакттық гербицид (1,1'-диметил-4,4'-дипиридил иондары, C12H14N2Cl2) болып табылады. Бұл гербицид өсімдік жапырақтарының фотосинтездік аппаратының әсерімен белсендіріледі және жапырақтардың өздерін де бұзады. Арам шөптермен және фотосинтездеуші балдырлармен күресу үшін қолданылады.
Паракват стандартты жүйелерде белсенді оттегі радикалдарын (БОР) in vitro түзу үшін қажет болып табылады. Паракват, ксантин, ксантиндегидрогеназа қоспасын O2–
супероксид анионын түзу үшін қолданылып және оны «супероксид-генерациялаушы жүйе» деп атайды. Бұл концентрациялар көптеген тәжірибелер нәтижесінде орнатылған.
Паракват бір электронмен тотықсызданады және бұл НАДН тотығуымен қатар жүреді. Осы ферментативтік реакция нәтижесінде паракват оттегімен әсерлесу кезінде супероксид анион түзейтін бос радикалға айналады. Ары қарай, Фентон реакциясы нәтижесінде мыс, фенантролин, аскорбин қышқылы қатысуымен супероксидтен гидроксил радикал (ОН) түзіледі.
Гидроксил радикал (ОН) әсер етуі нәтижесінде жасуша өледі немесе ісікке айналады. Алайда, метилвиологенмен тотығу стрессін индукциялаудың биохимиялық механизмі түсініксіз қалып отыр. Адамның эпителий ұлпасының жасушалар культурасын метилвиологенмен инкубациялағанда, біраз уақыттан соң культура тотығу стрессінен тіршілігін жойды. Бірақ, жасушалар культурасын метилвиологенмен бірге аллопуринол қатысуымен инкубациялау кезінде жасушалар культурасында тотығу стрессі байқалмады, яғни жасушалар сау болып қала берді. Пуриндік қосылыс – аллопуринол ксантидегидрогеназаның (КДГ) арнайы ингибиторы болып табылады, яғни бұл ингибитор қатысуымен КДГ өзінің ферментативтік белсенділігін толығымен жоғалтады. Осындай нәтиже жасушалар культурасын вольфраматпен (яғни молибденсіз) алдын-ала инкубациялау кезінде алынды.
Вольфрам (185W) мен молибден (99Mo) радиоактивтік изотоптарын қолданумен бұл металдар бірін-бірі алмастыра алатындығы анықталды, яғни жасушада молибденнің жоғары концентрациясы кезінде молибдоферменттер молибденнен тұруы мүмкін және керісінше. Вольфрамның белсенді орталыққа тұрғызылу жағдайында молибден орнына фермент (біздің жағдайда КДГ) өзінің катализдік белсенділігін толық жоғалтады.
Сондықтан, паракваттың өсімдікке әсер етуін болдырмаудың бір жолы оның КДГ-сын белсенді емес вольфрамдық түрге айналдыру керек. Бұл үшін өсімдікті вольфрамның суда ерігіш тұздарымен қоректендіру керек. Алайда бірқатар себептермен вольфрам тұздарын өсімдікке қосуға болмайды. Біріншіден, вольфрамды тыңайтқышқа қоссақ, онда берілген өрістегі барлық өсімдіктер осы металлды сіңіріп, молибдофермент белсенділігін жоғалтады. Өсімдік тіршілігінің соңына дейін белсенді емес болып қалады. Оларға КДГ- ны уақытша ғана белсенді емес вольфрамдық формаға келтіру керек. Екіншіден, вольфраммен бір рет ластанған топырақты қалпына келтіру қиын болады.
«Вольфрамдық» өсімдікті алудың жалғыз әдісі тұқымдарды себу алдында праймингтеу әдісі болып табылады. Бұл белгілі әдіс өсімдік тұқымдарын сумен толық қанықтырып, кейін оларды толық кептіруден тұрады. Көптеген зерттеулер бойынша, праймингтен соң тұқымдарда өнгіштік, өсу қарқыны, өскіндердің дамуы, олардың өсуінің синхрондылығы бірден артады. Праймингтен кейінгі тұқымнан өсірілген көптеген өсімдіктерде қоршаған ортаның әртүрлі қолайсыз жағдайларына, мысалы сортаңдану, суық пен шөлейттенуге төзімділік пайда болады. Бұл – прайминг маңызының бір жағы.
Екінші жағы мынадай: прайминг кезінде қоршаған ортадан судың тұқымдардың ішкі ұлпаларына келіп түсуі кезінде, сумен тұқымдар ішіне осы суда еріген кейбір элементтер иондары енуі мүмкін. Осылайша, өсімдіктің барлық мүшелері вольфрамнан тұрып, молибдоферменттер белсенді емес болуы үшін осы өсімдік тұқымдарын вольфрамат иондарымен қанықтыру керек. Алайда, көптеген зерттеулер бойынша, тұқым қабықшалары әртүрлі иондар үшін жартылай өткізгіш болып табылады, яғни өсімдік түріне байланысты олардың тұқым қабықшалары бір иондарды таңдамалы өткізіп, басқаларын өткізбейді. Сондықтан, біздің алғашқы мақсат әртүрлі өсімдіктер тұқымдарының ішкі мүшелеріне вольфрам иондарының (WO4=) ену мүмкіндігін зерттеу болды.
Жоғарыда айтып кеткендей, өсімдіктің түріне байланысты, олардың дәндерінің қабықшасы иондарды өте қатал түрде таңдап, ішкі ұлпаларына өткізетінін көрсетіп отыр.
Сондықтан, біздің зерттеулеріміз біз тәжірибе жасаған өсімдіктердің дәндері әртүрлі деңгейде вольфрамат ионын ішкі ұлпасына өткізе алатынын көрсетті.
Прайминг әдісі арқылы вольфраматпен байытылған дәндерден өніп шыққан өскіндердің мүшелеріндегі КДГ ферменті ешқандай ферменттік активтік көрсетпеді. Яғни, шын мәнінде вольфрамат ионы дәннің ішіне еніп, кейіннен өскіндердің тамыры мен жапырақтарына біркелкі болып тарайтыны және ксантиндегидрогеназа ферменті активтігін жоғалтқан өскіндердің паракваттың әсеріне шыдамды екені де анықталды.
Қалыпты топырақта өскен басқа әртүрлі өсімдіктердің өскіндері паракваттың әсерінен солып, артынан өліп қалды.
Өсімдік дәндерін себер алдында қажет микроэлементпен (біздің жағдайымызда – вольфрамат) прайминг әдіс арқылы байыту – егісті жаппай микроэлементпен тыңайтуды айналып өтіп, егісті оның артық мөлшерінен сақтауға мүмкіндік беретін таза технология болып табылады.
Бұл тұрғыдан паракват гербицидінің қоршаған ортада пайдалануы зиянсыз екенін көрсетеді. Оның үстіне соңғы ғылыми жарияланулар паракваттың кейбір микроорганизмдер үшін қоректік зат екенін көрсетіп отыр. Яғни, өсімдік сіңірмеген, егістікте қалып қойған паракват оп-оңай микроогрганизмдердің жемі болып, егіс алқабын ластап жатпайды деген сөз.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:
1. Аликулов З., Беспаева Б. Якупбаев К. 1991. Способ получения ксантиноксидаза.
Авторское Свидетельство N 1693047 от 22 июля года.
2. Härtel, H., Haseloff, R.F., Ebert, B., Rank, B. 1992. Free radical formation in chloroplasts. Methyl viologen action. J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 12: 375-387.
3. Rebeiz, C.A., Reddy, K.N., Nandihalli, U.B. and Velu, J. 1990. Tetrapyrole-dependent
photosythetic herbicides. Photochem. Photobiol. 52:1099-1117.
