Ежегодно в нашей стране получают до 50 тысяч
новых химических соединений. Как из такого количества отобрать те, что
обладают потенциально рострегулирующим действием? Пока массовый отбор,
или первичный скрининг, соединений ауксинового, гиббереллинового,
цитокининового типа действия проводят с помощью самих растений. Система
биотестов позволяет обнаружить химические регуляторы роста. Напомним,
что биотесты представляют собой простые модели, обладающие
преимущественной чувствительностью к одному из известных фитогормонов.
Отрезки колеоптилей овса или черенки фасоли позволяют обнаружить
соединения с ауксиновымии свойствами, проростки гороха и салата - гиббереллины, а с помощью каллуса
табака или желтеющих листьев ячменя -
вещества цитокининового типа действия.
Биологическую активность новых синтезированных соединений сравнивают с
биологической активностью уже известных фитогормонов.
Через "сито" биологических тестов удается в год "просеять" только
несколько сотен соединений. Это, конечно, крайне мало. Возможно ли
находить активность веществ без лабораторных опытов? Как сократить
затраты и сроки испытаний?
Это смогли сделать химики, синтезирующие новые лекарственные препараты.
Сегодня им известно, какие группы атомов в структуре соединений
обладают противовоспалительными, антибактериальными, обезболивающими
или другими свойствами. На этой основе химические формулы кодируются и
поступают в ЭВМ. Компьютер сравнивает структуру нового соединения с
данными, заложенными в его памяти, и сообщает о возможных лекарственных
действиях. Лабораторные опыты здесь не требуются. Этот метод -
универсальный. Ученые полагают, что можно создать аналогичную систему
для нахождения соединений, регулирующих рост и развитие растений.
Осуществится давняя мечта химиков - синтезировать соединения с
заданными свойствами, формулу которых напишет ЭВМ.
В перспективе развития народного хозяйства реализуется целевая
комплексная научно-техническая программа по созданию и широкому
внедрению регуляторов роста растений, обеспечивающих повышение
урожайности и качества сельскохозяйственных культур. Программа призвана
объединить усилия ученых - физиологов растений, биохимиков, химиков и
специалистов-производственников в этом большом и важном деле.
Создается и осваивается производство препаратов на основе известных
регуляторов роста. Для этого надо изготовить опытные партии соединений.
Это нелегкий путь из лаборатории на производство. Ведь в лаборатории в
крошечных по объему колбах, ретортах и пробирках получают граммы столь
нужного всем регулятора роста, способного повышать, например,
засухоустойчивость растений или ускорять созревание. Но для обширных
полей нашей страны нужны не граммы, а десятки и сотни тонн. Такое
производство под силу только заводам. К тому же лабораторные способы
получения химических соединений оказываются непригодными для заводских
условий. И заново приходится находить не только новый способ, но и
новую технологию производства.
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте химических средств
защиты растений под руководством члена-корреспондента АН СССР Н. Н.
Мельникова синтезировали новые ретарданты
- гидрел и дигидрел. Они
представляют собой кислые соли β-хлорэтилфосфоновой кислоты с
азотистыми основаниями. Данные препараты оказались более эффективными,
чем всемирно известный ССС, средствами против полегания ячменя и
пшеницы. Но не только в этом их преимущество. Они также защищают семена
созревающих колосьев от ЭМИС - энзимо-микозного истощения семян,
известного в растениеводстве как "истекание" зерна (особенно ржи и пшеницы) в период созревания.
Часто в это время - период налива зерна -
бывают дожди, сильная роса и туманы. Под влиянием повышенной влажности
и температуры активизируются ферменты, разрушающие крахмал и белки.
Продукты гидролиза, в основном сахара, способствуют развитию опасных
болезней. ЭМИС приносит большие убытки. Иной раз весь хлеб может
пропасть на корню. Страдают от ЭМИС и наши отечественные сорта Безостая
1 и Мироновская 808.
Первым из физиологов растений обратил на это малоисследованное явление
в конце 40-х годов академик Н. Г. Холодный. А совсем недавно академик
ВАСХНИЛ М. С. Дунин и кандидат биологических наук С. К.
Темирбекова исследовали стадии развития ЭМИС и нашли способы борьбы с
ним. Здесь помогли ретарданты ССС и новый препарат дигидрел. Опыты на
делянках и на полях в Московском отделении ВНИИ растениеводства
показали, что в результате опрыскивания посевов 0,2 % -ным раствором
дигидрела повышается не только устойчивость хлебов к полеганию, но даже
и при полегании, и повышенной влажности зерна созревающие колосья
становятся более устойчивыми к "истеканию". Важно и то, что дигидрел
менее токсичный из всех известных ретардантов. Его токсичность в шесть
раз меньше, чем у ТУР.
Интересная судьба ждет картолин - новый препарат цитокининового типа
действия. Синтезировали его в лаборатории профессора Ю. А. Баскакова,
где случайно обнаружили его необычную способность повышать
морозостойкость растительных клеток в культуре тканей. В питательной
среде, содержащей картолин, растительные клетки выдерживали очень
низкие температуры и оставались живы. Возможно, что картолин и
родственные ему препараты будут активно использоваться для повышения
морозостойкости посевов. Появились данные о его способности повышать и
засухоустойчивость растений.
До сих пор мы рассказывали о синтетических химических соединениях, не
существующих в природе, но по своему действию на растения очень похожих
на фитогормоны.
А как же фитогормоны? Сможем ли мы широко применять их в сельском
хозяйстве? Пока, к сожалению, нет. С одной стороны, они дороги для
сельского хозяйства, дороги и способы их получения и очистка от
примесей, а для практического применения очень важна экономическая
эффективность. С другой стороны, фитогормоны, как правило, не стойки и
легко разрушаются от света и температуры, что снижает их биологическую
активность. Ученые из Московского химико-технологического института
имени Д. И. Менделеева предложили соединить регуляторы роста с
полимерами. Вновь полученные соединения назвали полистимулинами.
Окруженные оболочкой из полимеров, фитогормоны становятся более
устойчивыми, а главное, они постепенно, порциями, прорываясь через
полимер, поступают в растение и оказывают на него необходимое
физиологическое действие. Это значит, что регуляторы роста можно будет
вносить в почву заранее вместе с удобрениями или гербицидами.
Все новые регуляторы роста растений в нашей стране проходят
государственные испытания, которые служат завершающим этапом разработки
препаратов перед их массовым производством и использованием на полях.
За время испытаний, которые длятся три-четыре года, определяется
эффективность препарата в сравнении с известными регуляторами и
уточняются области его применения. Так же проектируется его
производство. Одновременно проводится тщательная
токсиколого-гигиеническая оценка. Препарат вводят в желудок мышам и
крысам, наносят на кожу, определяют действие на слизистые оболочки
глаз. Находят показатель ЛД50 - доза препарата,
от которой половина
лабораторных животных погибает. Она должна быть минимальной и не
превышать, как правило, 1000 миллиграммов на килограмм живой массы.
Допустимое остаточное количество в продуктах питания ДОК за рубежом
составляет: для алара - 30 миллиграммов на килограмм, НУК - 0,1,
гиббереллина - 1, ССС - 2 и для этрела - 5 миллиграммов на килограмм. В
нашей стране установленные значения ДОК еще ниже, например для гидрела
и дигидрела - 0,15, ГMК - 14, для широко применяемого гербицида 2,4Д
остаточного количества в продуктах питания не допускается. Сегодня
химики и биологи, создающие новые препараты, обязаны разрабатывать и
доступные методы определения остаточного количества этих препаратов в
растениях.
Важно, чтобы регуляторы роста были не только менее токсичны, но и не
накапливались в окружающей среде. Показатель ПДК - предельно допустимое
количество в почве, воде, воздухе - обеспечивает безопасность человека
и окружающей среды. Один из путей снижения ПДК - синтез препаратов,
легкоразлагающихся после оказания ими физиологического действия.
Роль химии в производстве сельскохозяйственной продукции велика.
Применение химических препаратов пока неизбежно и необходимо. Поэтому
требования сегодняшнего для - поиск, синтез и внедрение на поля новых
регуляторов роста, обладающих минимальной токсичностью и мутагенной
активностью. При создании новых препаратов наряду с химиками и
физиологами растений все большее участие принимают генетики.
Полная расшифровка механизма действия
фитогормонов и их синтетических
аналогов на растения откроет возможность целенаправленного создания
новых регуляторов роста: менее токсичных, легкоразлагающихся и
безвредных для всего живого на Земле.
