Лекция: классификация пестицидов

План

2. Пестициды - биологически активные вещества

3. Классификация пестицидов по способу проникновения и по характеру действия

4. Классификация пестицидов по химическому строению

5. Классификация пестицидов по механизму действия
Химические средства защиты растений в настоящее время являются неотъемлемой частью технологий возделывания сельскохозяйственных культур во всем мире. Они широко применяются также в процессе хранения и транспортировки готовой продукции, при дезинсекции и дезинфекции помещений. При этом на рынке представлено огромное количество биологически активных соединений и микробиологических препаратов.

В последнем, двенадцатом, издании Справочника по пестицидам Британского комитета по защите растений приведены данные по 1410 веществам, применяемым в качестве средств защиты растений. Данный список постоянно расширяется и обновляется. Все это разнообразие химических и микробиологичес­ких средств защиты растений объединено под единым названием — пестициды, от латинских слов — pest (чума, зараза, всеобщее бедствие) и cidos (убивать).

В законе «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами» (№ 109-ФЗ от 19.07.97) определено, что 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).

Для того чтобы улучшить и ускорить процессы изучения и использования пестицидов, эти вещества классифицируются по объектам применения, по способам проникновения в организм, характе­ру и механизму действия, а также по химическому строению.

В зависимости от производственного (практического) назначения пестициды подразделяют на группы по объектам применения, каждая из которых контролирует (подавляет, уничтожает) те или другие виды вредных организмов. В об­щей сложности около 70 производственных групп пестицидов. Остановимся на наиболее применяемых.

1. Авициды (орнитоциды) - химические соединения, применяемые для уничтожения нежелательных (вредных, больных, хищных) птиц.

2. Акарициды (митициды) - препараты для борьбы с растительноядными клещами. Здесь различают три группы химических соединений акарицидов:

а) специфические акарициды, т.е. действующие только на клещей.

б) инсектоакарициды, уничтожающие и клещей, и насекомых.

в) акарофунгициды - против клещей и возбудителей заболеваний.

3. Альгициды - соединения, подавляющие развитие водорослей и других сорных растений в водоемах.

4. Антигельминты - препараты для борьбы с паразитическими червями на растениях и у животных.

5. Антисептики - общее название обезвреживающих средств, применяемых для предохранения металлических и неметаллических (растительных) материалов от разрушения микроорганизмами. Параллельно их применяют для борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний человека и животных.

6. Бактерициды - соединения для борьбы с возбудителями бактерий, бактериями и бактериальными болезнями растений, животных и человека.

7. Гербициды - соединения сплошного или избирательного действия для борьбы с сорной и ядовитой растительностью.

8. Гермициды - общее название препара­тов, применяемых для уничтожения всех видов микроорганизмов.

9. Зооциды - соединения, применяемые для уничтожения вредных позвоночных, животных (грызуны).

10. Инсектициды - название обширной группы пестицидов для борьбы с вредными насекомыми. Отдельные группы инсектицидов носят более специальные названия:

афициды - высоко специфические инсектициды, предназначенные для борьбы с тлями;

имагоциды - химические препараты для уничтожения взрослой фазы насекомых и клещей (имаго). Применяют в борьбе с имаго, обладающими ярко выраженным грызущим или колюще-сосущим ротовым аппаратом (колорадский жук, тли, черепашки, растительноядные клещи);

лаврициды - инсектоакарициды, применяемые для уничтожения личинок насекомых и клещей, у чешуекрылых - гусениц;

неоаплектанты - соединения, применяемые против стадий насекомых, имеющих при своем развитии контакт с почвой. Поверхностную обработку участка неоплектантами проводят перед уходом насекомых в почву;

овициды - инсектоакарициды, направленные на уничтожение кладок яиц насекомых и клещей;

скелициды - высокоспециализиро-ванные инсектициды для уничтожения вредных жуков.

11. Лимациды или моллюскоциды - соединения для уничтожения слизней, химические препараты для борьбы с моллюсками, в том числе брюхоногими (улитками).

12. Микроинсектициды - микробиологические препараты - вещества для борьбы с вредителями на основе использования микроорганизмов, способных к спонтанному размножению (бактерии, вирусы, грибы). Микроинсектициды применяются для борьбы с вредителями растений:

а) Бактериальные препараты - вещества на основе культуры кристаллообразных бактерий, направленные, главным образом, на уничтожение листогрызущих насекомых. Среди них наиболее известны дендробациллин, битоксибациллин, дипел, энтобактерин и другие,

б) Вирусные препараты - вещества на основе возбудителей вирусных болезней насекомых. В настоящее время практическое применение нашли вирусные препараты на основе вирусов - гранулеза и полиэдроза.

в) Грибные препараты - вещества на основе использования энтомопатогенных грибов. Среди них наиболее известен боверин - препарат контактно-кишечного действия.

13. Нематоциды - химические препараты для борьбы с вредителями-нематодами - (круглые черви, фитогельминты) pacтений

14. Протравители семян - препараты для предпосевной обработки семян и посадочного материала (клубни) с целью защиты всходов от болезней и вредителей.

15. Синергисты - вещества, взаимоусиливающие действие пестицидов при их комбинированном применении против комплекса вредных организмов.

16. Фумиганты - газообразные или парообразные химические препараты для борьбы с вредными организмами в условиях замкнутого объекта (обработка экспортно-импортного растительного материала в вакуум-аппаратах и т.д.)

17. Фунгициды - химические препараты, подавляющие и уничтожающие развитие грибов - возбудителей заболеваний с.-х. культур.

Среди фунгицидов, инсектицидов и акарицидов различают узкоспециа-лизированнные препараты. Некоторые пестициды действуют одновременно на две или более группы вредных организмов.

Большинство инсектицидов характеризуется ларвицидным действием. Среди акарицидов есть препарат с ларвицидным и имагоцидным действием и с выраженным овицидным действием. Реализация токсичности инсектицидов и акарицидов в значительной степени зависит от объективной оценки структуры популяции насекомых и клещей, чтобы в ней по численности преобладала чувствительная стадия или фаза развития.

Вопрос 2. Пестициды - биологически активные вещества

К пестицидам относятся биологически активные вещества, которые используются в защите растений. В настоящее время их активно выявляют и изучают. Среди них выделяются следующие группы:

1. Феромоны - химические синтетические препараты (аналоги природных ароматических веществ), выделяемые готовыми к спариванию самками для привлечения самцов в соответствии с видовой специфичностью. Феромоны - максимально активные биологические вещества. Применение феромонов может решить многие проблемы окружающей среды, но для этого требуется разработать экономически недорогой синтез достаточно чистых активных веществ и устранить маскирующее действие незначительных количеств трудноотделяемых стереоизомеров. Наиболее сильными феромонами являются аналоги всех половых аттрактантов, веществ, привлекающих определенные виды насекомых, грызунов. Диаметр «притяжения» весьма значительный - до десяти километров. Имеются и пищевые аттрактанты (привлекающие к пище), и аттрактанты, которые привлекают к характерным местам откладки яиц. Применение феромонов в сочетании с инсектицидами может приводить к гибели большого количества насекомых в местах их концентрации.

2. Кайромоны - принципиально новая группа биологически активных веществ, представляющие собой синтетические модели ряда секретов желез насекомых. Созданные на их основе химические препараты позволяют энто-мофагам довольно быстро находить свои жертвы: насекомых - хозяев.

3. Репелленты - химические модели (аналоги) запахов, отпугивающие вредителей от объекта питания (растение, человек, животное). Наиболее интенсивно репелленты применяются для защиты, человека и с.-х. животных от кровососущих насекомых.

4. Гормональные препараты - синтезированные химические аналоги (модели) гормонов насекомых, обладают высокой биологической активностью. В процессе применения нарушают важнейшие функции развития (метаморфоза) и обмена веществ у насекомых. К ним относятся:

а) экдизоны - сложные химические синтетические препараты, аналоги-модели гормонов линьки насекомых. Они чрезмерно усиливают линочный процесс, линочные шкурки не сбрасываются, что нарушает процесс питания и обеспечивает гибель насекомых на фоне обилия корма.

б) ювеноиды - синтетические аналоги ювениального гормона, пагубно действующие на развитие (метаморфоз) и обмен веществ у насекомых. Обеспечивают в конечном итоге сильное снижение активности нейросекторных клеток, вплоть до их дегенерации.

4. Прекоценты - химические препараты, обладающие интиювениальной активностью.

5. Ингибиторы - вещества, замедляющие протекание химических реакций или прекращающие их, а также вещества, тормозящие биологические процессы. При этом нарушается в основном хитин клеток. Например, димилин, ингибитор синтеза хитина у яблонной плодожорки.

6. Стерилянты - общее название средств, нарушающих способность организма к размножению (химические препараты, радиационная дезинсекция, гаммаоблучение), в том числе хемостерилизаторы - химические препараты для стерилизации мужских и женских особей в целях снижения и последующего самоуничтожения природной популяции вредных видов.

7. Регуляторы роста растений - химические препараты, положительно влияющие на процесс роста и развития растений (гибберелин, гидрел и др.). Они легко растворимы в воде и свободно проникают в растения. Применяются также для обработки семян культурных растений.

8. Десиканты - химические вещества, ускоряющие предуборочное подсушивание растений на корню.

9. Дефолианты - химические препараты обеспечивающие предуборочное удаление листьев (хлопчатник, подсолнечник) с целью механизации уборочных работ.

10. Дефлоранты - химические препараты, обеспечивающие одновременное быстрое опадение избыточной завязи плодовых культур.

11. Гаметоциды - химические вещества, применяемые для стерилизации мужской пыльцы растений.

12. Антифиданты - химические соединения, обладающие двойным действием, предохраняют растения от поедания насекомыми и отпугивают насекомых от пищи.

13. Суперфиданты - стимуляторы обжорства - химические вещества, в противовес антифидантам возбуждающим аппетит у вредных насекомых. Насекомые поедают корм, обработанный суперфидантами, с большой жадностью до тех пор, пока не наступает их гибель

14. Фагостимуляторы - химические вещества, возбуждающие аппетит насекомых.

Вопрос 3. Классификация пестицидов по способу проникновения и по характеру действия

Наиболее широкое применение в различных сферах хозяйства из приведенных выше пестицидов получили инсектициды, фунгициды, гербициды, а также регуляторы роста растений. В зависимости от способности проникновения во вредный организм, от характера и механизма воздействия на него и некоторым критериям эти пестициды делят на различные подгруппы.

I. Инсектициды по характеру проникновения и поражения организма насекомого разделяются на следующие основ­ные подгруппы:

1. Контактные, поражающие насекомых при контакте вещества с любой частью тела.

2. Кишечные, поступающие в организм насекомого с пищей и отравляющие его при попадании яда в кишечник.

Большинство применяемых инсектицидов могут проникать в организм раз­личными путями, в связи с этим определенные препараты относят к той или иной подгруппе, учитывая основной путь их проникновения в организм насекомого.

3. Системные пестициды проникают в растение и передвигаются по ксилеме или по флоэме и отравляют насекомых в результате питания ими отравленными растениями. Большинство системных пестицидов проникает через семена, корни, стебли в растение и передвигаются акропитально (снизу вверх) по ксилеме к растущим органам, защищая их от вредителей.

Если при опрыскивании такой препарат попадает на верхние листья, системного действия не наблюдается.

4. Фумиганты - пестициды проявляющие токсичность в газообразном или парообразном состоянии, проникающие в организм через органы дыхания (бромистый метил - инсектицид фумигационного действия).

Некоторые инсектициды оказывают чисто физическое действие на организм, а именно: они вызывают закупорку дыхательных путей насекомого, вследствие чего оно гибнет от асфиксии.

II. Фунгициды обычно делят на две основные подгруппы:

В свою очередь фунгициды для вегетирующих растений делятся на препараты:

1) профилактического действия (чаще всего контактного), применяемые для предохранения растений от различных инфекций;

2) препараты искореняющего действия (лечащие), используемые для лечения растений.

Среди фунгицидов имеются пре­параты контактные и системные. Системные препараты акропитального передвижения это тилт, титул, бампер, колосаль, раксил; базипитального передвижения (сверху – вниз) по флоэме – альетт; трансламинарное действие - быстрое передвижение препарата с верхней части листа в нижнюю, где образуются споры многих возбудителей болезней (строби, амистар - фунгициды трансламинарного действия). Для повышения эффективности и расши­рения спектра действия используют смеси системных и контактных фунгицидов.

III. Гербициды по характеру дей­ствия на растения делятся на две основные подгруппы:

1. Сплошного действия, поражающие все виды растений.

2. Избирательные (селективные), опасные только для одних видов растений.

По внешним признакам действия и особенностям применения (введение в корни через почву, нанесение на поверх­ность растения и др.) гербициды делят на три подгруппы:

а) контактные;

б) системные;

в) действующие на корневую систему растений или на прорастающие семена.

К контактным гербицидам относятся вещества, поражающие листья и стебли. При непосредственном их контакте с препаратом растение гибнет в резуль­тате нарушения нормальных процессов жизнедеятельности.

К системным гербицидам относятся вещества, способные передвигаться по сосудистой системе растений. Такие гербициды, попав на листья и корни растения, быстро распространяются по всему, растению, вызывая его гибель. Применение препаратов системного действия особенно эффективно в борьбе с сорняками, имеющими мощную корневую систему.

Третью подгруппу составляют гербициды, которые вносят в почву для уничтожения семян, в том числе прорастающих, и корней сорных растений.

Механизмы проникновения и характер действия пестицидов третьего поколения (биологически активных веществ) весьма специфичны, особенно это касается препаратов, обладающих прежде всего феромонной активностью. Воспринимает молекулу феромона рецепторная мембрана сенсилл насекомых. Конечную связь с феромоном осуществляет белок гомогенанты (усиков). Этот белок является веществом и не обнаруживается в других тканях и в гемолимфе насекомых. Белок гомогенанты антенн (его называют феромон - связующим) присутствуют здесь в значительном количестве - (15 мкг на 1 антенну), его молекулярная масса - приблизительно 15 000 международных еди­ниц. Дополнительно в гомогетах обнаружено несколько эстераз, субстратом для которых служат альфа и бета - нафтил ацетаты.

Две формы эстераз представляют наибольший интерес, так как одна обнаруживается только в антеннах женских особей, а вторая - во всех кутикулярных тканях крыльев, головы, трахей, брюшка, но в мозге, вентральной нервной цепи, жировом теле и гемолимфе ее нет. Вторая эстераза в противоположность первой имеется в антеннах мужских особей и обеспечивает инактивацию молекул феромона.

В целом белок гомогенаты антенн обладает специфичностью в соединении с молекулами феромона, а эстеразы участвуют в инактивации феромонного вещества.

Классификация пестицидов по химическому строению связана с тем, что, как правило, вещества одной химической группы или близ­кие по структуре соединения имеют общие химические свойства и био­логическую активность одинаковой направленности, зачастую с од­ним и тем же механизмом действия. Такое объединение пестицидов в группы обеспечивает лучшее и более быстрое их изучение и позволяет прогнозировать появление новых биологически активных веществ. Начальная классификация предусматривает деление пестицидов на три большие группы:

• неорганические соединения (соли меди, фосфиды, сера);

• вещества естественного происхождения (биопестициды — мик-робиологические и вирусные препараты, продукты микробиоло­гического синтеза и т. п.);

• органические синтетические соединения.

Подробная классификация приведена ниже.

В последнее время в связи с усложнением и нарастанием проблемы приобретенной резистентности большое внимание стали уделять классификации пестицидов по механизму действия, которая позволяет достаточно быстро разработать систему чередования пестицидов, обеспечивающую предотвращение или подавление резистентности.

• соединения, действующие на ионные каналы (нарушающие прохождение нервного импульса по аксону), натрий-калиевые каналы и обмен кальция: синтетические пиретроиды, галогенпроизводные углеводородов;

• ингибиторы ацетилхолинэстеразы: органические соединения фосфора, эфиры карбаминовой кислоты.

Вещества, блокирующие постсинаптические рецепторы:

• холинэргические рецепторы, реагирующие на никотин: неони-котиноиды, бенсултап;

• рецепторы гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глутамата: авермектины и фенилпиразолы.

Ингибиторы митохондриального дыхания (окислительного фосфори-лирования): феназахин, пиридабен.

• неорганические соединения: соли меди, сера;

• дитиокарбаматы;

• фталимиды;

• другие соединения: хлоротоланил.

Ингибиторы биосинтеза стеринов:

• ингибиторы С14α-деметилирования: азолы (1,2,4-триазолы и имидазолы), пиримидины (пирмидилкабинолы) и пиперазины;

• ингибиторы Δ8,7-изомеразы и Δ|4-редуктазы: морфолины и спиро-ксамины.

Ингибиторы биосинтеза нуклеиновых кислот:

• ингибиторы синтеза ДНК: химексазол;

• ингибиторы синтеза РНК: фениламиды, гидроксипиримидины.

Ингибиторы биосинтеза тубулина: бензимидазолы.

Ингибиторы дыхания: карбоксамиды, стробилурины, нитрофенолы.

Вещества, действующие на клеточные мембраны: гуанидины.

Соединения с неопределенным местом действия: ароматические углеводороды.

Гербициды

Ингибиторы биосинтеза аминокислот:

• ингибиторы биосинтеза ароматических аминокислот: глифосат;

• ингибиторы биосинтеза аминокислот с разветвленной цепочкой (ингибиторы ацетолактат-синтетазы или ацетогидроксикислот-синтетазы): производные сульфонилмочевины, имидазолиноны, триазолпиримидин сульфонамиды, пиримидинилтиобензоаты.

Ингибиторы биосинтеза липидов:

• ингибиторы ацетил-СоА-карбоксилазы: производные арилокси-феноксикислот, циклогександион оксимы;

• ингибиторы синтеза жирных кислот с длинной цепочкой: тиокарбаматы.

Гербициды гормоноподобного действия: производные арилоксиал-килкарбоновых кислот, бензойной и никелиновой кислот.

Ингибиторы фотосинтеза:

• ингибиторы нециклического фотофосфорилирования: 1,3,5-триазины, производные фенилмочевины; ацетанилиды, гидроксибензонитрилы, фенилкарбаматы, производные урацила, триазиноны, бентазон и хлоридазон;

• ингибиторы циклического фотофосфорилирования: производ­ные дипиридилия.

Ингибиторы деления клеток: 2,6-динитроанилины, 2-хлорацет-анилиды.

Гербициды с другим механизмом действия: производные ариламинопропионовой кислоты.
Вопросы для самоконтроля:

1. В чем заключается условность классификации пестицидов ?

2. Объекты применения инсектоакарицидов.

3. Объекты применения фунгицидов и бактерицидов.

4. В чем заключается системное действие пестицидов ?

5. Чем отличается базипитальное и акропитальное передвижение пестицидов в растениях?

6. Отличие пестицидов контактного и системного действия.

7. Отличие пестицидов системное и трансламинарного действия.

8. Чем отличаются пестициды неорганические и органические?

9. Начальная классификация пестицидов по химическому строению?

10. Назовите действующие вещества Пиретроидов (синтетических).

11. Сколько группы есть у инсектицидов и акарицидов пестицидов по механизму действия и их особенности?