nauki ścisłe
Autor: Adam Wawrzyński | dodano: 2012-08-09
Na czym polega specyfika działania herbicydów?

(Zniszczona chwastnica jednostronna w burakach cukrowych. Fot. Lesław Zimny/Wikipedia)

Na czym polega specyfika działania herbicydów niszczących różne rodzaje roślin (np. jedno- i dwuliściennych)?

Odpowiada dr Adam Wawrzyński, redaktor Świata Nauki.

Związki chemiczne nazywane herbicydami należą do wielu grup o zróżnicowanym mechanizmie działania. Istnieje kilka metod klasyfikacji substancji niszczących rośliny, m.in. ze względu na sposób działania (miejscowy lub układowy\systemiczny), czas aplikacji związku (np. przed założeniem uprawy bądź już po wschodzie roślin) oraz sposób jej przeprowadzania (np. doglebowo lub dolistnie). Jeszcze innym kryterium podziału jest selektywność (specyficzność działania), czyli „ukierunkowanie” środka zwalczającego chwasty na określone grupy roślin. W tym ostatnim przypadku wyróżnia się zwykle trzy grupy herbicydów: totalne (nieselektywne, atakujące „wszystko, co zielone”), niszczące trawy (rośliny jednoliścienne) oraz zwalczające chwasty dwuliścienne.

Pierwszym szeroko rozpowszechnionym herbicydem był związek 2,4D (skrót od nazwy kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego), wprowadzony do rolnictwa po drugiej wojnie światowej. 2,4D jest syntetyczną auksyną (auksyny to jedna z grup hormonów roślinnych – regulatorów wzrostu i rozwoju roślin), której dostarczenie z zewnątrz pobudza roślinę do nieskoordynowanego wzrostu. Egzogenne auksyny szkodzą roślinie na dwa sposoby – przede wszystkim poprzez zaburzenie regulacji procesów metabolizmu (np. na skutek uszkodzenia dwóch innych szlaków sygnałowych, związanych z etylenem i kwasem abscysynowym), a także ze względu na spowodowanie kosztownego wydatku energetycznego, poniesionego na budowę nowych i niepotrzebnych tkanek.

Większość herbicydów „naśladujących” hormony roślinne działa selektywnie na rośliny dwuliścienne, praktycznie nie szkodząc trawom. Dlaczego? Naukowcy nie są pewni – jedni uważają, że u traw przenikanie syntetycznych auksyn z powierzchni liści do wnętrza rośliny zachodzi w bardzo ograniczonym stopniu. Drudzy skłaniają się ku opinii, że głównym mechanizmem zapewniającym roślinom jednoliściennym odporność na „herbicydy hormonalne” są biochemiczne przystosowania umożliwiające szybszą niż u roślin dwuliściennych degradację dostarczonych z zewnątrz związków.

Jeszcze inni badacze twierdzą, że podłożem różnicy we wrażliwości na syntetyczne hormony u obu grup roślin mogą być odmienności w budowie wiązek przewodzących lub też inny sposób recepcji regulatorów wzrostu i rozwoju. Warto wspomnieć, że chociaż większość herbicydów naśladujących hormony roślinne niszczy przede wszystkim rośliny dwuliścienne, istnieją związki skuteczne także w przypadku traw (np. quinclorac, prowadzący do nagromadzenia się w ich tkankach szkodliwych cyjanków).

Wśród herbicydów selektywnie działających na trawy najważniejszą grupą są tzw. inhibitory karboksylazy acetylo-CoA (enzymu zaangażowanego w syntezę kwasów tłuszczowych). Ponieważ struktura enzymu karboksylazy u roślin jedno- i dwuliściennych jest odmienna, związki chemiczne hamujące jego aktywność u traw nie szkodzą „dwuliściennej wersji” tego białka. Zahamowanie aktywności karboksylazy prowadzi do zatrzymania biosyntezy lipidów potrzebnych do budowy błon komórkowych. Herbicydy o tym mechanizmie działania po raz pierwszy pojawiły się na rynku w 1979 roku.

Prawdopodobnie dwa najsłynniejsze w tej chwili herbicydy nieselektywne to glifosat i glufosynat (znane lepiej pod handlowymi markami Roundup oraz Basta, mającymi także liczne inne odpowiedniki), które zaczęto stosować na dużą skalę w chwili wprowadzenia na rynek roślin genetycznie modyfikowanych, odpornych na każdy z wymienionych związków.

Glifosat hamuje aktywność enzymu EPSPS (syntazy 5-enolopirogroniano-szikimowo-3-fosforanowej), biorącego u roślin udział w biosyntezie trzech niezbędnych w produkcji białek aminokwasów (fenyloalaniny, tyrozyny i tryptofanu). Glufosynat (fosfinotrycyna) hamuje natomiast aktywność syntetazy glutaminowej, co prowadzi do nagromadzenia w roślinnych tkankach zabójczych ilości amoniaku.

Powszechne stosowanie w rolnictwie glifosatu i glufosynatu doprowadziło w ostatnich latach do pojawienia się chwastów odpornych na ich działanie – jest to jednak naturalny efekt wywierania silnej presji selekcyjnej w agrocenozie, niezwiązany ani z mechanizmem działania wspomnianych herbicydów, ani też z genetycznymi modyfikacjami roślin.

Warto podkreślić, że herbicydy, czyli środki niszczące rośliny niepożądane w uprawie (chwasty), stosowane we właściwy sposób i w odpowiedniej dawce nie są zagrożeniem ani dla ludzi, ani dla dzikiej przyrody.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 09/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
19
W 1912 r. urodził się George Emil Palade, amerykański cytolog, laureat Nagrody Nobla.
Warto przeczytać
Zmyl trop to użyteczna, ale i pełna powabu oraz przekonująca, kieszonkowa esencja wszystkiego, co chcielibyście wiedzieć o obronie przed inwigilacją.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Adam Wawrzyński | dodano: 2012-08-09
Na czym polega specyfika działania herbicydów?

(Zniszczona chwastnica jednostronna w burakach cukrowych. Fot. Lesław Zimny/Wikipedia)

Na czym polega specyfika działania herbicydów niszczących różne rodzaje roślin (np. jedno- i dwuliściennych)?

Odpowiada dr Adam Wawrzyński, redaktor Świata Nauki.

Związki chemiczne nazywane herbicydami należą do wielu grup o zróżnicowanym mechanizmie działania. Istnieje kilka metod klasyfikacji substancji niszczących rośliny, m.in. ze względu na sposób działania (miejscowy lub układowy\systemiczny), czas aplikacji związku (np. przed założeniem uprawy bądź już po wschodzie roślin) oraz sposób jej przeprowadzania (np. doglebowo lub dolistnie). Jeszcze innym kryterium podziału jest selektywność (specyficzność działania), czyli „ukierunkowanie” środka zwalczającego chwasty na określone grupy roślin. W tym ostatnim przypadku wyróżnia się zwykle trzy grupy herbicydów: totalne (nieselektywne, atakujące „wszystko, co zielone”), niszczące trawy (rośliny jednoliścienne) oraz zwalczające chwasty dwuliścienne.

Pierwszym szeroko rozpowszechnionym herbicydem był związek 2,4D (skrót od nazwy kwasu 2,4-dichlorofenoksyoctowego), wprowadzony do rolnictwa po drugiej wojnie światowej. 2,4D jest syntetyczną auksyną (auksyny to jedna z grup hormonów roślinnych – regulatorów wzrostu i rozwoju roślin), której dostarczenie z zewnątrz pobudza roślinę do nieskoordynowanego wzrostu. Egzogenne auksyny szkodzą roślinie na dwa sposoby – przede wszystkim poprzez zaburzenie regulacji procesów metabolizmu (np. na skutek uszkodzenia dwóch innych szlaków sygnałowych, związanych z etylenem i kwasem abscysynowym), a także ze względu na spowodowanie kosztownego wydatku energetycznego, poniesionego na budowę nowych i niepotrzebnych tkanek.

Większość herbicydów „naśladujących” hormony roślinne działa selektywnie na rośliny dwuliścienne, praktycznie nie szkodząc trawom. Dlaczego? Naukowcy nie są pewni – jedni uważają, że u traw przenikanie syntetycznych auksyn z powierzchni liści do wnętrza rośliny zachodzi w bardzo ograniczonym stopniu. Drudzy skłaniają się ku opinii, że głównym mechanizmem zapewniającym roślinom jednoliściennym odporność na „herbicydy hormonalne” są biochemiczne przystosowania umożliwiające szybszą niż u roślin dwuliściennych degradację dostarczonych z zewnątrz związków.

Jeszcze inni badacze twierdzą, że podłożem różnicy we wrażliwości na syntetyczne hormony u obu grup roślin mogą być odmienności w budowie wiązek przewodzących lub też inny sposób recepcji regulatorów wzrostu i rozwoju. Warto wspomnieć, że chociaż większość herbicydów naśladujących hormony roślinne niszczy przede wszystkim rośliny dwuliścienne, istnieją związki skuteczne także w przypadku traw (np. quinclorac, prowadzący do nagromadzenia się w ich tkankach szkodliwych cyjanków).

Wśród herbicydów selektywnie działających na trawy najważniejszą grupą są tzw. inhibitory karboksylazy acetylo-CoA (enzymu zaangażowanego w syntezę kwasów tłuszczowych). Ponieważ struktura enzymu karboksylazy u roślin jedno- i dwuliściennych jest odmienna, związki chemiczne hamujące jego aktywność u traw nie szkodzą „dwuliściennej wersji” tego białka. Zahamowanie aktywności karboksylazy prowadzi do zatrzymania biosyntezy lipidów potrzebnych do budowy błon komórkowych. Herbicydy o tym mechanizmie działania po raz pierwszy pojawiły się na rynku w 1979 roku.

Prawdopodobnie dwa najsłynniejsze w tej chwili herbicydy nieselektywne to glifosat i glufosynat (znane lepiej pod handlowymi markami Roundup oraz Basta, mającymi także liczne inne odpowiedniki), które zaczęto stosować na dużą skalę w chwili wprowadzenia na rynek roślin genetycznie modyfikowanych, odpornych na każdy z wymienionych związków.

Glifosat hamuje aktywność enzymu EPSPS (syntazy 5-enolopirogroniano-szikimowo-3-fosforanowej), biorącego u roślin udział w biosyntezie trzech niezbędnych w produkcji białek aminokwasów (fenyloalaniny, tyrozyny i tryptofanu). Glufosynat (fosfinotrycyna) hamuje natomiast aktywność syntetazy glutaminowej, co prowadzi do nagromadzenia w roślinnych tkankach zabójczych ilości amoniaku.

Powszechne stosowanie w rolnictwie glifosatu i glufosynatu doprowadziło w ostatnich latach do pojawienia się chwastów odpornych na ich działanie – jest to jednak naturalny efekt wywierania silnej presji selekcyjnej w agrocenozie, niezwiązany ani z mechanizmem działania wspomnianych herbicydów, ani też z genetycznymi modyfikacjami roślin.

Warto podkreślić, że herbicydy, czyli środki niszczące rośliny niepożądane w uprawie (chwasty), stosowane we właściwy sposób i w odpowiedniej dawce nie są zagrożeniem ani dla ludzi, ani dla dzikiej przyrody.