Гаметициды и их применение в селекции

нарушение селективной изоляция формиру¬ющихся тетрад с последующим их деградированием. Пред¬полагают, что каллозная оболочка функционирует как «мо¬лекулярный фильтр», позволяющий проникать внутрь мате¬ринских клеток пыльцы основным питательным элементам, за исключением больших молекул. Последние в эту раннюю фазу могут помешать установлению автономии ядра гаплоид-ной споры в пределах собственной цитоплазмы [98].

Химическая изоляция материнских клеток пыльцы в ста¬дии тетрад от окружающей диплоидной цитоплазмы является необходимой предпосылкой нормального развития пыльцы [94]. Установлено, что меченый тимидин поступает в материн¬ские клетки пыльцы только до формирования каллозной обо¬лочки, но не проникает, если они заключены в каллозу [72]. При изменении последней и освобождении тетрад метка сво¬бодно поступала в микроспоры. Эти наблюдения позволили сделать вывод о функционировании каллозной оболочки как «молекулярного фильтра».

Каллозное покрытие материнских клеток пыльцы функцио¬нировало как молекулярное сито: каллоза пропускала глю¬козу и углекислый натрий, но задерживала фенилаланин, размер молекулы которого гораздо меньше глюкозы и он 22

должен был бы легко проникать в материнские клетки пыль¬цы [123]. Выводы J. Heslop-iHarrison и A. Mckenzie [72] также сомнительны, так как метка могла не включаться ввиду от¬сутствия синтеза ДНК. В других исследованиях показано, что роль каллозной оболочки значительно сложнее, чем «про¬стого молекулярного фильтра» [4, 130].

ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В НИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Для успешного поиска химических соединений, обладаю¬щих высокой селективностью гаметоцидного действия, необ¬ходима информация о поступлении и распределении экзрген-но наносимого на стебли и листья препарата. Степень поступ¬ления и скорость распределения химических соединений зави¬сят от морфо-физиологических особенностей листовой плас¬тинки, химических характеристик наносимого препарата, ок¬ружающих условий и других факторов. У различных видов культурных растений, с которыми проводили эксперименты с целью химической индукции мужской стерильности, в зна¬чительной степени варьирует толщина кутикулы и соотноше¬ние ее компонентов (воск, кутан, пектин, целлюлоза), а так¬же внешняя эпидермальная оболочка [44, 56, 60, 65, 69, 75].

С помощью химических методов анализа исследовали ку-тикулярный слой листьев 24 видов овощных и плодовых куль¬тур [77]. Установлено разнообразие в составе и соотношении веществ листовой поверхности и значительные различия в толщине и составе мембраны кутикулы. Однако основные структурные компоненты кутикулы характерны для всех рас¬тений. Кут.ин представляет собой полимолекулярную сеть гид-рокси-карбокоильных кислот с простыми и сложными эфир¬ными связями. С кутанным матриксом связаны полисахар.иды и кутикулярный и этикулярный воск, богатый алканами. Так как в кутикуле имеются полярные и неполярные группы, она обладает как гидрофильными, так и липофильными свойства¬ми [45].

Одним из важных факторов, определяющих степень эф¬фективности действия гаметоцида, является зависимость его. активности от климатических и погодных условий, которые необходимо учитывать при разработке доз и концентраций для конкретных возделываемых культур и представляющих их сортов. Однако до сих пор не удалось установить четких взаимосвязей между влиянием условий среды и проницаемо¬стью листовой поверхности, хотя развитие кутикулы коррели-

23

рует с продолжительностью светового периода, инсоляцией, влажностью почвы и воздуха, температурой [81].

Температурный режим является одним ,из самых определя¬ющих условий развития кутикулы и распределения наноси¬мого препарата [83]. При нанесении препарата в разные фазы органогенеза следует учитывать, что с возрастом листа сни¬жается абсорбционная способность. Р. М. Nelson и R. К. Reid fl05] доказали, что метиловые эфиры жирных кислот — Lg-ii вызывают гибель меристематических тканей, но не разрушают более зрелые ткани. Механизм такой селективности основан на способности кутикулы действовать как барьер проницаемо¬сти по отношению к наносимому препарату. Это было под¬тверждено разрушением кутикулы до нанесения эмульсии (4%-ный метил-деканоат+0,1%-ный твин 20). Гибель ткани (ожоги) — результат нарушения структуры мембран. Авторы считают, что твин снижает проницаемость кутикулы и плохо проникает через кутикулу зрелых листьев.

Поверхностное применение гаметоцидных препаратов с использованием радиоактивной метки показало, что при на¬несении на лист гаметоциды быстро транслокализуются в ре¬продуктивные органы. Нанесение химикатов на базальную часть листа обеспечивало более полное поглощение препара¬та, чем на апикальную часть. В репродуктивных тканях ак¬тивно аккумулировались гаметоциды.

Наиболее подробно абсорбционные особенности химиче¬ских препаратов изучали на гербицидах. Детально были ис¬следованы ответные реакции растений двух сортов капусты, характеризующиеся различной чувствительностью к нитрофе-ну (2,4-дихлорфенил-р-нитрофениловый эфир) [113]. У обо¬их сортов не было обнаружено заметных различий в скоро¬сти прорастания семян, росте растений, плотности устьиц ли¬стьев и в транслокализации меченого '^С гербицида. Однако у растений устойчивого к препарату сорта листья обладали более восковидной поверхностью, что позволило сделать вы¬вод о корреляции между блокированием абсорбции и содер¬жанием воска в кутикуле.

Проникновение соединений в ткани листа обусловлено и другими факторами, характеризующими применяемый раст¬вор: температурой, концентрацией, продолжительностью вре¬мени его соприкосновения с поверхностью растений, поверх¬ностным натяжением и др. Проникновение веществ возраста¬ет пропорционально времени и концентрации. Поступление соединения из раствора в ткани листа осуществляется до тех пор, пока его доза на поверхности листа или под кутикулой не станет предельной. В полевых условиях эффективность действия и поступление нанесенного препарата зависят от

24

сложного взаимодействия климатических факторов и внут¬ренних физиологических тканевых параметров (водный де¬фицит, значение рН в клетке, концентрация цнтоплазматиче-ского сока и т. д.).

В ткани листа легче проникают недиссоциирующие моле¬кулы. Повышение температуры от 10 до 30° увеличивает про¬ницаемость кутикулы и мембран, за исключением промежут¬ка между 15" и 25°, в пределах которого поступление носит относительно стабильный характер. Если опрыскивание про¬водят под давлением, растворы проникают в основном через устьица, однако вещества с поверхностным натяжением, близким к поверхностному натяжению воды (70 дин/см2), че¬рез устьица не проникают ,[54].

При селективности абсорбции у наиболее распространен¬ных видов сельскохозяйственных культур по отношению к 2,4Д (который обладает и гаметоцидными свойствами) ус¬тановлено, что толщина кутикулы является решающим фак¬тором, а толщина и структура оболочек эпидермальных кле¬ток не имеют определяющего значения для степени абсорб¬ции препарата. При этом абсорбционные характеристики ста¬рых и молодых листьев значительно отличались и в обоих случаях зависели от химических свойств препарата.

На проростках конских бобов поглощение листьями ме¬ченого по углероду '^'^^-хлор-о-толил) окиси] бутиловой кислоты было одинаковым для листьев всех возрастов. Одна¬ко замена бутиловой кислоты на радикал уксусной кислоты вызывала различия в поглощении молодыми (скорее) и более зрелыми (медленнее) листьями [92]. Таким образом, даже слегка измененная конфигурация молекулы может в значи¬тельной степени повлиять на ее способность проникать через мембраны [126].

Пока не установлено четкой взаимосвязи между химиче¬скими, физическими характеристиками и проницаемостью пре¬парата в системе клеток.

С помощью энзиматически изолированной кутикулы листь¬ев была создана шкала проницаемости кутикулы по отноше¬нию к ряду алифатических спиртов и их амидов [138]. Соеди¬нения выбирали по способности растворять липиды и по моле< кулярньш весам. Результаты опытов показали, что кутикула функционирует в основном как липоидная мембрана, позво¬ляющая веществам проникать в клетку пассивной диффузией согласно их растворимости в липидах. Модель молекулярно¬го сита больше подходит для молекул малых размеров. Ко¬эффициенты проницаемости алифатических спиртов распола¬гаются от этанола к пентанолу: этанол