Ингибиторы протопорфириногеноксидазы в защите растений¶

Ингибиторы протопорфириногеноксидазы — класс химических соединений, подавляющих активность фермента протопорфириногеноксидазы (PPO, EC 1.3.3.4), который катализирует превращение протопорфириногена IX в протопорфирин IX на завершающем этапе биосинтеза гема и хлорофилла. В защите растений эти вещества применяются преимущественно как гербициды контактного действия, а также рассматриваются в качестве фунгицидных и нематоцидных агентов.

¶Механизм действия

Протопорфириногеноксидаза локализована в пластидах и катализирует окисление протопорфириногена IX с образованием протопорфирина IX. Ингибирование фермента приводит к накоплению субстрата, который самопроизвольно окисляется вне активного центра с выходом из пластид. В цитоплазме и мембранах на свету протопорфирин IX взаимодействует с молекулярным кислородом, генерируя синглетный кислород и другие активные формы кислорода. Окислительный стресс разрушает липиды мембран, хлорофилл и клеточные структуры, что вызывает быстрый некроз тканей. Характерная особенность — светозависимость: в темноте симптомы не проявляются.

¶Химические классы

К ингибиторам PPO относятся несколько групп соединений:

• Дифениловые эфиры — например, ацифлуорфен, флуорогликофен, оксифлуорфен.
• N-фенилфталимиды — флумиоксазин, цинидон-этил.
• Оксадиазолы — оксадиазон, оксадиаргил.
• Триазолиноны — сулфентразон, карфентразон-этил.
• Пиримидиндионы и тиадиазолы — более новые группы.

Соединения различаются по спектру действия, селективности и поведению в почве.

¶Применение в защите растений

Ингибиторы PPO используются как гербициды против широкого спектра двудольных сорняков, а некоторые — и против злаковых. Препараты на основе флумиоксазина и оксифлуорфена применяются на сое, арахисе, хлопчатнике, овощных и плодовых культурах. Действие контактное: препарат не перемещается по флоэме, поэтому качество покрытия листовой поверхности критично. Симптомы у чувствительных растений — быстрое побурение и некроз листьев в течение нескольких часов после обработки на свету.

Селективность у разных культур обеспечивается различиями в скорости метаболического обезвреживания действующего вещества, а не различиями в самом ферменте-мишени. Устойчивые культуры быстрее разлагают гербицид ферментами глутатион-S-трансфераз и цитохром P450-зависимых систем.

¶Устойчивость сорняков

Массовое применение ингибиторов PPO привело к отбору устойчивых биотипов сорных растений, в первую очередь у амаранта Палмера (Amaranthus palmeri), щирицы и некоторых видов мари. Основные механизмы:

• точечные мутации в гене PPO2, снижающие сродство фермента к гербициду;
• усиленная экспрессия гена PPO2;
• повышение метаболической деградации ксенобиотика.

Для замедления резистентности практикуют чередование действующих веществ с разными механизмами действия и комбинации с гербицидами иных классов.

¶Другие направления

Помимо гербицидного применения, ингибиторы PPO изучаются как фунгициды и нематоциды. Некоторые производные проявляют активность против фитопатогенных грибов и почвенных нематод, что связывают с нарушением биосинтеза гема у этих организмов. Ведутся работы по поиску соединений с улучшенной селективностью и пониженной персистентностью в окружающей среде.

¶Экологические аспекты

Ингибиторы PPO относятся к контактным препаратам с относительно коротким периодом полураспада в почве, что снижает риск миграции в грунтовые воды. Вместе с тем они токсичны для водных организмов, в частности для рыб и беспозвоночных, что требует соблюдения буферных зон при обработке. Для пчёл и других опылителей опасность оценивается как низкая при соблюдении регламентов применения.