Токсичность пестицидов для вредных организмов и факторы ее определяющие

Организмы, используемые для определения токсичности, называют биотестами. Количественные показатели токсичности определяют опытным путем. Для этого группы биотестов, обрабатывают разной массой пестицида и определяют эффект его действия, который выражают в процентах к контролю (необрабатываемая группа биотестов), учитывая степень гибели объектов или нарушения в них отдельных процессов.

Количественной мерой токсичности пестицида служит токсическая доза – масса вещества, вызывающая в организме определенный эффект. Дозу выражают в единицах массы пестицида по отношению к единице массы обрабатываемого объекта.

Показатели токсичности обозначают по вызываемому эффекту (смертельная, или летальная, и эффективная дозы) буквенными символами СД, ЛД и ЭД.

Первые два показателя используют, если эффект действия пестицида учитывают по числу погибших биотестов, а третий - если по степени нарушения отдельных процессов жизнедеятельности (накопление массы, торможение роста или скорости отдельных реакций в организме). Чем меньше численное значение показателя токсической дозы, тем больше токсичность препарата. Для сравнения токсичности препаратов чаще всего используют среднетоксическую дозу, вызывающую 50%-ный эффект. Например, СД50 Базудина для крыс - 76... 130 мг/кг. Его относят к высокотоксичным пестицидам. СД 50 Актеллика – 2050 мг/кг. Его считают малотоксичным для человека и теплокровных животных пестицидом. Различают следующие дозы: подпороговую, пороговую, сублетальную и летальную.

Подпороговая доза - наибольшее количество вещества, не вызывaющee изменения в организме.

Пороговая доза - наименьшее количество вещества, вызывающее в организме изменения, выявляемые наиболее чувствительными биохимическими и физиологическими тестами при отсутствии внешних признаков отравления животного.

Сублетальная доза - доза пестицида, вызывающая значительные нарушения жизнедеятельности организма, но не приводящая к его гибели.

Летальная доза (смертельная) – доза пестицида, вызывающая гибель подопытного объекта.

Механизм токсического действия. У разных препаратов место действия и механизм токсического действия неодинаковы.

Чаще всего в месте действия активные вещества пестицидов вступают в конкуренцию с ферментными субстратами. Эффект действия определяется степенью сродства молекулы пестицида к рецептору. Молекула пестицида должна соответствовать рецептору, как ключ замку. Блокирование пестицидом фермента ведет к остановке процесса, в котором он участвует, что вызывает отравление организма или его гибель. Например, фосфорорганические соединения (Фас) являются ингибиторами фермента ацетилхолинэстеразы (АХЭ), который участвует в передаче нервного импульса. Инактивацию АХЭ можно представить следующим образом:

 

АХЭ + Фас ~ АХЭ – Фас

 

Инактивация ферментов может быть обратимой и необратимой. Вещества, которые имеют большее сродство к действующему веществу пестицида, чем фермент, способны отщеплять действующее вещество от этого комплекса, и тогда активность фермента восстанавливается. Такие вещества называют антидотами, или противоядиями. Механизм их действия таков:

 

АХЭ - Фас + Антидот ~ Антидот - Фас + АХЭ

 

Ассортимент пестицидов включает вещества, очень разнообразные по химическому строению и механизму действия, поэтому антидоты и характер их действия неодинаковы. Знание механизма действия пестицидов позволяет найти антидоты и выяснить условия, способствующие проявлению их токсичности для вредных организмов. Так, известно, что гербициды производные триазина (Атразин, Прометрин) ингибируют в растениях процесс фотолиза воды, значит их токсичность будет усиливаться под влиянием факторов, стимулирующих фотосинтез (достаточная освещенность, повышенная температура воздуха, оптимальные влажность и питание растений).

Абиатические факторы среды. Абиотические факторы среды, такие как температура, осадки, ветер, ультрафиолетовое излучение, состав атмосферы, свойства почвы и др., оказывают влияние, с одной стороны, на состояние и, следовательно, на реакцию организмов и пестицид, а с другой на активность и продолжительность действия самого пестицида.

Вещества, активность которых возрастает с повышением температуры, называют веществами с положительным температурным коэффициентом, если же их активность возрастает с понижением температуры, - веществами с отрицательным температурным коэффициентом. К первой группе относятся фосфорорганические соединения, ко второй - хлорорганические.

Фунгицидная активность препаратов неорганической серы проявляется при температурах воздуха выше 20⁰С, а при температурах выше 35⁰С они становятся фитотоксичными.

Гербициды - производные дитиокарбаминовой кислоты, такие, как Эптам 6Е, Триаллат, под влиянием температуры и ультрафиолетового излучения быстро теряют токсичность на поверхности почвы, поэтому их сразу же после нанесения заделывают в почву.

Активность фумигантов усиливается с повышением температуры не только потому, что возрастает их летучесть, но и потому, что насекомые начинают активнее дышать.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что действие абиотических факторов на проявление токсичности пестицидов многообразно, и это необходимо учитывать для обеспечения эффективности их применения.

Селективность действия пестицидов. Селективность, или избирательность, действия пестицидов это их способность при применении в одинаковых количествах поражать одни виды живых организмов (чувствительные), не оказывая отрицательного воздействия на другие (устойчивые). Степень выраженности селективности, или избирательности, характеризуется показателем селективности (ПС), или коэффициентом избирательности (КИ), который определяется отношением среднетоксических доз (СД50)

 

ПС = СД 50 одного организма / СД 50 другого организма

 

Чем меньше или больше единицы этот показатель, тем большей избирательностью действия характеризуется пестицид.

При разработке систем защитных мероприятий очень важно сохранить энтомофагов, поэтому необходимо знать избирательность широко применяемых пестицидов по отношению к наиболее распространенным в агроценозе энтомофагам. Для этого определяют отношение СД50 энтомофагов к СД 50 вредителей.

Чем больше превышает единицу это отношение, тем безопаснее препарат для энтомофагов.

Малоопасными для энтомофагов считаются препараты, которые в течение 10 дней снижают их численность не более чем на 20 %, умеренно опасными – на 20... 50 %, опасными - более чем на 50 % в течение 20 дней.

Причиной избирательности могут быть топографические и биохимические факторы.

Топографическая избирательность обусловлена тем, что пестицид в силу ряда причин не попадает на устойчивый объект или не может проникнуть в организм. Например:

• древесница въедливая находится внутри одревесневших тканей, поэтому пестицид на нее не попадает;

• щитовка устойчива к пестицидам, так как покрыта щитком, через который большинство препаратов не проникает;

• плодовые деревья и ягодные кустарники устойчивы ко многим гербицидам, поскольку имеют глубоко залегающую корневую систему, куда гербициды почвенного действия не проникают.

Биохимическая избирательность обусловлена способностью организмов детоксицировать пестицид или образовывать с ним неактивные конъюгаты (комплексы) до того, как пестицид проникнет к месту действия. Наример:

• инсектицид Карбофос малотоксичен для теплокровных, так как в их организме он детоксицируется, превращаясь в водорастворимые продукты, которые выводятся из организма. В организме насекомых он подвергается окислению с образованием еще более токсичного продукта, чем действующее вещество Карбофоса;

• гербицид Атразин (производное симмтриазина) после поступления из почвы в корни кукурузы быстро детоксицируется, превращаясь в гидроксиформу, поэтому не проникает в неизменном виде в хлоропласты, в которых реализуется его токсичность. Именно этим обусловлена устойчивость кукурузы к этому препарату;

• гербициды, производные феноксиуксусной кислоты (2,4-Д) в устойчивых растениях подвергаются иммобилизации, связываясь с белками, а также с некоторыми другими продуктами метаболизма; образовавшиеся конъюгаты остаются в месте нанесения препарата и не достигают меристематических тканей, в которых проявляется их токсичность.

Благодаря наличию у пестицидов свойства избирательности стало возможным их применение в защите растений. Знание причин избирательности пестицидов позволяет разработать эффективные приемы защиты растений и управления агроценозами.

 

Требования к пестицидам

Пестициды (pesti - зараза, cide- убивать) - химические вещества, используемые для борьбы с вредными организмами, повреждающими растения, вызывающими порчу с/х продукции, материалов и изделий, а также с паразитами и переносчиками опасных заболеваний человека и животных.

Достоинства химического метода:

- универсальность (против всех вредных организмов);

- подвижность;

- высокая эффективность;

- высокая окупаемость и др.

Недостатки:

- высокая токсичность для человека, животных и окружающей среды;

- повышенная стойкость ядов и их метаболитов в биологических средах и др.

Пестициды должны обладать следующими свойствами:

- малой острой и хронической токсичностью для человека и животных (средняя токсичность 3600 мл/кг);

- должны стимулировать рост и развитие растений и не накапливаться (кумулироваться);

- обладать универсальностью (Дерозал, ТМТД и др.);

- способностью разлагаться в течение одного вегетационного периода во внешней среде;

- селективностью по отношению к полезным организмам (действовать только на те организмы, против которых они предназначены);

- удобством применения, хранения и транспортировки;

- быть рентабельными.