Российские ученые повысили эффективность и безопасность широко используемых в сельском хозяйстве гербицидов, связав их молекулами-пиллараренами. Они позволяют управлять свойствами тех соединений, с которыми образуют комплекс. В таком виде препараты стали в два раза менее токсичными для водных одноклеточных и рачков, но при этом сохранили способность подавлять рост сорных растений. Разработка будет полезна при создании экологичных средств борьбы с сорняками.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Environments.
В современном сельском хозяйстве для борьбы с сорняками повсеместно используются гербициды. Большинство таких препаратов плохо растворимы в воде, поэтому требуют использования поверхностно-активных веществ или стабилизаторов, однако эти вещества могут проникать в ткани растений и через них — в организм человека, нанося вред здоровью. Кроме того, попадая в окружающую среду, эти вещества снижают плодородие почв и безопасность воды, а также вредят их обитателям — в первую очередь микроскопическим животным и водорослям. Поэтому ученые ищут способ уменьшить экологический ущерб от гербицидов.
Исследователи из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) разработали системы для снижения экологического вреда от двух популярных гербицидов — 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) и глифосата.
Авторы смешали растворы этих препаратов с пиллараренами — крупными органическими молекулами, состоящими из пяти звеньев гидрохинона (ароматического кольца), замкнутых в единый макроцикл. Пилларарены довольно просто получать, при этом они нетоксичны для живых организмов и способны связывать другие вещества, работая как молекулярные «компаньоны». Оказалось, что при смешивании пилларарены и гербициды самопроизвольно организуются в устойчивые агрегаты в форме сфер.
Ученые проверили, как такие системы влияют на водных обитателей (на примере одноклеточных животных и рачков), а также на водоросли, пшеницу и редис. Пшеницу и редис авторы взяли в качестве модельных объектов вместо сорняков потому, что их рост и особенности развития лучше изучены биологами, поэтому на них было проще корректно оценить влияние гербицидов.
Оказалось, что добавление пиллараренов к гербицидам повысило эффективность последних в 2–4,5 раза в отношении пшеницы, тогда как для водорослей и редиса препараты не стали более токсичными. Такой избирательный эффект очень важен в сельском хозяйстве, поскольку он позволит «настраивать» свойства гербицидов для борьбы с интересующими видами и минимизации вреда для защищаемых от сорняков растений.
При этом комплексы с пиллараренами оказались относительно безопасны для водных организмов. Так, чтобы вызвать токсический эффект у одноклеточных и рачков, понадобились концентрации в два раза большие, чем в случае чистых гербицидов.
«Наша разработка открывает путь к созданию нового поколения средств защиты растений — более избирательных и безопасных для природы. В перспективе подобные комплексы помогут аграриям сократить количество химикатов, вносимых в почву, без потери урожайности. В дальнейшем мы планируем создать комплексные препараты два-в-одном, выполняющие одновременно несколько задач. Подобные разработки позволят сократить расходы на защиту растений за счет уменьшения количества обработок и норм расхода каждого компонента», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анастасия Назарова, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории исследований органических соединений Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета.
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.