РЕФЕРАТ

Дипломная работа содержит 77 страниц, 42 рисунка, 36 таблиц , 101 литературный источник. Работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2003.

ПЕСТИЦИДЫ, ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, ОДНОДОЛЬНЫЕ РАСТЕНИЯ, ДВУДОЛЬНЫЕ РАСТЕНИЯ, РОСТРЕГУЛИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ, ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ДЕЙСТВИЕ НА ТЕСТ-ОБЪЕКТЫ

Изучение действия новых О-, N-, S- содержащих гетероциклических соединений на растения.

Объекты исследования: семена культурных растений: однодольных (пшеница, рожь, кукуруза), двудольных (горох, фасоль), ржи различных сортов ( Кировская, Саратовская, Волхова, Марусенька, Татьяна) и различных годов произрастания (2009, 2010, 2011гг.)

Целью данной работы явилось изучение действия новых О-, N-, S- содержащих гетероциклических соединений на биологические тест-объекты –растения.

Для проведения исследований используют «Климатостат»; средства измерения, посуду, реактивы. С помощью метода биотестирования изучают действие растворов исследуемых веществ различной концентрации на всхожесть и ростовые характеристики семян различных растений.

Установлено, что используемые гетероциклические соединения обладают различной росторегулирующей активностью. Определены различные типы воздействия соединений: линейный характер воздействия и двухфазный дозозависимый, при котором химические соединения в некоторых концентрациях стимулируют, а при других ингибируют рост корней и стеблей растений.

Проведенные исследования являются актуальными и перспективными в плане поиска новых средств защиты растений.

АННОТАЦИЯ

Изучено биологическое действие новых O, N, S-гетеросодержащих соединений, синтезированных химиками Саратовского госуниверситета, на растения. Проанализировано действие различных концентраций пяти новых соединений, установлена их рострегулирующая активность на однодольные и двудольные растения, определено их действие на семена ржи различных сортов и годов произрастания. Выявлен дозозависимый характер рострегулирующей активности некоторых O, N, S-гетеросодержащих соединений. Определены концентрации, стимулирующие и ингибирующие рост растений.

ABSTRACT

The biological action of new O-, N-, the S-heterocontaining compounds synthesized by chemists of Saratov State university was studied. The action of different concentration of 5 new compounds was analysed, their growth regulated activity was investigated on one-submultiple and two-submultiple plants, the character of their biological action on seeds of a rye of various grades and years of growth was defined.

It was established doseconnecting character of growth regulated activity of some O, N, S-heterocontaining compounds. The concentrations stimulatеd and degraded growth of plants were defined.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень сокращений	11
ВВЕДЕНИЕ	12
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР	14
1.1 Общая характеристика пестицидов	14
1.2 Характеристика основных классов пестицидов	17
1.3 Современные требования к пестицидам	21
1.4 Воздействие пестицидов на окружающую среду	22
1.5Пестициды и здоровье человека	25
1.6 Биологически активные соединения акридинового и акридонового рядов и перспективы их использования	29
1.6.1 Акридин и его производные	29
1.6.2 Биологическая активность акридонов	31
1.6.3 Акридонуксусная кислота (АУК)	32
1.6.4 Препараты на основе акридонуксусной кислоты	33
1.7 Новые O-,N-,S-, содержащие гетероциклические соединения – новые объекты в исследованиях пестицидов	39
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ	40
2.1 Материалы и объекты исследования	40
2.2 Приготовление рабочих растворов	43
2.3 Подготовка биоматериала к исследованиям	43
2.3.1 Подготовка семян для проведения исследования	43
2.4 Изучение действия различных гетероциклических соединений на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи	44
2.4.1 Действие соединений ДАТП-1, ДАТП-2,ДГП-4-ЦМ на длину корня однодольных растений (пшеница, кукуруза) и двудольных (фасоль,горох)	44
2.4.2 Действие соединений ГГТХ-6, ДГП-4-ЦМ на длину корня проростков семян озимой ржи различного года со зревания и сортов 2.4.4 Статистический анализ 2.4.3 Действие соединений ГГТХ-6, ДГП-4-ЦМ на прорастание семян и рост проростков ржи различных сортов	44 45 45
3.ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ	46
3.1 Действие вещества ДГП-4-ЦМ на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи сорта «Волхова» (2009;2010;2011гг.)	46
3.2 Действие вещества ДГП-4-ЦМ на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи сорта «Кировская» (2009;2010;2011г.)	48
3.3 Действие вещества ДГП-4-ЦМ на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи сорта «Саратовская» (2009;2010;2011г.)	50
3.4 Действие вещества ДГП-4-ЦМ на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи сорта «Татьяна» (2009;2010;2011г.)	52
3.5 Действие вещества ДГП-4-ЦМ на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи сорта «Марусенька» (2009;2010;2011г.)	54
3.6 Действие вещества ГГТХ-6 на длину корней и стебля проростков семян озимой ржи сортов Волхова, Кировская, Саратовская, Татьяна, Марусенька (2009, 2010, 2011 гг.)	56
3.7 Изучение действия веществ ГГХ-3-ЦМ, ДАТП-1, ДАТП-2 на длину корней однодольных (пшеница, кукуруза) и двудольных (горох, фасоль) растений	64
3.7.1 Действие вещества ГГХ-3-ЦМ на длину корней проростков семян двудольных растений (горох,фасоль)	64
3.7.2 Действие вещества ГГХ-3-ЦМ на длину корней проростков семян однодольных растений (пшеница, кукуруза)	65
3.7.3 Действие вещества ДАТП-1 на длину корней проростков семян двудольных растений (горох,фасоль)	66
3.7.4 Действие вещества ДАТП-1 на длину корней проростков семян однодольных растений (пшеница, кукуруза)	67
3.7.5 Действие вещества ДАТП-2 на длину корней проростков семян двудольных растений (горох,фасоль)	68
3.7.6 Действие вещества ДАТП-2 на длину корней проростков семян однодольных растений (пшеница, кукуруза)	69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	71
ВЫВОДЫ	72
Список использованных источников	73
Приложение	83

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ХОП - хлорорганические пестициды

ОС – окружающая среда

ДДТ - дихлордифенилтрихлорэтан

ИУК - индолилуксусная кислота

АУК - акридонуксусная кислота

АСК - акридон-2-сульфокислота

КМА - натриевая соль 10-карбоксиметил-9-акриданона

DMSO - диметилсульфоксид

СМД - сверхмалые дозы

ВВЕДЕНИЕ

В результате антропогенного воздействия биосфера загрязняется большим количеством химикатов, которые дестабилизируют экосистемы, влияют на здоровье человека. Это обуславливает необходимость постоянного экологического контроля объектов окружающей среды и экотоксикологической оценки вновь синтезированных химических соединений. Проведение экотоксикологических исследований особенно актуально в отношении веществ, предполагаемых к использованию в качестве пестицидов, которые, как известно, должны удовлетворять следующим требованиям:

- обладать высокой эффективностью в борьбе с вредными организмами;

- проявлять низкую острую токсичность для человека, полезных животных и других организмов;

- при длительном воздействии не оказывать мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия;

- обладать низкой персистентностью.

На практике немногие пестициды удовлетворяют всем вышеперечисленным требованиям, поэтому, активно ведется поиск новых средств защиты сельскохозяйственных культур.

Известно, что мишенью действия пестицидов могут быть сами растения (гербицидное или рострегулирующее действие), фитопатогенные микроорганизмы (бактерицидное, фунгицидное действие), вредные насекомые (инсектициды, акарициды) и т.д. Оценку их опасности для экосистем обычно проводят с помощью биологических тест-объектов, как правило, инфузорий [2] и дафний [3]. Для определения острой токсичности традиционно используют лабораторных животных.

Исследование характера биологического воздействия O-, N-, S- содержащих соединений гетероциклического ряда на представителей таких таксономических групп как - растения, простейшие, гидробионты - представляет важную и актуальную задачу для определения экологической безопасности вновь синтезированных соединений.

Целью данной работы явилось изучение действия новых О-, N-, S- содержащих гетероциклических соединений на биологические тест-объекты –растения.

При этом решались следующие задачи исследования:

1. Изучить действие пяти новых О-, N-, S- содержащих гетероциклических соединений на ростовые характеристики однодольных (пшеница, кукуруза) и двудольных растениях (горох, фасоль);

2. Изучить действие указанных гетероциклических соединений на длину корней и стебля озимой ржи различных годов произрастания;

3. Изучить действие указанных гетероциклических соединений на длину корней и стебля различных сортов озимой ржи.

1 Литературный обзор

1. Общая характеристика пестицидов

Пестициды — обобщающий термин для обозначения большой группы химических веществ [4].

Пестициды (от лат. pest - вред и caedo - уничтожать) - общепринятое в мировой практике сборное название химических препаратов для уничтожения живых организмов: насекомых, клещей, грызунов, бактерий, вирусов, грибов, нежелательной травянистой и кустарниковой растительности и т.п., которые наносят ущерб растениеводству и животноводству. По своей природе эти вещества являются биологически активными, они способны вызывать нарушения жизнедеятельности живых организмов растительного и животного происхождения. Следует отметить, что большинство пестицидов отличает избирательность их действия или выборочная токсичность, то есть способностью поражать один вид живых организмов без нежелательного воздействия на другие виды[5].

Класс пестицидов включает в себя любые химические препараты, которые используются для борьбы с разнообразными видами живых организмов, чье присутствие на сельскохозяйственных и других территориях нежелательно для человека [6,7].

Существует следующие классификации пестицидов:

Классификация пестицидов по назначению:

По назначению все пестициды делят на следующие группы:

1. инсектициды - для уничтожения вредных насекомых;

2. акарициды - для уничтожения растительноядных клещей;

3. инсектоакарициды - для одновременного уничтожения вредных насекомых и растительноядных клещей;

4. афициды - для уничтожения тли;

5. нематоциды - для уничтожения фитопатогенных нематод;

6. лимациды - для уничтожения улиток;

7. родентициды - для уничтожения грызунов;

8. зооциды - для уничтожения животных;

9. бактерициды - для уничтожения возбудителей бактериальных болезней;

10. гербициды - для уничтожения нежелательной травяной растительности (сорняков);

11. арборициды - для уничтожения нежелательной древесной и кустарникивой растительности;

12. альгициды - для уничтожения водорослей;

В зависимости от того, на какие стадиях развития вредителей действуют отдельные препараты, их разделяют на:

1. овициды - для уничтожения яиц насекомых, клещей и др..;

2. ларвициды - для уничтожения личинок насекомых.

В современном ассортименте химических средств используется много биологически активных веществ, среди которых выделяют следующие группы:

1. синтетические феромоны - вещества, привлекающие самцов насекомых;

2. репелленты - вещества, запах и вкус которых отпугивают насекомых и животных;

3. аттрактанты - вещества, приманивают насекомых и животных;

4. стерилянты - химические соединения различного происхождения, организм насекомых лишают их способности к размножению;

5. гормоны - вещества высокой биологической активности, которые, попадая в организм, регулируют его важнейшие функции (регуляторы роста, развития и размножения насекомых);

6. антифиданты - вещества, подавляющие питания насекомых;

7. аметоциды - вещества, которые вызывают стерильность растений, в частности сорняков, преимущественно мужского пыльцы, используемые в селекции растений;

Кроме того, существует несколько групп препаратов со специфическим действием непосредственного влияния на растения:

1. дефолианты - вещества, обусловливающие опадение листьев;

2. десиканты - вещества, обусловливающие высыхание растений на корню;

3. ретарданты - вещества, сдерживающие рост растений и приводит к укорочению стеблей и побегов;

4. гермициды - общее название химических соединений, используемых для уничтожения всех видов микроорганизмов;

5. регуляторы роста - химические соединения, влияющие на процессы роста и развития растений, насекомых;

6. синергисты - вещества, усиливающие действие пестицидов;

7. фумиганты - для уничтожения вредителей и возбудителей болезней растений в закрытых помещениях.

Широкое применение пестицидов началось в первые десятилетия после второй мировой войны и сопровождалось постоянно нарастающей химической нагрузкой на биосферу. В книге Рэчел Карсон «Безмолвная весна» [12], впервые сформулировано, что пестициды не являются отходами производства, а вносятся в окружающую среду преднамеренно, и со временем эти химические вещества могут настолько насытить поверхность Земли, что сделают ее непригодной для жизни. Авторы Т.Колборн, Д.Думаноски и Дж.П.Майерса рассматривают проблему химического загрязнения биосферы как надвигающуюся опасность возникновения процессов канцерогенеза, мугагенеза, тератогенеза и как нарушение системы воспроизводства себе подобных [13].

Вопросу применения пестицидов посвящена обширная отечественная и зарубежная специальная литература [1, 4, 5, 11, 14-17].

К 2003г. мировой ассортимент пестицидов насчитывал несколько десятков тысяч наименований, созданных на основе более 1000 химических веществ, принадлежащих к самым различным классам органических и неорганических соединений. Широкое распространение пестицидов обусловлено рядом причин:

 стремлением повысить производительность труда за счет упрощения агротехники [4];

 возможностью целенаправленного использования пестицидов против конкретного вредителя;

 заинтересованностью химических компаний, выпускающих пестициды, в получении все большей прибыли [4].

Последняя причина привела к тому, что от 30-50% [5]пестицидов используются без реальной необходимости.

2. Характеристика основных классов пестицидов

Первое поколение пестицидов составляли соединения мышьяка и ртутьорганические соединения, обладающие сильнейшим токсическим действием на организм [5].

Ртутьорганические соединения применялись для обеззараживания (протравливания) семян различных культур. Высокой фунгицидной активно-стью обладают производные этилртути. Этилмеркурхлорид – протравитель семян, получают из диэтилртути и сулемы. Он высокотоксичен и обладает резко выраженными кумулятивными свойствами.

Из мышьяксодержащих пестицидов наибольшее распространение име-ют арсенит натрия, мышьяковистый ангидрид, арсенат кальция, парижская зелень. Действие соединений мышьяка основано на их реакциях с сульфгид-рильными группами клеточных ферментов. В результате этого образуются токсичные соединения, нарушающие функциональное состояние нервной и сердечно-сосудистой систем.

Наряду с вышеописанными соединениями широко используются эфиры роданистоводородной кислоты [5].

Второе поколение представляют хлорорганические, фосфороргани-ческие пестициды и карбаматы [11]. Среди хлорорганических наиболее известны – ДДТ Рис. 1, гексахлорциклогексан, линдан, гексахлоран,

Рисунок 1 ДДТ

пентахлорфенол, полихлорпинен [17]. Они высокотоксичны, устойчивы в окружающей среде и организмах и обладают способностью накапливаться в пищевых цепях. Продукты их трансформации сохраняют высокую токсичность и часто по силе действия превышают исходные соединения. После признания опасности ДДТ для живых организмов во многих промышленных странах в 1970 начале 1980 годов было введено резкое ограничение и даже полное запрещение применения данного инсектицида.

Однако мировое потребление ДДТ и линдана заметно не уменьшилось из-за роста их использования в странах Латинской Америки, Африки, Азии для борьбы с возбудителями малярии и других опасных болезней. Поэтому их до сих пор находят во всех сферах ОС. Хлорорганические пестициды — альдрин, дильдрин, гептахлор, хлордан, токсафен, мирекс — вошли в “гряз-ную дюжину” наиболее опасных загрязнителей окружающей среды. Из инсектицидов этой группы в нашей стране сегодня находят применение полихлоркамфен, гексахлоран, тиодан [18-20].

К фосфорорганическим пестицидам относят соединения, содержащие эфиры фосфорной, тиофосфорной, пирофосфорной и фосфоновой кислот [5], применяемые для борьбы с вредителями растений, эктопаразитами домашних животных и синантропными насекомыми. Фосфорорганические пестициды в отличие от CI-органических достаточно быстро разлагаются в окружающей среде, не оставляя ядовитых для человека и животных остатков. Среди фосфорорганических пестицидов наиболее известны: хлорофос, метафос, карбофос, метатион, фозалон, фосфамид. Однако некоторые фосфорсодержащие препараты (например, тиофос) обладают высокой токсичностью и способны вызывать острое отравление. Их применение в СНГ запрещено [8, 19, 21-23].В нашей стране первое место после фосфорорганических препаратов по масштабам производства и применения занимают, производные карбаминовой кислоты (севин, цирам, цинеб и др.) [24], которые проявляют значительную фунгицидную активность и используются для защиты от вредителей, возбудителей заболеваний и сорной растительности при возделывании плодово-ягодных, овощебахчевых, зерновых, зернобобовых и технических культур.

Они обладают средней и малой токсичностью, слабовыраженной кумулляцией и сравнительно быстро разрушаются во внешней среде. Однако некоторые из них могут сохраняться на обрабатываемых поверхностях сельскохозяйственных культур в течение продолжительного времени, оказывать токсическое действие на теплокровных животных и человека и по токсичности не уступают фосфорорганическим соединениям. Известно об их эмбриотоксическом и мутагенном действии[18]. В России из соединений данного ряда разрешено использовать cевин, пиримор и фурадин.

Арилоксиалкилкарбоновые кислоты и их производные занимают важ-ное место среди гербицидов. Наибольшую активность в борьбе с сорными растениями проявляют бутиловые эфиры 2,4-ди и 2,4,5-трихлорфенуксусных к ислот рис. 5,6 [25]:

Рисунок 2

2,4-Д ( 2,4 – дихлорфеноксиуксусная кислота),

2,4,5-Т ( 2,4,5 – трихлорфеноксиуксусная кислота).

Указанные гербициды широко применялись как дефолианты во время войны во Вьетнаме. 2,4-дихлор- и 2,4,5 – трихлорфеноуксусная кислоты и их производные являются веществами средней токсичности, смертельная доза для человека составляет около 10г/кг. Однако установлено, что применяемые пестициды содержат до 47-100мг/кг опасного яда диоксина. В районах Южного Вьетнама, где применяли ядовитые гербициды, пострадавшие продолжают погибать от злокачественных опухолей.

К пестицидам последнего поколения относятся синтетические пиретроиды и гормональные препараты [26 - 28].

Основные отличительные особенности их применения — снижение норм расхода, способность к быстрому разрушению в окружающей среде и слабая токсичность используемых концентраций для человека [4].

Однако в промышленно слабо развитых странах по-прежнему используются огромные количества опасных пестицидов, негативно влияющих на здоровье населения и окружающую среду. Согласно приведенным статистическим данным [27,29, 31]от отравления пестицидами в мире ежегодно погибают 355 тыс. человек, а подвергаются производственному отравлению пестицидами до 25 миллионов сельскохозяйственных рабочих.

Разработка новых типов пестицидов не прекращается и до настоящего времени, т.к. организмы быстро адаптируются к их действию, кроме того, высокая токсичность используемых химических соединений отрицательно влияет на окружающую среду. Работа по совершенствованию ассортимента применяемых пестицидов ведется во всех странах.

3. Современные требования к пестицидам

В связи с широким применением пестицидов возник вопрос о возможной опасности их для человека и окружающей среды. Опасность применения пестицидов может быть связана с наличием остатков в пищевых продуктах, с загрязнением водоемов, почвы и других объектов. По этому вопросу было много выступлений в печати. Для уменьшения возможной опасности разработаны следующие требования к современным пестицидам[27]:

1) низкая острая токсичность для человека, полезных животных и других объектов окружающей среды;

2) отсутствие отрицательных эффектов при длительном воздействии малых доз, в том числе мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия (тератогенный – повреждающий зародыш);

3) низкая персистентность (низкая устойчивость в окружающей среде со временем разложения не более одного вегетационного периода).

Кроме того, рекомендуемые препараты должны обладать следующими свойствами:

1) высокая эффективность в борьбе с вредными организмами;

2) экономическая целесообразность использования;

3) доступность сырья и производства.)

В РФ, несмотря на существенное сокращение объемов производства адохимикатов [28], отмечается тенденция увеличения применения высокоактивных пестицидов с низкими нормами расхода, наносящих минимальный ущерб окружающей среде [28]. По данным В.А. Шашеля и Л.В. Нефедова [29] объем и ассортимент пестицидов, применяемых в Краснодарском крае, снизился в 3 раза. В то же время в Курской области ассортимент пестицидов увеличился на 34,4% и насчитывает 110-117 препаратов, в основном из групп фосфор- и хлорорганических соединений и перитроидов [29].

В 19 районах Саратовской области выявлен повышенный в 5,9-13,4 раза риск развития клинических синдромов начальных форм интоксикации пестицидами (29).

1.4 Воздействие пестицидов на окружающую среду

Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Применение пестицидов позволяет получать стабильные урожаи и ограничивать распространение инфекций, передаваемых животными-переносчиками, например, малярии и сыпного тифа. Однако непродуманное использование пестицидов имеет и негативные последствия. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека[30].

Длительное хранение пестицидов на неприспособленных складах и в разрушенной таре приводит к сильному загрязнению окружающей среды: почвы, водных питьевых источников (даже артезианских вод), в целом агроландшафтов. Оно ведет к появлению устойчивых к ним видов организмов, особенно среди насекомых; губит хищников (естественных врагов вредителей) и других полезных животных. Все это вызывает резкое увеличение устойчивости к пестицидам возбудителей опасных болезней растений. Например, сейчас уже 110 видов наиболее опасных фитопатогенных грибов стали высокоустойчивыми к 50 наиболее распространенным фунгицидам[31].Так, грибковые болезни вызывают 80% потерь урожая сельскохозяйственных культур.

Особую опасность представляют хранящиеся стойкие органические загрязнители: хлорорганические соединения, ртутьорганические протравители, а также обладающие высокой токсичностью фосфорорганические и медьсодержащие пестициды[31].

Пестициды распространяются на большие пространства, весьма удаленные от мест их применения. Многие из них могут сохраняться в почвах достаточно долго (период полураспада ДДТ в воде оценивается в 10 лет, а для диэльдрина он превышает 20 лет)[]. При использовании даже менее летучих компонентов более 50% активных веществ в момент воздействия переходят прямо в атмосферу, а для таких пестицидов, как ДДТ и эльдрин, характерна дистилляция с парами воды на земной поверхности. Эта часть пестицидов, не достигших растений, подхватывается ветром и осаждается в районах суши или океана, весьма удаленных от зон применения вещества. Они в конечном итоге попадают в различные экосистемы, включая океан, пресноводные водоемы, наземные биомы и др., в значительных количествах накапливаются в почвах и увеличивают свои концентрации при движении по трофическим цепям[31].

Сложно и многообразно действие пестицидов на биоценозы, в том числе и на лесные биогеоценозы. Систематическое применение пестицидов вызывает частичное уничтожение насекомых-опылителей, муравьев, водных беспозвоночных, птиц, почвенной флоры и фауны, способствует появлению у вредных организмов (фитопатогенных грибов, насекомых) устойчивости к действию пестицидов[32].

В почве пестициды в основном быстро разлагаются и вследствие этого их влияние на почвенную флору и фауну незначительно. Однако известно, что почвенные фунгициды и фумиганты отрицательно действуют на большинство представителей почвенной микрофлоры. Но, подавляя одни виды, они могут стимулировать развитие других. Например, карбатион подавляет развитие всех почвенных микроорганизмов, кроме актиномицетов.[] Хлорпикрин снижает количество грибов в почве, которое впоследствии восстанавливается, но при этом изменяется их видовой состав. Действие пестицидов на почвенные микроорганизмы (положительное и отрицательное) изменяет плодородие почвы, что сказывается на последующих звеньях лесного геоценоза[32].

Действие пестицидов на растения может быть положительным или отрицательным в зависимости от свойств пестицида, применяемой нормы расхода, видовых и возрастных особенностей защищаемых растений, условий внешней среды[33].

Повышение норм расхода пестицидов приводит к серьезным нарушениям обмена веществ, что выражается в угнетении роста и развития, повреждении и даже гибели растений. Повреждающее (фитонцидное) действие пестицидов на растения проявляется в образовании ожогов. Поврежденные листья и хвоя приобретают бурый или коричневый цвет и отмирают.

Применение пестицидов в небольших дозах оказывает стимулирующее действие на растения: повышает всхожесть и энергию прорастания семян, усиливает рост и развитие растений[33].

Пестициды должны быть токсичными для вредных организмов и безвредными для растений. Для определения пригодности препарата к применению пользуются хемотерапевтическим индексом, который характеризует сравнительную токсичность пестицидов для вредных организмов и защищаемых растений.

Хемотерапевтический индекс — это отношение минимальной дозы действующего вещества, убивающей вредный организм (С), к Максимальной дозе, безвредной для защищаемого растения (t). Препарат пригоден в том случае, если отношение C:t<1.

Достаточно длительное время не уделялось должного внимания проблемам косвенного вреда пестицидов, который проявляется не сразу а, спустя какое-то время, годы и даже поколения. Это касается не только канцерогенного и мутагенного действие пестицидов на живые организмы, но их влияния на потомство, на органы и системы организмов, а также на развитие патологических процессов и т.д. [34].

До 75% всех мутаций у млекопитающих вызываются химическими веществами, среди которых пестициды занимают одно из первых мест. Доминантные мутации проявляются уже в следующем поколении, тогда как рецессивные через несколько поколений [35].

Канцерогенным действием обладают пестициды различных химических классов – ХОП (ДДТ, альдрин, гептахлор, метоксихлор), производные мочевины (монурон) и тиомочевины (ТМТД, цинеб, цирам), и т.д.

Известно о действии пестицидов ДДТ, метоксихлора, метаболита метоксихлора — гидроксифенилтрихлорэтана, фенолового красного, бутилбензилфталата на репродуктивную систему организмов [35].

Достаточно быстрая адаптация видов-мишеней к действию пестицидов требует постоянного обновление ассортимента. Замедлить процесс адаптации возможно при частой замене применяемых пестицидов и их комбинаций [34-35].

1.5 Пестициды и здоровье человека

Химические вещества, применяемые для защиты растений, в большинстве случаев токсичны для человека и теплокровных животных. Они могут проникать в их организм через дыхательные пути, кожу, желудочно-кишечный тракт, накапливаться в отдельных органах тела (печени, почках, легких, сердце). В местах накопления пестициды подвергаются существенным изменениям (метаболизму). От скорости метаболизма зависит концентрация пестицидов в организме и степень их влияния на него. Пестициды вызывают острые или хронические отравления в тех случаях, когда организм не способен обеспечить своевременный вывод или разрушение пестицида[36-38].

Острое отравление происходит при поступлении в организм сразу больших доз действующего вещества. Оно сопровождается резким нарушением функций и нередко кончается смертью.

Хроническое отравление наблюдается при систематическом поступлении малых доз действующего вещества[40,42,43], способных накапливаться в организме. Оно не приводит организм к гибели, но вызывает его ослабление и нарушение функций. Хроническому отравлению способствует загрязнение внешней среды пестицидами, наличие остаточных количеств пестицидов в продуктах питания.

В действии пестицидов на человека различают пороговую, токсическую и смертельную дозы. Токсичность пестицидов для человека устанавливается в опытах на крысах[44]. Доза, вызывающая гибель 50 % животных, называется средней смертельной и обозначается как СД50 или ЛД50. По этому показателю все пестициды делятся на четыре группы (определенное количество миллиграммов на 1 кг массы):

I — сильнодействующие  — ЛД50 меньше 50;

II — высокотоксичные  — ЛД50 от 50 до 200;

III — среднетоксичные  — ЛД50 от 200 до 1000;

IV — малотоксичные — ЛД50 превышает 1000.

Препараты, относящиеся к группе сильнодействующих, используются очень редко и с большими ограничениями.

Особенностями, определяющими потенциальную опасность пестицидов для человека и среды обитания, являются высокая биологическая активность при малых дозах воздействия, способность к циркуляции в окружающей среде, возможность контакта с ними населения[35].

Особое беспокойство в разных странах вызывают значительные концентрации ДДТ, гексахлорана и их метаболитов, а также других пестицидов, которые до сих пор обнаруживаются в почве сельскохозяйственных угодий и продуктах детского питания[38].

В мире ежегодно регистрируется 1млн. острых отравлений пестицидами, из которых 20 тыс. со смертельным исходом[40]. По данным Агенства по охране окружающей среды[38], в США ежегодно отмечается от 10 до 20 тыс. случаев острых пестицидных отравлений [39].

Влияние пестицидов на организм характеризуется политропностью поражения организма человека. Многочисленные исследования указывают на то, что одни пестициды вызывают развитие неблагоприятных отдаленных эффектов: мутагенного, онкогенного, тератогенного, гонадо- и эмбриотоксического характера в результате общетоксического действия, другие обладают избирательным действием[45].

Установлена взаимосвязь между пестицидами и раком лимфатической и гематопоэтической системой, соединительной ткани, головного мозга, кожи, желудка и других органов[46]. К нераковым поражениям можно отнести нарушения нервной[45], эндокринной и репродуктивной , сердечно-сосудистой дыхательной, пищеварительной и других систем организма[47].

Следует отметить, что при поступлении в организм детей и взрослых микроконцентраций пестицидов развивается иммунодефицитное состояние, характеризующееся угнетением неспецифической резистентности, клеточного и гуморального звеньев иммунной системы[48].

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, в период с 1995 по 2009 год в европейских странах вдвое увеличились случаи заболеваемости злокачественными опухолями мочевого пузыря, груди и кишечника у мужчины и женщин в возрасте от 20 до 32 лет. А у детей риск развития смертельных недугов детородных органов повысился втрое[49].

Кроме того, ежегодно появляется порядка 130 000 опухолей головного мозга и печени у юношей и девушек в возрасте от 15 до 18 лет.[52] Многие ученые обвиняют в негативных эпизодах неблагоприятное влияние пестицидов, которые поступают в организм с продуктами питания и питьевой водой[50]. Тем более что некоторые производители и сельскохозяйственные организации игнорируют законодательные нормативы по дозировкам химикатов, так как большой урожай приносит высокие прибыли.

Ядовитые пестициды могут поступать в организм следующими путями[51]:

1. В первую очередь они могут поступать с немытыми фруктами и овощами, то есть непосредственно.

2. При злоупотреблении пестицидами во время роста зерновых культур, часть ядов проникает в зёрна и становится его частью, при употреблении продуктов полученных с таких полей возникает постоянное отравление, нарушается естественная защита организма, возникают мутации (раковые опухоли).

3. Так же при смывании пестицидов с листьев и стеблей растений, они попадают в почву, где и всасываются злаковыми культурами. В зерне накапливается довольно большое количество яда для отравления, от чего в последствии и страдает население (поэтому распыление пестицидов лучше не проводить в сезон дождей).

4. Некоторые пестициды, используемые рядом с реками и озёрами, вызывают заражение воды, вследствие чего происходит поражение рыбы и грунтовых вод.

 Сейчас население России сокращается примерно на 200 тыс. человек в год. Впервые, за последние 40 лет число умирающих в целом по стране и в 30 областях РФ превысило число рождающихся. Не последнюю роль в этом играет биологически неполноценное и экологически небезопасное питание [54-55].

1.6 Биологически активные органические соединения и перспективы их использования

Известно, что бициклические азотсодержащие гетероциклические соединения, в частности, индолилуксусная кислота (ИУК) и её аналоги используются в сельском хозяйстве - для регуляции роста и развития растений и в качестве гербицидов[58]. Потенциально биологически активными соединения являются азотсодержащие гетероциклы акридинового и акридонового рядов и их производные.

1.6.1 Акридин и его производные

Акридин является гетероциклическим соединением ряда дибензопиридина. Его можно рассматривать как антрацен, в котором одна центральная группа =СН- замещена азотом рис. 3.

Рисунок 3 Акридин

Впервые акридин выделен из неочищенной антраценовой фракции каменноугольного дегтя.

В лабораторных условиях сам акридин и его производные получают из производных бензола. Наиболее общим способом получения акридина является циклизация о-анилинобензойной кислоты в присутствии серной кислоты, с образованием акридона. Для получения акридина акридон первоначально восстанавливают амальгамой натрия в дигидроакридин, а затем окисляют хлоридом железа до акридина [59].

Соединения акридинового ряда как биологически активные соединения находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. В частности, многие производные акридина являются ценными красителями (индантреновый красный и индантреновый фиолетовый) [60,61]. Акридин оранжевый используют в качестве флуоресцентного ДНК-зонда [62]. Среди соединений акридинового ряда выделены вещества, проявляющие антихолинэстеразную, противоопухолевую и др. активность [63]. Автором отмечается высокая перспективность использования этих соединений в качестве противомикробных, антисептических агентов и фунгицидов.

Среди производных 9-аминоакридина антисептик риванол, противомалярийный препарат акрихин, антибактериальный препарат этакридинлактат [64]. Облучение светом повышает противобактериальную активность этих производных [63]. Противоопухолевыми препаратами являются амсакрин и нитракрин рис. 4.

Рисунок 4 Противоопухолевые препараты

Многие аминоакридины обладают значительным противомикробным и противовирусной активностью. В ряде случаев показано ингибирующее действие аминоакридинов на размножение микобактерий [65]. Известны работы по созданию противовирусных средств для лечения хронических вирусных инфекций. Бис-акридины при слабом мутагенном эффекте являются сильными ингибиторами роста Salmonella typhimurium [66].

В настоящее время активно ведутся исследования в направлении синтеза и дизайна новых противовирусных и противоопухолевых препаратов акридинового ряда [67] и по изучению механизма взаимодействия соединений этой группы с ДНК-РНК [68,69].