Фитоактивные соединения
Этим названием объединяют две группы агрохимических препаратов – гербициды (средства для уничтожения сорной растительности) и регуляторы роста растений, хотя в некоторых случаях различие между гербицидной и регуляторной активностью определяется только концентрацией действующих веществ.
Растения представляют собой удобный объект для поиска соединений, действие которых ограничено только этими представителями живой природы. Обеспечивающие их существование метаболические процессы и механизмы их регуляции отличаются от тех, что реализуются в клетках животных. Так, например, первыми органическими соединениями с гербицидной активностью стали средства воздействия на фитогормональные и фотосинтетические процессы в растениях, аналогов которым в организмах животных нет. Вещества, нарушающие транспорт электронов в фотосистеме II, и акцепторы электронов в фотосистеме I долгое время занимали до 50 % рынка гербицидов. К ним относятся, например, диурон, симазин, паракват:
На нарушении процессов фитогормональной регуляции основано действие использовавшихся с сороковых годов арилоксиуксусных кислот и других ароматических и гетероциклических карбоновых кислот, которые имитируют действие гормонов роста растений ауксинов:
Применение этих веществ в течение десятков лет привело к изменению видового состава сорняков, когда место одних, наиболее чувствительных к действию этих гербицидов, заняли другие, на которые раньше не обращали внимания.
Важную роль в выборе средств для борьбы с сорной растительностью играют экологические факторы. Понятное стремление минимизировать химическую нагрузку на окружающую среду лежит в основе прекращения производства и использования гербицидов с нормами расхода в несколько килограммов на гектар, хотя до настоящего времени в некоторых странах и в ХХI веке продолжают использовать, например, соли дихлорпропионовой кислоты (Далапон). Это вещество, нарушающее биохимические превращения с участием входящей в состав кофермента А пантоевой кислоты, проявляет гербицидную активность с достаточно высокой избирательностью. В частности, далапон в количествах до 15 кг/га используют в садах с плодовыми деревьями и ягодными кустарниками, а также для облагораживания пастбищ.
Растения представляют собой автотрофные многоклеточные организмы. Они используют энергию света для синтеза углеводов из углекислого газа и воды, получая из почвы только минеральные вещества, и из этих простейших исходных продуктов синтезируют органическую материю, на основе которой существуют гетеротрофные организмы. Всё требуемое для их развития растения синтезируют сами, а это предполагает возможность избирательного вмешательства как в регуляторные процессы, так и в биосинтез аминокислот, целлюлозы, хлорофилла, каротиноидов и других веществ, которые не образуются в организмах животных.
Некоторые содержащиеся в растениях вещества можно использовать в качестве лекарств или лидерных соединений при разработке новых фармпрепаратов, но нельзя забывать, что природа не делает нам никаких подарков. Растения с помощью вкусовых или биологически активных веществ решают свои собственные проблемы. В частности, цветы, нектар и сладкие плоды, – это приманка для того, чтобы животные переносили пыльцу и семена, алкалоиды делают растения несъедобными для травоядных, да и другие вещества, например, полифенольные флавоноиды, – это вовсе не лекарства для нас, а эндогенные средства защиты растений от патогенных грибов.
Здесь нельзя не отметить и ошибочность распространенного убеждения в том, что всё синтетическое («химия») плохо, а всё получаемое из природы – хорошо. В качестве примера можно привести хотя бы алкалоид из млечного сока мака морфин, который при частом употреблении вызывает болезненное пристрастие (морфинизм) с тяжелейшими последствиями для психического состояния и физического здоровья наркомана.
В отношении целесообразности применения гербицидов можно сказать, что они предназначены в первую очередь для снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции. Если гербициды сокращают энергозатраты и повышают производительность труда, то регуляторы роста растений имеют гораздо более широкий спектр полезных свойств, защищая растения от неблагоприятных погодных факторов, от передозировки гербицидов и повышая выход и качество продукции сельского хозяйства. Можно также отметить, что семена сорных растений могут быть ядовитыми. Так, например, было установлено, что болезнь почек, от которой страдали сельские жители бывшей Югославии, Румынии и Болгарии, связана с употреблением в пищу пшеницы с полей, засоренных растением кирказон ломоносовидный (лихорадочная трава). Это растение, считающееся лекарственным, содержит нефротоксичную и канцерогенную аристолохиевую кислоту.