Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы химической защиты растений. Учебное пособие.pdf
фунгицидов определяют на грибах родов Botrytis, Fusarium, Erysiphe
и др., культивируемых на искусственных питательных средах, почве или живых растениях. Гербициды испытывают на проростках
различных культур, биология которых сходна с биологией сорняков
(пшеницы, овса, горчицы, свеклы, проса), некоторых сорняков с приемлемой дружностью прорастания (щирицы, щетинников, маревых,
ежовника куриного, проса волосовидного).
Для определения токсичности пестицида обычно ставят два
опыта: ориентировочный и основной. Ориентировочный опыт необходим для поиска интервала доз, оказывающих на тест-объекты
наиболее активное влияние. Чаще всего эти дозы соответствуют
20–80 %-му отравляющему эффекту. В таком интервале ЛД50 определяется с наибольшей точностью. Для ориентировочного опыта пестицид берется в 4–6 дозах, различающихся в 10–15 раз.
На основе данных ориентировочного опыта определяется оптимальный диапазон доз для проведения основного опыта. В основном опыте обычно используют 5–7 доз, примерно соответствующих
20–80 %-му эффекту. Еще одним вариантом является контроль без
пестицида, который включают в опыт, чтобы отследить влияние на
тест-объекты побочных факторов, не охваченных схемой опыта.
Опыт закладывают в 3–6-кратной повторности. Тест-объекты,
как правило, помещают в чашки Петри. Число чашек соответствует произведению количества вариантов на число повторений. Дозы
пестицидов рассчитывают на площадь чашки или на массу находящихся в ней тест-объектов. Рабочие растворы различных доз обычно
готовят методом последовательного разведения в воде. Пестициды
вносят непосредственно на тест-объект или в среду его обитания
(например, в питательную среду).
После определенной экспозиции (продолжительности опыта),
которая определяется свойствами пестицида и тест-объекта, проводят учет его результатов. Методика учета зависит от биологии тестобъекта. При использовании насекомых подсчитывают число живых
и мертвых особей; в опытах с грибами учитывают количество и развитость колоний или степень поражения растений; при изучении
влияния гербицидов на растения отмечают число и массу проростков. Эти данные используют для расчета отравляющих эффектов, соответствующих тем или иным дозам, и дальнейшего анализа данных.
11
Анализ результатов опыта
100
,
m
E
lm
⋅
=
+
,E a bD=+⋅
,
Ea
D
b
−
=
Напомним, что конечной целью проведения лабораторного
опыта является выяснение токсичности пестицида для тест-объекта,
которое сводится к определению средней летальной дозы (ЛД50).
Анализ включает несколько этапов. На первом рассчитывают
отравляющие эффекты. Например, для насекомых отравляющий
эффект соответствует смертности тест-объектов и определяется по
простому уравнению (1):
(1)
где l – число живых тест-объектов;
m – число мертвых тест-объектов;
Е – отравляющий эффект, %.
На втором этапе определяют зависимость между дозами и отравляющим эффектом графическим или аналитическим методом.
Аналитический метод основан на проведении регрессионного анализа, позволяющего выразить зависимость в виде линейного уравнения (2) вида:
(2)
где a и b – коэффициенты;
D – доза;
Е – отравляющий эффект, %.
Проведя преобразование, получаем формулу (3):
(3)
приняв Е = 50 %, получим ЛД50.
Несмотря на точность, аналитический метод не лишен некоторых недостатков, главный из которых – необходимость большого числа вариантов (как правило, не менее 15–20). Это привело бы
12
к значительному удорожанию исследований и сокращению их объемов. Поэтому в практике массовых первичных испытаний пестицидов чаще используют графический метод, который заключается
в построении графика зависимости гибели тест-объектов от доз
и нахождении ЛД50 по ее проекции на ось абсцисс (см. рис. 1).
В то же время криволинейный характер зависимости затрудняет графический анализ из-за сложности построения кривой по ограниченному количеству точек. Поэтому перед построением графика
проводят преобразование исходных данных. Так, если вместо доз
использовать их десятичные логарифмы, зависимость примет вид
симметричной S-образной кривой (рис. 2).
Такая форма зависимости также неудобна для дальнейшего
анализа из-за криволинейности. Чтобы устранить этот недостаток,
преобразование доз в десятичные логарифмы дополняют еще одним
преобразованием – процентов отравляющего эффекта в прóбиты.
Зависимость пробитов отравляющего эффекта от логарифмов доз,
полученная в результате этих процедур, на графике выглядит как
прямолинейная (рис. 3).
Рис. 2. Зависимость отравляющего эффекта от логарифмов доз
13
Рис. 3. Зависимость пробитов эффекта от логарифмов доз
Прóбиты – это условные единицы, не имеющие физического
и математического смысла; система пробитов была разработана чисто эмпирическим путем специально для «выпрямления» симметричных S-образных кривых и представлена в виде таблицы, с помощью которой и проводится преобразование.
После преобразования исходных данных построение линейного графика не представляет особой трудности. На оси абсцисс
откладывают логарифмы доз, на оси ординат – пробиты процентов отравляющего эффекта. В местах пересечения логарифмов доз
и соответствующих им пробитов наносят экспериментально полученные точки. Прямую проводят с таким расчетом, чтобы каждая
точка отклонялась от нее на возможно меньшую величину. Особенно
важно это для точек, соответствующих пробитам в пределах между 4
и 6. Если точки, находящиеся выше или ниже этих пределов, сильно
отклоняются от прямой, их вообще не берут во внимание, чтобы избежать искажений.
14
Важно правильно откалибровать оси графика. Нет смысла
( )
lg
.10
D
D =
начинать их с нуля, если, например, минимальный логарифм доз
составляет 1.13. В качестве исходной точки каждой оси берут ближайшее к минимальному меньше значение, в качестве конечной
точки – ближайшее к максимальному бóльшее. Тогда плоскость координат будет использована наиболее полно, что повысит точность
анализа.
Пользуясь построенным графиком, можно установить дозы,
соответствующие любым отравляющим эффектам. Для этого из
точки на оси ординат, соответствующей пробиту интересующего
нас эффекта, следует опустить перпендикуляр на построенную прямую, а с прямой – на ось абсцисс, после чего снять с нее значение
логарифма дозы (см. рис. 3). Так, для определения ЛД50 на прямую
проводят перпендикуляр из ординаты, соответствующей пробиту 5
(согласно приложения 2, 50 %-й отравляющий эффект преобразуется
в пробит 5).
Необходимо помнить, что с оси абсцисс мы считываем не дозы,
а их десятичные логарифмы. Чтобы получить значение дозы, следует взять антилогарифм считанного со шкалы числа. Его находят по
формуле (4):
(4)
Задания к работе
Задание 1. Изучить методику определения токсичности пести-
цидов в лабораторных опытах.
Задание 2. Освоить методику определения токсичности на примере данных лабораторного опыта, взятых из предложенного преподавателем варианта (приложение 1). План работы:
– определить проценты гибели тест-объектов по уравнению (1),
преобразовать их в пробиты (приложение 2);
– провести преобразование доз в логарифмы (приложение 3);
– построить график зависимости пробитов гибели от логарифмов доз (для примера см. рис. 3);
– пользуясь графиком, определить десятичный логарифм ЛД50
для данного варианта;
15
– найти ЛД50 путем обратного преобразования логарифма
в дозу по таблице антилогарифмов (приложение 4).
Для первичной обработки и преобразования данных следует
пользоваться формой (табл. 1).
Таблица 1 – Преобразование исходных данных
Доза
пестицида, мг/г
Логарифм
дозы
Учет тест-объектов
живых мертвых
% гибели
Пробит %
гибели
Задание 3. Оформить результаты выполнения задания 2 в виде
сводной таблицы 2, сделать выводы о сравнительной токсичности
пестицидов для тест-объектов.
Таблица 2 – Сравнительная токсичность инсектицидов
ЛД50, мг/г
Тест-объекты
Люцерновая тля
Амбарный долгоносик
Колорадский жук
Фуфанон, КЭ
(д.в. – Малатион)
Децис Эксперт, КЭ
(д.в. – Дельтаметрин)
Контрольные вопросы
1. Дать определение токсичности и отравления.
2. Чем обусловлена токсичность пестицидов?
3. Какой показатель является основной количественной мерой
токсичности пестицидов?
4. Как подразделяются дозы по степени действия и отравляю-
щему эффекту?
5. ЛД50 первого условного препарата в примерно в 800 раз
ниже, чем второго условного препарата. Какой из пестицидов более
токсичен?
16
Работа 2. Определение селективности гербицидов
Цель работы – освоить методику определения селективности
гербицидов по отношению к защищаемой культуре с использованием данных полевых экспериментов.
Действие пестицидов на защищаемые культуры
Пестициды обладают различной физиологической активностью по отношению к растениям. В зависимости от свойств препаратов, доз, способов и условий применения они могут оказывать либо
стимулирующее, либо токсическое действие. Такую двойственность
поведения не только пестицидов, но и любых биологически активных веществ хорошо объясняет денатурационная теория.
Природный белок, точнее, его третичная структура, лабильна,
то есть подвержена конформациям под влиянием внешних агентов.
Например, если белковая частица контактирует с каким-либо свободным радикалом, под его влиянием в третичной структуре белка могут возникнуть возмущения, которые приведут к изменению
ее формы. В результате у фермента, в состав которого входит этот
белок, меняется степень сродства к субстрату. При малой концентрации свободных радикалов это изменение может повысить активность фермента. При больших концентрациях возможна настолько
глубокая конформация белковой молекулы, что фермент частично
или полностью теряет связь с субстратом. При дальнейшем повышении концентрации внешнего агента белок денатурируется, то есть
теряет третичную структуру и характерные свойства и функции.
В результате звено метаболизма, контролируемое этим ферментом,
угнетается, что внешне проявляется как ингибирование роста и развития растения.
Аналогичное воздействие внешних агентов на структурные белки, входящие в состав клеточных мембран, изменяет проницаемость
последних, что также может иметь положительные или отрицательные последствия в зависимости от интенсивности воздействия.
Таким образом, любой пестицид в зависимости от дозы может
оказывать на защищаемые растения как положительное, так и отрицательное влияние. К использованию в сельском хозяйстве допускаются только те препараты, которые в оптимальных дозах (то есть
17
дозах, достаточных для эффективного подавления вредных объектов) оказывают на растения стимулирующее (хемотерапевтическое)
действие или вообще не влияют на их метаболизм.
Среди групп пестицидов по объекту воздействия наибольшей
фитотоксичностью характеризуются гербициды, за ними следуют
фунгициды и, наконец, инсектициды. Вопрос о воздействии средств
защиты растений на защищаемые растения особенно остро стоит
в отношении гербицидов. Сложность связана с тем, что и вредный
объект, и культура принадлежат к одному и тому же царству, а зачастую к одному отделу, классу, семейству или даже роду. Поэтому
для гербицидов важным свойством является избирательность, или
селективность их действия. Избирательные гербициды в оптимальных дозах подавляют сорные растения, но как минимум не оказывают отрицательного влияния на культурные.
Сравнительную токсичность пестицидов для вредных организмов и защищаемых растений оценивают по хемотерапевтическому
коэффициенту (ХТК) и индексу селективности (ИС).
Индекс селективности и его определение
Одним из показателей опасности гербицида для защищаемого растения служит индекс селективности (ИС), позволяющий дать
оценку избирательности препарата по отношению к культуре. Индекс селективности представляет собой отношение дозы, вызывающей небольшое снижение урожая культуры, к дозе, уничтожающей
большинство сорных растений. Индекс селективности показывает,
во сколько раз доза, вызывающая значительное снижение засоренности, меньше дозы, оказывающей токсическое действие на культурные растения. Достаточно избирательным считается препарат,
который, поражая не менее 80 % сорняков, не поражает или слабо угнетает (в пределах 20 %) культурные растения. Поэтому упомянутые
дозы обозначают как Д80 и Д20. Чем больше ИС превышает единицу, тем более высокой избирательностью характеризуется гербицид,
и наоборот.
Для определения ИС ставят вегетационные и полевые опыты,
в которых на сорные и культурные растения воздействуют возрастающими дозами гербицидов. В схему опыта включают несколько
18
доз гербицида, контроль (без гербицида) и вариант с ручной про-
( )
0
0
100
,
i
SS
S
S
−⋅
∆=
( )
p
p
100
,
i
UU
U
U
−⋅
∆=
полкой. Контроль дает представление об исходной засоренности посева, по отношению к которой рассчитывается снижение числа или
массы сорняков от различных доз гербицида. Для этого используют
формулу (5).
Вариант с ручной прополкой, в котором посев поддерживается
в чистоте в течение всей вегетации, вводится для установления действительно возможной урожайности культуры без отрицательного
влияния как сорняков, так и гербицида. По отношению к этой урожайности рассчитывается снижение урожая в остальных вариантах
по формуле (6).
(5)
где ∆S – снижение засоренности в i-м варианте, %;
S0 – засоренность в контроле;
Si – засоренность в i-м варианте.
(6)
где ∆U – снижение урожайности в i-м варианте;
Up – урожайность в варианте с ручной прополкой;
Ui – урожайность в i-м варианте.
По результатам расчета снижения засоренности и урожайности
строят график (рис. 4).
На оси абсцисс откладывают дозы гербицида, на оси ординат – степень снижения в процентах. На пересечении отметок доз
и величин снижения наносят точки и соединяют их плавными
кривыми.
Из точки пересечения кривой снижения засоренности с горизонтальной линией, соответствующей 80 %, опускают перпендикуляр на ось доз и находят Д80. Аналогично определяют Д20. Индекс
селективности рассчитывают формуле (7):
19
20
Д
ИС .
=
(7)
Д
80
Рис. 4. График снижения засоренности и урожайности
от возрастающих доз гербицида
Кривая снижения урожайности имеет две ветви: нисходящую,
на которой снижение обусловлено действием сорняков, и восходящую, которая отражает угнетающее влияние возрастающих доз
гербицидов. При определении Д20 пользуются только восходящим
участком кривой.
Задания к работе
Задание 1. Пользуясь данными полевых опытов (приложение 5),
рассчитать ИС различных гербицидов для разных культур. План
работы:
– по формуле (5) рассчитать снижение засоренности по отношению к контролю для различных доз гербицидов, кроме варианта
с ручной прополкой;
20