تخریب کننده های غشای سلولی
این. نوع علف کشها بر اساس تقسیم بندی (طبقه بندی) روشهای
HRAC
و
WSSA
با جایگاه عملی که از بازدارندگی فتوسیستم یک (
PSI
) تا ممانعت از فعالیت پروتوپور فیرینوژن اکسید از (
PROTOX
) و جلوگیری از گلوتامین سنتاز گسترده اند مورد مصرف قرار گرفته که در این میان براساس طبقه بندی فوق بازدارنده های فتوسیستم یک در گروه 22 با مشخصه حرف انگلیسی
D
در خانواده ای شیمیایی با نام بای پیرید بلیوم ها با نام عمومی پاراکوات و نام تجاری گراماکسون از نظر کارکرد فیزیولوژیک مورد بحث و بررسی قرار می گیرند
پاراکوات با دو نام تجاری از دو کارخانه سازنده :
ارتو پاراکوات سی ال ـ کمپانی شیمیایی شرون
گراماکسون ـ کمپانی آمریکائی
ICI
تخریب کننده های غشای سلولی
ترکیبات متعلق به این گروه خواص شیمیایی متنوعی دارند . اکثر آنها به صورت علف کش های تماسی پس رویشی به کار می روند ؛ البته اکسی دیازون ، سولفن ترازون و اکسی فلورفن دارای مصارف مهمی به صورت علف کش های پیش رویشی خاک برد هستند .
هر چند جایگاه عمل این علف کش ها از بازدارندگی فتوسیستم
I
تا ممانعت از فعالیت پروتوپروفیرینوژن اکسیداز(
PROTOX
) و جلوگیری از گلوتامین سنتاز گسترده است، اما مرگ گیاهی ناشی از کاربرد این علف کش ها سریع است .
فعالیت مناسب این علف کش ها مستلزم پوشش کامل سمپاشی روی شاخساره هاست وتحت شرایط محیطی گرم و نور شدید مرگ گیاهان سریع تر اتفاق می افتد. رادیکال های آزاد (اکسیدان های زیستی) تشکیل شده در گیاهان در نتیجه عمل این علف کش ها سبب تخریب غشاهامی شود.
ویژگی های بازدارنده های فتوسیستم1
علف کش هایی غیر انتخابی
تأثیر روی فتوسنتز در محل
PSI
عامل خشک شدگی سریع
عمده عمل به صورت تماسی
اتصال برگشت ناپذیر به خاک های رسی
تأثیر علف کشی منحصراً روی شاخ و برگ
بازدارنده های
PSI
علف کش هایی با کارکرد سریع ، غیر انتخابی وتماسی هستند. پاراکوات معمولاً روی علف های هرز باریک برگ ، در حالی که دی کوات روی گیاهان پهن برگ موثر است .
نام عمومی وتجاری علف کش های بازدارنده
PSI
ثبت شده در ایران
خانواده شیمیایی نام عمومی نام تجاری
بای پیریدیلیوم ها پاراکوأت گرماکسون
دی کوات رگلون*
*این علف کش در ایران ثبت نشده است .
علف کش های دی کوآت ترکیبات آلی هتروسیکلیک (دارا بودن بیش از یک نوع اتم در حلقه) متعلق به گروه بای پیریدیلیوم ها هستند. ساختمان حلقوی این ترکیبات دارای بار مثبت است و به صورت نمک فرموله می شود . ویژگی های عمومی این علف کش ها به شرح زیر است :
1- کاملاً محلول در آب ، فرمولاسیون به صورت نمک های دی کلرید یا دی بروماید
2- کاتیون های قوی
3- جذب شاخساره ای سریع
4- مرگ سریع گیاهان تیمار شده ظرف 1 یا 2 روز پس از کاربرد علف کش
5 – عمل علف کشی در حضور نور بسیار سریع تر از تاریکی است
6 – معمولاً مرگ گیاهان آن قدر سریع اتفاق می افتد که انتقال علف کش ناچیز خواهد بود .
7- افزایش تحمل نسبت به پاراکوآت در برخی علف های هرز پس از کابرد مکرر این علف کش توسعه یافته است.
8- این علف کش ها جذب سطحی کلوییدهای غیر آلی خاک می شوند ، از این رو فعالیت آنها در خاک ناچیز است .
کارویژه PSI
PSI
دومین مجموعه پروتیین ـ کلروفیل دخیل در فتوسنتز است.
PSI
با تهییج الکترون و انتقال آن به پذیرنده ها سبب جذب انرژی نور خورشید می شود . الکترون ارتقاع یافته با الکترونی از
PSII
جایگزین می شود . انرژی الکترون
PSI
را پذیرنده های مختلفی که همگی حاوی آهن هستند ، جذب می کنند و سرانجام در تولید
NADPH
استفاده می شود .
NADPH
عاملی احیا کننده است که دربسیاری از واکنشهای بیوشیمیایی سلولی شرکت می کند .
خصوصیات فیزیکی ـ شیمیایی
پاراکوات و دی کوات حلالیت زیادی در آب دارند و خاصیت اسید ضعیف ندارند . هردو این علف کش ها دارای بار مثبتند و به شدت به ذرات خاک به ویژه مواد آلی می چسبند . این علف کش ها به محض پیوند با خاک ، هم برای گیاهان و هم برای میکروارگانیزم های خاک غیر قابل استفاده می شوند. از این رو این علف کش ها در خاک فعالیت و آبشویی ندارند .
پاراکوات و دی کوات روی سطح برگ به مقدار خیلی کمی در معرض تجزیه نوری قرار می گیرند ولی این تجزیه به قدری کم است که فعالیت آنها را تحت تأثیر قرار نمی دهد.
جذب و انتقال
پاراکوات و دی کوات خیلی سریع جذب برگ می شوند این علف کش ها ظرف یک تا دو ساعت پس از کاربرد نسبت به شستشو از طریق باران مقاوم می شوند . پیوند محکم این علف کش ها با خاک به این معنی است که از طریق ریشه جذب نمی شوند . حرکت آنها تقریباً منحصر به آوند چوبی و از پایین به بالای گیاه است ؛ البته فعالیت سریع ، حرکت را محدود می سازد.
جلویگری از انتقال الکترون در فتوسیستم I
برخلاف بازدارنده های
PSII
بازدارنده های
PSI
مانع جـریـان الکتــرون نمی شـــوند ، بلـکه بــاعث انحـراف الــکتـرون هــا از ناقـل هــای الــکتـرونی حـــاوی آهـــن (شامل
FD,FDs,FP
) می شوند . الکترون های منحرف شده به سمت اکسیژن می روند و تشکیل رادیکال های آزاد اکسیژن و در نهایت رادیکال هیدروکسیل با واکنش پذیری زیاد می دهند . در این فرآیند علف کش تخریب نمی شود ، بلکه به صورت کاتالیزور عمل می کند و پس از عبور الکترون ، مجدداً باززایی شده و ممکن است الکترون دیگری از
PSI
دریافت کند .
رادیکال های آزاد اکسیژن باعث تخریب پروتیین ها و لیپیدها شده ، غشاهای گیاهی را مورد هجوم قرار داده ، استحکام آنها را از بین برده و در نهایت منجر به خشک شدن ومرگ گیاه می شوند. فعالیت سریع این علف کش ها باعث می شود که علاوه بر کاربری علف کشی ، از آنها به صورت خشک کننده برگ گیاهان زراعی نیز استفاده شود.
فعالیت سریع این علف کش ها ، همچنین مانع حرکت آنها در آوندهای آبکش می شود . چون این علف کش ها فقط از طریق سلول های زنده منتقل می شوند ، بنابراین در منطقه تخریب شده محبوس می مانند.
مکانیسم عمل
در گیاهان تیمار شده با پاراکوآت یا دی کوآت علف کش به نزدیکی محل پیوند فرودوکسین متصل و با دریافت الکترون به رادیکال آزاد تبدیل می شود رادیکال آزاد علف کش بر خلاف فرودکسین احیاء شده الکترون ها را به
NADP
(نیکوتین آمیدآدنین دی نوکلوتید فسفات) تحویل نمی دهد ، بلکه وارد یکسری واکنش ها شده که منجر به تخریب غشای سلولی و مرگ گیاه می شود.
مکانسیم عمل دی کوآت و پاراکوات . طی فرآیند جریان الکترون در فتوسنتز هر یک از این علف کش ها یک الکترون از فتوسیستم
I
دریافت می کند و به رادیکالی آزاد تبدیل می شود . تشکیل چنین رادیکالهای ازادی سبب توقف انتقال الکترون به
NADP
و ممانعت از کارکرد عادی فتوسیستم
I
می شود. در
PSI
پلاستوسیانین طی سلسله مراحلی (
FA,FX,A1,A0,P700
) الکترون ها را به فرودوکسین ودرنهایت به
NADP
انتقال می دهد .
درگیاهان تیمار شده با پاراکوت یا دی کوات علف کش نزدیک به جایگاه پیوند فردوکسین متصل می شود و الکترون ها را دریافت می کند و تبدیل به رادیکال آزاد می شود. تفاوت رادیکال آزاد این علف کش ها با فردوکسین احیا شده در این است که رادیکال های آزاد پاراکوات و دی کوات الکترون های دریافتی را به
NADP
تحویل نمی دهند ، بلکه سبب آغازش مجموعه ای از واکنش ها می شوند که منجر به تخریب غشای سلولی و سرانجام مرگ گیاه می شود.
رادیکال های آزاد پاراکوآت و دی کوآت عوامل مستقیم آسیب به بافت های گیاهی نیستند
این رادیکال های آزاد ناپایدارند وبه سرعت اکسیده و به ترکیبات اولیه تبدیل می شوند و بدین ترتیب مجدداً آماده پذیرش الکترون از فتوسیستم
I
و تشکیل رادیکال آزاد علف کش می شوند.
طی فرآیند اکسیداسیون ، رادیکال آزاد علف کش با آب و اکسیژن واکنش می دهد، سوپراکسید و علف کش اولیه تشکی می شود . سپس سوپراکسید با آنزیم سوپراکسیددیس موتاز واکنش می دهد و پراکسیدهیدروژن تشکیل می شود. ترکیب اخیر رادیکال های هیدروکسی را به وجود می آورد . رادیکال های هیدروکسی مهمترین اکسیدان بیولوژیکی شناخته شده اند که به سرعت و با کارایی بالایی از طریق پراکسیداسیون چربی موجبات تخریب غشاهای سلولی را فراهم می آورند .
تشکیل رادیکال های آزاد در گیاهان پس از تیمار با پاراکوآت یا دی کوآت ، رادیکال های آزاد به طور مستقیم سبب تخریب بافت های سلولی نمی شوند . این رادیکال های آزاد ناپایدارند و به سرعت تحت واکنش «خوداکسیداسیون» به ترکیبات اولیه تبدیل و بدین ترتیب دوباره آماده دریافت الکترون می شوند .
رادیکال های آزاد طی خود اکسیداسیون با آب و اکسیژن واکنش می دهند
سوپراکسید و علف کش اولیه را به وجود می آورند . پس از آن سوپراکسید با آنزیم سوپراکسیددیس موتاز واکنش می دهد تا پراکسیدهیدروژن تشکیل شود. ترکیب اخیر رادیکال های هیدروکسی را به وجود می آورد. رادیکال های هیدروکسی ، مهمترین اکسیدان های زیستی شناخته شده به سرعت و به طور موثری تخریب غشاهای سلولی از طریق پراکسیده کردن چربی ها را آغاز می کنند . در شرایط عادی زمانی که علف کش در کار نیست .
مکانیسم های سلولی سطوح پایین ملکول های تنش زای اکسیداتیو نظیر سوپراکسید و پراکسیدها را مهار می کنند و بدین ترتیب اسیب اندکی به غشاهای سلولی وارد می شود . این آنزیم های پاکسازی و انتی اکسیدان هایی نظیر سوپراکسید دیس موتاز(
SOD
) ، اسکوربات پراکسیداز و گلوتاتیون دو کتاز سبب سمیت زدایی اکسیدان های فعال می شوند . البته شمار زیاد رادیکال های آزاد تشکیل شده در گیاهان تیمار شده با پاراکوآت یا دی کوآت در حدی است که سامانه های حفاظتی گیاهان از عهده آنها بر نمی آیند .
متابولیسم و خاصیت انتخابی
پاراکوات و دی کوات را گیاهان نمی توانند متابولیز کنند ، از این رو این علف کش ها غیر انتخابی هستند . گیاهان از نظر حساسیت نسبت به این دو علف کش متفاوت هستند ، البته دلیل این اختلاف هنوز مشخص نیست . سویه هایی از چچم چند ساله برای تحمل نسبت به علف کش پاراکوآت اصلاح شده اند که برای احیای مراتع در نواحی که از این علف کش استفاده می شود، به کار برده می شوند . در سال های اخیر نیز معلوم شده است که بادام زمینی تحمل زیادی نسبت به پاراکوآت دارد.
سمّیت
این علف کش ها سمیت بالایی برای پستانداران از جمله انسان دارند (123-120=
LD50
). چنانچه چشم انسان ، ریه ها و دستگاه تنفسی در معرض این سموم قرار گیرند و دقت لازم صورت نگیرد ، باعث ایجاد سوزش می شوند .
با اجتناب از قرارگیری در معرض سموم ، باید خود را محافظت نمود.
علائم
اگر گیاه در معرض نور باشد ، پس از چند ساعت از مصرف این علف کش ها ، علائم پژمردگی و زردی (کلروز شدن) بین رگبرگ ها ظاهر می شود. بعد از این مرحله حاشیه های برگ ها شروع به قهوه ای و سیاه شدن می نماید و پس از آن برگ ها کاملاً قهوه ای و خشک می شوند.
دستورالعمل های کاربردی
•کارایی این علف کش ها در صورت کاربرد به هنگام غروب افزایش می یابد ، زیرا در این صورت فرصت کافی برای انتقال در گیاه تا پیش از محدودیت حرکت ناشی از تأثیر آنها ، فراهم می شود.
•سمپاشی به نحوی که پوشش مناسبی روی گیاه ایجاد شود، برای فعالیت این علف کش ها ضروری است .مصرف مقادیر بیشتر آب ، کارایی آنها را افزایش می دهد.
•روی علف های هرز کوچک موثر ترند ، اگر علف هرز بزرگ باشد ، می بایست حجم آب مصرفی را زیاد کرد .
•برای خشک کردن گیاهان زراعی، دی کوات بر پاراکوات ارجحیت دارد.
•پس از یک تا دو ساعت از مصرف ، نسبت به شستشوی ناشی از بارندگی مقاوم می شوند .
•هنگامی که به صورت خشک کننده گیاه زراعی مورد استقاده قرار می گیرند، فعالیت سریع آنها ممکن است سبب ریزش غلاف ها در برخی گیاهان زراعی شود.
•در آب های گل آلود غیر فعال می شوند.
خاصیت انتخابی ، علف كشها در گیاهان زراعی
عوامل موثر بر انتخابی بودن علف كشها به شرح ذیل می باشد
۱- سن گیاه ومرحله تكاملی گیاهان در دوره ها ومراحل معینی به علفكشها حساس هستند ، بنابراین اگر علفكشها را در زمانی به كار برد كه گیاهان زراعی بیشترین مقاومت به علفكش را داشته و علفهای هرز در حساسترین مرحله زندگی خود باشند ، می توان خاصیت علفكشی انتخابی را مشاهده نمود . برای مثال تركیبی از علفكشهای پس از سبز شد ن داینو سب –انالاپ هنگامی كه در مزرعه سویا قبل از باز شدن اولین برگها یا بعد از ظهور دومین برگهای سه برگچه ای ، استفاده شود ، بدون ایجاد آسیبی به سویا گیاچه های علفهای هرز حساس از بین خواهند رفت. ذرت در مراحل قبل از تولید گلهای نر وبعد از مرحله خمیری شدن به بسیاری از علفكشهای پس از سبز شدن ، مقاوم است.
2-ارتفاع گیاه
ازاختلاف ارتفاع بین علفهای هرز وگیاهان زراعی می توان برای پاشیدن مستقیم سموم برروی علفهای هرزبدون آنكه برروی گیاهان زراعی پاشیده شود ، استفاده كرد
به این طریق از مواد شیمیایی كه خصوصیت انتخابی محدودی دارند برای كنترل علفهای هرزی كه با دیگر وسایل به طور مؤثری كنترل نمی شوند .
در شرایط زراعی متعددی می توان استفاده كرد استفاده از تو- فوردی بی ، لینورون یا پاراگوات در سویا ، استفاده از گلیفوسیت با یك سمپاش دوار كه بطور افقی سم می پاشد ، یا استفاده از سمپاش نمدی در سویا و پنبه. ویا استفاده از تعدادی از عفكشهای شاخ وبرگ كه برای كنترل علفهای هرز علفی در میان گونه های چوبی بكار می روند ، مثالهایی از این طریق كنترل است.
3- اختلاف در میزان دوام سم
اختلافات در شكل گیاهان ، محل برگها وخصوصیات سطح برگها باعث اختلاف در میزان دوام سموم روی شاخ وبرگ می باشد . گیاهان برگ پهن واقعی در مقایسه با برگ باریكها كه به صورت عمودی قرار دارند ، میزان بیشتری از سموم را بر خود جذب ونگهداری می كنند . انواع لویی وپیاز به علت داشتن یرگهای مومی ومستقیم ، خیس كرد نشان مشكل است . در حقیقت كنترل انتخابی برگ پهن ها با محلولهای اسید سولفوریك در این نوع پیاز تا حد زیادی به علت خصوصیت اخیر می باشد .
4- اختلاف در میزان نفوذ
احتمالاً مهمترین عامل عملكرد انتخابی علفكشها در بین گیاهان با سنین متفاوت میزان نفوذ پذیری آنها است ، زیرا ضخامت كوتیكول با افزایش سن گیاه بیشتر می شود
این اختلاف احتمالاً یكی از دلایل عمده حساسیت بیشتر گیاهچه های جوان به علفكشها در مقایسه با گیاهان بالغ است . شواهد متعددی وجود دارد كه تنها اختلاف در نفوذ پذیری عا مل انتخاب در بین گونه های علفی در مرحله یكسانی از رشد است . یكی از استثنائات علفكش ، تماس نیتروفن است كه برای كنترل علفهای هرز كلم استفاده می شود . نیتروفن به گونه هایی از كلم كه دارای كوتیكول ضخیم هستند ، آسیبی وارد نمی كند حال آنكه گونه هایی از كلم یا كوتیكول نازك را از بین می برد (پرآیرو همكاران 1971) . دلیل این امر را ضخامت لایه كوتیكول دانسته اند .
افزایش مویا نها یا ایجاد تغییراتی در فرمولاسیون علفكشها می توا ند دوام ومیزان نفوذ علفكش روی گیاه را بیشتر كرده و در نتیجه خصوصیت انتخابی بودن علفكش را تغییر دهد .
اغلب این تغییرات در فرمولاسیون باعث آسیب دیدن گیاهان زراعی كه معمولاً مقاومت زیادی به علفكش خاص دارند ، می شود . جذب بیش از حد سموم علفكش توسط گیاه باعث می شود كه گیاه نتواند سم را سریاً خنثی كند . مثلاً افزایش روغن گیاهی به تو- فوردی آمین باعث ایجاد خسارت در ذرت شده حال آنكه این علفكش به تنهایی اثر سویی برروی ذرت ندارد . فرمولاسیون استری تو فوردی در مقایسه با فرم آمینی و دیگر فرمهای نمكی آن ، راحت تر بداخل بافت گیاهی نفوذ می كنند
اختلاف در دوام ومیزان جذب علفكش بندرت عوامل مهمی دربین علفكشهای انتخابی مورد استفاده در خاك به شمار می آیند . تا زمانی كه علفكش در منطقه نفوذ ریشه محلول آب خاك وجود داشته باشد توسط گیاه جذب خواهد شد .
5- اختلاف در انتقالدر بدو ورود علفكشها
ممكن است متصل به تركیبات دیگر گردد ، جذب سطحی قسمتهایی از سلول گردد و یا در بخشهایی از سلول كه خسارتی تولید نمی كند
(مثل واكوئل) باقی می ماند . در ایصورت ، علفكش برای حركت به محل تأثیر در دسترس نخواهد بود . علفكشهای كلورامبن در ریشه های كدو و لینورون در هویج از جمله علفكشهایی هستند كه در بدو ورود به داخل گیاه ، غیر فعال می شوند . با این وجود این حالتها استثناء هستند . بسیاری از موارد قابل انتقال به مقادیر كافی به نقاط حساس گیاه منتقل می شوند كه موجب خسارت در گیاه شوند . در صورت عدم وجود اختلاف در متابولیسم ، به ندرت می توان خصوصیت انتخابی را به تنهایی توسط اختلاف در انتقال بدست آورد .
6- اختلاف در متابولیسم
تغییر علفكش در داخل گیاهان یكی از دلایل عمده برای عملكرد انتخابی علفكش در میان گونه ها است . بعضی از علفكشها با سرعت بیشتری به وسیله گونه های مقاوم تجزیه یا متابولیزه می شوند . در اكثرحالات ، انزیمهای خاصی ، تغییر ماهیت علفكشها را با عمل كاتالیزری خود ، سرعت می بخشند . این تغییرات بسته به نوع گیاه و علفكش ممكن است به طریق متفاوتی رخ بدهد .
بعضی از مثالهای آن به قرار زیر هستند
دكربوكسیلاسیون : حذف گروه كربوكسیل از علفكش ؛ قسمتی ازتجزیه بسیاری از فنوكسی ها ، اسید بنزوییك و مشتقات اوره به این طریق انجام می شود .
هیدروكسیلاسیون : افزایش یك عامل هیدروكسیل به ملكول كه اغلب با برداشتن یك اتم دیگر مثل كلر انجام می شود . این عمل معمولاً در فنوكسی ها ، اسید بنزوییك و علفكشهای تریازین انجام می شود .
هیدرولیز : تجزیه یك ملكول از طریق اضافه كردن آب ؛ در تجزیه كربامات ، تیو – كربامات ومشتاقات اوره انجام می گیرد .
دآلكیلاسیون : حذف یك زنجیره جانبی آلكیل از ملكول است . این واكنش در تریازین ها ، مشتقات اوره ، كرباماتها ، تیوكرباماتها وعلفكشهای دی نیتروآنیلین انجام می شود .