В статье приведены результаты изучения связи мутагенной активности гербицидов с их структурой. Выявлена зависимость прямого мутагенного эффекта триазиновых соединений от их химической структуры. Хлор- и азидосодержащие соединения не вызвали мутации у штаммов Salmonella typhimurium. Все метилпроизводные обладали мутагенным эффектом. Замена метилтиогруппы на метоксигруппу усиливала мутагенность соединений.
Большое разнообразие климатических и почвенных условий Южного Казахстана определяет многопрофильность сельского хозяйства, в том числе и растениеводства. На территории Южно-Казахстанской области выращиваются, в условиях орошения, типично южные теплолюбивые культуры. Основными видами культурных растений являются: зерновые – пшеница, кукуруза, рис, горох, фасоль; технические – картофель, хлопчатник, подсолнечник; овощные – капуста, редька, хрен, редис, томат, перец, баклажан, морковь, петрушка, укроп, огурец, лук репчатый, чеснок, свекла, салат; бахчевые – арбуз, дыня, тыква, кабачки, патиссон; кормовые – люцерна, рапс, эспарцет; плодово-ягодные – яблоня, груша, слива, персик, вишня, виноград, смородина, малина.
Перечисленные виды культурных растений республики представлены многочисленными сортами, в том числе казахстанской селекции, которые создают внутривидовое разнообразие агрофитоценозов. С 1933 года в республике выведены и районированы свыше 70 сортов зерновых, 68 сортов плодово-ягодных, свыше 60 сортов овоще-бахчевых культур, 23 сорта картофеля [1].
Сорные растения характерны практически для любого агрофитоценоза области, в основном встречаются сорняки-антропохоры – «типичные» и наиболее злостные сорняки.
О большом флористическом разнообразии сорных растений республики свидетельствуют вариации их таксонов разного ранга. Наиболее характерные сорные растения представлены 55 семействами, 294 родами и 582 видами. Особенно широко представлены семейства сложноцветных (104 вида), злаковых (64 вида), крестоцветных, бобовых, бурачниковых и маревых (по 30–39 видов).
После освоения 25 млн га целинных и залежных земель в Казахстане на пашне в разрезе зон сформировались различные типы засоренности. На более плодородных черноземных почвах преобладают осотно-овсюжный тип засоренности, на каштановом типе почв тяжелосуглинистого механического состава с признаками солонцеватости преобладает пырейно-острецовый тип засоренности. В агрофитоценозах области наиболее часто встречаемые сорняки отражены в табл. 1.
Триазиновые гербициды используются в сельскохозяйственной практике для защиты зерновых, овощных культур и виноградников от сорных растений. Они весьма разнообразны как по химической природе, так и по генотоксичности. Изучение мутагенной активности на про- и эукариотных организмах показало, что среди триазиновых гербицидов обнаруживаются прямые мутагены и промутагены, генотоксичность которых регистрируется только с помощью растительных и животных клеток.
Для определения мутагенного действия пестицидов применяют различные тест-объекты: микроорганизмы, растения, млекопитающие, насекомые. Из изученных пестицидов 71 % проявили мутагенную активность в бактериальных тестах с метаболической активацией и без нее.
Таблица 1
Частота встречаемости сорняков в фитоценозах Южно-Казахстанской области (шкала Друде)
|
№ п/п |
Вид сорняков |
Частота встречаемости |
|
1 |
Горчак ползучий (розовый) |
soc |
|
2 |
Пастушья сумка (Capsella bursa-pastoris (L.) |
soc |
|
3 |
Осот полевой, или жёлтый (Sonchus arvensis L.) |
cop |
|
4 |
Цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.) |
cop |
|
5 |
Кохия веничная |
sol |
|
6 |
Щирица белая (Amarantus albus L.) |
soc |
|
7 |
Щетинник сизый (Setaria glauca (L.) Beauv. |
soc |
|
8 |
Щетинник зеленый (Setaria viridis (L.) Beauv) |
soc |
|
9 |
Вьюнок полевой |
soc |
|
10 |
Латук татарский |
sp |
Примечания. soc – очень много, сop – много, sp – немного, sol – мало.
Таблица 2
Мутагенная активность триазиновых гербицидов в тесте Эймса, Salmonella typhimurium с и без активацией
|
Пестициды |
Концентрация мг/мл |
Среднее количество ревертантов на чашку |
|||
|
ТА 100 |
ТА 1535 |
||||
|
– S9 |
+ S9 |
– S9 |
+ S9 |
||
|
Прометрин |
50 |
1170 ± 78,0 |
1170 ± 78,0 |
1170 ± 78,0 |
1170 ± 78,0 |
|
10 |
1042 ± 52,0 |
1042 ± 52,0 |
1042 ± 52,0 |
1042 ± 52,0 |
|
|
1 |
990 ± 48,0 |
990 ± 48,0 |
990 ± 48,0 |
990 ± 48,0 |
|
|
0,1 |
280 ± 15,0 |
280 ± 15,0 |
280 ± 15,0 |
280 ± 15,0 |
|
|
Семерон |
50 |
1170 ± 78,0 |
1170 ± 78,0 |
1170 ± 78,0 |
1170 ± 78,0 |
|
10 |
1042 ± 52,0 |
1042 ± 52,0 |
1042 ± 52,0 |
1042 ± 52,0 |
|
|
1 |
990 ± 48,0 |
990 ± 48,0 |
990 ± 48,0 |
990 ± 48,0 |
|
|
0,1 |
280 ± 15,0 |
280 ± 15,0 |
280 ± 15,0 |
280 ± 15,0 |
|
|
Симетрин |
50 |
1316 ± 75,0 |
160 ± 11,0 |
230 ± 18,0 |
52 ± 3,4 |
|
10 |
1292 ± 68,0 |
165 ± 10,0 |
180 ± 7,0 |
50 ± 3,3 |
|
|
1 |
1210 ± 74,0 |
133 ± 8,3 |
98 ± 5,2 |
38 ± 2,3 |
|
|
0,1 |
250 ± 13,0 |
110 ± 7,2 |
53 ± 2,9 |
25 ± 1,6 |
|
|
Метопротрин |
50 |
1090 ± 69,0 |
175 ± 12,0 |
212 ± 12,0 |
48 ± 2,8 |
|
10 |
1035 ± 67,0 |
180 ± 12,0 |
191 ± 10,0 |
47 ± 2,7 |
|
|
1 |
981 ± 61,0 |
155 ± 11,0 |
92 ± 4,9 |
35 ± 2,1 |
|
|
0,1 |
221 ± 13,0 |
132 ± 7,8 |
52 ± 3,0 |
29 ± 1,7 |
|
|
Игран |
50 |
863 ± 42,0 |
130 ± 8,0 |
144 ± 7,8 |
40 ± 2,7 |
|
10 |
791 ± 49,0 |
135 ± 8,2 |
121 ± 8,1 |
39 ± 2,2 |
|
|
1 |
622 ± 44,0 |
113 ± 7,1 |
90 ± 4,8 |
22 ± 1,2 |
|
|
0,1 |
230 ± 13,0 |
95 ± 5,8 |
56 ± 3,4 |
20 ± 1,0 |
|
|
Симетон |
50 |
1667 ± 70,0 |
142 ± 8,8 |
315 ± 16,0 |
49 ± 3,0 |
|
10 |
1702 ± 73,0 |
120 ± 6,3 |
308 ± 15,0 |
25 ± 1,5 |
|
|
1 |
2530 ± 10,0 |
97 ± 5,6 |
340 ± 19,0 |
25 ± 1,3 |
|
|
0,1 |
1795 ± 80,0 |
90 ± 5,5 |
332 ± 17,0 |
26 ± 1,4 |
|
|
Норатон |
50 |
1515 ± 84,0 |
135 ± 8,5 |
289 ± 14,0 |
43 ± 2,5 |
|
10 |
1507 ± 75,0 |
104 ± 8,3 |
285 ± 15,0 |
28 ± 1,7 |
|
|
1 |
1848 ± 90,0 |
82 ± 5,3 |
300 ± 13,0 |
20 ± 1,2 |
|
|
0,1 |
157 ± 71,0 |
84 ± 5,4 |
292 ± 14,0 |
22 ± 1,2 |
|
|
Ипатон |
50 |
1392 ± 68,0 |
200 ± 13,0 |
201 ± 12,0 |
52 ± 3,6 |
|
10 |
1410 ± 75,0 |
167 ± 10,0 |
193 ± 9,4 |
36 ± 1,9 |
|
|
1 |
1461 ± 73,0 |
185 ± 11,0 |
235 ± 11,0 |
45 ± 3,1 |
|
|
0,1 |
1480 ± 70,0 |
180 ± 11,0 |
221 ± 13,0 |
44 ± 3,0 |
|
|
Приматол |
50 |
1400 ± 67,0 |
156 ± 10,0 |
178 ± 9,8 |
44 ± 2,9 |
|
10 |
1395 ± 64,0 |
130 ± 8,0 |
171 ± 9,0 |
50 ± 2,6 |
|
|
1 |
1410 ± 65,0 |
99 ± 5,8 |
187 ± 11,0 |
46 ± 2,7 |
|
|
0,1 |
1462 ± 70,0 |
95 ± 5,6 |
190 ± 9,5 |
45 ± 2,0 |
|
|
Контроль |
73 ± 3,8 |
115 ± 7,9 |
18 ± 1,0 |
27 ± 1,5 |
|
Несмотря на то, что в последние годы получили развитие исследования по выявлению связи между структурой и мутагенной активностью химических соединений, сведений относительно триазиновых гербицидов нет. С учетом широких масштабов использования триазиновых гербицидов в республике, решение указанных вопросов весьма актуально для оценки их потенциальной генетической опасности.
Цель исследования: изучение мутагенной активности структурно различных триазинов на индикаторных штаммах Salmonella typhimurium.
Материалы и методы исследования. В работе были использованы индикаторные штаммы: Salmonella typhimurium: TA 100- his G46, rfa, uvr B, pKM 101; TA 1353- his G46, rfa, uvr B.
При выполнении работ использовался полуколичественный метод учета генных мутации у индикаторных бактерий S.typhimurium. Использовали чашечный тест Эймса. Мутагенный эффект учитывался по кратности превышения числа ревертантов, индуцированных препаратами, над спонтанным фоном [2].
Результаты исследования и их обсуждение. Изучали триазиновые гербициды, содержащие различные функциональные группы, на серии индикаторных штаммов Salmonella typhimurium.
Мутагенными свойствами обладали метилтиопроизводные триазина. Максимальный уровень мутации у штамма ТА 1535 и индуцировал семерон (превышение над уровнем контроля в 14 раз) и игран (8 раз). Изогенный ему штамм ТА 100 оказался более чувствительным. Число ревертантов индуцированных триазинами превышал спонтанный уровень в 12–20 раз. Замена метилтиогруппы на метоксигруппу приводила к увеличению регистрируемой мутагенной активности. Соединения ипатон, симетон, норатон, приматол обладали большей мутагенной активностью, чем метилтиопроизводные. Фон индуцированных реверсий в 20–35 раз превосходил контроль в зависимости от препарата. Причем эти препараты проявляли мутагенную активность уже в малых дозах (0,05, 0,1 мг/мл).
Введение в эксперимент смеси микросомальной фракции меняла картину мутагенного действия метилпроизводных триазиновых препаратов – функционирование системы микросомального окисления печени млекопитающих приводило к их дезактивации, что выражается в резком снижении числа ревертантов. Результаты исследований приведены в табл. 2.
Хлорпроизводные триазина и азидо-содержащие триазины не проявляли мутагенной активности при прямой проверке. Отсутствие достоверного увеличения уровня индуцированных мутаций по сравнению с контролем у этих групп препаратов наблюдалось и в экспериментах, моделирующих возможную биотрансформацию в организме млекопитающих – тесте Salmonella/микросомальная фракция печени крыс.
Выводы. По результатам проведенных исследовании были сделаны следующие выводы: выявлена зависимость прямого мутагенного эффекта триазиновых соединений от их химической структуры. Хлор- и азидосодержащие соединения не вызвали мутации у штаммов Salmonella typhimurium. Все метилпроизводные оказались мутагенными. Замена метилтиогруппы на метоксигруппу усиливала мутагенность соединений.