Ряд гербицидов изменяет активность клеточных ферментов, действуя на них прямо или косвенно. В первом случае молекулы гербицида взаимодействуют с веществами клеточных ядер, конкурируют с субстратом за активные места на молекулах ферментов, образуют комплексные соединения с ферментами или с их субстратами, что в одних условиях подавляет, а в других – стимулирует активность ферментов. Гербицид может конкурировать с кофакторами ферментативных белков: изменять состояние белкового кофактора и предотвращать активную связь кофактора с протеиновой частью фермента.

Косвенное действие гербицида на ферменты проявляется в торможении поступления в клетки энергии, необходимой для реакций образования АТФ, а также исходных материалов для синтеза коферментов и простетических групп, в изменении условий протекания ферментативных реакций [26].

1.3 Краткая характеристика и механизм действия глифосата (раундапа)

Глифосат является пестицидом широкого спектра действия, активно применяемым для уничтожения нежелательных растений, как в сельском хозяйстве, так и в несельскохозяйственных ландшафтах. Большинство продуктов, содержащих глифосат, либо изготовляется, либо используется вместе с поверхностно-активным веществом, помогающим глифосату проникнуть в клетки растений. Поверхностно-активное вещество, используемое в распространенном продукте на базе глифосата (известном под названием «Раундап»), более токсично, чем сам глифосат, а комбинация этих двух веществ еще более токсична [29].

Гербициды на базе глифосата, предлагаемые производителями как «мало токсичные и дружественные к окружающей среде», могут казаться панацеей при борьбе с нежелательными растениями. Между тем, продукты, содержащие глифосат, обладают острой токсичностью для животных, включая человека. Симптомы: раздражение глаз и кожи, головная боль, тошнота, оцепенение, повышенное кровяное давление и учащенное сердцебиение. Наблюдения за людьми (в основном фермерами), имеющими контакт с глифосатом, показали, что такой контакт ассоциируется с увеличением риска выкидышей, преждевременными родами и раковой лимфомой.

Препарат впервые был зарегистрирован в США в 1974 году и применяется для борьбы с сорняками в широком спектре сельскохозяйственных, городских, садово-парковых, водных и лесных ситуаций. Большинство гербицидов содержит изопропиламиновую соль глифосата [30].

Глифосат занимает место среди наиболее распространенных пестицидов в сельском хозяйстве. Наибольшее использование его отмечено при производстве соевых бобов, кукурузы, сена, на пастбищах и на землях под паром. Применение глифосата в настоящее время увеличивается, в основном вследствие недавней разработки с помощью генной инженерии и интродукции растений, толерантных к гербициду.

Глифосат, N – (фосфонометил) – глицин (рисунок 3) является неизбирательным гербицидом, действующим на весь организм, который используется для уничтожения широколиственных, травянистых и осоковых видов растений [31].

Рисунок 3 – Структурная формула глифосата

Глифосат хорошо поглощается надземными органами растений и передвигается в глубоко залегающие корни. К нему чувствительны однолетние и многолетние однодольные и двудольные растения, в том числе такие корневищные и корнеотпрысковые, как пырей, свинорой, гумай, острец, осот желтый, бодяк полевой, марь белая и другие. Передвигается глифосат с места нанесения медленно (7–10 дней), но на большие расстояния (на глубину до 2 м) и вызывает гибель корневищ в радиусе 30 см. Многолетние сорняки подавляются в течение всего вегетационного периода, однолетние – до повторного отрастания новых. Визуально наблюдаемый эффект проявляется на однолетних растениях через 2–4 дня, на многолетних – через 7–10 дней, а полная гибель сорняков наступает через 20 дней и более после применения препарата. Прохладная и облачная погода замедляет проявление фитотоксичности гербицида, а осадки, выпавшие менее чем через 2 часа после опрыскивания, могут снизить эффективность обработки.

Сорные растения сначала приобретают светло-зеленую окраску, затем желтеют, обесцвечиваются, теряют тургор, засыхают и через 14–20 дней погибают [16].

Механизм действия глифосата по данным EPA в настоящее время досконально не изучен. Но благодаря исследованиям установлено, что глифосат ингибирует ферментный путь с участием шихимовой кислоты, не позволяя растениям синтезировать три ароматических аминокислоты (триптофан, тирозин, фенилаланин). Ароматические аминокислоты выполняют важную роль в клеточном метаболизме. Они входят в состав белков и служат исходными соединениями для метаболизма фенилпропаноидов – «массовой продукции», образующейся в процессе роста растения. В их состав входят пигменты и полимер клеточных стенок – лигнин. Ключевой фермент, ингибируемый глифосатом, называется EPSP синтаза (5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтаза).

Глифосат может оказывать воздействие на ферменты растения не связанные с участием шихимовой кислоты. У сахарного тростника он снижает активность фермента, участвующего в метаболизме сахара. Он также ингибирует главный детоксифицирующий фермент растений [31].

Фактически каждый пестицид, кроме так называемого «активного» вещества, предназначенного для уничтожения растений, содержит также другие ингредиенты. Эти ингредиенты неточно называют «инертными». «Инертные» составляющие предназначены для облегчения использования продукта и увеличения его эффективности. Как правило, эти составляющие не указываются на этикетках пестицидных продуктов.

Глифосат является представителем органофосфонатов с активированной прямой С-Р связью и составляет основу многих гербицидов. Их отличает высокая токсичность и устойчивость к разложению. C-P связь органофосфонатов трудно гидролизуема химическим путем, но может быть разорвана с помощью особых ферментных систем микроорганизмов-деструкторов. Высвобождающийся фосфор используется микроорганизмами в качестве единственного источника этого компонента в процессах биосинтеза и энергетического обмена [32].

Стойкость глифосата в почве изменяется в широких пределах, и нет однозначного ответа на вопрос, сколько времени глифосат остается в почве. Периоды полураспада (время, необходимое для распада или уноса половины исходного количества глифосата), определенные производителем глифосата, составили от 3 до 141 дня [33].

Считается, что глифосат образует прочные комплексы с большинством почв, и поэтому он исключительно иммобилен. Это означает, что маловероятно заражение глифосатом воды и почвы вне участка его применения. Однако эта связь с почвой является обратимой. Например, некоторые исследования показали, что глифосат легко связывается с разными видами почв. Однако десорбция, когда глифосат отсоединяется от частиц почвы, происходит также легко.

Глифосат был обнаружен как в поверхностных, так и в грунтовых водах. Стойкость глифосата в воде ниже, чем в почве [34].

Глифосат может нанести ущерб многим организмам, не являющимся мишенью для пестицида. Имеются также и другие серьезные эффекты, такие, как влияние на редкие виды растений, ухудшение качества семян, снижение способности фиксировать азот, увеличение подверженности растений болезням и уменьшение активности микоризных грибов [35].