معرفی علف کش های گروه بازدارنده فتوسیستم

علف کش های گروه بازدارنده فتوسیستم یا تخریب کننده های غشا سلولی :
این نوع علف کشها براساس 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 :
- این علف کش ها جذب سطحی کلوییدهای غیر آلی خاک می شوند ، از این رو فعالیت آنها در خاک ناچیز است .
- کاملاً محلول در آب ، فرمولاسیون به صورت نمک های دی کلرید یا دی بروماید
- مرگ سریع گیاهان تیمار شده ظرف 1 یا 2 روز پس از کاربرد علف کش
- کاتیون های قوی
– معمولاً مرگ گیاهان آن قدر سریع اتفاق می افتد که انتقال علف کش ناچیز خواهد بود .
- جذب شاخساره ای سریع
– عمل علف کشی در حضور نور بسیار سریع تر از تاریکی است
- افزایش تحمل نسبت به پاراکوآت در برخی علف های هرز پس از کابرد مکرر این علف کش توسعه یافته 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.
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.
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.
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 و 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 .
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.
عوامل موثر بر انتخابی بودن علف کشها به شرح ذیل می باشد
- اختلاف در متابولیسم
تغییر علفکش در داخل گیاهان یکی از دلایل عمده برای عملکرد انتخابی علفکش در میان گونه ها است . بعضی از علفکشها با سرعت بیشتری به وسیله گونه های مقاوم تجزیه یا متابولیزه می شوند . در اکثرحالات ، انزیمهای خاصی ، تغییر ماهیت علفکشها را با عمل کاتالیزری خود ، سرعت می بخشند . این تغییرات بسته به نوع گیاه و علفکش ممکن است به طریق متفاوتی رخ بدهد .
بعضی از مثالهای آن به قرار زیر هستند
دکربوکسیلاسیون : حذف گروه کربوکسیل از علفکش ؛ قسمتی ازتجزیه بسیاری از فنوکسی ها ، اسید بنزوییک و مشتقات اوره به این طریق انجام می شود .
هیدروکسیلاسیون : افزایش یک عامل هیدروکسیل به ملکول که اغلب با برداشتن یک اتم دیگر مثل کلر انجام می شود . این عمل معمولاً در فنوکسی ها ، اسید بنزوییک و علفکشهای تریازین انجام می شود .
هیدرولیز : تجزیه یک ملکول از طریق اضافه کردن آب ؛ در تجزیه کربامات ، تیو – کربامات ومشتاقات اوره انجام می گیرد .
دآلکیلاسیون : حذف یک زنجیره جانبی آلکیل از ملکول است . این واکنش در تریازین ها ، مشتقات اوره ، کرباماتها ، تیوکرباماتها وعلفکشهای دی نیتروآنیلین انجام می شود .
- اختلاف در میزان نفوذ
احتمالاً مهمترین عامل عملکرد انتخابی علفکشها در بین گیاهان با سنین متفاوت میزان نفوذ پذیری آنها است ، زیرا ضخامت کوتیکول با افزایش سن گیاه بیشتر می شود
این اختلاف احتمالاً یکی از دلایل عمده حساسیت بیشتر گیاهچه های جوان به علفکشها در مقایسه با گیاهان بالغ است . شواهد متعددی وجود دارد که تنها اختلاف در نفوذ پذیری عا مل انتخاب در بین گونه های علفی در مرحله یکسانی از رشد است . یکی از استثنائات علفکش ، تماس نیتروفن است که برای کنترل علفهای هرز کلم استفاده می شود . نیتروفن به گونه هایی از کلم که دارای کوتیکول ضخیم هستند ، آسیبی وارد نمی کند حال آنکه گونه هایی از کلم یا کوتیکول نازک را از بین می برد (پرآیرو همکاران 1971) . دلیل این امر را ضخامت لایه کوتیکول دانسته اند .
افزایش مویا نها یا ایجاد تغییراتی در فرمولاسیون علفکشها می توا ند دوام ومیزان نفوذ علفکش روی گیاه را بیشتر کرده و در نتیجه خصوصیت انتخابی بودن علفکش را تغییر دهد .
اغلب این تغییرات در فرمولاسیون باعث آسیب دیدن گیاهان زراعی که معمولاً مقاومت زیادی به علفکش خاص دارند ، می شود . جذب بیش از حد سموم علفکش توسط گیاه باعث می شود که گیاه نتواند سم را سریاً خنثی کند . مثلاً افزایش روغن گیاهی به تو- فوردی آمین باعث ایجاد خسارت در ذرت شده حال آنکه این علفکش به تنهایی اثر سویی برروی ذرت ندارد . فرمولاسیون استری تو فوردی در مقایسه با فرم آمینی و دیگر فرمهای نمکی آن ، راحت تر بداخل بافت گیاهی نفوذ می کنند
اختلاف در دوام ومیزان جذب علفکش بندرت عوامل مهمی دربین علفکشهای انتخابی مورد استفاده در خاک به شمار می آیند . تا زمانی که علفکش در منطقه نفوذ ریشه محلول آب خاک وجود داشته باشد توسط گیاه جذب خواهد شد .
- سن گیاه ومرحله تکاملی گیاهان در دوره ها ومراحل معینی به علفکشها حساس هستند ، بنابراین اگر علفکشها را در زمانی به کار برد که گیاهان زراعی بیشترین مقاومت به علفکش را داشته و علفهای هرز در حساسترین مرحله زندگی خود باشند ، می توان خاصیت علفکشی انتخابی را مشاهده نمود . برای مثال ترکیبی از علفکشهای پس از سبز شد ن داینو سب –انالاپ هنگامی که 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 علفکشهای پس از سبز شدن ، مقاوم است.
- اختلاف در میزان دوام سم
اختلافات در شکل 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 باریکها که به صورت عمودی قرار دارند ، میزان بیشتری از سموم را بر خود جذب ونگهداری می کنند . انواع لویی وپیاز به علت داشتن یرگهای مومی ومستقیم ، خیس کرد نشان مشکل است . در حقیقت کنترل انتخابی برگ پهن ها با محلولهای اسید سولفوریک در این نوع پیاز تا حد زیادی به علت خصوصیت اخیر می باشد .
- اختلاف در انتقالدر بدو ورود علفکشها ممکن است متصل به ترکیبات دیگر گردد ، جذب سطحی قسمتهایی از سلول گردد و یا در بخشهایی از سلول که خسارتی تولید نمی کند
(مثل واکوئل) باقی می ماند . در ایصورت ، علفکش برای حرکت به محل تأثیر در دسترس نخواهد بود . علفکشهای کلورامبن در ریشه های کدو و لینورون در هویج از جمله علفکشهایی هستند که در بدو ورود به داخل گیاه ، غیر فعال می شوند . با این وجود این حالتها استثناء هستند . بسیاری از موارد قابل انتقال به مقادیر کافی به نقاط حساس گیاه منتقل می شوند که 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 .
-ارتفاع گیاه
ازاختلاف ارتفاع بین علفهای هرز وگیاهان زراعی می توان برای پاشیدن مستقیم سموم برروی علفهای هرزبدون آنکه برروی گیاهان زراعی پاشیده شود ، استفاده کرد
به این طریق از مواد شیمیایی که خصوصیت انتخابی محدودی دارند برای کنترل علفهای هرزی که با دیگر وسایل به طور مؤثری کنترل نمی شوند .
در شرایط زراعی متعددی می توان استفاده کرد استفاده از تو- فوردی بی ، لینورون یا پاراگوات در سویا ، استفاده از گلیفوسیت با یک سمپاش دوار که بطور افقی سم می پاشد ، یا استفاده از سمپاش نمدی در سویا و پنبه. ویا استفاده از تعدادی از عفکشهای شاخ وبرگ که برای کنترل علفهای هرز علفی در میان گونه های چوبی بکار می روند ، مثالهایی از این طریق کنترل است.
دستورالعمل های کاربردی
•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.
•برای خشک کردن گیاهان زراعی، دی کوات بر پاراکوات ارجحیت دارد.
•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.
•روی علف های هرز کوچک موثر ترند ، اگر علف هرز بزرگ باشد ، می بایست حجم آب مصرفی را زیاد کرد .
•پس از یک تا دو ساعت از مصرف ، نسبت به شستشوی ناشی از بارندگی مقاوم می شوند .
•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.
•در آب های گل آلود غیر فعال می شوند.
خاصیت انتخابی ، علف کشها در گیاهان زراعی