ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ПЕСТИЦИДЫ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ ТЕРПЕНОИДОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье приводятся результаты полевых биологических испытаний в хлопководстве, шелководстве биостимулирующей, мутагенной, противонозематозной и антитермитной активности экологически безопасных индивидуальных и суммарных сесквитерпеновых лактонов, выделенных экстракционным методом с последующим хроматографическим разделением из некоторых растений семейства Asteraceae. На основе полярной суммы Artemisia аbsinthium созданы мутантные линии хлопчатника с хозяйственно-ценными признаками и два из них как сорт, в настоящее время прошли Государственные сортоиспытания. Сумма лактонов Artemisia tenuisecta, Centaurea squarrosa показала противонозематозную активность для борьбы с пебриной (нозематоз) тутового шелкопряда, а лактон салонитенолид и кницин, выделенные из Jurinea kokanica проявили выраженную антитермитную активность.

ABSTRACT

This article presents the results of field biological tests in cotton growing, sericulture of biostimulating, mutagenic, antinosema and anti-termite activity of environmentally safe individual and total sesquiterpene lactones isolated by extraction with subsequent chromatographic separation from some plants of the Asteraceae family. Based on the polar sum of Artemisia аbsinthium, mutant cotton lines with economically valuable traits have been created and two of them, as a variety, have now passed State variety testing. The sum of lactones of Artemisia tenuisecta, Centaurea squarrosa showed antinosema activity against silkworm pebrina, and lactone salonitenolide and knicin isolated from Jurinea kokanica showed pronounced anti-termite activity.

Ключевые слова: пестицид, терпеноид, сесквитерпеновый лактон, семейство Asteraceae , хлопчатник, грена, термиты.

Keywords: pesticide, terpenoid, sesquiterpene lactone, Asteraceae family, cotton, greenweed, termites.

Введение

В последние десятилетия класс терпеноидов, в том числе сесквитерпеновые лактоны привлекают внимание широкого круга ученых, работающих в области химии природных соединений, главным образом из-за широкого спектра их биологической активности. Препараты, созданные на основе растительного сырья по сравнению с синтетическими, обладают малой токсичностью, разнообразной биологической активностью, экологически безвредны для человека, животных и окружающей среде. Для создания новых высокоэффективных лекарственных средств и пестицидов необходимо расширить фитохимическое изучение дикорастущих и лекарственных растений флоры Узбекистана.

Среди вторичных метаболитов сесквитерпеновые лактоны широко распространены в растениях семейства Asteraceae, а ареалы этих растений широко распространены, легко доступны и являются потенциальной сырьевой базой для производства лекарственных препаратов и пестицидов[1,2].

Из сесквитерпеновых лактонов выделенных нами из растений семейства Asteraceae выявлены соединения, обладающие рострегулирующей, инсектицидной, противоопухолевой, противоязвенной, противотермитной, противогрибковой, противопаразитарной, мутагенной активностями, и поэтому научные исследования в этом направлении являются весьма актуальными и перспективными[3,4].

Материалы и методы

Целью данного исследования является создание экологически безвредных пестицидов на основе растительных терпеноидов.

Применение регуляторов роста растений наряду с использованием удобрений, химических и биологических средств защиты растений является одним из самых перспективных путей повышения урожайности сельскохозяйственных культур. В результате полевых испытаний полярной суммы лактонов полыни горькой на хлопчатник установили, что при различных концентрациях (2,0; 1,5; 1,0; 0,5%) обладает выраженной биостимулирующей и мутагенной активностью.

Противонозематозная активность терпеноидов Artemisia tenuisecta, Centaurea squarrosa, полученных путем экстракции из растений и представляющих собой сумму моно- и сесквитерпеноидов. в концентрациях 0,5% и 1,0% каждого из вариантов были использованы для обработки зараженной нозематозом грены. Результаты исследований показали, что наибольшая оживляемость грены (в %, среднее из четырёх повторов) наблюдалась при обработке грены суммой терпеноидов Centaurea squarrosa в концентрации 0,5%.

Антитермитная активность сесквитерпеновых лактонов кницина и салонитенолида выделенных из Jurinea kokanica при концентрациях раствора 0.003 и 0.005% привели к полной гибели термитов на седьмой и восьмой дни применения препарата.

Результаты и обсуждение

Биостимулирующая активность. Нами изучено влияние в качестве мутагенного фактора на семенах хлопчатника полярной экстрактивной суммы сесквитерпеновых лактонов из травы полыни горькой (Artemisia absinthium). При этом установили, что при различных концентрациях сумма лактонов обладает выраженной биостимулирующей и мутагенной активностью. Семена трех сортов хлопчатника обрабатывали препаратом различных концентраций (2,0; 1,0; 0,5%) и высевались в полевых условиях.

Анализу подвергались следующие показатели: всхожесть семян, выживаемость растений и степень развития признаков характеризующие продуктивность. В опытных вариантах при концентрациях 1,0 и 0,5% имеет место выраженная стимуляция в частности по накоплению плодоорганов на кусту, увеличению веса хлопка – сырца на одно растение, за счёт увеличения числа и веса коробочек.

В концентрациях 2 и 1% данный препарат использовался как модификатор для снятия депрессии при облучении семян гамма–лучами Cо⁶⁰. В результате исследований получен перспективный селекционный материал в виде мутантных линий и сортов. В настоящее время созданные два сорта находятся в государственном сортоиспытании [5-7].

Противонозематозная активность. Нами также рассмотрена противонозематозная активность терпеноидов A. tenuisecta, Centaurea squarrosa, полученных путем экстракции из растений и представляющих собой сумму моно- и сесквитерпеноидов. Полученные суммы терпеноидов в концентрациях 0,5% и 1,0% каждого из вариантов были использованы для обработки зараженной нозематозом грены гусениц тутового шелкопряда, прошедшей период зимовки (диапаузы). В приготовленных растворах средств, грену выдерживали в течение двух часов, затем грену просушивали, закладывали для инкубирования в термостат и на третий день выхода гусениц из грены проводили учет по оживляемости грены.

Результаты исследований показали, что наибольшая оживляемость грены (в %, среднее из четырёх повторов) наблюдалась при обработке грены суммой лактонов Centaurea squarrosa в концентрации 0,5%. При этом оживляемость составила 8,75 абс. % по сравнению с контролем (вода). Более высокие концентрации суммарных лактонов оказывали угнетающее действие, и оживляемость снижалась. Также рассмотрено снижение зараженности грены нозематозом под влиянием испытанных средств. Следует отметить, что гусениц, вышедших из обработанной грены, микроскопировали каждую индивидуально. Обработка зараженной нозематозом грены снижала зараженность вышедших гусениц во всех вариантах приготовленных растворов. Наиболее эффективной по снижению зараженности гусениц нозематозом явилась обработка грены суммой терпеноидов Centaurea squarrosa в концентрации 0,5% (88,9 отн. % по сравнению с контролем) [8-10].

Антитермитная активность. В Узбекистане одним из самых опасных вредителей, наносящими огромный ущерб зданиям и сооружениям, в том числе историческим памятникам культуры, являются туркестанский и большой закаспийский термиты.

Химические препараты, применяемые против термитов, в настоящее время дают временный эффект, так как они имеют краткократковременное действие (не более 3-5 дней). Кроме того, из-за растущих проблем, связанных с экологией и здравоохранением, многие из них полностью запрещены.

В связи с этим возникает необходимость разработки новых методов и средств борьбы с термитами с использованием отравляющих пищевых приманок кишечного пролонгированного действия, убивающих термиты в течение 40-45 дней.

Согласно проведенным фитохимическим исследованиям, растения флоры Узбекистана являются богатыми источниками терпеноидов. К настоящему времени в результате наших исследований выявлен целый ряд эффективных антитермитных сесквитерпеноидов кишечного пролонгированного действия из отечественной флоры, которые при индивидуальном применении приводят к 96-100%-ной гибели термитов на 8-15 дни применения.

Кницин и салонитенолид, изолированные из Jurinea kokanica, являются высокоэффективным термицидными веществами, которые в смеси (3:1) при низких концентрациях (0.001% - 0.005%) приводит к 100%-ной гибели термитов на 6-10 дни применения [11-13].

Результаты испытаний представлены в таблице 1.

При использовании смеси растворов сесквитерпеновых лактонов кницина и салонитенолида получены данные, где при концентрациях раствора 0.003 и 0.005% полная гибель термитов отмечена на седьмой и восьмой дни учётов, соответственно.

Таблица 1.

Термицидная активность кницина и салонитенолида

Примечание: п –погибшие термиты; ж –живые термиты.

Заключение

Согласно вышеизложенным данным, развёртывание, расширение и углубление фитохимических исследований терпеноидов флоры Узбекистана, приведёт к созданию новых высокоэффективных безвредных для человека и окружающей среде растительных пестицидов повышающих качество и урожайность сельскохозяйственых культур. Это даёт возможность рационального использования местного растительного сырья, решения экологических проблем, что указывает на приоритентность, перспективность и актуальность данного направления.

Список литературы:

1. Cheng M., Wang Z., Peng S., Zhou G.G. Resent advances of sesquiterpenoid dimers from Сompositae: distribution, chemistry and biological activities. Phitochemistry reviews, February 2024, DOI: 1007/s 11101-023-09911-x.
2. Moujir L, Callies O , Sousa P , Aropov F. and Seca A. Applications of Sesquiterpene Lactones: A Review of Some Potential Success Cases. Journals Applied Sciences 2020, Volume 10 Issue 9 10.3390/app10093001
3. Мерхатулы Н. Химия моно- и бициклических сесквитерпеновых γ-лактонов. Караганда 2015. с 165.
4. Braulio M Fraga, Carmen E Díaz, María Bailén, Azucena González-Coloma. Sesquiterpene Lactones from Artemisia absinthium. Biotransformation and Rearrangement of the Insect Antifeedant 3α-hydroxypelenolide // Plants (Basel) – 2021. Apr 28;10(5): P.891. doi: 10.3390/plants10050891
5. Закиров С.Х., Мухидова З.Ш., Ибрагимов П.Ш. О биологической активности растительных терпеноидов // IX Международная научно – практическая конференция «Аграрная наука – сельскому хозяйству». Барнаул -2014, С. 97-98.
6. Julio, L.F., Burillo, J., Giménez, C., Cabrera, R., Díaz, C.E., Sanz, J., González-Coloma A. Chemical and biocidal characterization of two cultivated Artemisia absinthium populations with different domestication levels // Ind. Crops Prod. -2015, 76, Р. 787–792.
7. Taherkhani M., Rustaiyan A. (2016) Investigation of in vitro cytotoxic, mutagenic and anti-mutagenic effects of shirazolide extracted from Jurinea leptoloba // Natural Product Research- 2016, 30, 2743–2746.
8. Nurmurodova N.F., Ismatullaeva D.A., Mukhidova Z.Sh., Zakirov S.Kh.  Effectiveness of Natural Terpenoids in the Prevention of Nosematosis of Here.  Solid State Technology Blind Peer Review Referred Journal. Volume:63 (2020)  pp 276-282.
9.  Babaei G., Aliarab A., Abroon S., Rasmi Y. Application of sesquiterpene lactone: a new promising way for cancer therapy based on anticancer activity. // Biomed. Pharmacother – 2018, 106 , P. 239-246.
10. Schmidt T.J. Structure- activity relationships of sesquiterpene lactones // Studies in Natural Products Chemistry, 2006. -vol. 33, Р. 309-392.
11. Reinhardt J.K., Klemd A.M., Danton O., De Mieri M., Smiesko M., Huber R. Sesquiterpene lactones from Artemisia argyi: absolute configuration and immunosuppressant activity // J Nat Prod.- 2019, 82, P.1424–1433. 
12. Sham’yanov I.D., Zakirov S.Kh., Mukhidova Z.Sh., Abdullaev N.D., Lebedeva  N.I. New termicide agent and method of its production. // XIII Interational  Symposium on the Chemistry of Natural Compounds. Shanghai -2019. P.16-19.
13. Закиров С.Х., Мухидова З.Ш. Биологически активные сесквитерпеновые  лактоны растений рода Jurinea. // Фармацевтический журнал. Ташкент- 2022.Том 31. №4 ISSN: 2010-7145. 21-26 стр.