Молекулы-компаньоны повысили безопасность средств от сорняков

В современном сельском хозяйстве для борьбы с сорняками повсеместно используются гербициды. Большинство таких препаратов плохо растворимы в воде, поэтому требуют использования поверхностно-активных веществ или стабилизаторов, однако эти вещества могут проникать в ткани растений и через них — в организм человека, нанося вред здоровью. Кроме того, попадая в окружающую среду, эти вещества снижают плодородие почв и безопасность воды, а также вредят их обитателям — в первую очередь микроскопическим животным и водорослям. Поэтому ученые ищут способ уменьшить экологический ущерб от гербицидов.

Исследователи из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) разработали системы для снижения экологического вреда от двух популярных гербицидов — 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д) и глифосата, собщили в пресс-лужбе Российского научного фонда.

Авторы смешали растворы этих препаратов с пиллараренами — крупными органическими молекулами, состоящими из пяти звеньев гидрохинона (ароматического кольца), замкнутых в единый макроцикл. Пилларарены довольно просто получать, при этом они нетоксичны для живых организмов и способны связывать другие вещества, работая как молекулярные «компаньоны». Оказалось, что при смешивании пилларарены и гербициды самопроизвольно организуются в устойчивые агрегаты в форме сфер.

Ученые проверили, как такие системы влияют на водных обитателей (на примере одноклеточных животных и рачков), а также на водоросли, пшеницу и редис. Пшеницу и редис авторы взяли в качестве модельных объектов вместо сорняков потому, что их рост и особенности развития лучше изучены биологами, поэтому на них было проще корректно оценить влияние гербицидов.

Оказалось, что добавление пиллараренов к гербицидам повысило эффективность последних в 2–4,5 раза в отношении пшеницы, тогда как для водорослей и редиса препараты не стали более токсичными. Такой избирательный эффект очень важен в сельском хозяйстве, поскольку он позволит «настраивать» свойства гербицидов для борьбы с интересующими видами и минимизации вреда для защищаемых от сорняков растений.

При этом комплексы с пиллараренами оказались относительно безопасны для водных организмов. Так, чтобы вызвать токсический эффект у одноклеточных и рачков, понадобились концентрации в два раза большие, чем в случае чистых гербицидов.

«Наша разработка открывает путь к созданию нового поколения средств защиты растений — более избирательных и безопасных для природы. В перспективе подобные комплексы помогут аграриям сократить количество химикатов, вносимых в почву, без потери урожайности. В дальнейшем мы планируем создать комплексные препараты два-в-одном, выполняющие одновременно несколько задач. Подобные разработки позволят сократить расходы на защиту растений за счет уменьшения количества обработок и норм расхода каждого компонента», — рассказала руководитель проекта Анастасия Назарова, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории исследований органических соединений Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Environments.