ВОЗМОЖНОСТЬ РАЗВИТИЯ АДАПТИВНОГО ОТВЕТА У РАСТЕНИЙ К ГЕНОТОКСИЧНОСТИ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

В настоящее время существует проблема соотношения роста населения и, как следствие этого, возрастание потребности в сельскохозяйственной продукции и возможности усиления продуктивности растений, используемых в пищевой промышленности, за счёт химических соединений. Исследование причин возникновения многочисленных аллергий указало на их связь со способностью растений аккумулировать эти соединения их не только в стеблях и корнях, но и в плодах. Это является причиной продолжения поиска препаратов, применяемых в сельском хозяйстве, с высокой избирательностью их действия. Среди таких препаратов все чаще применяются производные гетероциклических азотсодержащих соединений, уже продемонстрировавших свою эффективность

Однако их постоянное использование привело к появлению сорных растений и грибов-паразитов, устойчивых к ним

Выяснение механизмов избирательного возникновения устойчивости к определённым соединениям с целью разработки способов повышения адаптационных способностей только у культурных растений, не затрагивая механизмы адаптации у сорных растений и патогенных грибов, является первостепенной.

Целью данного исследования стало изучение способности растений адаптироваться к генотоксичности синтетических гетероциклических азолов в высокой дозе (0,1 мг/мл) при предварительном воздействии этими же соединениями в очень низких концентрациях (0,0001 мг/мл).

В качестве тест-объекта использовался лук-батун Allium fistulosum сорта «Русский зимний». Мы исследовали гетероциклические азотсодержащие сульфонильные производные, различающиеся структурами гетероцикла и сульфокислоты (табл.1).

Серия 1. Семена лука по 30 штук проращивали в чашках Петри в трех повторах в спиртовых растворах соединений в концентрации 0,0001 мг/мл в течение 5 суток.

Серия 2. Семена лука по 30 штук проращивали в чашках Петри в трех повторах в спиртовых растворах соединений в концентрации 0,1 мг/мл в течение 5 суток.

Серия 3. Семена лука по 30 штук проращивали в чашках Петри в трех повторах в спиртовых растворах соединений в концентрации 0,0001 мг/мл в течение суток, затем их переносили в чашки Пери с растворами в концентрации 0,1 мг/мл на четверо суток.

Контролем служили семена, пророщенные в растворителе в течение 5 суток.

Оценивали: токсичность по всхожести семян в процентах, длине корней на 5 день роста, в мм.; цитотоксичность – по величине митотического индекса, и митозомодифицирующее действие по изменению относительной продолжительности фаз митоза. Для этого готовили стандартные давленые препараты, окрашенные ацетокармином

Мутагенность оценивали по числу аберрантных ана-телофаз

Достоверность различий между опытом и контролем, а также между действиями разных концентраций, оценивали с помощью двухфакторного анализа и непараметрического критерия Вилкоксона-Манна-Уитни

Лук-батун, как правило, имеет хорошую всхожесть, однако проращивание в спиртовом растворе снизило всхожесть семян по сравнению с проращиванием в воде. В наших экспериментах всхожесть семян в контроле составила 70%.

На рис. 1 обобщены результаты по проведённым экспериментам влияния соединений 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола (I), 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазола (II), 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазола (III).

Рисунок 1 - Влияние разных типов воздействия соединений 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола (I), 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазола (II), 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазола (III) на всхожесть семян Allium fistulosum

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.52.2

Как видно из полученных результатов, высокая концентрация (0,1 мг/мл) исследуемых азолов достоверно ингибирует всхожесть семян (p<0,05). Самую высокую токсичность проявили производные с метильной группой 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола и 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазол, самую низкую – фенильное производное бензотриазола (2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазол). Предварительное проращивание в растворах с низкой концентрацией (0,0001 мг/мл) достоверно (p<0,05) повышало всхожесть, после проращивания потом в растворах высокой концентрации. Величина адаптивного ответа достоверно зависела от строения веществ. Самый высокий адаптивный ответ наблюдался в случае с фенильным производным бензотриазола, что совпадает с ранее полученными результатами, в исследованиях генотоксичности фенольных производных бензимидазола

[6, С. 112-113]

.

Исследуя влияние типа воздействия гетероциклическими азолами на длину корней Allium fistulosum, мы обнаружили, что и в этом случае наблюдается адаптивный ответ, выражающийся в снижении токсичности при последующем проращивании тест-объекта в растворах высокой концентрацией (рис. 2). Однако достоверно влияла только самая низкая концентрация, независимо от структуры фрагмента гетероцикла (p<0,05).

Рисунок 2 - Влияния разных типов воздействия соединений 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола (I), 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазола (II), 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазола (III) на длину корней Allium fistulosum

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.52.3

Ростовые процессы в значительной степени определяются митотической активностью клетках корневой меристемы. Исследование влияния типа воздействия на величину митотического индекса в клетках корневой меристемы представлено на рис. 3.

Рисунок 3 - Влияния разных типов воздействия соединений 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола (I), 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазола (II), 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазола (III) на величину митотического индекса в клетках корневой меристемы Allium fistulosum

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.52.4

Повышение величины митотического индекса может быть связано с возникновением блоков на определенных стадиях митоза, однако соединение 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазол резко ингибирует клеточные деления. Чтобы объяснить наблюдаемое явление, мы подсчитали относительную продолжительность фаз митоза. Результаты представлены на рис. 4.

Рисунок 4 - Влияние разных типов воздействия соединений 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола (I), 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазола (II), 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазола (III) на относительную продолжительность фаз митоза в клетках корневой меристемы Allium fistulosum

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.52.5

Как видно из представленных результатов, все исследованные гетероциклические азолы в низких концентрациях вызывают блок на стадии анафазы, что совпадает с данными по фенольным производным бензимидазолов

[6, С. 112-113]

.

Производные бензотриазола 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазол и 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазол в высокой концентрации также вызывают блок на стадии анафазы. В отличие от них производное триазола – 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазол настолько цитотоксично, что вызывает блок на стадии профазы. Предварительное воздействие низкими дозами метильных производных 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола и 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазола сохраняло митотический профиль, характерный для воздействия низкой концентрации. Фенильное производное II остается похожим на профиль воздействия высокой дозой. Полученные нами результаты совпадают с данными других исследователей, обнаруживших, что триазольные фунгициды при протравливании семян растений вызывали различные изменения, отражающихся на урожае

Было показано, что ципроконазол в концентрации 125 мкг/10 г семян, подавляет всхожесть и рост побегов яровой пшеницы и ячменя

Проведённый ана-телофазный анализ при разных типах воздействия исследованными гетероциклическими азолами I-III, показан на рис. 5. Исследованные соединения индуцировали все типы аберрантных ана-телофаз

Рисунок 5 - Влияние разных типов воздействия соединениями 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазола (I), 2-(фенилсульфонил)-2H-бензотриазол (II), 2-(метилсульфонил)-2H-бензотриазол (III) на частоту аберрантных ана-телофаз в клетках корневой меристемы Allium fistulosum

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.52.6

Из представленных результатов видно, что исследованные соединения достоверно увеличивают число аберрантных ана-телофаз в клетках корневой меристемы Allium fistulosum (p<0,05). Используя непараметрический критерий Вилкоксона-Манна-Уитни, мы обнаружили, что для производного триазола – 1-(метилсульфонил)-1H-1,2,4-триазол выявлен адаптивный ответ, то есть предварительное воздействие этим соединением достоверно снижает число хромосомных аберраций после воздействия его высокой дозой. Это подтверждают ранее полученные результаты

[18, С. 12-17]

. Однако мы не выявили достоверных различий между мутагенностью бензотриазольных производных и их влияния в избранном диапазоне концентраций на число индуцированных хромосомных аберраций.

Анализируя полученные результаты, можно предположить, что сульфонильные производные триазола и бензотриазола, вмешиваясь в метаболизм растений, нарушают сложную регуляцию онтогенеза растущего тест-объекта и выступают и как клеточные яды, и как мутагены, снижая механизмы адаптациогенеза растений. Используя их в нетоксичных дозах, можно активировать процессы адаптациогенеза, но на физиологическом уровне вызывая адаптивный ответ. Однако на клеточном уровне адаптивного ответа не наблюдается.