Fitohormoni, regulatori rastenja biljaka i inhibitori sinteze ili dejstva fi tohormona kao agrohemikalije


REZIME

U radu je dat pregled razvoja istraživanja fi tohormona i drugih agrohemikalija, kao herbicida, ali i drugih pesticida, pa i đubriva. Opisan je njihov primarni mehanizam dejstva, ali i nuz-efekti u smislu njihovog uticaja na biljke kao fi tohormona, regulatora rastenja ili njihovih inhibitora. Takođe su date sugestije u cilju daljih istraživanja ove teme, jedne od najstarijih u agrotehnici i zaštiti bilja. Ključne reči: fi tohormoni, regulatori ratenja biljaka, inhibicija sinteze i dejstva, pesticidi, đubriva UVOD Pregledom popularne publikacije "Pesticidi u poljoprivredi i šumarstvu u Srbiji", (Anonymus, 2010) nađeno je preko 40 aktivnih supstanci (i mnogo više preparata), sa fi tohormonskim dejstvom, kao i regulatora rastenja biljaka ili inhibitora sinteze ili dejstva fi tohormona, bilo kao primarno ili kao sekundarno dejstvo tih pesticida. Ukratko, pesticidi koji modifi kuju ili inhibiraju rastenje i razvoj biljaka vrlo su rasprostranjeni u našoj praksi. Ukoliko uzmemo u obzir da nova zakonska rešenja (Anonymus, 2009) za đubriva, uvode kategoriju fi tohormona i regulatora rastenja u ovu klasu agrohemikalija, postaje jasna potreba za pregledom ove problematike UDK 631.98 Pregledni rad -Review article 

PREGLED I KARAKTERISTIKE RAZLIČITIH KLASA JEDINJENJA SA FITOHORMONSKIM DEJSTVOM ILI NIHOVIH INHIBITORA a) analozi auksina

Iako izgleda da se bez biljnih hormona, bilo u njihovom stimulativnoj ili inhibitornoj funkciji, ne može u fi ziologiji biljaka i poljoprivredi (kao primenjenoj biologiji), sama istorija njihovih istraživanja ukazuje da je takav stav stvar novijih vremena. Naime, tek je 1920-tih godina od strane holandskog istraživača Went-a i sovjetskog naučnika Holodnij-a prvi put se došlo do čvrstih saznanja da neke supstance u samim biljkama, u niskim dozama izazivaju izrazite fi ziološke i razvojne reakcije (Nešković i sar., 2003). Tada je dokazano da izvesna supstanca, koju sintetiše vršni izdanak biljaka, utiče kako na tzv. apikalnu dominaciju, tako i na izduživanje i deobu ćelija. Pomenuta supstanca je nazvana auksin i uskoro je izvršena i njena hemijska identifi kacija, a razvijeni su i odgovarajući biotestovi (tzv. Went-ov Avena test) (Nešković i sar., 2003). Uskoro je postalo jasno da je pomenuti molekul relativno jednostavne hemijske strukture (indol sirćetna kiselina, IAA), pa su se postavila logična pitanja da li je moguća sinteza analognih hemijskih jedinjenja i kakve bi biološke efekte oni izazvali!? Otad su napori hemičara dali rezultate u smislu sinteze čitavog spektra jedinjenja slične hemijske građe prirodnom auksinu (IAA), koje možemo podeliti na: a) indolne derivate, najsličnije IAA (npr. indol-3-buterna kiselina, IBA); b) naft oksi derivate (npr. ά-naft alen sirćetna kiselina, NAA); c) fenoksi derivate (2,4-dihlorofenoksi sirćetna kiselina, 2,4-D; 2,4,5-trihlorofenoksi sirćetna kiselina, 2,4,5-T) i d) benzoeve derivate (2,3,6-trijodobenzoeva kiselina, TIBA; 2-metoksi-3,6-dihlorobenzoeva kiselina, DIKAMBA) (Nešković i sar., 2003). Vrlo brzo se pokazalo da neka od ovih jedinjenja imaju toksično dejstvo na širokolisne korove, dok uskolisni usevi (npr. žitarice) dobro podnose dejstvo ovih jedinjenja, ukoliko se primene u određenim razvojnim fazama (Adicott, 1976;Ashton andCraft s, 1973, 1981;Corbett et al., 1984;Janjić 1994). Jednom rečju, tako su izumljeni prvi herbicidi i to tokom Drugog Svetskog rata! Vrlo brzo se pokazalo da pomenuti herbicidi oponašaju dejstvo prirodnih auksina, ali u njihovoj inhibitornoj funkciji, kao kada su biljna tkiva preplavljena velikim dozama auksina, što remeti fi ziološke i razvojne procese. Smatra se da je to zbog toga, što za razliku od prirodnih, veštački auksini se mnogo sporije degraduju i njihovo dejstvo u biljkama je mnogo duže odnosno prirodnih auksina (Corbett et al., 1984;Janjić 1994;Nešković i sar., 2003). Mada je u niskim, pa i homeopatskim dozama dejstvo sintetskih auksina vrlo povoljno po biljke (Dragičević et al., 2004(Dragičević et al., , 2007(Dragičević et al., , 2013;;Sredojević i sar., 2001), što može biti iskorišteno u praktične svrhe (npr. primena u kulturi biljnih tkiva: Jovanović i sar., 1990;Jovanović et al., 1991), od većeg značaja je inhibitorno dejstvo sintetskih auksina. Kako se ispoljava fi totoksično dejstvo sintetskih auksina, tj. fi tohormonskih herbicida (Janjić, 1994)? Vrlo rano (Adicott, 1976) je primećeno da sintetski auksini stimulišu sintezu biljnog hormona etilena, karakterističnog za sazrevanje plodova i opadanje lišća, tj. procese tipične za starenje biljaka (Nešković i sar., 2003). Ipak, dugo je smatrano da to nije ključno u fi totoksičnom dejstvu fi tohormonskih herbicida, već malformacije pri rastenju i razvoju osetljivih biljaka (širokolisni dikotiledoni korovi, ali i usevi) uslovljene tzv. "over dose" efektom sintetskih auksina. Svi podaci su ukazivali da se izvitopereno rastenje i razviće osetljivih biljaka može lako objasni tim efektom (Janjić, 1994), ali i dalje je bilo nejasno zbog čega te biljke umiru (Ashton andCraft s, 1973, 1981;Corbett et al., 1984). Tako je bilo dok Grossmann (1996) nije pokazao da se, kao uzgredni produkt biosinteze etilena indukovane od sintetskih auksina, javlja cijanid, čije je toksično dejstvo na razne enzime i procese (npr. disanje) biljaka davno poznato. Neku godinu potom ova hipoteza o fi totoksičkom dejstvu sintetskih auksina proširena je od strane istog autora (Grossmann, 2003) (Slika 1). Pored navedene teme, od praktičnog interesa za dejstvo fi tohormonskih herbicida je i proces usvajanja, transporta i metabolizma sintetskih auksina u biljkama. Slika 1. Model načina dejstva auksinskih herbicida kod dikotiledonih biljaka, ilustrovano na broću (Galium aparine). Auksinski herbicidi uzrokuju uvijanje stabla i indukuju biosintezu etilena putem de novo enzimske sinteze 1-aminociklopropan-1-karboksilat (ACC) sintaze u tkivu izdanka. Produkovani etilen uzrokuje epinastiju listova i bubrenje tkiva, čime se utiče i na lokalni nivo auksina putem inhibicije njegovog transporta. Etilen takođe stimuliše biosintezu abscisinske kiseline (ABA) uvećavajući degradaciju ksantofi la do ksantoksala. ABA se distribuira u biljkama i posreduje u zatvaranje stoma, čime ograničava transpiraciju i fotosintetsku asimilaciju ugljen dioksida, što je praćeno hiperprodukcijom reaktivnih kiseoničnih vrsta (ROS). Pored toga, ABA direktno inhibira deobu i ekspanziju ćelija, a sa etilenom promoviše i senescenciju listova. Inhibicija rastenja, oštećenje tkiva i ćelija i smrt biljke su posledica opisanih procesa. SAM, S-adenozilmetionin. Preuzeto od: Grossmann (2003) Vrlo rano je ustanovljeno da usvajanje sintetskih auksinskih herbicida zavisi kako od fizičkih faktora (kutikularna prevlaka), tako i od metaboličkih (pozitivno dejstvo svetlosti) (Sargent andBlackman, 1962, 1965). Takođe bismo dodali da primenjeni herbicidi na bazi sintetskih auksina deluju i na kvalitet semena koje produkuju tako tretirane biljke (Marinković et al., 1999). Ustanovljeno je da neki sintetski analozi auksina (npr. TIBA) inhibiraju polarni transport auksina, dok se neki vezuju za auksinske receptore (npr. (p-hlorofenoksi)-izo buterna kiselina: PCIB), delujući kao antagonosti, čime nasuprot "klasičnim" auksinskim herbicidima, umanjuju hormonski efekat endogenih auksina (Nešković i sar., 2003). Ovo ukazuje i na fi tohormonsku ulogu sintetskih auksina, tj. njihovu ulogu kao regulatora rastenja i razvića biljaka. Tako je npr. IBA efi kasna u ožiljavanju reznica, a NAA se koristi za kontrolu opadanja plodova (Nešković i sar., 2003). 

b) giberelini i njihovi antagonisti

Giberelini predstavlju drugu pronađenu grupu fi tohormona, pronađenu od japanskih naučnika krajem 1930-tih iz fi ltrata fi topatogene gljive Fusarium moniliforme (polni stadijum: Gibberella fujikuroi), koja izaziva neprirodno izduživanje stabljika pirinča. Brzo su pronađene analogne supstance i u biljkama, sa više različitih funkcija, kojih ističemo regulisanje izduživanja stabljika, klijanje semena, regulisanje cvetanja i sl. Nađeno je preko 100 jedinjenja sa giberelinskom aktivnošću, sva su steroidnog tipa i svi su delovi sintetskog lanca (tzv. mevalonatni sintetski put), čiji je krajnji produkt GA 3 giberelin, tj. tzv. giberelna kiselina. Daljim ispitivanjem biosinteze giberelina nađeni su odgovarajući inhibitori, tj. retardanti rastenja kao npr. AMO1618, hlorholinhlorid (CCC) i fosfon D (Corbett et al., 1984;Nešković i sar., 2003). Oni svi sprečavaju aktivnost enzima kauren sintaze iz biosintetskog puta giberelina, čime se umanjuje endogeni sadržaj giberelina na vrlo nizak nivo. Tako se obustavlja ili usporava rastenje, što se često koristi radi sprečavanja suvišnog izduživanja stabla, koje vodi npr. poleganju strnih žita. Pored toga inhibitori poput tetciklasisa, paklobutrazola i unikonazola inhibiraju dejstvo tzv. mešanih monoksigenaza (Nešković i sar., 2003), koje deluju u delu sintetskog puta giberelina od ent-kaurena do GA 12 aldehida. Dodali bismo da mnogi fungicidi iz grupe triazola imaju slično inhibitorno dejstvo na mešane monoksigenaze (Hartvig et al., 2012) i to kako kod gljiva (Corbett et al., 1984), tako i u izvesnoj meri kod biljaka (Anonymus, 2010). Iako ima drugačijih mišljenja (Malidža i sar., 1998), smatramo da inhibicija tzv. citohrom P450 oksidaza (koje pripadaju pomenutim mešanim oksidazama) od strane tzv. organofosfornih insekticida, može biti uzrok sekundarne fi totoksičnosti useva od sulfonilurea herbicida. Dodali bismo ovde da se brojni prirodnih giberelina (GA 3 , GA 4 , GA 7 i sl.) koriste kao regulatori rastenja i razvića biljaka u smislu modifi kacije različitih fi zioloških procesa koji utiču na kvalitet i kvantitet prinosa useva (Anonymus, 2010). 

c) prekursori etilena

Etilen je jedinstven među fi tohormonima, jer se na sobnoj temperaturi nalazi u gasnom stanju, pa se za njegovu zaista široku primenu (pre svega u regulaciji sazrevanja plodova) koriste supstance koje ga produkuju posle izvesnih tretmana (najčešče rastvaranjem u vodi). Jedna od takvih supstanci je i etefon, koji potpomaže sazrevanje plodova pre i posle branja, a takođe i skraćenju stabla, stimulisanju grananja, kao i inicijaciji bazalnih pupoljaka kod pojedinih ukrasnih biljaka (Corbett et al., 1984). 

d) citokinini i ABA

Od drugih fi tohormona, kao regulatori rastenja i razvića koriste se različiti citokinini i to u vidu sintetskih citokinina (kinetin, zeatin, benzil aminopurin-BAP) ili ekstrakata algi ili viših biljaka, koje su bogate pomenutim fi tohormonima. Glavno dejstvo ove grupe fi tohormona ogleda se stimulisanju deobe ćelija (Corbett et al., 1984;Nešković i sar., 2003). Nasuprot njima abscizinska kiselina (ABA) je inhibitorni (slično etilenu) fi tohormon, koji promoviše dormanciju pupoljaka i semena. Valja napomenuti da se ovaj fi tohormon označava i kao "hormon stresa", pa se može koristiti kao predohrana u smislu zaštite useva, pri mogućoj pojavi značajnih stresnih epizoda, koje mogu umanjiti prinos useva (Corbett et al., 1984;Nešković i sar., 2003). 

e) brasinosteroidi i njihovi inhibitori; drugi regulatori rastenja

Odskora u našem zakonodavstvu o poljoprivredi uvedena je nova kategorija nestandardnih đubriva, nazvana "druga đubriva i specijalni proizvodi" (Anonymus, 2009). Pored već duže vreme prisutnih nekih od klasa tih nestandardnih đubriva (aminokiseline, huminske i fulvo kiseline i inhibitori denitrifi kacije), uvedeni su i fi tohormoni i biljni ekstrakti, koji se dosad nisu razmatrali kao posebna klasa đubriva. Dosadašnja praksa sa tim novodefi nisanim klasama đubriva, duža od 5 godina, donela je na našem tržištu, pored raznih biljnih ekstrakata (sa supstancama fi tohormonskog dejstva ili regulatora rastenja; pored poznatiog preparata "Agrostemin", tu su i razni ekstrakti algi i viših biljaka) i dosad potpuno nepoznate supstance na našem tržištu iz klase tzv. brasinosteroidnih fi tohormona. Naša iskustva sa preparatom na bazi brasinosteroidnih fi tohormona, zavise kako od vrste useva i vremena primene, tako i od agroekoloških uslova, ali i prateće agrotehnike (Nikolić i sar., 2010;Nikolić and Waisi, 2012;Stevanović, 2012), što ukazuje na potrebu za pažljivom primenom fi tohormonskih đubriva ovog tipa, da bi se postigao puni efekat pri primeni. Šta je razlog tome? Naime, brasinosteroidni fi tohormoni imaju centralnu ko-ordinacionu ulogu u rastenju i razvoju biljaka (Clouse and Sasse, 1998), pri čemu su brojni, veoma raznorodni procesi pod kontrolom ovih fi tohormona. Tako je npr. njima determinisan pol biljaka (Hartwig et al., 2011), zatim njihov izgled, tj. ideotip (Hong et al., 2004;Sakamoto et al., 2005;Kir, 2010;Schulz et al., 2012), što sve utiče na prinos biljaka. Inače ovi fi tohormoni su u biljkama endogeno prisutni u vrlo malim količinama, tako dok većina fi tohormona deluje pri koncentracijama (endogenim ili egzogenim) od 10 -6 do 10 -7 M, brasinosteroidi deluju pri oko 1000 puta nižim koncentracijama (endogenim ili egzogenim) od njih, tj. od 10 -8 do 10 -10 M, pa i nižim! Regulacija mehanizma i načina dejstva ovih fi tohormona odvija se na najmanje tri nivoa: a) sinteza brasinosteroida; b) receptori za brasinosteroide; c) signalni putevi brasinosteroida. Samim tim postaje jasnije zašto je praktična primena ovih fi tohormona putem folijarnog tretmana ili natapanjem semena useva tako osetljiva. Naime, u jednim agroekološkim uslovima ili kod jedne kulture mogu biti efektivne jedne doze primene, koje u drugim agroekološkim uslovima ili kod drugog useva neće dati pozitivan efekat ili će dovesti i do fi totoksičnosti (Nikolić et al., 2013(Nikolić et al., , 2014;;Waisi et al, 2013Waisi et al, , 2014Waisi et al, , 2015)). No to otvara treći način manipulacije ovim fi tohormonima (ovde ne uzimamo u obzir genetski transformisane bilje, čija je praktična primena i u svetu u samom začetku), putem manipulacije njihove biosinteze (Fujioka and Yokota, 2003)! Naime, ključni enzim u biosintezi brasinosteroidnih fi tohormona (trenutno je poznato oko 70 jedinjenja iz ove klase fi tohormona) jeste već pomenuta citohrom P450 oksidaza, koja pripada klasi oksidaza mešane funkcije, tj. monoksigenaza (Fujioka and Yokota, 2003). Tokom fundamentalnih istraživanja mehanizma dejstva brasinosteroida pronađen je jedan inhibitor biosinteze ove klase fi tohormona, brasinazol, koji pripada klasi triazolnih jedinjenja (Clouse and sasse, 1998). Takva istraživanja su dugo imala samo fundamentalan značaj, sve dok 2012 nije nađeno da triazolni fungicid propikonazol (Hartvig, 2012) ne inhibira na specifi čan način biosintezu i akumulaciju brasinosteroida kod Arabidopsis-a, ali i kukuruza, čime se otvara mogućnost za manipulacijom endogenim sadržajem brasinosteroida u usevima, na način analogan retardantima rastenja-inhibitorima biosinteze giberelina (Nikolić, 2014)! Tim pre, št neki od pomenutih retardanata rastenja-inhibitora biosinteze giberelina takođe pripadaju klasi triazolnih jedinjenja (Nešković i sar., 2003)! ZAKLJUČCI Kao što je poznato, razvoj hemijske zaštite bilja započet je pronalaskom herbicidnog dejstva 2,4-D tokom Drugog Svetskog Rata, kao posledice intenzivnih istraživačkih napora na planu proučavanja fi tohormona i regulatora rastenja naučnika iz raznih zemalja u vremenu između dva svetska rata. Posle prvih decenija zajedničkog rada na rešavanju fundamentalnih, ali i praktičnih aspekata dejstva raznih fi tohormonskih agrohemikalija, kao da je zavladalo zatišje, ali mišljenja smo da je zahvaljući novim fundamentalnim saznanjima poslednjih par decenija moguće unaprediti praktične aspekte primene raznih jedinja sa fi tohormonskim dejstvom, a radi unapređenja poljoprivredne prakse. Ovo tim pre, što primena ovih jedinjenja koji deluju u vrlom malim dozama, zahteva pažljivu praktičnu proveru, radi optimizacije nihove primene. Mišljenja smo da je to moguć način unapređenja naše poljoprivrede, pošto ne zahteva nova ulaganja, poput razvoja novih pesticida ili regulatora rastenja, niti uvođenja novih tehnologija, poput GMO biljaka. To je moguć put ka idealu integralne poljoprivrede, a u agroekološkim uslovima Srbije. Pored toga, pojava tzv. drugih đubriva i specijalnih proizvoda (Anonymus, 2009), kao posebne klase sredstava za ishranu bilja (u koje spadaju: aminokiseline, huminske i fulvo kiseline, inhibitori denitrifi kacije, fi tohormoni, vitamini, biljni ekstrakti i homeopatski proizvodi), rađa potrebu za ponovnim razmatranjem problematike defi nisanja fi tohormona i regulatora rastenja biljaka zato što nastala situacija unosi zabunu, jer kako npr. razlikovati fi tohormone kao npr. herbicide i klasične regulatore rastenja biljaka, a kako kao đubriva? Mišljenja smo da ta novonastala dilema zahteva ozbiljan rad kako stručne javnosti, tako i zakonodavca, tako da bismo ovde predložili sledeće: a) sve supstance fi tohormonske prirode koje deluju fi totoksično i u smislu retardanata, tj. "usporivača" procesa rastenja i razvoja biljaka valja tretirati bilo kao herbicide, bilo kao regulatore rastenja biljaka pesticidne prirode; b) sve supstance fi tohormonske prirode koje poboljšavaju kvantitet ili kvalitet prinosa useva valja tretirati kao đubriva. No, kao što rekosmo, na potezu je zakonodavac i stručna javnost. 

LITERATURA

Adicott FT.: Actions on Abscission, Defoliation and Related Responses. in: HERBICIDES. Physiology, Biochemistry and Ecology. Vol. 1 (ed. LJ. Audus), 2nd edition, ACADEMIC Press, London, NewYork, San Francisko, pp. 191-217, 1976. 
Anonymus: Pravilnik o uslovima za razvrstavanje i utvrđivanje kvaliteta sredstava za ishranu bilja, оdstupanjima sadržaja hranljivih materija i minalnim i maksimalnim vrednostima dozvoljenog odstupanja sadržaja hranljivih materija i o sadržini deklaracije i načinu obeležavanja sredstava za ishranu bilja. Službeni Glasnik R Srbije, 78/2009, 2009.
Fitohormoni, regulatori rastenja biljaka i inhibitori sinteze ili dejstva fi tohormona kao agrohemikalije