Исследователи Казанского федерального университета предложили необычный способ сделать средства от сорняков одновременно эффективнее и экологичнее. Для этого они добавили к двум известным гербицидам специальные молекулы — пилларарены. В результате действие препаратов на модельные растения усилилось в 2–4,5 раза, а для некоторых водных организмов потребовались вдвое более высокие концентрации, чтобы вызвать токсический эффект.
Результаты работы опубликованы в статье под заголовком Pillar[5]arenes as Modulators for the Glyphosate and 2,4-D Herbicidal Activity: The Effect of Self-Assembly on Phyto- and Ecotoxicity в научном журнале Environments.
Химический «компаньон» для гербицида
Проблема многих гербицидов в том, что они плохо растворяются в воде. Поэтому в состав препаратов приходится добавлять вспомогательные вещества — например, поверхностно-активные компоненты и стабилизаторы. Однако такие добавки сами могут создавать экологические риски.
Казанские химики проверили другой подход. Они использовали пилларарены — крупные органические молекулы, способные связывать другие соединения. В роди основных компонентов-гербицидов в исследовании участвовали 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) и глифосат.
Пилларарены относятся к семейству супрамолекулярных соединений. Их уже исследуют как перспективные носители лекарств, компонентов «умных» материалов и молекулярных сенсоров благодаря способности избирательно удерживать другие молекулы.
При смешивании пилларарены и гербициды самостоятельно собирались в устойчивые сферические структуры размером 143–177 нанометров. По сути, молекулы образовали своеобразные «контейнеры», которые меняют поведение действующих веществ в растворе. Для глифосата взаимодействие оказалось особенно заметным: ассоциация с пиллараренами была сильнее, чем в случае 2,4-Д.
В лаборатории гербицид стал точнее, но поле еще впереди
В экспериментах ученые оценивали воздействие новых комплексов на пшеницу, редис, водоросли, одноклеточных организмов и рачков. Пшеницу и редис использовали не как потенциальные мишени, а как хорошо изученные модельные растения, на которых проще корректно сравнивать результаты.
На пшенице комплексы показали усиление гербицидного эффекта в 2–4,5 раза. При этом пилларарены сами продемонстрировали низкую токсичность для водорослей, а комплексы с гербицидами оказались менее опасными для тестовых водных организмов: токсический эффект у инфузорий и рачков проявлялся при концентрациях примерно вдвое выше, чем у чистых препаратов.
Наша технология помогает упаковать действующее вещество в более «умную» форму. За счет этого гербицид становится более управляемым, он лучше работает там, где нужен, и при этом меньше вредит водным организмам и, вероятно, окружающей среде в целом. Это значит, что в перспективе можно будет уменьшить норму расхода химикатов, сократить число обработок и снизить нагрузку на почву и воду,
Это не означает, что новый состав уже можно завтра заливать в бак опрыскивателя. Исследование проводилось в контролируемых условиях, а окончательные выводы потребуют полевых испытаний при разных погодных условиях и на разных культурах.
Впрочем, идея хорошо вписывается в общий тренд точного земледелия. Hi-Tech Mail недавно писал о применении ИИ и дронов в сельском хозяйстве. Разработанные «умные» системы распознают более 150 видов сорных растений и помогают переходить от сплошного опрыскивания к обработке конкретных очагов. В описанном кейсе с пиллараренами такой подход потенциально позволяет сократить расход гербицидов до 20%.