Негативные эффекты применения гербицидов группы имидазолинонов: проблемы и решения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В настоящее время при использовании агрохимических способов борьбы с сорными растениями наилучшие результаты демонстрируют схемы на основе использования в севооборотах гербицидов сплошного действия в сочетании с селективными гербицидами, не оказывающими заметного угнетающего действия на возделываемые сельскохозяйственные культуры. Гербициды группы имидазолинонов являются хорошо известными представителями селективных гербицидов, коммерческие препараты на их основе широко представлены на рынке. В то же время известны негативные последствия использования гербицидов группы имидазолинонов, приводящие к нарушению естественного почвенного биоразнообразия, угнетению развития и снижению урожайности последующих культур в севооборотах и возникновению резистентных сорняков. В работе рассмотрены механизмы действия гербицидов группы имидазолинонов, современное состояние методов их анализа в почве, а также подходы к снижению негативных эффектов при их использовании.

Об авторах

В. В. Бычкова

Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы; Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: bychkova_vv@list.ru
Россия, 410050, Саратов, 1-й Институтский пр., 4; 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83

И. А. Сазонова

Российский научно-исследовательский и проектно-технологический институт сорго и кукурузы; Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: bychkova_vv@list.ru
Россия, 410050, Саратов, 1-й Институтский пр., 4; 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83

П. С. Пиденко

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: bychkova_vv@list.ru
Россия, 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83

С. А. Пиденко

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: bychkova_vv@list.ru
Россия, 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83

Н. А. Бурмистрова

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Email: bychkova_vv@list.ru
Россия, 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83

Список литературы

  1. Спиридонов Ю.Я., Жемчужин С.Г., Королева Л.М., Босак Г. С. Современное состояние проблемы изучения и применения гербицидов (дайджест публикаций за 2017—2019 гг.) // Агрохимия. 2021. № 3. С. 88-96.
  2. Спиридонов Ю.Я., Жемчужин С.Г., Клейменова И.Ю., Босак Г. С. Современное состояние проблемы изучения и применения гербицидов (дайджест публикаций за 2014-2017 гг.) // Агрохимия. 2019. № 6. С. 81-91.
  3. Rani L., Thapa K., Kanojia N., Sharma N., Singh S., Grewal A.S., Srivastav A.L., Kaushal J. An extensive review on the consequences of chemical pesticides on human health and environment // J. Clean. Prod. 2021. V. 283. № 10. P. 124657.
  4. Koutros S., Silverman D.T., Alavanja M.C.R., Andreotti G., Lerro C.C., Heltshe S., Lynch C.F., Sandler D.P., Blair A., Freeman L.E.B. Occupational exposure to pesticides and bladder cancer risk // Inter. J. Epidemiol. 2016. V. 45. № 3. P. 792-805.
  5. Golombieski J.I., Sutili FJ., Salbego J., Seben D., Gressler L.T., da Cunha J.A., Gressler L.T., Zanella R., Vaucher R. de A., Marchesan E., Baldisserotto B. Imazapyr + imazapic herbicide determines acute toxicity in silver catfish Rhamdia quelen // Ecotoxicol. Environ. Saf. V. 128. P. 91-99.
  6. Peoples T.R. Arsenal herbicide (AC 252925): A developmental overview // Proc. South. Weed Sci. Soc. 1984. V. 37. P. 378-387.
  7. Shaner D.L. Imidazolinone herbicides // Encyclopedia of agrochemicals / Eds. Plummer D., Ragsdalr N. Hoboke: John Wiley and Sons, 2003. P. 769-784.
  8. Hathway D.E. Molecular mechanisms of herbicide selectivity. Oxford Univ. Press, 1989. 214 p.
  9. Федорова А.А., Зинчук О.А., Бессчетнова Л.М., Сороколетова Г.В. Хроническая токсичность имидазолинонового гербицида имазетапир для пресноводных организмов разных систематических групп // Научн. журн. КубГАУ. 2016. № 123. С. 1-12.
  10. Болтухина Е.В., Чернышев В.П., Шешенев А.Е., Каракотов С.Д. Перспективы применения гербицида имазамокс // Вестн. защиты раст. 2017. Т. 91. № 1. С. 38-42.
  11. Arda H., Kaya A., Alyuruk G. Physiological and genetic effects of imazamox treatment on imidazolinone-sensitive and resistant sunflower hybrids // Water Air Soil Pollut. 2020. V. 231. № 3. P. 118.
  12. Vega T., Gil M., Martin G., Moschen S., Picardi L., Nestares G. Stress response and detoxification mechanisms involved in non-target-site herbicide resistance in sunflower // Crop Sci. 2020. V. 60. № 4. P. 18091822.
  13. Якимович Е.А., Сорока С.В., Ивашкевич А.А. Методические рекомендации по борьбе с борщевиком Сосновского. Минск: РНДУП “Институт защиты растений”, 2011. 76 с.
  14. Bondareva L, Fedorova N. Pesticides: Behavior in agricultural soil and plants // Molecules. 2021. V. 26. № 17. P. 5370.
  15. Buerge I.J., Bächli A., Kasteel R., Portmann R., López-Cabeza R., Schwab L.F, Poiger T. Behavior of the chiral herbicide imazamox in soils: pH-dependent, enantioselective degradation, formation and degradation of several chiral metabolites // Environ. Sci. Technol. V. 53. № 10. P. 5725-5732.
  16. Bhardwaj L, Pandey J., Dubey S.K. Effects of herbicides on soil enzymes and their regulatory factors in agroecosystem: A Review // Plant, Soil and Microbes in Tropical Ecosystems. Springer Nature, 2021. 88 p.
  17. Yavari S., Sapari N.B., Malakahmad A., Razali M.A.B., Gervais T.S., Yavari S. Adsorption-desorption behavior of polar imidazolinone herbicides in tropical paddy fields soils // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2020. V. 104. P. 121-127.
  18. Rani D., Duhan A., Punia S.S., Yadav D.B., Duhan S. Behavior of pre-mix formulation of imazethapyr and imazamox herbicides in two different soils // Environ. Monit. Assess. 2019. V. 191. № 1. P. 1-8.
  19. Senseman S.A. Herbicide handbook. 9th Edit. Weed Science Society of America, Champaign, 2007. 458 p.
  20. Quivet E., Faure R., Geaorges J., Paisse J.O., Herbreteau Kinetic studies of imazapyr photolysis and characterization of the main photoproducts // Toxicol. Environ. Chem. 2004. V. 86. № 4. P. 195-204.
  21. Wang X.D., Zhou S.M., Wang A.L. Biodegradaton of imazapyr in typical soils in Zhejiang Province, China // J. Environ. Sci. 2005.V. 17. № 4. P. 593-597.
  22. Gray J., Shattuck J., Bradford K. Herbicide tolerance in agricultural crops, biotechnology for sustainability // Biotechnol. Agricult. Forest. 2010. V. 67. P. 211-236.
  23. Duke S.O. Taking stock of herbicide-resistant crops ten years after introduction // Pest Manag. Sci. 2005. V. l. № 61. P. 211-218.
  24. Steele G.L., Chandler J.M., McCauley G.N. Control of red rice (Oryza sativa) in imidazolinone-tolerant rice (O. sativa) // Weed Technol. 2002. V. 16. № 3. P. 627630.
  25. Jin M., Chen L, Deng X.W, Tang X. Development of herbicide resistance genes and their application in rice // Crop J. 2021. V. 10. № 1. P. 26-35.
  26. Pfenning M., Palfay G., Guillet T. The Clearfield® technology - A new broad-spectrum post-emergence weed control system for European sunflower growers // J. Plant Dis. Protect. 2008. V. 21. P. 649-654.
  27. Arda H., Kaya A., Alyuruk G. Physiological and genetic effects of imazamox treatment on imidazolinone-sensitive and resistant sunflower hybrids // Water Air Soil Pollut. 2020. V. 231. № 3. P. 1-12.
  28. Parihar B.S., Tripathi B.P., Sinha P.K. Effect of chemical weed management in yield and economics of soybean (Glycine max L.) // J. Pharm. Phytochem. 2019. V. 8. № 6. P. 2289-2290.
  29. Vijay J., Mallareddy M., Shekar K., Reddy T.P., Padmaja B. Effect of sequential application of herbicides on weed control in soybean (Glycine max) // Inter. J. Pure App. Biosci. 2018. V. 6. № 1. P. 543-546.
  30. Jefferies M.L., Willenborg C.J., Tar’an B. Response of conventional and imidazolinone-resistant chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars to imazamox and/or imazethapyr applied post-emergence // Canad. J. Plant Sci. 2016. V. 96. № 1. P. 48-58.
  31. Kashyap A.K., Kushwaha H.S., Mishra H. Effect of herbicides on weeds, yield and economics of chickpea // Indian J. Weed Sci. 2022. V. 54. № 2. P. 182-186.
  32. Galili S., Hershenhorn J., Edelman M., Sobolev V., Smirnov E., Amir-Segev O., Bellalou A., Dor E. Novel mutation in the acetohydroxyacid synthase (AHAS), gene confers imidazolinone resistance in chickpea Cicer arietinum L. plants // Plants. 2021. V. 10. № 12. P. 2791.
  33. Knezevic S.Z. Use of herbicide-tolerant crops as part of an integrated weed management program. 2010. https://extensionpublications.unl.edu/assets/pdf/g1484.pdf. (дата обращения: 18.10.2022).
  34. Prakash N.R., Chaudhary J.R., Tripathi A., Joshi N., Padhan B.K., Yadav S, Kumar R. Breeding for herbicide tolerance in crops: a review // Res. J. Biotechnol. V. 15. № 4. P. 154-162.
  35. Shoba D., Raveendran M., Manonmani S., Utharasu S. Development and genetic characterization of a novel herbicide (Imazethapyr) tolerant mutant in rice (Oryza sativa L.) // Rice. 2017. V. 10. № 1. P. 1-12.
  36. Heap I. The international herbicide-resistant weed database. http://www.weedscience.org/Pages/SOASummary.aspx (дата обращения: 18.10.2022).
  37. da Costa Marinho M.I., Costa A.I.G., Vieira N.M., Paiva M.C.G., de Freitas FC.L., da Silva A.A. Validation and application of a QuEChERS based method for estimation of half-life of imidazolinone herbicides in soils by LC-ESI-MS/MS // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019. V. 167. № 15. P. 212-217.
  38. Polo-Dfez L.M., Santos-Delgado M.J., Valencia-Cabrerizo Y., Leön-Barrios Y Simultaneous enantiomeric determinations of acid and ester imidazolinone herbicides in a soil sample by two-dimensional direct chiral liquid chromatography // Talanta. 2015. V. 144. P. 375-381.
  39. Амелин В.Г., Андоралов А.М. Высокоэффективная жидкостная хроматография времяпролетная масс- спектрометрия в идентификации и определении 111 пестицидов в пищевых продуктах, кормах, воде и почве // Журн. аналит. хим. 2016. Т. 71. № 1. С. 85-95.
  40. Colazzo M, Pareja L., Cesio M.V, Heinzen H. Multi-residue method for trace pesticide analysis in soils by LC-QQQ-MS/MS and its application to real samples // Inter. J. Environ. Anal. Chem. 2018. V. 98. № 14. P. 1292-1308.
  41. Kemmerich M., Bernardi G., Adaime M.B., Zanella R., Prestes O.D. A simple and efficient method for imidazolinone herbicides determination in soil by ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry // J. Chromatograph. A. 2015. V. 1412. P. 82-89.
  42. Определение остаточных количеств имазамокса и имазапира в семенах подсолнечника, сои и растительных маслах при совместном присутствии методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Метод. указ. МУК 4.1.2214-07. Роспотребнадзор, 2009.
  43. KrynitskyA.J., Stout S.J., NejadH., Cavalier T.C. Multiresidue determination and confirmation of imidazolinone herbicides in soil by high-performance liquid chromatography/electrospray ionization mass spectrometry // J. AOAC Inter. 1999. V. 82. № 4. P. 956962.
  44. Большаков Д.С., Амелин В.Г., Третъяков А.В. Опыт сочетания пробоподготовки QuEChERS и мицеллярной электрокинетической хроматографии при определении пестицидов в почве // Агрохимия. 2014. № 2. С. 81-91.
  45. Jagirani M.S., Ozalp O., Soylak M. New trend in the extraction of pesticides from the environmental and food samples applying microextraction based green chemistry scenario: A review // Crit. Rev. Anal. Chem. 2022. V. 52. № 6. P. 1343-1369.
  46. Bajrai F.S.M., IsmailB.S., Mardiana-JansarK. Optimization method for simultaneous extraction and detection of imazapic and imazapyr herbicides in soil and water using HPLC-UV with verification of LC-MS // Sains Malaysiana. 2017. V. 46. № 12. P. 2339-2348.
  47. Bzour M, Zuki F. M., Mispan M.S., Jodeh S, Abdel-Latif M. Determination of the leaching potential and residues activity of imidazolinone herbicide in clearfeld rice soil using high-performance liquid chromatography // Bul. Environ. Contam. Toxicol. 2019. V. 103. № 2. P. 1-8.
  48. Кислушко П.М., Арашкович С.А. Определение остаточных количеств имазамокса в растениях гороха, почве и воде методом газожидкостной хроматографии // Защита растений. 2022. Т. 41. С. 287-295.
  49. Polo-Dfez L.M., Santos-Delgado M.J., Valencia-Cabrerizo Y., Leön-Barrios Y. Simultaneous enantiomeric determinations of acid and ester imidazolinone herbicides in a soil sample by two-dimensional direct chiral liquid chromatography // Talanta. 2015. V. 144. P. 375-381.
  50. Pena-Pereira F, Bendicho C., Pavlovic D.M., Martfn- Esteban A., Diaz-Alvarez M., Pan Y., Cooper J., Yang Z, Safarik I., Pospiskova K., Segundo M.A. Miniaturized analytical methods for determination of environmental contaminants of emerging concern - a review // Anal. Chim. Acta. 2021. V. 1158. P. 238108.
  51. Armenta S., Garrigues S., De la Guardia M. Green analytical chemistry // TrAC Trends Anal. Chem. 2008. V.27. № 6. P. 497-511.
  52. Wotejko E., Wydro U, Odziejewicz J.I., Koronkiewicz A., Jabtonska-Trypuc A. Biomonitoring of soil contaminated with herbicides // Water. 2022. V. 14. № 10. P. 1534.
  53. Liman R., Cigerci i.H., Öztürk N.S. Determination of genotoxic effects of Imazethapyr herbicide in Allium cepa root cells by mitotic activity, chromosome aberration, and comet assay // Pestic. Biochem. Phys. 2015. V. 118. P. 38-42.
  54. Li R., Hu M., Liu K., Zhang H., Li X., Tan H. Trace enantioselective determination of imidazolinone herbicides in various food matrices using a modified QuEChERS method and ultra-performance liquid chromatography/tandem mass spectrometry // Food Anal. Methods. 2019. V. 12. № 12. P. 2647-2664.
  55. Chen Y., Feng T., Li G, Hu Y. Molecularly imprinted polymer as a novel solid-phase microextraction coating for the selective enrichment of trace imidazolinones in rice, peanut, and soil // J. Sep. Sci. 2015. V. 38. № 2. P. 301-308.
  56. Zhou Y., Yang Y. i, Ma M., Sun Z., Wu S., Gong B. Preparation of imazethapyr surface molecularly imprinted polymers for its selective recognition of imazethapyr in soil samples // J. Anal. Methods Chem. V. 2018. № 3. P. 1-9.
  57. Jia S., Zhou Y., Li J., Gong B., Ma S., Ou J. Highly selective enrichment and direct determination of imazethapyr residues from milk using magnetic solid-phase extraction based on restricted-access molecularly imprinted polymers // Anal. Methods. 2021. V. 13. № 3. P. 426-435.
  58. Peerzada A.M., O’Donnell C, Adkins S. Optimizing herbicide use in herbicide-tolerant crops: challenges, opportunities, and recommendations // Agron. Crops. P. 283-316.
  59. Gallans S, Carlson S. Herbicide carryover injury to cover crops. https://practicalfarmers.org/wp-content/up- loads/2018/12/herbicide-injury.pdf. (дата обращения: 18.10.2022).
  60. Satorre E.H., de la Fuente E.B., Mas M.T., SuarezS.A., Kruk B.C., Guglielmini A., Verdu A.M.C. Crop rotation effects on weed communities of soybean (Glycine max
  61. Merr.) agricultural fields of the Flat Inland Pampa // Crop Protect. 2020. V. 130. P. 105068.
  62. Chen L.J., Lee D.S., Song Z.P., Suh H.S., Lu B.R. Gene flow from cultivated rice (Oryza sativa) to its weedy and wild relatives // Ann. Bot. 2004. V. 93. № 1. P. 67-73.
  63. Sudianto E., Beng-Kah S., Ting-Xiang N., Saldain N.E., Scott R.C., Burgos N.R. Clearfield® rice: Its development, success, and key challenges on a global perspective // Crop Protect. 2013. V. 49. P. 40-51.
  64. Bourdineaud J.P Toxicity of the herbicides used on herbicide-tolerant crops, and societal consequences of their use in France // Drug Chem. Toxicol. 2020. P. 1-24.
  65. Vrbnicanin S., Bozjc D., Pavlovic D. Gene flow from herbicide-resistant crops to wild relatives // Herbicide resistance in crops and weeds / Ed. Pacanoski Z. InTechOpen, 2017. P. 37-63.
  66. Naidu V, Ranganath A.R.G. Herbicide tolerant crops emerging tool in weed management // Author Page No. 2011. V. 173. P. 173.
  67. Seefeldt S.S., Zemetra R., Youngand FL., Jones S. Production of herbicide-resistance jointed goat grass (Ae- gilops cylindrica) x wheat (Triticum aestivum) hybrids in the field by natural hybridization // Weed Sci. 1998. V. 46. № 6. P. 632-634.
  68. Tan S., EvansR.R., DahmerM.L., Singh B.K., ShanerD.L. Imidazolinone-tolerant crops: history, current status and future // Pest. Manag. 2005. V. 61. № 3. P. 246257.
  69. Hunt N, Hill J., Liebman M. Reducing freshwater toxicity while maintaining weed control, profits, and productivity: effects of increased crop rotation diversity and reduced herbicide usage Environ // Sci. Technol. 2017. V. 51. P. 1707-1717.
  70. Senior I.J., Dale PJ. Herbicide-tolerant crops in agriculture: oilseed rape as a case study // Plant Breeding. 2002. V. 121. № 2. P. 97-107.
  71. Sharkey S.M., Williams B.J., Parker K.M. Herbicide drift from genetically engineered herbicide-tolerant crops // Environ. Sci. Technol. 2021. V. 55. № 23. P. 15559-15568.
  72. Azmi M., Karim S.M.R. Weedy rice - biology, ecology and management // Malaysian Agricultural Research and Development Institute (MARDI). Kuala Lumpur, 2008. 56 p.
  73. Ruzmi R., Ahmad-Hamdani M.S., Mazlan N. Ser-653- Asn substitution in the acetohydroxyacid synthase gene confers resistance in weedy rice to imidazolinone herbicides in Malaysia // PLoS One. 2020. V. 15. № 9. P. e0227397.
  74. Ball D.A., Peterson C.J. Herbicide tolerance in imidazolinone-resistant wheat for weed management in the Pacific Northwest USA. In Wheat production in stressed environments. Developments in Plant Breeding, V. 12. Springer, Dordrecht, 2007. P. 243-250.
  75. Hall L., Topinka K., Huffman J., Davis L., Good A. Pollen flow between herbicide-resistant Brassica napus is the cause of multiple-resistant B. napus volunteers // Weed Sci. 2000. V. 48. P. 688-694.
  76. Löbmann A., Christen O., Petersen J. Response of Alopecurus myosuroides Huds. to varying intensities of acetolactate synthase-inhibiting herbicides in a crop rotation including imidazolinone-tolerant oilseed rape // J. Plant. Dis. Prot. 2021. V. 128. P. 203-214.
  77. Curran WS., Knake E.L., Liebl R.A. Corn (Zea mays) following use of clomazone, chlorimuron, imazaquin, and imazethapyr // Weed Technol. 1991. V. 5. P. 539544.
  78. Alister C., Kogan M. Efficacy of imidazolinone herbicides applied to imidazolinone-resistant maize and their carryover effect on rotational crops // Crop Protect. 2005. V. 24. P. 375-379.
  79. Scursoni J.A., Montoya J.C., Vigna M.R., Gigon R., Isti- lart C., Pugni J.P.R., Lopez R., Porfiri C. Impact of imazamox and imazapyr carryover on wheat, barley, and oat // Weed Technol. 2017. V. 31. № 6. P. 838-846.
  80. Süzer S., Büyük H. Residual effects of spraying imidazolinone-family herbicides on Clearfield®* sunflower production from the point of view of crop rotation // Helia. 2010. V. 33. № 52. P. 25-35.
  81. Radian A., Mishael Y.G. Characterizing and designing polycation-clay nanocomposites as a basis for imazapyr controlled release formulations // Environ. Sci. Technol. 2008. V. 42. № 5. P. 1511-1516.
  82. Kaur P., Kaur P, Kaur N., Jain D., Singh K., Bhullar M.S. Dissipation and phytotoxicity of imazethapyr and imazamox in soils amended with ß-cyclodextrin-chitosan biocomposite // Sci. Total Environ. 2020. V. 735. P. 139566.
  83. Bionovatic. Рестарт. URL: https://bionovatic.ru/catalog/restart. (дата обращения: 10.09.2022).
  84. Souto K.M., Jacques R.J.S., Zanella R., de Oliveira Machado S.L., Balbinot A., de Avila L.A. Phytostimulation of lowland soil contaminated with imidazolinone herbicides // Inter. J. Phytoremediat. 2020. V. 22. № 7. P. 774-780.
  85. Ладан С.С. Фитотоксическое последействие имидазолинонов на сидеральную культуру и способы его уменьшения // Плодородие. 2021. № 6. С. 78-83.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023