Modificari biochimice produse de tratamente chimice cu fungicide

In lucrarea de fata se prezinta modificarile produse de pesticidele sistemice (Topsin, Benlate, Rubigan) si pesticidele de contact (zeama sulfo-calcica, Ziradin, Dithane, Tiuran) asupra culturilor de mar, in scopul cresterii rezistentei fata de agentii patogeni.

Tratamentul cu pesticidele enumerate s-a facut in mai multe etape de vegetatie: inainte de inflorire, dupa inflorire, si apoi s-au aplicat inca doua tratamente la intervale de 10-12 zile.

S-a urmarit activitatea unor enzime oxido-reducatoare, care sunt implicate direct in procesul de inducere a rezistentei fata de agentii patogeni: activitatea catalazei, determinata prin metoda gaz-volumetrica, activitatea peroxidazei, determinata prin metoda cronometrica, activitatea polifenoloxidazei, determinata prin metoda iodometrica si activitatea izoperoxidazei, determinata prin metoda electroforetica in gel de agar.

Au fost aplicate tratamente cu pesticide sistemice si pesticide de contact, notand urmatoarele variante:

V1 - proba martor

V2 - tratament cu zeama sulfo-calcica 6%

V3 - tratament cu Ziradin 0,3%

V4 - tratament cu Topsin 0,05%

V5 - tratament cu Dithane M₄₅ 0,2%

V6 - tratament cu Benlate 0,05%

V7 - tratament cu Rubigan 0,1 %

V8 - tratament cu Tiuran 0,4%

Variatia gradului de atac

S-a determinat gradul de atac al frunzelor si fructelor de mar dupa ultimul tratament. Rezultatele sunt prezentate in tabelul 7.1 si reprezentate grafic in figura 7.1.

Comparativ cu martorul, gradul de atac a scazut in toate cazurile, atat la frunze, cat si la fructe, cu exceptia variantei 2 (zeama sulfo-calcica). Scaderea cea mai accentuata s-a constatat in cazul V7 - tratament cu Rubigan 0,1% (7,3% pentru frunze, 2,7% pentru fruct); V6 - tratament cu Benlate 0,05% (0,7 pentru frunze, 3% pentru fruct); V4 - tratament cu Topsin 0,05% (8,8% pentru frunze si 3,6% pentru fruct).

S-a constatat ca fungicidele sistemice produc modificari metabolice mai intense decat cele de contact.

Variatia activitatii enzimatice

Se stie ca odata cu instalarea agentului patogen se intensifica procesele de oxido-reducere in scopul inducerii unor factori care sa contracareze actiunea agentului patogen.

Tab. 7.1. Variatia gradului de atac

Fig. 1. Variatia gradului de atac

Tratarea cu pesticide (mai ales cele sistemice) determina o modificare a proceselor metabolice, in sensul cresterii rezistentei fata de agentii patogeni.

In ceea ce priveste activitatea catalazica, din datele prezentate in tabelul 2 si reprezentata grafic in figura 2, se constata ca in cazul tratamentelor cu fungicide, aceasta scade comparativ cu martorul netratat.

Tab. 2. Variatia activitatii catalazei

Fig. 2. Variatia activitatii catalazei

Se constata faptul ca activitatea catalazica in frunze este mai mare decat in fructe, indiferent de fungicidul folosit in protejarea plantei.

Fungicidele sistemice (Topsin, Benlate, Rubigan), care au o eficacitate mai mare asupra agentilor patogeni comparativ cu produsele de contact, determina o activitate catalazica mai redusa datorita intrarii lor in circuitul metabolic al plantelor (V4 = 48,2 cm³ O₂, V6=46,5 cm³ O₂ si V7=40,6 cm³ O₂, fata de V1 =115,5 cm³ O₂.

Scaderea mai mare a activitatii catalazice la fructe se datoreaza tratamentelor aplicate anterior care nu au mai permis dezvoltarea atacului ciupercii in fructe.

Activitatea peroxidazica

Din datele prezentate in tabelul 3 si reprezentate grafic in figura 3, se constata deasemenea o activitate peroxidazica mai intensa in frunze decat in fructe.

Ca sens de variatie, s-a constatat o scadere a activitatii peroxidazice tot in cazul fungicidelor sistemice, explicata prin reactia acestora cu substantele donoare de hidrogen implicate in activitatea peroxidazica.

Tab. 3. Variatia activitatii peroxidazei

Fig. 3. Variatia activitatii peroxidazei

Activitatea polifenoloxidazelor

Datele experimentale din tabelul 4, reprezentate grafic in figura 4 arata ca la tratarea cu fungicide are loc o crestere a activitatii fenofoxidazice, care conduce la sinteza in cantitate mai mare a substantelor ciclice, cu rol important in procesul de aparare contra agentului patogen.

Tab. 4. Variatia activitatii polifenoloxidazelor

Dintre fungicidele aplicate, cele sistemice (Topsin, Benlate, Rubigan) au determinat cresterea cea mai mare, respectiv de la 18,24; 15,74; 17,05 fata de 2,68 la martorul netratat.

Comparativ cu activitatea catalazica scaderea este mai putin accentuata in cazul peroxidazelor si polifenoloxidazelor.

O comparatie intre aceste activitati, pentru variantele V1, V4, V6 si V7, este prezentata in tabelul 5 si reprezentata grafic in figura 5.

Scaderea activitatii catalazice si in proportie mai mica a activitatii peroxidazice o atribuim complexarii enzimebr de catre pesticide.

Deasemeni, scaderea activitatii se datoreste micsorarii procesului de oxido-reducere, formarea in cantitate mai mica de H₂O₂ (substanta toxica pentru celule) si intensificarea procesului de sinteza a polifenolilor.

Fig. 4. Activitatea polrfenotoxidazei

Tab. 5. Activitatea comparativa a catalazei, peroxidazei si polifenoloxidazei

Activitatea izoperoxidazica

Tratamentele cu fungicide au determinat, dupa cum se observa in tabelul 6 si figura 6, o intensificare a actiunii izoperoxidazetor, materializata fie prin aparitia de noi fractiuni proteice cu activitate enzimatica, fie prin intensificarea fractiunilor existente si la proba martor.

Fig. 5. Comparatie intre activitatile catalazei, peroxidazei si polifenoloxidazei

Tab. 6. Activitatea izoperoxidazei - spectrul izoperoxidazei al fructelor de mar

Fig. 6. Activitatea izoperoxidazei

Variantele V7, V6 si V4 sunt mai intense decat martorul V1.

Fractiunea F₊₁ creste mai mult fata de martor.

Fractiunea F₊₂ este aproximativ de aceeasi intensitate ca la martor, rezultand ca nu influenteaza asa mult procesul de rezistenta (aceasta chiar scade la variantele tratate cu pesticide, numai la V7 este aproximativ aceeasi).

La V6 se constata aparitia unei noi fractiuni pozitive F+3.

Se remarca varianta V4 cu fractiunea negativa F_-2, foarte puternica, precum si V7, V6, V5.

Fractiunea F-1 si F-3 prezinta o crestere nesemnificativa fata de martor.

Cresterea activitatii izoperoxidazice la tratamentele cu pesticide se poate explica prin actiunea acestora asupra proteinelor cu activitatea enzimatica, ce se gasesc in stare latenta. Prin gruparile functionale - CO - in Rubigan, >C = S din Topsin din gruparile functionale, pot sa reactioneze la nivelul centrilor activi ai enzimei sau pot sa modifice conformatia proteica stimuland activitatea enzimatica, sau pot sa modifice pH-ul mediului prin reactiile de hidroliza pe care le pot suferi.

Fungicidele sistemice Benlate, Topsin, care au structura amidica, prin hidroliza pot genera acizi si amine care pot sa actioneze asupra pH-ului mediului, favorizand activitatea enzimatica.

Activitatea izoperoxidazica mai crescuta compenseaza activitatea peroxidazica obisnuita, prin aceea ca ajuta la descompunerea H₂O₂ ce rezulta in procesele de degradare.

Substanta Topsin poate da reactii de aditie la >C = S, formand compusi tiolici, formand compusi tiolici, care pot influenta procesele de oxido-reducere prin formarea unor compusi disulfurici (inhibitori pentru anumite enzime SH dependente).

Se stie ca in timpul procesului de imbolnavire are loc o interactiune complexa intre agentul patogen si planta gazda, care duce la schimbarea mediului intern al plantelor si prin aceasta la modificarea izoenzimetor.

Printre acestea se pot enumera schimbarea pH-ului mediului, intensificarea sau scaderea metabolismului, inducerea sintezei unor substante de aparare cu efect antitoxic, substante denumite FITOALEXINE. Dintre acestea, cele mai importante sunt substantele fenolice: Pisatina, acidul clorogenic, acidul cofeinic, etc. Aceste substante sunt analoage anticorpilor din organisme animale, dar spre deosebire de acestia, sinteza lor are loc numai in celulele infectate; deasemenea, fitoalexinele nu prezinta specificitate (pe cand anticorpii animalelor precipita numai antigenii care le-au indus formarea).

Fitoalexinele au actiune nespecifica, mainfestandu-se chiar si asupra testurilor pe care le produc. Astfel, aceasta actiune produce unele necroze ale tesuturilor vegetale, ca urmare a reactiei de aparare prin care acestea isi omoara propriile celule atacate, localizand astfel efectul infectiei.

In afara de fitoalexine, sintezele proteice sunt cel mai profund implicate in reactiile de aparare ale organismelor vegetale.

Se sintetizeaza proteine care interfereaza cu agentii patogeni; sub actiunea diferitilor agenti patogeni are loc un mecanism de inductie si regresie a sintezei izoenzimelor (diferite forme moleculare ale unor sisteme enzimatice); in procesul de aparare cel mai mult sunt implicate enzimele oxidative; stimularea activitatii acestora de catre agentii patogeni este un fapt cunoscut.

Rolul enzimelor oxidative este complex si consta in:

descompunerea H₂O₂ care provine din diverse procese metabolice in scopul anularii toxicitatii acesteia (catalaza)

oxidarea diferitilor fenoli, amine, etc. concomitent cu descompunerea H₂O₂, rezultand chinone care pot precipita proteinele agentului patogen

oxidarea unor enzime ale agentului patogen (de ex. Oxidarea pectinazelor agentului patogen, care au un rol foarte important in procesul de penetrare a agentului in tesuturile plantelor), acest proces constituind chiar un mecanism al rezistentei

In ceea ce priveste actiunea pesticidelor, consideram ca acestea.

determina modificari metabolice care anticipeaza actiunea agentului patogen (pregatirea planteloe pentru un posibil atac)

determina o scadere a proceselor de catabolism din care sa rezulte H₂O₂ (scaderea catalazei, peroxidazei)

mobilizeaza substraturile specifice acestor enzime, in alte directii metabolice care au ca rezultat sinteza unor substante capabile sa precipite proteine straine, caracteristice agentului patogen.

determina declansarea unor procese enzimatice de sinteza a unor noi fractiuni proteice cu activitate enzimatica sau modifica activitatea enzimatica a fractiunilor proteice existente, fie prin reactii de deblocare a unor centri activi, fie prin reactii de modificare conformationala favorabila apoenzimelor

Cumularea acestor efecte produse de catre pesticide are ca rezultat o crestere globala a activitatilor oxidazice ale plantei gazda, care pot contracara activitatea unor enzime ale agentului patogen (pectinoxidaze), care au capacitate de distrugere a invelisului protector al plantelor, facilitand astfel patrunderea agentului patogen.

CONCLUZII

Lucrarea prezinta date generale despre enzime, respectiv structura enzimelor, structura heteroproteica, ca unitati structurale ale proteinelor, legatura peptidica, organizarea structurala a enzimelor cu cele patru forme de organizare.

Este abordata deasemeni specificitatea catalizei enzimatice cu cele trei tipuri de specificitati, respectiv specificitatea de reactie sau de actiune si specificitatea de substrat, specificitate stereochimica.

Succint, este abordata cinetica reactiilor enzimatice, cu accent pe notiunile de termodinamica enzimatica, echilibre enzimatice, modificarea energiei libere in cursul unei reactii enzimatice si cinetica reactiilor catalizate.

In lucrare este prezentata o clasificare a enzimelor in functie de tipul de reactie. Se fac referiri la oxidoreductaze, la enzimele de oxidoreducere si transport de electroni, detaliind reactiile de oxido-reducere.

Sunt trecute in revista clase de enzime transportoare de electroni si este detaliata calea transportului de electroni.

Este tratat deasemeni modul de utilizare a oxigenului de catre oxigenaze, transportul de electroni microzonal si transformarea energiei de oxidoreducere in bioluminiscenta.

In partea experimentala a lucrarii sunt prezentate modificarile biochimice produse de administrarea de tratamente chimice cu fungicide. Sunt prezentate modificarile biochimice produse de fungicidele sistemice si fungicidele de contact.

A fost determinat gradul de atac al fructelor de mar, precum si modificarea activitatii unor enzime reducatoare: catalaza, peroxidaza, polifenoloxidaza si izoperoxidaza, enzime care dupa datele din literatura joaca un rol important in procesul de inducere a rezistentei la agenti patogeni.

Rezultatele cercetarilor au aratat ca fungicidele sistemice produc modificari metabolice mai intense decat cele de contact.

Sub influenta fungicidelor are loc o scadere a activitatii catalazei si a peroxidazei.

Catalaza si peroxidaza descompun H₂O₂, produs toxic pentru celule, in absenta sau in prezenta unor donori de hidrogen.

Scaderea activitatii catalazei si peroxidazei sub actiunea fungicidelor arata ca procesele catabolice sunt in parte diminuate, substraturile acestor enzime fiin mobilizate pentru sinteza unor substante de aparare numite fitoalexine, asemanatoare anticorpilor din regnul animal.

Cumularea efectelor produse de catre fungicide, sinteze de fractiuni proteice noi, deblocarea unor centri activi si reactii de modificare conformationala, are ca rezultat o crestere globala a activitatilor oxidazice ale plantei gazda menita sa contracareze activitatea unor enzime ale agentilor patogeni, care, atacand invelisul protector al plantelor, faciliteaza patrunderea agentului patogen.