Herbicides Herbicides: phytoxicité Mode d
publicité
Herbicides Herbicides: phytoxicité ! Phytotoxique: doit être capable de perturber un processus clé qui empêche les plantes à croître et survivre ! Puisque les MH poussent parmi les récoltes, la sélectivité est importante 1 BIO 4101: Pesticides and the Environment 2 BIO 4101: Pesticides and the Environment Mode d’entrée Mode d’entrée ! 1) ! 2) Absorption racinaire Pénétration foliaire – Protection principale de la feuille est la cuticle (lipophile) – Deuxième barrière est la paroi cellulaire fait de la cellulose (hydrophile) – Alors, les herbicides foliaires doivent être à la fois aqueuses et liposoluble – Doit être capable de passer l’endoderme (barrière de cellules entourés de lignine ou subérine) – N.B. herbicides racinaires appliqués au sol peuvent également affecter des graines 3 BIO 4101: Pesticides and the Environment Translocation à l’intérieur de la plante Mode d’entrée ! 3) 4 BIO 4101: Pesticides and the Environment ! Symplaste: masse totale des cellules vivantes dans la plante ! Apoplaste: le continuum non-vivant de la paroi cellulaire qui entoure la symplaste Pénétration d’écorce – Peu d’application chez des plantes herbacées, utilisées pour des plantes pérennes – Des solutions hydrosolubles doivent être injectées dans l’écorce – Des solutions liposolubles peuvent pénétrer l’écorce, mais doivent être appliquées en forte concentrations 5 BIO 4101: Pesticides and the Environment 6 BIO 4101: Pesticides and the Environment 1 Translocation à l’intérieur de la plante ! 1) Mouvement symplaste: – Protoplasme des plantes est plus ou moins continue à cause des liens cellulaires (ex. plasmodesmata) et entre les cellules criblées du phloème Translocation à l’intérieur de la plante ! 2) Mouvement apoplaste: – Peut inclure les parois cellulaires, les espaces inter-cellulaires et les cellules du xylem – Perméable à l’eau et des solutés dissouts – Taux de transport d’eau est élévé (>1 gallon/jour pour un tournesol) ! Contrainte: xylem envoi les substances vers le haut, alors pas approprié pour des pesticides foliaires 7 8 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Effets toxiques sur les plantes ! ! Effets toxiques sur les plantes Un sujet compliqué, car la même chimique peut avoir de différents effets à des doses différentes et/ou sites d’action différentes E.g. certain herbicides causent la croissance d’une région et inhibe dans une autre – Appelé des Effets Épinastiques – Cause le gauchissement des tige et des feuilles en vrillons – Plante meurt habituellement par asphyxiation car les faisceaux vasculaires deviennent écrasés ! 1) Toxicité sur contact – Tue rapidement – Translocation souvent pas possible à temps – Agi typiquement par la destruction des membranes cellulaires en brisant les liens moléculaires entres membranes plasmiques et les protéines membranaires – Cause la nécrose chez les tissues exposées dans qques jours – Contrainte: car la translocation est limitée, la plante peut possiblement repousser des méristèmes racinaires et des bourgeons 9 BIO 4101: Pesticides and the Environment Effets toxiques sur les plantes ! 10 BIO 4101: Pesticides and the Environment Effets toxiques sur les plantes 2) Inhibition mitotique – Empêche la croissance par une perturbation d’une étape de la mitose – La croissance se passe principalement dans les régions méristématiques (bouts des racines/turions [shoots], jeunes feuilles, bourgeons, cambium vasculaire) – Souvent appliqués au sol pour empêcher la germinaison de graines ou la croissance de plantules BIO 4101: Pesticides and the Environment ! 3) Inhibition photosynthétique – Majorité des herbicides – Puisqu’ils affectent la photosythèse, ont souvent peu de toxicité chez les animaux N.B. peu sélectifs! 11 12 BIO 4101: Pesticides and the Environment 2 Effets toxiques sur les plantes Effets toxiques sur les plantes ! 4) H+ Perturbation de la respiration cellulaire – Peut être considéré comme une inhibition de la production d’énergie – Le fonctionnement de la respiration cellulaire est essentiellement pareil pour toutes organismes • Alors, peuvent être toxique aux organismes non-ciblés Pyruvic acid Acetyl CoA Kreb’s Cycle H+ e- FADH2FAD+ NADHNAD+ ADP ATP CO2 ADP ATP H+ O2 H2O ! 3 processus dans la respiration ! Inhibiteurs: réduit affinité pour 02 et diminue la production d’ATP Découpleurs: tous les processus se passent mais absorption d’02 la phosphorylation sont séparées, causant un effondrement – Glycolyse, Cycle de Krebs, Chaîne de transport des électrons ! 13 14 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Effets toxiques sur les plantes ! H+ Autres effets sur les plantes 5) Perturbation du métabolisme d’acides nucléiques et la synthèse de protéines ! 6) Autres – Inhibition dans: • Synthèse de pigments • Synthèse de lipides – Plusieurs moyens de provoquer ces effets – e.g. entre noyau et enlève les histones – e.g. peut stimuler la polymérase ARN dans la cytoplasme – Perturbation des hormones de croissance (auxines, acide gibbérellique, cytokinines!) 15 16 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Herbicides Pré-WWII Herbicides Post-WWII ! Phenols ! – Plusieurs genres d’effets sur des plantes mais surtout agissent comme découpleurs de la phosphorylation oxidative (respiration) – DL50 hautement toxique aux animaux (50-100mg/ kg) – Utilisés par les nazis pour des injections léthales A) Phytohormones (Phenoxy Alkanoic Acids) – – – – Sels d’esters ou d’amines Plus importante découverte en temps de guerre: 2,4-D Très efficaces à faible dosage (0.5-1 lb/acre) Contrôle sélectivement des MH à feuilles larges (broadleaves) dans des champs de céréales – Grandement utilisés de nos jours 17 BIO 4101: Pesticides and the Environment 18 BIO 4101: Pesticides and the Environment 3 Herbicides Post-WWII Herbicides Post-WWII ! A) Phytohormones d’action ! Mode – À faible dosage, agit comme mimique d’acide indol acétique (AIA: auxine) – Plantes ne peuvent pas dégrader l’AIA synthétique, alors toxique à des fortes dosages – Translocation symplaste – Stimule la croissance dans les tiges: effet épinastique ! A) Phytohormones (2,4-D) ! Peu persistent dans le sol ! Effets non-ciblés incluent des plantes désirables (peu sélectif) DL50 faible aux animaux (300-1000 mg/kg dosage orale) Potentiel pour la bioaccumulation est faible – Dégradé rapidement par des microbes l’utilisant comme source de carbone ! ! – Pluspart des études démontrent une élimination complète dans l’urine après 24hres Études épidémiologiques démontrent un rôle possible dans la perturbation endocrinienne ! 19 20 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Herbicides Post-WWII Herbicides Post-WWII ! B) ! A) Phytohormones (2,4,5-T) ! Plus persistent dans le sol ! Élimination progressive (phase out) depuis les années 1970s DL50 est modérée aux animaux (400-500mg/kg dosage orale) Processus de fabrication ammène souvent à la contamination avec Ex: Agent Orange au Vietnam (1965-1970) a laissé des contaminations par TCDD après 40 ans ! – Dégradation peut prendre des mois à des années ! ! ! ! ! ! Triazines Composés azotés hétérocycliques avec azote Groupes-R diffèrent mais incluent souvent la chlore 2e herbicide en importance Relativement persistants / résistent la dégradation – www.hatfieldgroup.com 21 22 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Herbicides Post-WWII ! B) Triazines ! Plus important: Atrazine – D’autres incluent simazine, propazine, etc! – Atrazine très utile avec le maïs ! Herbicides Post-WWII ! B) Triazines ! Mode d’action – Entrée racinaire, translocation par xylem (apoplaste) – Site d’action sont les chloroplastes comme inhibition du photosystème II (séparation de l’eau) cynazine ! 3 applications: – Avant de planter: enlève plantes au sol – Après émergence: enlève plantules à feuilles larges – Après émergence: éclaircissage des MH Plus part des graminés ont une tolérance du au capacité métabolique à détoxifier – Potentiel pour la résistance si utilisés continuellement – e.g. chénopode (Lamb’s quarter - Chenopodium album) ! DL50 faible aux animaux (300 [cyanazine] - 5000 mg/kg dosage orale) [simazine] 23 BIO 4101: Pesticides and the Environment 24 BIO 4101: Pesticides and the Environment 4 Herbicides Post-WWII ! Résistance aux herbicides La résistance est commune – Plus que 200 biotypes sont actuellement rendus résistants à un herbicide – Causé par l’utilisation continue de la même herbicide sur plusieurs générations – Peut être par mutation au site d’action ou sur le capacité métabolique de détoxification ! Plus souvent envers des triazines – >60 biotypes résistants – Plantes résistantes ont une substitution d’une seule acide aminé dans la protéine D1, qui empêche l’herbicide d’attacher à plastoquinone (accepteur d’électrons du PSII) – Causé par un changement dans une seule base de nucléotides 25 26 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Herbicides Post-WWII Herbicides Post-WWII ! C) Glyphosate ! N-phosphonomethyl glycine ! Absorbé par feuilles et translocation rapide ! Non-sélectif, haut niveau d’activité ! Peu persistent, dégradé par des microbes dans qque semaines ! Avantage: réduit érosion du sol, car contrôle les MH sans besoin de travailler le sol ! Couramment, le plus utilisé ! Roundup de Monsanto ! C) Glyphosate ! Mode d’action – Inhibition de synthèse d’acides aminés – Plantes produisent 9/20 des acides aminés essentiels (leucine, isoleucine, histidine, valine, lysine, méthionine, théonine, tryptophan et phenylalanine) – Chimiques qui empêchent leur production sont souvent peu nocifs aux animaux ! ! ! DL50 faible aux animaux (>4000mg/kg dosage orale) Peu de potentiel bioaccumulatif Des études épidémiologiques suggèrent que le contact continu peut provoquer des problèmes endocriniens 27 28 BIO 4101: Pesticides and the Environment BIO 4101: Pesticides and the Environment Types de fongicides Fongicides ! 1) Inorganiques – Souffre • Premier pesticide • Utilisé comme poudre • Toxicité sur contact (inhibition du système de transport d’électrons) ! Comprend des pesticides qui contrôlent toute sortes de pathogènes ! La pathogénicité est souvent cryptique, alors plus difficile à contrôler que chez les MH ou insectes Plus souvent utilisés sur des récoltes de fruits, noix et légumes Plus part ont un faible toxicité aux animaux (DL50 >1000 mg/kg), peu persitents, biodégradables, peu solubles (transport) – Bactéries, nématodes, ainsi que les fungi ! ! – Cuivre • 1er fongicide (Mélange de Bordeaux) • Mélangé avec lime car insoluble dans l’eau • Cellules accumulent des ions toxiques et sont empoisonnées • Souvent phytotoxique aussi 29 BIO 4101: Pesticides and the Environment 30 BIO 4101: Pesticides and the Environment 5 Types de fongicides ! 2) ! Types de fongicides Organiques a) Systémiques ! ! Advantage des systémiques: – Plante protégée continuellement sans répéter l’application – Peuvent effectuer la translocation aux nouvelles pousses après application – Pas sujets aux aspects atmosphériques – Pas de résidues (aesthétique) – Potentiel existe pour régler les maladies internes – Peu de danger associés aux travailleurs sur la ferme – Absorbés par la plante et distribués aux divers parties (symplaste ou apoplaste) – e.g. oxathiins, benzimidazoles, pyrimidines, organophosphates, triazoles, carbamates! b) Non-systémiques – Affectent uniquement au site d’application (protection) – E.g. dithiocarbamates, dicarboximides, dinitriophenols, quinones ! 31 BIO 4101: Pesticides and the Environment 32 BIO 4101: Pesticides and the Environment La résistance aux fongicides Types de fongicides ! Potentielle ! Désavantage des systémiques: – Développement de la résistance est commun (typiquement seulement une mode d’action) – Plus part des fongicides sont fongistatique, alors les pathogènes peuvent se reprendre lorsque les chimiques ne sont plus actifs est élévée à cause de la grande fécondité (# de spores) – Dispersent rapidement ! Souvent une seule mutation dans une base de nucléotide peut conférer la résistance 33 BIO 4101: Pesticides and the Environment 34 BIO 4101: Pesticides and the Environment Références ! ! ! ! ! McEwen and Stephenson. 1979. The use and significance of pesticides in the environment. John Wiley and Sons publication. Bohmont. 2007. The Standard Pesticide User’s Guide, 7th ed. Pearson Publishing. Carlile. 2006. Pesticide Selectivity, Health and the Environment. Cambridge University Press. Brown. 1978. The Ecology of Pesticides. John Wiley and Sons. Matsumura et al., 1972. Environmental Toxicology of Pesticides. Academic Press. 35 BIO 4101: Pesticides and the Environment 6
