R O C ZN IK I GLEBOZNAW CZE T. XLI NR 3/4 WARSZAWA 1990 S. 59-71
J A D W IG A F U R C Z A K
P R Z E M IA N Y C H L O R K U 4 ,4 -D IM E T Y L O M O R F O L IN IO W E G O (D M M C ) W G L E B A C H *
Katedra M ikrob iolo gii Rolniczej Akadem ii Rolniczej w Lublinie
W S T Ę P
Chlorek 4,4-dim etylom orfoliniowy jest nowym regulatorem wzrostu wielu gatunków roślin [2, 4, 7, 21-25, 30], należącym do grupy czwartorzędowych soli amoniowych. W Polsce związek ten został zsyntetyzowany przez Politech nikę Wrocławską przy współpracy z Instytutem Przemysłu Organicznego w Warszawie, a następnie opatentowany w kraju i poza jego granicami jako środek zwiększający masę roślin, zwłaszcza m otylkowych [28]. Późniejsze liczne badania dotyczące wpływu D M M C (nazwa tymczasowa RW-3) na różne gatunki roślin [4, 21-25] wykazały szczególnie korzystne oddziaływanie tego związku w stosunku do lnu [23-25]. Dlatego też preparat ten, o nazwie handlowej Stymulen, został zarejestrowany i wdrożony do praktyki rolniczej w Polsce jako regulator wzrostu lnu.
Z dotychczasowych badań wynika, że niektóre pestycydy z grupy czwar torzędowych soli amoniowych są stosunkowo szybko degradowane w glebie [5, 26], a inne należą do związków długo zalegających w tym środowisku [8, 15, 19, 20, 27, 32]. Ponieważ ani w piśmiennictwie krajowym, ani za granicznym nie znaleziono inform acji dotyczących rozkładu w glebie chlorku 4,4-dimetylomorfoliniowego, poznanie dynam iki i kierunku jego przemian będzie miało duże znaczenie dla praktyki rolniczej i bezpieczeństwa środowis ka. Zagadnienie to jest również interesujące z poznawczego punktu widzenia. Transformacje pestycydów w glebie kontrolowane są przez trzy zasadnicze procesy — fotochemiczny, chemiczny i m ikrobiologiczny [12, 19]. Największe znaczenie w rozkładzie większości związków chemicznych odgrywają procesy m ikrobiologiczne [1, 12]. Rolę tego czynnika w rozkładzie D M M C starano się ustalić stosując gleby sterylne i niesterylne.
* Praca finansowana przez Instytut Przemysłu Organicznego w Warszawie w ramach problemu 03.5. — Rozwój i unowocześnianie pestycydów.
60 J. Furczak
Badania nad degradacją D M M C w środowisku glebowym przeprowadzo ne zostały w ramach programu badań ekologicznych nowych związków przygotowywanych do rejestracji i wdrożenia jako pestycydy.
M A T E R IA Ł I M E T O D Y
Doświadczenia przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych. Do badań użyto trzech gleb, przydatnych pod uprawę lnu, a więc gleby bielicowej wytworzonej z piasku pylastego mocnego, gleby brunatnej wytworzonej z gliny średniej oraz czarnoziemu wytworzonego z lessu (tab. 1).
Próbki gleb pobrano z wierzchniego poziomu warstwy ornej i przesiano przez sito o średnicy oczek 2 mm. Następnie przechowywano je w tem peraturze pokojowej w ciągu siedmiu dni w celu ustalenia się równowagi m ikrobiologicznej (utrzymując wilgotność gleb na poziomie 40% c.p.w.).
Chlorek 4,4-dim etylom orfoliniowy o wzorze sumarycznym C 6H 14N O C l C H 3 C H 2— C H 2
\ +/
\
i strukturalnym N OC1 należy do grupy
czwartorzędo-C H 3 C H 2— C H 2
wych soli amoniowych. Właściwości fizyczne tego związku podano w poprze dniej pracy [9 ]. Preparat zakwalifikowany został do I I I klasy toksyczności. Preparaty D M M C znakowane 14C: chlorek 4-m etylo-4-[14C ] metylomor- foliniow y (m etylo-[14C ]D M M C ) o aktywności właściwej 4,1 mCi na mmol i czystości radiochemicznej 99,4% oraz chlorek 4,4-dimetylo 2 - [14C ]-m or- foliniow y (c y k lo -[14C ]D M M C ) o aktywności właściwej 0,78 mCi na mmol i czystości radiochemicznej 99,2% zostały zsyntetyzowane w Instytucie Tech niki Radiacyjnej Politechniki Łódzkiej. Czystość radiochemiczną preparatów określono metodą chromatografii cienkowarstwowej (TLC).
W badaniach używano też następujących wzorców: D M M C (99,8%) i 4-nit- rozom orfoliny — prod. Instytutu Technologii Organicznej i Tworzyw Sztucz
nych Politechniki Warszawskiej, m orfoliny cz.d.a. — ZSRR i chlorku 4-metylo- m orfoliniowego — prod. Instytutu Techniki Radiacyjnej Politechniki Łódzkiej.
Po ustaleniu się równowagi m ikrobiologicznej gleb podzielono je na porcje odpowiadające 50 g s.m. gleby, umieszczono w kolbkach Erlenmayera o ob jętości 300 ml i zamknięto korkam i z waty. W celu określenia udziału procesów
mikrobiologicznych w rozkładzie D M M C część próbek badanych gleb po ddano 4-krotnemu, 1-godzinnemu autoklawowaniu (temp. 121°C, ciśnienie 0,1 MPa) w odstępach 24-godzinnych. Następnie do jednej serii próbek glebowych niesterylnych i sterylnych wprowadzano wodny roztwór m e tylo -[14C ] D M M C (rozcieńczony 5-krotnie D M M C ), a do drugiej serii próbek wodny roztwór c y k lo -[14C ]D M M C . D o gleb autoklawowanych znakowane związki wprowa dzano zachowując zasadę sterylności. Ilość D M M C we wszystkich próbkach wynosiła 20 [ig na g s.m. gleby. P róbki glebowe po dokładnym wymieszaniu
T a b e l a 1 Niektóre właściwości fizyczne i chemiczne badanych gleb
Some physical and chemical properties of the soils tested
Gleby — Soils
Procentowa zawartość frakcji granulometrycznych o średnicy w mm
Content (% ) of granulometric fractions of dia in mm
С ogólny Total Pojemność sorpcyjna Sorption capa city meq/100 g gleby — of soil pH 1-0,1 0,1-0,02 0,02-0,005 0,005-0,002 < 0,002 С % h2o KC1 Bielicowa wytworzona z piasku pylastego mocnego Podzolic soil
developed from heavy silty sand
56 26 10 5 3 1,11 6,8 5,6 5,0
Brunatna wytworzona z gliny średniej Brown soil developed from medium loam
42 20 10 6 22 0,98 22,5 7,2 6,4 Czarnoziem wytworzony z lessu Chernozem developed from loess 4 53 24 10 9 1,87 19,2 7,0 6,5
62 J. Furczak
i nawilżeniu do 60% c.p.w. inkubowano w temp. 2 2 ± 2 ° C przez okres dwunastu miesięcy utrzymując stały poziom wilgotności.
Po 24 godzinach oraz po 1, 2, 3, 4, 6, 8 i 12 miesiącach trwania doświadczenia w całych próbkach glebowych analizowano zawartość radioak tywnego D M M C oraz przewidywanych produktów jego rozkładu, tj. chlorku 4-metylomorfoliniowego, chlorku morfoliniowego i chlorku 4-nitrozom orfoli- niowego. W tym celu próbki glebowe ekstrahowano dwukrotnie 100 ml porcjami ekstrahenta (metanol + woda + stężony kwas solny, stosunek objętoś ciowy 50 + 50+ 1) przez 3 godziny. Wydajność ekstrakcji wynosiła dla gleby bielicowej około 86%, brunatnej około 40% i dla czarnoziemu około 52% [9]. Zastosowany ekstrahent nie uwalniał najwydajniej D M M C z gleb, został jednak wybrany ze względu na niewielką ilość koekstraktów oraz możliwość
szybkiego zagęszczenia ekstraktów.
Uzyskane w wyniku ekstrakcji ekstrakty łączono i 50 ml odparowywano do sucha na wyparce próżniowej w temp. 40°C. Do pozostałości dodawano 2 ml wspomnianego ekstrahenta i otrzymaną zawiesinę rozdzielano metodą T L C na płytkach szklanych z żelem krzemionkowym 60 firm y Merck. Równolegle z ekstraktami glebowymi rozdzielano związki wzorcowe rozpuszczone w wy mienionym ekstrahencie. Rozdział wyodrębnionych z gleb związków oraz wzorców przeprowadzano w trzech różnych układach rozwijających (А, В, С), stosując jednokrotne lub dwukrotne rozwijanie chromatogramów w tem peraturze 20 + 2°C [13, 14], (Reimschüssel — inf. osobista).
U kład rozwijający A: dwukrotne rozwijanie, pierwsze — metanol, droga rozwijania 15 cm, drugie — metyloetyloketon : kwas propionowy : woda (2 :1:2 ), droga rozwijania 10 cm.
U kład rozwijający В: jednokrotne rozwijanie, kwas octowy : aceton: 25% kwas solny (85:10:5), droga rozwijania 15 cm.
U kład rozwijający C: dwukrotne rozwijanie, pierwsze-metanol, droga rozwijania 15 cm, drugie — n-heksan : eter etylowy : chlorek metylenu (5:7:10), droga rozwijania 15 cm.
Nieradioaktywne wzorce lokalizowano przez spryskiwanie płytek z żelem krzemionkowym odpowiednimi odczynnikami wywołującymi. D M M C oraz chlorek 4-m etylom orfoliniowy wywoływano odczynnikiem Dragendorffa, chlo rek m orfoliniow y — odczynnikiem ninhydrynowym, natomiast chlorek 4-nit- rozo-m orfoliniow y — odczynnikiem Griessa [13].
Plamy radioaktywne na płytkach lokalizowano metodą autoradiografii stosując klisze rentgenograficzne X super oraz czas ekspozycji 4 tygodnie w temperaturze — 17°C. Wartość R f radioaktywnych plam porównywano z R f
plam wzorców, po czym plamy radioaktywne przenoszono ilościowo do naczynek scyntylacyjnych i dodawano 10 ml scyntylatora toluenowego (4 g 2,5-dwufenylooksazol, 100 mg l,4-bis-(5-phenyl-2-oxazolyl)-benzol, 1 1 toluen). Radioaktywność próbek mierzono metodą ciekłej scyntylacji stosując stan dard zewnętrzny.
Przemiany D M M C w glebach 63
tywnego D M M C próbki gleb niesterylnych i sterylnych (o masie odpowiadają cej 50 g s.m. gleby), zawierające m e ty lo -[14C ]D M M C oraz c y k lo -[14C ]- D M M C (przygotowane ja k podano wyżej), umieszczono w szczelnie za mkniętych pojemnikach szklanych o objętości 0,5 1. Następnie wstawiono do nich odbieralniki z 20 ml 0,2 M zasady sodowej, którą wymieniano okresowo w ciągu 12 miesięcy trwania doświadczenia. W przypadku niesterylnej gleby stosowano okresowo przepływ wolnego od C 0 2 powietrza, a wyparty z pojem nika 14C 0 2 wiązano w odbieralnikach z 0,2 M zasadą sodową. Ponieważ ilość
14C 0 2 uwalniana w trakcie przepływu powietrza była nieznaczna, dlatego też w yniki uzyskane dla gleby niesterylnej i sterylnej uznano za porównywalne.
Do 1 ml zasady pochodzącej z obu odbieralników dodawano 10 ml scyntylatora przygotowanego według Kelmersa i in. [18]. Radioaktywność próbek określano analogicznie ja k poprzednio.
Doświadczenia wykonywano w czterech powtórzeniach. Uzyskane w yniki przedstawiono w postaci średniej z tych powtórzeń.
W Y N I K I I D Y S K U S J A
Wcześniejsze badania autorki wykazały, że D M M C jest silnie sorbowany przez gleby, zwłaszcza o bogatszym kompleksie sorpcyjnym [10] oraz stosun kowo trudno z nich ekstrahowany [9]. Dlatego też, aby uzyskać miarodajne wyniki, do gleb wprowadzono około 20-krotną dawkę połową tego związku (przyjmując jego rozmieszczenie w warstwie 0-5 cm). Ilość tę uznano za bezpieczną dla równowagi m ikrobiologicznej gleb, ponieważ autorka stwier dziła, że nawet 40-krotna dawka połowa D M M C nie spowodowała trwałych zmian ani w liczebności drobnoustrojów (z wyjątkiem glonów), ani w ich aktywności (Furczak, w przyg. do druku).
Badania nad rozkładem D M M C wykazały, że preparat ten ulega pow ol nym przemianom nie tylko w roślinach [14] i organizmach zwierzęcych [13], ale również w środowisku glebowym (rys. 1-3 oraz tab. 2-4). Spośród badanych gleb nieco większą dynamikę degradacji tego związku zaobser wowano w czarnoziemie (rys. 3, tab. 3). Na ogół przeważa pogląd, że jednym z podstawowych czynników ograniczających tempo rozkładu pestycydów jest sorpcja. Czasami jednak zasorbowane związki chemiczne są szybciej de gradowane zarówno w procesach mikrobiologicznych (ze względu na większą gęstość m ikroorganizm ów w pobliżu koloidów), ja k i w niebiologicznych reakcjach [17].
Przeprowadzone przez autorkę badania wskazują, że silna sorpcja D M M C przez gleby [10], obok trwałości metabolicznej tego związku [13], stanowi główną przyczynę lim itującą szybkość jego rozkładu.
Porównując tempo przemian D M M C w środowisku glebowym z intensyw nością transformacji innych pestycydów z grupy czwartorzędowych soli amoniowych, zauważa się, że preparat ten jest wolniej rozkładany niż CCC [5,
T a b e l a 2 Produkty przemian [ 14C ] D M M C w glebie biclicowcj
Transformation products of [ 14C ] D M M C in podzolic soil Odzyskany 14C, % a — Recovered 14C, %
Czas gleba nie autoklawowana z dodatkiem gleba autoklawowana 7. dodatkiem
inkubacji non-autoclaved soil with addition of autoclavcd soil with addition of
gleby
m ety lo -[14C ] D M M C c y k lo -[14C ] D M M C m c ty lo -[14C ] D M M C c y k lo -[14C ] D M M C Soil m e thyl-[14C ] D M M C
cyclo -[14C ] ) M M C m c th y l-[,4C ] D M M C c y c lo -[,4C ] D M M C
l i it u u d u u n
time metylo- cyklo- mctylo-
cyklo-methyl- A cyclo- A в С' mcthyl- A cyclo- A В с
[ 14C ] D M M C [ 14C ] D M M C [ 14C ] D M M C [ 14C ] D M M C 24 h 100,0 0,0 100,0 0,0 0,0 (Ш 100,0 0,0 100,0 0,0 0,0 0,0 Miesiące M onths 1 96,8 1,3 90,0 2,1 0,0 0,0 98,3 0,0 93,1 0,0 0,0 0,0 2 94,2 2,3 90,9 3,2 0,0 0,0 93,6 0,0 97,0 0,0 0,0 0,0 3 91,7 1,4 96,3 1,8 0,0 0,0 97,8 0,0 97,2 0,0 0,0 0,0
4 95,9 ślady- 90,0 ślady- 0,0 0,0 94,1 0,0 96,6 ślady 0,0 0,0
trace tracc trace
6 87,1 ślady 89,4 ślady 0,0 0,0 97,4 ślady 91,0 ślady 0,0 0,0
9 80,0 ślady 88,2 ślady 0,0 0,0 98,3 0,0 95,5 0,0 0,0 0,0
12 78,0 ślady 76,1 ślady 0,0 0,0 90,0 0,0 92,7 0,0 0,0 0,0
a — % odzyskanego 14C obliczono w stosunku do ilości [ 14C ] D M M C wyekstrahowanej z gleby po upływie 24 h od wprowadzenia preparatu % of recovered 14C was calculated for the amount of [ 14C ] D M M C extracted from soil after the application of preparation
A — chlorek 4 - [ 14C ] metylomorfoliniowy (kombinacja z m e ty lo -[14C ] D M M C ) i chlorek 4-m ctylo 2 - [ 14C ] morfoliniowy (kombinacja z c y k lo -[14C ] D M M C ) 14C methylm orpholinium chloride (treatment of the m e th y l-[14C ] D M M C ) and 4-m e th y lo -2 -[14C ] m orpholinium chloride (treatment of the cyclo-[14C ] D M M C )
В — chlorek 2 - [ 14C ] morfoliniowy — 2 - [ 14C ] m orpholinium chloride
R o c z n ik i G le b o z n a w c z e 3 /4 -1 9 9 0 T a b e l a 3 I
Produkty przemian [ 14C ] D M M C w glebie brunatnej Transformation products of [ 14C ] D M M C in brown soil
O dzyskany14 C, % a, - Recovered 14 С, %
Czas gleba nie autoklawowana z dodatkiem gleba autoklawowana z dodatkiem
inkubacji non-autoclaved soil with addition of autoclaved soil with addition of
gleby m e ty lo -[14C ] D M M C c y k lo -[14C ] D M M C m e ty lo -[14C ] D M M C c y k lo -[14C ] D M M C Soil
incubation
m e th y l-[14C ] D M M C cy c lo -[14C ] D M M C m e th y l-[14C ] D M M C c y c lo -[14C ] ID M M C
time metylo- cyklo- metylo-
cyklo-methylo- A cyclo- A В с methylo- A cyclo- A в с
[ 14C ] D M M C [ 14C ] D M M C [ 14C ] D M M C [ 14C ] D M M C 24 h 100,0 0,0 100,0 0,0 0,0 0,0 100,0 0,0 100,0 0,0 0,0 0,0 Miesiące Months 1 92,0 1,0 95,1 1,8 0,0 0,0 97,6 0,0 98,5 0,0 0:0 0,0 2 98,8 1,0 93,4 2,7 0,0 0,0 93,4 0,0 98,0 0,0 0,0 0,0 3 94,7 1,3 99,6 1,5 0,0 0,0 97,1 0,0 89,2 0,0 0,0 0,0 92,9 ślady 90,2 ślady 0,0 0,0 95,8 0,0 92,3 0,0 0,0 0,0 trace trace 6 99,0 ślady 87,3 ślady 0,0 0,0 91,5 0,0 97,1 0,0 0,0 0,0 9 94,6 ślady 89,1 ślady 0,0 0,0 97,0 0,0 92,4 0,0 0,0 0,0 12 86,5 ślady 82,0 ślady 0,0 0,0 96,2 0,0 90,0 0,0 0,0 0,0
T a b e l a 4 Produkty przemian [ 14C ] D M M C w czarnozicmie
Transformation products of [ 14C ] D M M C in chernozem
Czas inkubacji gleby Soil incubation time Odzyskany 14C, % ;| — Recovered 14C, % gleba nic autoklawowana z dodatkiem
non-autoclaved soil with addition of
gleba autoklawowana z dodatkiem autoclaved soil with addition of m e ty lo -[14C ] D M M C m e th y l-[14C ] D M M C c y k lo -[14C ] D M M C c y c lo -[14C ] D M M C ^ m e ty lo -[14C ] D M M C m c th y l-[14C ] D M M C c y k lo -[14C ] D M M C cy c lo -[14C ] D M M C metylo- methyl- [ 14C ] D M M C A cyklo- cyclo- [ 14C ] D M M C A В с metylo- methyl- [ 14C ] D M M C A cyklo- cyclo- [ 14C ] D M M C A В с 24 h Miesiące Months 1 2 3 4 6 9 12 100,0 95,3 92.0 97,8 89.0 91,5 75,2 68.1 1,4 1,7 1,0 ślady trace ślady ślady ślady ślady 100,0 94.4 90.5 97.0 95.1 89,8 82,4 76,0 2,5 3,3 1,9 1,1 ślady ślady ślady ślady 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 100,0 92.2 98,8 89,1 93,5 96,4 91,0 95.3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ślady 0,0 100,0 99.0 98.5 93,3 98,2 91.1 96.6 94,8 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 ślady 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Przemiany D M M C w glebach 67 Rys. 1. Mineralizacja [ 14C ] D M M C
w glebie bielicowej: 1 — metylo- [ 14C ] D M M C , 2 - c y k lo -[14C ] D M M C Fig. 1. M ineralization of [ 14C ] D M M C in podzolic soil: 1 -m e th y l-[14C ] D M M C , 2 - cyc- lo - [ 14C ] D M M C Rys. 2. Mineralizacja [ 14C ] D M M C w glebie brunatnej. Objaśnienia ja k
na rys. 1
Fig. 2. M ineralization of [ 14C ] D M M C in brown soil. Explana
tions see Fig. 1
Rys. 3. Mineralizacja [ 14C ] D M M C w czarnoziemie. Objaśnienia ja k na
rys. 1
Fig. 3. M ineralization [ 14C ] D M M C in chernozem. Explana
6 8 J. Furczak
26], jednakże nieco szybciej w porównaniu z pozostałymi pestycydami z tej grupy [8, 15, 19, 20, 27, 32].
W detoksykacji i degradacji D M M C , podobnie jak i innych pestycydów należących do tej grupy, zasadniczą rolę odgrywają mikroorganizmy. Świadczy o tym większe nasilenie rozkładu tego związku w glebach niesterylnych w porównaniu ze sterylnymi (rys. 1-3; tab. 2-4). Głównym produktem przemian D M M C w glebach okazał się dwutlenek węgla (rys. 1-3). Tempo mineralizacji badanego regulatora wzrostu było zdecydowanie wyższe w gle bach nie autoklawowanych, co dowodzi mikrobiologicznego charakteru tego procesu. Gleby sterylne po upływie kilk u miesięcy wydzielały również nieznacz ne ilości dwutlenku węgla, ale przyczyną tego, jak wynika z analiz m ik ro biologicznych, był niewielki rozwój m ikroflory, która mogła dostać się z powie trza podczas nawilżania gleby i wymiany zasady.
Przeprowadzone doświadczenia wykazały ponadto, że węgiel grup metylo wych jest szybciej mineralizowany niż węgiel pierścienia D M M C (rys. 1-3). Sugerowałoby to większą podatność na atak mikroorganizm ów węgla grup metylowych tego związku. Utlenianie węgla grupy metylowej oraz pierścienia D M M C było nieco szybsze w czarnoziemie i glebie bielicowej niż w glebie brunatnej. Jedną z przyczyn powyższej obserwacji było zapewne większe występowanie w tych glebach preparatu w formie luźno związanej [10], a więc bardziej dostępnej dla mikroorganizmów. D odatkowym czynnikiem wpływają cym na obserwowane nasilenie wydzielania dwutlenku węgla w czarnoziemie mogła być wyższa niż w pozostałych glebach liczebność oraz ogólna aktywność metaboliczna m ikroflory (Furczak w przygot. do druku).
Oprócz dwutlenku węgla w ykryto w niesterylnych glebach, podobnie jak w roślinach [14], niewielkie ilości chlorku 4-metylomorfoliniowego (tab. 2-4). Nieco większa zawartość tego związku w glebach z dodatkiem c y k lo -[14C ] D M M C nasuwa przypuszczenie, że dealkilacji mogą ulegać obie grupy metylowe preparatu. Obecność chlorku 4-metylomorfoliniowego była praw dopodobnie efektem pozakomórkowych reakcji enzymatycznych. Obserwowa ny w trakcie trwania doświadczenia spadek ilości tego związku wskazywałby na wykorzystanie go w procesach metabolicznych mikroorganizmów.
Aczkolwiek D M M C ulega powolnym przemianom w glebach, to z punktu widzenia ochrony środowiska korzystnym zjawiskiem jest powstawanie jako głównego produktu rozkładu tego preparatu związku nietoksycznego ( C 0 2).
W mikrobiologicznych przemianach pestycydów wielu autorów [1, 3, 6], a szczególnie Torstensson [31], podkreśla szczególną rolę dwu zjawisk: a) degradacji w centralnym metabolizmie m ikroorganizmów, w wyniku której uzyskiwana jest energia do wzrostu, następuje kompletna mineralizacja pes tycydu, czemu towarzyszy zjawisko adaptacji; b) przypadkowym m ikrob io logicznym transformacjom przy udziale peryferycznych procesów metabolicz nych (kometabolizm). Termin kometabolizm nie został dotychczas ściśle zdefiniowany. Najczęściej stosuje się go w przypadku m ikrobiologicznej m odyfikacji struktury związku chemicznego, która nie wyzwala energii do
Przemiany D M M C w glebach 69
wzrostu drobnoustrojów [1, 3, 16], a tempo degradacji jest stałe i powolne [1]. Według M eikle oraz M atsum ury i in. (cyt. za 31), transformacje te stanowią przeważającą formę metabolizmu mikrobiologicznego w warunkach, kiedy ilość pestycydu jest niska w porównaniu z innym i źródłami węgla.
Opierając się na dotychczasowej wiedzy o mechanizmach rozkładu pes tycydów [1, 3, 6, 11, 16, 31], na wynikach przedstawionych w niniejszej pracy oraz późniejszych badaniach własnych, dotyczących wykorzystywania D M M C jako jedynego źródła węgla i energii przez wyizolowane z gleb mikroorganizm y (dane nie opublik.), wydaje się, że związek ten transformowany jest w warun kach glebowych na drodze kometabolizmu i być może częściowo w centralnym metabolizmie. O przekształceniu D M M C w procesach kometabolicznych świad czyłby brak fazy lag oraz adaptacji m ikroorganizm ów do rozkładu analizo wanego preparatu, czego konsekwencją było stałe, powolne tempo jego degradacji w środowisku glebowym. D odatkow y dowód potwierdzający dom i nację tego typu przemian stanowi brak namnażania się drobnoustrojów w hodowlach sztucznych, zawierających regulator wzrostu lnu jako jedyny pokarm węglowy.
P O D S U M O W A N IE
Wykazano, że chlorek 4,4-dim etylom orfoliniowy (D M M C ) ulega pow ol nym, m ikrobiologicznym przemianom w glebach. Rozkład D M M C zachodził nieco szybciej w czarnoziemie niż w pozostałych dwu glebach (bielicowa i brunatna). Węgiel grup metylowych badanego regulatora wzrostu lnu jest bardziej podatny na atak m ikroorganizm ów niż węgiel pierścienia morfoliny. W ykryto, że głównym produktem degradacji tego preparatu jest dwutlenek węgla.
L IT E R A T U R A
[1 ] A l e x a n d e r M . Biodégradation of chemicals of environmental concern. Science 1981, 211 s. 132-138.
[2 ] A s r o r o v K. A., R a s u lo v S., P r o k o f i e v A. A. Rjegulatja rosta i nazwitja chłopczatnika s pomoszczju dim etiłomorfolinijchłorida. Chim. w Selsk-choz. 1982, 20 s. 35-36. [3 ] B o l la g J. M . M icrobial transformations of pesticides. (In:) Advances in Applied M ic
robiology. (ed. D . Perlman). Acad. Press, New Y o rk, San Francisco, London. 1974, s. 75-130. [4 ] B o r k o w s k i J. A new retardant for tomatoes N ,N -dim ethylm orpholinium chloride (prepara-
te R W 3). Acta Agrob. 1976, 29 s. 241-244.
[5 ] C a t h e y H .M . Physiology of growth retarding chemicals. Ann. Rev. Plant Physiol. 1964, 15 s. 271-302.
[6 ] D a g l e y S. Biodégradation and biotransformation of pesticides in the earth’s carbon cycle. Resi. Rev. 1983, 85 s. 127-137.
70 J. Furczak
[7 ] F le t c h e r W. W., K i r k w o o d H. C. Herbicides and plant growth regulators. Canada Publ. London, Toronto, Sydney, New York 1982.
[8 ] F r y e r J. D., H a nee R. J., L u d w ig J. W. Long-term persistance of paraquat in a sandy loam soil. Weed Res. 1975, 15 s. 189-194.
[9 ] F u r c z a k J. Comparison of various solvent systems for the extraction of 4,4-dimethylom or- pholinium chloride ( D M M C ) from soils. Pol. J. Soil Sei. 1990, t. 23, z. 2 ( w druku). [1 0 ] F u r c z a k J. Sorption, desorption and mobility of 4,4-dimethylmorpholinium chloride
( D M M C ) in soils. Pol. J. Soil Sei. 1990, t. 23, z. 2 (w druku).
[1 1 ] G a l i ul in R. W., S o k o ło w M . S., M us i к aj e w D. A. Ocenka wkłada biołogiczeskowo faktora w samoocziszczenije poczwy ot ostatkow pesticidow, Agrochimija. 1987, 7 s. 105-129. [1 2 ] G u t h J. A. The study of transformations, (in:) Interaction between herbicides and the soil,
(ed. R. J. Hance). Acad. Press, London, New Yo rk, Toronto, Sydney, San Francisco 1980. [13 ] G w i a z d a J. Badania biochemiczno-toksykologiczne retardanta chlorku N ,N -dim etylom or-
foliniowego (RW -3). (Praca doktorska), Akademia Medyczna, Warszawa 1985.
[14 ] G w i a z d a M . Triochletnije teplicznyje issledowanija izmienenij N,N -dim etiłm orfolinij- chłorida w rastenijach Ina. Pestycydy. 1986, 3/4 s. 33-39.
[15 ] H an ce R. J., B y a s t T. H., S m ith P. D. Apparent decomposition of praquat in soil. Soil Biol. Biochem. 1980, 12 s. 447-448.
[1 6 ] H o r v a t h R. S. M icrobial co-metabolism and degradation of organic compounds in nature. Bact. Rev. 1972, 36 s. 146-155.
[17 ] H u r l e K., W a l k e r A. Persistence and its prediction, (in:) Interactions between herbicides and the soil. (ed. R. J. Hance). Acad. Press, London-New York-Toronto-Sydney-San Francisco 1980.
[1 8 ] K e lm e r s A. D., H e a t h e r le y D. E. Columns for rapid chromatografie separation of small amounts of tracer-labelled transfer-nucleic acids. Analit. Biochem. 1971, 44 s. 486-495. [19 ] K h a n S. U. Pesticide in the soil environment. Elsevier Scientific Publishing Company,
Am sterdam -O xford-N ew York 1980.
[20 ] K h a n S . U., M a r r i a g e P. B., S a id a k W. J. Residues of paraquat in an orchard soil. Can. J. Soil Sei. 1975, 55 s. 73 75.
[2 1 ] K n y p l J. S. Control of shoot growth in Agrostemma githago L. by 4,4-dimethylmor pholinium chloride and related compounds. Acta Soc. Bot. Pol. 1979, 48 s. 483-488. [22 ] K n y p l J. S. J a n a s K. M . Effect of 4,4-dimethylmorpholinium chloride and allied
compounds on growth of the lettuce hypocotyl. Acta Soc. Bot. Pol. 1977, 46 s. 129-134. [2 3 ] K r a w i e c S. Dokumentacja Instytutu Przemysłu Organicznego — O ddział w Pszczynie
1977.
[2 4 ] K r a w i e c S., К r z y s z t a ł o w s k a H. II Symp. IP O -B A S F „Chemia w służbie ochrony roślin”. Referaty i doniesienia, Stara Wieś 1981.
[2 5 ] K r z y s z t a ł o w s k a H., H e l l e r K. Sowieszczanije specjalistów stranczlenow SEW po ternie 5.1.2.3 kp ntp Sozdanije i primienienije riegulatorow rosta rastienij, Zaborow 1988. [2 6 ] L in s n e r V o n H., K ü h n H., B o h r i n g J . D er Abbau von Chlorcholinchlorid (C C C ) im
Boden und sein Nachweis mit geeigneten CCC-Bestimmungsmethoden. Zeit. Pflanzenernähr. Bodenk. 1965, 108 s. 57-65.
[2 7 ] M a r t h P. C., M i t c h e l l J. W . Plant growth suppressants with special reference to presistence of Amo-1618 in soil. Proc. Am. Soc. H ort. Sei. 1960, 76 s. 673-678. [28 ] Patent PR L. 1972, nr 83, 116.
[29 ] P r o k o f i e v A. A. Regulirowanije płodonoszenija chłopczatnika s pomoszczju fizjołogiczeski aktivnych wieszczestw. Izw. Ak. N auk SSSR. Ser. Biołog. 1980, 2 s. 214-223.
[30 ] S h a in S. S. Perspectives for the productivity monitoring of some alkaloids containing medicinal plants. C him -Farm . Ż. 1987, 21 s. 587-595.
[31 ] T o r s t e n s s o n L. Role of microorganisms in decomposition, (in:) Interaction between herbicides and soil. (ed. R. J. Hance). Acad. Press, London-New York-Toronto-Sydney-San Francisco. 1980.
[32 ] T o r s t e n s s o n L. Appearence and presistence of paraquant in soil and weed control. 24th Swedish Conference. Uppsala, Reports, 1983, 1.
Przemiany D M M C w glebach 71 Я . Ф У Р Ч А К П Р Е О Б Р А З О В А Н И Я 4 ,4 -Д И М Е Т И Л М О Р Ф О Л И Н И Й Х Л О Р И Д А ( D M M C ) В П О Ч В А Х Кафедра сельскохозяйственной микробиологии Сельскохозяйственной академии в Лю блине Ре з ю м е Н а протяжении 12 месяцев исследовали в лабораторных условиях аэробное разложение в почвах нового польского регулятора роста льна — 4,4-диметилморфолинийхлорида ( D M M C ) с торговым названием ,,Стимулен” . Исследования охватывали три вида почв, на которых обычно возделывают лен, в частности: подзолистую почву образованную из пылеватого песка, бурую почву образованную из средней глины и чернозем образованный из лёсса. Применяя стерильные и нестерильные почвы установлено, что D M M C подвер гается медленным микробиологическим преобразованиям в почвенной среде. Разложение указанного препарата происходило несколько быстрее в черноземе (убыток D M M C около 30 % ), чем в остальных двух почвах (убыток D M M C около 20 % ). Углерод метиловых групп исследуемого регулятора роста льна более податлив поражению микроорганизмами, чем углерод кольца морфолина. Основным продуктом деградации D M M C оказалась двуокись угля. J. F U R C Z A K T R A N S F O R M A T IO N S O F 4 .4 - D I M E T H Y L M O R P H O L I N I U M C H L O R ID E ( D M M C ) IN S O IL S
Departm ent of Soil M icrobiology, Agricultural University of Lublin
S u m m a r y
Aerobic decomposition in soils of a new Polish growth regulator of flax-4,4-dimethylmor- pholinium chloride ( D M M C ) of the trade name „Stymulen” was tested for the period of 12 months Three soils applied for flax cultivation were used in the investigations, viz.: podzolic soil developed from heavy silty sand, brown soil developed from medium loam and chernozem developed from loess. W hile appyling nonsterile and sterile soils, it has been proved that D M M C undergoes slow microbiological transformations in the soil medium. Decomposition of this preparation ran somewhat quicker in chernozem ( D M M C decrement about 30% ) than in the remaining two soils ( D M M C decrement about 20% ). Carbon of methyl groups of the flax growth regulator tested was more susceptible to the microbial degradation than carbon of the morpholine ring. As a main D M M C degradation product appeared to be carbon dioxide.
D r J. Furczak Praca wpłynęła do redakcji w październiku 1989 r. K a te d ra M ik ro b io lo g ii Rolniczej
Akademia Rolnicza w Lublinie 20-466 Lublin, Leszczyńskiego 7
