Разработка инсектицидных композиций на основе синтетических пиретроидов и веществ-синергистов из группы бензодиоксоланов

Известно, что наиболее широко применяем для борьбы с насекомыми-вредителями на данный момент химический метод, основанный на обработке сельскохозяйственных растений инсектицидами [1–5]. Несмотря на его высокую эффективность, быстрая адаптация насекомых-вредителей к применяемым препаратам часто приводит к приобретению их устойчивости (резистентности) к действующим веществам инсектицида [6–10].

Один из перспективных способов борьбы с резистентностью – включение в состав препаратов особых веществ-синергистов, усиливающих биологическую активность действующих веществ [11–14]. Так, в ходе предыдущих работ [15; 16] было показано, что экстракты далматинской ромашки обладают высоким инсектицидным действием против такого вредителя зерновых культур, как крупная злаковая тля. То же верно и для экстракта полыни горькой, инсектицидное действие которой проверено на том же виде вредителей. В соответствии с результатами исследования [12] обнаружили, что инсектицидный эффект находится в сильной зависимости от метода экстракции –

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52) AGRONOMY в обоих случаях максимальный инсектицидный эффект (100%-ная гибель насекомых) проявляли экстракты, выделенные при экстракции низкополярным элюентом (хлороформ), в то время как у экстрактов, полученных другими методами, намного меньший эффект. Засвидетельствовано, что выделенные из растений экстракты способны оказывать сильное инсектицидное действие на вредителя зерновых культур (крупную злаковую тлю) и могут быть использованы в качестве эффективных, экологически чистых природных инсектицидов, в том числе в виде биологически активных добавок к коммерческим инсектицидным препаратам.

Цель работы – разработка инсектицидных композиций, включающих синтетические пиретроиды и вещества-синергисты из группы бензодиоксоланов, рецептур биологически активных инсектицидных композиций на основе данных соединений, а также экспериментальное подтверждение предложенных моделей результатами биотестирования.

Методика исследования

В качестве синтетических пиретроидов были выбраны коммерчески доступные циперметрин и перметрин, в качестве синтетических веществ-синергистов – пипера-нилбутоксид, а в качестве природных веществ-синергистов – пиперин и пипериновая кислота.

Природные вещества-синергисты из группы алкалоидов, содержащиеся в черном перце (пиперин), получали методами экстракции размолотого черного перца по разработанной в ФГБНУ ВНИИФ оригинальной методике. В круглодонную колбу к 100 г коммерчески доступного черного молотого перца добавляли 300 мл водно-изопропа-нольной смеси (1 : 10 по объему) и кипятили с обратным холодильником в течение 4 ч. Горячий раствор фильтровали на воронке Бюхнера с бумажным фильтром и упаривали фильтрат на роторном испарителе до получения коричневой, маслянистой жидкости объемом 50–60 мл. К остатку добавляли растворенный в 80 мл горячего изопропанола 4,0 г NaOH и оставляли отстаиваться на 30–40 мин до разделения смеси на два слоя. Верхний слой отделяли на делительной воронке, упаривали до объема 50–60 мл и добавляли 120 мл холодной воды. Образовавшуюся взвесь оставляли в холодильнике на 24 ч, выпавшую массу отделяли на воронке Шотта с бумажным фильтром, сушили, промывали в 200 мл кипящей воды и растворяли в 80 мл 90%-ного горячего изопропанола. Полученный раствор выпаривался до возникновения кристаллов на поверхности. После раствор медленно охлаждался до комнатной температуры. Избыточную жидкость сливали, оставляя выпавшие кристаллы, после промывали в 10 мл изопропанола и сушили при комнатной температуре.

Пипериновую кислоту (производное пиперина) получали методами щелочного гидролиза по оригинальной методике, разработанной в ФГБНУ ВНИИФ. В круглодонной колбе к 5,0 г пиперина добавляли 5,0 г KOH, 25 мл этанола и кипятили в течение 24 ч. Кристаллы пипериново-калиевой соли, выпавшие при охлаждении, были отделены с помощью воронки Шотта с бумажным фильтром, промыты охлажденным спиртом и трехкратно перекристаллизованы из воды. Из пипериново-калиевой соли получали пипериновую кислоту, при нагревании обрабатывая соль избытком разбавленной соляной кислоты. Строение полученного пиперина и пипериновой кислоты определяли при проведении хромато-масс-спектрометрии.

Хромато-масс-спектрометрические исследования проводились с использованием масс-спектрометра MaXis Impact HD (Bruker Daltonik GmbH) в режиме электрораспы-лительной ионизации для растворов в ацетонитриле при скорости подачи образца 240 мкл/ч с параметрами по умолчанию в методе инфузионного анализа малых моле-

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52) AGRONOMY кул. Калибровка масс – внешняя по улучшенному квадратичному методу с применением калибровочного раствора G1969-85000 (Agilent Technologies). Масс-спектры компонентов записывали, регистрируя положительные ионы в режиме электрораспылитель-ной ионизации (ESI – электроспрей).

Разработка биологически активных композиций на основе синтетических пиретроидов и веществ-синергистов проходила в лаборатории органического синтеза ФГБНУ ВНИИФ экспериментальным путем с использованием данных докинга. Рецептурный состав и количественное соотношение компонентов биологически активных композиций подбирали экспериментальным путем, учитывая их растворимость в различных органических растворителях. Для получения исходного концентрата 1,0 г биологически активных композиций растворяли в 50 мл диметилсульфоксида (ДМСО). Для получения рабочих растворов 10 мл исходного концентрата растворяли в 70 мл водно-этанол-хлороформенного раствора (75% : 10% : 5%, по объему) и доводили конечный объем до 100 мл.

Биотестирование эффективности действия биологически активных композиций в отношении модельных насекомых-вредителей проводили при опрыскивании рабочими растворами растений фасоли обыкновенной ( Phaseolus vulgaris Linnaeus ), сорт среднеспелый, заселенный модельными тест-объектами – тепличной белокрылкой ( Trialeurodes vaporariorum ), с последующим подсчетом отношения числа погибших насекомых к исходному числу живых насекомых-вредителей на 3-й день. Опыты проводили в трехкратной повторности.

Модельные растения фасоли выращивали в тепличном комплексе ВНИИФ, а насекомых-вредителей разводили в лаборатории акарологии ВНИИФ по стандартным методикам. Заселение модельных растений насекомыми-вредителями проводили по методикам, разработанным в лаборатории акарологии, пересаживая на листья растений тепличную белокрылку. Статистическая обработка данных – по критерию Стьюдента, эффект считали достоверным при ( p < 0,05), используя программу XL 2012.

Результаты и их обсуждение

Результаты анализа данных хромато-масс-спектрометрии подтверждают строение пиперина, полученного методами экстракции из черного перца и пипериновой кислоты, используя щелочной гидролиз из пиперина: (2 E ,4 E )-5-(2 H -1,3-Бензодиоксол-5-ил)-1-(пиперидин-1-ил)пента-2,4-диен-1-он (пиперин), CAS № 94-62-2. Получен из 100 г коммерчески доступного черного молотого перца. Выход – 1,13 г (1,13%), т.пл. 126– 128°С. Масс-спектр, m/z : 286.1 [M+H]⁺. С 17 H 20 NO 3 ⁺. (2 E ,4 E )-5-(3,4-Метилендиок-сифенил)-2,4-пентадиеновая кислота (пипериновая кислота), CAS № 136-72-1. Получена из 5,0 г пиперина. Выход – 2,56 г (67%), т.пл. 214–216°С. Масс-спектр, m/z : 219,1 [M+H]⁺. С 12 H 11 O 4 ⁺.

В результате дальнейших исследований составлены рабочие рецептуры № 1–18, содержащие синтетические пиретроиды и вещества-синергисты в качестве компонентов. Состав и количественное соотношение действующих веществ в рабочих рецептурах представлены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание действующих веществ в рабочих рецептурах № 1-18 (%)

Компонент	Рабочие рецептуры, №, содержание компонентов (%)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Перметрин	80	60	60	60	50	40	30	20	10
Пиперанилбутоксид	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Пиперин	10	20	–	40	50	60	70	80	90
Пипериновая кислота	10	20	40	–	–	–	–	–	–

Vestnik of Omsk SAU, 2023, no. 4(52)                                                                     AGRONOMY

Продолжение табл. 1

Компонент	Рабочие рецептуры, №, содержание компонентов (%)
	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Циперметрин	90	80	70	60	50	40	30	20	10
Пиперанилбутоксид	10	20	30	40	50	60	70	80	90

Дальнейшее биотестирование показало, что используемые в рабочих рецептурах № 1–18 вещества-синергисты обладают синергетическим эффектом, причем наблюдается тенденция усиления биологического действия при росте содержания веществ-синергистов и уменьшении содержания синтетических пиретроидов. Минимальное усиление инсектицидного действия наблюдалось в рецептурах, содержащих в качестве веществ-синергистов синтетические пиретроиды (рецептура № 3, табл. 1, 2), поэтому данное соединение в дальнейшем нами не использовалось. Наибольший эффект при применении пиперина достигнут при содержании перметрина от 30 до 60% и вещества-синергиста от 40 до 70 (рецептуры № 4–7, табл. 1, 2), причем максимальное инсектицидное действие проявилось у рецептуры № 7 (30% перметрина и 70% пиперина, табл. 2).

При использовании синтетических веществ-синергистов (пиперанилбутоксид) наибольший эффект отмечен у рабочих рецептур № 17 и № 18 (табл. 2), содержание циперметрина в них минимально по сравнению с веществом-синергистом.

Таблица 2

Усиление действующих веществ в присутствии веществ-синергистов в рабочих рецептурах № 1-18 в % числа гибели насекомых

Гибель насекомых (%) после обработки рабочими рецептурами № 1–18
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
9	12	4	16	16	21	23	19	20	21	26	26	29	34	34	41	47	46

По анализу полученных результатов: как синтетический пиперонилбутоксид, так и природные алкалоиды (пиперин) можно успешно использовать в качестве синергистов при обработке зараженных растений синтетическими пиретроидами.

Выводы

Экспериментальные результаты биотестирования, представленные в настоящей работе, подтверждают теоретические расчеты валидности применения веществ-синергистов из группы алкалоидов совместно с синтетическими пиретроидами.

Предложенные в работе рабочие рецептуры могут быть использованы в виде инсектицидных биологически активных композиций, а также в качестве перспективной основы при разработке средств защиты сельскохозяйственных растений от насекомых-вредителей.