العوامل البيوكيميائية المسببة لمقاومة الحشرات للمبيدات
Biochemical factors of insect esistance
يمكن توضيح أسباب مقاومة الحشرات لفعل المبيدات في الشكل التخطيطي التالي .
شكل يوضح : أسباب مقاومة الحشرات لفعل المبيدات .
تتحكم العوامل الوراثية في المقاومة الفسيولوجية . وبصفة عامة .. فإن نفس نفاذية المبيد خلال الكيوتيكل ، أو تراكم السم في الأعضاء ، مع انخفاض مستوى التمثيل قد لا يعتبر عاملاً أو سبباً رئيسيا في مقاومة الحشرات لفعل المبيدات ، خاصة الفوسفورية العضوية . وقد أثبت العالم Sawicki أن عامل تأخر حدوث النفاذية Penetration-delaying factor يعطى ، منفرداً ، مقاومة ضعيفة للذباب المنزلي عند تعرضه للديازينون ، وعند خلطه عامل فقد الإيثيل Desethylating Factor .
تزداد المقاومة لفعل عديد من المركبات الفوسفورية العضوية ، بالمقارنة بفعل العامل الخاص لفقد الإيثيل منفرداً ، مما يوضح التداخل الكامل بين العاملين في اتجاه رفع مستوى المقاومة . ومن المحتمل أن يبطئ عامل تأخر حدوث النفاذية من دخول مركبات الثيونات بمعدل أكبر من دخول مركبات الأوكسونات القابلة . وترجع زيادة إفراز المبيد لزيادة مستوى التمثيل ، وقد لا تكون سبباً للمقاومة.
قد ترجع تقنيات المقاومة Mechanism of resistance إلى أسباب بيوكيميائية . فمن المعروف أن المبيد يقتل الآفة نتيجة تداخله النظام الحيوي الحساس (Sensitive mechanism (SM اللازم لحياة الآفة . وعموماً .. قد يكون النظام الحساس للمبيد بسيطاً نسبيا ، وقد يكون غاية في التعقيد ويؤثر المبيد الكيميائي على النظام الحساس في اتجاهين ، هما :
1 - إضافة نظام واق (Protective mechanism (PM يعمل على منع التداخل بين المبيد ، والجهاز الحساس إلى حد ما .
2 ـ تغيير أو إحلال النظام الحساس ببعض نظم أخرى غير حساسة لا تتأثر بالمبيد Insensitive mechanism (IM) .
وعموماً .. يمكن استعراض الأسباب البيوكيميائية للمقاومة فيما يلى :
1 ــ نظم السلوك Behaviour patterns
يعتبر النظام الواقي نظاماً سلوكيا تستحدثه الحشرة لحماية نفسها من ملامسة المبيد . ففي سلالات الحشرة القشرية الحمراء المقاومة لغاز حمض الأيدروسيانيك ، تطول فترة إغلاق الثغور التنفسية ( 30 دقيقة بالمقارنة بدقيقة واحدة في السلالة الحساسة ) ، ويعتقد أن إطالة فترة إغلاق الثغور التنفسية نظام يمكن الحشرة من مقاومة فعل الغاز. وبالرغم من فشل الدراسات المتقدمة في تأكيد هذا الدور ، إلا أنها أوضحت أن جهاز قفل الثغور قد لا يكون العامل الهام في المقاومة ، وقد تكون سرعة التخدير الوقائي Protective stupefaction في سلالات الحشرة المقاومة للغاز هي إحدى نظم السلوك ، ولكن ذلك لم يتضح بشكل قاطع حتى الآن . وهناك العديد من الاقتراحات التي لم تحظ بتأييد كاف تشير إلى أن الحشرات المقاومة تكون أكثر تجنباً للمبيد ، أو قد يحدث لها تخدير بفعل المبيد ، أو تمتنع عن هضم ، أو ملامسة المبيد . وعموماً .. يمكن اعتبار هذا العامل صورة من المقاومة السلوكية دون أن يندرج تحت المقاومة الفسيولوجية ( الوراثية ) الكاملة .
2 - انخفاض مستوى نفاذ المبيد داخل الحشرة
Reduced penetration (Impermeability)
يعتبر التغير في سمك ، أو نفاذية الجليد بما يقلل من دخول المبيد داخل جسم الحشرة الاحتمال الثاني للنظام الوقائي . فعندما تلامس الحشرة مبيد ما يكون مستوى نفاذ المبيد إلى داخل الجسم بطيئاً ، وتكون فرصة الحشرة في التخلص من المبيد أكبر ما يمكن سواء بإفرازه خارج الجسم . أو بتمثيله إلى مركبات غير سامة ، ويصبح تركيز المبيد الذي يصل للهدف غير كاف لإبطال فعل ، او دور النظام الحساس ، فيفشل في قتل الحشرة . ومن المعروف أن التصلب السميك ، والغليظ لجليد الحشرة يعتبر أحد أسباب مقاومة الحشرة لفعل المبيد عن ملامستها له ، إذ لوحظ أن هناك ارتباطاً إيجابيا بين مقاومة الحشرة للبيرثرينات ، وزيادة سمك الجليد . كما أنه من المعروف أن المقاومة الطبيعية العالية للنطاطات ضد الـ د.د.ت تكون نتيجة فشل المركب في النفاذية السريعة خلال الجليد ، أو القناة الهضمية بينما يكون الـ د.د.ت ساما جدا لهذه الحشرات عند معاملته حقناً في الدم . كذلك ترجع المقاومة العالية ليرقات خنافس الحبوب Trogoderma gramariam إلى فشل الـ د.د.ت في اختراق الجليد ، وقد يعزى ذلك إلى أن طبقة الشمع لا تذيب هذا المركب . ولم تتأكد بعد النظرية التي تفسر مقاومة الذباب المنزلي للـ د.د.ت خلال جليد كل من السلالة المقاومة ، والسلالة الحساسة للذباب المنزلي . وعند معاملة جرعات عالية من ال د.د.ت ضد سلالة الذباب المنزلي ذات المقاومة العالية ، فقد يصبح معدل النفاذية العامل المحدد ، حيث تظل كميات كبيرة من المبيد خارج الجلد دون امتصاص . وتشير نظرية أخرى إلى أن قد ترجع مقاومة الـ د.د.ت جزئيا إلى انخفاض نفاذية ، وتوزيع الـ د.د.ت ، وقد أعيد تأكيد هذه النظرية في الدراسات الحديثة .
3ـ انخفاض حساسية النظام الإنزيمي
Decreased sensitivity of the enzyme system
عند اختلاف السلالة المقاومة عن الحساسة في درجة تأثر الجهاز الحساس بالمبيد ، بحيث تكون السلالة المقاومة أقل حساسية ، أو تأثراً بالمبيد ، فإن ذلك يعني أنه إذا وجد تركيز قاتل داخل جسم السلالتين ، فإن السلالة ذات الجهاز الأقل حساسية سوف تتمكن من تحمل هذا التركيز ، بينما لا تتحمله السلالة الحساسة لشدة حساسية النظام الإنزيمي بها ، مما يؤدى إلى موت هذه السلالة .
ومما يؤكد أهمية انخفاض حساسية النظام الإنزيمي ( الجهاز الحساس ) ، أن الذباب المنزلي المقاوم للـ د.د.ت يحتوى في الغالب على كمية من المبيد داخل جسمه ، دون أن تظهر عليه أعراض التسمم ، بينما نجد أن نفس التركيز من المبيد يؤدى إلى موت الذباب الحساس . وفى تجارب على العنكبوت الأحمر Tetranychus urticae .. لوحظ وجود تغيير في صفات المادة الخاضعة للإنزيم بالسلالة المقاومة من نوع Lover kusen . كما وجد في سلالتين مقاومتين من نوع Newzealand أن جين المقاومة يحدد تركيب ، أو جزء من تركيب إنزيم الكولين إستريز ، وأن الإنزيم المتحور أو المستبدل يؤدى إلى نقص في حساسية العنكبوت الأحمر تعطى الحيوان الوقت الكافي لتكسير المبيد .
وعموماً .. يمكن القول بأن انخفاض حساسية النظام الحيوي الحساس يعتبر نوعاً من النظم الواقية للحشرة . ومع ذلك تشير بعض الدراسات إلى ندرة حدوث طفرات تحول النظام الحيوي الحساس إلى نظام غير حساس ، حيث إن حساسية إنزيم الكولين إستريز في الذباب المنزلي المقاوم للمركبات الفوسفورية تعادل حساسيته في الذباب المنزلي الحساس .
4 - زيادة تركيز المادة الأساسية للجهاز الحساس Highers M concentration
يتطلب وجود تركيزات مرتفعة من المادة الأساسية للنظام الحيوي الحساس استخدام كميات أكبر من المبيد ، حتى يظهر التأثير القاتل . ويقصد بالنظام الحيوي الحساس تلك الأجهزة ، أو النظم الحيوية التي يؤدى تأثيرها بالمبيد إلى ظهور أعراض التسمم على الحشرة . وقد تحدث تغييرات نوعية في هذه الأجهزة تؤدى إلى حاجة الحشرة لكميات أكبر من المبيد ، حتى يظهر فعله السام . ومن الأمثلة على ذلك .. ارتفاع مستوى إنزيم السيتوكروم أوكسيديز Cytochrome oxidase في سلالة الذباب المنزلي المقاوم للـ د.د.ت بمقدار مرة ونصف أعلى من السلالة الحساسة ، وارتفاع مستوى إنزيم الكولين إستريز في بعض السلالات المقاومة للمبيدات الفوسفورية العضوية ( العنكبوت الأحمر ) بالمقارنة بالسلالات الحساسة . ومن جهة أخرى لم تلاحظ أية فروق في كمية أو نوع إنزيم الكولين إستريز بين السلالات الحساسة ، والمقاومة للمبيدات الفوسفورية العضوية من الذباب المنزلي ، أو بعوض الكيولكس .
5- وجود مستويات عالية من النظم الحساسة الثانوية
Higher levels of secondary biocemical mechanisms
ويعني ذلك زيادة كمية بعض النظم الحيوية التي لا تتأثر مباشرة بالمبيدات . فالتأثير الأولى لمركب الـ د.د.ت على الجهاز العصبي غير معروف على وجه الدقة ، بينما يتلخص التأثير الثانوي في زيادة إثارة الحشرة Hyper excitation ؛ مما يؤدى لحدوث انقباضات عضلية عنيفة Muscular Convulsions ، فتستهلك الحشرة المعاملة بالمبيد كميات كبيرة من الأكسجين . ومن ثم نجد أن الزيادة في نشاط إنزيم السيتوكروم أوكسيديز Cytochrome Oxidase ، في سلالة الذباب المنزلي المقاوم للـ د.د.ت ، قد تحمى الحشرة من التأثير القاتل للمبيد ، وذلك لارتباط زيادة تركيز هذا الإنزيم برفع كفاءة الحشرة في استخلاص الأكسجين . ويوضح هذا المثال أن ارتفاع مستوى نشاط النظام الحيوي الثانوي قد يعمل على رفع قدرة الحشرة في التغلب على التأثير الأولى للمبيد على الجهاز العصبي .
6 ـ قيام نظم حيوية غير حساسة بوظيفة نظم حيوية حساسة
By- Passing» of on SM by anIM»
إذا كان هناك جهازان حيويان أحدهما حساس ، والآخر غير حساس ، ويقوم كلاهما بنفس العمل داخل جسم الحشرة ، فعند إجراء العمليات الحيوية خلال النظام غير الحساس بمستوى أعلى من النظام الحساس تصبح الحشرة مقاومة لفعل المادة السامة .
وخير مثال على ذلك وجود ثلاثة نظم أساسية رئيسية مسئولة عن استخلاص الأكسجين أثناء عملية التنفس ، وهي إنزيمات السيتوكروم التي تحتوي على الحديد ، وإنزيمات الأوكسيديز التي تحتوي على النحاس ، وإنزيمات الأوكسيديز التي تحتوي على الفلافوبروتين . وتمنع بعض السموم ، مثل : غاز سیانور الأيدروجين HCN ، وثاني كبريتور الكربون عمل الإنزيمات التي تحتوي على معادن الحديد والنحاس ، ولكنها لا تثبط فعل الإنزيم المحتوى على الفلافو بروتين . وقد لوحظ أن طور العذراء في حشرة Platysamla cecropin يقاوم بشدة فعل غاز السيانيد لانخفاض مستوى الإنزيمات المحتوية على المعادن في هذا الطور ، مع قيام إنزيم الفلافو بروتين أوكسيديز بالدور الرئيسي في عملية التنفس . أما بقية أطوار الحشرة فهي حساسة لغاز HCN نظراً لأنها تعتمد على إنزيمات التنفس المحتوية على معادن .
7 - زيادة مستوى تخزين المبيد (المتراكم) (Increased storage (accumulation
كلما زادت قدرة الحشرة على تخزين كمية من المبيد ، أو أحد نواتج تمثيله السامة في أنسجة غير حساسة ، انخفضت الكمية الواصلة من المبيد للجهاز الحساس ، وتمكنت الحشرة بالتالي من تحمل تركيز أعلى من الحشرة التي لا يمكنها تخزين المبيد ، أو أحد نواتج تمثيله . وتزيد كمية المبيد داخل الجسم في بعض الحالات – إلى مستوى لا يمكن تخزينه ، وبذلك تصل الزيادة إلى الجهاز الحساس : ، وتؤدى إلى موت الحشرة إذا كانت كافية . ويحدث التخزين غالباً في الأجسام الدهنية للحشرة ؛ لذا تؤدى زيادة درجة ذوبان المبيد في الدهون إلى زيادة معدل التخزين من جهة ، وخفض كمية المبيد التي تصل للجهاز الحساس من جهة أخرى . وعلى هذا الأساس وضعت نظرية التوزيع Distribution theory ، أو نظرية الحاجز الدهني Lipid barrier theory ، والتي تفترض حدوث بعض التغييرات الكمية والنوعية في الأنسجة الدهنية للحشرات المقاومة ، بما يؤدى إلى زيادة الكمية المخزنة من المبيد في هذه الأنسجة ، وبالتالي لاتصل إلى الأماكن الحساسة من جسم الحشرة .
ولقد تمكن وايزمان عام 1957 من رفع درجة تحمل الذباب المنزلي للـ د.د.ت عن طريق الحقن بزيت الزيتون ، مما زاد من قدرة الحشرة على التخزين . وعلى العكس .. تمكن الباحث من رفع مستوى حساسية الذباب للمبيد عند حقنه بإنزيم الليبيز الذي يحلل الدهون ، فانخفضت كمية الـ د.د.ت الذائب في الدهن ، والمخزن بها .
مما سبق .. يتضح أن تخزين المبيد ، أو أحد نواتج تمثيله السامة في أنسجة غير حساسة في جسم الحشرة يقلل من كمية المبيد التي تصل للجهاز الحساس ، ويصبح الجسم بذلك قادراً على هدم الكمية الباقية ، وتحويلها إلى مركبات أقل سمية ، ثم طردها خارج الجسم . وعموماً .. لا يمكن اعتبار التخزين العامل الوحيد المسئول عن مقاومة الحشرة لفعل المبيد ، ولكن هناك العديد من العوامل الحيوية الأخرى في هذا السبيل .
8- سرعة إفراز المبيد خارج الجسم Increased excretion
تشير الدراسات إلى إمكانية نفاذ تركيز مميت من المبيد ، ووصوله داخل جسم الحشرة . وعلى الجانب الآخر يتم إفراز معظمه خارج الجسم بسرعة ، فتكون كمية المبيد التي تصل إلى الجهاز الحساس غير كافية لإحداث القتل . وقد لوحظ أن الصرصور الأمريكي يطرد مبيد الديميتان Dimetan على صورته الأصلية دون أي تغيير إلى خارج الجسم . وخير مثال على تمثيل المبيد ، وتحويله إلى مركبات أخرى معاملة يتم طردها خارج الجسم ، ما حدث بعد 24 ساعة من المعاملة السطحية لسلالة الذباب المنزلي المقاوم لمبيد الديلان Dilan ( خليط من البرولان والبيولان ) بمركب البرولان ، حيث تم امتصاص نصف تركيز البرولان المستخدم ، ولم تتبق في جسم الحشرة سوى كمية ضئيلة من المركب ، بينما وجدت كميات كبيرة من مركبين سامين في براز الذباب ، أحدهما يشابه البرولان في خواصه الكيميائية ويقاربه في سميته ليرقات البعوض ، والآخر يختلف عن البرولان كما أنه أقل سمية . وكان تواجد هذين المركبين بنسبة 75% و 94% من تركيز البرولان على التوالي . وعند تعريض يرقات بعوض الأييدس Aedes aegypti للـ د.د.ت بتركيز جزء/ المليون ، وقامت الحشرة بمجابهة السم حيث أفرزت القناة الهضمية الغشاء حول الغذائي Peritrophic membrane ، وازداد في الطول ، حيث وصل إلى 3 مم ، بينما يبلغ طول الغشاء في اليرقات العادية حوالى 0.5 مم . ويتم طرد الغشاء المحتوى على الـ د.د.ت إلى خارج الجسم . وتعتبر هذه الوسيلة هامة في تخلص الحشرة من السم .
9 - نظم إبطال مفعول السم Detoxication mechanisms
بعد دخول المبيد جسم الحشرة ، فإنه يتعرض لمجموعة من التفاعلات الحيوية المختلفة ، يعمل معظمها على تحويل المبيد إلى مركب أقل سمية ، أو عديم السمية للحشرة ( تحول هدمي ) ، وقد تحوله إلى مركب يسهل على الحشرة طرده من الجسم . وفى حالات قليلة .. قد يتحول إلى مركب أكثر سمية ( تحول تنشيطي ) . وقد ثبت من الدراسات أن من أهم العوامل المسببة لمقاومة الحشرات لمعظم المبيدات ، تلك التفاعلات الإنزيمية التي تغير جزئ المبيد بعد دخوله الجسم بسرعة ، وتحوله إلى مواد غير سامة . وهي تعتبر من أهم نظم إبطال مفعول السم Detoxication mechanisms ، بحيث تكون النتيجة النهائية فشل المبيد في الوصول إلى الهدف بالتركيز القاتل . ومن المتوقع وجود هذه الأجهزة طبيعيا في الحشرات ، وذلك لحمايتها من المواد الكيميائية السامة .
وقد قيم Winteringham عام (1962) نتائج بعض الدراسات التي أظهرت فروقاً واضحة في معدل إبطال مفعول السم بين الحشرات العادية والمقاومة ، حيث كان هذا المعدل أعلى في السلالات المقاومة عنه في الحساسة . وقد ذكر هذا الباحث أيضاً أن معدلات نشاط العمليات الحيوية كالتمثيل مثلاً تعتمد أساساً على الحالة الصحية للحشرة ، فعند معاملة حشرة مقاومة ، وأخرى عادية بجرعات متساوية من المبيد ، فمن المتوقع انخفاض معدل حدوث التمثيل داخل الحشرة العادية نتيجة لحساسيتها ، بينما لا يتأثر معدل تمثيل المبيد كثيراً في الحشرة المقاومة . وبناءً على ذلك .. يمكن استنتاج أن زيادة معدل إبطال مفعول السم في الحشرات المقاومة ، بالمقارنة ، بالعادية قد تكون نتيجة لظاهرة المقاومة وليس سبباً لها . وفيما يلي أهم الإنزيمات الهادمة للمبيدات :
(أ) الإنزيمات الهادمة للـ د.د.ت DDT-detoxifying enzymes
لوحظ أن مقاومة الذباب المنزلي للـ د.د.ت يتحكم فيها ثلاثة جينات على الكروموسوم الثاني ، وجين مفرد على الكروموسوم الخامس ، ويتحكم الأخير في تكوين إنزيم DDT dehydrochlorinase ، والذي يعمل على إزالة جزئ كلوريد الأيدروجين من الـ د.د.ت . ولا يوجد هذا الإنزيم في طور البيضة ، أو الأعمار اليرقية الأولى ، وإنما يظهر بعد ذلك ، ويزداد في المستوى خلال طور اليرقة ، ويصل لأقصاه في طور العذراء . ويستمر هذا الإنزيم في الثبات خلال السبعة أيام الأولى من طور الحشرة الكاملة . ويتوزع هذا الإنزيم في أنسجة الحشرة الكاملة ، كما يتركز أساساً في الأجسام الدهنية ، والجهاز العصبي المركزي ، والجلد ، والهيموليف ، والعضلات على الترتيب . ويكون الإنزيم النقي عبارة عن جلوبيولين ، وزنه الجزيئي أقل من 80000 . ويحتاج الإنزيم إلى مادة الجلوتاثيون Glutathion كعامل مساعد في تحويل الـ د.د.ت إلى DDE . كما وجد أن الأيونات المعدنية التي تربط مجموعة (SH)، أو المركبات التي تربط المعادن لا تثبط نشاط الإنزيم . وتبلغ درجة الحموضة الملائمة لنشاط الإنزيم 7,4. ومن الجدير بالذكر أن نشاط الإنزيم على ممثل DDD يبلغ 4 أمثال نشاطه على الـ د.د.ت .
بينما ترجع الطريقة الثانية لفقد سمية الـ د.د.ت في الحشرات إلى حدوث عملية هيدروكسلة لذرة الكربون في الوضع ألفا ، وتتكون عنها مركبات الكلثين وهو مبيد أكاروسي فعال . وقد لوحظ حدوث هذا النظام من التفاعلات التي تؤدى إلى فقد السمية في معظم الحشرات ، مثل : الصرصور الأمريكي ، والألماني ، وذبابة الدروسوفيلا . ويتبع الإنزيم المسئول عن عملية الهيدروكسلة مجموعة الأوكسيديز التي تحتاج إلى وسيط NADPH2 وجزئ أكسيجين ، والماغنسيوم ++ Mg ، والنيكوتين أميد Nicotinamide . ويتركز هذا الإنزيم في المستخلصات الميكروسومية .
(ب) الإنزيمات الهادمة للمبيدات الفوسفورية O.P.detoxifying enzymes
تتحكم النظم الوراثية في تقوية وتنشيط إنزيمات التحلل المائي ، وهي ما يطلق عليها بالمقاومة الفسيولوجية . وهي من أهم النظم الميكانيكية التي تسبب مقاومة الحشرات لفعل المبيدات الفوسفورية العضوية . ويعتبر الحامض القوى الناتج من التحلل المائي للمبيد مثبطاً ضعيفاً لإنزيم الكولين إستريز ، وذلك لوجود الشحنة السالبة القوية التي تضعف من صفات ذرة الفوسفور المحبة للإلكترونات ، فتقلل من قدرة فسفرة الإنزيم. وهناك علاقة عكسية بين مستوى الأكسدة والتحلل المائي ، وذلك فيما يختص بتحديد مستوى سمية المبيد . وتعتبر هذه العلاقة مقياساً لدرجة مقاومة الحشرة لفعل المبيد الفوسفوري ، وتتمثل في المعادلة التالية :
التحلل الإنزيمي (Enzymatic hydrolysis (Detoxication I
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = R = ـــــــ
الأكسدة الإنزيمية (Enzymatic oxidation (Activation T
وتختلف هذه النسبة خلال أطوار الحشرة في السلالات الحساسة . وعلى سبيل المثال .. يؤدى النقص في الأجسام الدهنية في أطوار معينة إلى انخفاض نشاط النظام الميكانيكي للأكسدة ، والذي يوجد في هذه الأجسام الدهنية مع زيادة في نظم التحلل المائي المسئولة عن فقد السمية . وعليه .. تلزم معاملة المبيد الحشري في الطور الحساس للآفة . ولا يعنى ذلك إغفال باقي النظم الميكانيكية الخاصة بالمقاومة . إذ أظهرت الدراسات تحلل المبيد الحشري بفعل البكتيريا Pseudomonas malophthere . وقد لوحظ وجود البكتيريا في جميع الأطوار الحشرية ، وقدرتها على تمثيل المبيدات الفوسفورية العضوية .
ومن أهم إنزيمات التحلل المائي
1 ـ إنزيم الفوسفاتيز ، أو الإستريز الأليفاتي
Phosphatases (Aliphatic ester hydrolyzing enzymes) (Aliesterases)
لاحظ an Aspen & Oppenoorth عام (1959) أن سلالة الذباب المنزلي المقاومة تحتوى على كمية من إنزيم الإستريز الأليفاتى أقل من الكمية التي تحتوى عليها السلالة الحساسة . وقد أجريت الأبحاث لدراسة العلاقة بين إنزيمات Aliesterases ، وارتباطها بفقد سمية مبيدات الباراتيون ، والديازينون ، والملاثيون في كل من السلالة الحساسة والمقاومة للذباب . واعتماداً على انخفاض مستوى إنزيمات Aliesterases وارتباطها بمقاومة بعض السلالات للمبيدات الفوسفورية العضوية ، افترض وجود إنزيم الإليستريز الطفري Mutant aliesterase . وتفترض هذه النظرية وجود جين أصلى على الكروموسوم الخامس يتحكم في إنتاج الإليستريز في السلالة الحساسة لهذه الحشرة ، وقد حدثت طفرة لهذا الجين في السلالة المقاومة مكونا إنزيم الفوسفاتيز Phosphatase ، والذي تخصص في مهاجمة الملاأوكسون ، والباراأوكسون ، والدياز أو كسون . وعموماً .. فإن لإنزيمات الفوسفاتيز القدرة على هدم إسترات حامض الفوسفوريك والثيوفوسفوريك ، ولكنها لم تنجح في تحليل إستر الميثايل لحامض البيوتريك ( مبيد DDVP ) ، والذي يحلله الإستراز الأليفاتي . وتتم فسفرة كل من الإستراز الأليفاتي ، والفوسفاتيز بسرعة بواسطة المبيد الفوسفوري العضوي ، كما تتم إزالة الفوسفور من إنزيم الفوسفاتيز في الغالب ، بينما تتم إزالته ببطء من الإستراز الأليفاتي
من المعتقد أن إنزيمات الإستراز الأليفاتي الطفرية قادرة على منع المبيد الفوسفوري العضوي من الموصول إلى الجهاز الحساس بتركيز قاتل ، بينما تعمل عوامل أو إنزيمات أخرى على هدم جزء من المبيد . وتوجد هذه العوامل في كل من الحشرات الحساسة والمقاومة . ويرجع السبب الرئيسي في مقاومة الذباب المنزلي ، لفعل المبيدات الفوسفورية العضوية إلى سرعة هدم المبيد بفعل إنزيم الفوسفاتيز . وهناك مبيدات فوسفورية عضوية قد تنجح في تثبيط إنزيم الإستراز الأليفاتي الطفرى ( المحور ) ، أي أنها تعمل على فسفرة الإنزيم ، ولا تتم إزالة الجزء الفوسفوري منه ، مثل : مشابه البروبايل أوكسون الذي يعمل كعامل منشط للديازينون في السلالات المقاومة ، حيث إن فسفرته لإنزيم الفوسفاتيز غير عكسية .
2 ـ إنزيم الكربوكسي إستريز Carboxy esterases
تعمل إنزيمات الكربوكسي إستراز على التحلل المائي لمجموعات الكربوكسي ( ك2 يد5 ك11 ) في إسترات الأحماض الكربوكسيلية للمبيدات ، مثل : الملاثيون . ولقد وجد أن خصائص هذه الإنزيمات في يرقات البعوض الحساسة ، والمقاومة للملاثيون متشابهة ، ولكن تركيزه يماثل 13 مرة ضعف تأثيره في السلالات المقاومة لهذا المبيد . وعليه يقال إن مقاومة هذا النوع للملاثيون مرتبطة بالكيل الجين الذي ينظم ويتحكم في تخليق هذا الإنزيم ، ولم تلاحظ أية زيادة في نشاط الفوسفاتيز في اليرقات المقاومة .
وجد الباحثان krueges & O'Brien عام ( 1959 ) أن الذباب المنزلي المقاوم قد نجح في هدم مبيد الملاثيون بواسطة إنزيم الفوسفاتيز ، بينما تم هدم الملاثيون في الصرصور الأمريكي ، والألماني بواسطة إنزيم الكربوكسي إستراز والفوسفاتيز . كما لوحظ ، في يرقات بعوض الكيولكس Caler tarsalis الحساسة والمقاومة للملاثيون ، تحول 5 - 10٪ من الملاثيون إلى مركبات قابلة للذوبان في الماء ، تحول 2/3 هذه المركبات نتيجة نشاط إنزيم الكربوكسي إستراز ، وتحول الثلث الباقي نتيجة نشاط إنزيم الفوسفاتيز ، أي أنه رغم وجود الفوسفاتيز ونشاطه في هدم الملاثيون ، إلا أن الفرق الأساسي بين اليرقات الحساسة والمقاومة كان في زيادة كمية الكربوكسي إستراز في الحشرات المقاومة . وقد ثبت أن إنزيم الكربوكسي إستريز بروتيني التركيب ، ووزنه الجزيئي 16000 . ويماثل إنزيم اليرقات المقاومة إنزيم اليرقات الحساسة تماماً من حيث الوزن الجزيئي ، والشحنة الكهربائية ، والأحماض الأمينية العطرية ، والثنائية القلوية ، ولكنه أكثر تأثراً بالحرارة ويرسب في الوسط الحامضي ، وذلك في حالة السلالات المقاومة ، بينما لم يكن كذلك عند استخلاصه من اليرقات الحساسة . وكان إنزيم الفوسفاتيز أكثر نشاطاً في اليرقات الحساسة عن اليرقات المقاومة للملاثيون ، كما أظهرت هذه اليرقات تحملاً أقل للمركبات الفوسفورية العطرية بالمقارنة باليرقات الحساسة للملاثيون ، وكان إنزيم الكربوكسي إستراز ، في هذه السلالة ، متخصصاً في هدم الملاثيون ، والملا أوكسون . وانخفضت درجة تحمل السلالة بتعريضها لنواتج تمثيل الملاثيون التركيبية .
ولقد أجريت دراسات على أربع سلالات عن أكاروس Tetranychus urticae ، فوصل مستوى مقاومة سلالة بلوفت Blauveit إلى ( 60 ضعفا ) الحساسة . أما سلالة ليفركوزن Leverkusen المقاومة فقد كانت أكثر مقاومة للملا اكسون ( 60 ضعفا ) عن الملاثيون (7,5) ، وبلغت درجة مقاومتها للمباراتيون ( 10 مرات ) بالمقارنة بسلالة ليفركوزن الحساسة . وبدراسة إنزيم الكولين إستراز في هذه السلالات وجد أنه كان أكثر حساسية للمبيدات الفوسفورية العضوية في سلالات ليفركوزن ، ونياجرا الحساسة ، وبلوفت عن سلالة ليفركوزن المقاومة بما يتراوح 2,5 - 12 ضعفاً . كما كانت أفراد سلالة بلوفت أكثر قدرة على تحمل الملاثيون ، وأنشط في هدمه داخل الجسم ، تليها سلالة ليفركوزن المقاومة ، ثم ليفركوزن الحساسة ثم ، نياجرا . ويرجع حوالي 80٪ من نواتج هدم الملاثيون إلى نشاط الكربوكسي إستراز . ووجد كذلك أن أفراد سلالتي بلوفت وليفركوزن المقاومة يحتويان على كمية من إنزيم الكربوكسي إستراز ، وإنزيم الفوسفاتيز أكبر مما يحتويه أفراد السلالتين الحساستين .
3 - إنزيم الإستراز العطري Aromatic esterases
يعمل الإستراز العطري على تحلل إسترات الفينايل ، مثل : البارا أو كسون ، والباراثيون . وقد وجدت كميات صغيرة من هذا الإنزيم في جسم الذباب المنزلي الحساس ، ولكنه وجد بكثرة في القناة الهضمية للصرصور . وقد أمكن تحضير هذا الإنزيم من سلالة ذباب منزلي مقاوم للـ DFP ، كما وجد أن هذا التحضير لم يحلل الباراأوكسون .
يتضح مما سبق .. أن مقاومة الحشرات للمبيدات الفوسفورية العضوية تتوقف على مجموعة من الإنزيمات الهادمة ، والتي يمكن لكل منها أن تمثل المبيد الفوسفوري العضوي . وتختلف أهمية كل إنزيم في تحديد ظاهرة المقاومة باختلاف نوع المبيد ونوع الحشرة . فمثلاً .. يختلف سبب مقاومة الذبابة المنزلية للملاثيون عن سبب مقاومتها للباراثيون . فبالرغم من تماثل الحالتين في نقص كمية الإستراز الأليفاتي ، وزيادة الفوسفاتيز ، نجد أن الذباب المقاوم لأحدهما ليس مقاوماً للأخر . ويعتقد أن ذلك يرجع لاختلاف نوع الفوسفاتيز في الحالتين ، كذلك فإن سبب مقاومة الذباب المنزلي للملاثيون يختلف عن سبب مقاومة بعوض الكيولكس Cater tanalis له . فمقاومة بعوض الكيولكس ترجع لزيادة إنزيم الكربوكسي إستراز . لذا .. لم تظهر حتى الآن سلالة مقاومة لجميع المبيدات الفوسفورية العضوية بعكس الحالة بالنسبة للـ د.د.ت ومجموعته ، فهناك سلالة للذباب المنزلية مقاومة لمعظم المبيدات الكلورينية المعروفة .
(جـ) الإنزيمات الهامة للكاربامات Carbamate detoxfying enzymes
تتمثل طرق تمثيل وهدم مركبات الكاربامات فيما يلى :
1- هيدروكسلة الحلقات العطرية ( تحلل مائي ) Hydroxylation of aromatic rings
2ـ فقد الألكيل لمجموعة النيتروجين (N) ، أي إزالة مجاميع الألكيل المرتبطة بذرة النيتروجين N- dealkylation .
3ـ فقد الألكيل لمجموعة الأكسجين (O) ، أي إزالة مجاميع الألكيل المرتبطة بالأكسجين Ó-dealkylation .
وتمثل الطرق الثلاثة السابقة مواضع تفاعل لإنزيمات الأكسدة (Mixed Function Oxidases (MFO وقد لوحظ أن العديد من المركبات يتم تمثيله . من خلال التفاعلات السابقة ، مما يؤدى لهدمها بفعل الإنزيمات الموجودة في ميكروسومات كبد الثدييات . وتحتاج هذه الإنزيمات إلى جزى أكسجين ومجموعة NADPH2 ، حتى تكون لها القدرة على هيدروكسلة المركب. وتحتاج هذه العملية إلى مرافق نحاسي هو أيون Percurpryl ، مثل : Cuo+.ocu+ . فقد لوحظ أن لإنزيمات Microsonal oxidases القدرة على أكسدة مشتقات (N-N-dimethyl carbamates) (N-methyl) . ويتم تثبيط فعل هذه المؤكسدات مع إضافة منشطات السيسامكس ، والبيرونيل بيوتوكسيد ، 264 MGK . ولقد أظهرت الدراسات أن المستحضر الميكروسومي المتجانس للذباب المنزلي تحدث له عملية هيدروكسلة بالحلقة العطرية ( النفثالين ) . ويمكن إيقاف هذا التفاعل باستخدام المنشطات ، مثل : الببرونيل بیوتوکسید ، والسلفوكسيد ، والبروبيل ايسوم ، والسيسامكس . وقد لاحظ Wilkinson أن الإنزيمات النموذجية المسئولة عن هدم مركبات الكاربامات في الذباب المنزلي ، هي : Microsomal Tyrosinase, tyrosinase . وتنخفض قدرة هذه الإنزيمات المثبطة باستخدام المنشطات ، كما يؤدى إنزيم Phenolase إلى هيدروكسلة الحلقة العطرية لـ Aryl N-methyl carbamates .
وتوجد في جسم الحشرات عدة إنزيمات مؤثرة على مبيدات الكاربامات ، مثل : إستراز الكولين حيث يتم تثبيط هذا الإنزيم بفعل المبيدات الفوسفورية العضوية ، ومبيدات الكاربامات . قد وجد أن هذا الانزيم يمكنه تحليل مبيدات الكاربامات ببطء .
وهناك إنزيم أقل تخصصاً من الإنزيم السابق بالنسبة إلى نوع المادة التي يمكنه أن يحللها ، وهو الإستراز الأليفاتي وهو يحلل إسترات معظم الأحماض الأليفاتية المحتوية على عدد من ذرات الكربون يتراوح ما بين ( 2 - 6 ) ، وهو يفضل الإستراز قليلة الذوبان في الماء . وقد وجد أن لبعض الكاربامات قدرة على تثبيط الإستراز الأليفاتي ، مثل : السيفين ، والإيزولان الذي ثبط الإستراز الذباب المنزلي بتركيز يوازى 10 أمثال التركيز الذي أمكنه تثبيط إستراز من الأليفاتي المستخلص الكولين .
كما يحلل الإستراز العطري مركبات الكاربامات ، وقد لاحظ Metcalf وآخرون عام (1956) أن رأس وعصب الصرصور الأمريكي يحتويان على كميات كبيرة من الإستراز العطري ، ولكنه لا يثبط بواسطة المركب الكارباماتي physostigmine .
وقد اقترح وجود إنزيم يحلل الكاربامات مائيا ، وهو إنزيم إستراز الكاربامات Carbamic esterase ، وهو أكثر نشاطاً في تحليل الكاربامات القوية في تثبيط إستراز الكولين ، ويحلل إستراز الكاربامات مركبي السيفين ، والبيرولان بسرعة في الذبابة المنزلية والصرصور ، ولكنه يحلل الدايميتلان ببطء . وقد أيد ذلك أن إضافة الدايميتلان مع السيفين ، أو البيرولان تنشط السمية ، وذلك لتثبيط الدايميتلان لإنزيم إستراز الكاربامات في الذبابة المنزلية ، وهو الإنزيم الذي يهدم السيفين والبيرولان بسرعة فيبطل هدمهما ويصبحان أكثر سمية . ولقد اقترح أن هدم السيفين يحدث بواسطة مهاجمة الإنزيم للرابطة الإسترية ، وتعمل المنشطات Synergists على تثبيط عمل الإنزيمات الهادمة للكاربامات .
الاكثر قراءة في المبيدات الزراعية
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
