CC BY
115
БИОМОРФОЛОГИЯ И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ BETONICA OFFICINALIS L. В УСЛОВИЯХ ИНТРОДУКЦИИ (подзона средней тайги)
Т. В. НОВАКОВСКАЯ,
кандидат биологических наук, доцент,
Сыктывкарский государственный университет В. В. ПУНЕГОВ,
кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Институт биологии Коми научного центра, Уральское отделение Российской академии наук
167000, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Петрозаводская, 120. Тел.: 8 (8212) 51-36-72 C: [email protected]
167000, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28. Тел.: 8 (8212) 24-56-59. e-mail: [email protected]
Ключевые слова: буквица лекарственная Betonica officinalis L., лекарственные растения, интродукция, подзона средней тайги, морфология, фенология, химический состав, эфирные масла.
Буквица лекарственная Betonica officinalis L. многолетнее травянистое растение семейства яснотковых (губоцветные) Lamiaceae Lindl. С давних времен буквицу используют в народной медицине, т.к. она обладает седативным, отхаркивающим, кровоостанавливающим, обезбаливающим, антисептическим, желчегонными
свойствами, усиливает обмен веществ, регулирует пищеварение, снижает кровяное давление. Корень буквицы, применяемый в малых дозах, обладает слабительным действием, а в больших - рвотным.
Во Франции, Германии и др. буквица лекарственная является офици-нальным лекарственным сырьем. В России она используется только в народной медицине [1]. Кроме того, буквица очень декоративна, причем не только в период цветения, но и в вегетативном состоянии. Ее можно использовать на букеты, а также в рабатках, на клумбах и как солитер, пригодна для оформления тенистых газонов в парках и садах.
Буквица лекарственная - лесостепной евразиатский вид. Область распространения - Западная Европа, европейская часть России, Кавказ, Малая Азии, Западная Сибирь. На территории северо-востока России встречается крайне редко как сорное растение [2]. Растет на сухих, слабокислых, свежих супесчаных и суглинистых почвах в хвойных и смешанных лесах, на лугах, возле дорог по зарослям, на вырубках, среди кустарников [3].
Ограниченный ареал и перспективность использования буквицы лекарственной в качестве декоративного и
Betonica officinalis L., medicinal plants, introduction, middle taiga subarea, morphology, phenology, chemical composition, essential oils.
лекарственного растения создали необходимость в интродукции этого вида.
Цель и методика исследований.
Цель настоящего исследования -изучение биоморфологии, ритма сезонного развития и компонентного состава экстрактивных веществ буквицы лекарственной Betonica officinalis L. в условиях интродукции Республики Коми (подзона средней тайги).
Исследования проводили в 20082009 гг. в окрестностях г. Сыктывкара на территории ботанического сада Сыктывкарского государственного университета. Биоморфологическое описание проводили на 10 модельных растениях, отмечали высоту и количество побегов, размеры листьев, цветков и соцветий. Результаты обработаны статистически [4]. Уровни вариации даны по Г.Н Зайцеву (1973) [5]. Семенной материал анализировали за 2005 - 2009 гг. по З.Т. Артюшенко (1990) [6]. При наблюдении за фенологией использовали описательный метод И.Н. Бейдемана (1974) [7].
Отбор растений для биохимических исследований проводили в фазу массового цветения в сухую погоду. Эфирное масло из надземной массы буквицы лекарственной выделяли методом гидродистилляции по способу II ГФ СССР (11-ое издание) [8]. Компонентный состав эфирного масла определяли методами ГЖХ с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) и ГЖХ/МС. Определение химической структуры
всех компонентов эфирного масла осуществляли в аккредитованной Эко-аналитической лаборатории Института биологии Коми НЦ УрО РАН методом хромато-масс спектрометрии на приборе «TRACE GC ULTRA» корпорации «Thermo Elektron», оснащенном капиллярной аналитической колонкой длиной 60 м и диаметром 0,32 мм. Неподвижная фаза - полифенилметилси-ликон. Деление потока на входе в испарителе 1:30. Масс - селективный детектор DSQ. Ионизация - электронным ударом. Библиотека, использованная для идентификации структуры соединений: NIST MS Search. Температура детектора 200°С. Анализ производился инжекцией 1 мкл раствора эфирного масла в пентане. Деление потока в испарителе 1:30.
Результаты исследований и их обсуждение.
Биоморфология вида. Буквица лекарственная - многолетнее травянистое растение с коротким корневищем 2-4 см длиной и 2-3 мм диаметром.
В природных популяциях (в лесостепной зоне) буквица достигает высоты до 1 м [9], в то время как в наших северных условиях в культуре ботанического сада университета растения не превышают 70 см (табл. 1).
Взрослые особи представляют собой рыхлый куст с многочисленными (до 8) монокарпическими побегами. По данным В.П. Мишурова с соавторами (2003) [1] число побегов в кусте может
Таблица 1
Морфометрические параметры Betonica officinalis (ботанический сад СыктГУ, 2008-2009гг.)
Параметры Lim, см M±m CV, %
2008г. 2009г. 2008г. 2009г. 2008г. 2009г.
Высота побегов,см 47-70 6 31 59.0±0.7 40.5±0,9 14.5 9,8
Количество побегов, шт 1-8 3 - 8 4.0±0.6 5.1±0,5 75.7 21,6
Количество листьев, шт 6-18 4 1 6 14.8±0.3 10.0±0.3 24.1 8.1
Длина листа, см 6.0-9.5 .5 6. 1 .5 4. 7.5±0.04 5.5±0.02 16.9 11.3
Ширина листа, см 3.9-6.0 3. 5 I 5. 0 5.3±0.03 3.7±0.03 13.1 10.1
Длина цветка, см 1.2-2.0 3 I 2. 0 1.8±0.02 1.2±0.05 10.5 11.7
Длина соцветия, см 5.0-18.0 3 - 11 11.6±0.06 6.5±0.06 41.1 31.5
28
Аграрный вестник Урала
№ 11-1 (77), 2010 г.
Таблица 2
Параметры семян Betonica officinalis
Год сбора Длина Ширина
Lim, см M±m CV, % Lim, см M±m CV, %
2005 1.6-2.3 1.96±0.02 6.6 1.1-1.6 1.37 ±0.03 10.9
2006 1.8-2.1 1.96±0.02 4.5 1.1-2.1 1.45 ±0.03 12.4
2007 1.7-2.1 1.96±0.02 4.4 1.2-1.7 1.42 ±0.03 9.8
2008 1.4-2.1 1.83±0.1 9.3 1.1-1.7 1.33±0.1 12.8
2009 1.5-2.2 1.81±0.1 9.2 1.0-1.7 1.30±0.1 13.7
Таблица 3
Компонентный состав эфирного масла Betonica officinalis в фазе массового цветения в культуре в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока
Время ГЖХ удерж. Компонент Масс.доля,% Время ГЖХ удерж. Компонент Масс.доля,%
СыктГУ ИБ СыктГУ ИБ
0:08:16 1-нонен сл. 0,98 0:31:14 Гермакрен D 14,35 32,74
0:11:08 а-туйен 0,14 0,29 0:31:24 1,2,3,3а,4,5,6,7-октагидро-1,4-диметил-7-(1-метилэтэнил)-, [1Р-(1а,3,4а,7Р)]-азулен 3,82 4,14
0:11:23 а-пинен 7,49 10,8 0:31:40 Кадина-1(10),4-диен 5,51 5,71
0:13:26 1-Октен-3-ол сл. 2,82 0:32:30 Кариофиллен оксид 3,00 2,18
0:13:47 Лимонен сл. 0,53 0:34:21 а-кадинол 1,92 0,84
0:15:14 а-терпинен сл. 0,21 0:36:56 Леден оксид (II) 0,59 0,36
0:18:10 Линалоол сл. 0,30 0:44:25 Гексадекановая кислота 1,24 1,37
0:27:53 Копаен 0,60 0,57 0:45:53 Неролидол 0,15 сл.
0:28:11 Кубебен 3,72 2,76 0:48:17 Фитол 0,23 сл.
0:28:25 2,4-додека- диеналь 1,91 1,86 0:55:57 Линоленовая кислота 0,65 сл.
0:29:19 Р-кариофиллен 45,5 25,8 0:57:58 Г ептакозан 0,57 сл.
0:29:36 Y-мууролен 1,10 0,93 1:02:04 Октакозан 0,55 сл.
0:30:23 а-гумулен 6,96 4,71
достигать до 17. Стебли облиственные, четырехгранные. Прикорневые листья собраны в розетку, продолговато-яйцевидные или широколанцетные, на черешках. Стеблевые листья супротивные до 18 на побеге (табл.1). Цветки буквицы лекарственной неправильные, красновато-пурпурные, сидящие в пазухах верхних листьев в многоцветковых мутовках. Цветки в наших условиях значительно мельче и достигают длины до 2 см, тогда как в естественных условиях обитания они вырастают до 3,5 см. Соцветие плотное, цилиндрическое до 18 см длиной. По шкале Г.Н. Зайцева (1973) [5] все изученные параметры вегетативных и генеративных органов имеют средний и высокий уровень варьирования признаков (табл.1), что говорит о пластичности вида.
Плод сухой, состоит из четырех продолговатых бурых голых орешков [9]. Семена буквицы лекарственной мелкие трехгранные, клиновидные. Поверхность семени шероховатая. По нашим наблюдениям цвет семян варьирует от светло-серого до темно-коричневого.
Произрастая в суровых условиях Севера буквица довольно сильно реагирует на изменение погодных условий. В результате лабораторных исследований семян буквицы лекарственной установлено, что они различаются по размерам (табл. 2) и массе. Масса 1000 семян колеблется от 1,23 до 1,47г.
Наиболее благоприятным годом для роста, развития и формирования семян был 2007 год. В этот год сформировались наиболее крупные и полновесные семена.
Колебания линейных размеров и массы у буквицы варьируют в небольших пределах. По шкале Г.Н. Зайцева (1973) [5] длина семян имеет низкий уровень варьирования признаков (4.49.3%) (табл.2), а ширина и масса семян - низкий и средний уровень варьирования (ширина 9,8-13,7%; масса до 11%).
В культуре ботанического сада университета размеры листьев сопоставимы с размерами природных популяций, тогда как высота растений и размеры цветков значительно меньше. Таким образом, растения адаптируются к крайним условиям Севера уменьшением размеров.
Фенология, и динамика роста.
Перенос растений в новые для них районы почти всегда влечет за собой изменение ритма внутренних процессов и изменение фаз сезонного развития [10].
Начало отрастания буквицы лекарственной приходится на вторую декаду мая (рис.), когда почва достаточно прогреется. Интенсивный рост растений длится до цветения (около 45 дней). Первые бутоны появляются в
* - в следовых количествах
конце июня, массовая бутонизация - в первой декаде июля. Продолжительность бутонизации до начала цветения равняется двум неделям.
Цвести в наших условиях буквица начинает в середине июля, тогда как в природе - на месяц раньше. Период цветения составляет около 40 дней. Начало созревания плодов отмечено со второй декады августа. Созревают семена в сентябре. Ежегодно буквица лекарственная формирует полноценные семена. Весь период вегетации составляет 130-140 дней, что значительно короче, чем в естественных условиях обитания. По литературе известно, что цветет буквица лекарственная в мае-августе, плоды начинают созревать в июле; общая продолжительность вегетации до 180 дней [9].
Таким образом, буквица лекарственная приспосабливается к экстремальным условиям обитания, изменяя ритм биологического развития. На севере отмечается сдвиг фенологических фаз и укорочение отдельных фаз развития, и всего периода вегетации в целом.
Компонентный состав экстрактивных веществ.
Эфирные масла - представляют собой сложные многокомпонентные смеси летучих душистых и разнообразных по структуре органических веществ, образующихся в растениях в процессе жизнедеятельности. В их состав входят вещества, относящиеся к различным классам органических соединений: алифатические, алицикли-ческие, ароматические и гетероциклические. Среди них встречаются углеводороды, спирты, кислоты, альдегиды, кетоны, фенолы, лактоны, оксиды, простые и сложные эфиры и другие соединения [11].
По данным W.Hartwig (2006) [12], известно, что практический выход эфирного масла из надземной массы буквицы лекарственной, произрастающей на территории Хорватии, составляет всего 0,02-0,25%. Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что выход эфирного масла из надземной массы растений, выращенных в условиях северного региона также невелик и составляет 0,048-0,06% в зависимости от условий
произрастания.
Практический выход эфирного масла из воздушно-сухих растительных проб буквицы, выращенных в ботаническом саду Института Биологии, определенный как методом гравиметрии, так и методом внутреннего стандарта при хроматографическом анализе составил 0,061±0,008%, а из растений, выращенных в ботаническом саду СыктГУ - 0,048±0,005%. В составе эфирного масла обнаружено более 100 компонентов. Из них мы достоверно идентифицировали методом хромато-масс спектрометрии 25 соединений (табл. 3).
В эфирном масле отмечено преобладание сесквитерпеноидов над моно-терпеноидами. Из монотерпеноидов больше всего содержится а-пинена (7,49-10,8%). Сумма остальных моно-терпенидов составляет всего 4,5% -7,5%. Отличительной особенностью эфирного масла буквицы лекарственной при выращивании на Севере являются необычайно высокое содержание сесквитерпеноида р-кариофиллена (25,8-45,5%) и гермакрена D (14,3532,7%). По данным литературы [11, 12] в эфирном масле буквицы при выращивании в сравнительно южных районах: в Хорватии и Иране преобладают также кариофиллены и гермакрен D, 14,6-22,9 и 20,1-42% соответственно.
При культивировании B. officinalis в условиях Севера в эфирном масле данного вида впервые идентифицирован 1,2,3,3а,4,5,6,7-октагидро-1,4-ди-метил-7-(1-метилэтэнил)- [1R-(1 а,3,4а,7р)]-азулен (3,82 - 4,14%). Ранее производные азулена были обнаружены в эфирных маслах других видов. Например в Stachys macrantha L. [11] был идентифицирован декагидро-1,1,7-триметил-4-метилен-[1a R(1 a а, 4a р, 7 а, 7ab n, 7b а)]-1Н-циклопропазулен. Помимо сесквитер-пеноидов в эфирном масле буквицы лекарственной были идентифицированы высшие жирные кислоты: гексадекано-
Д а т а измерения
Вегетация Бутонизация Цветение Рис. Динамика роста (А)
и фенология (В) Вє^п^ officinalis (ботсад СыктГУ, 2008г.)
вая (1,24 -1,37%) и в следовых
количествах линоленовая, а также углеводороды: гептакозан и октакозан.
Выводы.
Буквица лекарственная Betonica officinalis L. - многолетнее лесостепное растение евразиатского распространения. При интродукции в условия среднетаежной подзоны Республики Коми особи сохраняют короткокорневищную биоморфу, отличаются от растений природных популяций меньшими размерами.
В течение вегетационного периода растения проходят все фенологические фазы развития (вегетация, бутонизация, цветение, плодоношение, отмирание) и формируют зрелые семена. В условиях Севера фенологические фазы сдвинуты на более поздние сроки. Период вегетации длится 130-140 дней, что значительно короче, чем в природных условиях.
Сравнительный анализ морфомет-
рических признаков семян буквицы лекарственной разных лет сбора выявил различия по окраске, линейным размерам и массе, что связано с погодными условиями конкретного года. Форма семян стабильна. Для вида характерны низкая изменчивость признаков по массе (СУ = 1 - 10%) и длине семян (4 - 9%), средним уровнем изменчивости характеризуется ширина семян (10 - 13%).
Практический выход эфирного масла из надземной массы растения составляет 0,061±0,008% (БС ИБ) и 0,048±0,005% (БС СыктГУ). В составе эфирного масла достоверно доминируют сесквитерпеноиды с преобладанием р-кариофиллена (25,9%) и гермакрена D (32,7%).
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы Президиума РАН «Сохранение и воспроизводство полезных видов флоры Европейского Северо-востока России»
Литература:
1. Мишуров, В.П. Опыт интродукции лекарственных растений в среднетаежной подзоне Республики Коми / В.П. Мишу-ров, Н.В. Портнягина, К.С. Зайнулина, И.В. Шалаева, Н.Ю. Шелаева. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С.19-22, 232.
2. Флора северо-востока европейской части СССР TIV. Семейства Umbelliferae - Compositae. - Л.: Наука, 1977. - С.80, 91, 257.
3. Растения в медицине. - Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1983. - С.281-282.
4. Л акин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - М.: Высш. Школа, 1980. 283 с.
5. Зайцев, Г.Н. Методика биометрических расчетов. Математическая статистика в экспериментальной ботанике / Г.Н. Зайцев. - М.: Наука, 1973. - 256 с.
6. Артюшенко, З.Т. Атлас по описательной морфологии высших растений: семя / З.Т. Артюшенко. - Л.: Наука, 1990. -202 с.
7. Бейдеман, И.Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ / И.Н. Бейдеман. - Новосибирск: Наука, 1974. - С.86-90.
8. Государственная фармакопея СССР 11-е изд., доп. - М.: Медицина, 1987. вып.1. - 334 с.
9. Выделение и анализ природных биологически активных веществ. / Сироткина Е.Е. - Томск: издательство томского университета, 1987. - 178 с.
10. Флора СССР TXXI. /Б.К. Шишкин. - М.: Академия наук СССР, 1954. - С.237-241.
11. Головкин, Б.И. Переселение травянистых многолетников на полярный Север / Б.И. Головкин. - Л.: Наука, 1973. - 265
с.
12. Hartwig B. W.; Pfeifhofer H.W. ; Brantner A.H. ; Males Z.; Plazibat M.Essential oils of seven Stachys taxa from Croatia // Biochemical systematics and ecology, 2006.- V. 34, № 12.- Р 875-881.
13. Safaei-Ghomi J., Bamoniri A., Hatami A., Batooli H. Composition of The Essential oil of Stachys acerosa growing in Central Iran // Chem. of Natur. Compounds, 2007.- V. 43.- № 1.- Р 37-39.
14. Тамкович, Т.В. Компонентный состав эфирного масла Stachys macrantha (C. Koch) / Т.В. Тамкович // Кубанский науч.
Медиц вестник. - Кубань, Кубанское издательство, 2006.- № 10. - С.98-100.___________________________________________________
