CC BY
163
УДК 547.972 + 582.912.3
ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ ФЛАВОНОИДОВ В НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ОРТИЛИИ ОДНОБОКОЙ (ORTHILIA SECUNDA (L.) HOUSE)
© С. С. Ломбоева1, Л.М. Танхаева2, Д.Н. Оленников2
1 Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, пос. Молодежный, Иркутская обл., Иркутск, 664031 (Россия) 2Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, ул. Сахьяновой, 6, Улан-Удэ, 670047 (Россия) E-mail: [email protected]
Изучена сезонная динамика накопления флавоноидов в надземной части ортилии однобокой и установлено, что их максимальное содержание (3,01%) наблюдается в фазе бутонизации - начала цветения (середина июня - середина июля). Исследовано влияние эколого-фитоценотических условий на содержание флавоноидов.
Ключевые слова: флавоноиды, Orthilia Secunda (L.) House, биологически активные соединения. Введение
Образование и накопление в лекарственных растениях биологически активных соединений (БАС) является динамическим процессом, изменяющимся в онтогенезе растения, а также зависящим от многочисленных факторов окружающей среды [1-3].
Изучение динамики накопления флавоноидов имеет как практическое, так и теоретическое значение. С теоретической точки зрения изучение динамики важно для выяснения биохимической роли флавоноидов в жизни растения [4]. Одной из физиологических особенностей растений является неравномерность распределения флавоноидов по органам и тканям растения с преимущественной локализацией в определенных органах. С практической стороны, в целях рационального использования ресурсов лекарственного растения важно установить оптимальные сроки сбора сырья (период максимального накопления БАС), выявить морфологическую часть растения, наиболее богатую БАС, изучить влияние эколого-ценотического окружения на образование и накопление БАС в сырьевой фитомассе.
Цель настоящей работы - изучение динамики накопления флавоноидов в надземной части ортилии однобокой и исследование влияния эколого-фитоценотических условий на образование флавоноидов в данном растении.
Экспериментальные условия
Растительным объектом служила надземная часть ортилии однобокой, собранная в 1999-2003 гг. в разных районах Республики Бурятия. В работе использовали ГСО рутина - ФС 42-2508-87, остальные реактивы имели степень чистоты ч.д.а. Спектроскопические исследования проводили на спектрофотометре Cecil CE 2011.
Работа по изучению эколого-биологических особенностей ортилии однобокой проводилась на 11 ценопо-пуляциях в разных точках ареала в Западном Забайкалье, различающихся по эколого-фитоценотическим условиям. Названия ценопопуляций (ЦП) даны по их местонахождению - по географическим пунктам, вблизи которых они изучались (рис. 1). Фитоценотическая характеристика сообществ дается на основании геоботанических описаний, проводившихся по общепринятой методике [5, 6]. Экологические факторы оценивали количественно. Механический состав почв устанавливали методом раскатывания [7]. В образцах почвы, взятых из корнеобитаемого слоя, определяли ряд агрохимических показателей: кислотность - потенциометрически в
* Автор, с которым следует вести переписку.
солевом растворе, содержание гумуса - по Тюрину в модификации Никитина, общего азота - методом Къель-даля в модификации Шай-Мухамедова, подвижного фосфора и обменного калия - по Чирикову, ионов кальция и магния - по Айдиняну [8, 9], содержание флавоноидов определяли по ранее разработанной методике [10].
Результаты и их обсуждение
Содержание флавоноидов в органах ортилии однобокой и динамика их накопления в течение вегетационного периода. В результате проведенных исследований выявлены различия в содержании суммы флавоноидов и экстрактивных веществ в различных органах растений, собранных в одну фазу вегетации (бутонизации - начала цветения); данные представлены в таблице 1. В качестве модельных экземпляров использовали растения виргинильного и генеративного возрастного состояния ценопопуляции Горячинск-3.
Как следует из приведенных данных, флавоноиды встречаются во всех органах растения, но распределены они неравномерно. Проведенный анализ показал, что в целом суммарное содержание флавоноидов и экстрактивных веществ в надземных органах значительно выше, чем в корневищах и, соответственно, в качестве лекарственного сырья предпочтительнее использование надземных побегов.
Для выяснения закономерностей накопления флавоноидов в течение вегетационного периода и сезонного развития растения, анализировали содержание их суммы по фазам вегетации (табл. 2).
Как показали результаты определения, в надземной части ортилии однобокой во все периоды активной вегетации происходит постоянное изменение содержания флавоноидов. В репродуктивных органах наибольшее содержание наблюдается в бутонах в начале цветения, наименьшее - в плодах. Максимальное их количество в надземной части наблюдается в период бутонизации - начала цветения, а затем происходит постепенное снижение содержания до минимального значения в период окончания плодоношения и осенней вегетации.
Рис. 1. Карта-схема района исследований в Западном Забайкалье. 1, 2, 3 - ЦП Горячинск-1, Горячинск-2, Горячинск-3; 4 - ЦП Максимиха; 5 - ЦП Уро; 6, 7, 8 - ЦП Верхняя Березовка-1, Верхняя Березовка-2, Верхняя Березовка-3; 9 - ЦП Большой Куналей; 10 - ЦП Омулевая гора; 11 - ЦП Петуховка
Таблица 1. Суммарное содержание флавоноидов и экстрактивных веществ в органах ортилии однобокой, %
Органы растения Виргинильные растения Генеративные растения
Стебель 2,05±0,06 2,22±0,08
Лист 3,72±0,11 4,49±0,16
Генеративные органы - 2,33±0,09
Корневище 0,52±0,02 0,50±0,02
Таблица 2. Динамика накопления флавоноидов в надземной части и генеративных органах ортилии
однобокой по фенофазам, %
Фенофаза Надземная часть Генеративные органы
Вегетативная 2,72±0,07 -
Бутонизация - начало цветения 3,01±0,08 2,33±0,04
Цветение 2,98±0,04 2,29±0,05
Плодоношение 2,86±0,10 2,06±0,02
Конец плодоношения 2,68±0,05 -
Таким образом, в качестве лекарственного растительного сырья целесообразно использовать надземные побеги. Лучшими сроками для сбора сырья ортилии однобокой является период бутонизации и цветения растений с середины июня по конец июля.
Динамика накопления флавоноидов в онтогенезе ортилии однобокой. Динамика образования действующих веществ также подчиняется онтогенетическим закономерностям. Онтогенез сопровождается характерными изменениями обмена веществ, причем изменения в обмене белков, углеводов, липидов, а также ферментов, коферментов, витаминов, влекут за собой изменения и в динамике образования продуктов вторичного биосинтеза и, в частности, флавоноидов [11]. Изучение динамики накопления флавоноидов в онтогенезе ортилии однобокой показало повышение содержания этих веществ с увеличением биологического возраста растения, за исключением постгенеративного периода (рис. 2).
Наибольшим содержанием флавоноидов - 3,02-3,05% - характеризуются генеративные растения, причем значения для разных по календарному возрасту побегов практически не меняются. Схожие результаты -относительно стабильные величины от 2,8 до 2,89%, получены и при определении содержания флавоноидов у группы растений виргинильного периода, куда также вошли растения разных календарных возрастов. Содержание флавоноидов падает с переходом растений к постгенеративному периоду, и у субсенильных растений значение их составляет 2,36%. Наименьшее количественное содержание этих веществ - 2,25% - выявлено у ювенильных растений. Полученные данные свидетельствуют об изменении интенсивности биохимических процессов в онтогенезе и могут служить в качестве дополнительного признака, характеризующего возрастные состояния ортилии однобокой.
Содержание флавоноидов, %
3 - |-| |-| Г
2,5 -2 -
Рис. 2. Содержание флавоноидов в надземной части ортилии однобокой в зависимости от возрастного состояния: 1 - однолетние побеги; 2, 3, 4 -двух-, трех-, четырехлетние парциальные побеги; 5, 6, 7 - трех-, четырех-, пятилетние парциальные побеги; 8 - пяти-, шестилетние парциальные побеги
Содержание флавоноидов в надземной части ортилии однобокой в зависимости от эколого-фитоценотических условий. Еще больший спектр химической изменчивости наблюдается у растений под влиянием факторов окружающей среды (условий произрастания). Бесспорность влияния условий произрастания на образование и накопление флавоноидов доказана многими исследованиями [12, 13]. Воздействие комплекса внешних условий может выражаться в зависимости количества и состава флавоноидов от места произрастания в определенных географических пунктах [14].
Степень влияния отдельных факторов среды на образование флавоноидов выявлена еще недостаточно, хотя мнение большинства исследователей сходятся в одном: решающим фактором, оказывающим воздействие на эти процессы, служит свет [15-17]. Светозависимость биосинтеза флавоноидов в растениях проявляется в стимулирующем влиянии света на их количество и качественный состав [18, 19]. Энергичный синтез и накопление флавоноидов играют защитную роль и являются фактором приспособления растений к неблагоприятным условиям среды.
Почва как источник питательных веществ и среда с определенными химическим составом, содержанием воды и микрофлоры, механической структурой имеет важное значение, определенным образом воздействуя на метаболизм растений. Данные литературы свидетельствуют о том, что наибольшее влияние из составляющих эдафического фактора на образование флавоноидов оказывает обеспеченность растений элементами минерального питания. Рядом исследователей выявлено как положительное [20, 21], так и отрицательное
1,5 -
1 -
0,5 -
0 I.-1-1-1-1-1-1-1-
1 2 3 4 5 6 7 8
□ ювенильные □ виргинильные □ генеративные □ субсенильные
[22] воздействие повышенных количеств фосфора и калия на накопление флавоноидов; также установлено, что дефицит азота в почве стимулирует накопление фенольных соединений, в том числе и флавоноидов [18].
Для выявления влияния эколого-фитоценотических факторов на накопление флавоноидов ортилии однобокой анализу подвергли образцы надземной части растений виргинильного возрастного состояния из 11 популяций ортилии однобокой. Изучение количественного содержания флавоноидных соединений в растениях разных местообитаний показало значительное межпопуляционное варьирование по этому показателю - от 2,52 до 3,39% (табл. 3).
Наименьшее накопление флавоноидов наблюдается в образцах ортилии однобокой, собранных в березняке разнотравном (ЦП Верхняя Березовка-1), максимальное - в сосняке рододендроново-брусничном (ЦП Горячинск-2). Также высоким содержанием флавоноидов (более 3%) характеризуются растения, произрастающие в сосняках: редкопокровных (ЦП Петуховка, Верхняя Березовка-3), злаково-разнотравном (ЦП Омулевая гора), разнотравном (ЦП Большой Куналей); необходимо отметить, что в первых трех сообществах растение произрастает в условиях пониженной межвидовой конкуренции вследствие разреженности и скудности травяного покрова.
При сопоставлении данных о накоплении флавоноидов со степенью плодородия почв выявлено положительное влияние такого показателя, как обеспеченность подвижными формами фосфора. В местообитаниях, почвы которых характеризуются высоким содержанием этого элемента питания, растения накапливают значительное количество флавоноидов (табл. 3). К таким местообитаниям относится сосняк редкопокровный (ЦП Верхняя Березовка-3), сосняк редкопокровный (ЦП Петуховка), сосняк злаково-разнотравный (Омулевая гора), березово-сосновый лес разнотравный (ЦП Большой Куналей). Для почв всех изученных местообитаний ортилии однобокой характерно высокое содержание подвижных форм калия, низкое - общего азота, достаточное - гумуса, и влияние этих элементов питания на варьирование содержания флавоноидов в растении четко не прослеживается.
Таблица 3. Суммарное содержание флавоноидов в надземной части ортилии однобокой, собранной из разных местообитаний
Обеспеченность элементами
минерального питания о и я а о Й « § ^ £
№ Местообитание Тип почвы 8 К & о
Гумус, ^общий; Р205, к2о, 1 & 5Т о ч я
% % мг/100 г мг/100 г о о Й ^ £
О
1 Горячинск-2, сосняк родо- Дерново-лесная 5,58 0,203 13,5 10,5 0-0,3 3,39±0,12
дендроново-брусничный супесчаная
2 Петуховка, сосняк редко- Дерново-лесная 5,41 0,189 25,0 30,75 0,3 3,37±0,11
покровный суглинистая
3 Верхняя Березовка-3, Дерново-лесная 8,53 0,280 27,5 22,0 0,3 3,33±0,09
сосняк редкопокровный супесчаная
4 Омулевая гора, сосняк зла- Дерново-лесная 12,3 0,245 23,25 15,0 0,4 3,15±0,10
ково-разнотравный суглинистая
5 Большой Куналей, березо-во-сосновый лес разно- Дерново-лесная 5,96 0,210 23,25 23,0 0,4 3,14±0,13
суглинистая
травный
6 Горячинск-3, сосняк душе- Дерново-лесная 4,96 0,182 4,75 15,0 0,4 2,88±0,09
киево-разнотравный суглинистая
7 Максимиха, сосняк душе- Дерново-лесная
киево-линнево- 6,81 0,175 8,5 37,0 0,5 2,79±0,12
супесчаная
разнотравный
8 Уро, осинник разнотравный Дерново-лесная 4,11 0,133 4,5 15,0 0,4 2,75±0,07
суглинистая
9 Горячинск-1, березово-сосновый лес душекиево- Дерново-лесная 6,56 0,224 1,25 9,5 0,5 2,64±0,10
суглинистая
разнотравный
10 Верхняя Березовка-1, со- Дерново-лесная 15,77 0,322 4,0 18,25 0,6 2,56±0,09
сняк душекиево-бадановый суглинистая
11 Верхняя Березовка-2, бе- Дерново-карбонатная 18,39 0,218 17,75 25,0 0,7 2,52±0,08
резняк разнотравный
супесчаная
При рассмотрении влияния фактора освещенности на содержание флавоноидов ортилии однобокой выявлена несомненная зависимость накопления этих веществ, одной из физиологических функций которых является защита от ультрафиолетовой радиации, от данного фактора. Очевидно, что в растениях более освещенных местообитаний суммарное содержание флавоноидов выше, нежели у растений, произрастающих в более затененных условиях. Так, максимальное накопление флавоноидов - 3,39% - отмечено в надземной части ортилии однобокой, произрастающей на открытых участках соснового леса в условиях хорошего освещения (ЦП Горячинск-2), минимальное - 2,52% - у растений, произрастающих в условиях глубокого затенения при сомкнутости крон 0,7 в березняке разнотравном (ЦП Верхняя Березовка-2). Прямая зависимость накопления флавоноидных соединений ортилии однобокой от степени освещенности прослеживается во всех исследованных местообитаниях.
Выводы
Содержание флавоноидов ортилии однобокой изменяется в ряду различных местообитаний. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что накопление флавоноидов является динамическим процессом. Выявленные сезонные и возрастные изменения количественного содержания данного класса соединений, зависимость их накопления от экологических факторов объясняются, вероятно, значимостью функций, которые выполняют в растениях данные соединения.
Установлено, что в качестве лекарственного растительного сырья ортилии однобокой целесообразно использовать надземные побеги генеративного и виргинильного возрастного состояния - вегетативные 2-4-летние побеги, ввиду стабильности довольно высокого содержания в них суммы флавоноидов (2,08-3,05%).
Суммарное содержание флавоноидов ортилии однобокой изменяется в ряду различных местообитаний; на накопление флавоноидных соединений влияние оказывают такие факторы, как степень освещенности и обеспеченности элементами минерального питания, фитоценотическое окружение. У растений, произрастающих в сосновых сообществах в условиях хорошей освещенности и обеспеченности элементами минерального питания, наблюдается высокое суммарное содержание флавоноидов (3,14-3,39%). Растения, произрастающие в условиях значительного затенения в березняке разнотравном, характеризуются меньшим содержанием этих веществ (2,52%); у растений, произрастающих в сосняке душекиево-бадановом, наблюдается низкое содержание флавоноидов (2,56%) при несколько лучших условиях освещенности, но недостаточном фосфатном питании.
Список литературы
1. Биохимия фенольных соединений / ред. Дж. Харборн. М., 1968. 451 с.
2. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. М., 1974. 123 с.
3. Минаева В.Г. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. Новосибирск, 1978. 252 с.
4. Запрометов М.Н. Биосинтез фенольных соединений и его регуляция // Успехи современной биологии. 1971. Т. 72. Вып. 2. С. 219-252.
5. Полевая геоботаника. М.-Л., 1964. Т. 3. С. 39-62.
6. Ценопопуляции растений. М., 1976. 216 с.
7. Добровольский В.В. Лабораторные работы по географии почв с основами почвоведения. М., 1973. 143 с.
8. Агрохимические методы исследования почв. М., 1975. 656 с.
9. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М., 1979. 487 с.
10. Ломбоева С.С., Танхаева Л.М., Оленников Д.Н. Методика количественного определения суммарного содержания флавоноидов в надземной части ортилии однобокой // Химия растительного сырья. 2008. №2. С. 65-68.
11. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: Распространение, метаболизм и функции в растениях. М., 1993. 272 с.
12. Харборн Дж. Введение в экологическую биохимию. М., 1985. 312 с.
13. Харборн Дж., Симмондс Н.У. Распространение фенольных агликонов в природе // Биохимия фенольных соединений. М., 1968. С. 70-108.
14. Franz Ch., Fritz D., Schröder F.-Y. Einfluss ökologischer Faktoren auf die Bildung des ätherischen Öls und der Flavone verschiedene Kamillenherkunfle. Einfluss von Licht und Temperatur // Planta medica. 1975. №1. S. 46-52.
15. Grisebach H. Biosynthetic patterns in microorganisms and higher plants. N.-Y.- L., 1967. 110 p.
16. Lott H.V. Über den Einfluss der kurzvelligen Strahlung auf die Biosynthese der Pflanzliche Polyphenole // Planta. 1960. V. 55. №5. S. 480-495.
17. Weissenböck G., Reznik H. Änderungen des Flavonoid - Musters während der Samenkeimung von Impatiens balsamina L. // Zeitschrift Pflanzenphysiologie. 1970. Bd. 63. S. 114-130.
18. The flavonoids. London, 1975. P. 970-1055.
19. Steiner A. M. Der Einfluss der Lichtintensität auf Akkumulation einzelner Anthocyane in isolierten Petalen von Petunia hybrida. Zeitschrift Pflanzenphysiologie. 1972. Bd. 68. №3. S. 266-271.
20. Основы химического взаимодействия растений в фитоценозах. Киев, 1972. С. 81-82.
21. Швамбарис Л.-К.А. Биолого-экологическое изучение и использование бессмертника песчаного (Helichrysum arenarium (L.) Moench.) в Литовской ССР: автореф. дис.....канд. биол. наук. Вильнюс,1973. 15 с.
22. Krause J., Reznik H. Der Einfluss der Phosphat- und Nitratverlosung auf den Phenylpropanstoffwechsel in Buchweizblattern (Fagopyrum esculentum Moench.) // Zeitschrift Pflanzenphysiologie. 1972. Bd. 68. №2. S. 134-143.
Поступило в редакцию 20 апреля 2007 г.
