CC BY
94
ХИМИЯ
УДК 581.192:582.736.3
ФИТОХИМИЧЕСКИИ АНАЛИЗ ЛИСТЬЕВ И ПЛОДОВ AMORPHA FRUTICOSA L ВО ВТОРИЧНОМ АРЕАЛЕ
Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН, Россия 127276, Москва, ул. Ботаническая, 4 E-mail: [email protected]; [email protected]
А.Г. Куклина О.В. Шелепова
Установлено, что листья и плоды Amorpha fruticosa из популяций вторичного ареала содержат от 0.19 до 1.55% суммы флавоноидов,
1.02-1.21% водорастворимых моносахаров и 0.83-1.01% водорастворимых полисахаров, являются накопителями Ш, содержание Fe, Mn, Zn, Си и От ниже средних уровней, характерных для растений Нечерноземной зоны РФ. Обнаружена тесная корреляционная связь между суммой флавоноидов и содержанием в растениях Fe, Мп, Си, Оо и От.
Ключевые слова: Amorpha fruticosa, микроэлементы, углеводы, фла-воноиды, обмен веществ.
Введение
Аморфа кустарниковая (Ашотрка fruticosa Ь., БаЪасеае) - раскидистый кустарник высотой 2-3 м с непарноперистосложными листьями (длиной 25-30 см), которые имеют по 11-25 листочков, завершающихся коротким шипиком. Верхушечное соцветие обычно состоит из трех узких кистей с мелкими темно-фиолетовыми цветками. Плод длиной 6-8 мм -нераскрывающийся почковидно выгнутый боб с железками в виде бородавочек [1]. Естественный ареал вида - Северная Америка: в США шт. Северная Каролина, Индиана, Айова, Миссури, Небраска, Канзас [2].
В Европе А. frШicosa культивируется с XVIII века. В 1724 году ее завезли в Англию в качестве декоративного растения [3]. К 1907 году аморфа стала настолько обычной в континентальной Европе, что даже обнаружила склонность к дичанию, а в середине XX столетия натурализовалась во многих европейских странах [4, 5]. Вид широко распространен в Австралии и культивируется на родине в Северной Америке [1, 3]. В России А. 1тийсо8а впервые появилась в конце XVIII века в ботаническом саду Санкт-Петербурга, с середины XX века ее обычно выращивают южнее Воронежа. В настоящее время А. &ийсо8а считают потенциально опасным инвазионным видам, поскольку активно разрастается за счет корневой поросли и легко восстанавливается после вырубки. Из-за того, что А. 1тийсо8а способна образовать одновидовые, трудно искореняемые, заросли, вид представляет угрозу естественному биоразнообразию [6].
В Москве (ГБС РАН) А. fruticosa с 1938 года [7] проявляет себя как относительно зимостойкий вид: ежегодно в начале июля цветет и плодоносит. Плоды появляются в августе, но только к октябрю буреют, распространяя сильный терпкий запах. Согласно литературным сведениям, в листьях и плодах присутствуют эфирные масла (3.5%) с терпенами [5, 8]. Для кожевенной промышленности из аморфы можно получать дубильные вещества. В семенах содержатся технические жиры (18-22%), подобные которым используются в производстве олифы [9, 10]. Плоды А. &ийсо8а - источник эфирного масла, перспективного для лакокрасочной и мыловаренной промышленности. В эфирной вытяжке плодов содержится до 94% смол, применяемых в медицине, при изготовлении резины и пластмассы. Шрот масла в виде обезжиренной муки, полученный при экстракции, насыщен белковым азотом (4.37%), водорастворимыми углеводами (12.5%) и крахмалом (6.4%); в семенах выделены витамин Е, белок и углеводы [10, 11].
В зрелых плодах обнаружен гликозид аморфин (фрутицин) [12], его концентрация варьирует в пределах 0.65-0.76% [13]. Аморфин не только воздействует на центральную нервную систему человека как седативное и кардиотоническое средство [14], но и является эффективным инсектицидом против 29 видов насекомых-вредителей. Отмечено, что наиболее ток-
сичны плоды, на которых много крупных бородавчатых железок [15]. В плодах обнаружены и другие ротеноидные гликозиды - аморфигенин [16] и аморфигенол [17, 18]. В растении имеются биологически активные флавоноиды: апигенин, обладающий желчегонным и спазмолитическим воздействием; кемпферол с капилляроукрепляющими, тонизирующими и противовоспалительными свойствами; кверцетин является антиоксидантом, подобно рутину [14, 19]. Для оценки лекарственных и кормовых достоинств A. fruticosa фитохимических сведений недостаточно, отсутствуют данные о наличие микроэлементов.
Целью работы было изучение содержания биофлавоноидов, водорастворимых сахаров и микроэлементов в образцах аморфы кустарниковой из популяций вторичного ареала в России и Словакии.
В задачи исследования входило определение концентраций полисахаров и моносахаров в листьях растений; проведение анализа содержания суммы флавоноидов, зольности и микроэлементов в листьях и плодах; обнаружение корреляционной зависимости между суммой фла-воноидов и концентрацией микроэлементов.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования служили 7 образцов A. fruticosa, собранных в июле 2011 году А.Г. Куклиной и Ю.К. Виноградовой: 1-3) Россия, Москва, дендрарий Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН (ГБС РАН), листья с трех кустов; 4-7) Словакия, окрестности г. Нит-ра, листья и плоды с четырех кустов.
Образцы сушили в затененном месте с хорошей вентиляцией до воздушно-сухого состояния. В дальнейшем после стандартной подготовки в образцах спектрофотометрически определяли содержание суммы флавоноидов (ВФС 42-1777-87) и водорастворимых углеводов (Патент на изобретение №2406293 от 14.12.2007). Анализ 7 эссенциальных (Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Ni, Cr) и 2 условно эссенциальных (Pb, Cd) микроэлементов проводили методом атомноадсорбционной спектрометрии согласно ГОСТу 27262-97 на спектрофотометре Hitachi Z-6000. Аналитическая повторность опытов 3-х кратная. Полученные результаты статистически обработаны и использованием стандартной программы Microsoft Excel, Р<5%.
Результаты и их обсуждение
Содержание суммы флавоноидов в проанализированных образцах изменялось в достаточно широком диапазоне - от 0.19 до 1.55%. Повышенные уровни флавоноидов зафиксированы в образцах листьев, собранных в Москве (1.24-1.55%), в то время как для образцов из Словакии характерно более низкое содержание данных соединений (0.86-1.04%). Минимальные уровни суммы флавоноидов зафиксированы в плодах аморфы (0.1-0.29%), они в 3-5 раз меньше, чем в листьях растения. Сравнение этих данных с аналогичными у Robinia pseudoacacia [20] показало, что листья A. fruticosa в 1.8-2.0 раза беднее флавоноидами, а плоды обоих видов содержат в целом одинаковое количество полифенолов (рис. 1).
В листьях аморфы кустарниковой в основном преобладают свободные водорастворимые моносахара, представленные глюкозой, ксилозой и фруктозой, - их содержание колеба-лется от 1.02 до 1.21%, тогда как количество водорастворимых полисахаридов (сахарозы и раффинозы) не превышает 1.01%.
Известно, что растениям свойственна дискретность микроэлементного состава. С учетом того, что микроэлементы являются важнейшими биологически активными веществами, определяющими интенсивность протекания практически всех видов обмена веществ, выделение видов растений, способных аккумулировать отдельные микроэлементы является весьма актуальной и не до конца реализованной задачей. Важность и сложность решения этой проблемы связана с тем, что микроэлементный профиль растения формируется как под влиянием генетически сложившегося видоспецифического аккумулятивно-химического аппарата растения, так и биогеохимических условий произрастания. Так, в почвах Нечерноземной зоны РФ отмечено низкое содержание Zn, Cu, Mn и ряда других элементов. В условиях дисбаланса микроэлементов в почвах чрезвычайно интересно проследить, характерна ли виду растения, произрастающему в разных регионах, аккумуляционная способность в отношении того или иного микроэлемента.
В проанализированных образцах наиболее значительно варьировало содержание Co (в 6.4 раза), Cr (в 4.8 раза) и Mn (в 4.5 раза) (табл.). Концентрация Cu изменялась не столь значительно - в 1.9 раза, Zn - 2.2 и Fe - 2.1. Количество таких техногенных элементов, как Pb и Cd, было на уровне, характерном для незагрязненных сообществ, менее 0.5 мг/кг (Pb) и 0.1 мг/кг (Cd).
Рис. 1. Сумма флавоноидов (%) в листьях и плодах Amorpha fruticosa и Robinia pseudoacacia
Fe - железо играет важную биологическую роль в жизнедеятельности всех живых организмов. Этот элемент участвует в регуляции обмена веществ, процессах транспорта кислорода, тканевого дыхания, активации и ингибировании ферментных систем, в поддержании иммунологической устойчивости. Железо является необходимым биохимическим компонентом ключевых процессов метаболизма и роста клеток. Содержание железа в проанализированных образцах варьировало от 44.82 мг/кг до 21.13. Это в 9.4 раза ниже среднее показателя по данному элементу, характерному для Нечерноземной зоны (319.2 мг/кг) [20]. Причем концентрация элемента была ниже в образцах листьев из Словакии. Плоды аморфы обогащены железом (21.1-30.0 мг/кг).
Таблица
Содержание микроэлементов (мг/кг) в листьях и плодах Amorphafruticosa, Р<5%
Попу- ляции Образцы Золь- ность, % Fe Mn Zn Cu Ni Co Cr
Россия, Москва, ГБС РАН Листья с 1-го куста 5.72 44.82 28.70 30.06 9.29 2.684 1.163 0.184
Листья с 2-го куста 5.49 43.35 34.26 25.37 8.33 2.945 1.133 0.161
Листья с 3-го куста 5.97 37.64 32.83 29.92 6.21 2.473 0.909 0.139
Словакия, окрестности г. Нитра Листья с 1-го куста 8.17 37.31 20.12 15.51 5.99 1.716 0.712 0.086
Листья с 2-го куста 8.68 29.56 18.84 13.85 6.02 1.137 0.862 0.098
Листья с 3-го куста 7.96 28.79 16.36 14.13 6.13 1.135 0.515 0.078
Листья с 4-го куста 7.36 31.78 19.98 15.66 5.83 1.011 0.445 0.072
Плоды с 1-го куста 5.34 30.03 9.48 22.78 4.92 1.639 0.287 0.050
Плоды с 2-го куста 5.16 24.74 9.16 20.23 5.33 1.499 0.249 0.042
Плоды с 3-го куста 5.58 21.13 8.15 19.49 5.02 1.788 0.234 0.046
Плоды с 4-го куста 5.55 27.02 7.66 18.95 5.01 1.730 0.179 0.036
Мп - марганцу принадлежит важная роль в жизнедеятельности каждого организма: многочисленные реакции углеводного, белкового и фосфорного обмена катализируются ферментами, активируемыми ионами марганца. Его дефицит отрицательно влияет на стабильность мембран клеток. В нашей выборке растений содержание элемента в растениях изменялось от 34.26 до 7.66 мг/кг, что ниже аналогичного показателя, характерного для Нечерноземной зоны РФ (101.5 мг/кг). Более высокая концентрация марганца отмечена в листьях (в среднем 31.93 мг/кг в образцах из Московского региона и 18.83 - из Словакии) по сравнению с плодами, где его концентрация в 2-3 раза ниже.
Zn - цинк входит в состав ферментов, которые катализируют процессы биосинтеза и
метаболизма нуклеиновых кислот, белка и энергообразования, контролирует действие ряда витаминов и фолиевой кислоты. Концентрация элемента варьировала от 30.06 до 13.85 мг/кг, что несколько ниже среднего содержания элемента в Нечерноземной зоне РФ (36.8). Наиболее обогащены цинком листья растений, собранных в Московском регионе. Также зафиксировано, что плоды аморфы являются концентраторами цинка, так как в плодах элемента в 1.5—1.2 раза больше, чем в вегетативных органах.
Си - медь наряду с железом участвует в окислительно-восстановительных процессах, проходящих в организмах. Она является кофактором ряда важных ферментов, роль которых особо возрастает при возникновении в организме воспалительных процессов. Медь наряду с цинком входит в состав фермента супероксиддисмутаза, который расщепляет чрезвычайно токсичное соединение - супероксидный радикал кислорода, что способствует усилению защитных функций организма. Роль элемента возрастает при дефиците железа. Концентрация элемента изменялось от 9.29 до 4.92 мг/кг, что ниже среднего уровня элемента (12.2 мг/кг) в растениях Нечерноземной зоны РФ. Более значительный уровень меди обнаружен в листьях аморфы Московского региона, тогда как в образцах из Словакии содержание элемента в 1.3-1.5 раза ниже. Следует отметить, что содержание меди в плодах аморфы практически на одном уровне с содержанием элемента в листьях растений.
М - никелем активизируется ряд ферментов, связанных с углеводным обменом. Кроме того, он стабилизирует структуру рибосом, оказывает неспецифическое действие на такие ферментные комплексы как нитратредуктаза, пептидаза и ряд других. Содержание элемента колебалось от 1.01 до 2.95 мг/кг. Эти величины превышают среднее содержание элемента (1.06 мг/кг) в выборке растений Нечерноземной зоны РФ. Аккумуляторами никеля являются как листья, так и плоды аморфы - для элемента характерен базипетальный тип распределения по растению.
Со - незаменимость кобальта является следствием его участия в образовании витамина В12 - одного из главных компонентов процесса кроветворения. Кроме того, он участвует в углеводном обмене, а также в обмене жирных и фолиевой кислот. Концентрация элемента в проанализированных образцах варьировала очень значительно - от 0.18 до 1.16 мг/кг и в Московском регионе в среднем составила 1.07 мг/кг, что выше аналогичного показателя в Нечерноземной зоне РФ (0.96 мг/кг), т. е. листья аморфы являются накопителем данного элемента. Содержание кобальта у аморфы из Словакии несколько ниже в листьях - в среднем 0.64 мг/кг и плодах - в среднем 0.24 мг/кг.
Сг - хром играет важную роль в утилизации углеводов, так как именно иону хрома (III) присуща способность связывать молекулу инсулина с инсулинзависимыми рецепторами биомембран клетки. Также он участвует в метаболизме холестерина, что препятствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний и атеросклероза. Концентрация хрома у изученных образцов аморфы колебалось от 0.04 (плоды) до 0.18 (листья) мг/кг, что ниже среднего содержания элемента в растениях Нечерноземной зоны РФ (0.26 мг/кг).
Содержание большинства элементов было выше в листьях аморфы, собранных в Московском регионе, в то время как зольность московских образцов была значительно ниже (в 1.4 раза) и соответствовала уровню зольности образцов с плодами из Словакии.
Проведенный корреляционный анализ показал наличие тесной связи между суммой флавоноидов и содержанием Ев (10.95= 0.83), Мп (10.95=0,91), Си (1*0.95=0.85), Со (1*0.95=0.93) и Сг (1*0.95=0.93). С учетом того, что микроэлементы являются катализаторами, определяющими интенсивность синтеза большинства биологически активных веществ, выявление корреляционных связей между этими показателями весьма актуально.
Заключение
Полученные данные расширяют представление о биохимическом составе листьев и плодов А. /гиНсоэа, собранных в популяциях вторичного ареала. Растения содержат от 0.19 до 1.55% суммы флавоноидов, 1.02-1.21% водорастворимых моносахаров и 0.83-1.01% водорастворимых полисахаров. Концентрация Ев, Мп, Zn, Си и Сг в листьях аморфы не превышает референтных значений, характерных для выборки растений Нечерноземной зоны РФ, в то же время листья и плоды являются накопителями N1. Содержание всех элементов выше в растениях аморфы, собранных в Московском регионе, что, по-видимому, обусловлено биогеохими-ческими условиями произрастания. Нами обнаружена корреляционная связь между суммой флавоноидов и концентрацией Ев (1*0.95=0.83), Мп (1*0.95=0,91), Си (1*0.95=0.85), Со (1*0.95=0.93) и Сг (1-0.95=0.93). Фитохимическое исследование подтверждает целесообразность дальнейшего изучения этого объекта в качестве продуцента важных биологически-активных соединений.
В заключение авторы выражают благодарность зам. директора ГБС РАН Ю.К. Виноградовой за сбор растительных образцов в Словакии и С.Л. Рысину за предоставлен-
ную возможность сбора образцов A. fruticosa в дендрологической коллекции ГБС РАН, а также Т.В. Воронковой за помощь в проведении биохимических анализов.
Список литературы
1. Соколов С.Я., Шипчинский Н.В. Аморфа - Amorpha L. // Деревья и кустарники СССР. -М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1958. - Т. 4. - С. 135-140.
2. Torrey J., Gray A. Flora of North America. - New-York: Wiley & Putman, 1838. - 712 p.
3. Rehder A. Manual of cultivated trees and shrubs hardy in North America. - N.-Y: MacMillan Company, 1949. - 996 p.
4. Ball P.W. Amorpha L. // Flora Europaea. - 1968. - Vol. 2. - P. 127.
5. Hegi G. Amorpha L. // Illustrirte Flora von Mittel-Europa. - Berlin @ Hamburg: Verlag Paul Parey, 1975. - Vol. 4. - H. 3. - P. 1385-1386.
6. Виноградова Ю.К., Куклина А.Г., Ткачева Е.В. Плодоношение некоторых видов рода Amorpha L. во вторичном ареале // Древесные растения: фундаментальные и прикладные исследования. -М: Астра-Полиграфия, 2012. - Вып. 2. - С. 23-31.
7. Древесные растения Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина Российской академии наук. -М.: Наука, 2005. - 586 с.
8. Lis A., Gora J. Essential oil Amorpha fruticosa L. // J. Essential Oil Res. - 2001. - Vol. 13. -№ 5. - P. 340-342.
9. Беляев Н. Семена и масло Amorpha fruticosa // Маслобойно-жировое дело. - 1933. -№ 9. - С. 26-27.
10. Аморфа - ценная техническая культура // Лесное хозяйство. - 1957. - № 6. - С. 94.
11. Земляницкий Л.Т. Перспективы использования аморфы в агролесомелиорации и промышленности // Ботан. журн. - 1951. - Т. 36. - № 3. - С. 299-302.
12. Захаров В.П., Либизов Н.И., Асланов Х.А. Лекарственные вещества из растений и способы их производства. - Ташкент: Изд-во «ФАН», 1980. - 232 с.
13. Касымов А.У., Кондратенко Е.С., Абубакиров Н.К. Спектрофотометрическое определение содержания аморфина в плодах Amorpha // Химия природных соединений. - Ташкент: Изд-во «ФАН», 1969. - № 3. - С. 177-178.
14. Головкин Б.Н. Биологически активные вещества растительного происхождения. М.: Наука, 2001. - Т. 1-2. - 764 с.
15. Васина А.Н. Инсектисидные свойства растений аморфы // Природа. - 1950. - Т. 39. -№ 7. - С. 66-67.
16. Аморфигенол-Б-Б-глюкопиранозид из Amorpha / А.У. Касымов, Е.С. Кондратенко, Я.В. Рашкес, Н.К. Абубакиров // Химия природных соединений. - Ташкент: Изд-во «ФАН», 1970. -№ 2. - С. 197-201.
17. Касымов А.У., Кондратенко Е.С., Абубакиров Н.К. Аморфигенин-Б-Б-глюкозид из Amorpha // Химия природных соединений. - Ташкент: Изд-во «ФАН», 1968. - № 5. - С. 326-327.
18. Cromble L., Dewick P.M., Whiting D.A. Biosynthesis of Rotenoids. Chalcone, Isoflavone, and Rote-noid Stages in the Formation of Amorphigenin by AmorphafruticosaSeedlings // J. Chemical Society. Perkin Transactions I. - 1973. - Vol. 12. - P. 1285-1290.
19. Клышев Л.К., Бандюкова В.А., Алюкина Л.С. Флаваноиды растений. - Алма-Ата: Наука, 1978. - 220 с.
20. Cromble L., Dewick P.M., Whiting D.A. Biosynthesis of Rotenoids. Chalcone, Isoflavone, and Rote-noid Stages in the Formation of Amorphigenin by AmorphafruticosaSeedlings // J. Chemical Society. Perkin Transactions I. - 1973. - Vol. 12. - P. 1285-1290.
PHYTOCHEMICAL ANALYSIS OF LEAVES AND FRUITS OF AMORPHA FRUT/COSAL. IN THE SECONDARY HABITAT
A.G. Kuklina O.V. Shelepova
N.V.Tsitsin Main Botanical Garden of RAS, Botanicheskaya St., 4, Moscow, 127276, Russia
E-mail: [email protected]; [email protected]
It has been established that leaves and fruits of Amorpha fruticosa collected in the secondary habitat contain from 0.19 to 1.55% of flavonoids, 1.02 to 1.21 % of water-soluble monosacharides, and 0.83 to 1.01% of water-soluble polysacharides, and accumulate Ni. Content of Fe, Mn, Zn, Cu and Cr is less than average observed in plants of Non-Black Earth zone of the Russian Federation. A close correlation between the density of flavonoids and that of microelements (Fe, Mn, Cu, Co, Cr) has been observed.
Key words: Amorpha fruticosa, microelements, carbohydrates, flavanoids, metabolism.
