CC BY
50
ФИТОХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ARTEMISIA MESSERSCHMIDTIANA
BESS
Искакова Жанар Бактыбаевна
канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник института прикладной химии,
ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, Республика Казахстан, г. Астана
Е-mail: zhanariskakova@mail. ru CYлеймен Ерлан Мэлсулы канд. хим. наук, PhD, директор института прикладной химии, доцент кафедры химии, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, Республика Казахстан, г. Астана
Е-mail: suleimen [email protected] Ишмуратова Маргарита Юлаевна канд. биол. наук, доцент кафедры фармацевтических дисциплин Карагандинского университета «Болашак», Республика Казахстан,
г. Караганда Е-mail: margarita. ishmur@mail. ru Дудкин Роман Васильевич канд. биол. наук, научный сотрудник Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН;доцент Дальневосточного федерального университета; ведущий научный сотрудник Ботанического сада -института
ДВО РАН, Россия, РФ, г. Владивосток Е-mail: r doudkin@mail. ru Горовой Петр Григорьевич академик, профессор, лаборатория хемотаксономии Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН, Россия, РФ, г. Владивосток
Е-mail: petrgorovoy@gmail. com
PHYTOCHEMICAL INVESTIGATION OF ARTEMISIA MESSERSCHMIDTIANA BESS
Iskakova Zhanar
Candidate of Chem. Science, Senior Researcher of the Institute of Applied Chemistry
ENU, Republic of Kazakhstan, Astana
Suleimen Yerlan
Candidate of Chem. Science, PhD, Director of the Institute of Applied Chemistry, Associate Professor of Chemistry Department of L.N. Gumilev ENU, Republic of
Kazakhstan, Astana
Ishmuratova Margarita
Candidate of biol. Sciences, assistant Professor of Pharmaceutical Sciences Karaganda University "Bolashak", Republic of Kazakhstan, Karaganda
Doudkin Roman
candidate. biol. Sciences, Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Associate Professor of the Far Eastern Federal University, Botanical Garden-Institute, Leading
staff scientist FEB RAS, Russia, Vladivostok
Gorovoy Petr
academician, Professor, Laboratory of Chemotaxonomy, Pacific Institute of
Bioorganic Chemistry, Russia, Vladivostok
АННОТАЦИЯ
Проведено изучение надземной части Artemisia messerschmidtiana Bess и выделен скополетин, строение которого установлено спектральными методами, установлен состав эфирного масла, изучена антибактериальная и цитостатическая активность сухого экстракта и эфирного масла. Методом атомно-эмиссионной спектрометрии определено содержание 43 химических элементов в составе растения. Изучено анатомическое строение A. messerschmidtiana Bess.
ABSTRACT
The aerial parts of Artemisia messerschmidtiana Bess was studied and scopoletin was isolated, the structure of which is established by spectroscopic methods; the composition of essential oils was studied and antibacterial and cytostatic activity of the dry extract and essential oil were investigated. By atomic emission spectrometry determined the content of 43 chemical elements in the composition of the plant. The anatomy of A. messerschmidtiana Bess. was studied
Ключевые слова: Artemisia messerschmidtiana Bess.; скополетин; ЯМР; эфирное масло ; хроматомасс-спектрометрия; антибактериальная и цитостатическая активность; сухое озоление; элементный состав растений; анатомическое строение.
Keywords: Artemisia messerschmidtiana Bess.; scopoletin; NMR; essential oil; GC/MS; antimicrobial and cytotoxic activity; dry ashing; elemental composition of plants, anatomy.
Artemisia messerschmidtiana Bess. (полынь Мессершмидта) — полукустарник высотой 60-80 см семейства Asteraceae. Произрастает в Бурятии, Иркутской и Читинской областях, Краснодарском крае, Монголии на склонах с закустаренной лугово-степной растительностью, опушках [10].
Ранее из сырья Artemisia messerschmidtiana Bess, учеными Южной Кореи выделены метиловый эфир эскулина, дафнетин, 6-метиловый эфир эскулетина, диметиловый эфир дафнетина, эскулин, умбеллиферон, 7-метиловый эфир эскулетина, эскулетин, хернарин, диметиловый эфир эскулетина и кумарин [12].
Для изучения компонентного состава Artemisia messerschmidtiana Bess. использовали мелкоизмельченную часть сырья, собранного в октябре 2011 г. на левом берегу реки Раздольная (Суйфун), окрестности села Чернятино Октябрского района Приморского края. Гербарный код 103564.
666 г сырья A, messerschmidtiana Bess трижды экстрагировали хлороформно-спиртовым раствором. Хлороформно -спиртовой экстракт отгоняли на роторном испарителе. Полученный сгущенный экстракт обрабатывали водным спиртом.
Фильтрат извлекали хлороформом. Полученный остаток (29 г) хроматографировали на колонке с силикагелем (соотношение сумма: носитель = 1:12).
При элюировании колонки системой петролейный эфир -этилацетат (1 : 1) выделено белое кристаллическое вещество (1). Выделенное соединение состава С10Н8О4 оказалось аналогичное выделенному ранее (схема 1) [13, 15].
Схема 1. Структура 7-гидрокси-6-метоксикумарина (скополетин) (1)
Таблица 1.
Данные ЯМР 1Н (500 МГц, CDCl3, б, м.д., J/Гц) и 13С (120 МГц, CDCl3, б,
м.д.) молекулы (1}
Атом Ьв 5с Атом Ьв §с
2 - 161,37 с 7 - 144,01 с
3 7,58 д (J=9.9) 143,22 д 8 6.82 с 107,53 д
4 6,25 д (J=9.9) 113,45 д 8а - 150,31 с
4а - 149,72 с OCH3 3.93 с 56,43 кв
5 6,90 с 103,21 д ОН 6,14 с —
6 — 111,51 с
Эфирное масло A.messerschmidtiana получали методом гидродистилляции на аппарате Клевенджера в течение 2-х часов [2]. Выход масла составил 0,2 %.
Хроматомасс-спектрометрический анализ эфирных масел проводили на газовом хроматографе Agilent 7890A с масс-селективным детектором Agilent 5975C. Введение пробы проводили с помощью автоматического пробоотборника Agilent 7693. Управление системой осуществлялось программным обеспечением ChemStation (версия E.02).
Для анализа масла использовали кварцевую газохроматографическую капиллярную колонку 30 м х 0,25 мм с 5 % фенилметилполисилоксановым покрытием 0,25 мкм (HP-5MS) фирмы J & WScientific. Температура на входе была установлена на уровне 250 °C, инжектор работал в режиме разделения в соотношении 25:1. Температурный режим: начальная температура 45 °C поддерживалась в течение 2 мин, далее было запрограммировано повышение температуры до 200 °C со скоростью 1,5 °С/мин, затем — до 280 °С со скоростью 15 °С/мин и температура оставалась постоянной в течение 10 мин. Работа масс-спектрометра проводилась в режиме сканирования в диапазоне от 50 до 650 Дальтон. Индексы удерживания пересчитывали относительно нормальных углеводородов.
Как видно из таблицы 2, основными компонентами эфирного масла A.messerschmidtiana являются 1,8-цинеол — 37,2 %, камфора — 32,0 %, борнеол — 9,5 % и изоциклоцитраль — 4,0 %.
Таблица 2.
Состав эфирного масла A.messerschmidtiana
ВУ Соде, % Компонент ВУ Соде, % Компонент
6,735 0,2 Трициклен 23,889 0,2 Изоборнилацетат
7,168 0,4 □ -Пинен 24,168 2,1 Хриз антенилацетат
7,836 2,6 Камфен 27,548 1,8 Борнилацетат
11,581 1,8 p-Цимен 28,274 0,3 2-(1 -Метилэтилиден)-бицикло [2.2.1]гептан-7-
он
11,966 37,2 1,8-Цинеол 32,154 0,2 2,6-Диметил-2,6-
октадиен
16,745 4,0 Изоциклоцитраль 33,952 0,8 Геранилацетат
17,235 0,2 Хризантенон 39,437 0,4 Гермакрен-D
18,259 0,2 Псевдоциклоцитраль 39,885 0,2 □ -Селинен
18,889 32,0 Камфора 44,740 0,3 Фарнезол
19,735 0,7 Пинокарвон 45,130 1,1 Спатуленол
20,447 9,5 Борнеол 45,269 0,9 Кариофиллен оксид
1-,4,4-Триметил- 2,2,4-Триметил-1,3-
20,865 0,2 бицило (3.2.0)гепт-6- 46,043 0,3 пентандиол
ен-2-ол диизобутират
20,985 0,5 4-Терпинеол 49,697 0,4 t-Мууролол
21,764 0,3 p-Цимен-8-ол 49,942 0,2 Селинен
21,908 0,2 Тимол 57,25 0,3 Каларен
22,096 0,4 3-Карен 59,976 0,1 Дииз о бутилфталат
Нами изучены антибактериальная и цитостатическая активности сухого экстракта и эфирного масла A.messerschmidtiana Bess.
Антибактериальная активность изучена по отношению к бактериям Staphylococcus aureus, Staphylococcus aureus (MRSa), Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium intracellulare, и грибам Candida albicans, Candida glabrata, Candida krusei, Aspergillus fumigatus, Cryptococcus neoformans. По результатам исследования антибактериальной активности установлено, что исследуемые образцы растительного экстракта и эфирного масла A. messerschmidtiana Bess. нетоксичны, не обладают антибактериальной активностью.
Нами исследованы сухой экстракт и эфирное масло A. messerschmidtiana на цитостатическую активность в отношении личинок морских рачков Artemia salina по методике [14].
По результатам исследования цитостатической активности установлено, что сухой экстракт не обладает цитостатической активностью (таблицы 3—5).
Таблица 3.
Цитотоксическая активность сухого экстракта A. messerschmidtiana
10 мг/мл
Па ра К-во личинокв контроле К-во личинок в образце % выжив ших % выживш их личинок в образце Смерт Нали чие нейро токси чност и, %
лл ел ь вы ж. поги б. вы ж поги б. пар. личино к в контрол е ность, А,%
1 25 1 24 1 0
2 21 0 22 2 0 96 96 0 0
3 22 2 24 1 0
Ср 23 1 23 1 0
Таблица 4.
Цитотоксическая активность сухого экстракта А. messersсhmidtiana 5 мг/мл
Пар алл ель К-во личинок в контроле К-во личинок в образце % выживш их личинок в контрол е % выживш их личинок в образце Смертн ость, А,% Наличи е нейрот оксичн ости,%
вы ж. поги б. вы ж поги б. пар.
1 25 1 24 1 0 96 96 0 0
2 21 0 26 1 0
3 22 2 27 0 0
Ср 23 1 26 1 0
Таблица 5.
Цитотоксическая активность сухого экстракта А. messersсhmidtiana 1 мг/мл
Пара К-во личинокв контроле К-во личинок в образце % выжив ших % выживш их личинок в образце Смерт Налич ие нейрот оксичн ости, %
ллел ь вы ж. поги б. вы ж поги б. пар. личино к в контрол е ность, А,%
1 25 1 25 0 0
2 21 0 24 1 0 96 96 0 0
3 22 2 25 0 0
Ср 23 1 25 0 0
На основании проведенного эксперимента можно предположить, что эфирное масло А. messersсhmidtiana во всех испытанных концентрациях проявляют острую летальную токсичность — все личинки погибают, выявлена высокая цитостатическая активность (таблицы 6—8).
Таблица 6.
Цитотоксическая активность эфирного масла А. messersсhmidtiana 10 мг/мл
Пара ллел ь К-во личинокв контроле К-во личинок в образце % выживш их % выживш их личинок в образце Смер тност Нали чие нейро
вы ж. поги б. вы ж поги б. пар. личинок в контроле ь, А,% токси чност и, %
1 25 0 0 26 0
2 27 2 0 25 0 96 0 96 0
3 21 1 0 17 0
Ср 24 1 0 23 0
Таблица 7.
Цитотоксическая активность эфирного масла А. messersсhmidtiana 5 мг/мл
Пара К-во личинокв контроле К-во личинок в образце % выжив ших % выживш их личинок в образце Смерт Налич ие нейрот оксичн ости, %
ллел ь вы ж. поги б. вы ж поги б. пар. личин ок в контро ле ность, А,%
1 25 0 0 24 0
2 27 2 0 24 0 96 0 96 0
3 21 1 0 25 0
Ср 24 1 0 24 0
Таблица 8.
Цитотоксическая активность эфирного масла А. messersсhmidtiana 1 мг/мл
Пара К-во личинокв контроле К-во личинок в образце % выжив ших % выживш их личинок в образце Смерт Нали чие нейро токси чност и, %
ллел ь вы ж. поги б. вы ж поги б. пар. личин ок в контро ле ность, А,%
1 25 0 0 19 5
2 27 2 0 20 7 96 0 72 24
3 21 1 0 19 6
Ср 24 1 0 19 6
Как известно, элементный состав растений видоспецифичен, зависит от многих факторов окружающей среды и может варьировать в довольно широких пределах. Для нормального роста и развития растений чрезвычайно важны взаимодействия между химическими элементами. Состав и содержание микроэлементов, обусловлены элементным обменом данного растения, условиями произрастания и микроэлементным составом почвы [4, 5, 7].
Нами исследованы элементный состав золы надземной части растений А. те88вг8сИт1Ш1апа. Работ по изучению элементного состава А. те88вг8скт1Ш1апа произрастающего на территории Дальнего Востока нам не известно. В связи с этим целью исследования являлась оценка особенностей накопление химических элементов в растении. Для этого было проведено сухое озоление сырья надземной части данного вида полыни. Содержание элементов определялось методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе 1СР-ЛЕБ в химико-аналитической лаборатории ТОО «Азимут Геология» г. Караганды [8, 11].
Таким образом, при исследовании установлено содержание в надземной части растений 43 химических элементов. Результаты исследования приведены в таблице 9.
Таблица 9.
Элементный состав золы А. твББвгБсктЬйНапа
№ Элемент Символы Содержан ие (мг/кг) № Элемент Символы Содержан ие (мг/кг)
1 Гафний ИГ 1,25 23 Олово Бп <0,1
2 Индий 1п <0,1 24 Ванадий V 26,86
3 Уран и <0,05 25 Церий Се 10,12
4 Тантал Та <0,1 26 Литий Ы 518,4
5 Галлий Оа <10 27 Лантан Ьа 1,361
6 Скандий Бс <0,1 28 Кадмий Сё 2,48
7 Фосфор Р 1425 29 Медь Си 675,5
8 Сурьма Sb <0,1 30 Иттербий Yb 0,74
9 Марганец Mn 825,3 31 Иттрий Y 6,72
10 Свинец Pb 16,79 32 Цинк Zn 198,7
11 Титан Ti 943,7 33 Серебро Ag <0,1
12 Цирконий Zr 23,38 34 Кобальт Co 21,47
13 Мышьяк As <0,1 35 Стронций Sr 973,9
14 Вольфрам W <0,1 36 Золото Au <100
15 Хром Cr 23,53 37 Таллий Tl <0,1
16 Никель Ni 32,11 38 Железо Fe 3953
17 Германий Ge <0,1 39 Платина Pt <10
18 Висмут Bi <0,1 40 Торий Th <0,05
19 Барий Ba 138,3 41 Теллур Te <0,1
20 Бериллий Be 0,92 42 Бор B 34,84
21 Ниобий Nb 3,17 43 Алюминий Al 10535
22 Молибден Mo 0,455
Для стандартизации ценного растительного сырья и определения локализации эфирного масла мы провели изучение анатомического строения A. messerschmidtiana Bess. Характерными чертами строения являются: изолатеральные клетки эпидермиса листа, размещение железок и устьиц только на нижней стороне листа.
Объекты и методика исследований:
Исследовались надземные органы полыни Мессердшмидта (листья, стебли и соцветия). Воздушно -сухое сырье размачивали в горячей воде и размягчали в смеси глицерин-спирт-вода дистиллированная в соотношении 1:1:1 [3, 9], кипятили в 5 %-ном водном растворе гидроксида калия. Изготавливали поверхностные препараты и срезы вручную. Рисунки выполняли при помощи аппарата РА-4М. При описании анатомического строения использовали принципы, изложенные в трудах В.Н. Вехова, Л.И. Лотовой [1, 6].
Микроскопия
Клетки верхнего и нижнего эпидермиса (рис. 1) листа крупные, почти прямостенные, изолатеральные. На нижней стороне отмечены устьица, овальной формы, аномоцитного типа и бобовидные эфиро-масличные железки. Поверхность не густо опушена мелкими Т-образными волосками.
Рисунок 1. Эпидермис нижней (А) и верхней (Б) стороны листа A. messerschmidtianaBess: 1 — устьица, 2 — эфиро-масличныежелезки, 3 — Т-
образные волоски
Листочки обертки цветочных корзинок широко -овальной формы, травянистые (рис. 2). Эпидермис состоит из тонких прозенхимных клеток, поверхность покрыта приподнимающимися эфиро-масличными железками, состоящими из 8 клеток, расположенных в 2 ряда и 4 яруса. Трихомы редкие, Т -образные.
Рисунок 2. Анатомическое строение листочков обвертки Artemisia messerschmidtiana Bess: А — листочек обвертки, Б — участок эпидермиса края листочка обвертки; 1 — эфиро-масличные железки, 2 — трихомы
Цветки у полыни 2-х типов: пестичные краевые и центральные обоеполые. Пестичные цветки узко -воронковидные с расширенной нижней частью; обоеполые бокальчатые (рис. 3). Оба типа в верхней части имеют многочисленные эфиро -масличные железки, приподнимающиеся над поверхностью. Клетки венчика прозенхимные.
Рисунок 3. Анатомическое строение венчиков цветков A. Messerschmidtiana: А — пестичный цветок, Б — обоеполый цветок, В — участок эпидермиса венчика цветка, 1 — эфиро-масличная железка
Таким образом, нами выделен скополетин и установлено его строение методами ЯМР, проведено изучение состава эфирного масла, антибактериальной и цитостатической активности экстракта и эфирного масла A. messerschmidtiana Bess., определен элементный состав растительного сырья и изучено анатомическое строение.
Список литературы:
1. Вехов В.Н., Лотова Л.И., Филин В.Р. Практикум по анатомии и морфологии высших растений. М.: МГУ, 1980. — 560 с.
2. Государственная Фармакопея СССР. Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье МЗ СССР. 11-е изд. М., 1990. — 400 с.
3. Долгова А.А., Ладыгина Е.Я. Руководство к практическим занятиям по фармакогнозии. М.: Медицина, 1977. — 255 с.
4. Кабатта-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989. — 439 с.
5. Кисличенко В.С. Лекарственные растения — источники минерального питания // Провизор. — 1999. — № 20. — С. 45—48.
6. Лотова Л.И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений. М.: КомКнига, 2007. — 512 с.
7. Ноздрюхина Л.Г., Гринкевич Н.И. Нарушение микроэлементного обмена и пути его коррекции. М.: Наука, 1980. — 280 с.
8. Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавок методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой: Метод. указания МУК 4.1.1483-03: М.: ФЦ ГСЭН МЗ РФ, 2003. — 36 с.
9. Прозина М.Н. Ботаническая микротехника. М.: Высшая школа, 1960. — 206 с.
10. Флора Сибири. Т. 13. Aseyracyay (Compositay) И.М. Красноборова 1997, — 472 стр.
11. Фортескью Дж. Геохимия окружающей среды. М.: Мир, 1985. — 360 с.
12. Hahn D.R. Biochemical studies on the constituents of Artemisia messerschmidiana and their derivatives. Cholagogic activity of coumarin derivatives // Journal of the Pharmaceutical Society of Korea. — 1966. — V. 10.
— P. 25.
13. Pham G.D. Coumarin and its derivatives in Artemisia annua L. in Vietnam // Journal Tap Chi Duoc Hoc. 2002. — P. 11—13.
14. Suleimenov E.M. Components of Peusedanum morisonii and their antimicrobial and cytotoxic activity // Chemistry of Natural Compounds. — 2009. — № 45 (5) — P. 710—711.
15. Zielinska-Sowicka R., Szymanska M., Gepert A. Isolation of scopoletine from the roots of Scopolia lurida // Journal Annales Academiae Medicae Lodzensis.
— 1971. — V. 12. — P. 417.
