CC BY
326
УДК 582.681.61:577.164
ФЛАВОНОИДЫ И АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА У НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА BEGONIA L.
© Е.А. Карпова , Е.П. Храмова, Т. Д. Фершалова
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН, ул. Золотодолинская,
101, Новосибирск, 630090 (Россия) E-mail: karpova@csbg.nsc.ru
Определено содержание флавоноидов (в том числе гликозидов кверцетина и кемпферола), антоцианов и аскорбиновой кислоты в надземной части растений 7 видов и культиваров рода Begonia L.: Begonia bahiensis, B. bowerae, B. caro-lineifolia, B. fischer var. palustris, B. heracleifolia var. nigricans, B. ‘Erythrophylla’, B. ‘Helen Teupel’. Содержание суммы флавоноидов составило 24-650 мг % абс. сух. массы, в том числе гликозидов кверцетина - З-76 мг %. Гликозиды кемп-ферола были обнаружены только у видов секции Gireoudia (1,2-5,7 мг%). Содержание антоцианов находилось в пределах 60-157 мг %, аскорбиновой кислоты - 5-4З мг % сырой массы. Растения рода Begonia, исследованные нами, представляют интерес в качестве источника комплекса биологически активных соединений, обладающего антиоксидантным и антимикробным действием.
Ключевые слова: Begonia, флавоноиды, кверцетин, кемпферол, антоцианы, аскорбиновая кислота
Введение
За последние десятилетия в мире значительно возрос интерес к изучению лекарственных свойств и химического состава традиционных растений народной медицины, что в значительной степени связано с проявлением побочного действия антибиотиков и устойчивости к ним микроорганизмов. Подобные исследования создают основы получения лекарственных препаратов нового поколения, содержащих комплексы природных биологически активных соединений.
Изучение химического состава растений рода Begonia L., важнейшего в декоративном садоводстве, интересно в первую очередь в связи с тем, что в местах своего естественного произрастания бегонии первоначально получили признание не из-за декоративных качеств, а как лекарственные растения и источники дополнительного питания. Так, в Китае с древних времен B. fimbristipula Hancen, B. acetosella Craib, B. henryi Hemsl. и B. grandis Dryan. используются для приготовления прохладительных напитков, а B. laciniata Roxb. et Wall. - как средство, облегчающее боли при радикулите [1, p. 82-84]. В Америке из В. humilis Dryan. приготавливают популярный лечебный чай от сухого, застойного кашля и лихорадки [2, p. 600-607].
В Новой Гвинее с помощью сока бегоний уменьшают головные боли, обрабатывают раны от ожогов, а листья некоторых видов употребляют в пищу [3, p. 7, 65, 133, 140]. В Индии из В. rotundifolia Lam. готовят кислый ароматный чай, обладающий смягчающим и освежающим действием, а в качестве источника питания используют листья B. macrophylla Lam. В Ассаме из листьев B. rex Putz. заваривают чай, а свежеотжатым соком лечат отравления [4, p. 50-53, 2; p. 600].
Следует отметить тот факт, что длительный и интенсивный процесс интродукции рода привел к появлению некоторых разночтений не только в видовых названиях, но и в названиях гибридов и культиваров. Некоторые формы имеют до 14 синонимов [5]. Например, в литературе 80-х гг. XX в. указан вид B. erythrophylla Neum., который в настоящее время идентифицирован B. “Erythrophylla’: гибрид от B. hydrocotylifolia Otto ex W.J. Hooker и B. manicata Brong., также известный как культивар B. ‘Feastii’. Названия исследованных нами видов и форм даны в соответствии с современной номенклатурой [5, 6].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Несмотря на повышение внимания к вопросам биологии и фармакогнозии тропических растений в мире, сведения о химическом составе и биологической активности видов рода Begonia пока немногочисленны. Выявлена антимикробная активность фракций B. erythrophylla Neum. [7], B. heracleifolia Schlecht. et Cham., B. semperflorens Link et Otto и B. fuchsioides W.J. Hooker [8, 9].
Были установлены фунгистатический и фунгицидный эффект летучих выделений и водных экстрактов B. Albo-picta Bull., B. “Feastii B. rubella F. Hamilton et De Don, B. semperflorens Link et Otto, B. rhizocaulis (Klotzsch) A. DC. против Aspergillus niger, Cladosporium hordei и Penicillium ciclopium [10].
Изучена антибактериальная и противогрибковая активность гексанового, хлороформного и метанольного экстрактов B. malabarica Lam. Исследование подтвердило полезность этого растения как средства для лечения болезней органов дыхания, а также позволило предложить его как средство от диареи и кожных заболеваний, вызываемых патогенными бактериями [11].
Доказана высокая биологическая активность летучих выделений интактных растений рода против широкого спектра граммположительных и граммотрицательных бактерий и грибов рода Candida [12, 13].
В результате фитохимических исследований в составе экстрактов некоторых видов Begonia, обладающих антибактериальным действием, были обнаружены щавелевая кислота, кукурбитацины, жирные кислоты, стеролы, олигосахариды [9] и флавоноиды (рутин, кверцетин, цианидин) [4, 14]. Из листьев B. malabarica выделены фриделин, эпи-фриделин, бета-ситостерин, бета-ситостерин-3-бета-Э-глюкопиранозид, лютеолин, кверцетин [11]; из листьев B. erythrophylla Neum. - кверцетин и его гликозиды (рутин, кверцитрин), 3-О-метилкверцетин, 3-О-метилкемпферол, лютеолин и лютеолин-7-О-глюкозид (цинарозид) [15], витексин, изовитексин, ориентин и изоориентин [16].
В цветках Begonia обнаружены каффеил- и кумароилглюкозиды цианидина [17].
За последние десятилетия на многочисленных объектах, в том числе и из рода Begonia, доказана и широко изучается биологическая активность флавоноидов и экстрактов, содержащих флавоноиды - антиокси-дантное [18, 19], антимикробное [20, 21], противоопухолевое [22] и нейропротекторное действие [23, 24]. Поэтому содержание флавоноидов в растительном сырье является важнейшим показателем его биологической ценности. При этом исследование антиоксидантной активности различных флавоноидов показало, что наибольшие величины этого показателя (ммоль TEAC - Trolox equivalent antioxidant activity) после теафла-вин дигаллата (6,2) имеют кверцетин (4,7) и цианидин (4,4) (на уровне теафлавин-3-галлата). Гликозиды кверцетина имеют более низкую антиоксидантную активность, например рутин (2,4), а флавоны и флавонг-ликозиды еще более низкую (ниже 2,1) [19].
Другим важнейшим показателем биологической ценности растительного сырья, определяющим его антиоксидантную активность, является содержание аскорбиновой кислоты. Существенным является синергизм ее действия с флавоноидами в регуляции окислительно-восстановительных процессов [23, 25, с. 86-88].
В связи с этим представляет интерес провести исследование состава и содержания флавоноидов, флаво-нолов и антоцианов, а также аскорбиновой кислоты у интродуцированных видов и культиваров Begonia, широко представленных в озеленении.
Цель исследования - сравнительное изучение флавоноидов и аскорбиновой кислоты в надземной части 7 видов и культиваров Begonia.
Экспериментальная часть
Объектом исследования являлись 7 видов и культиваров Begonia: B. bahiensis A. DC., B. bowerae Ziesenh. var. major R. Ziesenh., B. carolineifolia Reg., B. fischeri Schrank var. palustris (Bentham) Irmsch., B. heracleifolia Schlecht. et Cham. var. nigricans Hook., B. ‘Erythrophylla’ - гибрид, полученный Феастом в результате скрещивания B. hydrocotylifolia Otto ex Hook. и B. manicata Brong., а также культивар: B. ‘Helen Teupel’, исходным видом которого является B. rex Putz. (табл. 1).
Для исследования были собраны листья и стебли растений в фазе интенсивного вегетативного роста (23.05.2007) из коллекции ЦСБС СО РАН.
Точную навеску воздушно-сухого сырья (0,1-0,5 г) исчерпывающе экстрагировали 70%-ным водным этанолом на кипящей водяной бане. Объединенные извлечения концентрировали под вакуумом до полного удаления спирта и освобождали от липофильных соединений хлороформом. Водный остаток использовали для определения содержания флавонолов.
Таблица 1. Распространение и условия произрастания некоторых видов рода Begonia в природе [5, 6]
Виды Секция Область распространения Природные местообитания
B. rex Platycentrum Юго-Восточная и Южная Азия: Китай; Индия (Ассам, Гималаи) Тропический и субтропический лес (влажные места, в тени деревьев)
B. heracleifolia Gireoudia Центральная и Южная Америка: Тропический лес. На земле, на пирамидах
var. nigricans юг Мексики, Перу Майя. Иногда на деревьях как эпифит
B. carolineifolia Gireoudia Центральная Америка: Гватемала, Мексика Нет данных
B. bowerae Gireoudia Центральная Америка: Мексика Влажные субтропики. Локально, среди скал и утесов (выс. 1120 м над у.м.)
B. hydrocotylifolia Gireoudia Центральная Америка: юг Мексики Тропический дождевой лес, на влажных скалистых утесах
B. manicata Gireoudia Южная и Центральная Америка: Бразилия, Мексика В горных ущельях, в тени и на открытых участках
B. bahiensis Pritzelia Центральная Америка: Бразилия Влажный тропический прибрежный атлантический лес (выс. 600-1500 м. над у.м.). На открытых солнечных местах
B. fischeri var. palustris Begonia Южная Америка Бразилия. Колумбия. Эквадор Влажные тропические леса
Общее содержание флавоноидов в надземной части растений определяли хроматоспектрофотометрическим методом [26, с. 32-33]. Для двумерной хроматографии экстрактов на бумаге использовали системы: н-бутанол - уксусная кислота - вода (40 : 12 : 28) (БУВ) (первое направление) и дистиллированная вода (второе направление) [27, с. 41].
На один лист наносили 0,10-0,15 мл экстракта в зависимости от навески сырья и количества экстракта. Каждую пробу анализировали в трех повторностях. Одну хроматограмму проявляли парами аммиака и 5%-ным спиртовым раствором хлористого алюминия, две другие использовали для количественного определения флавоноидов. По проявленной хроматограмме уточняли расположение пятен, имеющих коричневую и желтую окраску: флавоны, флавонолы, халконы, ауроны [28, с. 18].
Оптическую плотность элюатов определяли на спектрофотометре СФ-26 при длине волны 365 нм. Расчет количества флавоноидов вели по калибровочному графику, построенному по рутину.
Содержание флавонолов - кверцетина и кемпферола, образующихся после кислотного гидролиза соответствующих гликозидов, определяли, используя метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) [29]. Для проведения кислотного гидролиза к 0,5 мл водно-этанольного растительного экстракта прибавляли 0,5 мл НС1 (2 н) и нагревали на кипящей водяной бане в течение 2 ч.
После охлаждения гидролизат разбавляли бидистиллированной водой до У=5 мл и пропускали через концентрирующий патрон Диапак С16 (ЗАО «БиоХимМак») для освобождения от примесей гидрофильной природы. Агликоны смывали 96%-ным этанолом, измеряли объем элюата, который обычно составлял 5-8 мл, и пропускали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм.
Анализ проводили на аналитической ВЭЖХ-системе, состоящей из жидкостного хроматографа «Agi1ent-1100» с УФ-спектрофотометрическим детектором и системы для сбора и обработки хроматографических данных (Германия). Разделение проводили на колонке Диасфер 110С18, размером 150x2 мм с диаметром частиц 6 мкм (ЗАО «БиоХимМак»), применив градиентный режим элюирования. В подвижной фазе содержание метанола в водном растворе ортофосфорной кислоты (0,1%) изменялось от 47 до 49% за 18 мин. Скорость потока элюента - 0,3 мл/мин. Температура колонки - 26 °С. Объем вводимой пробы - 3 мкл. Перед использованием подвижную фазу фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Детектирование осуществляли при Х=360 нм.
Для приготовления подвижных фаз использовали метиловый спирт (ос. ч.), ортофосфорную кислоту (ос. ч.), бидистиллированную деионизированную воду. Для приготовления стандартных образцов брали образцы кверцетина и кемпферола производства фирмы «Р1ика» Стандартные растворы готовили в концентрации 10 мкг/мл в метиловом спирте. Объем вводимой пробы - 3 мкл.
Количественное определение индивидуальных агликонов в элюатах проводили по методу внешнего стандарта.
Содержание индивидуальных компонентов (Сх) в процентах в пересчете на абсолютно-сухое сырье вычисляли по общеизвестной формуле:
С =
k• Cст • S1 ■V1 -V2-100 S2 • M • (100 - B)
где Сст - концентрация соответствующего стандартного раствора флавонола, мкг/мл; Si - площадь пика флавонола в анализируемой пробе, е.о.п.; S2 - площадь пика стандартного флавонола, е.о.п.; V1 - объем элюата после вымывания флавонолов с концентрирующего патрона, мл; V2 - общий объем экстракта, мл; М - масса навески, мг; В - влажность сырья, %; k - коэффициент для пересчета концентрации агликона на соответствующий гликозид: 2,504 - для кверцетина, 2,588 - для кемпферола [29, 30].
Анализ каждого образца проводили в 2-кратной повторности.
Содержание антоцианов определяли спектрофотометрическим методом в 1%-ном солянокислом водном экстракте [31, с. 15-18]. Содержание суммы антоцианов рассчитывали с применением удельного показателя поглощения цианидин-3,5-дигликозида в 1%-ном водном растворе соляной кислоты (453). Оптическую плотность полученного экстракта измеряли при длинах волн 510 и 657 нм. Поправку на содержание хлорофилла и продуктов его деградации учитывали по следующей формуле [32]:
A = A510 — 0,25 х A 657,
где A510 и A657 - оптическая плотность экстракта, измеренная при 510 и 657 нм.
Определение содержания аскорбиновой кислоты проводили титрованием с краской Тильманса [33, С. 86-91].
Обсуждение результатов
Содержание флавоноидов в надземной части исследованных видов и культиваров бегоний было невысоким и находилось в пределах от 24 до 650 мг%. Наиболее значительные уровни этого показателя обнаружены у культивара B. «Helen Teupel» (650 мг%) и B. carolineifolia (427 мг%), наиболее низкие величины - у B. heracleifolia var. nigricans (65 мг%) и культивара B. «Erythrophylla» - 24 мг% (табл. 2).
Таблица 2. Содержание флавоноидов и аскорбиновой кислоты в образцах надземной части Begonia
Вид Сумма флавоноидов, мг% от а.с.м. Гликозиды, мг % от а.с.м. Антоцианы, мг% от а.с.м. Аскорбиновая кислота, мг % от сырой массы
кверцетина кемпферола
B. ‘Helen Teupel’ 650 4,5 - 97,1 11,4
B. heracleifolia var. 65 45,8 2,2 61,6 7,1
nigricans
B. carolineifolia 427 3,4 5,7 65,6 28,2
B. bowerae 202 11,7 1,2 156,7 4,9
B. ‘Erythrophylla’ 24 22,2 1,7 94,4 13,6
B. fischeri var. palustris 256 76,4 - 64,9 6,6
B. bahiensis 139 52,6 - 59,5 43,1
Содержание гликозидов кверцетина при этом значительно варьировало от 3,4 (B. carolineifolia) до 76,4 мг% (B. fischeri var. palustris). Гликозиды кемпферола были обнаружены только у видов и культиваров секции Gireoudia в пределах от 1,2 (B. bowerae) до 5,7 мг% (B. carolineifolia). Других агликонов обнаружено не было.
Нами найдено только одно упоминание о количественных показателях содержания флавоноидов у представителей Begonia. По данным Рамеша, содержание кверцетина в метанольном экстракте листьев B. mala-barica составило 0,09% [11], что в целом соответствует обнаруженному нами уровню гликозидов кверцети-на и активным концентрациям, приведенным в литературных источниках по изучению антиоксидантного и антимикробного действия кверцетина (5-100 мкг/мл экстракта) [20, 24].
Следует отметить, что для образцов с наиболее низкими величинами содержания флавоноидов было характерно преобладание гликозидов флавонолов в их сумме. У остальных видов доля гликозидов флавонолов
в сумме флавоноидов составляла менее 50% (B. bahiensis, B. fischeri var. palustris) и ниже (B. ‘Helen Teupel’, B. carolineifolia, B. bowerae).
Содержание антоцианов варьировало от 59,5 (B. bahiensis) до 156,7 мг% (B. bowerae). Наиболее значительный уровень антоцианов обнаружен у B. bowerae (156,7 мг%), B. ‘Helen Teupel’ (97,1 мг%) и B. ‘Erythrophylla’ (94,4 мг%).
Содержание аскорбиновой кислоты в большинстве образцов было незначительным (около 10 мг% от сырой массы) и только у B. carolineifolia и B. bahiensis - существенно выше (28,2 и 43,1 мг% соответственно).
Обращает на себя внимание определенная специфичность химического состава азиатского по происхождению культивара B. ‘Helen Teupel’, исходная форма которого B. rex относится к секции Platycentrum. Он содержит максимальное количество флавоноидов при очень низком содержании кверцетина, отсутствии кемпферола и значительном уровне антоцианов.
Виды и культивары секции Gireoudia отличаются одновременным содержанием гликозидов кверцетина и кемпферола, в отличие от остальных образцов, содержащих только кверцетин.
Таким образом, содержание суммы флавоноидов и гликозидов кемпферола можно рассматривать как биохимические признаки, перспективные для дальнейшего изучения в качестве хемотаксономических маркеров на уровне секций.
Выводы
Результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что наличие комплекса биологически активных веществ, содержащего флавоноиды, в том числе гликозиды кверцетина и кемпферола (в видах и культиварах секции Gireoudia), антоцианы и аскорбиновую кислоту в надземной части исследованных образцов Begonia, позволяет рассматривать их в качестве источников средств лечебного и профилактического назначения.
Выявлена химическая специфичность секции Gireoudia по составу агликонов флавонолов, а также азиатского по происхождению (секция Platycentrum) культивара B. ‘Helen Teupel’ по содержанию суммы флаво-ноидов.
Содержание суммы флавоноидов и наличие гликозидов кемпферола можно рассматривать как признаки, перспективные для дальнейшего изучения в качестве хемотаксономических маркеров на уровне секций.
Список литературы
1. Shi Z. A Rare House Plant - Begonia / Famous Flovers from Yunnan. Kunming, 1999.
2. Morton J.D. Atlas of medicinal plants of Middle America. Bahamas to Yocatan. Charles Thomas, Springfield, Illinois, USA. 1981. 1420 p.
3. Paijmans R. (Ed.) New Guinea Vegetation. NewYork, 1976.
4. Ayensu E. S. Medicinal Plants of the West Indies. Michigan, 1981. 288 p.
5. Tebbitt M.C. Begonias: cultivation, identification, and natural history. Portland: Timber press. 2005. 270 p.
6. Golding I., Wasshausen D.C. Begoniaceae. 2nd ed. Washington, 2002. 289 p.
7. Urban A.S., Zakhareusky A.S., Melentovich L.A., Kuznetsova Z.P., Vereskovsky V.V. Effects of biflavanoids from
Begonia erythophylla on acute renal failure in rats. (Eds. Zakhareyskii A.S., Stoma O.V.) // Mater. Knof. Belorusskoe meditsinskoe Obshchestvo Farmakologov Toksikologov. Minsk, 1953. P. 50-53.
8. Frisby A., Roberts J.M., Jennings J.C., Gottshall R.Y., Lucas E.H. The occurrence of antibacterial substances in seed plants with special reference to Mycobacterium tuberculosis // Michigan agriculture Experimental Station Quarterly Bulletin. 1953. №35. P. 392-404.
9. Frei B., Heinrich M., Herrmann D., Orjale J.E., Schmitt J., Sticher O. Phytochemical and biological investigation of Begonia heracleifolia // Planta Medica. 1998. №64. P. 385-386.
10. Исаева Р.Я., Каспари В.М., Юрчак Л.Д. Антифунгальные свойства некоторых растений семейства бегониевых // Первая респ. конф. по мед. ботанике. Киев, 1984. С. 168-169.
11. Ramesh N., Viswanathan M.B., Saraswathy A., Balakrishna K., Brindha P. Phytochemical and antimicrobial studies of Begonia malabarica // Journal of Ethnopharmacology. 2002. №79. P. 129-132.
12. Цыбуля Н. В., Казаринова Н.В. Фитодизайн как метод улучшения среды обитания человека // Растительные ресурсы. 1998. Т. 34. Вып. 3. С. 112-129.
13. Фершалова Т.Д., Якимова Ю.Л., Цыбуля Н.В. Фитонцидная активность летучих выделений некоторых видов рода Begonia // Исследование молодых ботаников Сибири. Новосибирск, 2001. С. 102-105.
14. Chirol N., Jay M. Acylated anthocyanins from flowers of Begonia // Phytochemistry. 1995. V. 40. №1. P. 275-277.
15. Вересковский В.В., Горленко С.В., Кузнецова З.П., Довнар Т.В. Флавоноиды листьев Begonia erythrophylla // Химия природных соединений. 1987. №6.
16. Вересковский В.В., Кузнецова З.П., Довнар Т.В. Флавон-С-гликозиды Begonia erythrophylla // Химия природных соединений. 1987. №6.
17. Harborne J.B., Williams C.A. Anthocyanins and other flavonoids // Natural Product Reports. 1998. P. 631-652.
18. Cao G., Sofic E., Prior R.L. Antioxidant and prooxidant behavior of flavonoids: structure-activity relationships // Free Radical Biology & Medicine. 1997. V. 22. №5. P. 749-760.
19. Rice-Evans C. A., Miller N. J., Paganga G. Antioxidant properties of fenolic compounds // Trends in plant science. 1997. V. 2. №4. P. 152-159.
20. Gatto M.T., Falcocchio S., Grippa E., Mazzanti G. etc. Antimicrobial and antilipase activity of quercetine and its C2-C16 3-O-Acyl-Esters // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2002. №10. P. 269-272.
21. Cowan M. M. Plant products as antimicrobial agents // Clinical Microbiology Rewies. 1999. V. 12. №4. P. 564-582.
22. Hollman P.C., Hertog M.G. & Katan M.B. Role of dietary flavonoids in protection against cancer and coronary heart disease // Biochem. Soc. Trans. 1996. V. 24. P. 785-789.
23. Skaper S.D., Fabris M., Ferrari V., Carbonare M.D., Alberta L. Quercetin protects cutaneous tissue-associated cell types including sensory neurons from oxidative stress induced by gluthatione depletion cooperative effects of ascorbic acid // Free Radical Biology and Medicine, 1997. V. 22. №4. P. 669-678.
24. Dok-Go H., Lee K.H., Kim H.J., Lee E.H., etc. Neuroprotective effects of antioxidative flavonoids, quercetine, (+) -dihidroquercetin and quercetin 3-methyl ether, isolated from Opuntiaficus-indica var. saboten // Brain research. 2003. V. 965. P. 130-136.
25. Петрова В.П. Биохимия дикорастущих плодово-ягодных растений. Киев, 1986. 287 c.
26. Высочина Г.И. Фенольные соединения в систематике и филогении семейства гречишных. Новосибирск, 2004. 240 с.
27. Хроматография на бумаге / Под ред. И.М. Хайса и К. Мацека. М., 1962.
28. Клышев Л.К., Бандюкова В.А., Алюкина Л.С. Флавоноиды растений. Алма-Ата, 1978. 200 с.
29. Юрьев Д.В., Эллер К.И., Арзамасцев А.П. Анализ флавонолгликозидов в препаратах и БАД на основе экстракта Ginkgo biloba // Фармация. 2003. №2. С. 7-9.
30. Beek T.A. Chemical analysis of Ginkgo biloba leaves and extracts // J. of chromatography А. 2002. №967. P. 21-35.
31. Методические рекомендации по анализу плодов на биохимический состав. Ялта, 1982. 21 с.
32. Close D. C., Beadle C. L., Battaglia M. Foliar anthocyanin accumulation may be a useful indicator of hardiness in eucalypt seedlings // Forest Ecology and Management. 2004. V. 198. №1-3. P. 169-181.
33. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. Л., 1987. 430 с.
Поступило в редакцию 26 июня 2008 г.
