CC BY
55
УДК 582.998.2:581.135.51:668:52
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЭФИРНОГО МАСЛА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА GALATELLA CASS. (ASTERACEAE DUMORT.) ИЗ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
© Е.А. Королюк,а* Л.М. Покровский,3 А.В. Ткачев аб
а Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН, пр. Академика Лаврентьева, 9, Новосибирск, 630090 (Россия) e-mail: koroljuk@nioch.nsc.ru
б Новосибирский государственный университет, кафедра органической химии, ул. Пирогова, 2, Новосибирск, 630090 (Россия) e-mail: atkachev@nioch.nsc.ru
Авторы благодарят О.Н. Бурчак, Е.В. Малыхина, А.М. Чибиряева (НИОХ СО РАН), А.А. Алексеева (ИХКиГ СО РАН), М.С. Юсубова (Томский медицинский университет) и М.В. Логачеву (Новосибирский государственный педагогический университет) за помощь в сборе сырья и подготовке образцов эфирных масел.
Методом хромато-масс-спектрометрии изучен состав образцов эфирного масла, полученных из растений 7 видов рода ОаШеПа, произрастающих в Новосибирской и Курганской областях, Алтайском крае и Республике Алтай, а также выращиваемых в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН. Выявлены закономерности различий компонентного состава масла в зависимости от условия произрастания растений, онтогенетических стадий, условий хранения сырья.
До настоящего времени не прекращается дискуссия о понятии «признак» в таксономии, его ценности и таксономической значимости. В своей работе мы попытались разобраться, возможно ли использовать терпеновые соединения (в данном случае компоненты эфирного масла) в качестве таксономического признака, и если да, то на каком уровне таксономической иерархии этот признак максимально надежен.
Не вызывает сомнения то, что любые химические маркеры надежны на родовом и выше уровнях. В работах по систематике сложных полиморфных видов часто используют качественный состав и количественное содержание эфирных масел как показатели видовой или внутривидовой самостоятельности. Из литературы известны два взаимоисключающих взгляда на выделение хемотипов, хеморас, хемодемов и их генетическую устойчивость: некоторые исследователи считают, что правомерно выделять хемоформы в качестве генетически устойчивой внутривидовой таксономической единицы [1, 2], другие авторы не согласны с такой точкой зрения [3].
Низшие терпеноиды - моно- и сесквитерпеновые соединения - представляют собой одну из важнейших группу вторичных метаболитов растений, набор которых определяется особенностями их биосинтеза. Если первичные стадии биосинтеза терпеноидов, приводящие к линейным пренилпирофосфатам, являются общими для всех растений, то дальнейшие ферментативные превращения этих фосфорилированных интермедиатов являются специфическими для разных видов или групп видов. В связи с простотой извлечения низших терпеноидов из растений (перегонка с паром -гидродистилляция) и относительной легкостью их химического анализа (газовая хроматография), эта группа соединений является весьма привлекательной в качестве химического маркера, который можно использовать в хемосистематике растений. Вместе с тем направление и интенсивность биосинтеза низших терпеноидов - хотя и предетерминированы во многом генетически - в то же время очень
Автор, с которым следует вести переписку.
чувствительны ко многим факторам. Поэтому корректные систематические построения возможны только при условии выявления тех различий в составе терпеноидов, которые не связаны с естественными различиями, появляющимися из-за разных погодно-климатических и экологических условий, а также с различиями в самом анализе - технике сбора и хранении сырья, выделения терпеноидов и методике их анализа.
Выбор объекта в представленной работе не случаен. Нами в течение последнего десятилетия активно изучалась эта группа растений с помощью традиционных и дополнительных методов систематики [4-7]. Хорошо зная сложности в таксономии этих близкородственных видов, можно проанализировать степень изменчивости химических признаков, а, главное, проверить чувствительность и надежность выделяемых химических признаков и применяемых методик.
Характеристика объекта
К роду Солонечник (Galatella Cass.) семейства Asteraceae Dumort. относится около 35-45 видов, распространенных в Южной и Средней Европе и на значительной части Азии. Род описан Cassini H.-A. в 1825 г. До настоящего времени существовало четыре тенденции в трактовке этого и близких к нему родов Crinitaria Cass. и Linosyris Cass.
De Candolle [8], Ledebour [9], Boisser [10] считали эти роды близкими, но вполне самостоятельными. В Европе Merxmuller&Schreiber [11] объединяют эти роды в один род Aster L. s. l. Известные отечественные монографы рода Л. М. Кемулярия-Натадзе [12], а следом и Н. Н. Цвелев [13] признавали род Galatella Cass. и Linosyris Cass, отличными от Aster L., но род Crinitaria включали в Lynosyris в качестве подсекции. Некоторые авторы признают род Galatella отличным от Aster, но более мелкие Crinitaria и Lynosyris включают в Galatella или в качестве подрода (Новопокровский [14, 15]), или секций (Цвелев [16], Королюк [17]). В предложенной работе мы придерживаемся мнения, что род Galatella целостный, на территории Сибири представлен 9 видами и 1 подвидом, принадлежащим трем секциям. Виды этого рода полиморфны, в местах наложения ареалов многие авторы выделяют переходные популяции.
Все виды рода Galatella - это многолетние корневищные травы, зачастую являющиеся доминантами и содоминантами дерновинно-злаковых и опустыненных степей на солонцах и солонцеватых почвах, а также произрастающие в разреженных лесах, луговых степях, на засоленных лугах в лесостепной и степной зоне. Это растения, плохо поедаемые скотом, видимо, в связи со значительным накоплением терпенов в надземной массе. Так, А.А. Горшковой [18] отмечено для европейской части России, что в случаях перевыпаса и непоедания скотом видов Солонечника происходит нарушение фитоценоза. Это приводит к изменению гидрорежима и так называемому опустыниванию степей, далее идет зарастание фитоценозов видами ^лонечника.
При выявлении эфирномасличных растений сибирской флоры и сопредельных территорий, рядом исследователей [19] изучалось количественное содержание эфирных масел нескольких видов рода Солонечник. Качественный состав эфирных масел для сибирских популяций солонечников исследован нами впервые и представлен в ранее опубликованных небольших работах [20, 21].
Материалы и методы
Нами исследовано 7 видов. Из секции Galatella: Galatella biflora (L.) Nees, G. dahurica DC. G. altaica Tzvel.; из секции Fastigiatea: G. angustissima (Tausch) Novopokr., G. hauptii (Ledeb.) Lindl., секции Chrysocomella: G. villosa (L.) Reichenb., G. tatarica (Less.) Novopokr. Образцы для изучения эфирного масла собраны в местах естественного произрастания из разных точек ареала и на экспозиционном участке «Систематикум» лаборатории Гербария ЦСБС СО РАН. Характеристика мест сбора и содержание эфирного масла в исследованных образцах приведены в таблице 1. При сборе учитывались фаза развития растения, погодные условия. Гербарные образцы хранятся в коллекциях ЦСБС СО РАН (NS).
Для получения образцов эфирного масла использовалась средняя проба: с опытной или описываемой площадки размером 1 м2'. Иногда отгонку масла производили непосредственно после сбора. В большинстве случаев траву сушили в пучках в подвешенном состоянии на воздухе при обычной температуре в затененном месте. Высушенное сырье хранили от 2 до 12 месяцев до получения эфирного масла, перед этим сырье измельчали.
Эфирные масла получали методом гидродистилляции из сырого и воздушно-сухого сырья в течение 4-6 часов. Количество масла определяли волюметрически.
Компонентный состав образцов эфирного масла исследовали методом хромато-масс-спектометрии на газовом хроматографе Hewlett-Packard 5890/II с квадрупольным масс-спектрометром (НР MSD 5971) в качестве детектора. Использовалась 30-метровая кварцевая колонка НР-5 (сополимер 5%-дифенил-95%-диметилсилоксана) с внутренним диаметром 0,2 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0.2 цм. Процентный состав эфирных масел вычислялся по площадям пиков без использования корректирующих коэффициентов. Качественный анализ основан на сравнении времен удерживания и полных масс-спектров с соответствующими данными компонент эталонных масел и чистых соединений, если они имелись, и с данными библиотеки масс-спектрометрических данных Wiley275 (275000 масс-спектров) и каталогов [22, 23].
Локализация эфирного масла
Сведения о локализации эфирного масла в тканях растения представляют не только практический интерес, так как это определяет технологию получения эфирного масла, но и позволяют использовать данные о морфологии терпеноидсодержащих структур как диагностические признаки для целей систематики. В результате микроскопического анализа всей надземной части растений было выявлено, что эфирные масла у всех видов Солонечников накапливаются в экзогенных образованиях (эфирномасличные железки) и в схизогенных вместилищах. секции данного рода имеют четкие различия по морфологии железистых трихомов, а сочетание комплекса признаков: топографии схизогенных вместилищ и железистых трихом - является дополнительным диагностическим признаком на уровне рода [5, 6].
Результаты анализа состава эфирного масла
Все образцы эфирного масла исследованных нами видов рода Galatella представляют собой легко подвижные маслянистые не смешивающиеся с водой жидкости (плотность 0,8-0,9 г/см3), слегка желтоватого или желтовато-зеленоватого цвета с характерным приятым запахом. В составе эфирного масла мы обнаружили до 40 компонентов, все основные компоненты с содержанием не менее 0.1% от общей суммы легко идентифицируется по масс-спектрам и временам удерживания.
Прежде чем говорить о том, что данный таксон (род, вид и т.д.) отличается от другого по тому или иному выделяемому признаку, следует удостовериться, что материал «сравнимый». В связи с этим мы попытались получить и сравнить образцы эфирного масла, меняя один из факторов, влияющий на компонентный состав при прочих равных условиях.
Прежде всего, мы сравнивали компонентный состав эфирного масла, полученный из растений G. biflora и G. angustissima на разных фазах развития при прочих равных условиях (табл. 2). Здесь компонентный состав меняется значительно. У обоих видов в фазу цветения практически вдвое увеличивается содержание сабинена относительно других компонентов и появляется множество (около 20) компонентов, содержание которых менее 1%. Из значимых отличий обращает на себя внимание вдвое уменьшенное количество лимонена у вида G. biflora и снижение ß-мирцена у вида G. angustissima при переходе растения к фазе цветения. Вероятно, это происходит за счет образования новых функционально органов, в клетках которых синтезируются дополнительный набор веществ. Очевидно, что различные органы растения функционально и анатомически различны, что и объясняет различия в составе масла: как видно из таблицы 3, в фазе цветения заметно отличается состав масла из разных частей растения - из соцветий (присутствуют вегетативные и генеративные органы) и стеблей и листьев (только вегетативная часть).
Таблица 1. Характеристика исследованных образцов видов рода Солонечник (ОаШеНа)
№ п/п
География и экология
Фаза развития растения, характеристика сырья, дата сбора.
Выход
масла (%)*
Galatella biflora
1 Новосибирск, ЦСБС СО РАН, экспозиционный участок «Систематикум», (интродуцированное)
2 То же, что и № 1
Новосибирская область, Искитимский район, окр. станции «67 км» по ж/д ветке Новосибирск-Черепаново, пойма р. Шипуниха, выходы скал
То же, что и № 3
5 То же, что и № 3
6 То же, что и № 3
7 То же, что и № 3
8 То же, что и № 3
9 Новосибирская область, Искитимский район, окр. станции «67 км» по ж/д ветке Новосибирск-Черепаново, пойма р. Шипуниха, луговая степь
10 Новосибирская область, Чулымский район, 110 км по трассе Новосибирск-Омск, восточнее на 20 км ст. «Чулым», солонцеватый луг
11 Новосибирская область, Убинский район, окр. с. Убинка в 5 км по трассе Новосибирск-Омск, солонцы
12 Новосибирская область, Чулымский район, 3 км западнее пос. Чулым, по трассе Новосибирск-Омск, засоленные луга
13 Новосибирская область, Новосибирский район, окр. пос. Ключи, смешанный лес по берегу реки Шадрихи.
14 Новосибирская область, Барабинский район, окр. с. Таскаево, в 15 км севернее оз. Сартлан, солонцы
15 Республика Алтай, Майминский район, окр. пос. Кызыл-Озек, остепненный южный спиреево-разнотравный склон
16 Алтайский край, Угловский район, оз. Бол. Тассор. Солонцеватая степь
17 Алтайский край, Калманский район, окр. с. Огни, 4-5 км вниз по реке Ниж. Калманка. Закустаренная степь
18 Республика Алтай, Онгудайский район, 644 км по трассе Новосибирск-Ташанта, правый приток р. Урсул, вдоль дороги. Караганово-разнотравная степь.
19 Курганская область, Звериноголовский район, окр. с. Верх. Алабуга
фаза бутонизации, свежее, 20.07.98
фаза массового цветения, свежее, 07.09.98
фаза вегетации, свежее, 26.06.98
фаза массового цветения, свежее, только соцветия, 25.08.98
То же, только листья и стебли.
фаза вегетации, свежее, 04.07.99
фаза вегетации, свежее, 26.06.00
фаза вегетации, свежее, 25.05.01
фаза вегетации, свежее, 26.06.98
фаза цветения - начало плодоношения, воздушно-сухое,
27.08.98
фаза массового цветения, воздушно-сухое, 30.08.99
фаза массового цветения, воздушно-сухое, 30.08.99
фаза массового цветения, воздушно-сухое, 19.08.99
фаза массового цветения-начало плодоношения, воздушно-сухое,
31.08.99
фаза бутонизации - начало цветения, воздушно-сухое,
12.08.98
фаза массового цветения-начало плодоношения, воздушно-сухое,
12.09.99
фаза бутонизации, свежее, 16.07.99
фаза массового цветения, свежее, 30.07.99
фаза массового цветения, воздушно-сухое, 23.07.98
0,29** 0,18** 0,07**
0,08**
0,14** 0,15** 0,08** 0,09** 0,10
0,12
0,12 0,18
0,09 0,11
0,20
0,12
0,13** 0,15**
0,10
ОаШеНа dahurica
20 Республика Алтай, Усть-Канский район, 10 км западнее с. Усть-Кан, долинный остепненный луг
фаза массового цветения, 0,12
воздушно-сухое, 01.08.99; срок хранения сырья - 2 мес. То же, срок хранения сырья - 4 0,08
мес.
3
4
Таблица 1 (продолжение)
№ п/п География и экология Фаза развития растения, характеристика сырья, использованного для получения эфирного масла, дата сбора. Выход масла (%)*
Galatella altaica 22 Республика Алтай, Кош-Агачский район, в 1.5 км от с. Чаган-Узун, пойма р. Чуя. Мелкощебнистые осыпи вдоль дороги. Н=1720 м фаза массового цветения, свежее, 22.07.01 0,04**
Galatella angustissima 23 Новосибирская область, Искитимский район, 3 км вверх по течению р. Шипуниха от станции «67 км» по ж/д ветке Новосибирск-Черепаново, карьер в пойме, степь. 24 То же, что и № 23 25 То же, что и № 23 26 То же, что и № 23 27 То же, что и № 23 28 То же, что и № 23 29 То же, что и № 23 30 Курганская область, Половинский район, окр. с. Успенка, солонцеватая степь. 31 Республика Алтай, Онгудайский район, пойма р. Урсул, разнотравно-злаковые остепненные северные склоны. 32 Республика Алтай, Кош-Агачский район, северные отроги Северо-Чуйского хребта. Каменистая степь по южному склону в долине р. Корумду. Н=1880 м фаза вегетации, свежее, 26.06.98 то же, но воздушно-сухое фаза массового цветения, 25.08.98 фаза бутонизации, свежее, 04.07.99 То же, но воздушно-сухое, 28.02.00 фаза вегетации, свежее, 26.05.00 фаза вегетации, свежее, 23.05.01 фаза бутонизации - начало цветения, воздушно-сухое, 24.07.98 фаза бутонизации-начало цветения, воздушно-сухое, 28.07.99 фаза массового цветения, свежее, 05.08.01 0,25** 0,20 0,10** 0,16** 0,06 0,05** 0,09** 0,04 0,16 0,05**
Galatella hauptii 33 Алтайский край, Чарышский район, в 12 км вверх по течению р. Чарыш от с. Чарышское, закустаренный разнотравный восточный склон над дорогой. фаза бутонизации, воздушно-сухое, 21.07.99 0,10
Galatella tatarica 34 Алтайский край, Угловский район, оз. Бол. Тассор, засоленный полынник на глинах. фаза массового цветения, воздушно-сухое, 12.09.99 0,20
Galatella villosa 35 Курганская область, окр. с. Усть-Уй, по берегу р. Уй, степь. фаза начало бутонизации, воздушно-сухое, 20.07.98 0,05
Примечания: * - в расчете на воздушно-сухое сырье; ** - в расчете на свежесобранное сырье.
Данные таблицы 4 позволяют сравнить динамику компонентов в масле двух видов многолетних растений в течение четырех лет подряд при сборе сырья в одно и то же время в одной и той же ценопопуляции. Хорошо видна реакция растения на разные погодные условия во время вегетационного периода в резко континентальном климате. Годы 1998-2000, характеризовались очень ранним майским теплом (в первой декаде мая суточные перепады температур были больше 30°), далее - возвратные ночные заморзки (до -5°С, за исключением 2001 г), с последующим очень жарким и сухим летом. Зимой в эти годы было необычно высокий снеговой покров и раннее наступление (в 2000 г уже в третьей декаде октября) постоянно низких температур воздуха (до -30°С). Фенофазы были значительно сдвинуты. Особенно тяжелым был 1998 год для ценопопуляции вида О. angustissima. Эти растения, войдя в стадию цветения, практически «сгорели», так и не перейдя к фазе плодоношения.
Таблица 2. Состав образцов эфирного масла в зависимости от фазы развития растения*
Название компонента Содержание компонентов в % от цельного масла
Galatella biflora Galatella angustissima
№ 1 № 2 № 23 № 25
а-Туйен - 0,3 - 0,1
а-Пинен 28,6 38,0 9,9 8,0
Камфен 0,3 0,6 - 0,1
Сабинен - 3,9 4,7 10,2
Р-Пинен 18,7 12,9 33,8 33,3
Р-Мирцен 15,9 14,0 32,3 25,3
а-Фелландрен 5,2 0,1 0,4 0,2
3-карен - 2,7 0,3 -
а-Терпинен - 0,1 - 0,1
Лимонен 17,2 8,0 1,4 1,2
Р-Фелландрен 3,0 0,5 8,0 10,8
1,8-цинеол - 0,4 - -
Цис-Р-оцимен 4,4 1,6 0,2 0,4
Транс-Р-оцимен 4,8 8,8 7,6 8,1
у-Терпинен - 0,2 - 0,1
Терпинолен - 0,2 - 0,1
Алло-оцимен - 0,1 - -
Терпинеол-4 - 0,2 - 0,1
Р-Элемен - 0,9 - -
Кариофиллен - 0,4 - -
Гумулен - 0,1 - -
Гермакрен D 1,2 2,3 1,0 1,3
Аромадендрен - 0,2 - -
Бициклогермакрен - 0,2 - 0,1
5-Кадинен - 0,2 - -
Эндо-1-бурбонанол - 0,1 - -
Кариофиллен-а-оксид - 0,1 - -
а-Кадинол - 0,3 - -
Примечания: * - компоненты приведены в порядке увеличения времени удерживания; номера образцов в соответствии с таблицей 1.
Таблица 3. Состав образцов эфирного масла Galatella biflora, полученных из различных органов растений*
Название компонента
Содержание компонентов в % от цельного масла*
№ 4 (соцветия)
№ 5 (листья и стебли)
а-Пинен 46,5 60,4
Камфен 0,5 0,6
Сабинен 1,7 3,4
Р-Пинен 11,4 13,1
Р-Мирцен 11,9 1,7
а-Фелландрен 12,9 9,8
Лимонен 7,4 5,0
Р-Фелландрен 0,8 2,5
Цис-Р-оцимен 1,5 0,9
Транс-Р-оцимен 3,1 2,3
Кариофиллен 0,1 -
Гермакрен D 1,4 -
Таблица 4. Состав образцов эфирного масла, полученных в разные годы (1998-2001) из одной и той же популяции в одну и ту же фазу вегетации (Galatella biflora, Galatella angustissima)*
Содержание компонентов в % от цельного масла**
Название компонентов Galatella biflora Galatella. angustissima
№ 3 № 6 № l № S № 23 № 26 № 2S № 29
Трициклен 0,1 0,1 0,1 - - - - -
а-Туйен 0,2 0,3 0,2 - - 0,2 + -
а-Пинен 39,8 31,8 28,5 25,5 9,9 б,3 3,4 б,0
Камфен 0,5 0,6 0,3 - - 0,1 - -
Сабинен 3,2 5,0 2,3 2,1 4,l 11,4 0,9 4,0
ß-Пинен 9,l 9,б 4,4 б,9 33,8 21,9 6,S 15,6
ß-Мирцен 2,9 4,9 4,б 2,5 32,3 29,6 21,3 34,5
а-Фелландрен 5,1 14,2 19,3 13,0 0,4 0,4 0,1 0,5
3-карен 2,6 - 1,5 - 0,3 0,2 - -
а-Терпинен 0,S 0,2 0,1 - - 0,2 0,1 -
P-цимол 0,3 1,2 l,l 1,5 - - - -
Лимонен 5,1 l,9 l,l 4,2 1,4 2,l 1,1 3
ß-Фелландрен б,2 0,S l,l 3,б S,0 9,l 3,3 б
1,8-цинеол - 0,5 0,1 - - - - -
Цис^-оцимен 3,2 4,l 3,5 б,0 0,2 0,5 0,3 0,9
Транс^-оцимен 13,2 11,4 12,4 14,4 - 12,9 S,9 16,7
у-Терпинен 0,1 0,2 0,1 - - 0,3 0,1 -
Транс-сабинен-гидрат - 0,1 - - l,6 - - -
Терпинолен - 0,2 0,6 - - 0,3 0,2 0,3
Нонанон-2 - - - - - - 0,3
(4Е,67)-алло-оцимен - 0,б 0,2 0,9 - - - 0,3
Алло-оцимен l,l 0,1 - - - - - -
Линалоол - - - - - - 0,S -
Терпинеол-4 - 0,4 0,3 0,6 - 0,6 0,1 0,5
а-Терпинеол - 0,2 0,1 - - - 0,5 -
Метиловый эфир тимола - 0,3 0,1 - - - - -
Бициклоэлемен - 0,1 0,1 - - - - -
ß-Элемен - 0,1 0,2 - - - 1,0 0,3
Изо-кариофиллен - 0,3 - - - - - -
Кариофиллен 0,4 - 0,9 2,2 - 0,1 2,9 0,l
Гумулен 0,1 0,1 0,4 0,S - - 1,3 0,3
у-Муролен - - - - - - 0,4 -
Гермакрен D 1,2 2,2 5,6 12,5 1,1 1,5 33,3 l,1
Алло-аромадендрен - - - - - - 0,3 -
Ar-куркумен - - - - - - 0,4 -
Бициклогермакрен 0,1 0,2 0,6 1,2 - 0,1 4,1 0,l
а-Муролен - - - - - - 0,2 -
ЕЕ-а-фарнезен - - - - - - 0,5 -
у-Кадинен - - - - - - 0,2 -
5-Кадинен - 0,1 0,2 0,l - 0,1 0,S 0,4
Транс-неролидол - 0,1 0,2 - - - 0,1 -
1,6-гермакрадиен-5-ол - 0,1 0,2 - - - - -
Спатуленол - - - - - - 0,1 -
Кариофиллен-а-оксид - - 0,1 - - - - -
5-Кадинол - - - - - - 0,9 -
T-муролол - - 0,1 0,2 - - 0,5 -
а-Кадинол - - 0,2 0,5 - - - -
Таблица 5. Состав образцов эфирного масла, полученных из двух соседних популяций, при прочих равных условиях (Galatella biflora)*
Компоненты Содержание компонентов в % от цельного масла** Компоненты Содержание компонентов в % от цельного масла**
№ 9 № 3 № 9 № 3
а-Туйен - 0,1 Р-Фелландрен 7,3 6,2
а-Пинен 26,3 39,8 Цис-Р-оцимен 1,5 3,2
Сабинен 2,8 3,2 Транс-Р-оцимен 7,9 13,2
Р-Пинен 11,0 9,7 у-Терпинен - 0,1
Камфен - 0,5 Терпинолен 4,0 -
Р-Мирцен 6,0 2,9 а-Терпинен - 0,8
а-Фелландрен 16,6 5,1 Гермакрен D 2,8 1,2
3-карен 4,7 2,6 Гумулен - 0,1
Лимонен 6,5 5,1 Бициклогермакрен - 0,1
Примечания: * - компоненты приведены в порядке увеличения времени удерживания; ** - номера образцов в соответствии с таблицей 1.
В 1999 г. ситуация повторилась. Из-за недостатка осадков растения зацветали не массово, годичный прирост был слабым, сразу же после фазы «бутонизации-начало цветения» вся надземная часть растений высохла. Самое удивительное - это резкий «выброс» гермакрена у особей популяции вида G. angustissima спустя год (в 2000 г.) и у вида G. biflora - в 2001. Сдвиг на год у G. biflora, по-видимому, произошел в связи с тем, что популяция находилась в более щадящих условиях снабжения влагой. При этом основные компоненты характерны для обоих видов, но сдвиг их относительно друг друга (в количественном отношении) хорошо заметен, гораздо больше, чем при сравнении изменения в разные фазы вегетации. Например, для G. biflora меняется количество а-пинена - от 40 до 25%, для G. angustissima - более значительно меняется количество сабинена (от 0.9 до 11%), р-пинена (от 7 до 33%), Р-мирцена (от 21 до 35%) и транс-р-оцимена (от 0 до 17%). Большее количество таких «подвижных» компонентов, по-видимому, также обусловлено крайне критическими условиями выживания особей популяции, либо их родством (с точки зрения биосинтеза), либо какими-то другими причинами, которые пока сложно объяснить. Продуцирование в необычно большом количестве гермакрена мы склонны связывать с ответом растения на усиление аридных условий.
В таблице 5 показаны данные, которые позволяют зафиксировать изменения в качественном составе масла при перемене эдафических факторов: при сравнении образцов эфирного масла, полученных из растений, отдаленных друг от друга на расстоянии 300 м двух пробных площадок одной ценопопуляции, видно, насколько «подвижным» оказывается содержание некоторых компоненетов: а-пинен (от 27 до 40%), а-фелландрен (5-17%), транс-р-оцимен (8-13%) и терпинолен (0-4%).
Таким образом, из приведенных выше данных видно, что изменение одного произвольно выбранного фактора (разные фазы развития растения - таблица 2, разные органы растения в одной и той же фазе - таблица 3, разные погодные условия - таблица 4, различные эдафические факторы - таблица 5) при соблюдении прочих равных условий может существенным образом сказаться на составе масла. Следовательно, выявление географической и таксономической изменчивости состава эфирного масла требует учета и контроля всех приведенных выше факторов.
Данные, представленные в таблицах 6 и 7 для видов из 3 секций рода Galatella, демонстрируют географическую и таксономическую изменчивость состава эфирного масла. Конечно, в данном случае при подборе материала для анализа было значительно сложнее соблюсти так называемые прочие равные условия в виде фазы развития растения, погодных влияний и прочих деталей. Тем не менее хорошо видны сходства и различия.
Таблица 6. Состав образцов эфирного масла, полученных из разных популяции видов из секции Galatella (виды G. biflora, G. dahurica, G. altaica)*
Содержание компонентов в % от цельного масла
Названия компонентов G. biflora Galatella dahurica Galatella altaica
Новосибирская область ГА Алт. к. КО
№ 2 № 9 № 10 № 11 № 12 № 13 № 14 № 15 № 18 № 16 № 17 № 19 № 21 № 22
а-Туйен + + + + + + + + + + + +
а-Пинен 38,0 26,3 45,3 35,2 19,1 46,5 44,0 33,3 26,6 19,1 34,7 37,0 11,6 16,9
Камфен + + + + + + + + + + +
Сабинен 3,9 2,8 2,4 2,6 1,9 2,5 3,1 3,7 3,2 4,7 3,3 3,0 1,0 1,7
Р-Пинен 12,9 11,0 12,9 9,0 12,0 11,6 8,8 12,1 9,4 35,6 9,9 16,9 24,9 4,5
Р-Мирцен 14,0 6,0 3,1 16,2 17,0 9,9 9,8 9,7 13,1 16,9 7,4 13,3 8,5 19,8
а-Фелландрен + 16,6 + 4,3 4,4 + 3,0 3,4 8,0 2,9 9,6 1,0 2,2 7,0
3-карен 2,7 4,7 + + + + + + + 3,4 +
П-цимол + 3,3 1,1 + 3,1 6,0 4,6 + 1,3 + 2,7 8,7 1,1
а-Терпинен + + + + + + + + + + + +
Лимонен 8,0 6,5 5,5 11,8 16,7 13,6 8,9 3,5 6,8 1,3 6,2 6,0 20,3 5,4
Р-Фелландрен + 7,3 + 1,3 + + + 3,4 + +
1,8-цинеол + + + + + + + + + + +
Цис-Р-оцимен 1,6 1,5 + 1,9 6,5 + 1,0 3,0 + 2,7 + 0,7 2,0
Транс-в-оцимен 8,8 7,9 + 5,9 10,6 + 2,7 4,7 12,9 1,5 15,0 1,8 2,5 15,7
у-Терпинен + + + + + + + + + + +
Терпинолен + 4,0 + + + 0,9 1,4 + 2,1
Транс-вербенол + 1,4 + + + + 1,1
Пинокарвеол + + + + + + +
Пинокарвон + + + + + + +
Терпинеол-4 + + + + + + 1,6 +
(4Е,67)-алло-оцимен + +
Тимола метиловый эфир 1,0 + + + + 1,6 + + + + +
Лавандулил ацетат 1,9
Туйилацетат +
Геранилацетат + + + 4,7 9,0
Р-Элемен + + + + + 1,0 1,1 + + 3,4
Кариофиллен + + + + + + + 1,7 + + + + + 1,3
Р-Фарнезен + 1,9
Гумулен + + + + + + + + + + + +
Гермакрен D 2,3 2,8 + 3,9 2,3 1,2 1,5 6,9 8,0 + 4,2 1,6 1,6 5,3
Виридифлорен +
Линалил 2-метилбутаноат 0,4
Линалил 3-метилбутаноат 1,5
Бициклогермакрен + + + + + + + + + +
у-Кадинен + + +
5-Кадинен + + + + + 1,1
Гермакрен D 4-ол + +
Спатуленол 1,9 + 1,0 1,2 1,2 1,3
Кариофиллен-а-оксид + 5,6 + 1,8 + + + 1,9 +
Таблица 7 Состав образцов эфирного масла, полученных из разных популяций видов секций Fastigiataв №уорокг.: О. angustissima, О. НаирШ; СН^осотвПа №уорокг. ех Тэте!.: О. tatarica, О. villosa
Содержание компонентов в % от цельного масла
Секция: Fastigiatae Chrysocomella
G. G. ta- G. vil-
G. angustissima hauptii tarica losa
Название компонента № 24 № 27 № 30 | № 31 | № 25 № 32 № 33 № 34 № 35
Трициклен + + + +
а-Туйен + + + + + + + + +
а-Пинен 7,7 12,1 22,1 13,0 8,0 6,5 18,4 42,1 23,3
Камфен + + + + + + + +
Вербенен + + + + + +
Сабинен 13,9 15,7 18,2 10,2 11,7 12,0 3,2 9,8
Р-Пинен 30,8 34,9 39,7 17,0 33,3 11,4 19,5 9,2 22,4
Р-Мирцен 29,5 10,1 14,2 15,7 25,3 19,5 13,9 12,6 7,9
а-Фелландрен + + + + + 3,3
3-карен + + + +
а-Терпинен + + + + + + + + 1,1
П-цимол + + + + + 1,1 1,8 +
Лимонен 5,1 5,4 7,5 5,4 1,2 2,5 6,0 4,8 8,5
Р-Фелландрен 7,7 2,7 7,4 10,8 12,0 4,1 +
1,8-цинеол 1,0 11,5
Цис-Р-оцимен + + + + + + 1,5
Транс-Р-оцимен 2,1 + 2,2 8,1 13,5 2,1 7,5
у-Терпинен + + + 1,4 + + + + 1,8
Цис-сабинен-гидрат + + +
Терпинолен + + + + + + + +
1-ундецен + +
Периллен 1,0 + + + +
Цис-п-мент-2-ен-1-ол + + + +
а-Камфоленовый + + + +
альдегид
Пинокарвеол 2,6 1,7 + + + +
Цис-вербенол + + + +
Транс-вербенол + 1,3 + + + +
Пинокарвон 1,3 + + + + +
Терпинеол-4 1,2 + 2,5 + 2,1 + 3,4
Криптон + + +
а-Терпинеол + + 1,0 + +
Миртеналь 2,1 1,0 + + + +
Миртенол 1,1 + + +
Р-Элемен + + + +
Кариофиллен + + + + + + +
Гумулен + + + + + +
Алло-аромадендрен + + + +
у-Муролен + + + + +
Гермакрен Б + + + 1,1 1,3 8,1 1,3 1,9 +
Аг-куркумен + +
Бициклогермакрен + + + + + 1,2
а-Муролен + + + + +
у-Кадинен + + + +
5-Кадинен + + 1,3 + +
Изо-кариофиллен-а-оксид + + +
Спатуленол + 1,0 + 1,5 + 1,8 + 1,0
Кариофиллен-а-оксид + 1,0 + 1,0 1,7 + +
Гумулен-6,7-епоксид + + + +
Т-муролол + + +
Во-первых, существует набор компонентов, характерных для всех исследованных видов, при этом прослеживаются секционные отличия в перераспределении долей компонентов в образцах эфирного масла. Из всего набора компонентов 12 веществ характерны для всего рода: часть из них представляет основную долю масла (а-пинен, р-пинен, р-мирцен, лимонен, сабинен и р-фелландрен), остальные же компоненты обязательно присутствуют во всех исследованных образцах, но содержание их часто не превышает 1% (^ис-р-оцимен, транс-р-оцимен, у-терпинен, терпенолен, терпенеол и гермакрен Д). Секционное отличие компонентного состава прослеживается в относительном содержании основных компонентов. Например, доля лимонена у видов секций Fastigiataв и СНгу^'осотвПа колеблется в пределах 2-5% (в большинстве случаев), а доля сабинена составляет 10-18%. Для образцов секции ОаШвПа содержание лимонена заметно больше, в то время как содержание сабинена не превышает 5% (в большинстве образцов - около 2-3%). Кроме того, для видов разных секций появляются компоненты, которые не присутствуют у видов других секций. Так, для секций Fastigiataв и СНгу^'осотвИа характерены камфен, а-туйен и у-терпинен, которых практически нет у образцов секции ОаШвПа. Кроме того, из таблиц видно, что в составе масел есть как вещества, которые при разных условиях весьма «подвижны», т. е. их содержание в масле значительно варьирует (сабинен, Р-мирцен, а- и р фелландрены), так и компоненты с достаточно постоянным содержанием (Р-пинен).
Анализ литературных данных, полученных отечественными и зарубежными исследователями по изучению состава эфирных масел различных растений, показывает, что наиболее популярным является получение образцов эфирных масел перегонкой с паром воздушно-сухого сырья. Популярность работ с воздушно-сухим сырьем имеет вполне очевидные объяснения. Во-первых, сбор растительного сырья для исследований обычно производится в местах, весьма отдаленных от химических лабораторий, поэтому, как правило, отсутствует возможность получения эфирного масла прямо на месте сбора и требуется консервация сырья. Простейшим способом консервации является высушивание сырья до воздушно-сухого состояния, в котором материал пребывает до момента гидродистилляции. Во-вторых, многие работы по эфирным маслам связаны с изучением лекарственных растений, а в фармакопеях многих стран, и России в том числе [24], рекомендуемые методики основаны на использовании высушенных образцов сырья.
Состав низших терпеноидов - компонентов эфирных масел - подвержен самым сильным изменениям (по сравнению с вторичными метаболитами других групп) при сушке сырья и при его последующем хранении. Связано это с высокой летучестью многих компонентов эфирных масел и их склонностью к самопроизвольному окислению под действием кислорода воздуха. Это означает, что состав масла, полученного из высушенного растительного сырья, отличается от набора синтезируемых самим растением терпеноидов как в количественном, так и в качественном отношениях.
В таблице 8 показан состав образцов эфирного масла, приготовленного из свежесобранного и высушенного сырья (на примере О. angustissima и О. ёакипса). В случае двух образцов О. ёакипса (№№ 20 и 21) наблюдаются наименьшие, хотя и заметные различия. Для приготовления этих двух образцов было использовано одно и то же сырье, но в первом случае оно хранилось 2 мес. до момента перегонки с паром, а втором случае - 4 мес. Гораздо более значительные и в некоторых случаях поистине драматические изменения в составе масла наблюдаются при сравнении масла из свежесобранного и высушенного сырья (образцы № 23 и 24, 26 и 27). Содержание одних и те же компонентов в составе разных смесей из разных растений при переходе от свежего к высушенному сырью меняется неодинаковым образом. Так, в одном случае содержание а- и р-пиненов, транс-р-оцимена при уменьшается при переходе от свежего к высушенному сырью, в другом случае - увеличивается; количество лимонена увеличилось в 2 раза в одном случае и в 3 раза в другом; количество Р-фелландрена в одном случае осталось практически неизменным, а в другом случае уменьшилось в 3.5 раза.
Другие примеры влияние характера подготовки и хранения сырья на содержание компонентов эфирного масла приведены в работе [25].
Таблица 8. Состав образцов эфирного масла, полученных из сухого и сырого сырья, при прочих равных условиях angustissima;G. dahurica)
Содержание компонентов в % от цельного масла*
Galatella angustissima Galatella dahurica
Названия компонентов № 23 № 24 № 26 № 27 № 20 № 21
(сырое) (сухое, (сырое) (сухое, (сухое, (сухое,
срок хране- срок хране- срок хране- срок хране-
ния 1 мес.) ния 8 мес.) ния 2 мес.) ния 4 мес.)
а-Туйен + + + + +
а-Пинен 9,9 7,7 6,3 12,1 8,0 11,6
Камфен + + + +
Сабинен 4,7 13,9 11,4 15,7 1,0 1
Р-Пинен 33,8 30,8 21,9 34,9 20,3 24,9
Р-Мирцен 32,3 29,5 29,6 10,0 12,2 8,5
а-Фелландрен + + 3,6 2,2
3-карен + + + 1,9 3,4
а-Терпинен + + + +
П-цимол + + 7,5 8,7
Лимонен 1,4 5,1 2,7 5,4 17,3 20,3
Р-Фелландрен 8,0 7,7 9,7 2,7
Цис-Р-оцимен + + + 1,0 +
Транс-р-оцимен 2,1 12,9 + 2,8 2,5
у-Терпинен + + + +
Цис-сабинен-гидрат 7,6 + +
Терпинолен + +
Периллен 1,0 +
Терпинеол-4 + 1,2 +
а-Терпинеол +
Пинокарвеол 2,6 +
Пинокарвон 1,3 +
Транс-вербенол +
Миртеналь 2,1 + +
Миртенол 1,1 + +
Кариофиллен + +
Метиловый эфир тимола + +
а-Камфоленовый +
альдегид
Пинокарвеол +
Транс-карвеол +
Пинокарвон +
Карвон +
Гераниол +
Геранил ацетат 2,7 4,7
Р-Элемен 2,1 3,5
а-Комаен +
Гермакрен Б + 1,5 + 4,0 1,6
Р-Селинен +
Алло-аромадендрен +
Аг-куркумен +
Бициклогермакрен + +
а-Муролен 1,0 +
5-Кадинен + +
Кариофиллен-а-оксид + 1,0 1,0 +
Спатуленол + 1,0 1,3
Гумулен-6,7-епоксид + +
Транс-неролидол +
Р-Эвдесмол +
Выводы
При анализе 36 образцов эфирного масла 7 видов рода Солонечник нами отмечены следующие особенности: в эфирном масле видов секции Galatella: Galatella biflora (L.) Nees, G. dahurica DC. G. altaica Tzvel.; из секции Fastigiatea: G. angustissima (Tausch) Novopokr., G. hauptii (Ledeb.) Lindl., секции Chrysocomella: G. villosa (L.) Reichenb., G. tatarica (Less.) Novopokr. присутствуют 12 компонентов из 40, характерных для всего рода. Большая часть из них накапливается в количестве более 10% от всего масла.
Показано, что для исследованных видов состав эфирного масла зависит от ряда естественных факторов (смены онтогенетических стадий, погодных и эдафических, а также географических условий), так и от способа обработки сырья. Наблюдаются некоторые изменения соотношений между основными компонентами в образцах масла видов из разных секций. Установлено, что видовые отличия существуют, но на сравнительно малом материале очень легко принять онтогенетические или методические различия за видовые или подвидовые. Выявлен набор компонентов, содержание которых подвержено сильным колебаниям при смене условий существования растений, независимо от их видовой принадлежности, а также ряд компонентов, содержание которых довольно стабильно и не чувствительно к перемене разных факторов. Содержание последних, как правило, не превышает 1-2%. Показано, что географическая изменчивость компонентного состава эфирного масла видов солонечников менее заметна по сравнению с изменением компонентного состава масла на разных стадиях развития растений, при разных условиях хранения сырья и разных способах получения эфирного масла.
При сопоставлении в целях хемосистематки вновь получаемых сведений по составу образцов эфирных масел и известных литературных данных исключительную важность приобретают сравнение целого комплекса методических условий отбора материала для последующего химического анализа, сбора и подготовки сырья. И только после совпадения всех этих «факторов» компонентный состав масла может быть корректно использован в качестве маркера при таксономических или систематических построениях.
Список литературы
1. Акимов Ю.А. Моно- и сесквитерпеноиды в систематике высших растений. Хемосистематика и эволюционная биохимия высших растений. М., 1986. С. 14-16.
2. Акимов Ю.А., Работягов В. Д. Сопряженность биосинтеза терпеноидов и полихимизм в роде лаванда (Lavandula L.). Хемосистематика и эволюционная биохимия высших растений. М., 1986. С. 19-20.
3. Басаргин Д. Д. К вопросу о терминах «хемосистематика», «хемотаксономия», «химический признак» и других понятиях биологической систематики // Хемосистематика и эволюционная биохимия высших растений. М., 1986. С. 30-32.
4. Королюк Е.А. Роды Galatella Cass., Crinitaria Cass. (Lynosiris). Флора Сибири. Т.13.: Asteraceae (Compositae). Новосибирск, 1997. С. 30-34.
5. Королюк Е.А., Серых Е.А., Ханина М.А. Особенности терпеноидсодержащих структур, как дополнительный диагностический признак в систематике подтрибы Asterinae (Asteraceae) // Бот. исслед. Сибири и Казахстана. Сборник научных статей гербария им. В.В. Сапожникова. Барнаул 1998. Вып. 4. С. 26-48.
6. Королюк Е.А. Структура поверхности семянок некоторых представителей подтрибы Asterinae (Asteraceae) флоры Сибири // Ботанический журнал. 1997. Т. 8. №12. С. 29-34.
7. Королюк Е.А. Подтриба Asterinae O.Hoffm. (сем. Asteracea Dumort.) в Сибири (таксономия, хорология): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 1999. 15 с.
8. De Candolle. Asteroideae. Prodromus systematics naturalis regni vegetabilis. Treuttel & Wurtz,. Paris, France, 1836. Vol. 5. P. 241-342.
9. Ledebour C.F. Flora Rossica, Stuttgartiae, 1844-46. Vol. 2. 936 s.
10. Boisser P.E. Flora orientais. Suppl. Geneva, Basel, Lyon. 1898. 466 p.
11. Merxmuller H., Schreiber A., Yeo P.F. Aster. Flora Europaea. 1976. Т.4. P.112-116.
12. Кемулярия-Натадзе Л.К систематике кавказских представителей р. Galatella Cassini и Linosyris Lobel // Вестник Тифлисского ботанического сада. 1926-1927. Вып. 3-4. С. 124-148.
13. Цвелев Н.Н. Роды Galatella Cass., Linosyris Cass. Флора СССР. М.-Л. 1959. Т. 25. С. 138-180.
14. Новопокровский И.В. Обзор видов Galatella. Флора и систематика высших растений. М.; Л. 1948. Вып. 7. Сер. 11. С. 113-148.
15. Новопокровский И.В. Критический пересмотр видов рода Galatella Cass., произрастающих в Сибири и в смежной части Казахстана // Бот. мат. М.; Л. 1949. Т. 9. С. 211-233.
16. Цвелев Н.Н. Триба 6. Astereae Cass. Флора Европейской части СССР. СПб., 1994. Т. 7. С. 174-205.
17. Королюк Е.А. Подтриба Asterinae O. Hoffm. (сем. Asteracea Dumort.) в Сибири (таксономя, хорология): Дис. ... канд. биол. наук. Новосибирск, 1999. 218 с.
18. Горшкова А.А. Материалы к изучению степных пастбищ Ворошиловградской области в связи с их улучшением // Труды БИН РАН им. Комарова АН СССР. Cер. III (Геоботаника), М.; Л., 1954. Вып. 9. С. 442-540.
19. Ресурсы лекарственных растений Восточного Казахстана. Алма-Ата, 1984. 160 с.
20. Королюк Е.А., Ткачев А.В., Покровский Л.М. Эфирные масла сибирских представителей подтрибы Asterinae O.Hoff. (Asteraceae Dumort.) // Труды III международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», Москва-Пущино, 21-25 июня 1999 г. Москва-Пущино, 1999. С. 89-91.
21. Королюк Е.А., Логинова М.В., Ткачев А.В., Покровский Л.М. Изменения качественного состава и количественного содержания компонентов эфирного масла у видов рода Galatella Cass. // Тезисы докладов II Росс. науч. конф., посв. 150-летию П.Н. Крылова «Проблемы изучения растительного покрова Сибири», Томск, 24-26 апреля 2000 г. 2000. С. 6.
22. McLafferty F.W.; Stauffer D.B. The Wiley/NBS Registry of Mass Spectral Data; Wiley-Interscience, 1989. Vol. 1-7.
23. Eight Peak Index of Mass Spectra; Royal Society of Chemistry: University of Notinham, England, Third Edition, 1983. Vol. 1-2.
24. Государственная Фармакопея Х! издание. М., 1987, том 1.
25. Ткачев А.В., Королюк Е.А., Юсубов М.С., Гурьев А.М. Изменения состава эфирного масла при разных сроках хранения сырья // Химия растительного сырья. 2002. № 1. С. 19-30.
Поступило в редакцию 1 сентября 2001 г.
