CC BY
20Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология. Химия. Том 4 (70). 2018. № 3. С. 143-150.
УДК 634.63:631.526.3:547.56:58.036.5
ИЗМЕНЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ЛИСТЬЯХ СОРТОВ OLEA EUROPAEA L. С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ МОРОЗОСТОЙКОСТИ
Палий А. Е., Палий И. Н., Старцева О. В.
ФГБУН «Никитский ботанический сад - Национальный научный центр», Ялта,
Республика Крым, Россия
E-mail: [email protected]
Изучено изменение содержания суммы фенольных соединений, лютеолин-7-О-глюкозида и рутина в листьях двух сортов Olea europaea L. в холодный период на Южном берегу Крыма. Содержание суммы фенольных соединений листьях маслины колебалось в пределах 684-1103 мг/100 г, лютеолин-7-О-глюкозида - 8,1-211,4 мг/100 г, рутина - 0,4-1,5 мг/100 г. Установлено, что устойчивость сортов маслины к воздействию отрицательных температур зависит от степени накопления лютеолин-7-О-гликозида и рутина, и не зависит от изменения концентрации суммы фенольных соединений.
Ключевые слова: маслина европейская, листья, фенольные соединения, лютеолин-7-О-глюкозид, рутин, низкотемпературный стресс.
ВВЕДЕНИЕ
Маслина европейская (Olea europaea L.) - одно из древнейших культурных растений на Земле, относится к семейству маслиновых (Oleaceae Lindl.). Она засухоустойчива, не требовательна к почвам, редко поражается болезнями и вредителями. Однако температуры ниже -15 °С являются критическими для маслины [1]. Плоды и масло маслины - важные компоненты в ежедневном рационе значительной части населения планеты. Помимо пищевой ценности большое значение имеют препараты из листьев, коры и плодов, проявляющие широкий спектр фармакологического действия. Биологически активные вещества, входящие в состав препаратов, проявляют сильное антиоксидантное, противоопухолевое и антимикробное действие, снижают артериальное давление, уровень сахара в крови, помогают при аритмии [2, 3].
Основными биологически активными веществами листьев маслины являются фенольные соединения и тритерпены. Фенольные соединения представлены фенилпропаноидами (гидрокситирозол, тирозол, кофейная кислота и др.), секоиридоидами (олеуропеин и лигустрозид) и флавоноидами (гликозиды лютеолина, кверцетина и апигенина) [4-7].
Фенольные соединения, обладающие высокой биологической активностью, характеризуются широким разнообразием функций, выполняемых ими в растительном организме, в частности, участием в процессах регуляции роста и неферментативной защиты растения от окислительного стресса [8]. Испанскими
учеными показана роль олеуропеина и его предшественников гидрокситирозола и тирозола в формировании устойчивости некоторых сортов маслины к низкотемпературному стрессу [9, 10], однако информация об участии других фенольных веществ, в частности флавоноидов отсутствует.
Южный берег Крыма (ЮБК) является северной границей культурного ареала маслины, здесь она хорошо плодоносит, но в отдельные годы температурные колебания зимнего периода могут вызывать значительные повреждения, особенно у интродукционных сортов. Определение роли фенольных соединений в низкотемпературной устойчивости сортов маслины европейской актуально, так как у этого вида на ЮБК при определенных погодных условиях происходит активизация ростовых процессов в осенний период.
Целью настоящего исследования являлось выявление особенностей накопления фенольных соединений в листьях сортов маслины европейской с различной степенью морозостойкости в холодный период на Южном берегу Крыма.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования служили следующие сорта Olea europaea L.: морозостойкий - 'Никитская' (селекции Никитского ботанического сада) и слабоморозостойкий - 'Раццо' (интродуцент средиземноморского происхождения). Растения произрастали на коллекционных участках Никитского ботанического сада (пгт Никита, г. Ялта, Республика Крым). Для анализа ежемесячно отбирали однолетние листья со средней части побегов в холодный период с октября 2017 г. по март 2018 г.
Для определения фенольных соединений были приготовлены экстракты из свежесобранного растительного сырья. Экстракцию проводили этиловым спиртом (при соотношении сырья и экстрагента - 1 : 10) настаиванием в течение 10 суток при комнатной температуре. Степень измельчения сырья 1 мм.
Содержание суммы фенольных веществ определяли на спектрофотометре Evolution 220 UV/VIS фирмы Thermo Scientific по методу Фолина-Чиокальтео, в пересчете на галловую кислоту (Sigma-Aldrich) [11], содержание сухих веществ термогравиметрическим методом [12].
Компонентный состав фенольных соединений определяли на хроматографе Ultimate 3000 Dionex Thermo Scientific, укомплектованном 4-канальным градиентным насосом LPG-3400SD, со встроенным дегазатором, автоматическим инжектором WPS-3000SL, термостатом колонок TCC-3000SD, диодноматричным детектором DAD-3000. Для проведения анализа была использована аналитическая хроматографическая колонка Eclipse Plus C18, 4.6 на 250 мм, размер частиц 5 мкм. Применяли градиентный режим элюирования. Подвижная фаза В - ацетонитрил, С-0,1 % раствор муравьиной кислоты в деионизированной воде: 0-5 мин 5 %В, 5-35 мин - подъём от 5 до 30 % В, 35-40 мин подъем от 30 до 90 %В, 40-41 мин подъём до 100 % В, 41-46 мин - 100% В, 46-51 мин снижение от 100 % В до 5 % В, 51-55 мин 5 % В. Скорость потока 0,7 мл / мин. Температура термостата колонок 400 С. Объём пробы 7 мкл. Идентификацию пиков производили на основании совпадения времени удерживания аналита и стандартного образца, а также совпадения УФ-
спектров. Расчет количественного содержания индивидуальных компонентов производили по калибровочным графикам зависимости площади пика от концентрации вещества, построенным по растворам индивидуальных веществ. В качестве стандартов использовали лютеолин-7-О-глюкозид и рутин (Sigma-Aldrich).
Для обеспечения однородности результатов концентрации суммы фенольных соединений и отдельных компонентов рассчитывали в пересчете на сырой вес. Повторность опытов 3-кратная. Результаты исследований обрабатывали стандартными методами математической статистики [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Погодные условия холодного периода с октября 2017 г. по март 2018 г. по данным агрометеостанции «Никитский сад» характеризовались сменами волн тепла и холода, немного превышали среднемноголетнюю норму и за последние десятилетия являлись достаточно типичными для ЮБК. В октябре наблюдалась относительно теплая погода, средняя температура воздуха была выше нормы на 0,5 °С. Сумма осадков на 110 % превышала норму. Погода ноября была переменчивой, с волнами тепла и холода. К концу месяца на поверхности почвы наблюдались первые заморозки до -4 °С. Среднемесячная температура находилась в пределах нормы. Осадки выпадали регулярно в течение месяца. В декабре погода была теплой, на 3,0 °С превышала многолетнюю среднемесячную температуру. Во второй декаде декабря минимальная температура воздуха опускалась до 0,1 °С (на поверхности почвы до -3,9 °С). Осадков выпало на 7 % ниже нормы. Январь и февраль характеризовались относительно теплой с обильными осадками погодой. Среднемесячные температуры превышали норму на 1,5 °С в январе и на 1,6 °С в феврале. До минимальных значений (-3,0 °С) температура воздуха опускалась в конце каждого месяца. Погода марта была неустойчивой, умеренно-теплой и дождливой. Средняя температура воздуха была выше нормы на 1,6 °С, сумма осадков составляла 156 % от нормы. В первой декаде месяца минимальная температура воздуха опускалась до -3,4 °С, на поверхности почвы до -7 °С.
В результате проведенных исследований установлено, что в листьях изучаемых сортов маслины в холодный период 2017-2018 гг. содержание суммы фенольных соединений колебалось в пределах 684-1103 мг/100 г (табл. 1). До первого понижения температуры воздуха до отрицательных значений (конец ноября) более высокий уровень суммы фенольных соединений наблюдался у сорта Никитская. В декабре происходило снижение содержания у сорта Никитская на 13,6 %, у сорта Раццо - на 7,7 %. С января месяца и до конца холодного периода концентрация фенольных соединений все время возрастала, причем более равномерно у сорта Никитская. Таким образом, наступление первых заморозков сопровождается снижением содержания фенольных соединений в листьях маслины. Последующее постепенное понижение температуры окружающей среды приводит к увеличению концентрации фенольных веществ независимо от степени их устойчивости к отрицательным температурам. Подобную картину мы наблюдали в исследованиях предыдущих лет [14].
Талица1
Содержание суммы фенольных соединений и отдельных компонентов в листьях маслины европейской
Сорт Месяц Сухое вещество, % Сумма фенольных соединений Лютеолин-7-О-глюкозид Рутин
Содержание, мг/100 г
Никитская октябрь 48,0 932±23 12,5±1,2 0,40±0,04
ноябрь 50,8 815±25 15,8±1,5 1,30±0,13
декабрь 52,5 710±17 65,2±6,5 1,10±0,11
январь 46,6 854±20 47,9±4,8 0,70±0,07
февраль 47,6 955±23 8,1±0,8 0,40±0,04
март 43,6 1012±30 18,7±1,8 0,50±0,05
Раццо октябрь 48,7 1008±26 55,8±5,5 0,30±0,03
ноябрь 50,3 751±18 50,9±5,0 1,40±0,14
декабрь 53,0 702±17 135,0±13,5 1,00±0,10
январь 46,2 795±15 211,4±21,0 1,50±-0,14
февраль 49,0 798±21 87,9±8,7 1,10±0,11
март 47,4 1103±28 39,5±3,9 0,80±0,08
При помощи метода высокоэффективной жидкостной хроматографии проведено исследование компонентного состава фенольных соединений этанольных экстрактов листьев двух сортов маслины. В экстрактах идентифицированы флавоноиды: лютеолин-7-О-глюкозид и рутин (рис. 1). Лютеолин-7-О-глюкозид являлся одним из основных фенольных компонентов листьев изучаемых сортов маслины. За весь период исследований концентрация лютеолин-7-О-глюкозида колебалась в пределах 8,1-211,4 мг/100 г. Содержание лютеолин-7-О-гликозида в листьях сорта Раццо было значительно выше, чем у сорта Никитская. Самые низкие концентрации этого соединения наблюдались в осенние месяцы, затем в декабре, после снижения температуры воздуха до отрицательных значений, происходило резкое увеличение содержания лютеолин-7-О-гликозида у обоих сортов: в 2,5 раза у сорта Раццо и в 4 раза у сорта Никитская. В январе у морозостойкого сорта концентрация падала, а у слабоморозостойкого сорта продолжала расти более чем на 50 %. В феврале на фоне длительного воздействия низкотемпературного стресса концентрация лютеолин-7-О-гликозида в несколько раз снижалась у обоих сортов. В марте, по окончании холодного периода, у слабоморозостойкого сорта происходило дальнейшее снижение концентации данного флавоноида, а у морозостойкого, наоборот - повышение.
Содержание рутина в листьях двух сортов маслины колебалось в пределах 0,4-1,5 мг/100 г. Значительное возрастание концентрации происходило в ноябре месяце, затем ее уровень снижался, как у сорта Никитская, так и у сорта Раццо. В январе у морозостойкого сорта содержание рутина продолжало снижаться, а у слабоморозостойкого возрастало. В феврале концентрация падала уже у обоих сортов, а в марте - росла у сорта Никитская и снижалась еще больше у сорта Раццо.
Известно, что флавоноиды, выполняя роль антиоксидантов, участвуют в адаптации растений к неблагоприятным условиям окружающей среды [8]. Неоднородность динамики накопления отдельных флавоноидных гликозидов в листьях двух сортов маслины с различной морозостойкостью в холодный период на Южном берегу Крыма свидетельствует связи концентрации данных веществ с формированием устойчивости растений маслины к воздействию низких и отрицательных температур.
О. еигораеа 'Никитская' (образец отобран 15. 01. 2018 г.)
_О. еигораеа Раццо' (образец отобран 15. 01. 2018 г.)_
Рис.1 Хроматограммы этанольных экстрактов из листьев О. еигораеа при 280 нм. 1 - рутин, 2 - лютеолин-7-О-гликозид
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При исследовании изменений содержания суммы фенольных соединений, лютеолин-7-О-гликозида и рутина в листьях двух сортов маслины европейской в холодный период на Южном берегу Крыма установлено, что устойчивость сортов маслины к воздействию низких и отрицательных температур зависит от степени накопления лютеолин-7-О-гликозида и рутина, и не зависит от изменения содержания суммы фенольных соединений.
Список литературы
1. Larcher W. Temperature stress and survival ability of Mediterranean sclerophyllous plants / W. Larcher // Plant Biosystems. - 2000. - Vol. 134. - Р. 279-295.
2. El S. N. Olive tree (Olea europaea) leaves: potential beneficial effects on human health / S. N. El, S. Karakaya // Nutrition Reviews. - 2009. - Vol. 67, No 11. - P. 632-638.
3. Lockyer S. Olive leaf phenolics and cardiovascular risk reduction: Physiological effects and mechanisms of action / S. Lockyer, P. Yaqoob, J. P. E. Spencer, I. Rowland // Nutrition and Aging. - 2012. - Vol. 1. -P. 125-140.
4. Moudache M. Phenolic content and antioxidant activity of olive by-products and antioxidant film containing olive leaf extract / M. Moudache, M. Colon, C. Nerin, F. Zaidia // Food Chemistry. - 2016. -Vol. 212. - P. 521-527.
5. Pu-Jun X. Phenolic compositions, and antioxidant performance of olive leaf and fruit (Olea europaea L.) extracts and their structure-activity relationships / X. Pu-Jun, H. Li-Xin, Zh. Cai-Hong, Zh. Yao-Lei // Journal of Functional Foods. - 2015. - Vol. 16. - 460-471.
6. Saibandith B. Olive Polyphenols and the Metabolic Syndrome / B. Saibandith, J. P. Spencer, I. R. Rowland, D. M. Commane // Molecules. - 2017. - Vol. 22, No 7. - P. 1082.
7. Talhaoui N., Taamalli A., Gómez-Caravaca A. M., Fernández-Gutiérrez A., Segura-Carretero A. Phenolic compounds in olive leaves: Analytical determination, biotic and abiotic influence, and health benefits // Food Research International. - 2015. - Vol. 77, No 2. - P. 92-108.
8. Запрометов М. Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях / М. Н. Запрометов, - М.: Наука, 1993. - 272 с.
9. Ortega-García F. The response or phenylalanine ammonia-lyase, polyphenol oxidase and phenols to cold stress in the olive tree (Olea europaea L. cv. Picual). / F. Ortega-García, J. Peragon // Journal Agricultural and Food Chemistry. - 2009. - Vol. 89. - 1565-1573.
10. Ortega-García F. Phenol metabolism in the leaves of the olive tree (Olea europaea L.) cv. Picual, Verdial, Arbequina, and Frantoio during ripening / F. Ortega-García, J. Peragon // Journal Agricultural and Food Chemistry. - 2010. - Vol. 58. - 12440-12448.
11. Гержикова В. Г. Методы технохимического контроля в виноделии / В. Г. Гержикова. -Симферополь: Таврида, 2002. - 259 с.
12. ГОСТ 24027.2-80 Сырье лекарственное растительное. Методы определения влажности, содержания золы, экстрактивных и дубильных веществ, эфирного масла. Введ. 1981-01-01. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. - 10 с.
13. Лакин Г. Ф. Биометрия: учебное пособие для биологических специальностей вузов / Г. Ф. Лакин. -М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
14. Палий А. Е. Изменение физиолого-биохимических параметров у некоторых сортов Olea europaea L. c различной морозоустойчивостью / А. Е. Палий, О. А. Гребенникова, Т. Б. Губанова, И. Н. Палий // Бюллетень Государственного Никитского ботанического сада. - 2016. - Вып. 121. -С. 32-39.
CHANGE IN THE CONTENT OF PHENOLIC COMPOUNDS IN THE LEAVES OF OLEA EUROPAEA L. CULTIVARS WITH VARYING DEGREES OF FROST
TOLERANCE
Paliy A. E., Paliy I. N., Startseva O. V.
Federal State-Funded Institution of Science "The Order of the Red Banner Nikita Botanical Gardens - National Scientific Center of RAS", Yalta, Crimea, Russian Federation E-mail: [email protected]
The change of total phenolics, luteolin-7-O-glucoside and rutin in the leaves of two cultivars of Olea europaea L. during the cold period on the Southern coast of Crimea has been studied. The frost-tolerant cultivar Nikitskaya and the slightly frost-tolerant cultivar Razzo were the target of research.
Total phenolics of olive leaves ranged from 684 to 1103 mg / 100 g. The onset of the first frosts was accompanied by a decrease in the concentration of total phenolics. The subsequent gradual lowering of the ambient temperature led to its increase.
Luteolin-7-O-glucoside content in olive leaves ranged from 8.1 to 211.4 mg / 100 g, rutin content ranged from 0.4 to 1.5 mg / 100 g. The lowest concentrations of luteolin-7-O-glycoside were observed during fall season. In December, there was a sharp increase in its content. In January, in the Nikitskaya cultivar, the concentration of luteolin-7-O-glycoside fell, while in the Razzo cultivar it continued to grow by more than 50 %. In February, against the background of long low temperatures exposure, the concentration of luteolin-7-O-glycoside decreased several times in both cultivars. In March, further decrease in the concentration of luteolin-7-O-glycoside in the Razzo cultivar took place, while in the Nikitskaya cultivar its concentration increased. A similar process was also observed during the study of changes in the rutin content.
The revealed differences in the dynamics of accumulation of luteolin-7-O-glucoside and rutin in olive leaves testify to the participation of these substances in the resistance of this culture to the effect of low-temperature stress.
As a result of the performed studies, it has been found that the resistance of olive cultivars to the effect of negative temperatures depends on the accumulation of luteolin-7-O-glycoside and rutin, and does not depend on the change in the concentration of total phenolics.
Keywords: Olea eurapaea L., leaf, total phenols, luteolin-7-O-glucoside, rutin, frost resistance.
References
1. Larcher W. Temperature stress and survival ability of Mediterranean sclerophyllous plants, Plant Biosystems, 134, 279 (2000).
2. El S. N., Karakaya S. Olive tree (Olea europaea) leaves: potential beneficial effects on human health, Nutrition Reviews, 67, 11, 632 (2009).
3. Lockyer S., Yaqoob P., Spencer J. P. E., Rowland I. Olive leaf phenolics and cardiovascular risk reduction: Physiological effects and mechanisms of action, Nutrition and Aging, 1, 125 (2012).
4. Moudache M., Colon M., Nerin C., Zaidia F. Phenolic content and antioxidant activity of olive byproducts and antioxidant film containing olive leaf extract, Food Chemistry, 212, 521 (2016).
5. Pu-Jun X., Li-Xin H., Cai-Hong Zh., Yao-Lei Zh. Phenolic compositions, and antioxidant performance of olive leaf and fruit (Olea europaea L.) extracts and their structure-activity relationships, Journal of Functional Foods, 16, 460 (2015).
6. Saibandith B., Spencer J. P., Rowland I. R., Commane D. M. Olive polyphenols and the metabolic syndrome, Molecules, 22, 7, 1082 (2017).
7. Talhaoui N., Taamalli A., Gómez-Caravaca A. M., Fernández-Gutiérrez A., Segura-Carretero A. Phenolic compounds in olive leaves: Analytical determination, biotic and abiotic influence, and health benefits, Food Research International, 77, 2, 92 (2015).
8. Zaprometov M. N. Phenolic compounds: distribution, metabolism and function in plants, 272 p. (Moscow: Nauka, 1993).
9. Ortega-García F., Peragon J. The response or phenylalanine ammonia-lyase, polyphenol oxidase and phenols to cold stress in the olive tree (Olea europaea L. cv. Picual), Journal Agricultural and Food Chemistry, 89, 1565 (2009).
10. Ortega-García F., Peragon J. Phenol Metabolism in the Leaves of the Olive Tree (Olea europaea L.) cv. Picual, Verdial, Arbequina, and Frantoio during Ripening, Journal Agricultural and Food Chemistry, 58, 12440 (2010).
11. Gerzhikova V. G. Techno-chemical control methods in winemaking, 259 p. (Simferopol: Tavrida, 2002).
12. GOST 24027.2-80 Methods for determination of moisture, ash content, extractive and tannin materials, essential oil. Available at: http://meganorm.ru/Data2/174294830/4294830157.pdf
13. Lakin G. F. Biometrics: a textbook for the biological specialties of universities, 352 p. (Moscow: Higher School, 1990).
14. Paliy A. E., Grebennikova O. A., Gubanova T. B., Paliy I. N. Change of physiological and biochemical parameters of some Olea europaea L. cultivars with different frost resistance, Proceedings of the State Nikita Botanical Garden, 121, 32 (2016).
