CC BY
27УДК 633.885
ОСОБЕННОСТИ БИОСИНТЕЗА ЭФИРНОГО МАСЛА В СЕМЕННОМ ПОТОМСТВЕ ПОЛЫНИ ЭСТРАГОН (ARTEMISIA DRACUNCULUS)
Лолойко А. А.1 Петришина Н. Н.2, Невкрытая Н. В.\ Марченко М. П.1
1Институт эфиромасличных и лекарственных растений НААНУ, Симферополь 2Таврический национальный университет им. В. И. Вернадского, Симферополь, nata_kharaim@ukr.net
В статье рассмотрены особенности накопления компонентов эфирного масла в семенном потомстве полыни эстрагон (Artemisia dracunculus) различного географического происхождения.
Ключевые слова: полынь эстрагон, эфирное масло, хемотип, биосинтез терпеноидов.
ВВЕДЕНИЕ
Вещества, содержащиеся в растениях, условно делят на первичные и вторичные метаболиты. Они имеют сложное химическое строение и известны как природные соединения. Наибольший практический интерес, как правило, представляют продукты вторичного метаболизма растений [1], которые выполняют в растении различные физиологические функции [2]. В частности, функцию конституционных и полуиндуцибельных защитных соединений. Одно из доказательств наличия этих функций присущая практически всем классам вторичных метаболитов особенность - наличие механизмов модификации молекул, которые приводят к значительным изменениям свойств соединений [3]. К таким механизмам относятся; метилирование - деметилирование, гидроксилирование - дегидроксилирование, окисление - восстановление и гликозилирование - дегликозилирование.
Одним из важных источников вторичных метаболитов являются эфиромасличные растения [4, 5, 6], эфирные масла которых относят к продуктам вторичного метаболизма, поскольку их образование в клетках высших растений обусловлено отвлечением метаболитов от основного обмена. В настоящее время не до конца решенным остается вопрос о путях синтеза соединений, входящих в состав эфирных масел, и биогенетических взаимосвязях между ними.
Одной из эфиромасличных культур, имеющих промышленное значение, является полынь эстрагон (Artemisia dracunculus L.), произрастающая по всей Евразии и культивируемая во Франции под названием таррагон, России - эстрагон, на Кавказе - тархун. В Крыму (Украина) в диком виде полынь эстрагон встречается у берегов реки Биюк-Карасу близ села Двуречье [7] и является адвентивным видом [8]. Мировое производство эфирного масла эстрагона достигает 9-10 тонн в год, приблизительная цена 1 кг масла на рынке - 40-80 долл. США, в зависимости от спроса и объемов производства. Основным потребителем масла является химическая и парфюмерная промышленности, использующие его компоненты для синтеза ароматических соединений.
Анализ литературных данных показывает, что существует несколько основных хемотипов полыни эстрагон [9], которые отличаются между собой по химическому
© 2011 Ekosistemy, ikh Optimizatziya i Okhrana, 4: 116-122.
Published by V. I. Vernadskiy Taurida National University, Simferopol, Ukraine.
особенности биосинтеза эфирного масла в семенном потомстве
_полыни эстрагон (Артем^а ррасимсишэ;_
составу и выходу масла. Немецкий эстрагон содержит около 35% сабинена и больше 25% метилэвгенола, французский эстрагон содержит 80-90% метилхавикола, русский (который более близок к диким формам) содержит в основном метилэвгенол или элемицин, японский - до 35% анетола.
В связи с потребностью создания отечественных сортов полыни эстрагон, представляет интерес изучение закономерностей накопления эфирного масла и его компонентов в селекционных образцах различного географического происхождения [10], что было определено как цель наших исследований.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследование особенностей накопления эфирного масла и его компонентов в полыни эстрагон проводили в 2005-2010 гг., анализу подвергали растения, выращенные на научных участках отдела селекции ИЭЛР в с. Крымская роза Белогорского района АР Крым.
Изучаемые растения (234 шт.) представляли собой семенное потомство образцов различного географического происхождения: образец №1 - Московская область; образец №2 - Канна, Курская область; образец №3 - Дания, ВР 7; образец №4 - Азербайджан, ВИР; образец №5 - Азербайджан, ВР 9 (ВИР); образец №6 -Московская область, ВР 36 (ВИР); образец №7 - Зеленый дол, ВР 37 (ВИР); образец №8 - Краснодарский край, ВР 38 (ВИР); образец №9 - Санкт-Петербург; образец №10 - с. Крымская Роза, АР Крым.
Эфирные масла получали гидродистилляцией по Гинзбергу [9], с последующим их анализом методами хромато-масс-спектроскопии и газожидкостной хроматографии на набивных колонках.
Основными компонентами эфирного масла считали соединения, определяющие принадлежность полыни эстрагон к тому, или иному хемотипу □ анетол, метилевгенол, метилхавикол, сабинен, элемицин (рис. 1).
В связи с тем, что ряд масел, полученных из 17 растений полыни, быстро полимеризовался, они в дальнейшем не подвергались ГЖХ анализу в виду непригодности для промышленного производства.
Кроме того, ряд образцов содержал соединение, которое не удалось установить, несмотря на применение для идентификации компонентов эфирного масла методом хромато-масс-спектроскопии электронных библиотек N18X05 и 'ШЬЕУ2007, включающих свыше 400000 тыс. масс-спектров индивидуальных химических веществ. При этом в отдельных образцах эфирных масел содержание неидентифицированного компонента достигало свыше 16%.
Растительные образцы эстрагона, содержащие неустановленный компонент, были выделены в отдельную группу, требующую в дальнейшем дополнительных исследований.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ компонентного состава исследованных эфирных масел позволяет сделать вывод, что они, главным образом, отличаются между собой различным
Рис.1. Хроматограмма эфирного масла Artemisia dracunculus метилэвгенольного хемотипа
1) 5.96 - 0.231% а-пинен; 2) 7.04 - 16.529% в-сабинен; 3) 7.11 - 0.244% в-пинен; 4) 7.49 - 0.895% мирцен; 5) 7.99 - 0.193% цис-З-гексен-1-ол, ацетат; 6) 8.25 - 0.262% а-терпинен; 7) 8.62 -0.820% лимонен; 8) 8.93 - 4.418% цис-оцимен; 9) 9.25 - 2.492% транс-оцимен; 10) 9.57 - 0.478% у-терпинен; 11) 9.90 - 0.153% транс-сабиненгидрат; 12) 10.52 - 0.636% терпинолен; 13) 10.97 -0.380% линалоол; 14) 11.68 - 0.090% цис-пара-2-ментен-1-ол; 15) 12.71 - 0.132% цитронеллаль; 16) 13.56 - 1.603% терпинен-4-ол; 17) 14.04 - 0.431% а-терпинеол; 18) 14.26 - 3.188% метилхавикол; 19) 15.32 - 0.078% цитронеллол; 20) 17.14 - 0.079% а-фенхилацетат; 21) 19.37 -1.486% цитронеллилацет; 22) 20.35 - 2.397% геранилацетат; 23) 21.29 - 60.663% метилэвгенол; 24) 23.37 - 0.149% гермакрен D; 25) 23.83 - 0.140% бициклогермакрен; 26) 24.64 - 0.067% 8-кадинен; 27) 25.68 - 0.090% элемицин; 28) 25.81 - 0.103% неролидол; 29) 26.19 - 1.431% неидентифицирован (мв=220); 30) 27.97 - 0.142% а-кадинол.
особенности биосинтеза эфирного масла в семенном потомстве _полыни эстрагон (ARTEMISIA DRACUNCULUSj_
сочетанием содержания сабинена (2-метилен-5-изопропил-бицикло-3,1,0-гексан) и метоксилированных форм метилхавикола (1-метокси-4-аллилбензол), который в незначительных количествах (0,463-3,188%) присутствовал во всех образцах, и их изомеров. К этим соединениям относятся: метилэвгенол-1,2-диметокси-4-аллилбензол, и его изомер - метилизоэвгенол; элемицин-1,2,6-триметокси-4-аллилбензол и его изомеры цис- и транс-изоэлемицины; а также изомер метилхавикола - анетол, представляющий собой 1-метокси-4-пропенилбензол.
Таким образом, изученные растения можно отнести к 7 хемотипам (табл. 1); первый хемотип схож с немецким эстрагоном, содержащим в основном сабинен и метилэвгенол; а пятый и шестой аналогичен русскому эстрагону, содержащему, соответственно, метилэвгенол или элемицин. Растительных образцов полыни эстрагон, которые можно отнести к японскому, содержащему около 35% анетола, или французкому типу, содержащему свыше 60% метилхавикола, не обнаружено.
Таблица 1
Хемотипы коллекционных образцов Artemisia dracunculus
Компоненты Хемотипы
I II III IV V VI VII
Sabinene 13,41 -26,97% 15,77 -23,70% 12,87 -30,94% 10,70 -15,34% следы следы следы
Methyl-chavicol 1,60 -2,11% 0,89 -1,57% 0,35 -0,83% 1,14 -1,29% 0,76 -3,19 0,07 -1,12% 0,46 -2,75%
Methyl-eugenol 50,63 -76,34% следы следы 18,65 -24,36% 80,05 -87,33% следы следы
Elemicin 0 39,80 -61,74% следы 27,56 -44,64% следы 35,59 -76,67% 0
Trans-isoelemicin 0 0 25,16 -37,99% 0 0 0 34,80 -77,79%
Анализ содержания основных компонентов в эфирных маслах позволил установить некоторые закономерности:
1) в 188 (т. е. в 80,34%) растениях эстрагона идет значительное нарастание содержания сабинена на протяжении периода исследований. Так, например, в образце №4 растение №4 в первый год содержание сабинена составило - 0,33%, во второй год - 11,25%, а в третий - 21,46%, т. е. содержание увеличилось в 65 раз. Уменьшение содержания сабинена отмечено только у 3 растений (№ 2/6, 4/10 и 5/23), у остальных 39 растений содержание оставалось практически на одном уровне;
2) в 118 (50,43%) растениях полыни отмечено падение содержания метилэвгенола в процессе онтогенеза, в отдельных случаях значительное, (растение № 5/9 - с 71,48% до 15,06%, т. е. в 4,75 раза). В 26 (11,11%) растениях, напротив, накопление этого компонента возрастало, в отдельных случаях значительно (растение № 9/26 - с 6,33 до 50,84%, т. е. в 8 раз);
3) в 18 растениях (7,69%) в эфирном масле отсутствовал элемицин, в остальных растениях в большинстве случаев его содержание было незначительным, а у 31
растения из 52 с высоким, свыше 10%, уровнем содержания этого метаболита отмечена отрицательная динамика его накопления. Значительная положительная динамика накопления отмечена только у двух растений (растение № 9/8 - с 2,31 до 38,46%, т. е. в 16 раз).
Изучение корреляции между процессами накопления основных компонентов в эфирных маслах отдельных растений в онтогенезе позволило выявить ряд закономерностей и выделить группы растений с различными биогенетическими линиями синтеза терпеноидов (табл. 2). При этом в составе каждого из 10 изученных образцов присутствовали растения практически из всех групп.
Таблица 2
Особенности синтеза терпеноидов (компонентов эфирных масел) растениями Artemisia dracunculus в онтогенезе (2006-2008 гг.)
№ группы Количество растений Динамика накопления компонентов эфирных масел
Sabinene Methyleugenol Elemicin
1 80 + 0 0
2 29 + 0 0
3 21 + 0 +
4 18 + 0 0
5 13 + + 0
6 12 + 0 0
7 10 + + 0
8 5 0 + 0
9 4 + 0 +
10 4 0 0 0
11 3 + + +
12 1 0 0 0
13 1 0 + 0
14 1 0 0 +
Примечание к таблице: + - положительная динамика накопления; 0 - нейтральная.
Наибольшую группу (80 шт.) представляют растения с положительной динамикой накопления сабинена, отрицательной метилэвгенола, нейтральной (практически одинаковое содержание в онтогенезе) элемицина (рис. 2).
Очевидно, что изменившиеся в сравнении с исходной почвенно-климатической зоной условия внешней среды во взаимодействии с внутренними факторами вторичного метаболизма, возникающими на основе реализации генетических программ в процессе онтогенеза, для большинства генотипов исследованных растительных образцов полыни эстрагон вызвали изменение в процессах биосинтеза терпеновых соединений.
В результате проведенных в 2006-2008 гг. исследований были выделены растения полыни, клонированием которых был получен селекционный материал для создания сортов двух хемотипов - с метилэвгенолом или элемицином.
особенности биосинтеза эфирного масла в семенном потомстве
_полыни эстрагон (Артем^а ррасимсишэ;_
— - Sabinene —♦— Methyleugenol ■ * ■ Elemicin
2005 2006 2007
Рис. 2. Динамика накопления компонентов эфирного масла в одном из образцов Artemisia dracunculus (группа 1, образец 1, растение № 17).
Проведенная в 2009-2010 гг. оценка перспективных селекционных образцов, находящихся в контрольном питомнике, показала, что отобранные растения характеризуются стабильным компонентным составом масла в онтогенезе (табл. 3).
Таблица 3
Содержание основных компонентов эфирного масла в перспективных селекционных образцах Artemisia dracunculus
Образец Компонент 2009 2010
1-11 Methyleugenol 69,9±3,6 70,7±1,1
6-6 Elemicin 42,3±3,6 44, 8±2,3
ВЫВОДЫ
1. В семенном потомстве, полученном из образцов полыни эстрагон разного географического происхождения, присутствуют растения с различными биогенетическими линиями синтеза терпеноидов (компонентов эфирных масел) в онтогенезе.
2. В исследованных растениях полыни эстрагон изменения в процессах биосинтеза компонентов эфирных масел в онтогенезе отмечены для следующих процессов:
а) накопления бициклического углеводорода туйяновой структуры - сабинена (2-метилен-5-изопропил-бицикло-[3,1,0]-гексана) и соединения относящегося к фенилпропенам с двумя фенольными остатками - метилэвгенола (1,2-диметокси-4-аллилбензола). При этом в большинстве изученных растений эстрагона в процессе онтогенеза содержание сабинена увеличивается при одновременном уменьшении накопления метилэвгенола;
б) метоксилирования - деметоксилирования, на что указывают особенности накопления метилэвгенола (1,2-диметокси-4-аллилбензола) и элемицина (1,2,6-триметокси-4-аллилбензола). Очевидно, что эти процессы можно отнести к механизмам модификации соединений, выполняющих роль полуиндуцибельных защитных соединений.
3. В результате селекционной работы выделены перспективные сортообразцы двух хемотипов (с высоким содержанием метилэвгенола или элемицина), стабильно сохраняющие свой компонентный состав.
Список литературы
1. Haslam E. Metabolites and Metabolism: A Commentary on Secondary Metabolism. / E. Haslam. □ Oxford: Clarendon press, 1985. - 161 p.
2. Зауралов О. А. О физиологическом значении эфирных масел в растении / О. А. Зауралов // Растительные ресурсы. - 1975. □ Т. 11, вып. 2. - С. 289-304.
3. Darvil A. G. Phytoalexins and Their Elicitors - a Defence Against Infection in Plants / A. G. Darvil, P. Albersheim // Ann. Rev. Plant Physiol. - 1984. - V. 35. - P. 243.
4. Пасешниченко В. А. Терпеноиды в жизни растений / В. А. Пасешниченко, И. С. Васильева // Второй съезд Всес. О-ва физиологов растений (Минск, 1990), 24-29 сентября, 1990.: тез. докл. -М., 1990. - С. 71.
5. Халявина С. В. Биологически активные вещества у перспективных эфиромасличных и лекарственных растений / С. В. Халявина, В. И. Тютюник // Научно-тех. конф. по эфиромасличным и лекарственным растениям, посвященная 30-летию ИЭЛР: 3 ноября 1995 г.: тез. докл. - Симферополь, 1995. - С. 61.
6. Танасиенко Ф. С. Эфирные масла. Содержание и состав в растениях / Ф. С. Танасиенко. - Киев: Наукова думка, 1985. - 263с.
7. Вульф Е. В. Флора Крыма: в 3 т. / Е. В. Вульф [под ред. Н. И. Рубцова и Л. А. Приваловой]. -Ялта, 1969. - Т. 3, вып. 3: Норичниковые-Сложноцветные. - С. 210-223.
8. Хорт Т. П. Дикорастущие полыни Крыма / Т. П. Хорт // Бюллетень ГНБС. - 1987. - Вып. 62. - С. 63-78.
9. Войткевич С. А. Эфирные масла для парфюмерии и ароматерапии / С. А. Войткевич. - М.: «Пищевая промышленность», 1999. - С. 79-80.
10. Колекцшт зразки Artemisia dracunculus L. як джерело перспективного селекцшного матерiалу / [О. В. Афонш, Н. В. Невкрита, Н. Н. Хараим и др.] // Вюник аграрних наук. - 2009. - Вип. 2. - С. 48-51.
11. Биохимические методы анализа эфиромасличных растений и эфирных масел // Сборник научных трудов ВНИИЭМК. - Симферополь, 1972. - 106 с.
Лолойко О. А., Петршина Н. М., Невкрита Н. В., Марченко М. П. Особливост бюсинтезу ефiрноl олil в насшному потомствi полину естрагон (Artemisia dracunculus) // Екосистеми, 1х оптимiзацiя та охорона. ймферополь: ТНУ, 2011. Вип. 4. С. 116-122.
У статт розглянуто особливосл накопичення компоненпв ефiрноi оли в насшному потомсга полину естрагон (Artemisia dracunculus) рiзного географiчного походження.
Ключовi слова: полин естрагон, ефiрна олш, хемотип, бюсинтез терпеноiдiв.
Loloyko A. A., Petrishyna N. N., Nevkrytaja N. V., Marchenko M. P. Features of biosynthesis of essential oil in seed posterity of a wormwood tarragon (Artemisia dracunculus) // Optimization and Protection of Ecosystems. Simferopol: TNU, 2011. Iss. 4. P. 116-122.
In article represent features of accumulation of components of essential oil in seed posterity of a wormwood (Artemisia dracunculus) of various geographical regions.
Key words: wormwood tarragon, essential oil, chemotype, biosintez of terpenoids.
Поступила в редакцию 02.09.2011 г.
