CC BY
1
УДК 574.522:581.192.6(282.247.41) DOI 10.24412/2311-6447-2024-1-108-115
Оценка влияния терпеновых соединений на основе эта-нольных и водных экстрактов Solanum nigrum L.на рост и
развитие Raphanus sativus L.
The effect of terpene compounds based on and water extracts of Solanum nigrum L. on the and development of Raphanus sativus L.
Науч. сотрудник Д.Д. Вилкова (ORCID 0000-0002-2869-8709), ст. преподаватель М.Н. Кутузов (ORCID 0000-0002-1330-9782), Череповецкий государственный университет, кафедра биологии, тел. +7-937-821-29-91 ddvilkova@chsu.ru
доцент О.В. Новиченко (ORCID 0000-0002-4282-9728), доцент Д.К. Магзанова (ORCID 0000-0002-4654-296X),
Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева, кафедра биотехнологии, аквакультуры, почвоведения и управления земельными ресурсами; тел. +7-927-560-47-97 ollevi@bk.ru
профессор Ю.И. Рябухин (ORCID 0000-0001-9558-3007) Астраханский государственный технический университет, кафедра химии, тел. +7-906-458-83-48 Ryabukhin@astu.org
Research officer D.D. Vilkova (ORCID 0000-0002-2869-8709), Senior lecturer M.N. Kutuzov (ORCID 0000-0002-1330-9782), Cherepovets State University, chair of Biology, tel. +7-937-821-29-91 ddvilkova@chsu.ru
Associate Professor O.V. Novichenko (ORCID 0000-0002-4282-9728), Associate Professor D.K. Magzanova (ORCID 0000-0002-4654-296X),
Astrakhan State University name of V.N. Tatishchev; chair of Biotechnology, Aquaculture, Soil Science and Land Management, tel. +7-927-560-47-97 ollevi@bk.ru
Professor Yu.I. Ryabukhin Astrakhan State Technical University, chair of Chemistry, tel. +7-906-458-83-48 Ryabukhin@astu. org
Аннотация. Одним из актуальных направлений в биотехнологии в настоящее время является глубокое изучение химического состава растений и поиск ценных компонентов природного происхождения с различными свойствами. Выделение биологически активных соединений, к которым относятся терпеновые соединения, в виде экстрактов из разных частей растений с биологическими свойствами является весьма перспективным. К таким растениям можно отнести паслён чёрный (Solanum nigrum L.) - малоизученное сорное растение, обладающее уникальным компонентным составом. К синтетическим терпеновым компонентам относится препарат «Эпин-экстра» на основе эпибрассинолида. Эпибрассино-лид повышает устойчивость растений к фитопатогенам и вирусным инфекциям, что дает возможность его использования в качестве средства снижения пестицидной нагрузки. Приведены результаты исследования ростостимулирующей активности природных терпеновых компонентов в виде этанольных и водных экстрактов паслёна чёрного по сравнению с синтетическим препаратом «Эпин-экстра»в отношении тест-культуры редьки посевной Raphanus sativus L. в нормальных и стресс-условиях. Результаты фиксировали по следующим показателям: всхожесть семян, энергия прорастания, замер длины корня и побегов.
Abstract. At present one of the current field in biotechnology is an in-depth study of the chemical composition of plants and the search for valuable substances of natural origin with various properties. The isolation of biologically active substances is promising. It includes terpene compounds in the form of extracts
© Д.Д. Вилкова, М.Н. Кутузов, О.В. Новиченко, Д.К. Магзанова, Ю.И. Рябухин, 2024
from different parts of plants with biological properties. Black nightshade (Solanum nigrum L.) is a little-studied weed with a unique component composition. Synthetic terpene components include the drug "Epin-extra" based on epibrassinolide. Epibrassinolide increases plant resistance to phytopathogens and viral infections. It possible to use it as a means of reducing pesticide load. The paper presents the results of a study of the growth-stimulating activity of natural terpene components in the form of ethanol and water extracts of black nightshade in comparison with the synthetic preparation "Epin-extra" in relation to a test culture of radish Raphanus sativus L. under normal and stress conditions. The results were recorded according to the following indicators: seed germination, germination energy, measurement of root and shoot length.
Ключевые слова: терпеновые соединения, паслён черный, ростостимуляция, ингибирующее действие, экстракт, биологически активные вещества, Raphanus sativus L., Solanum nigrum L., эпибрасси-нолид, регулятор роста
Keywords: terpene compounds, black nightshade, growth stimulation, inhibitory effect, extract, biological active substances, Raphanus sativus L., Solanum nigrum L., epibrassinolide, growth regulator
В последние годы в связи с интенсивными технологиями возделывания сельскохозяйственных культур одним из направлений в системе мер, обеспечивающих повышение урожайности и качества растениеводческой продукции, является применение стимуляторов роста растений.
Использование данной группы препаратов оказывает стимулирующее действие на ростовые процессы в растениях, позволяет полнее реализовать потенциальные возможности сорта, заложенные в геноме. Важным аспектом действия регуляторов роста является повышение устойчивости растений к неблагоприятным факторам внешней среды — высоким и низким температурам, недостатку влаги, фитотоксиче-скому действию пестицидов, поражению болезнями [1]. Регуляторы роста усиливают процессы роста растений. Они бывают двух видов: природные и синтетические. К природным стимуляторам роста относятся различные виды фитогормонов, а также некоторые витамины. Синтетические стимуляторы роста растений активируют деятельность фитогормонов, в результате чего наблюдается временное усиление ростовых процессов [2].
В научной литературе широко обсуждается способность брассиностероидов, особенно известного представителя этого класса фитостероидов - эпибрассинолида, регулировать рост и развитие растений в процессе онтогенеза [3]. Они обладают широким спектром стимуляторного и защитного действия, увеличивают устойчивость растений к стрессу, фитопатогенам, болезням [4].
Паслён чёрный (Solanum nigrum L.) - малоизученное сорное растение, которе имеет уникальный компонентный состав: аминокислоты, фосфор, кальций, железо, витамины А, С, В, каротин, терпеновые соединения и т.д. [5]. Во многом наличие питательных веществ зависит от почв, на которых оно произрастает.
Цель работы - изучение влияния водных и этанольных экстрактов паслёна чёрного (комплекса терпеновых соединений), а также синтетического препарата «Эпин-экстра» на основе эпибрассинолида на рост и развитие растений на примере Raphanus sativus L. Для проведения сравнительных исследований ростостимулирую-щей активности растений были выбраны природные и синтетические терпеновые соединения.
Источником природных терпеновых соединений явился паслён чёрный Sola-numnigrum L. Сбор растений осуществляли на территории Астраханского региона в период вегетации растений, поскольку в этот период аккумулируется наибольшее количество биологически активных веществ. Корни и стебли отмывали от земли, а затем высушивали в сушильном шкафу с принудительной конвекцией. Листья и вегетативные части (плоды) высушивали на открытом воздухе в затененном месте.
Для извлечения БАВ были получены этанольные экстракты S. nigrum по следующей методике: высушенные части растения измельчали и заливали 70 %-ным раствором этанола в определенном соотношении. Экстрагирование проводили в течение 5 дней при комнатной температуре, а затем фильтровали. Экстракты хранили во
флаконах из темного стекла. Соотношения растения и экстрагента были подобраны по научно-технической литературе: для несозревших плодов - 1,0:1,5[6], для корней - 1:12 [7], для листьев - 1:14 [8], для стеблей - 1:7 [9] (табл. 1). Экстракты фильтровали, разливали в стерильные флаконы из темного стекла и хранили при комнатной температуре.
Таблица 1
Способы получения водных экстрактов из разных частей S. nigrum
Части растения S.nigrum Методика Ссылка на методику
Стебли Высушенные стебли заливали холодной дистиллированной водой в соотношении 1,0:5,5, затем нагревали до температуры 90 °С и кипятили в течение 10 мин [9]
Корни Высушенные измельченные корни заливали холодной дистиллированной водой в соотношении 1:12, затем нагревали до температуры 90 °С и кипятили в течение 10 мин [10]
Созревшие плоды Вегетативные части растения (плоды) заливали холодной дистиллированной водой в соотношении 1,0:2,5, настаивали в течение 2 ч. Затем упаривали экстракты в сушильном шкафу при температуре 60-65 °С, охлаждали 30 мин [11]
Листья Свежие листья заливали холодной дистиллированной водой в соотношении 1:4, нагревали при температуре 90 °С и доводили до кипения, кипятили в течение 10 мин, затем охлаждали [12]
В качестве синтетического терпенового компонента был выбран синтезированный аналог природного биостимулятора растений эпибрассинолида - препарат «Эпин-экстра», который широко используется в сельском хозяйстве как ростостиму-лятор. Для определения ростостимулирующей активности тест-объектом была выбрана редька посевная ЕарНапив БаИиив Ь., так как она является наиболее оптимальным видом для проращивания. Для установления оптимальной концентрации кон-кретов исследования водных и этанольных экстрактов проводили в нормальных условиях (оптимальный температурный и световой режимы) и в стресс-условиях. Полученные экстракты были высушены, затем их разводили в 1 мл стерильной дистиллированной воды при следующих концентрациях: 0,1, 0,5, 1,0, 5,0 мг/мл. Влияние кон-кретов на семена редьки определяли на 3-е и 7-е сутки. Результаты фиксировали по следующим показателям: всхожесть семян, энергия прорастания, замер длины корня и побегов.
В результате проведенных исследований влияния природных (водных и этанольных экстрактов) терпеновых соединений и синтетического препарата «Эпин-экстра» на прорастание семян в стресс-условиях было определено два показателя: энергия прорастания и всхожесть (%). Сравнения влияния исследуемых образцов этанольных и водных экстрактов паслёна чёрного на начальные ростовые процессы Ы. БаИиив (в стресс-условиях) представлены в табл. 2.
Таблица 2
Влияние этанольных и водных экстрактов и синтетического «Эпин-экстра» на начальные ростовые процессы редиса Я. БаИм-в
(в стресс-условиях)
Концентрация конкрета, мг/мл Этанольные экстракты
Листья Плоды Корень Стебель Листья Плоды Корень Стебель
Всхожесть, % Энергия прорастания, %
5,0 0,0 0,0 0,0 16,6 0,0 0,0 0,0 0,0
1,0 0,0 40,0 13,3 13,3 0,0 50,0 26,6 0,0
0,5 73,3 43,3 63,3 30,0 0,0 53,0 56,6 13,3
0,1 70,0 36,6 100 66,0 0,0 20,0 60,0 0,0
Окончание таблицы 2
Водные экстракты
5,0 33,3 76,6 36,6 16,6 0,0 73,3 30,0 0,0
1,0 10,0 76,0 50,0 33,3 0,0 73,3 30,0 0,0
0,5 10,0 83,3 56,6 66,6 40,0 86,6 46,6 13,3
0,1 76,6 76,6 56,6 23,3 0,0 76,6 40,0 0,0
Контроль 56,6 60,0
Эпин-экстра 37,0 21,0
Экспериментальные данные показали, что высокие концентрации всех образцов конкретов этанольных экстрактов паслёна чёрного угнетали рост и развитие редьки. Конкрет этанольного экстракта, полученного из стеблей nigrum, обладал меньшей токсичностью в первые 3 дня воздействия на семена. При обработке семенного материала конкретом этанольного экстракта корней (0,1 мг/мл) и листьев (0,5 и
0.1 мг/мл) всхожесть увеличивалась по сравнению с контролем (56,6 %) и синтетическим препаратом (37 %). Выраженное стимулирующее действие на рост и развитие растений оказал конкрет этанольного экстракта корня паслёна (0,1 мг/мл) и составил 100 %.
При обработке семян редьки водными экстрактами паслёна чёрного наблюдалась большая всхожесть редьки по сравнению с препаратом «Эпин-экстра» и контролем. Токсичное действие проявили только экстракты листьев и стеблей во всех концентрациях, кроме 0,5 мг/мл, на 5-й и 7-й дни эксперимента. Высокие концентрации водных экстрактов всех частей паслёна чёрного не оказали выраженного токсичного (ингибирующего) действия. По всем определяемым показателям водный экстракт плодов обладал наибольшей активностью при концентрации конкрета 0,5 мг/мл (рис.
1, 2).
60 50 40
£ 30 Л 20 ^ 10 0
листья корень
корень
вода
листья побег
корень
вода
□ 5мг/1мл П1мг/1мл Ш0,5мг/1мл П0,1мг/1мл
Рис. 1. Влияние этанольнъж экстрактов и синтетического препарата на развитие корня и побега ЕарНапиэ эаИииэ ]. в стресс-условиях
80 70 м60
§ 50 £40
ил30 ^ 20 10 0
листья корень
корень
вода
листья Побег
корень
вода
□ 5мг/1мл Ш1мг/1мл П0,5мг/1мл П0,1мг/1мл
Рис. 2. Влияние водных экстрактов и синтетического препарата на развитие корня и побега ЕарНапиэ эаИииэ ]. в стресс-условиях
В стресс-условиях высокие концентрации этанольных экстрактов изучаемого растения оказали токсичное действие на рост культуры редьки. Токсичными также оказались экстракты листьев при всех концентрациях, экстракты стеблей 1,0 и 0,1 мг/мл. При обработке этанольным экстрактом стеблей 8. тдгит 0,5 мг/мл длина корня является наибольшей. Экстракты корня 0,1 мг/мл оказали положительное влияние на рост побега, в то время как синтетический препарат оказал минимальное воздействие на рост как корня, так и побега. Выраженным действием на рост корня в стресс-условиях обладал водный экстракт, полученный из плодов 8. тдгит 5,0 мг/мл. Наибольшей ростостимулирующей активностью в отношении побега Ы. БаИиив обладал водный экстракт из листьев паслёна чёрного концентрацией 0,5 мг/мл.
Результаты экспериментов по выявлению ростостимулирующей активности природных терпеновых компонентов в виде этанольных и водных экстрактов по сравнению с синтетическим препаратом на редьку посевную в нормальных условиях (оптимальный температурный и световой режимы) представлены в табл. 3.
Таблица 3
Влияние этанольных и водных экстрактов и синтетического препарата «Эпин-экстра» на начальные ростовые процессы редькиЯ. эаЫуиэ
(в нормальных условиях)
Концентрация конкрета, мг/мл Этанольные экстракты
Листья Плоды Корень Стебель Листья Плоды Корень Стебель
Всхожесть, % Энергия прорастания, %
5,0 30,0 63,3 53,3 14,0 50,0 90,0 83,3 63,3
1,0 86,6 80,0 80,0 76,6 83,3 76,6 90,0 76,6
0,5 86,6 96,6 80,0 73,3 93,3 0,0 80,0 83,3
0,1 76,6 86,6 76,6 76,6 80,0 80,0 83,3 76,6
Водные экстракты
5,0 70,0 76,6 76,6 0,0 76,6 73,3 80,0 60,0
1,0 80,0 76,6 90,0 73,3 83,3 73,3 93,3 76,6
0,5 90,0 83,3 80,0 90,0 86,6 86,6 73,3 90,0
0,1 83,3 76,6 83,0 86,6 90,0 76,6 86,6 93,3
Контроль 76,6 86,6
Эпин-экстра 73,3 76,6
Результаты табл. 3 свидетельствуют о том, что препарат «Эпин-экстра» и дистиллированная вода (контроль) повышают уровень начальных ростовых процессов, однако природные терпеновые соединения в виде конкретов этанольных и водных экстрактов паслёна чёрного обладают выраженным положительным эффектом.
На рис. 3 и 4 представлены результаты влияние этанольных и водных экстрактов и препарата «Эпин-экстра» на развитие корня и побега редьки в нормальных условиях.
140 120 100 80 60 40 20 0
лист корень
корень
вода
лист побег
корень
вода
□ 50мг/10мл Ш10мг/10мл П5мг/10мл П1мг/10мл
Рис. 3. Влияние этанолъньх экстрактов и синтетического препарата на развитие корня и побега ЕарНапиэ эайииэ ]. в нормалъньж условиях
Конкреты этанольных экстрактов разных частей паслёна оказали более выраженное действие на рост корня, чем на рост побега редиса. В нормальных условиях лучшее влияние на ростовые процессы оказывали концентрации 0,1 и 1,0 мг/мл кон-кретов. Так, концентрация 0,1 мг/мл конкрета этанольного экстракта плодов и стеблей являлась оптимальной, а длина корней Ы. БаИиив составляла 115,5 и 107,8 мм соответственно.
140 120 100 80 60 40 20 0
лист корень
корень вода лист корень
побег
15мг/1мл Ш1мг/1мл Ш0,5мг/1мл Ш0,1мг/1мл
вода
Рис. 4. Влияние водньх экстрактов и синтетического препарата на развитие корня и побега ЕарНапиэ эаИииэ ]. в нормалъньх условиях
Конкреты водных экстрактов корней и стеблей паслёна концентрацией 0,5 мг/мл ускоряли рост стебля и способствовали лучшему развитию побега. Наилучшие показатели наблюдались при воздействии на семена водным экстрактом стебля концентрацией 5 мг/мл, длина побега составляет 69,5 мм, что в 2 раза больше, чем, при обработке семян препаратом «Эпин-экстра» - 37,0 мм и без обработки образцами -34,5 мм.
В настоящее время особое внимание ученых уделяется выявлению
биологических свойств вторичных метаболитов наземных растений, что определяет поиск новых перспективных регуляторов роста, антибиотиков, инсектицидов и гербицидов природного происхождения на их основе. Поиск новых малоизученных растений в качестве источника терпеновых соединений, обладающих ценными сельскохозяйственными свойствами, позволит разработать биопрепарат с полифункциональными свойствами. В ходе проведенных исследований было выявлено, что природные терпеновые компоненты оказывают положительно воздействие на все ростовые показатели семян Raphanus sativus L.
ЛИТЕРАТУРА
1. Данилов, А.В. Влияние стимуляторов роста на урожайность и качество продукции зерновых культур / А. В. Данилов. - Текст: непосредственный // Вестник Марийского государственного университета. Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки». - 2017. - № 1(9). - С.28-32.
2. Усова, К.А. Экологически безопасные высокоэффективные регуляторы роста растений для цветочно-декоративных культур (обзор Российской литературы) / К.А. Усова, С.Л. Белопухов, И.Г. Шайхиев. - Текст: непосредственный // Вестник Казанского технологического университета. - 2016. - № 21. - С. 193-198.
3. Ефимова, М.В. Влияние брассиностероидов на формирование защитных реакций проростков рапса в условиях засоления / М.В. Ефимова, А.В. Мануйлова, М.К. Малофий [и др.] - Текст: непосредственный // Вестник Томского государственного университета. Биология. - 2013. - № 1(21). - С.118-128.
4. KhripachV.A., ZhabinskiiV.N., KarnachukR.A., SchneiderM.P.Chemical probes in biology / Science at the interface of brassinosteroids: a new role of steroids as biosig-naling molecules // Ed. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2003, Vol.129, pp. 153-167.
5. Вилкова, Д.Д. Исследование возможностей применения биологически активных компонентов растительных экстрактов для агропищевой безопасности на примере паслёна черного (Solanum nigrum L.) / Д.Д. Вилкова, М.А. Егоров, О.В. Но-виченко [и др.]. - Текст: непосредственный // «Российский журнал «Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии». - 2022. - № 1(41). - C. 53-59.
6. SammaniA., ShammaaE., Chehna F.Qualitative and Quantitative Steroidal Alkaloids of Solanum Species Distributed Widely in Syria by TLC and HPLC / // Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res., 2013, No 23(2), pp. 23-27.
7. Khattak, J.K., AnwarZ., AftabS., AfzalM., IslamM., Khan A.Solenum nigrum as Potent Therapy: A Review // British Journal of Pharmacology and Toxicology, 2012, pp.185-189.
8. Aamir M.,Mahmood A. Hepatroprotectivite activity of Aqueous-Ethanolic Extract of Solanum nigrum against nimesulide intoxicated albino rats // European Journal of Zoological Research, 2013, Vol. 2, № 2, pp. 19-25.
9. Parameswari K., Sudher A., Kishori B. In vitro antibacterial activity in the extracts of Solanum nigrum // Indian Streams Research Journal, 2011, Vol. 2, № 7, pp.14.
10. Jain, R., Sharma A., Gupta S., Gabrani R. Solanum nigrum: Current Perspectives on Therapeutic Properties // Alternative Medicine Review, 2011, Vol.12, pp.78-85.
11. ArulmozhiV., KrishnaveniM., Mirunalini S. Protective effect of Solanum nigrum fruit extract on the functional status of liver and kidney against ethanol induced toxicity // J. Biochem Tech., 2012, No 3(4), pp.339-343.
12. Prakash S., Jain A.K. Antifungal activity and preliminary phytochemical studies of leaf extract of Solanum nigrum Linn // International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 2011, Vol. 3, № 4, pp.352-355.
REFERENCES
1. Danilov A.V. Vliyanie stimulyatorov rosta na urozhajnost' i kachestvo produkcii zernovyh kul'tur, Vestnik Marijskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya «Sel'skohozyajstvennye nauki. Ekonomicheskie nauki». - 2017. -No 1(9). - pp. 28-32. (Russian)
2. Usova K.A., Belopuhov S.L., SHajhiev I.G. Ekologicheski bezopasnye vysokoeffektivnye regulyatory rosta rastenij dlya cvetochno-dekorativnyh kul'tur (obzor Rossijskoj literatury), Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2016. No 21. pp.193-198. (Russian)
3. Efimova, M.V., Manujlova A.V., Malofij M.K., Kartashov A.V., Kuznecov V.V. Vliyanie brassinosteroidov na formirovanie zashchitnyh reakcij prorostkov rapsa v uslovi-yah zasoleniya, Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya. - 2013. - No 1(21). - pp.118-128. (Russian)
4. KhripachV.A., ZhabinskiiV.N., KarnachukR.A., SchneiderM.P.Chemical probes in biology, Science at the interface of brassinosteroids: a new role of steroids as biosignal-ing molecules, Ed. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2003, No l. Vo 129, pp. 153167.
5. Vilkova D.D., Egorov M.A., Novichenko O.V., Kutuzov M.N., Karui R. Issledovanie vozmozhnostej primeneniya biologicheski aktivnyh komponentov rastitel'nyh ekstraktov dlya agropishchevoj bezopasnosti na primere paslyona chernogo (Solanum nigrum L.), «Rossijskij zhurnal «Problemy veterinamoj sanitarii, gigieny i ekologii». - 2022. - No 1 (41). - pp. 53-59. (Russian)
6. Sammani A., Shammaa E., Chehna F. Qualitative and Quantitative Steroidal Alkaloids of Solanum Species Distributed Widely in Syria by TLC and HPLC, Int. J. Pharm. Sci. Rev. Res., 2013, No 23(2), pp. 23-27.
7. Khattak, J.K., Anwar Z., Aftab S., Afzal M., Islam M., Khan A. Solenum nigrum as Potent Therapy: A Review, British Journal of Pharmacology and Toxicology, 2012, pp. 185-189.
8. Aamir M., Mahmood A. Hepatroprotectivite activity of Aqueous-Ethanolic Extract of Solanum nigrum against nimesulide intoxicated albino rats, European Journal of Zoological Research, 2013, Vol.2, No 2, pp. 19-25.
9. Parameswari K., Sudher A., Kishori B. In vitro antibacterial activity in the extracts of Solanum nigrum // Indian Streams Research Journal, 2011, Vol.2, No 7, pp. 14.
10. Jain, R., Sharma A., Gupta S., Gabrani R. Solanum nigrum: Current Perspectives on Therapeutic Properties, Alternative Medicine Review, 2011, Vol.12, pp. 78-85.
11.Arulmozhi V., Krishnaveni M., Mirunalini S. Protective effect of Solanum nigrum fruit extract on the functional status of liver and kidney against ethanol induced toxicity, J. Biochem Tech., 2012, No 3(4), pp. 339-343.
12. Prakash S., Jain A.K. Antifungal activity and preliminary phytochemical studies of leaf extract of Solanum nigrum Linn, International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 2011, Vol.3, No 4, pp. 352-355.
