CC BY
99
УДК 553.972: 547.91:577.117.2+577.117.3
СОСТАВ ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ ТОРФОВ ОСУШЕННЫХ И НЕНАРУШЕННЫХ ВЕРХОВЫХ БОЛОТ БЕЛАРУСИ И ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Серебренникова Ольга Викторовна,
д-р хим. наук, профессор каф. геологии и разведки полезных ископаемых Института природных ресурсов ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, д. 30; заведующая лабораторией природных превращений нефти Института химии нефти СО РАН, Россия, 634021, г. Томск, пр. Академический, 4. E-mail: ovs49@yahoo.com
Стрельникова Евгения Борисовна,
канд. хим. наук, науч. сотр. лаборатории природных превращений нефти Института химии нефти СО РАН, Россия, 634021, г. Томск, пр. Академический, 4. E-mail: seb@ipc.tsc.ru
Прейс Юлия Ивановна,
канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории геоинформационных технологий ФГБУН Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Россия, 634021, г. Томск, пр. Академический, 10/3. E-mail: preisyui@rambler.ru
Аверина Наталия Георгиевна,
д-р биол. наук, профессор, гл. науч. сотр. лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки
Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27. E-mail: averina@ibp.org.by
Козел Николай Владимирович,
канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки
Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, Беларусь, 220072, г. Минск, ул. Академическая, 27. E-mail: kmu@tut.by
Бамбалов Николай Николаевич,
д-р с.-х. наук, академик, зав. лабораторией биогеохимии ландшафтов Института природопользования НАН Беларуси, Беларусь, 220114, г. Минск, ул. Скорины, 10. E-mail: peatland@ecology.basnet.by
Ракович Вячеслав Александрович,
канд. техн. наук, ведущ. науч. сотр. лаборатории биогеохимии ландшафтов Института природопользования
НАН Беларуси, Беларусь, 220114, г. Минск, ул. Скорины, 10. E-mail: mire4@tut.by
Актуальность работы обусловлена активным проведением на болотах мелиоративных работ и отсутствием данных о влиянии осушения болот на химический состав торфяной залежи.
Цель работы: охарактеризовать состав экстрактивных веществ торфов естественных и осушенных участков болот на территории Беларуси и Западной Сибири.
Методы исследования: высокоэффективная жидкостная хроматография, спектрофотометрия, хроматомасс-спектрометрия. Результаты: В хлороформ-метанольном экстракте верховых нативных и осушенных торфов Беларуси и Западной Сибири методом ГХ/МСидентифицировано более 150 соединений, представленных н-алканами, н-алкан-2-онами, н-альдегидами, жирными кислотами и их эфирами, а также изопреноидами, включающими сескви-, ди-, тритерпены, стероиды, ациклические соединения и токоферолы. В ацетоновом экстракте торфов методом жидкостной хроматографии высокого давления в сочетании с электронной спектроскопией определен состав каротиноидов и тетрапиррольных пигментов, среди которых идентифицированы хлорофиллы a и b, феофитины a и b, феофорбид, лютеин и неоксантин. Показано, что наибольшим качественным и количественным изменениям при осушении подвержены сескви-, ди- и тритерпены, стероиды, а также каротиноиды и тетрапирролы. В результате осушения в торфах верховых болот Беларуси увеличилось содержание стероидов, сескви- и дитерпенов, в торфах Западной Сибири - стероидов, тритерпенов и токоферолов. Среди стероидов возросло содержание производных ланостана. В составе пигментов результатом осушения явилось исчезновение в торфе хлорофиллов и возрастание содержания неоксантина. Различие в климатических условиях Западной Сибири и Беларуси нашло свое отражение в изменении при осушении болот индивидуального состава тритерпенов. Более поздние сроки оттаивания, особенно осушенных участков болот, и сброса талых вод в Западной Сибири создают менее благоприятные условия для осушения и обуславливают малую скорость происходящих в торфяной залежи окислительных процессов. В результате в осушенных торфах Беларуси существенно снизилось разнообразие тритерпенов за счет разрушения наименее стабильных соединений, в то время как в торфах Западной Сибири эти соединения сохранились.
Ключевые слова:
Торф, экстрактивные вещества, алифатические соединения, терпены, стероиды, каротиноиды, тетрапирролы.
Введение
Торф является ценнейшим природным биологическим материалом и важнейшим минерально-сырьевым ресурсом [1, 2]. Он широко используется в сельском хозяйстве и животноводстве, медицине, биохимии, энергетике и ряде областей промышленности. Массовое осушение болот, пожары на торфяниках привели к сильному нарушению местной экологии и отрицательно повлияли на биоразнообразие в этих регионах. Нарушение торфяной залежи при антропогенном воздействии приводит к количественному и качественному изменению компонентного состава (углеводов, гумино-вых веществ, битумов) различных видов торфа, однако работы по изучению изменений состава органических соединений битуминозных компонентов торфов, происходящих при осушении болот, не проводились.
Хотя изучение торфов весьма актуально как в практическом, так и теоретическом аспектах, данные о составе органического вещества торфов Западной Сибири весьма ограничены. Они касаются, прежде всего, определения общего содержания битуминозных компонентов [3], изучения веществ гуминовой природы [4], а также отдельных биологически активных соединений. В то время как монография по химии экстракционных смол торфов белорусских ученых вышла в свет уже в 1985 г. [5], в Западной Сибири это направление активно развивается лишь в последние несколько лет. Появились работы, посвященные определению всех основных классов соединений, присутствующих в экстрактах торфов Западной Сибири [6-9].
Целью настоящего исследования является проведение сравнительной характеристики состава экстрактивных веществ торфов естественных и осушенных участков болот на территории Беларуси и Западной Сибири.
Материалы и методы исследования
Исследование состава органического вещества проведено для торфов нативных и осушенных участков болота Червенское (Галое), расположенного в Минской области (Беларусь), а также торфов, отобранных на участках болота Темное юга Томской области (Западная Сибирь).
Болото Червенское (Галое) в Червенском районе Минской области относится к крупным верховым и низинным болотам пологоволнистой равнины. Гидромелиоративные работы были проведены в 1960-1963 гг. После осушения болота территория массива стала подвергаться пожарам различной интенсивности, что привело к формированию частично выгоревших торфяных залежей с многочисленным сухостоем.
Болото Темное в Томском районе Томской области входит в состав крупной болотной системы верхового и низинного типов, залегающей на надпойменных террасах р. Томи. Гидромелиоративные работы проведены в 80-х гг. ХХ в. На осушенном верховом участке произошла значительная усадка
залежи, в результате небольшого низового пожара вместо сведенного яруса низкорослой сосны сформировался густой ярус подроста березы, возросло обилие вересковых кустарничков и пушицы.
Согласно данным стратиграфического бурения, первоначально образование торфяной залежи болота Червенское происходило в условиях бедного водно-минерального питания, вследствие чего здесь отложился верховой магелланикум торф малой степени разложения, 10-20 %. В верхней части залежи торфа осушенного участка после пожара образовался режим, близкий к мезотрофному. На сухой части участка произошла смена напочвенного мохового покрова - сфагнового на гипно-вый (образец О-155). Однако нижняя часть торфяной залежи (образец О-156), в которой преобладают пушица и сфагновые мхи, все равно оставалась в значительной степени обводненной.
Обследованный верховой участок болота Темное сформировался путем зарастания озера в глубоком понижении между песчаными дюнами. Торфяная залежь верховая фускум. Придонные слои шейхцериевого среднеразложившегося торфа перекрыты мощным слоем слаборазложившегося фускум торфа с тонкими прослойками пушицы.
Проведен отбор образцов торфов из залежей верхового типов естественной и нарушенной экосистем на технический и спорово-пыльцевой анализы. Дана оценка их ботанического состава микроскопическим методом [10], степени разложения (R) - методом центрифугирования [10], зольности и кислотности по методикам Инсторфа [11], а также содержания битуминозных компонентов.
Органические (битуминозные) компоненты выделяли из торфов экстракцией 7%-м раствором метанола в хлороформе при 60 °С. Торф предварительно обезвоживали до воздушно-сухого состояния и измельчали. Анализ состава экстрактивных веществ торфов осуществляли методом газовой хромато-масс-спектрометрии с использованием магнитного хромато-масс-спектрометра DFS фирмы «Thermo Scientific» (Германия). Применяли колонку кварцевую аналитическую капиллярную фирмы «Thermo Scientific» длиной 30 м и внутренним диаметром 0,25 мм с неподвижной фазой TR-5MS и толщиной пленки 0,25 мкм. Условия хроматографирования: изотермический режим при 80 °С в течение 2 мин, затем программированный подъем температуры со скоростью 4 °С/мин до 300 °С и выдержкой при конечной температуре 30 мин; газ-носитель - гелий. Температура ионизационной камеры 270 °С, температура интерфейса 270 °С, энергия ионизирующих электронов 70 эВ. Хроматограммы органических компонентов получали по общему ионному току (TIC) и характеристическим фрагментным ионам (SlM). Идентификацию индивидуальных соединений проводили компьютерным поиском в библиотеке Национального Института Стандартов NIST-05, по литературным данным и реконструкцией структур по характеру ионной фрагментации при электронном уда-
ре. Содержание отдельных структур определяли по площади соответствующих пиков на хромато-граммах с использованием внутреннего стандарта (дейтероаценафтена C12D10) и поправочных коэффициентов, определенных для каждого класса соединений.
Таблица 1. Программа изменения концентрации растворителей для разделения растительных пигментов на хроматографической колонке Nucleodur C18 Gravity (тип С18, размер частиц 3 мкм, длина 15 см)
Table 1. Program for changing solvent concentration to separate plant pigments in chromatographic column Nucleodur C18 Gravity (type С18, particle size 3 ¡m, length 15 cm)
Время, мин Time, min Скорость потока, мл/мин Flow rate, ml/min Раствор А, % Solution A, % Раствор B, % Solution B, % Режим Mode
0,01 0,5 100 0 Линейный градиент Linear gradient
1Б,00 0,5 0 100 Изократический режим Isocratic mode
18,00 0,5 0 100 Линейный градиент Linear gradient
19,00 0,5 100 0 Изократический режим Isocratic mode
2Б,00 0,5 100 0 Остановка Shutdown
Качественную и количественную оценку содержания тетрапирролов и каротиноидов в образцах торфа проводили с помощью жидкостного хроматографа высокого давления Shimadzu Prominence LC 20 (Япония) с хроматографической колонкой Nucleodur C18 Gravity (тип С18, размер частиц 3 мкм, длина 15 см) фирмы Macherey-Nagel (Германия). В основу метода выделения, разделения и идентификации тетрапирролов хлорофильной природы, а также каротиноидов были положены методики, описанные в работах [12-15]. Они были модифицированы в приложении к образцам торфяного происхождения согласно [16]. Для экстракции пигментов сухие образцы торфа размельчали до порошкообразного состояния, после чего многократно промывали ацетоном. Степень вымывания пигментов контролировали по спектрам поглощения на спектрофотометре Uvikon 931 фирмы Kontron (Германия). Затем ацетоновый экстракт упаривали до определенного объема. Далее в виалы для хроматографии вносили по 0,5 мл ацетонового экстракта и помещали в камеру хроматографа. Объём инъекции составлял 50 мкл. Разделение пигментов в колонке производили с использованием растворов А (90 % ацетонитрила, 9,9 % Н2О, 0,1 % триэтиламина) и В (100 % этилацетат) по программе (табл. 1) с потоком 0,5 мл/мин. Пигменты регистрировали спектрофотометрическим детектором с диодной матрицей Shimadzu SPD-M20A (Япония) в диапазоне 200-800 нм. Для визуализации профиля хроматограммы выделяли
спектр поглощения при 410 нм. Для количественного определения пигментов использовали площади пиков хроматограммы. Для более точной идентификации растительных пигментов регистрировали флуоресценцию разделенных веществ флуо-риметрическим детектором Shimadzu DGU-20A (Япония) при длине волны регистрации 670 нм (длина волны возбуждающего света 410 нм).
Обсуждение результатов
Отмечены отличия по изучаемым показателям между образцами, взятыми из естественных и нарушенных болот (табл. 2). Все исследованные верховые торфа, отобранные с поверхности до глубины 0,2 м, характеризуются низкой зольностью (A) и невысокой степенью разложения (R), однако для верхнего слоя нарушенного торфа Беларуси отмечена более высокая зольность (5,7) по сравнению с образцами естественного торфяного слоя (2,7). Общее содержание битуминозных компонентов (БИТ) в торфах Беларуси возрастает при переходе от естественного к осушенному участку, а в западносибирских торфах меняется незначительно.
Таблица 2. Характеристика исследованных торфов Table 2. Peat features
декс образца imple index Глубина отбора,м Depth, m Вид торфа Peat type Участок Area R, % A, % БИТ, % ious componer Ш
X on И E u s
Верховые торфа болота Червенское (Галое), Беларусь Bog peat of Chervenskoe (Galoe) bog, Belarus
Магеллани- Есте-
Н-1Б1 0-0,10 кум Magellanicum ственный Natural 10 2,l 2,8 3,8
Магеллани- Есте-
Н-1Б2 0,10-0,20 кум Magellanicum ственный Natural 1Б 2,Б 4,2 3,l
О-1ББ* 0-0,10 Гипновый переходный Moss transi- Осушенный Drained Б-10 Б ,l 11,0 4,2
tion
О-1Б6 0,10-0,20 Пушицево-сфагновый Cotton grass-sphagnum Осушенный Drained 1Б-20 2,l 13,6 4,1
Верховые торфа болота Темное, Западная Сибирь Bog peat of Temnoe bog, Western Siberia
Н-6 0-0,06 Фускум Fuscum Естественный 3 2,9 1,1 2,l
Natural
О-10 0,10-0,18 Фускум Fuscum Осушенный Drained l 3,2 2,8 3,0
*На сфагновой подложке после осушения и пожара поселился гипновый мох.
*Hypnum moss occurred on sphagnum substrate after drainage and fire.
зз
Таблица 3. Содержание отдельных групп органических соединений в верховых торфах Table 3. Content of certain groups of organic compounds in bog peats
Индекс образца Sample index Н-151 Н-152 О-155 О-156 Н-6 0-10
Болото Bog Червенское, Беларусь Chervenskoe, Belarus Темное, Западная Сибирь Temnoe, Western Siberia
Участок Area Нативный Native Осушенный Drained Нативный Native Осушенный Drained
Содержание в торфе, мкг/г сухой массы Content in peat, ¡/g of dry weight
н-Алканы n-alkanes 12,65 14,42 8,27 14,36 26,89 43,03
Арены Arenes 0,18 0,12 0,30 0,15 0,12 0,11
Жирные кислот Fatty acids 3,25 5,17 6,78 13,29 6,18 3,92
Эфиры жирных кислот Fatty acid ether 0,48 0,44 0,58 1,43 2,17 1,04
н-алкан-2-оны n-alkane-2-ones 1,09 1,36 0,85 3,18 2,22 9,14
н-Альдегиды n-aldehydes 0,24 0,34 0,35 1,42 5,03 3,80
Ациклические изо-преноиды Acyclic isoprenoids 2,54 3,02 2,41 5,34 11,33 7,65
Сесквитерпены Sesquiterpenes 0,13 0,13 0,89 1,20 1,82 1,33
Дитерпены Diterpenes 0,13 0,15 0,73 0,39 3,30 0,27
Стероиды Steroids 0,32 0,23 1,85 1,21 3,27 13,86
Тритерпены Triterpenes 11,81 9,05 1,59 13,83 10,44 54,91
Токоферолы Tocopherols 0,19 0,29 0,12 0,25 1,93 14,97
Трифенилфосфаты Triphenyl phosphate 0,02 0,05 0,02 0,09 0,05 0,22
Сумма Total 33,10 34,84 26,48 56,88 74,75 154,25
Групповой состав битуминозных
компонентов торфов
В исследованных торфах идентифицированы представители и-алканов, аренов, жирных кислот и их эфиров, алканонов, альдегидов, ациклических, а также би-, три-, тетра- и пентацикличе-ских изопреноидов, токоферолов и трифенилфос-фатов (табл. 3), однако суммарное содержание экстрактивных веществ (30-150 мкг/г сухого торфа) составляет лишь небольшую долю от выхода битумов, основная масса которых вероятно представлена нелетучими высокомолекулярными соединениями, не определяемыми при газохроматографи-ческом анализе. Наблюдаемая диспропорция в содержании битумов и летучих компонентов торфов болот Западной Сибири и Беларуси (табл. 2, 3) может быть обусловлена как различным ботаническим составом торфов, так и особенностями климата, влияющими на степень их разложения.
Доминирующими классами органических соединений в нативных верховых торфах Беларуси являются и-алканы и тритерпены (рис. 1), их содержание составляет около 70 % от общей суммы идентифицированных соединений. Образец гипно-вого торфа осушенного участка (О-155) отличается низким содержанием тритерпенов: в нем преобладают жирные кислоты и и-алканы, в то время как нижележащий образец этого же участка (О-156) по групповому составу липидов ближе нативным образцам, однако доля и-алканов в нем ниже.
Содержание ароматических углеводородов (аренов) во всех изученных образцах торфа не превышает 0,5 % от общего содержания липидов.
Среди циклических изопреноидов в верховых торфах Беларуси доминируют пентациклические структуры, за исключением образца гипново-пере-ходного торфа (О-155), в котором содержание три-терпенов и стероидов сопоставимо (рис. 2).
Рис. 2. Состав циклических изопреноидов верховых торфов Беларуси
Fig. 2. Composition of cyclic isoprenoids in bogpeats of Belarus
В вышележащем образце осушенного торфа (О-
155) по сравнению с торфами нативного участка содержание большинства групп органических соединений существенно не изменилось, за исключением терпенов. При этом содержание тритерпенов снизилось, а остальных циклических изопренои-дов увеличилось в несколько раз (рис. 2).
В нижележащем образце осушенного торфа (О-
156) содержание большинства групп органических соединений выше, чем в торфе нативного участка. Исключением являются и-алканы, арены и токоферолы, количество которых не изменилось. Наиболее заметно увеличение содержания в торфе осушенного верхового болота Беларуси циклических изопреноидов - стероидов и сесквитерпенов (в 5 и 9 раз, соответственно).
В верховых торфах ненарушенного участка западносибирского болота Темное в максимальном количестве среди всех органических соединений присутствуют и-алканы, в осушенном преобладают тритерпены (рис. 3).
Среди циклических изопреноидов в верховых торфах Сибири доминируют пентациклические структуры (рис. 4). В результате осушения болота их содержание в торфе увеличилось в несколько
Ненарушенный участок Undisturbed area
Осушенный участок Drained area
Тритерпены
Стероиды
Дитерпеш Сесквитерпены Ациклические изопреноиды
Н-151
Стероиды Дитер пены Сесквитерпень
Тритерпены -Токоферолы
Дремы
Н-152
Тоноферолы
Арены
Рис. 1. Fig. 1.
Групповой состав липидов торфов осушенного и ненарушенного участка болота Червенское, Беларусь Group composition of peat lipids in drained and undisturbed areas of the bog Chervenskoe, Belarus
Ненарушенный участок Undisturbed area
Осушенный участок Drained area
Н-б
тритерпены стероиды
ди1ерпены_
сесчвигерпены
ациклические изопреноиды
токоферолы
токоферолы
0-155
Арены
0-Ю
арены
нешны, альдегиды
дктерпены
ациклические изопреноиды
сесквитерпены
Рис. 3. Гоупповой состав липидов торфов осушенного и ненарушенного участка болота Темное, Западная Сибирь Fig. 3. Group composition of peat lipids in drained and undisturbed areas of the bog Temnoe, Western Siberia
раз, также как токоферолов и стероидов. В то же время содержание дитерпенов в осушенном торфе существенно снизилось, возможно, за счет меньшего вклада хвойных растений.
Молекулярный состав органических соединений торфов
Распределение алифатических структур в торфах нативного и осушенного участков болота Червенское (Беларусь) различается незначительно. В составе н-алканов всех торфов преобладают не-
четные гомологи С23-С31, однако торф осушенного участка отличается от нативных более низким относительным содержанием гомологов С16-С18 (рис. 5, а). Снижение содержания низкомолекулярных гомологов при осушении может являться результатом биодеградации.
Среди жирных кислот в торфах ненарушенного участка доминируют С16 и С6 соединения, в торфах осушенного содержание С16 понижено, а в одном из образцов (О-156) основным представителем жирных кислот является С10 (рис. 5, б).
1112
Рис. 4.
Fig. 4.
■ Стероиды
i Дитерпены
■ Сесквитерпены
■ Тритерпены
А
30 к
H-6 0-Ю
Состав циклических изопреноидов верховых торфов Западной Сибири
Composition of cyclic isoprenoids in bog peats of Western Siberia
В составе и-алкан-2-онов всех исследованных торфов Беларуси доминирует гомолог С27 (рис. 5, в), однако в образце гипново-переходного торфа в сопоставимом с ним количестве присутствуют также низкомолекулярные гомологи - С11, С13, С15. Образование этих соединений также может являться результатом биодеградации, которая активно проходит в аэробных условиях, образующихся при осушении торфяной залежи. Кроме того, в осушенном торфе распределение кетонов немного сдвинуто в высокомолекулярную область по сравнению с торфом нативного участка.
Схожим набором соединений во всех изученных образцах представлены метиловые, этиловые и изопропиловые эфиры жирных кислот. Ряд метиловых эфиров включает гомологи Сп-С29 с прео-
Ненарушенный участок
а/а
-151 - 152
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Число атомов углерода в молекуле
б/Ъ
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Число атомов углерода в молекуле
е/е
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 23 29 30 31 Число атомов углерода в молекуле
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Число атомов углерода в молекуле
Рис. 5. Распределение н-алканов (а), жирных кислот (б) и н-алкан-2-онов (в) в торфах нативного и осушенного участков верховых болот Беларуси
Fig. 5. Distribution of n-alkanes (a), fatty acids (b) and n-alkane-2-ones (c) in peats of native and drained areas of high bog in Belarus
бладанием нечетных структур и максимумом, приходящимся на метиловый эфир пальмитиновой кислоты. Изопропиловые эфиры лауриновой, ми-ристиновой и пальмитиновой кислот по распространённости в торфах находятся на втором месте, а этиловые эфиры миристиновой и пальмитиновой кислот - на третьем.
Ациклические изопреноиды включают насыщенные и ненасыщенные кетоны, спирты ряда фи-тола, а также сквален, содержание которого не превышает 0,01 мкг/г в торфах ненарушенных участков и возрастает до 0,17 мкг/г в осушенных.
Арены представлены главным образом бици-клическими структурами, включающими нафталин, метил-, диметил-, триметил-, тетраметилнаф-талины и кадален.
Сесквитерпены в торфах представлены соединениями групп кубебена, кадинена, обнаружены также каламенен и гуржунен, а в гипновом еще и купарен. В нативных торфах эти соединения присутствуют в близких концентрациях, а в осушенном торфе доминируют изомеры кадинена.
Трициклические изопреноиды, присутствующие во многих хвойных растениях [17-19], пред-
Таблица 4. Содержание три-, тетра- и пентациклических изопреноидов в верховых торфах Беларуси Table 4. Content of tri-, tetra- andpentacyclic isoprenoids in bog peats of Belarus
Индекс образца/Sample index Н-151 1 Н-152 О-155 1 О-156
Участок/Area Нативный Native Осушенный Drained
Содержание в торфе, мкг/г сухой массы Content in peat, ¡/g of dry weight
Дитерпеныl/Diterpenes
18-Норабиетан/18-1\1огаЫеп1апе 0,021 0,014 0,009 следы trace
18-Норабиетатриен/18-1\1огаЫе1:пеп 0,010 0,077 0,060 0,043
Лабд-14-ен, 8,13-эпокси-, (13R)-/Labd-14-ene, 8, 13-epoxy-, (13R)- 0,059 0,032 0,192 0,117
Ретен/Retene 0 0 0,017 0
Лабд-14-ен, 8,13-эпокси-, (13S)-/Labd-14-ene, 8, 13, 18-epoxy, (13S)- 0,028 0,013 0,107 0,089
Метилдегидроабиетат/Methyldehydroabietate 0,006 0,008 0,441 0,117
7-Оксодегидроабиетиновой кислоты, метиловый эфир/7-Oxodehydroabietic acids, methyl ether 0,002 0,003 0,040 0,019
Стероиды/Steroids
Холест-4,6-диен-3-ол/Cholest-4,6-diene-3-ol 0 0,001 0 0
3proCT-4,6^eH-3^/Ergost-4,6-diene-3-ol 0,012 0,008 0,043 0,032
C™maCT-4,6^eH-3^/Stigmast-4,6-diene-3-ol 0,099 0,028 0 0,414
Эргост-3,5-диен-7-он/ Ergost-3,5-diene-7-ol 0,014 0,001 0 0,044
C™maCT-3,5^eH/Stigmast-3,5-diene 0 0,043 0,106 0,167
Стигмаст-5-ен-3-ол (/¡-ситостерол) /Stigmast-5-ene-3-ol (^-sitosterol) 0 следы trace следы trace следы trace
Эргостан-3-он/Ergostan-3-one 0 0 0,007 0
Эргост-4-ен-3-он/Ergost4-en-3-one 0,056 0,001 0,130 0,017
Стигмастан-3-он/Stigmastan-3-one 0,011 0,034 0,034 0,031
Стигмаст-4,22-диен-3-он, ацетат/ Stigmast-4,22-diene-3-on, acetate 0,048 0 0,047 0
Стигмаст-3,5-диен-7-он/ Stigmast-3,5-diene-7-one 0,027 0,049 0,110 0,297
24-Метиленциклоартан-3-он/24-/Methylenecycloartane-3-one 0 0 0,156 0
Стигмаст-4-ен-3-он/ Stigmast-4-ene-3-one 0,055 0,064 0,965 0,209
Ланоста-8,24-диен-3-ол, ацетат/Lanosta-8,24-diene-3-ol, acetate 0 0 0,254 0
Тритерпены/Triterpenes
0леан-11,13(18)-диен/0lean-11,13(18)-diene 0,049 0,106 0 0,295
Д-Фриедоолеан-14-ен (тараксерен)/D-Friedoolean-14-ene 7,898 4,082 0,088 10,521
0леан-13(18)-ен/0lean-13(18)-ene 0,073 0,034 0 0,211
0леан-12-ен/0lean-12-ene 1,312 0,699 0 0,709
Д:А-Фриедоолеан-7-ен/D:A-Friedoolean-7-ene 0,725 0,353 0 0,654
Урс-12-ен/Urs-12-ene 0,202 0,112 0 0,248
Д-Фриедоолеан-1,14-диен-3-он/ D-Friedoolean-1,14-diene-3-one 0,164 0,296 0 0
Д-Фриедоолеан-14-ен-3-он (тараксерон)/D-Friedoolean-14-ene-3-one (tarakserone) 0,986 2,655 1,267 1,131
Д-Фриедоолеан-14-ен-3-ол/D-Friedoolean-14-ene-3-ol 0 0 0,030 0
0леан-12-ен-3-он/0lean-12-ene-3-one 0,109 0,299 0,129 0,057
Олеан-18-ен-3-ол (германикол)/Olean-18-ene-3-ol (germanicol) 0,075 0,064 0,078 0
Олеан-12-ен-3-ол, ацетат/Olean-12-ene-3-ol, acetate 0,062 0,061 0 0
Гоп-22(29)-ен-3-он/ Hop-22(29)-ene-3-one 0,054 0,103 0 0
Луп-20(29)-ен-3-ол, ацетат/Lup-20(29)-ene-3-ol, acetate 0,044 0,092 0 0
Д:А-фриедоолеанан-3-он (фриеделин) /D:A-Friedoolean-3-one (friedeline) 0,058 0,098 0 0
a/a
Ненарушенный участок
101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Число атомов углерода в молекуле
б/Ъ
9 10 11 12 13 14 15 Число атомов углерода в молекуле
Осушенный участок
10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 Число атомов углерода в молекуле
в/С
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Число атомов углерода в молекуле
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Число атомов углерода в молекуле
г/d
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Число атомов углерода в молекуле
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Число атомов углерода в молекуле
Рис. 6. Распределение н-алканов (а), жирны/х кислот (б), н-алкан-2-онов (в) и этиловых эфиров (г) в торфах нативных и осу-шенны:х участков верхового болота Темное (Томская область)
Fig. 6. Distribution of n-alkanes (a), fatty acids (b) and n-alkane-2-ones (с) and ethyl ethers (d) in peats of native and drained areas of Temnoe high bog (Tomsk region)
ставлены в торфах углеводородами: 18-норабиета-ном и его ненасыщенным производным 18-нораби-етантриеном, а также кислородсодержащими соединениями - лабденами (маноил- и эпиманоилок-сидом) (табл. 4). В образце гипново-переходного торфа обнаружен еще и ретен. В образцах осушенного торфа среди этих соединений преобладают кислородсодержащие структуры - лабдены и метил-дегидроабиетат, в торфах ненарушенного участка - лабдены и углеводород 18-норабиетатриен.
Среди стероидов, содержание которых в торфе осушенного участка в несколько раз выше, чем в торфах ненарушенного (табл. 4), преобладают ненасыщенные кетопроизводные стигмастана. Образец гипнового торфа (О-155) отличается присутствием в составе стероидов производных ланостана.
Пентациклические изопреноиды (тритерпены) в торфах ненарушенного участка представлены набором спиртов, кетонов и углеводородов, имеющих структурные особенности преимущественно ненасыщенных производных олеанана, лупана и гопана. Состав тритерпенов осушенного торфа менее разнообразен: не обнаружены производные го-пана и лупана; кроме того, в пушицево-сфагновом торфе отсутствуют спирты, а в вышележащем гип-новом, в отличие от всех остальных образцов, зафиксирован только один представитель углеводородов - Д-фриедоолеан-14-ен (тараксерен) (табл. 4). Общим для всех торфов является наличие, кроме тараксерена, Д-фриедоолеан-14-ен-3-она (тараксерона) и олеан-12-ен-3-она.
Качественный состав алифатических структур в торфах осушенного и ненарушенного участков болота Темное (Западная Сибирь) имеет некоторые особенности. Хотя в составе н-алканов всех торфов преобладают нечетные гомологи С23-С33 (рис. 6, а), торф осушенного участка отличается более высоким относительным содержанием гомологов С29 и С31, что обусловлено наличием в нем примеси остатков пушицы, в то время как в торфе нативного участка, образованного остатками лишь Sphagnum fuscum, максимум приходится на гомологи С25 и С27.
Среди жирных кислот во всех торфах преобладает пальмитиновая кислота (С16), в значительных концентрациях присутствуют также миристино-вая (С14) и лауриновая (С12) кислоты (рис. 6, б). По распределению н-алкан-2-онов торфа ненарушенного и осушенного участков практически не различаются: максимум приходится на С27, однако для торфа осушенного участка характерна более высокая относительная концентрация высокомолекулярных гомологов С29 и С31 (рис. 6, в).
Метиловые эфиры в торфах представлены четырьмя соединениями: эфирами лауриновой, мири-стиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот, причем преобладание в их составе метилового эфира пальмитиновой кислоты более выражено для образца нативного торфа. В то же время этиловые эфиры составляют широкий ряд соединений С16-С30 с двумя максимумами, первый из которых приходится на этиловый эфир пальмитиновой кислоты, а второй - на эфиры высокомолекулярных кислот С22,
С24 и С26. При этом для нативного торфа отмечено преобладание низкомолекулярной моды, а для осушенного - высокомолекулярной (рис. 6, г). Изопро-пиловые эфиры миристиновой и пальмитиновой кислот обнаружены во всех торфах.
Среди ароматических углеводородов в торфах обнаружены только бициклические структуры, включающие нафталин, метил-, диметил-, триме-тил-, тетраметилнафталины и кадален.
Ациклические изопреноиды в торфах представлены спиртами, кетонами и скваленом. Его содержание в нативном и осушенном торфах составляет 9,7 и 4,2 мкг/г, соответственно, что составляет 13 и 3 % общей суммы органических соединений торфов.
В составе сесквитерпенов торфов преобладают соединения со структурой кадинана: изомеры ка-динена и кадинола, а также а-калакорен и каламе-нен. В нативном торфе доминирует 7-кадинен, а в образце осушенного - 5-кадинен.
Трициклические терпены в нативных торфах представлены лабденами, 18-норабиетаном, его частично ароматизированным производным, а также метиловыми эфирами дегидроабиетиновой и оксодегидроабиетинвой кислот. В нативном торфе состав этих соединений шире за счет наличия насыщенного углеводорода - абиетана, в смеси ди-терпенов преобладают лабдены (маноилоксиды), присутствующие в высокой концентрации и доминирующие над другими трициклическими терпа-нами (табл. 5). В осушенном торфе содержание лабденов значительно ниже и основным компонентом смеси является метилдегидроабиетат. Так как маноилоксиды обнаружены в экстрактах сосны и пихты сибирской [20-22], снижение их содержания в осушенном торфе может объясняться формированием нового слоя торфа с низким вкладом хвойных растений.
В составе стероидов торфов идентифицированы ненасыщенные спирты, насыщенные и ненасыщенные кетоны рядов эрго-, стигма- и ланостана, а в образце осушенного торфа и ряда холестана (табл. 5). В нативном торфе основными являются производные стигмастана, в торфе осушенного участка - стигма- и ланостана.
В составе пентациклических изопреноидов, представленных структурными аналогами олеан-ана и гопана, преобладают производные олеанана, характерные для растительных сообществ [23, 24]. Среди них в нативном торфе в максимальном количестве содержится тараксерон, а в осушенном - та-раксерен. Относительное содержание соединений ряда гопана, имеющих бактериальную природу [25], в торфе осушенного участка выше, чем в торфах ненарушенного (табл. 5). В то же время в торфе осушенного участка повышено содержание ^-амирина, обладающего атиоксидантной и анти-микробиальной активностью [26, 27]. Наряду с насыщенным и ненасыщенными углеводородами, в торфе осушенного участка зафиксировано наличие гопенов с кето- и спиртовой группой. В нативных торфах кислородсодержащие соединения ряда го-пана отсутствуют.
Таблица 5. Содержание три, тетра- и пентациклических изо-преноидов в верховых торфах Западной Сибири Table 5. Content of tri-, tetra- and pentacyclic isoprenoids in bog peats of Western Siberia
Индекс образца/Sample index | Н-6 | 0-10
Содержание в торфе, мкг/г сухой массы Content in peat, 2i/g of dry weight
Дитерпены/Diterpenes
18-Норабиетан/18-Norabientane 0,100 0,016
18-Норабиета-5,7,9(10)-триен 18-Norabieta-5,7,9(10)-triene 0,036 0,019
Абиетан/Abietane 0,044 0
Лабд-14-ен, 8,13-эпокси-, (13R)-Labd-14-ene, 8,13-epoxy, (13R)- 1,446 0,069
Лабд-14-ен, 8,13-эпокси-, (13S)-Labd-14-ene, 8,13-epoxy, (13S)- 1,566 0,022
Метилдегидроабиетат/Methyldehydroabietate 0,080 0,109
7-Оксодегидроабиетиновой кислоты, метиловый эфир/7-Oxodehydroabietic acids, methyl ether 0,022 0,035
Стероиды/Steroids
Эргост-4,6-диен-3-ол/Ergost-4,6-diene-3-ol 0,048 0,161
Стигмаст-4,6-диен-3-ол/Stigmast-4,6-diene-3-ol 0,352 0,149
Ланоста-8,24-диен-3-он/Lanosta-8,24-diene-3-one 0,254 1,243
Ланоста-8,24-диен-3-ол, ацетат Lanosta-8,24-diene-3-ol, acetate 0 4,688
Эргост-4-ен-3-он/Ergost-4-ene-3-one 0,097 0
Стигмаст-4-ен-3-он/Stigmast-4-ene-3-one 1,087 1,953
Холестан-3-он (5a)/Cholestane-3-one (5a) 0 0,079
Эргостан-3-он, (5a)/Ergostan-3-one (5a) 0,025 0,078
Стигмастан-3-он, (5ß)/Stigmastan-3-one (5ß) 0,473 1,144
Стигмаст-5-ен-3-ол (ситостерол) Stigmast-5-ene-3-ol (sitosterol) 0,424 2,557
Стигмастан-3-он, (5a)/Stigmastan-3-one (5a) 0,284 0,516
Эргоста-3,5-диен-7-он/Ergostа-3,5-diene-7-one 0,025 0,055
Стигмаст-3,5-диен-7-он/Stigmast-3,5-diene-7-one 0,126 0,859
Криностерол/Crinosterol 0,007 0,112
Стигмастерол/Stigmasterol 0,071 0,149
Холест-5-ен-3-ол (холестерол) Cholest-5-ene-3-ol (cholesterol) 0 0,114
Тритерпены/Triterpenes
17ß-Трисноргопан/17ß- trisnorhopanes 0 0,042
C30 гопен/С30 hopene 0,494 5,455
C30 гопен/С30 hopene 2,223 9,688
C30 гопен/С30 hopene 0,134 0,301
Д-Фриедоолеан-14-ен (тараксерен) D-Friedoolean-14-ene (tarakserene) 0,621 13,226
Д-Фриедоолеан-14-ен-3-он (тараксерон) D-Friedoolean-14-ene-3-one (tarakserone) 3,229 6,027
Д-Фриедоолеан-14-ен-3-ол (тараксерол) D-Friedoolean-14-ene-3-ol (tarakserol) 0,420 3,749
Д-Фриедоолеан-14-ен-3-ол, ацетат D-Friedoolean-14-ene-3-ol, acetate 0,272 0,781
0леан-12-ен/0lean-12-ene 1,999 4,338
Урс-12-ен/Urs-12-ene 0,177 0,457
0леан-12-ен-3-он/0lean-12-ene-3-one 0,229 0,422
Олеан-12-ен-3-ол (ß-амирин) Olean-12-ene-3-ol (ß-amyrin) 0,170 0,942
Урс-12-ен-3-он/Urs-12-ene-3-one 0,282 0,961
Урс-12-ен-3-ол (a-амирин) Urs-12-ene-3-ol (a- amyrin) 0,188 1,494
Гоп-22(29)-ен-3-он/Hop-22(29)-ene-3-one 0 4,047
Гоп-22(29)-ен-3-ол/Hop-22(29)-ene-3-ol 0 2,975
Сопоставление изменений, произошедших с составом органических соединений, обнаруженных в экстрактивных веществах торфов, при осушении болот в Беларуси и Западной Сибири, показывает наличие общих тенденций и региональных особенностей в изменении состава и содержания отдельных групп соединений для торфов этих регионов.
Доминирующими классами органических соединений в нативных верховых торфах Беларуси и Западной Сибири являются и-алканы, в то время как в осушенных торфах доля этих соединений понижена за счет роста содержания соединений других классов, а возможно, и частичной биодеградации и-алканов.
В результате осушения залежей содержание в торфе большинства органических соединений не изменяется или незначительно снижается, за исключением циклических изопреноидов, содержание которых в той или иной степени увеличивается. Наиболее заметен рост содержания в осушенных верховых болотах Беларуси сесквитерпенов и стероидов, в торфах Сибири - тритерпенов и стероидов.
Молекулярно-массовое распределение ациклических соединений (и-алканов, жирных кислот и их эфиров, а также и-алкан-2-онов) в нативных и осушенных торфах Беларуси и Западной Сибири несколько различается вследствие региональных особенностей торфообразования и, главным образом, состава исходного растительного сырья.
В составе стероидов верховых торфов Беларуси и Западной Сибири много общего: преобладают производные стигмастана; соединения со структурой эргостана также обнаружены во всех образцах. Производные ланостана более характерны для торфов осушенных участков болот.
Среди пентациклических изопреноидов в торфах Беларуси резко доминируют производные оле-ана, более широким набором соединений они представлены в торфах ненарушенных участков. В торфах Западной Сибири наряду с производными оле-ана обнаружено значительное количество производных гопана. Общим для исследованных верховых торфов Беларуси и Западной Сибири является присутствие значительных количеств Д-фриедоо-леан-14-ена (тараксерена), Д-фриедоолеан-14-ен-3-она (тараксерона) и олеан-12-ен-3-она.
Можно отметить, что разнообразие тритерпе-нов в торфах нативных участков верховых болот Беларуси существенно выше по сравнению с осушенными участками. Это может быть объяснено частичным разрушением отдельных структур при осушении и накоплением наиболее устойчивых соединений. В то же время в торфах Западной Сибири такая тенденция отсутствует, вероятно, вследствие региональных особенностей климата. Более высокая влажность климата, более поздние сроки оттаивания, особенно осушенных участков болот, и сброса талых вод обусловливают менее благоприятные условия для осушения и, следовательно, малую скорость происходящих биохимических процессов.
Специфической особенностью состава верховых торфов Западной Сибири по сравнению с соответствующими торфами Беларуси является также присутствие значительного количества сквалена.
Содержание пигментов растительного происхождения в образцах торфа верхового типа естественной и нарушенной болотных экосистем Беларуси и Западной Сибири
Известно, что в торфе, который является продуктом разложения растительных остатков, присутствуют растительные пигменты, близкие по своим спектральным свойствам к каротиноидам и безмагниевым тетрапиррольным пигментам фео-фитину и феофорбиду [16]. Степень сохранности этих пигментов в торфе весьма высокая и они могут служить индикаторами изменения состояния торфяно-болотных экосистем. Так как формирование торфа отражает эффективность болотообразо-вательных процессов [28], поиск таких индикаторов является актуальным с точки зрения оценки функционального состояния торфяных залежей естественных, нарушенных и восстанавливаемых болотных экосистем.
Анализ образцов торфа на содержание в них растительных пигментов позволил выявить в исследуемых препаратах наличие каротиноидов и те-трапиррольных пигментов. На рис. 7 представлена типичная для исследованных препаратов хро-матограмма ацетонового экстракта из образца торфа верхового типа О-155 нарушенной болотной экосистемы с ярко выраженными пиками феофи-тина Ь (пик № 1, время удержания 10,60 мин.) и феофитина а (пик № 2, время удержания 11,49 мин.). Наличие деметаллированных производных хлорофилла в образцах торфа не удивительно, так как известно, что для их получения достаточно незначительного химического воздействия на молекулу хлорофилла, что вполне реализуемо в исследуемом материале, поскольку для торфа характерны кислые значения рН, при которых ион М^2+ в молекуле хлорофилла легко замещается на два протона [29, 30].
Анализ образцов торфа, отобранных на осушенных и нативных участках торфяных месторождений верхового типа Червенское (Беларусь) (образцы Н-151, Н-152, О-155, О-156) и Темное (Западная Сибирь) (образцы Н-6, 0-10) показал существенные качественные и количественные различия в содержании тетрапиррольных пигментов и каротиноидов в исследованных пробах.
Так, в образцах торфа верхового типа естественной и нарушенной болотных экосистем Беларуси (болото Червенское) зафиксировано наличие феофитина a и феофитина Ь, однако количество этих пигментов различалось в зависимости от типа торфа (табл. 6). Наименьшие количества указанных пигментов были зафиксированы в образцах торфа из естественных болот (Н-151, Н-152). Осушенные болота (образцы 0-155 и 0-156) характеризовались несколько большим содержанием фео-
фитина a и феофитина Ь, нежели естественные. В образце торфа 0-155 из осушенного болота был выявлен в незначительном количестве лютеин, а в образце торфа 0-156, также из осушенного болота, зарегистрирован другой каротиноид - неоксантин, отсутствующий в пробах нативных участков. Такие различия связаны с разным ботаническим составом исследуемых образцов торфа (табл. 2), а не с процессами нарушения (осушения) болотной экосистемы.
Рис. 7. Хроматограмма экстракта растительных пигментов из образца торфа верхового типа О-155 нарушенной болотной экосистемы. Пик № 1принадлежит феофи-тину b (времяудержания 10,60 мин), пик №2 - фео-фитину а (время удержания 11,49 мин)
Fig. 7. Chromatogram of plant pigment extract from a sample of О-155 bog peat with disturbed ecosystem. Peak № 1 belongs to pheophytin b (hold time is 10,60 min), peak № 2 belongs to pheophytin a (hold time is 11,49 min)
Для образцов верхового торфа болота Темное (Западная Сибирь) также были характерны существенные отличия в пигментном составе. Так, в пробе Н-6 нативного участка были выявлены не только продукты распада хлорофилловых пигментов - феофитины и феофорбид, но и сами хлоро-филлы a и b, а также каротиноиды лютеин и неоксантин. Проба осушенного участка содержала большое количество неоксантина, но при этом не содержала хлорофиллы и лютеин, а количество феофитинов и феофорбида было ниже, чем в образце естественной залежи. Важно отметить, что исследованные образцы верхового торфа болота Темное имели схожий ботанический состав, поэтому выявленные различия в пигментном составе в большей степени связаны непосредственно с процессами осушения болотной экосистемы, при которых происходит разрушение растительных пигментов. Изменение количества тетрапирролов хло-рофильной природы и каротиноидов может быть индикатором, отражающим функциональное состояние торфяных залежей естественных и нарушенных болотных экосистем, то есть степени активности протекающих в них микробиологических и химических процессов.
Таблица 6. Содержание тетрапиррольных пигментов и каро-тиноидов в образцах торфа верхового типа естественной, нарушенной и восстанавливаемой болотных экосистем Беларуси и Западной Сибири
Table 6. Content of tetrapyrrol pigments and carotenoids in samples of bog peats with natural, disturbed and recoverable bog ecosystems in Belarus and Western Siberia
Индекс образца Sample index Феофитин а Pheophytin а Феофитин b Pheophytin b Феофорбид а Phaeophorbide а Хлорофилл а Chlorophyll а Хлорофилл b Chlorophyll b Неоксантин Neoxanthine Лютеин Lutein
мкг/г сухой массы ¡/g of dry weight
Верховые торфа болота Червенское (Галое), Беларусь Bog peats of the bog Chervenskoe (Galoe) Belarus
Н-151 0,53 0,22 н.о.'/ND н.о./ND н.о./ND
Н-152 1,56 1,03
О-155 4,77 2,12 0,09
О-156 3,53 1,41 4,21 н.о./ND
Верховые торфа болота Темное, Западная Сибирь Bog peat of the bog Temnoe, Western Siberia
Н-6 2,49 1,46 0,81 1,79 2,86 0,99 0,49
0-10 1,12 0,34 0,13 н.о./ND н.о./ND 3,58 н.о./ND
* н.о. - не обнаружено/ND - not determined.
Заключение
Методом ГХ/МС идентифицированы около 150 соединений хлороформ-метанольного экстракта верховых нативных и осушенных торфов Беларуси и Западной Сибири, представленные главным образом алифатическими структурами (и-алканами, и-алкан-2-онами, и-альдегидами, жирными кислотами и их эфирами), а также изо-преноидами, включающими сескви-, ди-, тритер-пены, стероиды и ациклические соединения. Среди соединений с ароматическим кольцом в заметных количествах обнаружены токоферолы.
В результате проведенного исследования установлены различия и общие черты в составе органических соединений экстрактов верховых торфов ненарушенных и осушенных участков болот Беларуси и Западной Сибири и показано, что наибольшим качественным и количественным изменениям при осушении подвержены циклические изопреноиды.
Также стоит отметить существенные качественные и количественные различия в содержании производных хлорофилла и каротиноидов в образцах торфа нативной и осушенной торфяных залежей. Выявленные различия могут быть обусловлены как разным ботаническим составом исследуемых образцов, так и процессами нарушения болотной экосистемы при осушении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бамбалов Н.Н., Ракович В.А. Роль болот в биосфере. - Минск: Белорус. наука, 2005. - 287 с.
2. Курзо Б.В. Закономерности формирования и проблемы использования сапропеля. - Минск: Белорус. наука, 2005. -223 с.
3. Битуминозные торфа Томской области / В.С. Архипов, Ю.И. Прейс, В.К. Бернатонис, С.Г. Маслов, Н.А. Антропова. -Томск: STT, 2008. - 240 с.
4. Савельева А.В., Юдина Н.В., Инишева Л.И. Состав гуминовых кислот торфов разной степени гумификации // Химия твердого топлива. - 2010. - № 5. - С. 21-25.
5. Белькевич П.И., Голованов Н.Г., Долидович Е.Ф. Химия экстракционных смол торфа и бурого угля. - Минск: Наука и техника, 1985. - 168 с.
6. Коржов Ю.В., Коронатова Н.Г. Состав гексан-хлороформного экстракта верховых торфов южной тайги Западной Сибири // Химия растительного сырья. - 2013. - № 3. - С. -213-220.
7. Состав углеводородов органического вещества торфов юга Западной Сибири / О.В. Серебренникова, Ю.И. Прейс, П.Б. Ка-дычагов, Е.В. Гулая // Химия твердого топлива. - 2010. -№ 5. - С. 40-50.
8. Серебренникова О.В., Стрельникова Е.Б., Прейс Ю.И. Особенности состава липидов верховых и низинных торфов юга Томской области // Известия Томского политехнического университета. - 2013. - Т. 322. - № 3. - С. 77-82.
9. Стрельникова Е.Б., Серебренникова О.В., Прейс Ю.И. Кислородсодержащие органические соединения битуминозных компонентов верховых торфов юга Западной Сибири // Химия твердого топлива. - 2014. - № 2. - С. 12-18. - DOI: 10.7868/S0023117714020121.
10. Торфяные месторождения и их разведка / С.Н. Тюремнов, И.Ф. Ларгин, С.Ф. Ефимова, Е.И. Скобеева. - М.: Недра, 1977.- 264 с.
11. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. - Минск: Наука и техника, 1975. - 318 с.
12. Dark E., Schoefs B., Lemoine Y. Improved liquid chromatographic method for the analysis of photosynthetic pigments of higher plants // Journal of Chromatography. - 2000. - V. 876. -P. 111-116.
13. The identification of chlorophyll and its derivatives in the pigment mixtures: HPLC- chromatography, visible and mass spectroscopy studies / S.V. MilenkovW, J.B. Zvezdanovk!, T.D. An-delkovoi! et. al. // Advanced technologies. - 2012. - V. 1. -P. 16-24.
14. Extraction and characterization of some natural plant pigments / H.-O. Boo, S.-J. Hwang, C.-S. Bae, S.-H. Park, B.-G. Heo, S. Go-rinstein // Industrial Crops and Products. - 2012. - V. 40. -P. 129-135.
15. Lozano V.A., Pena A.M., Duran-Meras I. Four-way multivariate calibration using ultra-fast high-performance liquid chromato-graphy with fluorescence excitation-emission detection. Application to the direct analysis of chlorophylls a and b and pheophytins a and b in olive oils // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. - 2013. - V. 125. - P. 121-131.
16. Аверина Н.Г., Поликарпова Н.Н. Растительные пигменты в торфе // Известия АН БССР. Сер. химич. наук. - 1981. -№1.- С. 102-106.
17. Chemical Profile of the Organic Residue from Ancient Amphora Found in the Adriatic Sea Determined by Direct GC and GC-MS Analysis / I. Jerkovic, Z. Marijanovic, M. Gugic, M. Roje // Molecules. - 2011. - V. 16. - P. 7936-7948.
18. Wiyono B., Tachibana S., Tinambunan D. Chemical composition of pine resin, rosin and turpentine oil from west Java // J. Forest. Res. - 2006. - № 3. - P. 7-17.
19. Hjulstrom B., Isaksson S., Hennius A. Organic geochemical evidence for pine tar production in Middle Eastern Sweden during the Roman Iron Age // J. Archaeol. Sci. - 2006. - № 33. -P. 283-294.
20. Ефремов Е.А., Ефремов А.А. Компонентный состав и физико-химические характеристики эфирного масла весенней лапки пихты сибирской // Химия растительного сырья. - 2013. -№ 4. - С. 71-75.
21. Изучение состава и антиокислительной активности продуктов водно-паровой дистилляции пихты сибирской (Abies sibirica Ledeb) / В.В. Хасанов, Г.Л. Рыжова, Т.Т. Куряева, К.А. Дыч-ко // Химия растительного сырья. - 2009. - № 4. - С. 83-88.
22. Bower C.L., Rowe J.W. Extractives of jack pine bark: Occurrence of (+)-13-epimanoyl oxide and related labdane diterpenes // Phy-tochemistry. - 1967, January. - V. 6. - Iss. 1. - P. 151-153.
23. The molecular fossil record of oleanane and its relation to angio-sperms / J.M. Moldowan, J.E.P. Dahl, B.J. Huizinga, F.J. Fago, L.J. Hickey, T.M. Peakman, D.W. Taylor // Science. - 1994. -V. 265. - P. 768-771.
24. Computational selections of terpenes present in the plant Calotro-pis gigantea as mosquito larvicide's by blocking the sterol carrying protein, AeSCP-2 / K.P. Suresh, A. Chezhian, R.P. Senthil, J. Sathiyapriya // Bangladesh J Pharmacol. - 2012. - № 7. -P. 1-5.
25. Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. The Biomarker Guide: Biomarkers and isotopes in petroleum systems and Earth History. - V. 2. 2005. Cambridge: University Press. 1155 р.
26. Ugur A., Sarac N., Duru M.E. Chemical Composition and Antimicrobial Activity of Endemic Onopordum caricum // Middle-East Journal of Scientific Research. - 2011. - № 8 (3). -P. 594-598.
27. Antioxidant and Cytotoxicity of ^-Amyrin acetate fraction from Bridelia ferruginea Leaves / O.A. Fabiyi, O. Atolani, S.O. Adeye-mi, G.A. Olatunji // Asian Pacific Journal of Tropical Biomedici-ne. - 2012. -№ 2. - P. S981-S984.
28. О методике оценки современного прироста торфа болот / С.Э. Вомперский, А.Г. Ковалёв, Т.В. Глухова и др. // Болотные экосистемы севера Европы: разнообразие, динамика, углеродный баланс, ресурсы и охрана: Материалы Междунар. симпозиума. - Петрозаводск, 2006. - С. 48-59.
29. Trytek M., Janik E., Maksymiec W. The spectral and catalytic studies of chlorophylls and pheophytins in mimetic biotransformation of a-pinene // Journal of Photochemistry and Photobiolo-gy A: Chemistry. - 2011. - V. 223. - P. 14-24.
30. The Antioxidant and Free Radical Scavenging Activities of Chlorophylls and Pheophytins / C.-Y. Hsu, P.-Y. Chao, S.-P. Hu et al. // Food and Nutrition Sciences. - 2013. - V. 4. - P. 1-8.
Поступила 30.04.2014 г.
UDC 553.972: 547.91:577.117.2+577.117.3
THE COMPOSITION OF PEAT EXTRACTS FROM DRAINED AND NATURAL RAISED BOGS
OF BELARUS AND WESTERN SIBERIA
Olga V. Serebrennikova,
Dr. Sc., National Research Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin Avenue, Tomsk, 634050, Russia;
Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 4, Academichesky Avenue, Tomsk, 634021, Russia. E-mail: ovs49@yahoo.com
Eugenia B. Strelnikova,
Cand. Sc., Institute of Petroleum Chemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 4, Academichesky Avenue, Tomsk, 634021, Russia. E-mail: seb9@yandex.ru
Yulia I. Preis,
Cand. Sc., Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 10/3, Academichesky Avenue, Tomsk, 634021, Russia. E-mail: preisyui@rambler.ru
Natalia G. Averina,
Dr. Sc., Institute of Biophysics and Cell Engineering of National Academy of Sciences of Belarus, 27, Academicheskaya str., Minsk, 220072, Belarus. E-mail: averina@ibp.org.by
Nikolai V. Kozel,
Cand. Sc., Institute of Biophysics and Cell Engineering of National Academy of Sciences of Belarus, 27, Academicheskaya str., Minsk, 220072, Belarus. E-mail: kmu@tut.by
Nikolai N. Bambalov,
Dr. Sc., Academician, Institute for Nature Management of National Academy of Sciences of Belarus, 10, F. Skoriny street, Minsk, 220114, Belarus. E-mail: peatland@ecology.basnet.by
Viacheslav A. Rakovich,
Cand. Sc., Institute for Nature Management of National Academy of Sciences of Belarus, 10, F. Skoriny street, Minsk, 220114, Belarus. E-mail: mire4@tut.by
Relevance of the work is caused by the active reclamation of swamps and the lack of data on wetland drainage impact on chemical composition of peat deposits.
The main aim of the study is to characterize composition of peat extracts from natural and drained peat bogs in Belarus and Western Siberia.
The methods used in the study: high performance liquid chromatography, UV-spectrometry, chromatography-mass spectrometry. Results: Using GC/MS the authors have identified more than 150 compounds represented by n-alkanes, n-alkan-2-ones, n-aldehydes, fatty acids and their esters, as well as isoprenoids, comprising sesqui-, di, triterpenes, steroid compounds, acyclic and tocopherols in the chloroform-methanol extract of native upland and drained peat m,a Belarus and Western Siberia. The composition of carotenoid and tet-rapyrrole pigments was determined in peat acetone extract by high pressure liquid chromatography in combination with electron spectroscopy Among the pigments chlorophylls a and b, pheophytin a and b, pheophorbide, lutein and neoxanthin were identified. It is shown that the highest sesqui-, di-and triterpenes, steroids, and carotenoids and tetrapyrroles undergo qualitative and quantitative changes when drying. As a result of drainage in peat raised bogs of Belarus the amount of steroids, sesqui- and diterpenes increased, in peats of Western Siberia - the amount of steroids, terpenes and tocopherols. Among the steroids the content of lanostan derivatives increased. As a result of drainage chlorophyll disappeared and neoxanthipart amount increased in peat in pigment composition. The difference in the climatic conditions of Western Siberia and Belarus found its way in changes while drying swamps of individual terpenes. Later periods of thawing, especially marshes drained sites, and discharge of meltwater in Western Siberia create less favorable conditions for drying and cause low speed of oxidation occurring in peat deposits. As a result, in drained Belarus peat the variety of terpenes decreased significantly due to destruction of the least stable compounds, while in peats of Western Siberia these compounds are preserved.
Key words:
Peat, extractable organic compounds, aliphatic compounds, terpenes, steroids, carotenoids, tetrapyrroles.
REFERENCES
1. Bambalov N.N., Rakovich V.A. Rol bolot v biosphere [The role of wetlands in the biosphere]. Minsk, Belorus. Nauka Publ., 2005. 287 p.
2. Kurzo B.V. Zakonomernosti formirovaniya i problemy ispolzova-niya sapropelya [Laws of sapropel formation and the problems of its using]. Minsk, Belorus. Nauka Publ., 2005. 223 p.
3. Arkhipov V.S., Preys Yu.I., Bernatonis V.K., Maslov S.G., An-tropova N.A. Bituminoznye torfa Tomskoy oblasti [Bituminous peats of Tomsk region]. Tomsk, STT Publ., 2008. 240 p.
4. Savelyeva A.V., Yudina N.V., Inisheva L.I. Sostav guminovykh kislot torfov raznoy stepeni gumifikatsii [Composition of humic acids in peats with various degree of humification]. Khimiya tver-dogo topliva - Solid Fuel Chemistry, 2010, no. 5, pp. 21-25.
5. Belkevich P.I., Golovanov N.G., Dolidovich E.F. Himiya ek-straktsionnykh smol torfa i burogo uglya [Chemical extraction of resins peat and brown coal]. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1985. 168 p.
6. Korzhov Yu.V., Koronatova N.G. Sostav geksan-khloroformnogo ekstrakta verhovykh torfov yuzhnoy taygi Zapadnoy Sibiri [The composition of hexane-chloroform extract of peat in southern taiga in West Siberia]. Khimiya rastitelnogo syrya, 2013, no. 3, pp. 213-220.
7. Serebrennikova O.V., Preys Yu.I., Kadychagov P.B., Gulaya E.V. Sostav uglevodorodov organicheskogo veshchestva torfov yuga Zapadnoy Sibiri [Hydrocarbon composition of peat organic matter in the south of Western Siberia]. Khimiya tverdogo topliva - Solid Fuel Chemistry, 2010, no. 5, pp. 40-50.
8. Serebrennikova O.V., Strelnikova E.B., Preys Yu.I. Osobennosti sostava lipidov verhovykh i nizinnykh torfov yuga Tomskoy obla-sti [Features of lipid composition of upland and lowland peat in the south of Tomsk region]. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2013, vol. 322, no. 3, pp. 77-82.
9. Strelnikova E.B., Serebrennikova O.V., Preys Yu.I. Kislorodso-derzhashchie organicheskie soedineniya bituminoznykh kom-ponentov verhovykh torfov yuga Zapadnoy Sibiri [Oxygen-containing organic compounds in lipids of south Western Siberia bog peats]. Khimiya tverdogo topliva - Solid Fuel Chemistry, 2014, no. 2, pp. 12-18. DOI: 10.3103/S0361521914020128.
10. Tyuremnov S.N., Largin I.F., Efimova S.F., Skobeeva E.I. Torfy-anye mestorozhdeniya i ikh razvedka [Peat deposits and their exploration]. Moscow, Nedra Publ., 1977. 264 p.
11. Lishtvan I.I., Korol N.T. Osnovnye svoystva torfa i metody ikh opredeleniya [Basic properties of peat and methods of their determination]. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1975. 318 p.
12. Dark E., Schoefs B., Lemoine Y. Improved liquid chromato-graphic method for the analysis of photosynthetic pigments of higher plants. Journal of Chromatography, 2000, vol. 876, pp. 111-116.
13. Milenkovid S.V., Zvezdanovid J.B., Andelkovod T.D. The identification of chlorophyll and its derivatives in the pigment mixtures: HPLC- chromatography, visible and mass spectroscopy studies. Advanced technologies, 2012, vol. 1, pp. 16-24.
14. Boo H.-O., Hwang S.-J., Bae C.-S., Park S.-H., Heo B.-G, Gorin-stein S. Extraction and characterization of some natural plant pigments. Industrial Crops and Products, 2012, vol. 40, pp. 129-135.
15. Lozano V.A., Pena A.M., Duran-Meras I. Four-way multivariate calibration using ultra-fast high-performance liquid chromato-graphy with fluorescence excitation-emission detection. Application to the direct analysis of chlorophylls a and b and pheophytins a and b in olive oils. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2013, vol. 125, pp. 121-131.
16. Averina N.G., Polikarpova N.N. Rastitelnye pigmenty v torfe [Plant pigments in peat]. Izvestiya AN BSSR. Ser. khimich. Nauk, 1981, no. 1, pp.102-106.
17. Jerkovic I., M Marijanovic Z., Gugic M., Roje M. Chemical Profile of the Organic Residue from Ancient Amphora Found in the Adriatic Sea Determined by Direct GC and GC-MS Analysis. Molecules, 2011, vol. 16, pp. 7936-7948.
18. Wiyono B., Tachibana S., Tinambunan D. Chemical composition of pine resin, rosin and turpentine oil from west Java. J. Forest. Res, 2006, no. 3, pp. 7-17.
19. Hjulstrom B., Isaksson S., Hennius A. Organic geochemical evidence for pine tar production in Middle Eastern Sweden during the Roman Iron Age. J. Archaeol. Sci., 2006, no. 33, pp. 283-294.
20. Efremov E.A., Efremov A.A. Komponentny sostav i fiziko-khi-micheskie kharakteristiki efirnogo masla vesenney lapki pikhty sibirskoy [Component composition and physico-chemical characteristics of the essential oil of the spring foot Siberian fir]. Khimi-ya rastitelnogo syrya, 2013, no. 4, pp. 71-75.
21. Khasanov V.V., Ryzhova G.L., Kuryaeva T.T., Dychko K.A. Izuchenie sostava i antiokislitelnoy aktivnosti produktov vodno-parovoy distillyatsii pikhty sibirskoy (Abies sibirica Ledeb) [Study
of the composition and antioxidant activity of the products of water-steam distillation of Siberian fir (Abies sibirica Ledeb)]. Khi-miya rastitelnogo syrya, 2009, no. 4, pp. 83-88.
22. Bower C.L., Rowe J.W. Extractives of jack pine bark: Occurrence of (+)-13-epimanoyl oxide and related labdane diterpenes. Phy-tochemistry, 1967, January, vol. 6, Iss. 1, pp. 151-153.
23. Moldowan J.M., Dahl J.E.P., Huizinga B.J., Fago F.J., Hic-key L.J., Peakman T.M., Taylor D.W. The molecular fossil record of oleanane and its relation to angiosperms. Science, 1994, vol. 265, pp. 768-771.
24. Suresh K.P., Chezhian A., Senthil R.P., Sathiyapriya J. Computational selections of terpenes present in the plant Calotropis gigantea as mosquito larvicide's by blocking the sterol carrying protein, AeSCP-2. Bangladesh J Pharmacol, 2012, no. 7, pp. 1-5.
25. Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. The Biomarker Guide: Biomarkers and isotopes in petroleum systems and Earth History. Cambridge, Cambridge University Press, 2005. Vol. 2, 1155 p.
26. Ugur A., Sarac N., Duru M.E. Chemical Composition and Antimicrobial Activity of Endemic Onopordum caricum. Middle-East Journal of Scientific Research, 2011, no. 8 (3), pp. 594-598.
27. Fabiyi O.A., Atolani O., Adeyemi S.O., Olatunji G.A. Antioxidant and Cytotoxicity of ^-Amyrin acetate fraction from Bridelia fer-
ruginea Leaves. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 2012, no. 2, pp. S981-S984.
28. Vompersky S.E., Kovalyov A.G., Glukhova T.V. O metodike ot-senki sovremennogo prirosta torfa bolot [On a technique of estimation of contemporary apparent rate of peat accumulation]. Ma-terialy Mezhdunarodnogo simpoziuma «Bolotnye ekosistemy severa Evropy: raznoobrazie, dinamika, uglerodny balans, resursy i okhrana» [Proc. Int. Symp. Mire Ecosystems in Northern Europe: Diversity, Dynamics, Carbon Balance, Resources and Conservation]. Petrozavodsk, 2006. pp. 48-59.
29. Trytek M., Janik E., Maksymiec W. The spectral and catalytic studies of chlorophylls and pheophytins in mimetic biotransformation of a-pinene. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2011, vol. 223, pp. 14-24.
30. Hsu C.-Y., Chao P.-Y., Hu S.-P. The Antioxidant and Free Radical Scavenging Activities of Chlorophylls and Pheophytins. Food and Nutrition Sciences, 2013, vol. 4, pp. 1-8.
Received: 30 April 2014.
