Влияние антропогенного загрязнения среды на качественный состав эфирного масла душицы обыкновенной ( Origanum vulgare L. )

Шелепова Ольга Владимировна; Воронкова Татьяна Владимировна; Кондратьева Вера Валентиновна; Олехнович Людмила Сергеевна

УДК 581.135.51:504.5 ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ НА КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ЭФИРНОГО МАСЛА ДУШИЦЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (ORIGANUM VULGARE L.)

Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН, г. Москва

Поступила в редакцию 30.04.2014

Изучали изменение содержания и состава эфирного масла душицы обыкновенной при антропогенном загрязнении среды. Отмечено увеличение общего содержания сесквитерпенов и снижение монотерпенов при росте отдельных компонентов (а-пинена, сабинена, лимонена, гермакрена D, ß-кариофиллена).

Ключевые слова: душица обыкновенная, эфирное масло, антропогенное загрязнение среды

Широкое использование эфирного масла лекарственных растений в ряде отраслей промышленности требует тщательного анализа его качественного состава. Известно, что под воздействием абиотического стресса (техногенного загрязнения, механических повреждений и т.д.) увеличивается общий выход эфирного масла на единицу веса и изменяется его компонентный состав [1-3]. Так, анализ эфирного масла пижмы обыкновенной из загрязненных районов промзо-ны выявил более 85% специфичных компонентов. Кроме того, масло содержало в 9 раз больше токсических компонентов по сравнению с эфирными маслами растений из чистых районов [1]. Изучение реакции хвойных растений на действие полютантов показало, что изменение содержания терпеновых соединений, в частности монотерпенов, позволяют считать их маркерами стрессовых метаболических процессов в растении [4].

Цель работы: изучение изменения содержания и состава эфирного масла душицы обыкновенной (Origanum vulgare L.) под действием техногенного загрязнения.

Материалы и методы исследования. Для проведения исследования в 2012 г. в Дмитровском районе Московской области были заготовлены образцы сырья дикорастущей душицы обыкновенной из популяций на экологически

Шелепова Ольга Владимировна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник. E-mail: shelepova-olga@mail. ru

Воронкова Татьяна Владимировна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник. E-mail: lab-physiol@mail. ru

Кондратьева Вера Валентиновна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Олехнович Людмила Сергеевна, младший научный сотрудник

чистой (№ 1) и загрязненной (№2 - у автомобильной трассы со средней и №3 - с высокой степенью интенсивности движения) территориях. Растения срезали в фазу бутонизации и начала цветения. Из подвяленного материала методом дистилляции получали эфирное масло. Состав эфирных масел определяли с помощью хроматографа Agilent Technology 6890 с масс-спектрометрическим детектором 5973, колонка HP-1 длиной 30 м, внутренний диаметр - 0,25 мм. Температура термостата программировалась от 500С до 2500С со скоростью 40С/мин. Температура инжектора 2500С, газ носитель - гелий, скорость потока 1 см3/мин. Перенос от газового хроматографа к масс-спектрометрическому детектору прогревался до 230 С. Температура источника поддерживалась на уровне 2000С. Электронная ионизация проводилась при 70 eV в ранжировке масс m/z от 29 до 450. Идентификация выполнялась на основе сравнения полученных масс-спектров с данными библиотеки NIST 05-WILEY (около 500000 масс-спектров). Анализ микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Ni, Pb, Cd) проводили в воздушно сухом материале методом атомно-адсорбционной спектрометрии согласно ГОСТ 27262-97. Аналитическая повторность опытов 3-х кратная. Полученные результаты статистически обработаны и использованием стандартной программы Mirosofft Excel.

Обсуждение результатов. Душица обыкновенная - евроазиатский вид, широко распространена в европейской части России (кроме Арктики), на Украине, Кавказе и в Южной Сибири. В фармакологии траву душицы используют в виде настоев, она входит в состав сборов. Препараты и настой душицы назначают при бронхитах, при гастритах для усиления секреции желудка, при энтероколитах для улучшения

работы пищеварительного тракта, при холециститах и дискенезии желчевыводящих путей. Также ее используют при бессоннице, нервных расстройствах и как противосудорожное средство. Комплексные средства на основе душицы обыкновенной обладают антимикробным, противовоспалительным, седативным действием,

используются для профилактики и лечения заболеваний печени и желчевыводящих путей [5].

Количественное содержание отдельных минеральных элементов в надземной части O. vulgare L. отражает специфику поглощенных растениями загрязнений (табл. 1). Особенно отчетливо оно проявляется при сопоставлении вклада таких элементов как Cd , Pb, Cu и Zn.

Таблица 1. Содержание отдельных элементов в надземной части O. vulgare L. из экологически различающихся популяций, мг/кг воздушно-сухого материала.

Популяции Fe Zn Cu Ni Pb Cd

№ 1 1160,42 153,09 17,16 4,27 5,01 0,27

№ 2 520,81 202,54 19,26 6,20 7,98 0,52

№ 3 488,60 262,04 23,28 8,16 14,77 0,74

Так, надземная часть душицы из чистой популяции содержит почти в 3 раза меньше кадмия и в 2 раза свинца по сравнению с загрязненными растениями, где их концентрация также различна и зависит от степени техногенной нагрузки. И хотя в образцах № 2 и № 3 содержание практически всех элементов возрастает, но накопления их выше ПДК не зафиксировано, что позволяет использовать траву душицы в фармакопеи для настоев и сборов.

Более чувствительных реакций влияния загрязнения окружающей среды на состояния растений является изменение содержания и состава эфирного масла. Проведенные исследования показали, что растения из экологически чистого района содержали 0,13% эфирного масла. Его содержание возросло (до 0,19%) в растениях популяции №2 и снизилось до 0,07% в популяции № 3. При среднем уровне загрязнения атмосферы включается механизм образования защитных, в том числе терпеноидных веществ, что обусловливает повышение их запасов. Их синтез обеспечивается преимущественно за счет утилизации находящихся в растении простых и

сложных углеводов [3]. Растения популяции №2 (среднее загрязнение) на 46% богаче эфирным маслом по сравнению с растениями популяции №1. Активизация его биосинтеза связана с необходимостью противодействия растительного организма негативному воздействию внешних факторов. Однако потенциальные возможности адаптации организма не безграничны. Этим, в частности, можно объяснить снижение запасов эфирного масла в растениях сильно загрязненного района, что связано со снижением интенсивности биосинтеза фитоорганических веществ из-за загрязнения атмосферы. Не менее чувствительным индикатором аэротехногенного загрязнениям воздушной среды служит варьирование компонентного состава эфирного масла ассимиляционного аппарата растений. По-видимому, оно обусловлено некоторым изменением метаболизма, возникающим в растении под влиянием аэротехногенных выбросов. В составе эфирного масла душицы обыкновенной из 3 популяций обнаружено 136 компонентов, идентифицировано 34 (табл. 2).

Таблица 2. Состав эфирного масла надземной части O. vulgare L. из экологически различающихся популяций, % от суммы компонентов

Состав эфирного Популяция Популяция Популяция

масла № 1 № 2 № 3

1 2 3 4

монотерпены

а-туйен 0,23 0,37 0,23

а-пинен 0,65 1,04 1,40

ß-пинен 1,12 1,66 1,70

камфен - 0,36 1,35

сабинен 7,87 10,92 9,51

мирцен 4,66 3,15 2,71

а-терпинен 0,51 0,81 0,53

пара-цимен 0,33 0,22 0,52

лимонен 0,43 1,31 0,68

транс-оцимен 13,22 7,39 11,15

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4

цис-оцимен 21,83 21,63 16,31

у-терпинен 1,17 1,93 1,18

терпилен - 0,26 0,28

сумма монотерпенов 52,02 52,05 47,55

сесквитерпены

ß-бурбонен 0,19 - 0,36

ß-кариофиллен 9,59 9,82 15,68

гумулен 0,90 0,91 1,40

аромадендрен 0,38 - -

гермакрен D 10,69 10,34 11,35

бициклогермакрен 4,41 4,44 4,57

ß-бисаболен 0,42 0,91 -

5-кадинен 1,54 1,00 1,40

1,6-гермакрадиен-5 -ол 1,24 1,59 0,64

кариофилленоксид - 0,55 1,44

эпи-у-мууролол 1,39 0,94 1,47

а-кадинол 2,46 2,60 2,42

сумма сесквитерпенов 33,22 33,10 41,73

сумма терпенов 85,24 85,15 89,28

производные терпенов

1,8-цинеол 9,26 9,44 7,69

линалоол 2,84 2,70 0,59

борнеол - 0,28 0,40

терпинен-4-ол 1,00 0,82 1,08

а-терпинеол 1,21 1,36 0,66

тимол 0,23 - -

сумма производных терпенов 14,54 14,6 10,42

Состав эфирного масла душицы обыкновенной из экологически чистой популяции (№ 1) представлен в основном монотерпенами (13) и сесквитерпенами (12 компонентов). Основными компонентами эфирного масла являются: монотерпены - цис-(21,83%) и транс- (13,22%) оци-мены, сабинен (7,87%), мирцен (4,66%); сескви-терпены - гермакрен D (10,69%), Р-кариофиллен (9,59%), бициклогермакрен (4,41%) и а-кадинол (2,46%); кислородсодержащие компоненты -1,8-цинеол (9,26%) и линалоол (2,84%). Характерный для эфирного масла душицы спатуленол появляется только в составе масла, полученного из воздушно-сухого материала растений -3,46%.

В качественном составе эфирных масел растений из экологически неблагополучных популяций произошли изменения в сторону снижения содержания монотерпенов и производных терпенов и увеличения сесквитерпенов. Отмечалось перераспределение массовой доли в составе терпенов - загрязнение атмосферы вызвало рост содержания а-пинена, сабинена, лимонена, гер-макрена D и Р-кариофиллена, снижение - мир-цена, транс-и цис-оцименов, 1,8-цинеола и ли-налоола. Помимо этого в составе масла растений из популяций № 2 и № 3 появились новые компоненты, такие, как камфен, борнеол, терпилен,

кариофилленоксид и не обнаружены компоненты, характерные для эфирного масла душицы [5] - тимол и спатуленол.

Выводы: под влиянием абиотического стресса (загрязнения окружающей среды) у растений душицы обыкновенной наблюдалось увеличение на 46% содержания эфирного масла при средней степени нагрузки и снижение на 44% при высокой степени антропогенной нагрузки по сравнению с растениями из экологически чистой популяции. При этом надземная часть O. vulgare L. из загрязненных популяций содержала почти в 3 раза больше кадмия и в 2 раза свинца. В качественном составе эфирных масел растений из экологически неблагополучных популяций зафиксировано снижение содержания монотерпенов и их производных и увеличения сесквитер-пенов. Кроме того, отмечено перераспределение массовой доли в составе терпенов: рост содержания а-пинена, сабинена, лимонена, гермакрена D, ß-кариофиллена; снижение - мирцена, транс-и цис-оцименов, 1,8-цинеола, линалоола; появление новых компонентов - камфена, борнеола, терпилена, кариофилленоксида; отсутствие тимола и спатуленола.

Работа выполнена при поддержке программы ОБН РАН «Биологические ресурсы России: динамика в условиях глобальных климатических и антропогенных воздействий».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Stevovic, S. Correlation Between Environment and Essential Oil Production in Medical Plants // S. Stevovic, D. Calic-Dragosavac, VS. Mikovilovic et al. // Environmental Biology. 2011. V 5(2). P. 465-468.

2. Марчук, Н.Ю. Влияние антропогенного загрязнения среды на содержание и состав эфирного масла Cupressus sempervires L. / Н.Ю. Марчук, В.Н. Ежов // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия». 2011. Том 24 (63), № 4. С. 151-155.

3. Сотникова, О.В. Эфирные масла сосны как индикатор загрязнения среды / О.В. Сотникова, РА. Степень // Химия растительного сырья. 2001. №1. С. 79-84.

4. Фуксман, И.Л. Биохимические реакции Pinus sylvestris L. на действие стрессовых факторов // Растительные ресурсы. 2002. Т. 38, вып. 2. С. 126134.

5. Мирович, В.М. Исследование качественного состава эфирного масла душицы обыкновенной, произрастающей в восточной Сибири / В.М. Мирович, ТА. Коненкина, Г.М. Федосеева, Н.Н. Головных // Химия растительного сырья. 2008. №2. С. 61-64.

INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL ANTHROPOGENOUS POLLUTION ON QUALITATIVE COMPOSITION OF ESSENTIAL OIL FROM ORIGANUM VULGARE L.

Studied change of contents and composition of essential oil from Origanum vulgare L. at environmental anthropogenous pollution. The increase in total contents of sesquiterpenes and decrease in monoterpenes is noted with a growth of separate components (a-pinene, Sabine, limonene germakrene D, ß-caryophyllene).

Key words: Origanum vulgare L., essential oil, environmental anthropogenous pollution

Olga Shelepova, Candidate of Biology, Senior Research Fellow. E-mail: [email protected] Tatiana Voronkova, Candidate of Biology, Senior Research Fellow. E-mail: [email protected] Vera Kondratyeva, Candidate of Biology, Senior Research Fellow

Lyudmila Olekhnovich, Minor Research Fellow

INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL ANTHROPOGENOUS POLLUTION ON QUALITATIVE COMPOSITION OF ESSENTIAL OIL FROM ORIGANUM VULGARE L

Текст научной работы на тему «Влияние антропогенного загрязнения среды на качественный состав эфирного масла душицы обыкновенной ( Origanum vulgare L. )»