CC BY
122
УДК 581.5:581.6:581.9
раздел БИОЛОГИЯ
ВЛИЯНИЕ ЭДАФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ФЛАВОНОИДОВ В ТРАВЕ POLYGONUMAVICULARE L.
© Р. М. Баширова1*, Р. И. Ибрагимов1, A. Martynova-VanKley2,
О. В. Шуралева3, Н. В. Кудашкина3
1 Башкирский государственный университет,
Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
Тел.: +7 (347) 273 68 71.
2Stephen F. Austin State University,
P.O. Box 6093, SFA Station Nacogdoches, TX 75962-6093, USA.
Phone: (936) 468 69 30.
3Башкирский государственный медицинский университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Ленина, 2.
Тел.: +7 (347) 274 95 52.
E-mail: [email protected]
Изучены факторы, влияющие на накопление биологически активных веществ в Herba polygoni avicularis. Установлено, что содержание флавоноидов в траве спорыша отрицательно коррелирует с рН почвы и содержанием в ней молибдена.
Ключевые слова: Polygonum aviculare, флавоноиды, микориза.
Трава Polygonum aviculare L. (спорыш, горец птичий) используется как источник флавоноидов, оказывающих противовоспалительное и сосудоукрепляющее действие [1]. Настои травы горца птичьего эффективны при кровотечениях, половых расстройствах [2]. Спорыш обладает антибактериальной и антивирусной (анти-ВИЧ) активностью [3, 4], входит в состав лечебных препаратов (фитолизин, туссифлорин, сбор Здренко) [5]. Галеновые препараты P. aviculare используют при мочекаменной болезни, мочекислом диатезе и кожных заболеваниях. Они эффективны также при функциональной недостаточности печени и почек, тормозят развитие фиброза печени [6, 7]. Гликозилированные производные кверцетина используют в профилактике онкологических заболеваний.
Согласно Государственной Фармакопее, качество сырья горца птичьего оценивают по содержанию флавоноидов, пересчитываемых на авикулярин (кверцетин-3-арабинозид) [1]. В цветущих растениях P. aviculare обнаружено около 30 гликозидов рамнетина, кемпферола, кверцетина и мирицетина. Качественный и количественный состав этих соединений значительно варьирует в зависимости от места заготовки растений [8]. Так, в Сибири встречаются две хемоформы спорыша: с доминированием флавонолового гликозида югланина (3-О-арабинозида кемпферола) и с преобладанием гипе-розида (3-О-галактозида кверцетина) [9, 10]. В европейских популяциях P. aviculare доминирует авикулярин [11]. В траве спорыша обнаружены также ситостерол, олеаноловая кислота, 5,6,7,4'-тетраметоксифлавоны и нафтохиноны [12].
На территории Республики Башкортостан P. aviculare распространен повсеместно как руде-ральное растение [13]. Для медицинских нужд заготавливают исключительно сырье дикоросов, однако, сведения о содержании флавоноидов в растениях, произрастающих в различных почвенных
условиях, отсутствуют. Поэтому сырье спорыша, собранное в различных пунктах заготовки, достаточно сложно привести к общему стандарту в связи с вариабельностью содержания фармакологически активных веществ. Установление факторов, влияющих на накопление флавоноидных гликозидов в растениях естественных популяций, необходимо как для оптимизации сбора лекарственного сырья, так и разработки технологий выращивания спорыша в культуре.
Настоящая работа посвящена исследованию влияния химического состава почвы на содержание флавоноидов в аборигенных популяциях P. aviculare.
Методы исследования
Для исследований было отобрано 30 популяций спорыша, произрастающих в северо-восточной части Республики Башкортостан.
Содержание суммы флавоноидов в траве P. аviculare, собранной в фазу цветения, определяли спектрофотометрически в пересчете на авикуля-рин (X = 410 нм), согласно [1]. Везикулярно-арбускулярную микоризу в мацерированных корешках определяли микроскопическим методом по И. А. Селиванову [14].
С мест произрастания растений были взяты образцы почв для определения значения pH, содержания в них гумуса, фосфора, калия, кобальта, молибдена, цинка, марганца, суммы подвижных оснований. Содержание химических элементов измеряли по интенсивности поглощения образцов почвы в ИФ-спектрофотометре PSCO/ISI IBM PC 4250 (X = 1000-1500 нм).
Результаты обрабатывали с помощью программ корреляционного и однофакторного дисперсионного анализа Anova (Statistrca for Windows).
Результаты и их обсуждение
Наши исследования показали, что спорыш встречается на сухих склонах и известняковых обнажениях, где доминируют слабо щелочные почвы.
* автор, ответственный за переписку
Предпочтительными для спорыша оказались почвы с кислотностью в диапазоне от 6.4 до 7.0 (рис. 1).
В то же время, содержание флавоноидов в сырье спорыша оказалось довольно вариабельным (СУ = 43.7%). Корреляционный анализ между химическими показателями почвы (рН, содержание гумуса, содержание меди,бора, марганца, цинка, кобальта, подвижный фосфор и калий) и содержанием действующих веществ в траве спорыша выявил отрицательную корреляцию между рН почвы и содержанием в сырье флавоноидов (г = -0.63).
Все изученные популяции спорыша были разделены нами на две группы: I - с низким содержанием флавоноидов (1.87-2.68%) и II - с высоким содержанием флавоноидов (3.00-3.95%). Установлено, что популяции с высоким содержанием фла-воноидов приурочены к участкам с низкими значениями рН почвы (табл. 1).
Из табл. 1 видно, что популяции растений, произрастающие на почвах с относительно низкими значениями рН (6.32±0.08) характеризуются более высоким уровнем флавоноидов нежели произрастающие на щелочных почвах. Аналогичная закономерность прослеживается и между показателями «содержание флавоноидов в сырье» и «содержание молибдена в почве»: чем ниже содержание молибдена в почве, тем выше содержание флавоноидов в растениях.
О влиянии кислотности почвы, ее химического состава на содержание и качественный состав флавоноидов растений свидетельствуют и исследования других авторов. Так, ранее было показано, что растения ЬаяЖвта саИ/огтса произрастающие на участках почв с высокими значениями рН, высоким
содержанием натрия и магния накапливают флава-нон (эриодиктиол-7-О-гликозид) и сульфатирован-ные диглюкозиды флавонолов. На участках с почвами, характеризующихся высоким содержанием кальция, калия, никеля и высоким соотношением Сa/Mg синтез этих соединений в Ь. саИ/огтса не наблюдается. По мнению авторов, синтез сульфа-тированных флавоноидов играет большую роль в адаптации ластении к избытку ионов натрия [15]. Чаще синтез флавоноидов активизируется в растениях при дефиците азота в почве [16, 17].
Таблица 1
Характеристики почвы под популяциями Р. а\1си1агв с различным содержанием флавоноидов
Показатели почвы в пунктах сбора Р. ауісиїагє Популяции спорыша Р. ауісиїагє
I II
рН почвы 6.91±0.06 6.32±0.08*
Подвижный фосфор, мг/кг 15.43±3.02 15.31±2.62
Доступный калий, мг/кг 31.39±5.49 29.58±3.93
Гумус, % 5.55±0.30 5.72±0.35
Бор, мг/кг 2.49±0.32 2.04±0.26
Молибден, мг/кг 0.068±0.006 0.039±0.009*
Кобальт, мг/кг 0.84±0.09 0.83±0.08
Цинк, мг/кг 0.54±0.17 0.45±0.12
Медь, мг/кг 1.21±0.06 1.11±0.09
Марганец, мг/кг 45.95±4.10 47.69±3.63
*Р < 0.05
почвы
Рис. 1. Зависимость содержания флавоноидов в траве Р. ауісиїагє от рН почвы (г = -0.63).
74
раздел БИОЛОГИЯ
Отрицательная корреляция между накоплением флавоноидов в сырье и содержанием молибдена предполагает нецелесообразность использования этого элемента в составе микроудобрений при возделывании Р. аУ1си1агв. Очевидно, ионы молибдена, являющиеся кофактором нитратредуктаз симбиотических микроорганизмов, оптимизируют азотное питание растений и снижают интенсивность процессов синтеза фенольных метаболитов [17].
Мы предположили, что влияние кислотности почвы на синтез вторичных метаболитов опосредуется вариабельностью степени колонизации корней растений эндофитными грибами, активизирующихся в кислой среде. Наши исследования показали наличие микоризы в корешках растений спорыша (рис. 2). Как видно из рис. 2., микориза спорыша в апикальной меристеме корней представлена в основном везикулами. При этом степень колонизации корней спорыша, произрастающих на участках почвы с низкой кислотностью, была выше, чем на участках с карбонатной почвой. В корнях растений, собранных на участках с карбонатной почвой, были обнаружены единичные везикулы.
Рис. 2. Везикулярно-арбускулярная микориза спорыша, произрастающего на участке почвы с pH 6.32: 1 - везикулы, 2 - арбускулы, 3 - гифы.
Как было отмечено, на участках с карбонатными почвами содержание флавоноидов в траве спорыша резко снижается. Можно предположить, что флавоноиды принимают участие в регуляции взаимоотношений симбиотического комплекса: эндофитные грибы - растение - хозяин. Соответственно, недостаточное развитие везикулярно-
арбускулярной микоризы растений при относительно высоких значениях рН почвы [18, 19] приводит к снижению синтеза флавоноидов.
Нами обнаружена нелинейная зависимость между содержанием подвижного калия в почве и содержанием флавоноидов в траве спорыша (рис. 3).
Следует отметить, аналогичная зависимость обнаружена между содержанием калия в почве и урожайностью Р. аугси1аге, в экспериментах Э. А. Пенкаускене и С. П. Римкене [20]. Показано, что внесение калийных удобрений (120 кг/га действующего вещества) вызывает повышение воздушно-сухой массы на 12.7% растений спорыша по сравнению с контролем. Внесение калийных удобрений в более высокой дозе (180 кг/га), не оказывало влияния на урожайность Р. аугси1аге. Вероятно, такая реакция растения на воздействие калия является видоспецифической.
Таким образом, нами обнаружена отрицательная корреляционная связь между содержанием флавоноидов в траве Р. аугси1аге, значениями кислотности почвы и содержанием молибдена на участках произрастания. Полученные результаты могут быть использованы при выборе участков для промышленной заготовки дикорастущего Р. аугси-1аге и разработке агротехнических мероприятий по выращиванию спорыша, что позволит стабилизировать поставки сырья отечественным предприятиям по переработке фармсырья.
Работа выполнена в соответствии с Договором о межвузовском сотрудничестве между БашГУ и Университетом им. Стивена Остина (штат Техас, США).
Подвижный калий, мг/100 г почвы Рис. 3. Зависимость содержания флавоноидов в траве спорыша от содержания ионов калия в почве.
ЛИТЕРАТУРА
1. Трава горца птичьего. Herba Polygoni avicularis // Государственная Фармакопея. М.: Медицина, 1989. С. 330-332.
2. Полезные растения Хакасии. Ресурсы и интродукция / Пленник Р. Я. Новосибирск: Наука, 1989. С. 107-108.
3. Cowan M. M. // Clinical microbiology reviews. 1999. Vol. 12. №4. P. 564-582.
4. Fesen M. R., Pommier Y., Leteurtre F., Hiroguchi S., Yung J., Kohn K. W. // Biochem. Pharmacol. 1994. Vol. 48. №3. P. 595-608.
5. Михайлов И., Шретер А. Современные препараты из лекарственных растений. М.: МСП. 1999. С. 181.
6. Tunon H, Olavsdotter C, Bohlin L. // J. Ethnopharmacol. 1995. Vol. 48. №2. P. 61-76.
7. Nan J. X., Park E. J., Kim H. J., Ko G., Sohn D. H. // Biol. Pharm. Bull. 2000. Vol. 23. №2. P. 240-243.
8. Высочина Г. И. // Раст. ресурсы. 1998. Т.34. №4. С. 47-55.
9. Высочина Г. И. // Раст. ресурсы, 1999. Т.35. №3. С. 67-74.
10. Высочина Г. И. Фенольные соединения в систематике и филогении семейства гречишных. Новосибирск: Наука, 2004 -240 с.
11. Shonfelder P. Polygoni avicularis herba // Teedrogen und phytopharmaka. Stuttgart: MBH. 1997. P. 452-453.
12. Al-Hazimi H. M., Haque S. N. // Nat Prod Lett. 2002. Vol.16. №2. P. 115-118.
13. Кучеров Е. В. Горец птичий (Polygonum aviculare L.), его распространение и использование в Республике Башкортостан // Пробл. изуч. адвентив. и синантроп. флоры в регионах СНГ. М.; Тула, 2003. С. 60.
14. Селиванов И. А. Микосимбиотрофизм как форма консор-тивных связей в растительном покрове Советского Союза. М.: Наука, 1981. -231 с.
15. Rajakaruna N., Bohm B. A. // American J. Botany. 1999. Vol. 86. P. 1576-1596.
16. Stewart A. J., Chapman W., Jenkins G. I., Graham I., Martin T., Crozier A // Plant, Cell and Environment. 2001. №24. P. 1189-1197.
17. Sauer P., Frebort I. // Biologia plantarum. 2003. №46(4). P. 481-490.
18. Porter W. M., Robson A. D., Abbott L. K. // J. of applied ecology. 1987. Vol. 24. №2. P. 659-662.
19. Kherbawy M. El., Angle J. S., Heggo A., Chaney R. L. // Biology and Fertility Soils. 1989. Vol. 8. №1. P. 61-65.
20. Пенкаускене Э. А., Римкене С. П. Культивирование горца птичьего // Третя Українська конференція медичноі ботаніки: тези доповідей. Киев. 1992. С. 88-89.
Поступила в редакцию 31.07.2008 г. После доработки — 16.03.2009 г.
