Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование экдистероидсодержащих растений 7
1.1. Химическая природа фитоэкдистероидов 7
1.2. Распространение экдистероидов в растительном мире 9
1.3. Особенности накопления экдистероидов в растениях 13
1.4. Роль экдистероидов в жизни растений 17
1.5. Влияние микроэлементов на накопление биологически активных веществ 20
Глава 2. Объекты и методы исследования 24
2.1. Природные условия районов исследований 24
2.2. Объекты исследования 31
2.3. Методы исследования 37
Глава 3. Скрининг видов флоры Западной Монголии на присутствие экдистероидов и изучение их химического состава в перспективных видах 42
3.1. Скрининг видов флоры Западной Монголии на присутствие экдистероидов хроматоспектрофотометрическом методом 42
3.2. Изучение химического состава биологически активных веществ, сопутствующих экдистероидам 56
3.3. Выделение фитоэкдистероидов из экстрактов растений Silene repens Patrin 59
3.4. Идентификация экдистероидов некоторых видов родов Silene и Elisanthe методом высокоэффективной жидкостной хроматографии 64
Глава 4. Динамика содержания экдистероидов и некоторых биологически активных веществ в растениях Silenerepens patrin 68
4.1. Содержание экдистероидов и некоторых биологически активных веществ в Silene repens в разных условиях обитания 68
4.2. Динамика накопления экдистероидов в растениях Silene repens различного происхождения 78
Глава 5. Влияние микроэлементов на всхожесть семян, развитие растений и уровень экдистероидов 84
5.1. Влияние микроэлементов на всхожесть семян и содержание экдистероидов в Silene frivaldszkyana Натре 84
5.2. Влияние микроэлементов на развитие растений и содержание экдистероидов Silene linicola С. С. Gmelin 88
Выводы 100
Список использованной литературы 102
Приложение 124
- Влияние микроэлементов на накопление биологически активных веществ
- Скрининг видов флоры Западной Монголии на присутствие экдистероидов хроматоспектрофотометрическом методом
- Содержание экдистероидов и некоторых биологически активных веществ в Silene repens в разных условиях обитания
- Влияние микроэлементов на развитие растений и содержание экдистероидов Silene linicola С. С. Gmelin
Введение к работе
Актуальность. Проведение поиска перспективных видов по содержанию и составу фитоэкдистероидов актуально, поскольку эти соединения обладают широким спектром биологического действия: анаболическим, тонизирующим, адаптогенным, гемореологическим, радиопротекторным, а их растительные источники могут быть основой для получения медицинских препаратов и чистых экдистероидов.
Изучение качественного состава, количества и динамики накопления экдистероидов у разных видов в различных условиях обитания может служить одной из важных предпосылок понимания функции этих соединений в онтогенезе растений.
В настоящее время на присутствие экдистероидсодержащих растений изучены флоры Европы, Японии, Узбекистана, отдельных регионов России, включая и некоторые районы Южной Сибири, граничащие с Монголией. Флора Монголии не исследована на наличие экдистероидсодержащих растений. В связи с этим большой интерес представляет изучение в этом отношении флоры Монголии и сопредельных регионов, поскольку в ней богато представлены как самобытные центральноазиатские виды, так и встречающиеся на территории России.
Цель работы. Поиск экдистероидсодержащих видов во флоре Западной Монголии и определение перспектив их использования.
Задачи исследования:
проведение скрининга растений флоры Западной Монголии на присутствие экдистероидов;
выявление перспективных экдистероидсодержащих видов;
исследование химического состава экдистероидов перспективных видов;
изучение влияния условий обитания на качественный состав, количество и динамику накопления экдистероидов;
исследование влияния некоторых микроэлементов на всхожесть семян, развитие растений и содержание экдистероидов в видах Silene.
Положения, выносимые на защиту:
1. Флора Западной Монголии содержит значительное количество видов
- продуцентов экдистероидов.
2. Экзогенное введение микроэлементов - кобальта, марганца и молиб
дена оказывает положительное влияние на развитие растений и уровень
фитоэкдистероидов в видах рода Silene.
Научная новизна. Впервые исследована флора Монголии на присутствие экдистероидов. Из 297 проанализированных видов обнаружено 17 экдистероидсодержащих, в том числе 7 новых продуцентов - Silene ichebogdo Grab., Silene mongolica Maxim., Silene turgida Bieb. ex Bunge, Elisanthe apnea (Turch. ex. Fischer et Meyer) Peschk., Serratula marginata Tausch., Chenopodium frutescens C.
A. Meyer, Axyris prostrata L. Впервые экдистероиды обнаружены в роде Elisanthe (Fenzl) Reichb.
Впервые изучен состав экдистероидов Silene repens Patrin, Silene graminifolia Otth., Silene jeniseensis Willd, Elisanthe viscosa (L.) Rupr. в процессе выделения методом колоночной хроматографии и идентификации методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Исследовано влияние условий произрастания на состав и содержание экдистероидов в Silene repens. Проведено сравнительное изучение динамики накопления 20-гидроксиэкдизона (20Е) в образцах Silene repens монгольского и сибирского происхождения.
Впервые изучено влияние некоторых микроэлементов на всхожесть семян, развитие растений и содержание экдистероидов в видах рода Silene.
Практическая значимость: Обнаружено 7 новых растительных источников экдистероидов, среди которых высоким содержанием 20-гидроксиэкдизона характеризуются Serratula marginata и Axyris prostrata. Рекомендовано 4 вида -Silene repens, S. jeniseensis, S. graminifloia, Elisanthe viscosa в качестве богатых источников мажорных экдистероидов - 20-гидроксиэкдизона, полиподина В, интегристерона А, 2-дезоксиэкдизона, 2-дезокси-20-гидроксиэкдизона.
Выявлены экологические условия, способствующие высокому аккумулированию искомых соединений.
Разработаны средства и способы увеличения биомассы растений и содержания в них фитоэкдистероидов путем экзогенного введения определенных концентраций микроэлементов кобальта, марганца и молибдена.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 8 конференциях: 6 международных и 2 российских, в том числе на 13-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 2007), Шестой международной научно-практической конференции «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2007), международной конференции «Природные условия, история и культура Западной Монголии и сопредельных регионов» (Горно-Алтайск, 2007), второй международной научно-практической конференции «Проблемы биологии, экологии, географии, образования: история и современность» (Санкт-Петербург, 2008), «XVII Ecdysone Workshop» (Germany, 2008), международной конференции «Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов» (Горно-Алтайск, 2008), всероссийской научно-практической конференции «Культуры и народы северной Азии и сопредельных территорий в контексте междисциплинарного изучения» (Томск, 2008), IV всероссийской научной конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2009).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 10 опубликованных работах, 2 из которых в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК. Подана заявка на патент и получена приоритетная справка в
2009 г. на «Способ увеличения биосинтеза экдистероидов в растительных объектах», включающий обработку растений растворами солей микроэлементов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и 2 приложений. Работа изложена на 137 страницах, иллюстрирована 15 таблицами и 18 рисунками. Библиографический список включает 212 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору химических наук профессору Ларисе Николаевне Зиба-ревой и научному консультанту доктору биологических наук профессору Александру Сергеевичу Ревушкину за постоянную поддержку и неоценимую помощь в осмыслении материала и написании работы.
За совместную работу при определении состава экдистероидов методом ВЭЖХ автор благодарит профессоров Рене Лафона (Парижский университет Пьера и Марии Кюри, Франция) и Лоуренса Дайнена (Эксетерский университет, Великобритания), за предоставление образцов и определение видов растений доцента Оюунчимэг Дамдинсурен (Ховдский университет, Монголия), доцента Александра Леоновича Эбеля, профессора Андрея Ильича Пяка (ТГУ), за оказанную помощь при определении микроэлементов научного сотрудника Елену Дмитриевну Агапову и доцента Сергея Ивановича Коноваленко (ТГУ), за помощь и поддержку сотрудницу лаборатории фитохимии Валентину Ивановну Еремину и сотрудников кафедры физиологии растений и биотехнологии (ТГУ) и Сибирского ботанического сада (ТГУ).
Влияние микроэлементов на накопление биологически активных веществ
В настоящее время известна роль микроэлементов в различных физиологических процессах. Весьма важным является не только их способность усиливать рост растений и накопление биологической массы, но и участие в биосинтезе веществ вторичного метаболизма. Одним из возможных путей получения растительного лекарственного сырья, обогащенного биологически активными веществами, является направленное воздействие микроэлементов на растения, которое тесно связано со многими ферментными системами и может оказывать существенное влияние на биосинтез действующих начал (Драницина, 1975).
Повышение биосинтеза биологически активных веществ (БАВ) в растениях возможно при экзогенном использовании микроэлементов. Так, магний входит в состав основного пигмента зеленых листьев - хлорофилла. Он способствует накоплению каротиноидов, аскорбиновой кислоты, синтезу флавонолов и других флавоноидов, оксикоричных кислот и дубильных веществ. Медь, цинк и марганец активируют ферменты, участвующие в окислении важнейшего фитогормона - ауксина. Молибден , влияет на образование витамина С, а бор - на накопление кофейной и хлорогеновой кислот (Запрометов и Загоскина, 1987).
Установлена взаимосвязь между содержанием в почве отдельных химических элементов и продуцированием растениями некоторых групп биологически активных веществ. Растения, продуцирующие сердечные гликозиды, избирательно поглощают марганец, молибден, хром; продуцирующие алкалоиды — медь, марганец, кобальт; сапонины — молибден, ванадий; терпеноиды — марганец; кумарины, флавоноиды и антраценпроизводные — медь; витамины - марганец, медь; полисахариды — марганец, хром (Гринкевич и Сорокина, 1983). В последные годы была установлена роль марганца и молибдена в биогенезе стероидных соединений, производных циклопентанпергидро-фенантрена. Установлено, что в биогенезе сердечных гликозидов очень велика роль коэнзима А, а для синтеза последнего необходимы такие катализаторы, как АТФ, марганец и молибден. Предполагалось, что введение этих элементов в наперстянку вызовет стимуляцию активности фермента, ответственного за синтез коэнзима А, что в свою очередь приведет к увеличению содержания сердечных гликозидов (Leet et. al, 1965). Коэнзим А является универсальным предшественником стероидных соединений как сердечных гликозидов, так и экдистероидов (Гудвин и Мерсер, 1986). Кроме того, установлено, что гидроксилирование стеринового ядра и боковой цепи холестерина при биосинтезе экдистероидов осуществляется ферментом цитохром Р450 (Grebenok et. al., 1996).
По изучению действия экзогенных микроэлементов на синтез экдистероидов имеются скудные данные. Л. И. Алексеевой (2006) изучено влияние марганца на накопление экдистероидов в многолетнем виде Ajuga reptans L. Исследование показало, что через сутки после внекорневой обработки происходит незначительное снижение содержания экдистероидов, максимальное увеличение этого показателя наблюдается через 7 суток после обработки.
Информация разных исследователей, накопленная к настоящему времени по влиянию экзогенных микроэлементов на содержание биологически активных веществ приведена в таблице 1.2.
Из таблицы видно, что на накопление флавоноидов влияют Си, Со, Мп, Си, на накопление алкалоидов - Со, Мп, Zn, на различные группы терпеноидов — Мп, Мо, V, В, Se. Таким образом, микроэлементы, содержащиеся в почве и подкормке, могут иметь непосредственное отношение к обмену растительного организма и в определенные фазы развития растения могут быть связанными с синтезом биологически активных соединений, активируя соответствующие ферменты.
Скрининг видов флоры Западной Монголии на присутствие экдистероидов хроматоспектрофотометрическом методом
Поиск новых продуцентов с высоким содержанием фитоэкдистероидов весьма актуален, поскольку они являются действующими веществами многих новых лекарственных препаратов и биологически активных добавок к пище анаболического, адаптогенного, тонизирующего и других действий. Кроме того, выявление как можно большего число экдистероидсодержащих видов растений способствует пониманию особенностей распределения и роли экдистероидов в жизни растений (Дайнен, 1998).
Исследование флоры Западной Монголии на наличие экдистероидов. предпринято впервые. Скринингу на их присутствие подвергнуто 273 вида, произрастающие на территории Монголии; а также 36 видов Русского Алтая.
Изучены виды относятся к 50 семействам, 3 из которых являются однодольными, 45 - двудольными цветковыми и 2 семейства - голосеменными. Следует заметить, что экдистероиды не обнаружены в 280 видах 47 семейств -представителях голосеменных и однодольных цветковых растений.
Экдистероиды обнаружены в 3 семействах: Asteraceae, Caryophyllaceae, Chenopodiaceae. На уровне семейств встречаемость искомых соединений составила: Asteraceae - 6 %, Caryophyllaceae — 40 %, Chenopodiaceae — 25 %. Встречаемость экдистероидсодержащих продуцентов среди произвольно выбранных видов составила 5.7 %. Семейства и роды растений представлены в алфавитном порядке в таблице 3.1.
Экдистероиды обнаружены в 10 видах семейства Caryophyllaceae: Melandrium apetala, Elisanthe aprica, Silene chamarensis, Silene graminifolia, Silene ichebogdo, Silene jeniseensis, Silene mongolica, Silene repens, Silene turgida, Elisanthe viscosa. Впервые экдистероиды выявлены в 4 видах: Elisanthe aprica, Silene ichebogdo, Silene mongolica, Silene turgida. Все эти виды относятся к трибе Lychnideae.
В семействе Asteraceae экдистероиды обнаружены только у представителей трибы Cardueae: Stemmacantha uniflora, Serratula centauroides, Serratula algida, Serratula marginata. В Serratula marginata экдистероиды обнаружены впервые.
В семействе Chenopodiaceae обнаружены искомые соединения в 3 видах Chenopodium album, Chenopodium frutescens (Chenopodieae), Axyris prostrata (триба Atriplicaeae), в двух последних видах впервые. Ранее значительные количества экдистероидов обнаружены у растений этих триб (Dinan, 1995; Dinanet. al., 1998/
Наши исследования подтвердили данные других исследователей об отсутствии экдистероидов во многих видах других семейств {Ranunculaceae, Fabaceae, Lamiaceae, Polygonaceae, Primidaceae, Boraginaceae, Rosaceae). Экдистероиды не были обнаружены у Pulsatilla bungeana, хотя в литературе имеются сведения о наличии этих соединений в других видах этого рода: Р. alba, P. alpina, P. ambigua, P. occidentalis P. sulphurea (Sarker et al., 1997). He обнаружены экдистероиды и у Vincetoxicum sibiricum (Asclepiadaceae), однако ранее сообщалось об их присутствии в 3 видах {Asclepias speciosa, Cryptostegia grandiflora, Metaplexis japonicd) этого семейства (Dinan et. al., 2001, Wong et. al., 1979).
He выявлены искомые соединения и у Melandrium brachypetala, Anemone sylvestris и Artemsia dracunculus, несмотря на данные других исследователей (Ревиной и др., 1988, Savchenko et. al., 1998 b, Matsuoka et. al., 1969). Напротив, в Silene turgida и Elisanthe viscosa нами обнаружены экдистероиды, хотя ранее в публикации Т. А. Ревиной и соавторов (1988) отмечалось их отсутствие. Возможно, это обусловлено низким содержанием экдистероидов в указанных видах, ниже предела обнаружения методом тонкослойной хроматографии, или разными экологическими условиями произрастания.
Таким образом, проведен химический скрининг на присутствие/отсутствие экдистероидов 297 видов из 50 семейств. Экдистероидсодержащие виды были обнаружены среди семейств Caryophyllaceae, Asteraceae, Chenopodiaceae. Во флоре Монголии и Русского Алтая экдистероиды обнаружены в 17 видах. Впервые экдистероиды обнаружены в 7 видах Silene ichebogdo, Silene mongolica, Elisanthe aprica, Silene turgida, Serratula marginata, Chenopodium frutescens, Axyris prostrata. Такие виды как Silene ichebogdo, Silene mongolica, Chenopodium frutescens являются эндемиками и субэндемиками Монголии.
Наиболее высокое содержание 20-гидроксиэкдизон обнаружено в следующих видах: Stemmacanta uniflora (1.3 %), Silene repens (1.1 %), Serratula marginata (1.0 %), Silene jeniseensis (2.2 %), Axyris prostrata (0.9 %), некоторые из них подвергнуты более глубокому изучению.
Содержание экдистероидов и некоторых биологически активных веществ в Silene repens в разных условиях обитания
Признаки вида в известной мере варьируют в зависимости от климатических изменений, а также динамики других экологических факторов. Поэтому природно-климатические факторы оказывают определяющее влияние и на химический состав растений. Наличие определенных групп биологически активных веществ в растениях является постоянным видовым или родовым признаком, однако содержание их зависит от влияния экологических факторов, в частности, от местообитания (Анцупова и Ендонова, 2007).
Биосинтез и накопление в дикорастущих растениях биологически активных веществ - флавоноидов, тритерпеновых (сердечных гликозидов, экдистероидов) и других соединений является динамическим процессом, изменяющимся в онтогенезе растения, а также зависящим от многочисленных факторов окружающей среды. Так, например, тепло является одним из важнейших факторов в жизни растения, поскольку, главным образом, от тепловой и световой энергии зависят продолжительность вегетации, накопление действующих веществ и масса самого растения. Ранее изучено (Ревина и др., 1986; Карначук, 1996) влияние света на содержание экдистероидов в растениях Rhaponticum carthamoides (Willd.)- Iljin, Lychnis chalcedonica L., Serratida coronata L. и показано, что в листьях, корнях и корневищах этих растений, выросших на красном свете, наблюдалось наибольшее содержание экдистероидов. Авторы объясняют это тем, что усиление углеводной направленности метаболизма на красном свете, возможно, является причиной повышения содержания мевалоновой кислоты в клетке, которая необходима для синтеза холестерина, являющегося ближайшим предшественником экдистероидов в растениях.
Высота над уровнем моря также заметно влияет на динамику накопления действующих веществ в ряде различных растений, хотя это влияние носит интегральный характер, проявляясь через изменение факторов увлажнения и теплообеспеченности. Тем не менее, многими авторами отмечается зависимость содержания синтезируемых растениями различных соединений от этого комплексного фактора. Так выявлено, что с повышением высоты над уровнем моря содержание витаминов в плодах абрикоса увеличивается (Бахмулаева и др., 2008). Установлено, что различные эфирно-масличные растения по-разному реагируют на увеличение высоты над уровнем моря: у лаванды, например, наблюдается понижение, а у розы, наоборот, повышение содержания эфирного масла на плантациях, заложенных более высоко в горах (Ефремов и др., 2002). Оптимальная высота произрастания для промышленных видов, например, крестовника - 1600-2000 метров над уровнем моря. В них накапливается максимальное количество алкалоидов (Ефремов и др., 2002). Исследованы особенности накопления флавоноидов вдоль высотного градиента в условиях Дагестана в сырье Origanum vulgare L. и отмечено, что уровень содержания суммы флавоноидов в различных частях растений зависит от высотного градиента и носит адаптивный характер, как реакция растения на суровую среду обитания (Вагабова и др., 2007)
Г. И. Высочиной (1969, 1977) изучено влияние экологических условий на синтез флавоноидов в Polygonum alpinum L., образцы растений из разных, районов, географически удаленных друг от друга, имеют одинаковый качественный состав агликонов флавоноидных соединений. В то время как набор гликозидов значительно варьирует, а число компонентов может изменяться от 15 (субальпийский луг на высоте 2350 м) до 7 (высокогорно-тундровый пояс на высоте 2550 м).
Установлено, что в местообитаниях, расположенных выше 500 м над уровнем моря содержание дубильных веществ в подземных органах кровохлебки лекарственной несколько выше, чем в равнинных местообитаниях (Крылова и Орищенко, 1977).
В больших количествах дубильные вещества накапливаются в горных растениях Грузии. Так, например, у Cardamina lazica Boiss et. Bal. собранного вдоль реки Аджарис - Цхали в надземных частях дубильные вещества отсутствовали. Тот же вид, собранный на склонах горы Бахмаро в надземной части содержал 10 % дубильных веществ. Padus racemosa L. в листьях, собранных в лесу, содержал 4 % дубильных веществ, в то время как на горе Уджиери - 8 %. (Ткабладзе, 1960).
В литературе имеются сведения, что концентрации и качественный состав экдистероидов подвержены весьма существенным колебаниям в зависимости от места и времени сбора растений (Саатов, 1993 б). Так например, Silenebrachuica Boiss., произрастающая в Киргизии, синтезирует 20-гидроксиэкдизон, полиподин В, интегристерон А, витикостерон Е, силенеозиды А, В, С. Д, 22 сульфат сс-экдизон, а образец этого же вида из Узбекистана содержит 20 гидроксиэкдизон, полиподин В, интегристерон А, витикостерон Е, силенеозиды А, В, С. Е, 2 дезокси- производные экдизона и 20-гидроксиэкдизон, 2-дезокси 20-гидроксиэкдизон-20,22-моноацетонид, 2- дезоксиэкдизон-22-ацетат.
Изменение химического профиля экдистероидов наблюдалось и в образцах Serratula coronata L. разного происхождения: растения, собранные в Узбекистане, содержали 20-гидроксиэкдизон, витикостерон Е, экдизон (Новосельская, 1977; Новосельская и др., 1981); тогда как выращенные в Республике Коми - 20-гидроксиэкдизон, экдизон, 25-8-инокостерон, макистерон А, макистерон С, аюгостерон С, дакрихайнанстерон (Volodin et. al., 1998). В образцах дикорастущих растений этого вида в Башкирии - обнаружены 20-гидроксиэкдизон, полиподин В, аюгастерон С, 22-О-ацетил-20-гидроксиэкдизон, 22-дезокси-20-гидроксиэкдизон, коронатостерон (Galiautdinov et. al., 2000).
Показано, что образцы семян одного и того же вида смолевки, полученные из разных мест произрастания, содержат различное количество экдистероидов, либо экдистероиды вообще отсутствуют (Зибарева, 2003). Так в надземной части Silene altaica Pers, собранной в фазу цветения на Алтае, содержалось 0.5 % экдистероидов, а в семенах этого вида, полученных из ботанических садов Германии (Бонн, Лейпциг, Йена), и в надземной части растений, выращенных из них, в течение 1-2-го годов жизни экдистероиды не были обнаружены. Из 6 образцов семян Silene armeria L, полученных из ботанических садов различных стран Западной Европы, лишь в одном был выявлен очень низкий уровень 20-гидроксиэкдизон. Аналогичный результат наблюдался при анализе семян Silene multicaulis Guss. и S. parnassica Boiss. Содержание 20-гидроксиэкдизона в семенах S. fruticosa L., S. paradoxa L., S. sendtneri Boiss., S. frivaldszkyana Натре, и S. viridiflora L., полученных из разных мест, было различным. В семенах некоторых видов обнаруживается не только 20-гидроксиэкдизон, но и другой мажорный компонент полиподин В (Зибарева, 2003).
Естественная растительность Монголии соответствует местным климатическим условиям. Поскольку данная территория расположена на рубеже двух огромных резко различных по природным условиям субконтинентальных ботанико-географических выделов Северной Азии и Центральной Азии, это ведет к быстрой смене растительности - от типично таежной на севере, до пустынной на юге. Такие существенные различия позволяют оценить влияние условий произрастания растений на качественный состав и содержание экдистероидов и других биологически активных веществ.
Представляло интерес провести сравнительный анализ содержания экдистероидов в образцах дикорастущих растений широко распространенной Silene repens из эколого-географически удаленных мест Монголии и в образце, культивируемом в Западной Сибири (в условиях Сибирского ботанического сада ТГУ). Как известно, климат гор резко отличается от климата равнин. Наиболее характерными особенностями климата горных районов являются: разреженная атмосфера, пониженная температура воздуха, повышенная влажность и усиление солнечной радиации. Лучи разной длины волны поглощаются атмосферой неодинаково. В связи с этим в горах усиливается ультрафиолетовая радиация солнца. Однако рассеянная ультрафиолетовая радиация безоблачного неба в горах падает. Суммарная ультрафиолетовая радиация возрастает (Гребинский, 1944).
В растениях смолевки ползучей обнаружены тритерпеновые сапонины (Юханов, Краснов 1973), флавоноиды (Минаева и др., 1973, Дармограй 1996) а также азотсодержащие соединения. В стеблях обнаружены алкалоиды (до 0.6 %), кумарины, витамин С (Абышева, 2001).
Влияние микроэлементов на развитие растений и содержание экдистероидов Silene linicola С. С. Gmelin
В настоящее время установлена важная роль микроэлементов во многих физиологических процессах растительного организма. Малоизученными вопросами являются изыскание природных растительных концентраторов определенных микроэлементов и изучение участия микроэлементов в биогенезе действующих веществ лекарственных растений. Биологически активные вещества лекарственных растений — продукты вторичного обмена растений, в образовании которых, возможно, важная роль принадлежит микроэлементам. Выявление их физиологической роли имеет большое практическое значение, так как позволит рекомендовать лекарственное растительное сырье, в качестве основы для ценных лечебных препаратов. Кроме того, это один из путей направленного влияния на синтез нужных групп биологически активных соединений в лекарственных растениях (Ноздрюхина, Гринкевич, 1980).
Влияние состава почвы на накопление биологически активных соединений в растениях можно объяснить следующим образом. Для всякого химического процесса, прежде всего, требуются исходные материалы. Они подготовливаются в растении физиологическими процессами, начинающимися с восприятия углекислоты и минеральных солей, а также воды и кислорода из воздуха и почвы (Ноздрюхина, Гринкевич, 1980).
Координирование бесконечно большого количества химичсеких реакций, одновременно протекающих в растениях, осуществляется при участии ферментов (Кретович, 1967). Наряду с величайшей каталитической эффективностью ферменты характеризуются отзывчивостью на внешние воздействия.
Так как в состав ферментов входят определенные химические элементы, то, по-видимому, содержание этих элементов в почве должно влиять на активность ферментов, а отсюда и на общее направление биогенеза определенных групп биологически активных соединений (Ноздрюхина, Гринкевич, 1980).
Ферментам, как известно, свойственна строгая специфичность действия. Каждый сложный биохимический процесс образования белка, углеводов, эфирных масел, алкалоидов, флавоноидов, фитоэкдистероидов и других регулируется особой группой ферментов, из которых каждый участвует на определенном этапе процесса (Ловкова и др., 1999; 2001).
Известно, что в биогенезе фенольных соединений, в том числе и флавоноидов, очень важная роль принадлежит ферментам полифенолоксидазе, активным носителем которой является медь, и пероксидазе, которая активируется медью. Марганец и кобальт повышают активность аргиназы, катализирующей превращение аргинина в орнитин, из которого синтезируется пирролидиновое кольцо тропановых алкалоидов, деятельность дегидрогеназы активируется марганцем и молибденом (Ковальский и др., 1974).
Оптимальный синтез в организме растений биологически активных соединений наблюдается только при определенных концентрациях и соотношениях микроэлементов в организме среде
Известно, что молибден влияет на синтез и передвижение углеводов, образование хлорофилла, аскорбиновой кислоты, на биосинтез аминокислот, которые являются в растениях предшественниками многих биологически активных соединений (Гринкевич и др., 1972)
Кобальт в растениях является участникам многих важных биохимических процессов, активируя при этом деятельность определенных ферментов. Например, кобальт катализирует действие ферментов водородной системы симбиотической фиксации азота, активно участвует в биосинтезе аминокислот. Из его двухвалентных соединений для растений особое значение имеет система кобальтцианид и кобамидные коэнзимы (Ковальский и др., 1971).
Механизм влияния марганца на биосинтез в растениях стероидных соединений мало изучен. Ранее Алексеевой (Алексеева, 2006) отмечено влияние марганца на накопление экдистероидов в многолетнем виде Ajuga reptans L. Исследование показало, что через сутки после внекорневой обработки происходит незначительное снижение содержания экдистероидов, максимальное увеличение этого показателя наблюдается через 7 суток после обработки. Наибольшее повышение суммарного содержания экдистероидов установлено при концентрации MnSC 4, равной 2.5 мМ, в то время как при корневой обработке - 12.5 мМ. Применение растворов соли сульфата марганца вызывает увеличение содержания экдистероидов - на 1.69 мг/г сухой массы растения через 7 суток после корневой и внекорневой обработки и на 1.44-1.63 мг/г через 1 сутки после обработки.
При исследовании растений и почв для нас в первую очередь предстваляли интерес такие элементы, как марганец, молибден и кобальт. Эти элементы играют важную физиолоическую роль в жизни растений и человека; кроме того, можно предположить участие этих элементов в образовании некоторых групп биологически активных соединений.
В качестве обьектов исследования были взяты растения Silene linicola, продуцирующие такие биологически активные вещества как экдистероиды, сапонины, флавоноиды, фенольные соединения.
Впервые экдистероиды обнаружены в семенах Silene linicola (Зибарева, 1997 б). Растение введено в производственную культуру в Сибирском ботаническом саду Томского государственного университета. Авторами изучена динамика содержания 20-гидроксиэкдизона у Silene linicola. Показано, что максимальное содержание 20-гидроксиэкдизона наблюдается в надземной части в фазу цветения (0.93 %). Наибольшее количество отмечено в репродуктивных органах - в бутонах и цветках (соответственно 1.05 и 1.55 %) (Зибарева и Еремина, 1996). Из этого вида выделено 7 экдистероидов: витикостерон Е, 2-дезоксиэкдистерон, а-экдизон,, полиподин В, экдистерон, туркестерон и интегристерон А (Рис 5.3) (Мамадалиева и др., 2002 а).
Накопление микроэлементов в растениях происходит в зависимости от физиологических факторов: вида, сорта, стадии вегетации растений, взаимовлияния химических элементов, находящихся в органах и тканях растений, применяемых удобрений, от экологических факторов таких, как вид -почвы, ее физические свойства и химическое состояние, географическое расположение района, климатические условия (Ковалевский, 1991).
Растения Silene linicola культивировали в 2007-2008 годах в оранжерейно-тепличном комплексе Сибирского ботанического сада ТГУ. Обработку растений проводили один раз в фазу вегетации водными растворами солей марганца, молибдена и кобальта с концентрациями 1x10"4 М на 12 день после всходов (в фазе вегетации) различными приемами:
а) предпосевной обработкой семян;
б) внекорневой обработкой растений;
в) корневой обработкой растений.
Выбор примененных солей обусловлен присутствием в их составе микроэлементов - марганца, молибдена и кобальта, участвующих в биосинтезе вторичных метаболитов терпеноидной природы, каковыми являются и экдистероиды.
Для получения сравнимых результатов образцы растений Silene linicola собирали в фазу цветения, так как в этот период наблюдалось максимальное продуцирование 20-гидроксиэкдизона в надземной части однолетних растений Silene linicola (Зибарева и Еремина 1996).
Анализировали высоту, массу растений и количественное содержание экдистероидов в обработанных и контрольных образцах.
Данные по высоте и мажорному компоненту - 20-гидроксиэкдизону в контрольных и обработанных растениях представлены в таблице 5.2.
Как следует из данных таблицы 5.2, при предпосевной обработке раствором МпБОд (1x10"4 М) содержание 20-гидроксиэкдизона сохраняется на уровне контроля, тогда как при внекорневой и корневой увеличивается в 2 и 2.36 раза соответственно.
Раствор молибдата аммония полностью подавлял развитие растений Silene linicola, за исключением предварительной обработки семян. При этом содержание 20-гидроксиэкдизона увеличивалось на 3.7 мг/г (в 1.8 раза) по сравнению с контролем.
Раствор Co(N03)2 в концентрации 1x10"4 М благоприятно влиял на содержание 20-гидроксиэкдизона во всех вариантах обработок. Максимальное содержание 20-гидроксиэкдизона наблюдается при внекорневой подкормке увеличение на 8.8 мг/г (в 2.9 раза) по сравнению с контролем. А при предпосевной и , корневой обработках наблюдалось увеличение 20-гидроксиэкдизона на 4.9 и 2.4 мг/г, т.е. в 2 и 1.5 раза соответственно.
