Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Краткий обзор основной литературы по истории изу чения рода inula ь. и ботанический состав флорыГрузии 13
Глава II. Морфологическая, фитогеографическая и эколого-ценотическая характеристика видов рода inula L.флоры Грузии. 17
Глава III. Биология девясилов флоры Грузии 43
а) Прорастание семян 43
б) Развитие в первый и последующие годы жизнидевясилов 49
Глава ІУ . Вопросы агротехники девясилов 88
Глава V. Исследования химического состава видов рода девясил 94
Фотохимические и гистохимические исследования.. 97
Глава VІ. Фитонцидные свойства девясилов 114
а) Протистоцидные свойства 114
б) Антимикробная активность... 120
Глава VІІ . Использование видов рода девясил 128
В ы в о д ы 134
Р е к о м е н д а ц и и 139
Л и т е р а т у р а 140
- Прорастание семян
- Развитие в первый и последующие годы жизнидевясилов
- Протистоцидные свойства
- Антимикробная активность...
Введение к работе
Забота о физическом здоровье трудящихся нашей страны является важной проблемой в общем подъеме благосостояния советского народа. Поэтому Коммунистическая Партия и Советское Правительство придают огромное значение расширению растительной сырьевой базы путем эффективного использования природных ресурсов и введения в культуру ценных дикорастущих растений.
Разнообразные физико-географические условия Грузии обуславливают здесь создание весьма пестрого и богатого флористического состава и растительного покрова. Флора и растительность Грузии изучены достаточно полно, выявлены общие закономерности их становления и развития, но, тем не менее, углубленные исследования отдельных, наиболее интересных групп растений не только целесообразны, но весьма необходимы для выяснения основных черт их развития, определения полезных свойств и т. д. с целью более рационального использования в народном хозяйстве.
Среди травянистых растений, широко представленных во флоре Грузии, девясилы занимают видное место. Примерно из 100 видов рода Inula L. (сем. Asteraceae ) Здесь произрастает 12, распространенных в различных экологических условиях почти от уровня моря до альпийского пояса. Они привлекают внимание как своей декоративностью, так и полезными свойствами, благодаря чему отдельные виды этого рода были известны ученым с древних времен и пользовались большой популярностью.
Несмотря на это, в Грузии девясилы до сих пор были изучены только с точки зрения систематики, а вопросам их биологии, экологии и агротехники, так же как и отдельным, наиболее важным свойствам не обращалось внимание.
Поэтому стало необходимым проведение специальных исследова-
_ 4 -
ний видов девясила Грузии как в природе, так и в условиях культуры.
В результате опытов и наблюдений, проведенных на экспериментальном участке Центрального ботанического сада АН Грузинской ССР в течение 7 лет, и маршрутных исследований в природе был получен большой фактический материал, обобщение и анализ которого позволили отметить основные биоэкологические особенности девясилов, выяснить наиболее эффективные агротехнические приемы выра -щивания, содержание в вегетативных и генеративных частях растений различных полезных веществ, в том числе и лечебных.
Все эти вопросы освещены в соответствующих главах диссертационной работы достаточно подробно даются морфологическая и фито-ценотическая характеристика девясилов, их географическое рас -пространение, экологические условия произрастания, рассматриваются отдельные этапы развития растений в онтогенезе, а также данные фитохимических и гистохимических исследований для опре -деления биологически активных веществ - сапонинов, дубильных веществ, алкалоидов, гликозидов, флавоноидов, эфирных масел, инулина и ценных органических соединений, придающих растениям бак-териоцидные, фунгицидные и фитонцидные свойства. Эти сведения приводятся для 9 видов девясила, т.к. один вид (I.mariae) несмотря на многократные испытания, выпал из эксперимента из-за неподходящих для культуры климатических условий. Остальные же два вида (i.auriculata, I.thapsoides) в виду их очень незна -чительного распространения, не найдены в природе, несмотря на тщательные поиски и, естественно, не были включены в эксперимент. В связи с этим нельзя не отметить значение культивирования девясилов, особенно в засушливых условиях Восточной Грузии, что в определенной мере гарантирует сохранение тех видов, которые, по-
~ 5 -
добно вышеуказанным, благодаря интенсивному сбору, либо значи -тельно сократили свой ареал, либо уже находятся на грани исчезновения.
Приведенные в работе данные имеют как теоретическое, так и практическое значение в области декоративного садоводства и научной медицины.
Прорастание семян
Важные полезные свойства девясилов (содержание ценных биологически активных веществ, а также антисептические, бактерицидные, фитонцидные и фунгицидные свойства) обусловили необычную потребность в сырье.
В настоящее время корневища девясила высокого и девясила большого в нашей стране заготавливаются в естественных местообитаниях десятками тонн, что вызывает значительное сокращение природных ресурсов и ставит указанные виды под угрозу исчезновения. Поэтому внимание исследователей направлено на изучение биоэкологических особенностей девясилов в природной обстановке, с целью привлечения их в культуру для сохранения генофонда, дальнейшего размножения растений и использования их в народном хозяйстве.
В литературе этому вопросу за последнее время уделяют все большее внимание, особенно видам, имеющим крупные корневища и большую вегетативную массу, как У I.helenium,I.grandis(ByHKO, 1959; Зубарев, 1970; Синицина, 1975, 1978; Лещанкина, 1976 а; Пинюшин, 1977; Нухимовский, Нухимовская, 1979 и др.) Однако, другие виды девясилов, полезное значение которых также значительно, изучены гораздо в меньшей степени. В Грузии работ по изучению видов рода inula очень мало, а по биоэкологическим свойствам и агротехническим приемам размножения вообще нет.
В процессе исследования главное внимание было обращено вопросам ритма роста и развития растений от проростков до взрослого состояния. а) Биология прорастания семян. Для каждого вида растений существуют свои оптимальные условия прорастания семян. В числе факторов, имеющих решающее ,- 44 значение в поцессе прорастания, являются биологические особенности семян, температура и влажность почвы. При изучении прорастания семян в первую очередь следует определить всхожесть как свежих так и длительно хранившихся. С этой целью нами проведена серия экспериментов в различной кратности и в различных условиях проращивания. Для определения наилучшего температурного режима прорастания семян, посев произведен в трех вариантах при температурах IS-I8, 18-22, 25 30, в лабораторных условиях в чашках Петри. Как видно из таблицы, наилучшими условиями прорастания семян всех видов как в процентном отношении, так и по продо лжительности от посева до всходов оказалась температура в пределах 25-30. Период времени до появления всходов примерно одинаков, хотя для некоторых видов характерна растянутость этого периода. Так, у большинства видов общий период прорастания ДЛИТСЯ 5-8 дней, а у I.aspera, I.germanica, I.oculus-christi. всего 2-4 дня, С понижением температуры заметно снижается процесс всхо --46 жести семян, особенно ниже 18. В целом, семена девясилов обладают хорошей всхожестью, что является положительным фактором для их выращивания в исскуствен-ных условиях.
Для определения оптимальных сроков посева семян девясилов высев произведен осенью и весной, в хорошо обработанную почву в открытом грунте на опытных делянках, с глубиной заделки семян 0,5 - I см. Данные по всходам помещены в таблице 3.
Как видно из таблицы всходы осеннего и весеннего посева у изученных видов появляются весной. Продолжительность периода прорастания составляет при осеннем посеве в среднем 7 - II дней, а при весеннем 12-16 дней. Кроме того весной наблюдается более раннее прорастание семян осеннего посева, способствующее быстрому росту молодых растений и раннему прохождению фаз весеннего развития. Эти данные свидетельствуют о больших преимуществах осеннего посева, что согласуется с выводами некоторых исследователей, отмечавших, что семена девясилов, попав осенью в почву, проходят естественную стратификацию в зимний период и энергично прорастают весной (Синицина, 1976). Подзимный посев девясила высокого предлагает Е.С.Лессова (i960).
Изучение сохранения всхожести семян представляет большой интерес для характеристики биологических особенностей вида, а также имеет практическое значение при искусственном разведении на производственных площадях.
Развитие в первый и последующие годы жизнидевясилов
В биологическом отношении этот вид изучен наиболее хорошо в связи с издавна известными его лечебными свойствами и проводимой в природе промышленной заготовкой корневищ. Большая работа по изучению биологических особенностей вида проведена в Ле -нинградской области (Буйко, I960), в условиях Мордовской АССР Оіещанкина, 1976а, 1976Б), В Казахстане (Синициш.,1975, 1976, 1978), на Алтае (Нухимовский, Нухимовская, 1979) и др. Однако, в Грузии девясил высокий с биологической точки зрения не изу -чался, что вызвало необходимость исследования его жизненного цикла в условиях культуры г.Тбилиси и его окрестностей.
Для семян девясила высокого характерно надземное прорастание. При этом наблюдается энергичное удлинение гипокотиля, который выпрямляется и выносит семядоли с кожурой семени; на 3-4 день после прорастания семядоли освобождаются от кожуры семени, расправляются и принимают зеленую окраску. Они овальные с сет -чатым.жилкованием, зеленовато-серые, толстоватые, 4 мм дл., 2 мм шир., с небольшим черешком, покрытые разбросанными волосками, На 3-4 день между семядолями замечается зачаток первого листа, а уже на 6-7 день обнаруживаются два овальных, слегка суживаю -щихся к вершине листочка, покрытых густыми сероватыми волоска -ми. На 12-15 день проросток уже сформированный, его гипоко -тиль вместе с междоузлием недоразвивается. К этому времени се -мядоли принимают свои максимальные размеры, 6 мм дл. и 2,5 мм шир. К 15-му дню длина корней достигает 25-30 мм, а пластинка листа 5 мм дл., 4 мм шир., с черешком 5-6 мм. На молодых лис -50 точках обнаруживается главная жилка и слабая сеть боковых. Тогда же в пазухе молодых листьев развивается третий лист, четко отличающийся своей морфологией; черешок у него намного длиннее, пластинка крупная, опушенная с двух сторон, с ясно выраженным жилкованием и неравномерными пилчатими зубчиками по краю. Спустя 40-45 дней после прорастания семядоли увядают и этим заканчивается преювенильная фаза (рис. 6 а,б,в,г). С этого времени наступает ювенильная фаза развития (рис.6 д,е). После формирования третьего листа, последующие развиваются с интервалом 6-7 дней. Вместе с этим происходит увядание первых листьев и дальнейшее развитие новых листьев, с нарастанием которых более старые отмирают. В жаркие летние месяцы (июль,август) образование листьев приостанавливается. Всего в течение первого года жизни развивается 8-Ю листьев. К концу вегетации (ill декада сентября) на растении остаются всего 4-5 функционирующих листьев, которые во второй декаде октября постепенно высыхают.
К концу первого вегетационного периода надземные части представлены розеткой из 4-5 листьев, а корневая система -главным корнем длиной до 10 см, утолщенным в верхней части, и с боковыми корнями в нижней части, (рис.бе). Утолщение главного корня иногда в этом возрасте принимает пальчатую форму взрослого растения, у которого на вершинной части замечается одна терминальная и несколько пазушных почек возобновления, которые располагаются у поверхности почвы и закрыты чешуевидными недоразвитыми листьями и остатками сухих листьев розетки. В таком состоянии растения зимуют и не претерпевают каких-нибудь су -щественных изменений до начала весенней вегетации. Развитие во втором и последующих годах жизни.
Со второго года развития наступает имматурная фаза, продол Рис.6. Возрастные изменен»ш девясила выссэкого в течение первого год—а вегетации а, 0, в, г -преюве-нильная фаза д, е -ювенюггъная фаза жающаяся до вступления растений в матурный этап. В третьей декаде марта с установлением среднесуточной температуры 8-12 на поверхности почвы появляются едва заметные чешуевидные листья, вслед за которыми развиваются свернутые в трубку сильно опушенные молодые листья, пластинки которых спустя 10-12 дней расправляются. Последующие листья развиваются с интервалом 3-5 дней. Молодые листья формируются в плотных розетках, количество которых на одном корневище бывает до 3-х, развитых из почек, заложенных в конце предыдущего вегетационного периода. В каждой розетке развивается до 7-9 листьев. От листьев ювенильных растений они отличаются более резко выраженным опушением. Максимальные размеры листьев достигают в длину 25 см, ширины 13-14 см, при длине черешка 10-12 см. К концу мая первоначально развитые два-три листа начинают увядать, и к июню они высыхают. С повышением летней температуры выше 30-32иразвитие новых листьев почти прекращается и возобновляется с середины сентября, с установлением более прохладных дней. К концу вегетации в розет -ках насчитывается всего 3-5 развитых листьев.
В течение второго года особенно значительные изменения наблюдаются в корневой системе. К концу года главный корень достигает 15-20 см дл. и до 2-х см в диаметре. У некоторых экземпляров развиваются 2-3 толстые боковые ветви (рис.7.1).Вегетационный период заканчивается отмиранием розеточных листьев и заложением почек возобновления, среди которых часть с зачатками генеративных побегов. Вегетация на третьем году жизни, так же как и в предыдущий год, начинается с появлением чешуевидных красновато-коричневых низовых листьев в третьей декаде марта. Спустя 5-6 дней развиваются настоящие листья, образующие розетку. К концу апреля на каждом растении развито нес Рис. 7. Возрастные изменения ксэрневищ девясюпа высокого 1. Корневища к концу второго года вегетации (имматурнеэя фаза) 2. Корневища к концу третьего года вегетгации (инициматгурнага фазф) 3. Многолетние корневища глосле 4-х краткого ц,ветения а - черешки розеточних листьев б - почки возобновление в - остатки монокарпич_еского побега -54 -колько розеток, в каждой из которых насчитывается 5-8 листьев. Максимальная длина листовой пластинки достигает 45 см, ширина 23 см, при длине черешка 25-27 см»
Протистоцидные свойства
Фитонциды - вещества, продуцируемые растениями и имеющие бактерицидные, фунгицидные и протистицидные свойства, являющи -еся значительным фактором иммунитета растительных организмов. Данное природное явление было открыто советскими учеными в начале 30-годов. Этому вопросу в Советском Союзе и за рубежом пос -вящены многочисленные исследования, которые имеют большое теоретическое и практическое значение (Токин,І942; Дроботько, Айзенман, 1958; Дроботько,1964; Гродзинский,І965, 1972; Вердеревский,1972 и др.). Имеются данные о положительном влиянии фитонцидов даже на организм человека и животных (Торопцева,1947; Филатова,1952 и др.). а) Протистоцидные свойства В последние десятилетия вскрыты замечательные фитонцидные свойства девясила высокого, значение которых трудно переоценить. Он обладает бактерицидным, фунгицидным, протистоцидним действием, представляющим большой интерес в медицине, в ветеринарии, для оздоровления окружающей среды и др. Дикорастущие виды девясилов Грузии с точки зрения их фитонцид-ности до сих пор не были исследованы и наши данные, изложенные в работе, являются первой попыткой выяснения летучих и нелетучих веществ этих растений. Исследованию были подвергнуты листья, бутоны, цветки и корневища с корнями в разные фазы развития растений. Материал брался в свежем, а также в высушенном виде. Как известно, действие фитонцидов может проявляться или при непосредственном соприкосновении живого организма с внутритка -невыми соками растений, в которых растворены нелетучие фракции или же на расстоянии в виде летучих фракций, действующих на микроор -ганизмы. .-115 Летучие фитонциды обнаруживались по методике, разработанной Б.П.Токиным (1951); I г измельченного свежего материала помещали в специально приспособленный цилиндр, который покрывался, предметным стеклом с висячей каплей культуры парамеций. Получалась замкнутая камера, в которой капля с парамециями подверга -лась воздействию летучих веществ, выделяемых измельченными растениями. Наблюдение велось под микроскопом в течение двух часов.
Для обнаружения нелетучих веществ руководствовались методом, применяемым М.Л.Парфеновой (IS58). Готовились 20%водные вытяжки из свежих растений и 10% из высушенных. Для приготовления вытяжек бралась определенная навеска из разных органов растений, измельчалась и растиралась в ступке. Полученная масса переносилась в колбу и заливалась соответствующим количеством дистиллированной воды. Затем колбу кипятили на водяной бане в течение 20 мин. Полученные вытяжки фильтровались. В остывшем фильтрате протистоцид-ное действие определялось путем непосредственного воздействия вытяжек на парамеций, при котором каплю вытяжки смешивали с каплей культуры парамеций на предметном стекле. Наблюдения велись под микроскопом, учитывалось время прекращения движения парамеций.
Данные о динамике активности летучих фитонцидов в свежем материале в различные фазы развития отдельных органов растений представлены в таблице II. Таблица показывает, что не все органы в одинаковой степени продуцируют фитонциды. Летучие фитонциды в подземных органах у исследуемых растений не обнаружены. В над -земных органах фитонцидная активность была различной и изменчивой в течение вегетационного периода. В листьях летучие фитонциды в максимальном количестве содержатся в фазах бутонизации и цветения у Lhelenium, I.magnifica, I.оcuius-Christі u I.germa-nica, a yl.aspera, I.britannica u I.vulgaris в начале вегета Таблица II
Сравнительное содержание летучих фитонцидов в свежем материале в различных органах исследуемых девясилов Св минутах) В фазе плодоношения листья большинства видов проявляют низкую интенсивность фитонцидного действия по сравнению с остальными фазами, за исключением вида l.germanica. Следует отметить, что бутоны и цветки девясилов, кроме I.helenium высокой фитонцидной активностью не отличаются. Что касается летучих веществ, то они в высушенном материале, как показывают наши исследования, не сохраняются. Нелетучие фракции фитонцидов в отличие от летучих сохраняют активность во всех надземных и подземных органах не только в свежем, но и в высушенном материале. Части растений, предназначенные для исследований, хранились в бумажных пакетах, в темноте, при комнатной температуре, в течение одного года. До хранения материал высушивался в проветриваемом помещении. Данные приводятся в таблицах 12 и 13. Из таблицы 12 видно, что нелетучие фракции, действующие протистоцидно, содержатся в вытяжках из свежего сырья надземных и подземных органов. В надземных органах наибольшая активность отмечена в вытяжках из свежих листьев у I.magnifica, I.oculus-christi, I.helenium. У остальных видов она ниже, меньше в начале вегетации и с некоторым повышением в фазе цветения. В бутонах и цветках многих видов активность нелетучих фитонцидов минимальная. Наибольшая активность нелетучих фракций (больше чем в листьях) отмечена в вытяжках из свежих корней и корневищ на протяже -ние всего вегетационного периода. Особенно резко она выражена У I.magnifica, I.helenium, I.oculus-christi. При анализе динамики фитонцидной активности подземных орга -нов обнаруживается ее возрастание с начала вегетации к плодоно -шению
Антимикробная активность...
Сравнивая показатели по всем видам, можно заметить, что наибольшей активностью нелетучих фракций фитонцидов обладают i.mag-nifica, I.oculus-christi и в меньшей степени l.helenium. Наряду с изучением активности нелетучих фитонцидов в свежем материале, нами выяснено их содержание в водных вытяжках из высушенного материала. Данные исследований помещены в таблице 13. При анализе данных таблицы видно, что нелетучие фракции фи -тонцидов содержатся во всех органах растений, однако меньше, чем в свежем материале. Особенно неустойчивыми, теряющими фитонцидную активность, являются листья I.aspera, а более устойчивыми оказались листья i.magnifica во всех фазах развития. У некоторых видов (l.helenium u I.oculus-chrieti) устойчивость была отмечена в фазе начала вегетации и в фазе цветения. Водные вытяжки из корневищ и корней показали большую устой -чивость и по сравнению с листьями значительно меньше утратили протистоцидные свойства. Но и здесь наблюдаются различия в сохранении активности нелетучей фракции фитонцидов. Наиболее высо -кой активностью отличаются виды l.helenium, I.magnifica, I.оси -lus-Christі, б) Антимикробная активность За последнее время внимание исследователей все чаще привле -кают высшие растения как источник антибиотических веществ. Мно -голетние целенаправленные исследования по изучению антимикробной активности высших растений дали возможность получить из них природные соединения, оказывающие ингибирующее действие на жиз -недеятельность патогенных бактерий, грибов и простейших (Вичка -нова,1975).
Отдельные семейства и виды растений изучены в разных биоэкологических условиях Дальнего Востока и Сибири (Вичканова, Ру-бинчик,1961; Макаренко,1968), Украины и Туркмении (Бондаренко, Айзенман и др.,1975), Южного берега Крыма (Артемьева,1962) и Горного Алтая (Макаренко,1974). Между тем как в Грузии этому вопросу не уделяли должного внимания.
В назтоящей работе приведены данные исследований антимикробной активности 7 из 12 распространенных в Грузии видов девясила. Все изученные виды собраны на экспериментальном участке лекарственных растений Тбилисского ботанического сада. Сбор растений проводился преимущественно в фазы бутонизации и цветения.
Из высушенных листьев, цветков, корней и корневищ по методу С.А.Вичкановой и М.А.Рубинчик (1967) приготовлялись водно-спиртовые настойки (на 7Сг спирте). Поскольку девясил высокий в народной медицине издавна при -менялся как эффективное лекарственное средство при кишечных заболеваниях, нами в опыт в качестве тест-микробов была взята группа энтеропатогенных микроорганизмов, вызывающая острые кишечные расстройства у человека и животных - Sh.Flexneri 1567, Sh.
Их. В исследованиях использованы также бактерии возбудителя гнойно-септических инфекций: Staph.aureus 209, Ps.aeruginosa 574 и свежевыделенный штамм Staph, epidermidis - заболеваний дыха -тельных путей Strept. unhemolitycus 335. Антифунгальное действие водно-спиртовых настоек исследуемых растений изучали в отношении гриба-дерматофита Microsporum gypseum.
Следует отметить, что большинство штаммов, выбранных нами микроорганизмов в качестве тест-культур, характеризуются значи - 122 тельной резистентностью ко многим широкоприменяемым антибиотикам (Николаева, Хохлова,І98і). Это обстоятельство повышает интерес к изучению высших растений и в частности рода inula как источника антибиотических веществ, подавляющих жизнедеятель -ность патогенных микроорганизмов.
Исследования антимикробных свойств водно-спиртовых экстрактов растений проводились методом серийных разведений на жидких питательных средах, оптимальных для каждого вида микроорганизма. Результаты опыта учитывались как по ингибированию роста тест-организма настойками из растений, так и по их бактерицидному действию. Отметим, что в наших исследованиях бактерицидные концентрации настоек близки или совпадают с бактеристатически-ми.
Результаты проведенных исследований помещены в таблицах 14 и 15. Анализ данных таблиц подтверждает наличие филогенетической связи между растениями, близкими систематически по содержанию в них веществ, обладающих антимикробным действием в отношении возбудителей инфекционных заболеваний. Так, кроме принятого в официальной медицине вида i.heienium L еще два вида из рода девясила, распространенных в Грузии, I.magnific a u l.britannica имели значительную антифунгальную активность.
