Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Материалы и методы 9
Глава 2. Систематический обзор дальневосточных видов трибы Cardueae (Asteraceae) 12
2.1. История класификации сем. Asteraceae и положение трибы Cardueae в системе семейства 12
2.2. Род Atractylodes DC 17
2.3. Род Serratula L 25
2.4. Род Synurus Iljin 37
2.5. Род Stemmacantha Cass. (Rhaponticum Ludw.) 41
Глава 3. Карпологическое исследование видов трибы Cardueae 50
3.1. Карпологический метод в систематике сем. Asteraceae 50
3.2. Морфолого-анатомическое изучение семянок видов трибы Cardueae 60
Глава 4. Стоматография и систематика трибы Cardueae 102
4.1. Сравнительно-стоматографический метод в систематике растений 102
4.2. Исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа видов трибы Cardueae 114
Глава 5. Химическое исследование видов трибы Cardueae 153
5.1. Фитоэкдистероиды растений: структура, свойства, распространенность 153
5.2. Изучение экдистероидов в видах трибы Cardueae 163
Выводы 186
Литература 188
Приложение 215
- Род Atractylodes DC
- Морфолого-анатомическое изучение семянок видов трибы Cardueae
- Исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа видов трибы Cardueae
- Фитоэкдистероиды растений: структура, свойства, распространенность
Введение к работе
Актуальность темы Одной из задач ботанического ресурсоведения является введение в официальную медицину новых видов лекарственных растений и обеспечение надежной сырьевой базы для производства фитопрепаратов. Исследование уникальной и своеобразной флоры Дальнего Востока России и практическое использование ее представителей в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности является в настоящее время актуальным. Потенциал лекарственной флоры Дальнего Востока и возможности ее практического применения очень велики, но фактическое использование ее видового состава не превышает 1%, что объясняется относительно слабой изученностью дальневосточных лекарственных растений. Особую группу в этом отношении составляют викарные виды, близкие к фармакопейным, но не имеющие официального статуса. Главным препятствием для введения викариантов в официальную практику является их недостаточная изученность. Прежде всего эта проблема заключается в необходимости определения точного систематического положения лекарственного растения.
По количеству видов, используемых в медицине, выделяется сем. Asteraceae Dumort., однако, многие из них еще не вошли в официальную фармакопею. Необходимость исследования дальневосточных родов Atractylodes DC, Stemmacantha Cass. (Rhaponticum Ludw., Leuzea DC), Serratula L, Synurus lljirt, относящихся к трибе Cardueae Dumort., обусловлена широким использованием этой группы сложноцветных в восточной и официальной медицинах. Дальневосточный вид Rhaponticum satzyperovii lljin близок к сибирскому Rhaponticum carthamoides (Willd.) lljin, препараты которого входят в Государственную фармакопею IX и X изданий (Шретер, 1975). Rh. carthamoides является одним из широко используемых источников адаптогенных средств из сем. Asteraceae. Основными действующими веществами, определяющими фармакологические свойства этого растения, являются фитоэкдистероиды (полигидроксилированные стерины). В настоящее время экдистероидсодержащие препараты рекомендуются при астенодепрессивных состояниях, неврастении, а также в качестве тонизирующего, адаптогенного, анаболического и кардиотропного средства (Сыров и др., 1976, 1989а, 19896; Балтаев, 1978). Выделенный из корневищ Rh. carthamoides 20-гидроксиэкдизон входит в состав тонизирующего препарата "Экдистен" (Куракина, Булаев, 1990). На предприятиях по производству "Экдистена" в качестве сырья используются только корневища Rh. carthamoides, собираемые преимущественно в дикорастущих популяциях, площадь которых катастрофически сокращается (Тимофеев, 1998, 2000), поэтому в настоящее время актуален поиск новых продуцентов 20-гидроксиэкдизона.
Цель и задачи исследования Целью работы является морфолого-географическое, карпологическое и стоматографическое исследование дальневосточных видов трибы Cardueae s. І. для решения таксономических вопросов и оценки возможности их использования в качестве источников биологически активных веществ. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
изучить морфолого-анатомическое строение семянок на поперечных и продольных срезах и выявить признаки, имеющие диагностическое значение на различных таксономических уровнях;
изучить строение эпидермальных клеток и устьичного аппарата листа и оценить возможности использования стоматографического анализа в систематике изучаемой группы;
уточнить систематическое положение спорных дальневосточных видов трибы Cardueae;
выявить новые перспективные источники 20-гидроксиэкдизона (20Е) среди дальневосточных видов трибы Cardueae s. I.;
— провести сравнительное исследование состава и распределения 20Е в дальневосточных видах трибы Cardueae s. I. и фармакопейном сибирском виде Rh. carthamoides.
Научная новизна Впервые исследована структура семянок на поперечных и продольных срезах видов трибы Cardueae: Atractylodes ovata (Thunb.) DC, Serratula manshurica Kitag., S. coronata L, S. komarovii lljin, S. centauroides L, Synurus deltoides (Ait.) Nakai, Stemmacantha uniflora (L.) Dittrich {Rhaponticum uniflorum (L.) DC), S. uniflora subsp. satzyperovii (lljin) Dittrich {Rh. satzyperovii lljin) и проведено сравнительно-стоматографическое исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа перечисленных выше видов, а также 7 видов рода Serratula из других регионов. Подтверждена самостоятельность видов S. komarovii и S. centauroides. Предложены новые комбинации S. coronata subsp. manshurica (Kitag.) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov., Stemmacantha uniflora var. satzyperovii (lljin) Zarembo et Boyko comb, et stat. nov. Впервые 20-гидроксиэкдизон обнаружен в вегетативных и генеративных органах S. coronata subsp. manshurica, S. komarovii и Stemmacantha uniflora var. satzyperovii и установлено, что перспективным продуцентом этого соединения является S. coronata subsp. manshurica.
Практическая значимость работы Результаты исследования морфолого-анатомического строения семянок могут быть использованы для выяснения филогенетических связей видов, родов и подтриб в семействе Asteraceae, а также решения вопроса о взаимоотношении подтриб Carlineae, Echinopsideae, Cardueae в составе Cardueae s. I., так как до настоящего времени вопрос о статусе и объеме подтриб в этой трибе не решен. Результаты исследования строения эпидермиса и устьичного аппарата листа позволяют диагностировать виды. Сведения о составе и распределении 20-гидроксиэкдизона могут быть использованы при создании новых лекарственных препаратов. Serratula coronata subsp. manshurica рекомендуется в качестве перспективного источника получения 20-гидроксиэкдизона, так как его содержание в плодах в 19 раз выше, чем в подземных органах сибирского фармакопейного вида Rhaponticum carthamoides.
Апробация работы Материалы диссертации были представлены на "Региональнальной естественно-научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых" (Владивосток, Россия, 1997), научной конференции ТИБОХ ДВО РАН "Исследования в области физико-химической биологии и биотехнологии" (Владивосток, Россия, 1997), "Международной конференции, посвященной 50-летию Ботанического сада-института ДВО РАН" (Владивосток, Россия, 1998), на "XVI International Botanical Congress" (Saint Louis, USA, 1999), на конференции "Химия и технология растительных веществ" (Сыктывкар, Россия, 2000), на "VII Молодежной конференции ботаников" (Санкт-Петербург, Россия, 2000).
Публикации По теме диссертации опубликовано 12 работ в отечественных и международных изданиях.
Объем и структура диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитированной литературы, включающего 418 наименований (в том числе 201 на иностранных языках), приложения. Работа изложена на 152 страницах текста, иллюстрирована 57 рисунками, 14 таблицами.
Автор работы выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность научным руководителям: к. б. н. Э. В. Бойко и академику П. Г. Горовому, а также д. х. н. У. А. Балтаеву, сотрудникам лаборатории хемотаксономии растений ТИБОХ ДВО РАН и сотрудникам лаборатории молекулярного анализа ДВГУ за всестороннюю помощь, постоянное внимание и поддержку при выполнении работы.
Род Atractylodes DC
На территории Дальнего Востока России род Atractylodes DC. - Веретенник (рис. 3), по последней сводке "Сосудистые растения советского Дальнего Востока" (Баркалов, 1992), представлен одним видом - A. ovata (Thunb.) DC. и является характерным представителем Маньчжурской флористической провинции (Восточно-Азиатская флористическая область). Его ареал охватывает Приморье, Приамурье, Северо-Восточный Китай, Японию, п-ов Корею. Флористический состав Восточно-Азиатской области характеризуется высоким эндемизмом и определяется комплексом особых эколого-географических условий муссоного климата. Эти специфические условия нередко являются причиной полиморфизма растений в природных локальных популяциях.
Atractylodes ovata описал С. P. Thunberg (1784) как вид рода Atractylis L. В 1838 году А. P. De Candolle выделяет часть видов рода Atractylis в самостоятельный род Atractylodes. В "Index Kewensis" (1895) род Atractylodes вновь включен в род Atractylis, а все его виды - A. lancea DC, A. lyrata Sieb. et Zucc, A. ovata включены в состав одного вида - Atractylis ovata Thunb.
В. Л. Комаров (1907) во "Флоре Маньчжурии" указывал, что Atractylis ovata (позднее Atractylodes ovata} "по листьям сильно изменчив, слабые экземпляры имеют нередко все листья простые, овальные ... более всего обыкновенны экземпляры с тройчатыми листьями, с перистыми реже; еще реже формы с продолговатыми, выемчато-зубчатыми, почти лировидными листьями". На основании строения листовой пластинки он описывает 3 новых формы: f. ternata Кош. (тройчатые листья), f. pinnatifolia Кот. (перисто-рассеченные листья с 5-7 сегментами), f. lyratifolia Кот. (с лировидно-перисто-рассеченными листьями), а также приводит f. simplicifolia Loes. и f. amurensis Freyn. Позже В. Л. Комаров и Е. Н. Клобукова-Алисова (1932) принимают родовое название Atractylodes и приводят 4 разновидности этого вида: var. pinnatifolia Кот., var. ternata Кот., var. simplicifolia Loes. и var. amurensis Freyn. Авторы отмечают, что "листочки прикрывающие снаружи обертку также дают серию форм, изменяясь от имеющих форму цельнокрайнего ланцетного листа с реснитчатыми краями до тонкоперистых".
Во "Флоре СССР" Е. Г. Бобров (1962) принимает родовое название Atractylodes и отмечает, что к роду относится 3-4 вида, распространенных в северо-восточном Китае, на п-ове Корея и в Японии. Для российского Дальнего Востока автор приводит один вид - Atractylodes ovata. Бобров в обработке рода отмечает, что японские авторы описали еще несколько видов и если принять их во внимание, то общее число видов достигает десяти. По мнению автора, почти все они описаны без достаточных оснований. Ошибки в установлении отдельных видов можно отчасти объяснить следующим. Существующее мнение о том, что классическое местообитание типового вида — Япония, является ошибочным. Типовой вид, а следовательно, и род установлены по культивируемым в Японии растениям, происходящим из Китая. Растения эти, культивируемые в Японии как лекарственные более двух столетий, естественно модифицировались. Представление о многообразии видов Atractylodes может сложиться и из того, что их листья варьируют от простых, цельных до тройчатых, лировидно-перистых. По поводу этого признака следует сказать, что нижние листья растений обычно рассеченные, лировидно-лопастные или тройчато-сложные, а верхние листья цельные. Цельные нижние листья обычно бывают у растений молодых. Существенным для различения видов Atractylodes является наличие черешковых и сидячих листьев. Первые характерны для распространенного в России A. ovata, а сидячие - для A. chinensis (Bunge) Koidz., распространенного в Северо-Восточном Китае, который неоднократно ошибочно указывался для нашей территории. При характеристике рода у Боброва не было уверенности в том, что типом A. ovata являются образцы, тождественные с теми, что распространены на юге российского Дальнего Востока. Без изучения типовых образцов, хранящихся в Упсале, использование названия A. ovata для наших растений есть лишь предварительное решение вопроса о наименовании этого вида.
В. Н. Ворошилов (1966, 1982) для Приморья, западного и южного Амура приводит Atractylodes ovata в синонимах к которому указывает Atractylis ovata.
Количество видов относящихся к этому роду до настоящего времени остается неопределенным. Ботаники Кореи, Китая и Японии описали ряд видов на основании макроморфологических признаков - габитуса растения, характера рассеченности листовой пластинки. Во флористических сводках китайских, корейских и японских авторов вид дробится на ряд мелких видов, или понимается широко.
Т. Nakai (1911) для Кореи, J. Matsumura (1912) и Т. Makino (1940) для Японии приводят Atractylis ovata.
S. Kitamura (1937) в работе "Compositae Japonicae" указывает 2 вида: Atractylodes coreana (Nakai) Kitam. - для Кореи и Маньчжурии и A. japonica Koidz. ex Kitam. для Маньчжурии. Основным признаком для дифференциации видов является длина черешка. По мнению Kitamura, для A. coreana характерны сидячие, цельные эллиптические листья, для A. japonica черешковые, 3-5 раздельные листья с продолговато-овальными долями. В синонимах Atractylodes coreana он указывает Atractylis lancea, a Atractylodes japonica приводит Atractylodes ovata var. ternata.
J. Ohwi_(1965) для Японии, Кореи и Маньчжурии приводит лишь один вид A. japonica от 30 до 100 см вые, с длинночерешковыми, 3-5 рассеченными листьями, сегменты листа эллиптические, или продолговато-овальные. Верхние листья часто простые, сидячие, корзинки терминальные, 15-20 мм в поперечнике. В синонимах указывает Atractylis ovata sensu auct. Japon., Thunb. и Atractylis ovata var. ternata.
M. Kitagawa (1979) вновь включает 3 вида рода Atractylodes в состав Atractylis, так как считает, что существующие отличия между рассматриваемыми родами недостаточны для выделения самостоятельного рода Atractylodes. Kitagawa полагает, что на территории Маньчжурии и Китая произрастает Atractylis chinensis (Bunge) DC, для которого он описывает новую разновидность - A. chinensis var. liaotungensis Kitag. и форму - A. chinensis f. elongatifolia Kitag. На территории Амурского, Уссурийского районов, Маньчжурии, Кореи и Китая встречается A. japonica, в синонимах которого он приводит A. ovata f. ternata и А. ovata f. pinnatifolia. Для Маньжурии и Кореи Kitagawa указывает A. koreana Nakai с синонимами Atractylodes coreana и A. lancea var. simplicifolia.
S. Chu (1987) во " Flora Republicae Popularis Sinicae" указывает 5 видов рода Atractylodes: A. coreana, A. japonica, A. lancea, A. carlinoides (Hand.-Mazz.) Kitam., A. macrocephala Koidz. В синонимах A. japonica указаны таксоны Комарова (1907): Atractylis ovata var. ternata и A. ovata f. pinnatifolia.
Т. Lee (1993) в работе "Illustrated Flora of Korea" вместо трех приводимых ранее для Кореи видов Atractylodes: A. japonica, A. chinensis, А. согеапа, указывает один A. japonica с перисторассеченными листьями, а в синонимах этого вида указывает А. согеапа. Y. Lee (1996) для Кореи приводит также один вид А. japonica.
Одной из причин выделения большого количества видов в роде Atractylodes, помимо указанных выше, является, по-видимому, его широкое использование в Восточной медицине. Виды этого рода служат источником двух важнейших китайских традиционных лекарств "Baizhu" и "Cangzu", которые применяются при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. S-M. Fu с соавторами (1981) обнаружили, что "Baizhu" получен из A. macrocephala (A. ovata auct. поп А. P. DC.) с перисторассеченными листьями и характеризуется присутствием большого количества атрактилона и отсутствием или низким содержанием атрактилодина, в то время как, "Cangzu" получен из A. lancea и А. lancea DC. var. chinensis Kitam. с цельными листьями, которые характеризуются высоким содержанием атрактилодина, Р-эвдесмола и очень низким содержанием атрактилона.
Корневище видов Atractylodes также используется в японской медицине для приготовления лекарства "Jutsu", применяемого в качестве диуретического, анальгезирующего средства, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и для регуляции водного обмена (Endo et al., 1979). Лекарственные средства классифицируются на 2 группы в зависимости от происхождения растений. Лекарства, полученные из Atractylodes japonica и A. ovata называются "Byaku-jutsu", в то время как лекарства из A. lancea DC. и его разновидностей называется "So-jutsu" (Endo et al., 1979). Эти две группы лекарств обладают различным терапевтическим эффектом. Как следует из вышесказанного, по-видимому, для Atractylodes характерно существование хеморас.
Морфолого-анатомическое изучение семянок видов трибы Cardueae
В литературе существуют различные взгляды на таксономию и объем трибы Cardueae. Известно, что морфолого-анатомическое строение семянок разнообразно и в то же время константно в объеме различных таксономических групп Asteraceae, где не только роды, но и нередко виды хорошо различаются по анатомии плода. Для решения таксономических вопросов в трибе привлечены новые карпологические данные (табл. 8, 9).
Плоды 6.5 - 7 мм дл., от 1.5 - 2 (поперечная ось) до 3 (продольная ось) мм шир., продолговато-обратнояйцевидной формы, к основанию клиновидно сужены, слегка изогнутые, в поперечном сечении эллиптически-четырехугольные, светло-бурого цвета, поверхность семянки густо покрыта белыми, блестящими волосками. Длина волосков и степень опушенности у верхушки семянки увеличивается. Прикрепляются волоски к выросту-"ножке" эпидермальной клетки. Волоски двухклеточные до 0.8 - 1 мм дл. и 0.5 мм толщины, оканчиваются двумя заостренными клетками, причем эти клетки могут быть равной длины, одна из клеток несколько длиннее или одна из клеток намного длиннее другой. Карпоподиум, или площадка прикрепления прямая, округло-овальной формы. Хохолок (паппус) 8 - 10 мм дл., желтоватый, состоит из перистых щетинок, спаянных в основании в однорядное кольцо. Щетинки паппуса состоят из оси 0.12 - 0.14 мм шир. и тонких бородок до 0.9 - 1 мм дл., которые отходят от основной оси под углом 20 - 30. Анатомия (рис. 15 Г, Д)
Для семянок этого вида характерны немногослойные покровы: тонкий перикарпий и спермодерма. Защита зародыша осуществляется в основном перикарпием и в меньшей степени спермодермой. Покровы семянки тонкие от 50 до 60 мкм. Толщина плодовой оболочки (25) 38-45 мкм, спермодермы 10-15 мкм. Зрелый перикарпий представлен экзокарпием и мезокарпием. Экзокарпий образован 1 рядом тангенциально вытянутых эпидермальных клеток, покрытых очень тонкой, гладкой кутикулой, до 1.2 мкм толщины. Эпидермальные клетки перикарпия крупные 90-128 мкм шир., (7.7) 10-12.8 мкм вые. (поперечный срез), 25-52 мкм дл. (продольный срез), с утолщенными стенками (толщина стенок 5 мкм). Длина эпидермальных клеток по направлению к основанию семянки уменьшается, стенки клеток постепенно утолщаются и клетки вытягиваются в радиальном направлении (продольный срез). В проекции (вид с поверхности семянки) эпидермальные клетки полигональной формы. Мезокарпий дифференцирован на паренхимную и проводящую ткани. Паренхимные клетки утолщены, формируют 1-2 ряда в межреберном пространстве и 4-6 рядов в ребрах. Проводящие пучки мелкие, локализованы в области ребра, в средней части перикарпия, образованы несколькими клетками (поперечный срез). Секреторные каналы, кристаллы не обнаружены.
Спёрмодерма представлена эпидермальными клетками (по происхождению - наружная эпидерма интегумента), слоем облитерированных клеток -мезодермой. Эпидермальные клетки тонкостенные, 25 - 38.4 мкм дл., 5 -7 мкм вые. (поперечный срез), вытянуты в тангенциальном направлении (поперечный и продольный срезы). Клетки мезодермы разрушены и сдавлены.
Интегументальный тапетум однорядный, состоит из крупных, толстостенных клеток (толщина стенки 2.5 мкм), прямоугольной формы, от 17.9 до 20 мкм шир., до 17.9 мкм вые. (поперечный срез), 30.7 - 38.4 дл. (продольный срез), вытянутых в тангенциальном направлении. В проекции клетки интегументального тапетума крупные, изодиаметрической формы, с зернистым содержимым.
Плоды 6-6.5 мм дл., от 1.0 (поперечная ось) до 1.5 (продольная ось) мм шир., продолговато-обратнояйцевидные, сужены к основанию, в поперечном сечении эллиптические, слегка сжатые с 2 сторон, соломенно-желтого цвета, неопушенные, с тонкими продольными ребрами. Окраина верхушки неровная, слегка выступает над поверхностью апикального плата, зубцов нет, коронка не выражена, апикальное плато соломенно-желтого цвета, плоское. Карпоподиум, или площадка прикрепления латеральная, овальной формы. Хохолок (паппус) желтоватый, неопадающий, (отделяется плохо), двойной, неупорядоченный, 10 15 мм дл. Щетинки ломкие, зазубренные, в основании не срастаются, располагаются в 4-5 рядов, щетинки внутреннего круга длиннее и шире, чем щетинки наружного круга, волоски (бородки), выступающие над поверхностью щетинки в 2-2.5 раза превышают ширину ее оси.
Для семянок этого вида характерен сравнительно толстый перикарпий и толстая спермодерма. Защита зародыша осуществляется в равной степени перикарпием и спермодермой. Толщина покровов зрелой семянки колеблется из-за различной толщины перикарпия, что определяет возникновение на поверхности семянки многочисленных продольных ребер. В области расположения крупных участков механической ткани и вокруг проводящих пучков толщина покровов семянки достигает 90 - ПО мкм, в межреберных участках 60 - 70(80) мкм. Зрелый перикарпий представлен экзокарпием и мезокарпием. Толщина перикарпия колеблется от 25 - 40 мкм в межреберном пространстве, до 61 - 64 мкм в ребрах. Экзокарпий образован 1 рядом эпидермальных клеток. Снаружи плод покрыт хорошо выраженной гладкой кутикулой до 2.5 мкм толщины-. Эпидермальные клетки тонкостенные, кубовидной формы 7.6 - 11 мкм шир., 7.7 - 13 мкм вые. (поперечный срез), на продольном срезе прямоугольные до 40 мкм дл. Наиболее крупные эпидермальные клетки локализованы в межреберном пространстве. Паренхимные клетки тонкостенные, формируют 4-5 рядов в межреберном пространстве, 7-8 рядов в ребрах, варьируют по размерам, в межреберном пространстве 5-7 мкм в диаметре, вокруг проводящих пучков 2.5 - 2.7 мкм в диаметре. Толщина паренхимного слоя 25-38 мкм. На границе со спермодермой клетки частично разрушаются. Паренхимные клетки, непосредственно примыкающие к проводящему пучку, подвергаются значительному утолщению и представлены уже типичными склеренхимными клетками. Проводящие пучки перикарпия располагаются ближе к спермодерме. Секреторные каналы не обнаружены. На границе со спермодермой обнаржены кристаллы оксалата кальция полигональной формы, от 60 до 70 мкм дл., 4.3 - 5.2 мкм вые. (продольный срез).
Спермодерма представлена палисадным рядом клеток (по происхождению — наружная эпидерма семяпочки) и слоем облитерированных клеток (наружная зона паренхимы интегумента). Благодаря интенсивному радиальному росту и мощному вторичному утолщению оболочек, эпидермальные клетки спермодермы превращаются в макросклереиды, которые формируют палисадный ряд клеток, расположенных под углом 32-36 по отношению к поверхности семянки (продольный срез). В результате этого поперечный срез проходит через верхушку одной клетки и основание другой и эпидерма спермодермы выглядит как многорядная. Высота эпидермальных клеток спермодермы достигает 28 - 33 мкм, ширина 10.2 мкм. Эпидермальные клетки спермодермы прямоугольные, их радиальные стенки подвергаются мощному утолщению (толщина стенок достигает 5 мкм), тангенциальные стенки остаются неутолщенными. Полость клетки имеет вид узкого канала, расширяющегося в области тангенциальных стенок (продольный срез). Мезодерма до 20 мкм толщины и образована слоем сдавленных клеток.
Интегументальный тапетум однорядный, состоит из прямоугольных клеток, вытянутых в тангенциальном направлении до 20.5 - 25.6 мкм шир., 7.5 -10 мкм вые. (поперечный срез).
Serratula coronata subsp. manshurica (Kitag.) Zarembo et Boyko comb, et stat. now Морфология (рис. 17)
Плоды 6.5 - 7 мм дл., от 1.2 - 1.5 (поперечная ось) до 2.2 - 2.5 (продольная ось) мм шир., продолговато-обратнояйцевидные, сужены к основанию, в поперечном сечении эллиптические, слегка сжатые с 2 сторон, соломенно-желтого цвета, неопушенные, с тонкими продольными ребрами. Окраина верхушки неровная, слегка выступает над поверхностью апикального плата, зубцов нет, коронка не выражена, апикальное плато соломенно-желтого цвета, плоское. Карпоподиум, или площадка прикрепления латеральная, овальной формы. Хохолок (паппус) желтоватый, неопадающий, (отделяется плохо).
Исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа видов трибы Cardueae
Сравнительно-стоматографический анализ широко используется для решения таксономических проблем в различных семействах (Дариев, 1982; Баранова, 1992), однако, структура эпидермиса и устьичного аппарата листа представителей семейства Asteraceae практически не изучена. Сведения о структуре эпидермиса листа представителей этого семейства имеются в работах D. D. Pant и P. Kidway (1972), A. Kastner (1972), Д. Ниновой (1973), К. Napp-Zinn и М. ЕЫе (1977), К. Napp-Zinn и К. Hangst (1989).
Pant и Kidway (1972) исследовали процессы формирования устьиц у Lactuca sativa L. Анализ анатомических признаков эпидермиса листа с обработкой результатов исследования биометрическими методами видов рода Taraxacum Wigg. провели Gh. Serbanescu, V. Sanda и I. Vaduvai (1970). Исследованию структуры эпидермиса листа различных экологических форм 23 видов Carlina L. посвящена работа Kastner (1972). Автор обнаружил, что строение эпидермиса варьирует в зависимости от внешних условий местообитания и сезонных метеорологических условий. Kastner установил стойкие особенности различных видовых групп (наибольшее разнообразие признаков свойственно группе С. vulgaris L.), характерные особенности строения эпидермиса листа мезоморфного и ксероморфного типа. Нинова (1973) описала эпидермис листа 35 видов рода Centaurea L. и выявила, что комбинации таких признаков, как число устьиц, их размер, форма покровных клеток эпидермы и их число характеризуют собой отдельные секции, группы видов или отдельные виды и, следовательно, имеют таксономическую ценность.
Napp-Zinn и ЕЫе (1977) изучили строение устьичного аппарата у 29 видов из 15 родов трибы Anthemideae (Achillea L., Anacyclus L., Anthemis L., Artemisia L., Dendranthema (DC.) DesMoul., Leucanthemum Mill., Matricaria L.) и установили, что аномоцитный тип устьичного аппарата является преобладающим. Диацитный тип встречается достаточно часто, но полностью отсутствует у родов Artemisia, Tripleurospermum Sch. Bib., Otanthus Hoffmgg. et Link. Более редкие типы устьиц: гелико-, геми-, полоцитные встречаются только у молодых листьев.
Для решения таксономических вопросов внутри трибы и выявления возможностей использования стоматографического метода в систематике изучаемой группы проведено сравнительно-стоматографическое исследование устьичного аппарата и эпидермальных клеток листа. Нами исследована структура поверхности листа дальневосточных видов родов: Atractylodes, Serratula, Synurus, Stemmacantha, а также 10 видов рода Serratula из других регионов (место сбора образцов см. в Приложении). Морфометрические характеристики эпидермальных структур видов трибы Cardueae приведены в табл. 10, 11.
Лист гипостоматический (устьица на верхней поверхности листа отсутствуют). Кутикулярная поверхность в основном гладкая, иногда образует многочисленные борозды. Основные эпидермальные клетки неправильной (амебоидной) формы с крупноволнистыми антиклинальными стенками, образующими лопасти. Частота волн, и их амплитуда непостоянны: от 13 до 21 -30 мкм. Размеры эпидермальных клеток изменяются в очень широких пределах: от 49.5 до 122 мкм дл. и от 56 до 66 мкм шир. Проекция эпидермальных клеток в плане распластанная.-Эпидермальные клетки тонкостенные (толщина стенки 0.99 мкм), их количество варьирует от 150 до 174 на 1 мм2.
Устьица отсутствуют. Устьичный индекс - 0%. Волоски и другие специализированные структуры отсутствуют. Нижний эпидермис листа (рис. 32, 43А )
Кутикулярная поверхность в основном гладкая, в области устьиц кутикула образует многочисленные борозды, которые расходятся перпендикулярно длинной оси устьица от замыкающих клеток к околоустьичным. Основные эпидермальные клетки неправильной (амебоидной) формы с крупноволнистыми антиклинальными стенками, образующими лопасти. Частота волн, и их амплитуда непостоянны: от 13.5 до 23 - 33 мкм. Размеры эпидермальных клеток изменяются в очень широких пределах: от 59.5 до 112 мкм дл. и от 55 до 60 мкм шир. Проекция эпидермальных клеток в плане распластанная. Эпидермальные клетки тонкостенные (толщина стенки 0.99 мкм), их количество варьирует от 160 до 180 на 1 мм2.
Устьица одиночные, изредка встречаются сдвоеные устьица, располагаются хаотично. У края листа и у жилок определенной ориентации также не наблюдается. Устьичный аппарат аномоцитного типа. Устьица окружены 3-5 клетками. Размеры, амплитуда и частота волн околоустьичных клеток соответствует параметрам основных эпидермальных клеток, примыкающие к замыкающим клеткам по форме и размерам не отличаются от основных эпидермальных клеток. Определенной ориентации околоустьичных клеток не наблюдается. Устьица широкоэллиптической формы, 29.7 - 36.3 мкм дл. и 24.8 до 33 мкм шир. Количество устьиц на 1 мм варьирует от 44 до 70. Устьичный индекс 26.1%. Частный устьичный индекс для верхнего и нижнего эпидермиса - 0.
Волоски и др. специализированные структуры отсутствуют.
Лист амфистоматический (устьица присутствуют на верхней и нижней поверхностях листа). Кутикулярная поверхность гладкая. Основные эпидермальные клетки многоугольной формы, изодиаметрические или вытянуто-многоугольные, 5-7, чаще 6-ти угольные с прямыми или дуговидными антиклинальными стенками, от 43 до 51 - 66 мкм дл. и от 23 - 30 до 38 - 51 мкм шир. Проекция эпидермальных клеток округло-многоугольная или вытянуто-многоугольная. Основные эпидермальные клетки тонкостенные (толщина стенки 0.66 - 1.32 мкм), их количество варьирует от 490 до 550 на 1 мм2.
Устьица одиночные, располагаются хаотично. У края листа и у жилок определенной ориентации устьиц не наблюдается. Устьичный аппарат аномоцитного типа. Устьица окружены 3-5, чаще 4 клетками. Околоустьичные клетки, примыкающие к замыкающим клеткам по форме и размерам не отличаются от основных эпидермальных клеток. Определенной ориентации околоустьичных клеток не наблюдается, однако, в некоторых случаях околоустьичные клетки располагаются определенным образом: 2 клетки примыкают к боковым сторонам замыкающих клеток (параллельно длинной оси устьица) и 2 к полюсам устьица, но так как околоустьичные клетки не отличаются по структуре, форме и размерам от остальных клеток эпидермы, то в данном случае этот тип устьичного аппарата мы также относим к аномоцитному. Кроме того, устьица иногда окружены 3 соседними клетками, из которых одна обычно меньше двух других, но и в этом случае мы рассматриваем этот тип устьичного аппарата как аномоцитный, так как основные эпидермальные клетки варьируют по размеру в широких пределах и к устьицу могут прилегать как крупные так и мелкие клетки и этот тип нельзя рассматривать как анизоцитный. Подобное расположение околоустьичных клеток верхнего эпидермиса листа наблюдается у всех исследованных видов рода Serratula, поэтому при характеристике остальных видов данную часть описания мы не приводим. Устьица широкоэллиптической или округлой формы, 33.3-36.3 мкм дл. и 25.6-30.7 мкм шир., их количество на 1 мм2 варьирует от 54 до 90. Устьичный индекс -12%. Опушение и другие специализированные структуры отсутствуют. Нижний эпидермис листа (рис. 39 Д)
Основные эпидермальные клетки неправильной формы с нерегулярно крупноволнистыми антиклинальными стенками. Частота волн, и их амплитуда непостоянны: от 6.6 до 19.8 мкм, наиболее характерна амплитуда 12.7 мкм. Размеры эпидермальных клеток изменяются в очень широких пределах: от 38 до 72-89 мкм дл. и от 25-38 до 51 мкм шир. Проекция эпидермальных клеток в плане распластанная. Эпидермальные клетки тонкостенные (толщина стенки 0.66-1.32 мкм), их количество варьирует от 460 до 520 на 1 мм .
Устьица одиночные, располагаются хаотично. У края листа и у жилок определенной ориентации устьиц также не наблюдается. Устьичный аппарат аномоцитного типа. Устьица окружены 3-5, чаще 4 клетками. Околоустьичные клетки, примыкающие к замыкающим клеткам по форме и размерам не отличаются от основных эпидермальных клеток. Определенной ориентации околоустьичных клеток не отмечено, однако, в некоторых случаях околоустьичные клетки располагаются определенным образом: 2 клетки примыкают к боковым сторонам замыкающих клеток (параллельно длинной оси устьица) и 2 к полюсам устьица, но так как околоустьичные клетки не отличаются по структуре, форме и размерам от остальных клеток эпидермы, то в данном случае этот тип устьичного аппарата мы также относим к аномоцитному.
Фитоэкдистероиды растений: структура, свойства, распространенность
Растения синтезируют большое число соединений среди которых имеются вещества называемые продуктами вторичного обмена. До сих пор нет однозначного понимания биологического значения многих из этих веществ. Объектами нашего исследования являются стерины - полигидроксилированные стероиды (вещества, биогенетически связанные с тритерпеноидами). Проблема изучения экдизонов представляет интерес для различных специалистов в области химии и биологии. Основные пути развития этой проблемы включают исследования строения, разработку методов синтеза, получение структурных аналогов экдизонов; исследования их роли в организме насекомых, ракообразных и растений, а также их действие на эти объекты в связи с возможностями практического использования: В настоящее время эти направления существенно дополняются поисками растительных источников — продуцентов фитоэкдизонов, разработкой эффективных методов их выделения, выявлением их биологической активности у животных.
Понятие «экдизоны» (от греческого exdysis — линька) объединяет группу гормонов линьки и метаморфоза насекомых и ракообразных, продуцируемых в проторакальной железе насекомых или Y-органе ракообразных. Экдизон- -главный представитель экдистероидов - был впервые выделен в 1954 г. А. Butenandt и P. Karlson (1954) из коконов тутового шелкопряда Bombyx тогі. Для того чтобы получить 25 мг этого вещества необходимо было переработать 500 кг коконов. В 1966 г. появились первые сведения о том, что экдизоны обнаружены в растениях (преимущественно вечнозеленые и папоротники), в количествах (10"4— 2х10_1% к сухому сырью), которые значительно превышают их содержание у насекомых и ракообразных (5x10"7— 5х10"5%). В 1966-1967 гг. несколько лабораторий опубликовали первые сообщения о присутствии экдистероидов в растениях: понастерон А в коре Podocarpus nakai (Nakanishi, 1966), 20-гидроксиэкдизон в Podocarpus elatus (Galbraith et al., 1966), 20-гидроксиэкдизон и инокостерон в корнях Achyranthes fauirei (Takemoto et al., 1967), полиподин A (20-гидроксиэкдизон) и полиподин В в корневищах Polypodium vulgarе L. (Jizba et al., 1967). Эти открытия привели в последующие годы (1968-1971) к систематическому скринингу и к открытию множества новых экдистероидов. Интерес к изучению этих соединений связывали с возможностью их использования для борьбы с насекомыми, поскольку полагали, что наличие в растениях гормонов линьки должно защитить их от насекомых (Galbraith et al., 1966). К настоящему времени установлено, что экдистероиды довольно широко распространены в растениях. Опубликовано несколько обзоров по распределению в растениях и структуре фитоэкдистероидов (Matsuoka et al., 1969; Prakash et al., 1979; Bergamasco et al., 1983; Horn et al., 1985; Холодова, 1987; Ахрем и др., 1989; Lafont et al., 1989, 1991; Camps, 1991). Сейчас насчитывают более 250 фито- и зооэкдистероидов (Lafont, 1996).
Открытие фитоэкдизонов послужило толчком для исследований биологической активности этой группы стериновых соединений.
При фармакологическом исследовании экдистерона- обнаружили- его психостимулирующее, адаптогенное и анаболическое действия (Саратиков и др., 1970; Сыров и др., 1976, 1977, 1981, 1983, 1986а, 19866; Айзиков и др., 1978). Сыров с соавторами (1989а) исследовал противоязвенную активность фитоэкдистероидов. Одним из показаний к практическому использованию анаболических стероидных препаратов является язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки. Эти соединения в силу своего белково-анаболического эффекта способствуют активации регенераторных процессов в области патологического очага и быстрому восстановлению функции пораженного органа. В последние годы было показано, что по способности влиять на биосинтез белка в организме к стеранаболикам приближаются многие соединения, выделенные из растений, и в первую очередь фитоэкдистероиды (Сыров и др., 1976, 1979). Они имеют определенные преимущества перед существующими анаболическими препаратами, поскольку не дают характерных для последних специфических гормональных эффектов (Сыров, 1979). Выявлена способность фитоэкдистероидов уменьшать число повреждений желудка и ускорять заживление некрозов, вызванных различными ульцерогенами, что связано с восстановлением синтеза нуклеиновых кислот и нормализацией пластических процессов в его тканях. По своей активности в этом плане экдистерон и туркестерон не уступают анаболическому стероидному препарату неробол (Сыров и др., 1989а, 19896).
Фитоэкдистероиды, выделенные из некоторых видов растений и насекомых, проявляют физиологическую активность: обладают стимулирующим и адаптогенным действием (Краснов и др., 1976; Якунина, 1975; Якунина и др., 1987), анаболической активностью по отношению к человеку и млекопитающим (Сыров и др., 1976), вызывают значительное уменьшение содержания холестерина в сыворотке крови (Холодова, 1979). Имеются данные по ингибированию экдизоном роста клеток саркомы и некоторых других видов раковых опухолей (Ахрем и др., 1973). Показана перспектива их использования в составе лекарственных препаратов адаптогенного, кардиотропного, антиатеросклеротического, противоязвенного, ранозаживляющего (Koolman, 1990; Slama et al., 1995) и антимикробного действия (Володин и др., 1998).
Дать точное определение фитоэкдистероидам, по-видимому, не так просто, поскольку эта группа соединений в химическом отношении представляет своего рода континуум с другими растительными стероидами (брассиностероидами, витанолидами, стероидными сапонинами), между которыми трудно провести четкую границу. В настоящее время предложено следующее химическое определение экдистероидов (Lafont et al., 1989) — природные стероиды (циклопентано-пергидрофенантрен)... с цис-связъю между кольцами А и В, содержащими 7-ен-6-он хромофорную группу и 14а-ОН ".
Наиболее характерными элементами структуры экдизонов являются вицинальная 20, ЗВ-диольная группировка в кольце А, 5 Р-атом водорода (цис-А/В-сочленение), А -6-сопряженная кетогруппировка в кольце В, 14а-оксигруппа между кольцами С и D и боковая цепь в 17В-положении кольца D, которая всегда содержит оксигруппу при С22 и часто — при С2о и С25 Характерно, что фитоэкдизоны отличаются гораздо большим структурным разнообразием, чем зооэкдизоны. Структура фитоэкдистероидов имеет достаточно большое число вариаций, которые, по существу, можно свести к следующему:
1) общее количество углеродных атомов - обычно 27 (иногда 28 или 29), если они сохраняют полный углеродный скелет родительских стеринов, 24, 21 или 19 - как результат различных реакций расщепления боковой цепи. Например, 19-С-(рубростерон), 21-С-(постстерон), наиболее многочисленные 27-С-(а-экдизон, р-экдизон (экдистерон) и др.), 28-С-(макистероны А и В) и 29-С-(циастерон и др.)-экдизоны. Среди зооэкдизонов обнаружены лишь 27-С- и 28-С-экдизоны;
2) присутствие Зр -ОН, За-ОН или 3-окси групп;
3) присутствие гидроксильных групп в стероидном ядре в положениях СЬ С2, С5, Сц, Ci9;
4) присутствие гидроксильных групп в боковой цепи (если она есть) в положениях С20, С22, С23, С24, С25, С26/27, и возможно G g или С29І
5) образование конъюгатов (в положениях С2, Сз, С20, С22 или С25) с неорганическими кислотами (сульфаты, фосфаты), органическими кислотами (ацетаты, бензоаты, соли коричной кислоты, /?-кумараты), сахарами (галактозиды, глюкозиды, ксилозиды) или с ацетоном (2,3- и/или 20, 22-ацетониды). Структурные формулы основных фитоэкдистероидов приведены на рис. 44. 20-гидроксиэкдизон (2p,3p,14a,20R,22R,25-Hexahydroxy-5P-cholest-7en-6-one), мажорный компонент экдистероидной фракции, порошок белого цвета, без запаха, горьковатого вкуса, плохо растворим в воде, растворим в метаноле и этаноле, практически нерастворим в хлороформе.
Однако в настоящее время стало ясно, что фитоэкдистероиды столь же обычны и в покрытосеменных растениях. Крупномасштабный скрининг, который был начат 30 лет назад, выявил их широкое распространение. Экдистероид-продуцирующие виды встречаются среди Pteridophytes, Gymnosperms и Angiosperms. Кроме того, совсем недавно были выделены родственные экдистероидам молекулы из красной водоросли Laurencia pinnata (пиннастерины) (Fukuzawa et al., 1981, 1986), а также настоящие экдистероиды из грибов (Ohsawa et al., 1992).
