Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 10-59
1.1. Биологически активные вещества, механизмы и значение их регуляторного действия 10-18
1.2. Сравнительная характеристика состава и свойств лекарственного природного растительного сырья Якутии 18-36
1.3. Некоторые особенности биохимического состава эндокринных органов аборигенных животных Якутии 36-37
1.4. Основные принципы, методы и имеющиеся разработки в области получения комплексов БАВ из растительного и животного сырья Якутии 37-45
1.5. Механизмы формирования заболеваний стресса человека в экологически неблагоприятных условиях Севера в связи с оценкой потенциальной востребованности комплексов БАВ адаптогенного, дезин-токсикационного и иного неспецифического действия 45 -59
2. Материалы и методы 60-89
2.1. Характеристики растений, используемых в работе 60-64
2.2. Оборудование, реактивы и приготовление растворов 65 — 66
2.3. Методика определения содержания эфирных масел в сырье 66-67
2.4. Методика приготовления метанолыюго экстракта из растительного сырья для последующей хроматомасс-спектрометрии 67-68
2.5. Определение состава БАВ методом хроматомасс-спектрометрии 68-71
2.6. Методика комплексной цитолого-биохимической оценки активности генома лейкоцитов крови человека в процессах репликации, репарации ДНК и направленных на трансляцию, а также его устойчивости. 71-79
2.7. Методы оценки влияния комплексов БАВ исследуемых экстрактов
на меристематические клетки растений и кишечную палочку 79 — 80
2.8. Методики проведения испытаний на лабораторных животных и с участием волонтеров 81-88
2.8.1.Метод оценки неспецифической адаптивной реактивности 81-84
2.8.2. Методики проведения лабораторных испытаний 84-85
2.8.3. Методика проведения испытаний с участием волонтеров 85-88
2.9. Статистическая обработка результатов 89
3. Результаты и обсуждение 90 - 130
3.1. Изменение качественного и количественного биохимического состава фракций эфирных масел полыней и метанольных фракций экстрактов рододендрона золотистого в зависимости от степени экстремальности температурно-влажностных погодных условий 90-97
3.2. Изменение биохимического состава тканей некоторых дикорастущих растений и двух видов оленей в зависимости от климато-географических условий их произрастания (обитания) и видовой специфичности 97 - 100
3.3. Влияние комплексов БАВ рододендрона золотистого и полыни якутской на меристематические клетки растений и кишечную палочку 101 - 102
3.4. Действие БЛВ изученных экстрактов растений и «Эпсорина» на лабораторных животных и человека 103 - 105
3.5. Композиты БЛВ из рододендрона золотистого, полыни якутской, пантов северного оленя и их комплекса - «Роксирина» при профилактике и лечении заболеваний человека, вызванных экологическими и социальными стресс-факторами 105 - 114
3.6. Комплекс лишайниковых БЛВ: технология получения, биохимический состав и свойства, методы использования при профилактике
алкогольных болезней и других экотоксических состояний 114 - 130
Выводы 131 - 132
Литература 133- 151
Приложение 152 - 162
- Биологически активные вещества, механизмы и значение их регуляторного действия
- Характеристики растений, используемых в работе
- Изменение качественного и количественного биохимического состава фракций эфирных масел полыней и метанольных фракций экстрактов рододендрона золотистого в зависимости от степени экстремальности температурно-влажностных погодных условий
Введение к работе
В результате химических и физико-химических изменений окружающей среды антропогенной (в том числе, техногенной) природы, а также естественных процессов изменения климата на планете возникли значительные нарушения экологических равновесий, в том числе в системах человек - окружающая среда [Харборн, 1985]. Поэтому адаптивные и защитные системы организма человека часто уже не справляются со всей совокупностью стресс-факторов, действующих на него. Такой дисбаланс является биохимической и биологической основой возникновения нарушений функционирования гормональной, иммунной, других регуляторных и защитных систем организма [Селье, 1960; Казначеев, 1980; Агаджанян, 1998]. Следствием этого является наблюдаемая повышенная заболеваемость инфекционными, сердечно-сосудистыми, аллергическими, нервно-психическими (включая аддиктивные состояния), онкологическими заболеваниями, болезнями крови, органов пищеварения, дыхания и другими патологиями стресса.
В природе повышение адаптивного потенциала организмов растений и животных, обитающих в экстремальных условиях среды, идет, в том числе, и благодаря синтезу в их тканях комплекса биологически активных веществ (БАВ). Изучение их состава, свойств, разработка методов использования комплексов БАВ при изготовлении на их основе препаратов, пищевых и косметических добавок позволит создать новые эффективные средства для профилактики и лечения заболеваний стресса.
В последние десятилетия, в связи с накопленным материалом по исследованию действия синтетических и природных препаратов на организм человека, наибольшим спросом у населения пользуются лекарственные средства на основе БАВ природного происхождения. Их преимуществами являются, прежде всего, безвредность, возможность применять постоянно и широкий спектр биологического действия [Брехман, 1978, 1988; Петрова и др, 1996, 1999, 2000, 2001, 2003]. Среди них особое внимание исследователей привлекают комплексы БАВ адаптогенного, иммуномодуляторного, антибиотического, антиокси-
5 дантного и регуляторного (по отношению к эндокринной системе и внутриклеточным процессам матричных биосинтезов) действия [Duarte., Kovoor, 1965; Майер, 1970; Reigi, 1980; Гаркавії и др., 1979, 1998].
Установлено, что с увеличением степени экстремальности условий произрастания (в том числе климатических или/и погодных температурно-влаж-ностных) растительные организмы, синтезируют большее количество биологически активных веществ [Голдовский, 1941; Егоров, 1954; Гриневич и др., 1977; Брехман, Гриневич, 1978; Телятьєв, 1987; Брехман, Нестеренко, 1988; Алексеев и др., 1983а, 19836; Макаров, 1989; Алексеев, 1994; Кершепгольц и др., 1995а, 1996, 1999а, 19996, 2002, 2004в, 2004г, 2005; Стопшй, 2000; Журав-ская и др., 2000а, 2001; Филиппова, 2002, 2003]. Предполагается также, что при этом увеличивается изоструктурное и гомологичное разнообразие БАВ [Кершепгольц, 1996, 2002, 2004, 2005]. В организмах растений это - флавоноиды и флавогликозиды, алкалоиды, сапонины, витамины, изопреноиды и их производные, органические кислоты, вещества антибиотического, антиоксидантного и аллелопатического действия, регуляторы скорости репликации, трансляции и репарации ДНК [Брутко и др, 1985; Кретович, 1986; Алексеев, 1994; Кершепгольц и др., 19996, 2001, 2004в, 2004г]. В организмах животных - также свободные аминокислоты, ненасыщенные липиды (особенно фосфолипиды), стероидные кислоты, простагландины и др.
Установлено, что препараты на основе комплексов БАВ дают хороший превентивный профилактический и лечебный эффект при ряде патологий, характерных для людей, проживающих на Севере, прежде всего болезней стресса экологической и социальной природы, которые составляют до 70-85% болезней человека [Петрова и др., 2001, 2003, 2004; Кершенгольц, 2003а, 2004а].
Технологическими задачами при создании таких комплексов БАВ в настоящее время являются разработка способов их выделения из лекарственного растительного (животного) сырья в интактном композитном виде и оптимальной формы их введения в организм человека, то есть создание лекарственных форм наиболее адекватных составу БАВ биоактивного комплекса, максимального сохранения БАВ в пищеварительном тракте и всасывания в кровь [Пичу-
гин и др., 1991; Губаненко и др., 1998; Королев и др., 2003; Королев, 2005; Ло-мовский и др., 2004; Кершенгольц и др., 19996, 2004, 2005; Korolyov et.al, 2003; Lonwvsky О. et.al, 2003].
Актуальность данной работы определяется необходимостью: более глубокого изучения количественного и качественного состава БАВ природного лекарственного растительного и животного сырья Якутии в зависимости от степени экстремальности экологических условий их произрастания (обитания), поиска оптимальных методов их выделения и апробации в качестве активного начала создаваемых биопрепаратов антистрессирующего, адаптогенного, регуляторного и защитного действия.
Цель работы - исследовать влияние климатических и погодных условий произрастания растений (обитания животных) Якутии на химический состав синтезируемых в них комплексов биологически активных веществ адаптогенного, регуляторного и защитного действия, изучить их активность в условиях лабораторных испытаний и с участием волонтеров.
Достижение цели включало решение следующих задач:
Изучить состав комплекса БАВ в зависимости от экологических условий произрастания растений на примере трёх видов полыней, рододендрона золотистого, вздутоплодника сибирского, а также влияние условий обитания и видовой специфичности оленей на состав БАВ пантов.
Исследовать биологические свойства комплексов БАВ, выделяемых из полыней, рододендрона золотистого и пантов северного оленя.
Провести испытания на лабораторных животных антистрессового, адаптогенного, детоксикационного действия комплексов БАВ различного биохимического состава, выделяемых из растительного сырья.
Исследовать антистрессовое, адаптогенное, детоксикационное и профилактическое действие комплексов БАВ, выделяемых из растительного сырья и пантов северного оленя, в качестве средств профилактики и лечения пред-стрессовых состояний и болезней стресса, доминирующих в структуре заболеваемости людей, проживающих на Севере.
7 Рабочая гипотеза. Предполагаемым теоретическим подходом исследования является концепция, согласно которой, в организмах, обитающих на протяжении многих поколений в условиях интенсивного действия стресс-факторов среды, формируются специфические и неспецифические (не зависящие от природы раздражителя) физиолого-биохимические перестройки, выражающиеся в изменении (как правило, в увеличении) количественного и качественного состава БАВ регуляторного и защитного действия и обеспечивающие адаптацию и повышение устойчивости организмов к действию других стресс-факторов [Инге-Вечтомов, 1986; Доведова и др., 1986; Утешева и др., 1986; Гаркави, 1998; Кершенгольц и др., 1995а, 1996, 2003а, 2004в, 2004г, 2005]. При этом возрастает биологическая (адаптогенная, детоксикационная и др.) активность этих комплексов БАВ по отношению к организму человека, что дает возможность использовать их в качестве активного начала создаваемых биопрепаратов неспецифического и специфического действия эффективных при профилактике и лечении широко распространенных болезней стресса, включая алкогольные болезни, особенно их хронических форм.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Адаптации растений и животных к экстремальным условиям среды при
водят к повышению содержания и структурного разнообразия (количество го
мологов, изомеров, производных различной степени окисленности) комплекса
биологически активных веществ регуляторного действия.
2. Повышенные содержание и структурное разнообразие, а также функ
циональная специфическая и неспецифическая активность БАВ изученных ви
дов растений и животных Якутии позволяют использовать их (при извлечении
в интактных комплексах) для модификаций стресс-реакций других организмов,
включая организм человека.
Научная новизна. Показано влияние экстремальности экологических условий произрастания растений на качественный и количественный состав БАВ, на примерах фракции эфирных масел трех видов полыней, метанольной фракции экстракта надземных органов рододендрона золотистого, корней и корневищ вздутоплодника сибирского. Впервые изучен ряд свойств комплексов БАВ
8 данных растений и пантов северного оленя. Установлено, что расширение состава комплексов БЛВ приводит к усилению их антистрессового, адаптогенно-го, регуляторного, защитного, противовоспалительного, противоаллергического и других видов действия.
Практическая значимость. Разработана биотехнология получения комплекса лишайниковых БАВ с помощью диоксида углерода в состоянии суперкритической жидкости из смеси двух видов кладины и доказано их профилактическое действие в отношении алкогольных болезней. Установлено выраженное адаптогенное и профилактическое действие препарата «Роксирин», содержащего комплексы БАВ из четырёх видов лекарственного растительного сырья и трёх видов эндокринных органов животных Якутии. Для реализации первой из них в 2005 г. получен грант Российского Фонда содействию малых форм предприятий в научно-технической сфере («Фонд Бортника»).
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на Международных, Российских и региональных научных и научно-практических конференциях: 10-ом и 11-ом Международных Российско-Японских Симпозиумах медицинского обмена (Якутск, 2003; Niigata, 2004); российской конференции «Фундаментальная наука в интересах развития химической и химико-фармацевтической промышленности» (Пермь, 2004); региональной конференции «Актуальные вопросы наркологии, психиатрии, психологии в РС(Я)» (Якутск, 2004), различных конференциях молодых ученых РУДН (г. Москва) и Республики Саха (Якутия) (2002-2004 гг.)
Публикации: по теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Личный вклад соискателя заключается в участии в постановке задач исследования, проведении экспериментов, химических и биохимических анализов, испытаний получаемых комплексов БАВ в лабораторных условиях и с участием волонтеров в Российском НИИ здоровья (г. Москва) под руководством профессора В.П.Нужного, в обсуждении результатов и в написании статей. Приведенные в диссертации результаты получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии. Хроматомасс-спектрометрические анализы
9 проведены под руководством чл-корр. РАН В.Л.Каширцева. Диссертационная работа написана соискателем самостоятельно.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, литературного обзора, описания материалов, использованных методик, шести параграфов, включающих описание, анализ и обсуждение собственных результатов, выводов, списка использованной литературы, включающего 218 наименований иностранных и отечественных источников и приложения. Диссертация изложена на 162 страницах (из них 11 страниц - приложение), включая 15 рисунков и 31 таблицу (три из них в приложении).
Биологически активные вещества, механизмы и значение их регуляторного действия
Биологически активные вещества (БАВ) - это разнообразные по строению и свойствам вещества способные оказывать регулирующее действие по отношению к метаболическим процессам.
В соответствии с положениями теории регуляции обмена веществ к регуляторам относятся те физические воздействия или химические соединения, которые способны модулировать активность ферментов. Соответственно, уравнение Михаэлиса-Ментен (1.1), описывающее зависимость скорости ферментативной реакций от концентраций фермента и субстрата, каталитических параметров фермента, оказывается основным уравнением регуляции метаболизма [Дженкс, 1972; Кершенгольц, 1996].
Уравнение (1.1) позволяет дифференцировать все БАВ на три группы по механизму действия [Кершенгольц, 1996]. К первой относятся те, которые способны, взаимодействуя с уже синтезированной в клетке молекулой фермента, менять его каталитические параметры. К БАВ - регуляторам 1-го рода относятся витамины (водорастворимые образуют коферменты, входящие в активный центр тех или иных ферментов, повышают их ккат или (и) уменьшают Км; жирорастворимые часто являются ингибиторами по отношению к определенным ферментам), микроэлементы (входят в активный центр или другие домены молекулы фермента, также меняя его ккаг, Км и стабильность). К БАВ регуляторам 1-го рода относятся также некоторые гормоны, пептиды, белки. Например, ц-АМФ-зависимые гормоны, т.к. в механизмах регуляторного действия таких гормонов есть стадии активации протеинкиназ, которые в свою очередь за счет фосфорелирования активируют широкий спектр метаболических ферментов.
Как ц-АМФ-зависимые гормоны, так и гормоны, функционирующие по ц-ГМФ-зависимому и цитозолыю-рецепторному механизму, относятся и к БАВ-регуляторам 2-го рода. Так как результатом их регулирующего действия на клетки являются дерепрсссии определенных оперонов генома, синтез de novo определенных белковых молекул ферментов, т.е. увеличение концентрации конкретных ферментов. Соответственно БАВ-регуляторной активностью и 1-го и 2-го рода будут обладать простагландины - своеобразные внутриклеточные модуляторы активности ц-АМФ- и ц-ГМФ-зависимых гормонов. К регуляторам 2-го рода относятся также лизомальные протеазы, которые, катализируя гидролиз пептидных связей в том числе и в молекулах ферментов, снижают концентрацию их активных молекул.
К БАВ-регуляторам 3-го рода относятся молекулы, которые в конечном итоге вызывают изменение концентрации субстрата, в первую очередь за счет изменений его поступления извне клетки. Поэтому к БАВ-регуляторам 3-го рода относятся, например, антиоксиданты - вещества ингибирующие процесс пе-рекисного окисления липидов (ПОЛ), т.е. повышающие резистентность клеточных мембран, их текучесть и активность процессов транспорта самых разных групп субстратов через внешние и внутриклеточные мембраны.
В последние годы, благодаря изучению строения и свойств диссипатив-ных структур воды [Зенин, 1994, 1999, 2000; Kerchengolts et.al., 2003; Кершен-гольц и др., 20046], выделяют еще один механизм регуляторного действия БАВ на биологические объекты, особенно в сверхмалых концентрациях [Бульенков, 1991; Бурлаков, 2002; Бурлакова и др., 2003; Beloussov, Burlakov, 2003; Kerchengolts, Hlebnyi, 2003; Хлебный, Кершенгольц, 2005]. Он связан с влиянием структуры БАВ на конформационные перестройки диссипативных кластеров воды, которые сами, в дальнейшем, взаимодействуя с клеточными рецепторами, опосредуют регуляторное влияние БАВ на клетки (рис. 1.1).
В прикладном отношении теорию самоорганизации систем можно определить как науку об управлении (регуляции) физико-химическими процессами в сложных системах путём слабых воздействий [Пригожий, 1985, 2003; Нико-лис, 1979, 2003; Князева, Курдюмов, 1992, 2002; Исаева, 2003; Трубецков, 2004; Чернавский, 2004]. Чем сложнее устроена термодинамически открытая система, значительнее удалена от состояния термодинамического равновесия, выражен-нее нелинейность траекторий её развития, интенсивнее функционируют отрицательные и положительные обратные связи, тем выше регуляторный эффект слабого воздействия. Наиболее сложно устроенными (по сравнению с техническими системами) являются системы биологические, включая организм человека, поэтому нормализующий эффект слабых воздействий проявляется в биологии и в медицине сильнее всего. Наиболее эффективно слабые воздействия оказывают своё регуляторное влияние на самоорганизующиеся системы, воздействуя на диссипативные структуры среды, например, воды, выступающие в качестве «структур-аттракторов» и определяющие траектории развития таких систем в данной среде. Соответственно, чем больше структурное разнообразие молекул-регуляторов, тем выше адаптивный потенциал биологической системы, эффективнее регуляторное влияние слабых воздействий на организм.
Биологическая (возможно и химическая) активность биологически активных молекул (БАВ) определяется флуктуациями (диссипациями) структур, образующих среду (вода, липиды), в которой они находятся, а также флуктуациями собственной структуры, то есть изменениями слабых взаимодействий в системе «БЛВ-структуры диссипативной среды». Биологическая активность - есть функция конформации (пространственной структуры) БАВ и их рецепторов. В свою очередь, конформация БАВ является функцией не только химического строения самой молекулы БАВ, но и пространственной структуры кластеров молекул среды, образованных слабыми взаимодействиями: воды и липидов.
Характеристики растений, используемых в работе
Рододендрон золотистый, кашкара, кашкарник золотистый, черногрив -Rhododendron aureum Georgi, Семейство Вересковые {Ericaceae Juss.) [Флора Сибири, 1997а]. Многолетний вечнозеленый кустарник, образующий большие заросли. Растет по каменистым склонам, под пологом хвойного и кедрового леса Восточной Сибири, на границе с гольцовой тундрой. Кашкара распространена в Алданском, Верхне-Ленском и Яно-Индигирском районах. Цветет в мае-июне [Андреев, Галактионова, 1974; Гаммерман, Гром, 1976; Телятьєв, 1987]. Листья кожистые, темно-зеленые. Цветы большие, желтого цвета. Семена очень мелкие (до 1-2 мм), созревают в конце августа. При сухой погоде коробочки, в которых находятся семена, раскрываются, и семена разбрасываются вокруг. В лабораторных условиях семена прорастают только после стратификации. Двух-трехлетние верхушечные побеги растения содержат гликозиды (сердечные), арбутин, много дубильных веществ, органических кислот, фитонцидов, следы эфирного масла. Эфирное масло обладает нежным, приятным ароматом, но из-за небольшого содержания (0,15%) пока не находит применения. Препараты кашкары обладают выраженным сердечным действием и при применении у больных с сердечно-сосудистой недостаточностью снижают венозное давление, увеличивают скорость кровотока, повышают диурез, уменьшают отеки и нормализуют работу сердца. По отношению к стрептококкам, стафилококкам и патогенной кишечной флоре обладают сильным бактерицидным действием [Чуланова, 1959]. Широко применяется в народной медицине сибирских и уральских этносов как кардиотоническое [Орлов, Петухина, 1944], бактерицидное, мочегонное, противовоспалительное, повышающее секрецию кишечника при заболеваниях сердца, желудка, кишечника и даже в качестве противоонко-логического (цитостатического) средства.
Полынь эстрагон - Artemisia dracunculns L., семейство ASTERACEAE — астровые [Флора Сибири, 19976]. Растет на скалах, крутых каменистых склонах, на суходольных и солонцеватых лугах, в степях, как сорное на межах и выбросах из нор. Встречается по всем районам Центральной и Южной Сибири, но преимущественно по степным. В Якутии произрастает в Центрально-Якутском, Верхне-Ленском, Оленекском, Яно-Индигирском, Арктическом (низовья реки Колымы) районах [Андреев, Галактионова, 1974; Обоймакова, 1975; Гаммерман, Гром, 1976; Телятьєв, 1987]. Цветет в июле-августе.
Многолетнее растение с цельными, на концах заостренными листьями. Густо облиственное, раскидисто-ветвистое растение. Имеет характерный пряный запах. Применяется в пищевой промышленности для отдушки. Эфироносное, ароматически пищевое, лекарственное растение. Листья и верхушечные части растения содержат до 0,3%) эфирного масла, до 190 мг% аскорбиновой кислоты; листья - 15 мг%» каротина (6); в сухом сырье содержание эфирного масла достигает 0,8%. Эфирное масло светло-зеленого цвета с острым, приятным запахом содержит до 65% сабинена, 10% мирцена и другие вещества. В народной медицине настой травы применяют как противоцинготное средство и при водянке в качестве мочегонного средства, а также регулирующего пищеварение.
Полынь обыкновенная, чернобыльник - Artemisia vulgaris L., семейство ASTERJICEAE - астровые [Флора Сибири, 19976]. Растет как полусорное на залежах, у дорог, по пустырям, берегам рек, на лесных полянах, склонах, опушках. Сорняк, дающий до 500-700 тысяч семян в сезон. Цветет с июля по сентябрь.
Многолетнее травянистое растение с прямым, высоким, темно-красным (почти черным) стеблем, высотой до 150 см. Листья с загнутыми вниз краями, снизу беловойлочные, сверху - зеленые. Цветки собраны в длинные густые метельчатые соцветья. Семена имеют окраску от светло- до темно-коричневого. Лабораторная всхожесть достигает 90-100%.
В траве полыни обыкновенной содержится до 0,61%) эфирного масла, в листьях - до 12 мг% каротина, 175 мг% аскорбиновой кислоты. В растении также найдены дубильные вещества, смолы. В траве полыни найден кумарин скопорон (0,25%)), изокумарин капиллярин, смолы, дубильные вещества и эфирное масло (0,7-1,0%), в состав которого входят терпены: а- и Р-пинен, мирней и др. Применяется при заболеваниях верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и при ревматизме.
Растение широко применяется в народной медицине многих стран в качестве успокаивающего, противосудорожного средства, неврастении и других нервных заболеваниях. Чернобыльник применяется при заболеваниях органов пищеварения, сахарном диабете, против желтухи, успокаивающее, общеукрепляющее.
Полынь якутская - Artemisia jacutica Drob., семейство ASTERACEAE — астровые [Флора Сибири, 19976]. Полынь якутская распространена в Центрально-Якутском, Яно-Индигирском (бассейн верхнего течения реки Индигирки), Арктическом (поселок Тикси) районах. Встречается на солончаках, солонцах и остепненных лугах, на вершинах и склонах увалов, как сорное растение близ жилья. Часто образует сплошные заросли.
Многолетнее растение с деревянистым корнем. Имеет сильно выраженный полынный запах. Листья в очертании округлые или широкоэлептические, дважды - и трижды перисто-рассеченные. Соцветья - корзинки шаровидной формы, 6-8 мм в диаметре. Семена самые крупные среди всех видов полыней, произрастающих в Центральной Якутии (до 3 мм). Цветение наступает поздно - в первых числах августа. Формирование и созревание семян идет в течение августа - сентября в условиях первых осенних заморозков. Свежесобранные семена дают 100% всхожесть. При хранении в течение 1 месяца, семена впадают в покой до марта-апреля. Проведенные исследования показали наличие в полыни якутской эфирного масла (до 6%), дубильных веществ, флавоноидов, органических кислот, каротина и др. Содержание каротина в листьях полыни якутской в период вегетации составляет, по данным А.Д.Егорова до 31 мг% [1954].
Изменение качественного и количественного биохимического состава фракций эфирных масел полыней и метанольных фракций экстрактов рододендрона золотистого в зависимости от степени экстремальности температурно-влажностных погодных условий
Ранее было установлено, что содержание и структурное разнообразие БАВ в тканях растений и животных, соответственно их биологическая активность, зависят от степени экстремальности экологических условий произрастания / обитания [Голдовский, 1941; Егоров, 1954; Гриневич, Брехман, 1977, 1987; Телятьєв, 1987; Брехман, Нестеренко, 1988; Алексеев и др., 1983; Макаров, 1989]. Вместе с тем, остаются недостаточно изученными вопросы количественных закономерностей этих явлений, их видовая специфичность, а главное, эколого-биологическая роль в процессах адаптации (в сохранении жизнеспособности) организмов к экстремальным условиям среды.
В нашей лаборатории ранее это явление было изучено на примере изменений состава фракции эфирных масел трех видов полыней, произрастающих в условиях Центральной Якутии, в зависимости от погодных условий вегетационного периода в 1997-1999 и 2001 гг. [Кершенгольц и др., 1995, 1996, 2002; Стогний, 2000; Журавская и др., 2000, 2001; Филиппова, 2003]. Мы продолжили эти исследования в 2002-2004 годах. Обобщенные по группам БАВ результаты представлены в табл.3.1, более полные данные - в табл.1 Приложения.
В целях количественной оценки степени экстремальности температурно-влажностных погодных условий произрастания использовали гидротермический коэффициент - кгилротсрм. равный отношению средней температуры июля к количеству осадков (мм) в этот период вегетации растений [Пахомова, 1980; Журавская, 2001; Метеорологические ежемесячники, 1997, 1998, 1999, 2001, 2002, 2003, 2004].
Данные хроматомасс-спектрометрического анализа показали, что как по общему содержанию БАВ во фракции эфирных масел, так и по структурному разнообразию исследованные три вида полыней сохранили свою видоспеци фичность за все годы наблюдений. Видоспецифичность состава БЛВ фракций эфирных масел семи видов полыней можно увидеть и на Юго-Востоке Сибири (табл.3.2; составлено нами по материалам [Телятьєв, 1987J).
Вместе с тем, в рамках видоспецифичных пределов, прослеживается прямая зависимость между общим содержанием БЛВ, особенно их структурным разнообразием, и степенью экстремальности тсмпературно-влажностных погодных условий в диапазоне величин кп,Лр0тсрм. от 0,2 до 1,4 (рис.3.1 - 3.3).
Особого внимания заслуживает тот факт, что среди девяти групп БАВ, обнаруженных во фракции эфирных масел, можно выделить такие, которые присутствуют хотя и видоспецифично, но почти во все годы исследования независимо от величины кгнлротерМі погодных условий. Например, для полыни обыкновенной - это только производные камфоры. Для полыни эстрагон - производные бициклических непредельных и ароматических соединений, непредельные алифатические углеводороды и продукты их окисления. Производные пинена, моноциклических непредельных и ароматических соединений присутствуют во фракции эфирных масел полыни эстрагон во все годы кроме наиболее экстремального 2001 года. Для полыни «якутская» - производные камфоры, пинена, феландрена, бициклических непредельных и ароматических соединений, а также азулены и другие полимакроциклические соединения.
С другой стороны, - это фракции БАВ, которые появляются только при высоких значениях кГНЛротсрм. погодных условий (выше 0,4-ь0,5). Для полыни обыкновенной — это производные пинена, феландрена, бициклических непредельных и ароматических соединений, азулены и другие полимакроциклические соединения (при кгилротсрм 0,5), непредельные алифатические углеводороды и продукты их окисления (при knupoiep4I 0,б), производные моноциклических непредельных и ароматических соединений, дииновые и другие органические соединения (при кГИЛротсрм 5). Для полыни эстрагон - дииновые соединения (при кпиро1ерч 0,4), производные феландрена (при кпирогсрм 1,3), азулены (при 5 кП1лршсрм 1) и прочие органические соединения (при кП1лротсрм 5).
Для полыни «якутская» - непредельные алифатические углеводороды и продукты их окисления (при kriupOTCpM 0,4), производные моноциклических непредельных и ароматических соединений (при 5 кП1дротсрм 1) и прочие органические соединения.
Причем первые из них составляют, как правило, значительную массовую долю всех БАВ, а структурное разнообразие особенно вторых резко возрастает при повышении кпиротсрм погодных условий. Эти факты можно интерпретировать с позиций механизма сохранения способности организмов растений к самоорганизации (к адаптации и сохранению жизнеспособности) даже в условиях выраженной экстремальности среды. Как известно из теории самоорганизации систем [Пригожий, Стенгерс, 2003; Чернавский, 2004; Трубецков, 2004], для сохранения способности систем к самоорганизации в изменяющихся условиях среды в них должно возникать в особые периоды времени («периоды с обострением» [Князева, Курдюмов, 1992, 2002]) состояние «динамического хаоса». Благодаря нему и становится возможным формирование при изменении уело 96 вий среды новых адаптивных (диссипативных) состоянии системы. По-видимому, вторая группа БЛВ во фракции эфирных масел полыней, наиболее гетерогенная по структуре, хотя и незначительная по общему количеству («минорная группа БЛВ») как раз и выполняет эту функцию формирования «динамического хаоса», обеспечивающего адаптацию организмов при резком увеличении степени экстремальности (неадекватности) среды. По-видимому, именно по этой причине увеличение структурного разнообразия БАВ повышает общую устойчивость, обеспечивает выживание растений в условиях дефицита влаги. Причем, сама величина интервала кгилр0терм в котором сохраняется пропорциональность со структурным разнообразием БАВ вторичного происхождения отражает, вероятно, степень адаптации растений данного вида. При более высоких значениях кгидротерм эти характеристики либо перестают расти (у полыни обыкновенной), либо снижаются (у полыни якутской, особенно у полыни эстрагона), что, по-видимому, указывает на снижение их степени адаптированно-сти (рис.3.1 -3.3).
Анализ изменений качественного и количественного состава БАВ мета-нолыюй фракции водно-спиртовых экстрактов верхушечных побегов рододендрона золотистого, произрастающего в Южной Якутии, в зависимости от величины кпиротсрм показывает такие же закономерности на прямолинейном участке от 0,12 до 0,33 (табл.3.3; подробный состав приведен в табл.2 Приложения).
