Содержание к диссертации
Введение 6-8
9-44
Глава I. Литературный обзор
1.1. Устойчивость биологических систем и концепции адаптации орга-
низмов
Формирование структурного следа и перекрестный защитный эффект (неспецифическая адаптация)
Зоны биологических оптимумов 11
Роль антиоксидантов в адаптационных процессах
Накопление биологически активных веществ в зависимости от места обитания
Адаптация растительных организмов к экстремальным (нерадиационным) условиям Севера
- Характеристика климатических условий Якутии как пример ком
плексного стресс-фактора
1.4.1. Биохимические механизмы адаптации 27
- Состав, функциональная активность хроматина и уровень нуклеино
вых кислот в растениях 27
Белоксинтезирующая активность рибосом и уровень белка
Количественные и качественные особенности ферментов 30
- Содержание и активность неполимерных БАВ
1.4.2. Физиологические механизмы адаптации 36
1.5. Стрессмодифицирующее действие природных соединений на фоне
ионизирующего облучения 41
Глава 2. Объекты и методы исследования 45-74
Описание объектов (растений)
Определение биохимических показателей 54
- Методика определения активности пероксидазы
Методика определения активности супероксиддисмутазы (СОД) 55
Определение суммарного содержания низкомолекулярных антиокси-дантов 56
Методика определения содержания флавоноидов в биологическом материале 58
Методика определения низкомолекулярных флавогликозидов в растительном сырье (в пересчете на салидразид) 61
Методика определения содержания дубильных веществ (в пересчете
на танин) 62
Методика определения содержания эфирных масел
Методика определения фруктозы и ее фосфатных производных 64
- Методика определения аскорбиновой кислоты в сырье
2.3. Методика введения радиоактивной метки 66
2.4 Методика определения митотического индекса
2.5. Хроматомасс-спектрометрия экстрактов и эфирных масел растений.. 68
2.6. Методика определения антимикробной активности исследуемых
экстрактов 69
2.7. Методы, используемые при изучении влияния экстрактов Rhododen
dron aureiim и Artemisia jaciitica на адаптивный потенциал пшеницы,
подвергнутой острому у-облучению
- Облучение семян пшеницы 70
Методика приготовления экстрактов растении
Методика предпосевной обработки семян пшеницы 70
Методика посева семян пшеницы в грунт
Проращивание семян пшеницы в лабораторных условиях 71
Комплексный цитолого-биохимический метод дифференциальной
оценки активности генома в процессах репликации, трансляции, ре-
72
парации и его устойчивости
2.8. Статистическая обработка результатов 74
Глава 3. Влияние условий произрастания на содержание, активность антиоксидантов низкомолекулярной и ферментативной
природы в дикорастущих растениях 75-99
3.1. Температурно-влажностные условия и антиоксиданти в дикорасту
щих травянистых растениях 75
3.2 Повышенный естественный радиационный фон (ПЕРФ) и антиокси-
данты в вегетативных органах дикорастущих растений 90
Глава 4. Биохимический состав основных групп биологически активных веществ в вегетативных органах растений Центральной и
Южной Якутии 100-
Сравнительный анализ содержания основных групп БАВ в вегетативных органах дикорастущих растений Якутии 100
Биохимический состав метанольной фракции липофильной части водно-спиртовых экстрактов из растений Центральной и Южной Якутии {Artemisia jacutica, Dryopteris fragrans, Rhododendron auream, Cetraria is-landicavL Cladina -ягель) 106
Изменения качественного и количественного состава эфирных масел
рода Artemisia L., произрастающих в Якутии в зависимости от экстре-
111
мальности погодных условии
Глава 5. Влияние экстрактов Rhododendron aureum и Artemisia
jacutica на адаптивный потенциал пшеницы, подвергнутой острому
у-облучению -..«
5.1. Действие острого у-облучения на физиолого-биохимические призна-
ки в поколениях пшеницы
5.2. Радиомодифицирующее действие 0,14М раствора этанола 124-
131 5.2.1. Изменение физиолого-биохимических признаков в поколениях при
предрадиацаонной обработке 0Д4М раствором этанола родительских
зерновок пшеницы
5.2.2. Изменение физиолого-биохимических признаков в поколениях при пострадиационной обработке 0Д4М раствором этанола родительских
зерновок пшеницы 129
5.3. Радиомодифицирующее действие экстракта Rhododendron ангеит ..
Изменение физиолого-биохимических признаков в поколениях при предрадиацнонной обработке экстрактом Rhododendron aureum родительских зерновок пшеницы 131
Изменение физиолого-биохимических признаков в поколениях при
пострадиационной обработке экстрактом Rhododendron aureum роди-
тельских зерновок пшеницы
5.4. Радиомодифицирующее действие экстракта Artemisiajacutica 137-
5.4.1. Изменение физиолого-биохимических признаков в поколениях при
предрадиацнонной обработке экстрактом Artemisia jacutica родитель-
ских зерновок пшеницы
5.4.2. Изменение физиолого-биохимических признаков в поколениях при
пострадиационной обработке экстрактом Artemisia jacutica родитель
ских зерновок пшеницы 141
тт 143
Практическое применение результатов исследования
Выводы 155
^ . 157
Список использованной литературы
Введение к работе
Изменение условий среды сказывается не только на количестве тех или иных веществ, но может вызывать в них глубокие качественные сдвиги (Крето-вич, 1986). Так, установлено, что с увеличением степени экстремальности климатических условий произрастания в тканях ряда видов растений синтезируется большее количество биологически активных веществ (Алексеев и др., 1983; Макаров, 1989; Ксенофонтова, 1994; Журавская и др., 1995; 2001). Предполагается также, что при этом увеличивается изоструктурное и гомологичное разнообразие БАВ (Кершенгольц, 1996). В этой связи изучение количественного и качественного состава БАВ растений Якутии, особенно лекарственного и пищевого назначения, является актуальным.
Цель исследования - изучение влияния температури о-в лажностных и радиационных экологических факторов на накопление антиоксидантов, содержание, состав основных групп биологически активных веществ в растениях Якутии и их действия на адаптивный потенциал других организмов. В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи: 1. Сравнить особенности накопления антиоксидантов вегетативными органами дикорастущих растений, произрастающих в разных климато-
географических регионах России (6 видов) и в условиях повышенного естественного радиационного фона в Якутии (5 видов).
Определить количественное содержание дубильных веществ, эфирных масел, аскорбиновой кислоты, флавогликозидов, низкомолекулярных антиок-сидантов в вегетативных органах 18 видов дикорастущих растений Якутии.
Выявить изменения качественного и количественного состава эфирных масел трех видов рода Artemisia L. Якутии в зависимости от экстремальности температурно-влажностных условий
4. Установить биохимический состав метанольной фракции липофильной части водно-спиртовых экстрактов Artemisia jaciitica Drob., Dryopteris fragrans (L.) Schott, Rhododendron aureum Georgi., смеси лишайников Cetraria islandica (L.) Ach. и Cladina sp.(ягеля).
5. Изучить действие экстрактов Rhododendron aureum и Artemisia jaciitica на адаптивный потенциал (физиолого-биохимические признаки) пшеницы в поколениях, семена родителей которых получили дозу острого у-облучения.
6. Дать рекомендации по применению биологически активных веществ ряда растений Якутии в пищевой и косметической промышленности.
Рабочая гипотеза. Предполагаемым теоретическим подходом является концепция, согласно которой, в организмах, обитающих на протяжении многих поколений в условиях интенсивного действия определенного (климатического, радиационного) стрессирующего фактора среды, формируются как специфические, так и неспецифические (не зависящие от природы раздражителя) физиолого-биохимические перестройки, выражающиеся в изменении количественного и качественного состава БАВ и обеспечивающие повышение устойчивости организмов (и адаптации) к действию других стрессирующих факторов. Основные положения, выносимые на защиту.
1. Экстремальные климато-географические и экологические условия существования растений формируют их неспецифический физиолого-биохими-ческий потенциал, заключающийся в повышении содержания и структурного
разнообразия комплекса биологически активных веществ, и способствуют адаптации к условиям обитания.
2. Высокие содержание и структурно-функциональное разнообразие, а также неспецифическая активность БАВ растений, произрастающих в Якутии, позволяют использовать их для модификации стресс-реакции других организмов при извлечении в интактных комплексах.
Научная новизна работы. Исследована зависимость количественного содержания антиоксидантов в вегетативных органах 11 видов дикорастущих растений от экстремальности экологических (температурно-влажностных и радиационных) условий существования. Впервые установлен количественный и химико-структурный состав основных групп БАВ ряда дикорастущих растений Якутии, показано их стресс-модифицирующее действие.
Практическая значимость. В результате изучения биохимического состава некоторых аборигенных видов растений Якутии выявлены те из них, которые имеют повышенное содержание сбалансированных комплексов БАВ адаптогенного (в том числе радиопротекторного) действия. На основе выделенных комплексов БАВ нами с соавторами создана водка "Сайсары", которая по результатам лабораторных и клинических исследований имеет пониженную токсичность (ТИ. утверждена департаментом пищевой и перерабатывающей промышленности МСХиП РФ, ГОСТ 12712-80, РЦ 10-4528-97, группа Н-74); предложен ряд биологических добавок из растений флоры Якутии в шампуни, проведены соответствующие испытания.
