Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Экология, биохимия и применение представителей вида-агрегата Achillea Millefolium L .
1.1. Распространение Achillea millefolium L. 7
1.2. Морфологические особенности Achillea millefolium L. 10
1.3. Экологические условия произрастания Achillea millefolium L . 14
1.4. Синтаксономическая приуроченность Achillea millefolium L. 17
1.5. Онтогенез Achillea millefolium L. 18
1.6. Интродукция Achillea millefolium L. 20
1.7. Продуктивность Achillea millefolium L. 22
1.8. Химический состав представителей видового комплекса Achillea millefolium L.
1.8.1. Терпеноиды 24
1.8.2. Фенольные соединения 30
1.8.3. Макро- и микроэлементы в составе Achillea millefolium L. 33
1.9. Факторы экологической регуляции содержания вторичных метаболитов в сырье Achillea millefolium L . 34
1.10. Применение представителей видового комплекса Achillea millefolium L.
1.10.1. Тысячелистник обыкновенный в народной медицине 40
1.10.2. Применение .Л. millefolium L. в традиционной медицине 44
1.10.3. Применение A. millefolium в других отраслях народного
хозяйства 48
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований
2.1. Выделение эколого-фитоценотических градиентов распределения природных ценопопуляций Achillea asiatica Serg. в Зауралье
2.1.1. Климат и рельеф Зауралья 52
2.1.2. Почвы Зауралья
2.1.3. Фитоценотические условия 5 7
2.2. Методика исследований
2.2.1. Отбор растительного материала Achillea asiatica Serg. и описание пробных площадок
2.2.2. Полевые исследования 68
2.2.3. Анализ растительного материала Achillea asiatica Serg.
2.2.3.1. Морфофизиологические показатели 69
2.2.3.2. Химический состав 70
2.2.3.3. Статистическая обработка 75
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение
3.1. Синтаксономическая характеристика и типы стратегий Achillea 11 asiatica Serg.
3.2. Зависимость морфофизиологических показателей Achillea asiatica Serg. от эдафических факторов в различных ценотических условиях 81
3.3. Содержание вторичных метаболитов в Achillea asiatica Serg.
3.3.1. Содержание азуленов в тысячелистнике азиатском 90
3.3.2 Содержание флавоноидов в зависимости от эдафических факторов 103
3.3.3. Содержание каротиноидов 116
Заключение 120
Выводы 128
Литература
- Экологические условия произрастания Achillea millefolium L
- Факторы экологической регуляции содержания вторичных метаболитов в сырье Achillea millefolium L
- Отбор растительного материала Achillea asiatica Serg. и описание пробных площадок
- Зависимость морфофизиологических показателей Achillea asiatica Serg. от эдафических факторов в различных ценотических условиях
Экологические условия произрастания Achillea millefolium L
Представители вида-агрегата A.millefolium произрастают в самых разнообразных условиях. Следует отметить, что при обсуждении вопросов экологической амплитуды тысячелистника обыкновенного в русскоязычной ли тературе редко указывают, о каком конкретно экотипе или подвиде A. millefolium идет речь. Очевидно, что из-за этого создается иллюзия более широкой экологической ниши тысячелистника.
Так, М.Е. Пименова с соавторами (2001) указывают, что в средней полосе России A. millefolium L. широко представлен на лугах суходольного ряда - ксеромезофитных и мезофитных, и весьма незначительно на мезогигро-фитных. Вместе с тем известно, что в средней полосе агрегат Achillea представлен тысячелистником пойменным A. inundata (2п=54), холмовым A. col-Una (2п=36) и тетраплоидным A. millefolium s.str., предъявляющими различные требования к среде обитания, что зачастую отражает видовое название.
Так, тысячелистник холмовой A. collina J. Becker ex Reichenb. приурочен к сухим лугам, лесным полянам и опушкам, меловым и известняковым обнажениям. Оптимальные условия произрастания в теплолюбивых зарослях овсяницы на вторичных обнажениях и влажных степных почвах (Рандушка и др., 1990).
Тысячелистник луговой A. pratensis является более мезофильным растением (Danihelka, Rotreklova, 2001). Диплоидный A. asplenifolia произрастает преимущественно на сырых, частично даже засоленных низменных местах (Biste, 1978). Тысячелистник пойменный A. inundata Kondr. {A. millefolium var. macro-phylla) произрастает на пойменных лугах, на лесных полянах и опушках. A. asiatica Serg. {A. millefolium L. subsp. asiatica (Serg) Andrejev.) встречается на лугах, лесных полянах и опушках, береговых обрывах, песках и галечниках (Цвелев, 2000). Л.П. Сергиевская полагала, что A. asiatica преобладает в степной части (Сергиевская, 1949). Октоплоидный тысячелистник Achillea pannonica Scheele является типичным ксерофитом (Beurton, 1985). Лектотип A millefolium L. произрастает на лугах, лесных полянах и опушках, песках и галечниках, полях, у дорог в населенных пунктах, в разреженных лесах. В европейской части России А. millefolium встречается на бедных, мезотрофных, богатых и даже слабо- и сильносолончаковатых почвах с увлажнением 37-80 ступеней, т.е. от сухо-степного до сыролугового. Наибольшая урожайность отмечается на суходольных лугах- ксеромезофитных и мезофитных, и весьма незначительно - в мезогигрофитных (Пименова и др., 2001).
Среди ксеромезофитных видов сообщества Colchico-Festucetum praten-sis A. millefolium L. составляет 20 - 40%, в составе мезофитных видов - 0 -20% (Grevilliot et al, 1998).
Растение выдерживает пастбищную дигрессию от 1 до 9 ступени, т.е. от полного отсутствия до сбоя (Раменский и др., 1956). По Б.М. Миркину с соавторами (2001), A. millefolium L. является типичным растением гликофит-ных лугов и степей: Molinio-Arrhenaiheretea R. Тх. 1937 et R. Тх. 1970 - вторичных послелесных лугов умеренной зоны Евразии, формирующихся на месте широколиственных лесов на достаточно богатых незасоленных почвах.
Высота репродуктивных побегов A. millefolium зависит от содержания гумуса и механического состава почвы: на богатых гумусом суглинистых и глинистых почвах у него образуются более мощные побеги. Существенное влияние на степень развития и урожай надземной массы оказывает и кислотность почвы. На кислых почвах с рН до 6 растение испытывает угнетение. В условиях РБ эколого-ценотический оптимум вида - луга на темно-серых лесных тяжелосуглинистых почвах с содержанием гумуса от 3,7 до 5,8%; кислотностью - от слабокислых (рН 5,1) до нейтральных (рН 7,1) и увлажнением - от влажно-степных до влажно-луговых (Кучеров и др., 1993).
При внесении минеральных удобрений на луга, где присутствует А. millefolium, он выпадает из травостоя, хотя растение в искусственном чистом посеве положительно реагирует на внесение удобрения. Удобрения благоприятствуют росту конкурентов, нанося вред таким медленно растущим видам, как тысячелистник обыкновенный. После внесения удобрений в при родных сообществах резко повышается доля растений, способных к быстрому поглощению питательных веществ (Grevilliot et al., 1998).
Причина этого феномена заключается в том, что при отсутствии конкуренции виды, характерные для бедных почв, хорошо растут в условиях высокой обеспеченности элементами минерального питания, а при наличии конкуренции они вытесняются злаками богатых почв (Миркин и др., 2001). Иными словами, фундаментальная ниша тысячелистника обыкновенного охватывает и бедные, и богатые почвы, а реализованная - только бедные, на которых они благодаря биологическим и экологическим особенностям оказываются сильными конкурентами.
Факторы экологической регуляции содержания вторичных метаболитов в сырье Achillea millefolium L
Экстракты Achillea asiatica Serg. обладают ранозаживляющим эффектом (Калинкина, 1977), используется ля лечения язв (Калинкина и др., 1989). В хронических экспериментах на собаках установлено, что экстракт тысячелистника азиатского A. asiatica уменьшает агрессивные свойства желудочного сока, стимулирует синтетические процессы в слизистой оболочке желудка и повышает его эвакуаторную функцию. Влияние экстракта на секреторную функцию желудка зависит от вида стимуляции. Угнетение протеолитической активности наблюдалось главным образом при стимуляции карбахолином, а кислотности — на фоне действия гистамина (Вымятнина, Гриднева, 1997). Разработан препарат «ахигран» для лечения язвы желудка на основе тысячелистника азиатского (Слипченко, Калинкина, Хоружая и др., 1994).
Экстракты A. asiatica обладают антиоксидантной активностью, снижает содержание МДА в жировой ткани и поджелудочной железе и нормализуют функцию поджелудочной железы при алоксановом диабете (Каракулова, 1995).
Препараты тысячелистника обыкновенного эффективны при варикозном расширении вен пищевода, воспалительных процессов в желудке и кишечнике (Таран, 1983), снятии болей при спазмах гладкой мускулатуры мо-чевыводящих путей и толстой кишки (Щепетков и др., 1953), при лечении язвы желудка и как желчегонное средство (Ходжаев и др., 1987).
Углекислый экстракт тысячелистника обыкновенного оказывает противоожоговое действие более выраженное, нежели аналогичный препарат из Hypericum perforatum L. Препараты тысячелистника оказывают антиспастическое влияние на гладкую мускулатуру желудка и кишечника (Съедобные..., 1989). Цирцилиол - флавон из A. fragrantissima способен снизить явления кишечной непроходимости (Mustafa et al., 1992).
Как адаптогенное растение, A. asiatica эффективна в лечении диабета (Молоковский и др., 2002). Препараты тысячелистника регулируют обмен веществ, препятствуют образованию камней в почках; действуют цитотокси чески на ткани новообразований. Они противопоказаны при беременности (Oudy, 1993).
В стоматологической практике настой травы используют для полоскания кровоточащих десен, а также при стоматите и гингивите.
Азуленсодержащий препарат на основе летучих фракций тысячелистника обыкновенного и ромашки аптечной, - эффективное средство для лечения воспаления слизистых оболочек, злокачественных опухолей, ран и карбункулов. Он применяется в виде мазей, масел или эмульсий с содержанием азуленов 0,5-10% (Jancso, 1962; Гаммерман и др., 1983).
Эфирное масло тысячелистника обыкновенного обладает противосудо-рожной активностью, потенцирует наркотические эффекты гексобарбитала и хлоралгидрата, а также стимулирует амфетаминовую и кофеиновую спонтанную двигательную активность (Atanassova-Shopova, Roussinov, 1965).
Эфирное масло тысячелистника холмового A. collina Beck, подавляет рост Escherichia coli и Serratia marcescens, A. millefolium L. - угнетает рост антибиотикорезистентных бактерий, терпеноиды тысячелистника хрящеватого действуют бактерицидно на грамположительные и грамотрицательные бактерии. По данным С.А.Вичкановой (1972), высокой степенью антимикробной и антигрибковой активности обладают эфирные масла A. salicifolia Bess.
Экстракты тысячелистника азиатского обладают выраженным антигрибковым действием. Одним из главных компонентов, определяющих ан-тифунгальный эффект эфирных масел, является туйон (Мексанова, Жамаго-нова, 1979). Высокой антигрибковый эффект в отношении возбудителей рода Candida показали также гераниол, цитраль, терпинеол, тимол и ацетат изо-борнеол (Георгиевский, 1990).
Экстракт травы и сок тысячелистника обыкновенного действуют протистоцидно на парамеций (Зубина, Хованская, 1952), бактериостатически на золотистый и белый стафилококки и негемолитический стрептококк, угнета ют Candida albicans (Kedzia et al., 1990). Антипротозойный потенциал сеск-витерпеновых лактонов выражен in vitro по отношению к Leishmania promasigotes и Trypanosoma epimastigotes (Sesquiterpen lactones, 1997).
Тысячелистник пашенный A. ageratum L. содержит вещества, подавляющие развитие молочнокислых бактерий, но не влияющие на рост дрожжей. Терпенин-4-ол из A. fragrantissima угнетает Candida albicans (Barel et al., 1991).
Как и тысячелистник азиатский, A. millefolium применяется в качестве противовоспалительного средства (Golberg et al, 1971; Таран, 1983; Сарати-ков и др., 1986; Al-Hindawi et al., 1989). В Афганистане настой тысячелистника обыкновенного используют как антиревматическое средство (Губанов, Либизов, 1970).
Хамазулен тысячелистника обыкновенного обладает антиаллергическими свойствами (Jung et al., 1949; Сурнина и др., 1999). Азулен эффективен для лечения лучевых поражений, опухолей, эффективен при лечении и реабилитации взрослых больных хроническим гепатитом и как антисептическое средство (Ахмедова и др., 1988). Траву тысячелистника используют для лечения гриппа и острых респираторных инфекций, острого и хронического панкреатита, сексуальных расстройств у мужчин, для профилактики хронической кадмиевой интоксикации и лечения кандидозов (Юнда, Горпинченко, 1984).
Показано антисперматогенное действие экстрактов A. millefolium L., что свидетельствует о возможности использования спиртовой вытяжки тысячелистника для контрацепции. Туйон, содержащийся в составе растения, способен вызвать выкидыш, поэтому согласно федеральному постановлению в США, готовые продукты и напитки, содержащие тысячелистник, не должны содержать даже следы туйона (Montamari et al., 1998).
Отбор растительного материала Achillea asiatica Serg. и описание пробных площадок
На равнинах Башкирского Зауралья в качестве зональной выступает степная растительность. Большая часть целинных степей региона распахана. Сохранившиеся участки степной растительности используются под выпас скота.
На черноземах с полноразвитым гумусовым горизонтом представлены разнотравно-ковыльные (типичные) степи с доминированием в травостое ковыля перистого {Stipa pennata L.), ковыля красивейшего (S.. pulcherrima С. Koch.), ковыля красноватого (S. Zalesskii Wilensky) и ковыля лессинга (S. Lessingiana Trin. et Rupr.). В степных растительных сообществах на выщело ченных и типичных черноземах преобладают два первых вида ковыля, на южных черноземах возрастает роль двух последних (Жудова, 1966).
Видовое, богатство разнотравно-ковылистых степей составляет 70-90 видов на 100 м .В видовом составе представлены степные злаки: мятлик степной (Роа stepposa L.), овсец пустынный (Helictotrichon desertorum Bess.), овсец Шелля (Helictotrichon schellianum (Hack) Kitag.), овсяница валесская (Festuca valesiasa L.), овсяница ложноовечья (F. pseudovina Hack, ex Wiesb.), тимофеевка степная {Phleum phleoides (L.) Karst. ), тонконог жестколистный (Koeleria sclerophylla Pers.) и бобовые: астрагал датский (Astragalus danicus Rets.), астрагал эспарцетовый (A. onobrichus L.), клевер горный (Trifolium montanum L.), карагана кустарниковая (Caragana frutex (L.) С Koch), дрок красильный (Genista tinctoria L.), люцерна румынская (Medicado romanica Prod.), ракитник русский (Chamaecytisus ruthenicus (Fisch. ex Woloszcz.) Klaskova), остролодочник волосистый (Oxytropis pilosa L.), эспарцет сибирский (Onobrychis sibirica (Sirj.) Turcz ex Grossh.). Из разнотравья распространены василек шершавый (Centaurium scabiosa Hill), василистник желтый (Thalictrum flavum L.), гвоздика травянка (Dianthus deltoides L.), желтушник ястребинколистный (Erysimum hieracifolium auct), земляника зеленая (Fra-garia viridis Duch.), зопник клубненосный (Phlomoides tuberosa (L.) Moench), козелец австрийский (Scorzonera austriaca L.), колокольчик сибирский (Campanula sibirica L.), коровяк фиолетовый (Verbascum phoeniceum L.), крестовник Якова (Senecio Jacobaea L.), лапчатка распростертая (Potentilla humifusa), подмаренник настоящий (Galium verum L.), подорожник степной (Plantago urvillei Opiz), порезник Ледебура (Seseli ledebourii ), тимьян Маршалла (Thymus marshallianus Wiild.), тысячелистник благородный (Achillea nobilis L.), шалфей степной (Salvia stepposa Shost.) и ястребинка зонтичная (Hieracium umbellatum L.).
С увеличением гумусового горизонта происходит мезофитизация степного растительного сообщества, что выражается в увеличении доли уча стия луговых видов: вейник наземный {Calamagrostis epigeios (L.) Roth), гвоздика Андреевского (Dianthus andrzejowskianus (Zapal.) Kulcz.), девясил шершавый {Inula hirta L.), истод хохлатый {Polygala comosa Schkuhr), кровохлебка лекарственная {Sanguisorba officinalis L.), лабазник вязолистный (Fili-pendula ulmaria (L.) Maxim.), лабазник обыкновенный (F. vulgaris Moench), морковник обыкновенный (Silaum silaus (L.) Schinz et Thell.), норичник шишковатый {Scrophularia nodosa L.), тысячелистник обыкновенный {Achillea millefolium L.) (Юнусбаев, 2000).
При высоких пастбищных нагрузках на основе разнотравно-ковыльных степей формируются их пастбищные модификации - низкотрав-но-типчаковые степи. Последние представляют преобладающий тип степной растительности равнинной части Башкирского Зауралья. В травостое доминируют Festica pseudovina Hack, ex Wiesb. , Artemisia austriaca Jacq. и Stipa capillata. Их видовое богатство обеднено и составляет 50-70 видов на 100 м2. При этом в составе растительных сообществ возрастает доля сорных видов: икотник серо-зеленый {Berteroa incana (L.) DC), льнянка обыкновенная {Ы-naria vulgaris L.), молочай Вальдштейна (Euphorbia waldsteinii (Sojak) Czer.), марь белая {Chenopodium album L.), нонея темная {Nonea pulla (L.) DC), пастушья сумка {Capsella bursa-pastores (L.) Medic), полынь горькая {Artemisia absinthium LJ, чернокорень лекарственный {Cynoglossum officinale L.) и чертополох поникающий {Carduus nutans L.J (Юнусбаев, 2000).
На каменистых склонах и вершинах холмов с неполноразвитым черноземом представлены оносмово-типчаковые (каменистые) степи с участием Stipa lessingiana Trin et Rupr. и S. Zalesskii Wilensky. Видовой состав каменистых степей насыщен петрофитами. В составе этой группы василек карбонатный (Centaurea carbonata L.), вероника беловойлочная {Veronica incana L.), гвоздика иглолистная (Dianthus acicularis Fisch. ex Ledeb.), лапчатка пепельная {Potentilla arenaria Borkh.), оносма простейшая {Onosma simplicissima L.), пижма тысячелистная (Tanacetum achilleifolium (Bieb.) Sch. Вір.). Видовое богатство каменистых степей оставляет 60-80 видов на 100 м2 (Юнусбаев, 2000).
В исследуемом районе встречаются и комплексы солонцовых степей, чаще в местах с близким залеганием цветных глин. Для этих сообществ ха-рактерны полынь Лерха (Artemisia lirchiana Web. ex Stechm.), кермек Гмели-на (Limonium gmelini (Willd.) О. Kuntze.), полынь холодная (Artemisia frigida ЧУШфидр.
Граница между степным Зауральем и горно-лесной зоной занята переходной зоной - полосой лесостепи. Степная растительность переходной зоны сочетается с участками леса. Основные лесообразующие породы: береза повислая (Betula pendula Roth), осина (Populus tremula L.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Леса, занимающие значительные площади региона, приурочены к горным склонам с серыми лесными почвами. Склоны и вершины водораздельных хребтов покрыты вторичными березовыми (В. pendula) и осиновыми (P. tremula) лесами, пришедшими на смену богатым травяным сосново-лиственничным лесам.
Зависимость морфофизиологических показателей Achillea asiatica Serg. от эдафических факторов в различных ценотических условиях
В роли эксплерента A. asiatica способен завоевать нарушенные территории, образуя большое количество семян, к интенсивному семенному размножению добавляется вегетативное. На стрессовые ситуации тысячелистник реагирует изменением морфологических и биохимических признаков.
Таким образом, A. asiatica L. обладает высокой пластичностью стратегии и меняет свое поведение в зависимости от экологических условий. Этим объясняется фитоценотический статус вида в различных сообществах и особенности формируемых им популяций.
Анализ морфологических показателей тысячелистника, проведенный на основании трехлетних наблюдений, показал зависимость морфологических показателей тысячелистника обыкновенного от обеспеченности растений влагой. Наиболее крупные размеры растений отмечены в 2000 году, когда количество осадков достигло рекордной для Зауралья величины.
На высоту репродуктивных побегов, также как и общую надземную массу влияет содержание гумуса в почве: На богатых органическим веществом почвах A. asiatica образуют мощные побеги. В экстремальные по гидротермическим условиям годы эта зависимость выражена в меньшей степени.
Отмечена рН-зависимость морфологических показателей тысячелистника. На кислых почвах, особенно во влажные годы, отмечается угнетение роста растения и массы соцветий.
Обращает внимание, что зависимость различных морфологических параметров A. asiatica от различных эдафических факторов наблюдается лишь при условии достаточной влагообеспеченности растения. В засушливый пе 121 риод связь между обеспеченностью растений различными макро- и микроэлементами и морфологическими характеристиками растений отсутствует.
Величина массы соцветий, содержащих большую часть биологически активных вещества, варьирует под влиянием эдафических факторов. Стимулирует увеличение массы соцветий повышение содержания магния, калия и микроэлементов (Fe) в почве. Растения, произрастающие на участках с высоким содержанием кальция, серы и микроэлементов (Со, Си, Мп) в почве характеризуются сниженной массой соцветий.
Синтез азуленов протекал менее интенсивно в условиях хорошей обеспеченности влагой. Засушливый 2001 год оказался благоприятным для накопления этой группы сесквитерпеновых лактонов. Сравнение результатов двух лет показывает, что при дефиците влаги растения накапливали в 4,3 раза больше азуленов в соцветиях и 4,6 раза больше в листьях (F =16,82, р 0,002).
Установлено, что существует корреляционная зависимость между морфологическими показателями растений и количеством накопленного азу-лена. Так, высокое содержание азуленов характерно для особей с «угнетенным» внешним видом: у них низкая масса надземной части, небольшое число репродуктивных побегов, в основном в молодом генеративном возрасте. Стеблевые листья узкие, площадь листовой пластинки небольшая. Для особей с низким содержанием азуленов характерны такие признаки, как большая масса, широкие стеблевые листья. Репродуктивные побеги в основном старого генеративного или субсенильного возраста. В целях отбора перспективных хемоформ с высоким содержанием азуленов A. asiatica целесообразно производить отбор по морфологическим признакам
Высокоазуленовые особи тысячелистника произрастают в основном в ценопопуляциях с низким проективным покрытием. Биомасса растений А. asiatica и сопутствующих видов на этих экосистемах ниже, чем те же показатели ценопопуляций с низким содержанием азуленов. Вполне вероятно, что такое положение связано с положительным влиянием интенсивности освещения на синтез лактонов. Редкое стояние растений приводит к более эффективному использованию лучей солнца, и, как следствие, к росту накопления азуленов. Нельзя исключить также и возможность ингибирования развития А. asiatica при накоплении в них сесквитерпеновых лактонов, способных выполнять функции ростовых гормонов (Marias et al., 2000). Об этом свидетельствует снижение количества проростков и вегетативных особей в цено-популяциях с высоким содержанием азуленов.
Отмечена эколого-территориальная дифференциация ареалов А. asiatica по содержанию азуленов в цветках растений. Так, в Хайбуллинском и Зилаирском районах, находящихся в южной части Зауральского региона, нами не найдены ЦП с высоким содержанием азулена в репродуктивных органах. В то же время в Абзелиловском районе, занимающем самое северное положение на исследуемой территории, все ЦП характеризуются высоким содержанием азуленов в цветках. ЦП Баймакского района, занимающие центральный участок в исследуемом градиенте «север - юг», являются как бы «переходными» от низкоазуленовой к высокоазуленовой зоне: здесь есть ЦП и с высоким, и с низким содержанием вещества.
Территориальная дифференциация накопления азуленов по градиенту «север - юг» происходит на фоне еще одного фактора - высотного. В горах наблюдается интенсивность освещения, и в условиях усиленной ультрафиолетовой инсоляции растения A. asiatica накапливают больше азуленов. Еще одним фактором территориального распределения азуленов является химический состав почвы. Почвы, на которых произрастают растения с высоким содержанием азуленов в соцветиях, характеризуются более высоким рН (6,1 -8,6) по сравнению с почвами с низким содержанием рН (4,6-5,9). Кислые почвы угнетают процесс образования азуленов, карбонатные почвы, наоборот, стимулируют их синтез.
