|
ИЗУЧЕНИЕ ФЕНОЛЬНОГО МЕТАБОЛИЗМА САБЕЛЬНИКА БОЛОТНОГО (COMARUM PALUSTRE L.) В УСЛОВИЯХ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ В СВЯЗИ С ЭКОЛОГО-ЦЕНОТИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ П.И. Борисова, С.В. Булатова, Е.Ю. Бахтенко, Н.В. Загоскина*, П.В Лапшин*Вологда, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вологодский государственный педагогический университет», Орлова, 6, тел./факс (8172)769196, bakhtenko@yandex.ru *Москва, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Ботаническая, 35, ofr@ippras.ru
В природной флоре Вологодской области выявлено 270 видов лекарственных растений, из которых 60 используются в научной медицине. К числу неисследованных лекарственных растений Вологодской области относится сабельник болотный (Comarum palustre L.), который широко применяется в народной и с недавнего времени официальной медицине многих стран [8]. Лекарственные свойства сабельника болотного в основном связаны с веществами вторичного происхождения – фенольными соединениями. В литературе имеются сведения о том, что фенолы являются преобладающей группой веществ в растениях сабельника [13]. Фенольные соединения принимают участие в самых разнообразных физиологических процессах растений [6]. Кроме того, свойственная природным полифенолам высокая биологическая активность позволяет использовать их в медицине при лечении и профилактике многих заболеваний. По литературным данным в Вологодской области сосредоточено наибольшее количество продуктивных и легкодоступных зарослей сабельника болотного (табл. 1) [9]. Таблица 1
Вместе с тем, исследования фенольного метаболизма данного вида в условиях области не проводились. В связи с этим целью работы являлось исследование содержания фенольных соединений в сабельнике болотном (Comarum palustre L.) в зависимости от эколого-ценотических условий и физиологических особенностей. МЕТОДЫ Заготовка растительного сырья проводилась с 2006 по 2008 года: в различных районах Вологодской области (Кадуйский, Верховажский, Вожегодский Великоустюгский); в Кадуйском районе в различные фазы вегетации (отрастание, вегетация, цветение, плодоношение, увядание); в Великоустюгском районе в фазу цветения из двух мест обитания: заболоченный лес (сфагново-вахтово-сабельниковая ассоциация), переходное болото (сфагново-осоково-сабельниковая ассоциация). В фазу плодоношения исследовались растения разных возрастных групп: виргинильное возрастное состояние (V – состояние), генеративное возрастное состояние (G – состояние). Изучение суммарного содержания фенольных соединений производилось в надземных (листья, стебли, соцветия, плоды) и подземных органах (корневища с корнями) сабельника болотного в разные фазы вегетации. Определение содержания растворимых фенольных соединений осуществляли спектрофотометрическим методом. [6]. Для этого сухой материал подвергали трехкратной экстракции горячим 70% этанолом. Суммарное содержание растворимых полифенолов определяли с реактивом Фолина-Дениса (поглощение при 725 нм), флаванов – с раствором ванилина в 70% серной кислоте (поглощение при 500 нм). Калибровочные кривые в обоих случаях строили по эпикатехину. Для определения проантоцианидинов использовали смесь бутанола с концентрированной соляной кислотой [6]. Эксперименты проводили в трех биологических и 3 аналитических повторностях. На графиках и в таблицах представлены средние арифметические значения и их стандартные отклонения. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ В надземной части сабельника болотного, собранного в различных районах области, содержание растворимых ФС колеблется от 68,80 до 111,38 мг/г сухой массы. Вместе с тем, в растениях сабельника болотного, произрастающего в Верховажском и Великоустюгском районах их количество выше по сравнению с растениями, собранными в Вожегодском и Кадуйском районах (табл. 2). Таблица 2
Разница связана с различиями в климатических условиях районов, поскольку область имеет большую протяженность с запада на восток. Согласно данным [1], территории, в которых проводили сбор сырья сабельника, относятся к различным агроклиматическим районам (I- северный, II- южный) и подрайонам области (а – западный, б – восточный): Верховажский - I(б), Великоустюгский - II(б), Вожегодский – I(a), Кадуйский – II(а). По полученным данным содержание фенольных соединений выше в растениях, собранных в восточном подрайоне (Великоустюгский и Верховажский районы) с более продолжительной и суровой зимой, по сравнению с растениями, произрастающими в западном подрайоне (Кадуйский и Вожегодский районы), который характеризуется менее продолжительной зимой с умеренными морозами. В литературе имеются данные о связи климатических условий произрастания с накоплением фенольных соединений у разных видов растений [4;10]. Отмечается, что повышенные концентрации фенольных соединений содержат растения, произрастающие в менее благоприятных условиях, что связано с участием фенольных соединений в адаптации растений к неблагоприятным факторам среды [11]. Проведение количественного анализа позволило определить, что преобладающей группой фенольных соединений в подземных органах сабельника являются флавоноиды, в частности флаваны (катехины, проантоцианидины). Отличия в количественном содержании флаванов аналогичны общему содержанию фенольных соединений (рис.1 А). Содержание фенольных соединений зависит от эколого-ценотических характеристик местообитаний. Растения сабельника, произрастающие на низинном болоте (сфагново-сабельниковая ассоциация, освещенность 100%) и на берегу озера (осоково-вахтово-сабельниковая ассоциация, освещенность 100%) в Вожегодском районе практически не отличаются по содержанию фенольных соединений, что возможно связано со сходными условиями произрастания (рис.1 А). Наиболее заметна разница в содержании фенольных соединений и флаванов между растениями, произрастающими в Великоустюгском районе в местообитаниях, отличающихся по интенсивности освещения, - на переходном болоте и заболоченном лесу (рис.1 Б). В растениях сабельника, произрастающего на переходном болоте (освещенность 100%), содержание фенольных соединений и флаванов выше по сравнению с растениями лесной популяции (освещенность 40%). Можно полагать, что одним из факторов, влияющим на образование фенольных соединений, является свет. В литературе имеются данные о связи интенсивности световой радиации и биосинтеза фенольных соединений. При уменьшении освещенности снижается интенсивность фотосинтеза, что в свою очередь снижает биосинтез фенолов, так как в ходе фотосинтеза образуются исходные субстраты и энергия для их биогенеза [6] Также было обнаружено, что свет стимулирует работу многих ферментов, участвующих в биосинтезе фенольных соединений [6]. Известно, что каждый период вегетации характеризуется различной интенсивностью синтеза фенольных соединений. Установлено, что в надземной части сабельника болотного содержание фенольных соединений возрастало от фазы отрастания к фазе вегетации и цветения, достигая максимального количества (рис. 2 А). Период активного роста растений и формирования репродуктивных органов (период от фазы отрастания до цветения) сопровождается энергичным биосинтезом фенольных соединений. Так в растительном сырье Polygonum aviculare наибольшее количество флавоноидов содержится в фазу цветения. В этот же период в надземных органах Pentaphylloides fruticosa (L) отмечается высокое содержание флавонолов [5;6;12]. Затем идет постепенное снижение их количества, что может быть связано, либо с угасанием биосинтеза фенолов, либо с расщеплением их на отдельные фрагменты. Также некоторыми авторами была отмечена способность фенольных соединений к оттоку в виде гликозидов в подземные органы. Это подтверждают данные динамики фенольных соединений в подземных органах. В корнях и корневищах наибольшее количество фенольных соединений накапливалось к фазе плодоношения (рис. 2 Б). Общее количество фенольных соединений в растениях сабельника болотного за период вегетации (от фазы отрастания до фазы плодоношения) возрастало. Наибольшее их содержание наблюдалось в фазу плодоношения. Как видно, разные годы различаются по содержанию фенольных соединений, что очевидно связано с изменением климатических условий. В целом лето 2007 года характеризовалось более низкой среднемесячной температурой и небольшим количеством осадков по сравнению с летом 2008 года. Вместе с тем имеются различия в погодных условиях первых месяцев лета: июнь 2008 года отличался пониженными температурами и отсутствием осадков по сравнению с июнем 2007. Исходя из полученных данных, концентрация фенольных соединений выше в растениях сабельника, собранных в более холодный и засушливый период. Это подтверждает мнение о фенольных соединениях как стрессовых метаболитах, накапливающихся при менее благоприятных климатических условиях. Содержание флаванов в надземных и подземных органах изменялось аналогично общему содержанию фенольных соединений с максимумом в надземных органах в фазу вегетации, а в подземных – в фазу плодоношения. Для надземных органов характерно значительно меньшее содержание флаванов по сравнению с корнями и корневищами. Это дает основание судить о присутствии других групп фенольных соединений в надземной части сабельника (табл. 3). Динамика накопления проантоцианидинов в надземной части соответствовала динамике флаванов (рис. 3 А). В фазу отрастания наблюдалось небольшое содержание проантоцианидинов, что возможно связано с интенсивным синтезом мономерных катехинов – предшественников проантоцианидинов. В дальнейшем происходит полимеризация катехинов и образование проантоцианидинов, что приводит к увеличению их количества в фазу вегетации. Затем содержание проантоцианидинов снижается. В подземных органах, наоборот происходит уменьшение количества проантоцианидинов от фазы отрастания к фазе вегетации (рис. 3 Б). Таблица 3
При определении суммарного содержания фенольных соединений в разных органах надземной части сабельника анализировали листья, стебли и плоды. В листьях содержание фенольных соединений было выше по сравнению с плодами и стеблями (рис. 4). В литературе имеются сведения о том, что подавляющее большинство образуется по шикиматному пути, исходные субстраты которого генерируются в пластидах [6;7]. Следует отметить, что плоды также обладают способностью к синтезу фенольных соединений. Исходя из полученных данных можно заключить, что содержание фенольных соединений у растений сабельника болотного зависит от условий произрастания, фазы вегетации, возрастного состояния, органа растения. При этом в местообитаниях с высокой освещенностью содержание фенольных соединений в растительных тканях выше по сравнению с растениями, выросшими при меньшей освещенности. Все это, еще раз свидетельствует о важном значении экологических факторов для накопления фенольных соединений в тканях растений. ЛИТЕРАТУРА
| Внимание! Эта статья опубликована, на нее можно ссылаться при написании научных работ. Ссылка на эту публикацию выглядит так: Борисова П.И., Булатова С., Бахтенко Е.Ю., Лапшин П.В. Фенольный метаболизм сабельника болотного в связи с эколого-ценотическими факторами. В сб. Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты (под редакцией Н.В. Загоскиной, Е.Б. Бурлаковой). М.: Научный мир. 2010, С. 257-264. Иллюстрации к этой статье:
Рис. 1. Содержание фенольных соединений (ФС) и флаванов (ФЛ) в растениях сабельника болотного (Comarum palustre L.), произрастающего в разных местообитаниях: А – низинное болото и берег озера (Вожегодский район, фаза вегетации – цветение), Б – переходное болото и заболоченный лес (Великоустюгский район, фаза вегетации – плодоношение).
Рис. 2. Содержание фенольных соединений в надземной части (А) и подземной части (Б) сабельника болотного (Comarum palustre L.) в разные фазы вегетации.
Рис. 3. Динамика накопления проантоцианидинов в надземной (А) и подземной (Б) частях сабельника болотного (Comarum palustre L.) в разные фазы вегетации.
Рис. 4. Содержание суммы растворимых фенольных соединений в разных органах надземной части сабельника болотного (Comarum palustre L.). |
(с) Авторские права: перепечатка и копирование материалов разрешена без ограничений с простановкой ссылок на авторов и издание, где опубликован материал.
Copyrights: Non commercial using of these materials is permitted with obligatory informing of the authors and linking to the source.