Распределение пула флавонолов в надземной массе свербиги восточной (Bunias orientalis L.) при выращивании на Севере

Полный текст

Введение

Bunias orientalis L (свербига восточная) – травянистое многолетнее растение семейства Brassicaceae (крестоцветные). Исследования, проведенные в последние годы в различных природно-климатических условиях, показали, что свербига восточная относится к культурам универсального использования: кормового, пищевого, фармацевтического, медоносного и фитомелиоративного [1, с. 112; 2, с. 52; 3–6]. Из хозяйственно-ценных признаков данного вида можно выделить такие: зимостойкость, раннее весеннее отрастание, быстрый темп роста и длительный период цветения, резистентность к болезням и вредителям, продуктивное долголетие в культуре, достигающее 10 лет, высокая продуктивность семян и фитомассы, ее кормовая ценность и др. В фитомассе растений содержится от 13 до 36% сырого протеина, 1,91–3,47% жира, 8,29–11,98% золы [7, с. 52; 8, с. 252; 9, с. 7; 10, с. 17]. Общая сумма аминокислот в белке фитомассы растений варьирует от 8 до 20 г/100 г сухого вещества в зависимости от фазы развития растений, присутствуют все незаменимые аминокислоты. [10, с. 18]. Фитомасса содержит микроэлементы (бор, железо, медь, молибден, марганец, титан), флавоноиды, органические кислоты, дубильные вещества, сапонины. В незрелых плодах обнаружено горчичное масло, в семенах – жирное масло 10–31%, в том числе жирные кислоты: линоленовая, линолевая, олеиновая, пальмитиновая, арахиновая, стеариновая, пальмитолеиновая (52,2; 23,6; 13,0; 4,1; 3,6; 1,74 0,7%) соответственно [2, с. 52; 11; 12; 13, с. 127; 14]. Всесоюзным институтом лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР) предлагается использовать свербигу восточную как лекарственное растение, поскольку показано, что под воздействием препаратов на основе растений свербиги увеличивается пролиферативная активность лимфоцитов больных раком тонкого кишечника и молочной железы, повышаются адаптогенные свойства организма на 60–70%. Кроме того, свербигу восточную можно использовать для профилактики цинги, т.к. листья и корни содержат витамин С (58–170 мг % в листьях) [14]. Проведенный ранее биохимический анализ растений свербиги восточной, выращенных в условиях подзоны средней тайги Республики Коми, не выявил наличие эруковой кислоты, что открывает большие перспективы использования ее в качестве пищевого и кормового растения [15]. В этой работе было показано, что фитомасса свербиги восточной богата сахарами, отмечено высокое соотношение массовой доли сахаров к массовой доле кислот, что свидетельствует о возможности ее использования при кормлении сельскохозяйственных животных и в питании человека (свежая или ошпаренная зелень). Плоды со зрелыми семенами содержат предельные жирные кислоты в минимальных количествах (в сумме не более 2,32 мг в 100 мг масла), с преобладанием полиненасыщенных жирных кислот, что определяет ценность масла, получаемого из семян растений [15]. Несмотря на многочисленные исследования растений свербиги восточной, многие вопросы ее биохимии изучены фрагментарно и все еще остаются вне поля зрения исследователей. В связи с этим представляется актуальным дальнейшее биохимическое изучение растений свербиги восточной в условиях подзоны средней тайги Республики Коми, в частности, исследование в фитомассе растений флавоноидов, обладающих выраженными антиоксидантными свойствами, ценными при кормлении теплокровных животных и в питании человека.

Цель работы заключалась в изучении распределения пула флавонолов по органам растения, их вариабельности в процессе вегетации растений свербиги восточной, выращенной в условиях северного региона.

Материал и методы исследований

Отбор растительных проб для биохимического анализа проводился в Ботаническом саду ФГБУН Института биологии Коми НЦ УрО РАН в период вегетации в 2017 г. на растениях третьего года жизни. Почва опытного участка – дерново-подзолистая глееватая, среднеокультуренная, суглинистая. Агрохимические показатели почвы: гумус – 4,4%, К₂О – 6,02 мг/100 г; Р₂О₅ – 17,03 мг/100 г; Са²⁺ – 9,84; Мg²⁺ – 2,57; pH_сол. – 4,53. Вегетационный сезон 2017 г. характеризовался как умеренно теплый и влажный. Количество выпавших осадков и сумма эффективных температур была в пределах средних многолетних значений. Ранее было показано, что растения свербиги восточной максимального развития достигают на третий-четвертый годы жизни [16]. Сбор растительного сырья проводили в фазы массовой бутонизации (23 июня) и цветения (4 июля). Учитывая тот факт, что вторичные метаболиты в органах растений накапливаются неравномерно, нами были отобраны для анализа образцы как генеративных побегов в целом, так и отдельно – листьев, бутонов, стеблей, цветков – для определения локализации пула флавонолов в данном растительном материале. Фитомассу (бутоны, цветки, листья, стебли и генеративный побег) сушили вне прямого доступа света до воздушно-сухого состояния. Количественное определение массовой доли суммы флавонолов в пересчете на рутин осуществляли по методике, приведенной в Государственной Фармакопее Российской Федерации [17, с. 720, 772] в нашей модификации. Методика была адаптирована с целью использования спектрофотометра Shimadzu 1700 UV (Япония) и применения метода ускоренной микроволновой экстракции флавонолов из растительной пробы.

В качестве рабочего стандартного образца (РСО) использовали раствор рутина концентрации 0,0094 мг/см³ + 2 см³ 2%-го хлорида алюминия в этиловом спирте в мерной колбе объемом 25 см³. Спектрофотометрический анализ выполняли после выдержки растворов в течение 40 мин. на приборе Shimadzu 1700 UV при длине волны 415 нм [18] с применением кварцевых кювет длиной оптического пути 10 мм.

Массовую долю суммы флавонолов в растительных образцах в пересчете на рутин вычисляли по формуле (1):

 x=(D*V1*V2*m0*100*100)/(D0*m*(100-w)*1000) (1)

где: D – оптическая плотность испытуемого раствора; D₀ – оптическая плотность РСО рутина; m – масса сырья, г; m₀ – масса рутина в РСО объемом 25 см³; w – потеря массы при высушивании сырья, %; V₁ – объем суммарного экстракта флавонолов до отбора аликвоты (50 см³); V₂ – объем экстракта разбавленного для фотометрии (25 см³).

Результаты исследований и их обсуждение

В условиях подзоны средней тайги Республики Коми растения свербиги восточной отнесены к ранне-среднелетним цветущим длительно вегетирующим растениям, На репродукционные процессы у особей этого вида, относящихся к длиннодневным растениям, оказывает влияние естественный фотопериодический фактор (период светлого времени суток составляет около 20 часов), обусловленный положением района исследований в высоких широтах, который приводит к сокращению периода цветения. Многолетние растения свербиги восточной весной рано отрастают (первая-вторая декады мая). Продолжительность бутонизации составляет 9 дней. Цветение растений, как наиболее чувствительный к температурному фактору период, наступает в самое благоприятное время (июль), поэтому размах варьирования фазы начала цветения составляет 20 дней. Продолжительность цветения агропопуляции варьирует от 15 до 25 дней, длительность цветения одного цветка – от трех до семи дней. Многолетние фенологические наблюдения показали, что сроки наступления и продолжительность фенофаз были достаточно близкими, что свидетельствует о соответствии внешних условий требованиям вида [19].

Метод дифференциальной спектрофотометрии для количественного определения флавонолов в экстрактах растений уже стал одним из наиболее широко применяемых методов для оценки качества лекарственного растительного сырья [20]. В данной работе объектом аналитических исследований являлась свербига восточная до настоящего времени позиционируемая исследователями как преимущественно кормовое растение. Согласно результатам биохимических исследований в фазе массовой бутонизации (табл. 1), в ряду стебли-листья-бутоны массовая доля флавонолов возрастает от 0,25 до 6,06%.

 

Таблица 1 – Массовая доля флавонолов в органах свербиги восточной при переходе растения от фазы бутонизации к фазе массового цветения

Фаза развития	Органы	Массовая доля, флавонолов, %	Среднее квадратичное отклонение, %
Массовая бутонизация	стебли	0,25	0,03
	листья	1,85	0,07
	бутоны	6,06	0,07
	генеративный побег	1,16	0,03
Массовое цветение	стебли	0,60	0,10
	листья	2,75	0,04
	цветки	15,43	0,17
	генеративный побег	2,23	0,12

 

При переходе растений к массовому цветению наблюдается резкое увеличение содержания флавонолов во всех надземных органах растения. Особенно большой рост массовой доли флавонолов был выявлен в цветках свербиги по сравнению с бутонами растения. Результаты анализа травяной муки, полученной из генеративного побега, также свидетельствуют о сильном увеличении содержания флавонолов при переходе растения от фазы бутонизации к фазе массового цветения. Доля флавонолов в генеративном побеге при этом возрастает почти в 2 раза. Безусловный максимум пула флавонолов наблюдается в цветках растения (15,43%). Но с учетом того, что массовая доля цветков на генеративном побеге составляет не более 3%, в технологическом плане перспективным источником флавонолов из надземной массы изучаемого растения являются листья и цветки растения, собранные в фазу массового цветения.

Выводы

Таким образом, в результате биохимического анализа фитомассы свербиги восточной, выращенной в условиях подзоны средней тайги Республики Коми, выявлено высокое содержание пула флавонолов. Исходя из положений Государственной Фармакопеи Российской Федерации, многие виды лекарственных растений считаются доброкачественными, если массовая доля флавоноидов в них не ниже 0,5%. Следовательно, можно утверждать, что свербига восточная является качественным сырьевым растительным источником флавонолов для фармацевтической промышленности. Рекомендуемые сроки заготовки лекарственного сырья – фаза цветения растений, наиболее высокое содержание флавонолов распределено в листьях и цветках. Соответствуют высокому стандарту и растения в фазе бутонизации.

Об авторах

Жанна Эдуардовна Михович

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

Email: mihovich@ib.komisc.ru

кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела Ботанический сад

Россия, Сыктывкар

Василий Витальевич Пунегов

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

Email: punegov@ib.komisc.ru

кандидат химических наук, старший научный сотрудник отдела Ботанический сад

Россия, Сыктывкар

Клавдия Степановна Зайнуллина

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

Email: zainullina@ib.komisc.ru

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела Ботанический сад

Россия, Сыктывкар

Галина Алексеевна Рубан

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ruban@ib.komisc.ru

научный сотрудник отдела Ботанический сад

Россия, Сыктывкар

Список литературы

Дополнительные файлы