Влияние условий произрастания на содержание флавоноидов у Pentaphylloides fruticosa при интродукции и в природе на европейском Севере
- Авторы: Мифтахова С.А.1
-
Учреждения:
- Институт биологии Коми научного центра УрО РАН
- Выпуск: Том 9, № 4 (2020)
- Страницы: 104-108
- Раздел: Общая биология
- URL: https://snv63.ru/2309-4370/article/view/59438
- DOI: https://doi.org/10.17816/snv202094116
- ID: 59438
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье представлены результаты изучения содержания флавоноидов Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz в условиях культуры и дикорастущих образцах на европейском Севере. На территории Республики Коми P. fruticosa требует природоохранных мероприятий. Вид используется как декоративное, лекарственное, пищевое, медоносное и кормовое растение. При определении пула флавоноидов вегетативных частей одногодичных побегов в фазе цветения выявили, что у дикорастущих образцов они были достоверно выше, чем у интродукционных. Это дает основание полагать, что географические условия выращивания оказывают влияние на сумму флавоноидов. Отличий в сумме флавоноидов в цветках между дикорастущими и интродукционными образцами не обнаружили. В фазе облиствения и в фазе цветения между интродукционными образцами достоверных отличий не выявили. В фазе массового плодоношения сумма флавоноидов была достоверно выше у образца № 1, что обусловлено их различным эколого-географическим происхождением. Является целесообразным введение в культуру данных природных образцов, произрастающих в самом северном местонахождении в Европе, которые могут быть перспективным сырьевым источником флавоноидов, и дальнейшего их изучения в новых условиях произрастания.
Полный текст
Введение
В настоящее время большое внимание уделяется изучению Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz, растению с широким применением, которое ценится в культуре за неприхотливость и устойчивость к низким температурам. Используется как декоративное, лекарственное, пищевое, медоносное и кормовое растение. Pentaphylloides fruticosa – курильский чай кустарниковый, пятилистник кустарниковый относится к семейству Rosaceae Juss., роду Pentaphylloides Hill [1, с. 863]. Имеет широкое распространение и произрастает на Кавказе, Западной и Восточной Сибири. Дальнем Востоке, Средней Азии, Китае, Северной Корее, Японии, Средней и Атлантической Европе, Северной Америке [2, с. 412–413]. На Урале курильский чай кустарниковый образует изолированные участки и встречается от Приполярного до Южного Урала [3, с. 498]. P. fruticosa является регионально охраняемым плейстоценовым реликтом северо-востока европейской части России. На территории Республики Коми имеет статус охраны 2 [4, с. 556]. Обеспечить рациональное использование ценного растения в качестве лекарственного сырья можно только путем введения его в культуру. В коллекцию Ботанического сада впервые P. fruticosa был привлечен давно еще в 1957 г. и успешно интродуцирован [5, с. 134]. По литературным данным, вид содержит в различных органах витамины С, Р, каротин, флавоноиды, дубильные вещества, фенолкарбоновые кислоты, тритерпеноиды, кумарины, эфирные масла, микроэлементы [6, с. 58; 7, с. 285–286]. Лекарственные свойства растению придают полифенольные соединения. Широкое распространение флавоноидов в растительном мире и их многообразные функции указывают на то, что эти соединения являются необходимыми участниками многих жизненно важных процессов в растениях. Многие авторы считают, что значимая роль в адаптации растений к неблагоприятным либо новым для них факторам принадлежит флавоноидам, так как среди них обнаружены соединения с аллелопатическими, инсектицидными, фунгицидными, бактерицидными свойствами [8; 9, с. 481–503; 10, с. 674–750]. В растениях фенольные соединения участвуют в окислительно-восстановительных процессах клетки, в процессах роста и развития, выполняя роль регуляторов, являются компонентами электротранспортных цепей дыхания и фотосинтеза, используются как запасной энергетический материал. Не проявляя токсических свойств и кумулятивного действия весьма перспективны для создания на их основе лекарственных препаратов. P. fruticosa представляет интерес как источник бактерицидных, антикоагулянтных, противовоспалительных, детоксикационных, противовирусных, иммуностимулирующих и радиопротекторных средств [11, с. 30–31; 12, с. 71–75; 13, с. 110–113]. Флавоноидные вещества P. fruticosa представлены в основном группой флавонолов – кверцетином и кемпферолом и их гликозидами [14, с. 96] Возможность использования P. fruticosa для лекарственного и пищевого производства придает значимость исследованию биохимических особенностей этого растения. Сотрудниками Центрального Сибирского Ботанического сада СО РАН изучены элементный состав и содержание фенольных соединений P. fruticosa в условиях Горного Алтая [14–16]. Исследования в течение длительного периода Е.П. Храмовой азиатских представителей родового комплекса Pentaphylloides Hill позволили установить особенности состава и содержания фенольных соединений в связи с видовой специфичностью, эколого-географическими факторами, онтогенезом и техногенным воздействием [17]. Сведения по флавоноидам P. fruticosa на европейском севере отсутствуют.
Целью исследований явилось сравнительное изучение содержания флавоноидов P. fruticosa в интродукционных и дикорастущих образцах на европейском севере.
Материал и методика
Материалом для исследования послужили образцы различного эколого-географического происхождения, взятые на интродукционном участке дендрария Института биологии Коми НЦ УрО РАН и два образца из природных ценопопуляций Республики Коми (табл. 1). Ботанический сад находится в 8 км к югу от г. Сыктывкар (61°37ʹ с.ш., 50°45ʹ в.д., высота над уровнем моря 110 м), на юго-западе Республики Коми. Климатические условия в районе исследований весьма суровые. Среднегодовая температура воздуха +0,4°С. Продолжительность холодного периода с отрицательными температурами составляет 170–180 дней. Вегетационный период (выше +5°С) около 150 дней с суммой суточных температур 1800°С. Период активной вегетации (выше +10°С) равен 90–110 дням с суммой суточных температур за этот период 1450°С. Республика относится к региону с избыточным увлажнением с суммой осадков 500–600 мм, из которых 300–400 мм выпадают в теплый период года. Природные образцы собраны в верхнем течении р. Лемва в Интинском районе, расположенном на северо-востоке Республики Коми (65°40ʹ с.ш., 51°08ʹ в.д., высота над уровнем моря 221 м) [18].
Таблица 1 – Происхождение образцов P. fruticosa и даты сбора сырья по фенофазам
№ образца | Происхождение образцов | Облиствение | Цветение | Плодоношение | |
одногодичные верхушечные облиственные побеги | одногодичные облиственные побеги | цветки | одногодичные верхушечные облиственные побеги | ||
1 | Горно-Алтайский ботанический сад (с. Калмак), природный образец | 31.05.2010 | – | – | 07.10.2009 |
2 | Центральный Сибирский ботанический сад (г. Новосибирск) | 31.05.2010 | 26.07.2010 | 26.07.2010 | 07.10.2009 |
3 | Местная репродукция образца, привезенного из Горно-Алтайского ботанического сада (с. Калмак) | 15.06.2009 | 21.07.2010 | 20.07.2010 | 16.09.2009 |
4 | Интинский р-н Республики Коми, правый берег реки Лемва, сухие участки пойменной террасы | – | 27.07.2010 | 27.07.2010 | – |
5 | Интинский р-н Республики Коми, левый берег реки Лемва | – | 29.07.2010 | 29.07.2010 | – |
Исследования проводили на одногодичных облиственных верхушках побегов, так как именно их рекомендуют в качестве лекарственного сырья и цветках. Срезали молодые облиственные побеги длиной 10–20 см.
Количественное определение флавоноидов в растительных пробах осуществляли методом спектрофотометрии UV 1700 Shimadzu Ind. Ink. (Япония) по методике [19, с. 541–578], адаптированной для применения указанного прибора. Спектрофотометрический анализ выполняли при длине волны 415 нм в водно-спиртовой среде с подкислением уксусной кислотой. Количество флавоноидов в пробе рассчитывали по калибровочному графику, построенному по рутину. Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Excel 2007.
Результаты исследования
В Республике Коми данный вид встречается в верхнем и среднем течении рек Лемвы, Кожима и Косью и на Северном Урале в бассейне реки Щугор [4, с. 556]. Изучение биологии P. fruticosa в условиях культуры в дендрарии Ботанического сада выявило высокие адаптивные свойства и декоративные качества данного растения. Ранее в наших работах подробно описаны результаты изучения P. fruticosa – редкого для Республики Коми вида [20; 21]. Установлено, что продолжительность онтогенетических состояний у P. fruticosa значительно уменьшается по сравнению с особями в природных популяциях [20, с. 31–32]. Вегетация растения начинается в первой декаде мая.
Определение содержания флавоноидов в сумме в фазе облиствения не выявило отличий между интродукционными образцами P. fruticosa, которая находилась в пределах от 7,85% до 8,42% (рис. 1).
Имеются данные, согласно которым ведущей в накоплении фенольных соединений является генетическая составляющая [17, с. 139–149]. Растения, привлеченные в интродукцию из различных мест произрастания, выращенные в одинаковых условиях, отличаются по комплексу фенольных соединений. Для определения возможности привлечения в коллекцию и использования в качестве источников флавоноидов местных образцов, во время цветения в экспедиционных условиях были взяты пробы природных образцов с долины реки Лемва, самого северного местонахождения в Европе.
Цветение у растений P. fruticosa в природе начинается с 7–12 годов жизни [22, с. 29–31], тогда как в культуре с первого-второго. В среднетаежной подзоне Республики Коми цветение P. fruticosa интродукционных образцов длительное, начиная с середины июня, массовое – в июле, августе и до конца сентября – начала октября наблюдаются единичные цветки [21, с. 160–161]. Данный вид характеризуется наличием полового полиморфизма, образуя обоеполые, женские и мужские цветки. В дендрарии Института биологии все интродукционные образцы представлены особями с обоеполыми цветками P. fruticosa в диаметре до 3,5 см собранными в соцветия (рис. 2). В пределах соцветия цветение последовательное в течение длительного периода, а отдельного цветка – в течение одного-пяти дней, в зависимости от погодных условий. Установлено, что половая структура природных популяций Интинского района гетероморфна. Встречаются как женские, так и мужские особи с преобладанием женских [3, с. 507].
Рисунок 2 – P. fruticosa во время цветения
Определение пула флавоноидов в цветках выявило их количество у интродукционных и природных образцов от 10,89% до 11,36% и от 10,3% до 12,2% соответственно (рис. 3). Достоверных отличий между образцами как интродукционных, так и природных не обнаружено. Это подтверждает, что в цветках важна стабильность химического состава для осуществления репродуктивных функций, это согласуется с данными Е.П. Храмовой [17, с. 124]. Высокое суммарное содержание флавоноидов в цветках как у природных, так и у интродукционных образцов указывает на их взаимосвязь с репродуктивными процессами.
Рисунок 3 – Суммарное содержание флавоноидов у P. fruticosa интродукционных и природных образцов в фазе цветения
Содержание флавоноидов в вегетативных частях одногодичных побегов в период цветения было достоверно выше у природных образцов и составляло от 11,27% до 12,98%. Условия выращивания интродукционных образцов сильно отличались от природных условий, в которых велась заготовка сырья, что и отразилось на сумме флавоноидов в вегетативных частях. Это согласуется с данными Е.П. Храмовой [17, с. 132–139], которая указывала, что содержание в сумме фенольных соединений у P. fruticosa увеличивалось по мере продвижения вида с юга на север, с высотой, а также с усилением инсоляции на фоне низких температур и косвенно подтверждает участие флавоноидов в адаптации растений к условиям окружающей среды, и в частности, являясь механизмом защиты от повреждения фотосинтетического аппарата. Содержание флавоноидов в цветках интродукционных образцов выше, чем в их вегетативных частях, в то время как у природного образцова № 4 разница между пулом флавоноидов в цветках и вегетативных частях менее заметна, а у образца № 5 вообще отсутствует. Целесообразно привлечь в коллекцию дендрария данные природные образцы в качестве источников флавоноидов и в дальнейшем проверить их содержание в условиях интродукции.
Начало массового плодоношения наступает с конца августа. Во время плодоношения в одинаковых условиях культуры наибольшее содержание флавоноидов 7,9% у образца № 1, среди других образцов достоверных отличий нет (рис. 4). Вероятно, это обусловлено их различным эколого-географическим происхождением.
Рисунок 4 – Суммарное содержание флавоноидов у P. fruticosa интродукционных образцов в фазе плодоношения
Заключение
В результате был определен пул флавоноидов в вегетативных частях и цветках природных образцов P. fruticosa, произрастающих в самом северном местонахождении в Европе, который составил от 11,27% до 12,98% и от 10,30 до 12,20% соответственно. Установлено, что сумма флавоноидов в вегетативных частях одногодичных побегов природных образцов в фазу цветения достоверно выше, чем в интродукционных. Природные условия, в которых велась заготовка сырья, характеризовались более суровым климатом, что и повлияло на пул флавоноидов, являясь ответной реакцией на условия произрастания вида. Достоверных отличий между пулом флавоноидов в цветках интродукционных образцов и природных не обнаружено. Разница в сумме флавоноидов в интродукционных образцах выявлена только в фазе массового плодоношения, которая была достоверно выше у образца № 1, что обусловлено их различным эколого-географическим происхождением. Становится целесообразным интродуцировать данные природные образцы P. fruticosa, произрастающие в самом северном местонахождении в Европе, которые могут стать перспективными сырьевым источниками флавоноидов, и продолжить их изучение.
Об авторах
Светлана Алексеевна Мифтахова
Институт биологии Коми научного центра УрО РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: mifs@ib.komisc.ru
кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела Ботанический сад
Россия, СыктывкарСписок литературы
- Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). Русское издание. СПб.: Изд-во Мир и семья, 1995. 992 с.
- Флора Восточной Европы. Т. Х / отв. ред. Н.Н. Цвелев. СПб.: Мир и семья; Изд-во СПХФА, 2001. 670 с.
- Тетерюк Л.В., Денева С.В., Бобров Ю.А., Рябинина М.Л., Мифтахова С.А. Характеристика популяции Pentaphylloides fruticosa (Rosaceae) в бассейне р. Лемва (Приполярный Урал) // Растительные ресурсы. 2013. Т. 49. С. 498–511.
- Красная книга Республики Коми. Сыктывкар: ООО «Коми республиканская типография», 2019. 768 с.
- Скупченко Л.А., Мишуров В.П., Волкова Г.А., Портнягина Н.В. Интродукция полезных растений в подзоне средней тайги Республики Коми (Итоги работы Ботанического сада за 50 лет; Т. III). СПб.: Наука, 2003. 214 с.
- Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав и использование; Семейства Hydrangeaceae – Haloragaceae. Л.: Наука, 1987. 326 с.
- Ганенко Т.В., Верещагин А.Л., Семенов А.А. Химический состав Potentilla fruticosa // Химия природных соединений. 1991. № 2. С. 285–286.
- Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. М.: Наука, 1993. 272 с.
- Harborne J.B., Williams C.A. Advances in flavonoid research since 1992 // Phytochemistry. 2000. Vol. 55. P. 481–504.
- Middleton E., Kandaswami C., Theoharides T.C. The effects of plant flavonoids on mammalian cells: implications for inflammation, heart disease, and cancer // Pharmacological Reviews. 2000. Vol. 52, № 4. P. 673–751.
- Гончикова С.Ч., Хобракова В.Б., Цыренжапова О.Д. Влияние сухого экстракта пятилистника кустарникового на состояние иммунной системы организма при экспериментальной иммунодепрессии, вызванной противотуберкулезными препаратами // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2001. Вып. 10. С. 29–31.
- Николаев С.М., Баханова Е.М., Ракшаина М.Ц., Николаева И.Г. Влияние экстракта из побегов Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz на течение экспериментальных дисбактериозов кишечника, вызванных сульфадиметоксином и изониазидом // Растительные ресурсы. 2001. Т. 37, вып. 1. С. 70–76.
- Николаев С.М., Баханова Е.М., Хобракова В.Б., Николаева И.Г. Иммуномодулирующее действие экстракта из побегов Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz при экспериментальном дисбактериозе // Растительные ресурсы. 2002. Т. 38, вып. 2. С. 109–113.
- Храмова Е.П., Комаревцева Е.К. Изменчивость флавоноидного состава листьев Potentilla fruticosa (Rosaceae) разных возрастных состояний в условиях Горного Алтая // Растительные ресурсы. 2008. Т. 44, № 3. С. 96–102.
- Шкель Н.М., Храмова Е.П., Кузаков Е.В., Волхонская Т.А., Триль В.М. Фенольные соединения Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz при интродукции // Химия в интересах устойчивого развития. 1997. Т. 5, № 1. С. 123–125.
- Храмова Е.П., Куценогий К.П., Ковальская Г.А., Чанкина О.В. Элементный состав листьев и цветков Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz различных экотипов, выращиваемых в Новосибирске // Растительные ресурсы. 2002. Т. 38, вып. 2. С. 85–91.
- Храмова Е.П. Род Pentaphylloides Hill (Rosaceae) Азиатской России (фенольные соединения, элементный состав в природе и культуре, хемотаксономия): дис. … д-ра биол. наук. Новосибирск, 2016. 437 с.
- Атлас Республики Коми по климату и гидрологии / отв. ред. А.И. Таскаев. М.: Изд-во «Дрофа», 1997. 115 с.
- Беликов В.В., Точкова Т.В., Шатунова Л.В., Колесник Н.Т., Баяндина И.И. Количественное определение основных действующих веществ у видов Hypericum L. // Растительные ресурсы. 1990. Т. 26, вып. 4. С. 541–578.
- Мифтахова С.А., Скроцкая О.В., Зайнуллина К.С. Биология редкого вида – Курильского чая (Pentaphylloides fruticosa) в культуре на Севере // Известия Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2017. Вып. 2 (30). С. 30–36.
- Мифтахова С.А., Скроцкая О.В. Особенности строения цветка Pentaphylloides fruticosa (L.) O. Schwarz при интродукции в среднетаежную подзону Республики Коми // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015. Т. 17, № 5. С. 160–163.
- Комаревцева Е.К. Онтогенез и структура ценопопуляций Pentaphylloides fruticosa (Rosaceae) Горного Алтая // Растительные ресурсы. 2005. Т. 41, вып. 1. С. 27–34.
Дополнительные файлы
