Морфобиологическая и биохимическая характеристика растений Tanacetum vulgare L. в условиях культуры

Полный текст

Введение

Пижма обыкновенная Tanacetum vulgare L. – многолетнее травянистое растение из семейства Asteraceae, имеет евро-азиатский тип ареала. Распространена в лесной и лесостепной зонах практически по всей европейской части России. Растет на заброшенных залежных землях, мусорных местах, у дорог. [1, с. 280]. В Республике Коми встречается почти повсеместно. Растет на пойменных злаково-разнотравных лугах, песчаных берегах рек, опушках, мусорных местах [2, с. 181].

Пижма обыкновенная как лекарственное растение известна была еще в средние века [3, с. 292]. Собранные в начале цветения и высушенные корзинки широко используются в народной медицине разных стран и научной медицине как желчегонное средство при гепатитах и антигельминтное средство (аскариды, острицы). Препарат Танацехол разрешен к применению в медицинской практике [4, с. 424; 5, с. 82]. Трава содержит 0,1–0,3% эфирного масла, в состав которых входят β-туйон (до 47%), а-туйон, камфора, борнеол, пинен, туйол. Кроме того, в соцветиях найдено значительное количество флавоноидных соединений, фенолкарбоновые кислоты, дубильные вещества, горечи и др. [1, с. 280; 6, с. 329]. Все официнальные растения по токсико-фармакологическому эффекту делятся на три группы. Пижма обыкновенная относится к группе «б», растения которой рекомендуются для фитотерапии с ограничениями и назначаются курсом не более 5–7 дней. Препараты пижмы противопоказаны беременным женщинам и детям младшего школьного возраста [7, с. 161].

Промышленные запасы лекарственного сырья дикорастущих растений пижмы обыкновенной значительно превышают потребности в нем медицины (280 т в год). Однако в связи с ухудшением экологической обстановки и ввиду особенности местообитания растения, вид относится к группе сорно-полевых растений, сбор лекарственного сырья в подавляющем большинстве дикорастущих ценопопуляций (вблизи дорог, придорожные канавы, сорные места и др.) строго запрещен. Все чаще возникает необходимость поиска экологически чистых районов заготовки лекарственного сырья с максимальным содержанием биологически активных веществ. В связи с этим выращивание пижмы обыкновенной в культуре достаточно актуально.

В настоящее время биология и биохимия растений пижмы обыкновенной в условиях культуры исследованы недостаточно. Сведения по интродукции и химическому составу пижмы обыкновенной в разных регионах России носят фрагментарный характер [8, с. 11; 9, с. 121; 10, с. 76; 11, с. 8]. В результате первичного интродукционного изучения данного вида в коллекции лекарственных растений ботанического сада Института биологии пижма обыкновенная отнесена к перспективным лекарственным растениям для выращивания в Республике Коми [12, с. 115; 13, с. 26].

Цель работы – изучение сезонного развития и морфологических особенностей Tanacetum vulgare разного географического происхождения в условиях культуры, определение содержания и компонентного состава эфирного масла надземной фитомассы.

Методы и объекты исследований

Исследования проводили в 2006–2017 гг. в Институте биологии Коми НЦ УрО РАН, регистрационный номер 507428 (г. Сыктывкар, подзона средней тайги). Объектами исследований являлись растения девяти образцов Tanacetum vulgare разного географического происхождения, из них семь образцов выращивали в условиях культуры коллекционного питомника, а два дикорастущих образца были собраны для сравнения биоморфологии побега и химического состава в природных популяциях Сыктывдинского района Республики Коми и городской черты Сыктывкара. В коллекции лекарственных растений изучали пять образцов Tanacetum vulgare, семена которых были получены по обменным спискам (делектусам) из других ботанических садов России и зарубежья: Благовещенск, Казань, Чебоксары, Осло (№ 909), Осло (№ 910) и два образца, перенесенных живыми растениями из природных популяций Усть-Куломского и Усть-Цилемского районов Республики Коми.

Исследования проводили по общепринятым методикам [14, с. 7; 15, с. 6]. Морфологические признаки генеративного побега изучали в фазу цветения. Амплитуда изменчивости девяти признаков оценивалась по эмпирической шкале С.А. Мамаева [16, с. 4]. Семена измеряли с помощью стереоскопического микроскопа МССО. Фитомассу лекарственного сырья (флоральную часть побега) изучали в фазу цветения на многолетних растениях. Средние пробы на воздушно-сухое сырье отбирали в трех повторностях и сушили в проветриваемом помещении при постоянной температуре. Полученные данные статистически обработаны [17]. Определение практического выхода эфирного масла (ЭМ) из соцветий многолетних растений проводили в фазу цветения в 2016 г. методом паро-гидродистилляции из свежеотобранного сырья с применением насадки Клевенжера в течение 3,5 ч. В качестве растворителя ЭМ насадки Клевенжера использовали пентан осч. Определение массовой доли индивидуальных соединений в составе ЭМ выполняли методом капиллярной ГЖХ на аналитической системе «Кристалл 2000М». Химическая структура терпеноидов была определена на основании данных ГХ-МС анализа на спектрометре «TRACE DSQ» корпорации «Thermo Electron».

Обсуждение результатов

Пижма обыкновенная в условиях культуры размножается как семенами, так и вегетативным путем. Растения пижмы обыкновенной из природных популяций Республики Коми перенесены в коллекцию делением куста на части. Растения из других ботанических садов выращены из семян. Изучены два срока высева семян: летний и осенний. Положительные результаты получены лишь при посеве семян 16–26 июня на подготовленные делянки. Тип плода пижмы – семянка: невскрывающийся односемянный плод с кожистым околоплодником, легко отделяющимся от семени [18, с. 289]. Семена мелкие, светочувствительные, поэтому их надо высевать поверхностно, без заделки в почву и с обязательным прикатыванием, допустимо заглубление до 0,3 см. При посеве семян на глубину 1,5–2,0 см они не прорастали. Прорастание растений пижмы происходит очень медленно: начало – на 21–25, массовое – на 33–38 день. В год посева к концу сезона пижма образует загущенные посевы и формируют розетку листьев 3–9 см. На второй год необходима пикировка. Растения пересаживали в июне на другой участок с площадью питания 0,16 м². Зимостойкость растений первого и последующих лет жизни высокая. Регулярное цветение и плодоношение растений начинается со второго года жизни. В 2015 и 2017 гг. проведены сравнительные исследования роста, развития и биоморфологии на многолетних растениях пижмы обыкновенной разного географического происхождения. Растения, выращенные из семян, формировали кусты из 10–15 генеративных побегов, краевые растения из Благовещенска и Осло (№ 910) состояли из 72–106 побегов и формировали куртину максимальных размеров (до 1 м в диаметре). Растения пижмы обыкновенной, перенесенные из природы в коллекцию, через два-три года формировали куртины из 17–25 генеративных побегов, укороченных и удлиненных вегетативных побегов нет. Начало вегетации многолетних растений пижмы обыкновенной отмечается в мае, сразу после схода снега с участка. Ранней весной (2015 г.) вегетация началась 2 мая, поздней (2017 г.) – 16 мая (табл. 1). В 2015 г. было отмечено, что образцы пижмы обыкновенной разного географического происхождения зацветали в разное время.

По срокам вступления растений в фазу начала цветения нам удалось выделить образцы и разделить их условно на четыре фенологические группы: ранние, средние, более поздние и поздние. Самыми первыми в коллекции, 18 июня, на 48 день от начала вегетации, зацвели растения из Усть-Цилемского района, который находится на севере Республики Коми. Затем с интервалом в 5–7 дней зацветали другие образцы. Образец из Благовещенска зацвел последним, 9 июля, на 22 дня позднее образца из Усть-Цильмы. В 2017 г. фазы развития отмечались позднее: бутонизация – в первой-второй декадах июля, начало цветения – во второй-третьей декадах июля (табл. 1). Здесь мы могли наблюдать лишь две фенологические группы. Ранний образец из Усть-Цильмы зацвел первым, 16 июля, на 28 дней позднее, чем в 2015 г. В эти же сроки (17 и 19 июля) зацвели растения еще двух образцов: Осло (№ 909) и Усть-Кулома. Разница по сумме эффективных температур воздуха между образцами из Усть-Цильмы и Благовещенска составила 189 ⁰С. В фазу массового цветения растения вступали в 2015 г. в первой половине июля, в 2017 г. – в третьей декаде июля – первой декаде августа. Конец цветения растений пижмы обыкновенной ранних образцов был приурочен в 2015 г. к третьей декаде июля, средних и поздних – к первой декаде августа. В 2017 г. ранние образцы заканчивали цвести в конце августа, поздние – в первой декаде сентября. Вегетационный период у ранних образцов пижмы обыкновенной составлял 34–37 дней в 2015 г. и 40–44 дня в 2017 г. Одновременно с массовым цветением растений начинается и фаза плодоношения. Начало плодоношения в 2015 г. у ранних образцов пижмы отмечали в первой декаде июля, поздних – в третьей декаде июля. В 2017 г. эта фаза сместилась у всех образцов почти на месяц и отмечена в августе. Период плодоношения значительно растянут и составляет у разных образцов 44–52 дня. Вегетационный период у ранних образцов пижмы обыкновенной составлял 116–121 дней в 2015 г. и 128 дней в 2017 г., поздних образцов 137 и 138 дней соответственно.

 

Таблица 1 – Сроки наступления фенологических фаз Tanacetum vulgare разного географического происхождения в условиях культуры Республики Коми

Происхождение образца	Годы	Начало вегетации	Массовая бутонизация	Цветение			Плодоношение
				Начало	Массовое	Конец	Начало	Массовое
Усть-Цильма	2015 2017	02.05 16.05	12.06 07.07	18.06 16.07	24.06 18.07	21.07 24.08	09.07 07.08	25.08 20.09
Осло (№ 909)	2015 2017	02.05 16.05	15.06 07.07	24.06 17.07	02.07 25.07	30.07 25.08	16.07 07.08	28.08 20.09
Усть-Кулом	2015 2017	02.05 16.05	24.06 14.07	01.07 19.07	08.07 27.07	05.08 30.08	19.07 12.08	30.08 20.09
Чебоксары	2015 2017	02.05 16.05	24.06 15.07	02.07 25.07	09.07 02.08	06.08 06.09	26.07 20.08	15.09 30.09
Казань	2015 2017	02.05 16.05	28.06 17.07	06.07 26.07	14.07 04.08	10.08 06.09	28.07 20.08	15.09 30.09
Осло (№ 910)	2015 2017	02.05 16.05	30.06 17.07	08.07 26.07	15.07 04.08	12.08 06.09	28.07 20.08	15.09 30.09
Благовещенск	2015 2017	02.05 16.05	30.06 15.07	09.07 26.07	15.07 04.08	12.08 06.09	31.07 20.08	15.09 30.09
В условиях культуры Оренбургской области		24.04	3.07	18.07	29.07	20.08	26.08	04.09

 

Сбор плодов, которые долго не осыпаются с побегов, происходит уже в сентябре. Плоды пижмы – мелкие зеленовато-серые продолговатые ребристые семянки, 1,7–1,9 мм длиной, 0,5–0,7 мм шириной и массой 1000 шт. 0,12–0,22 г. В условиях культуры все изучаемые образцы сохраняли качества, присущие для дикорастущих растений: невысокие показатели энергии прорастания, 20–39% и лабораторной всхожести плодов, 38–56%. Самосев растений пижмы в условиях коллекционного питомника небольшой и отмечен на расстоянии 0,5–1,5 м от посадок у образцов из Осло (№ 910), Благовещенска и Казани, выращенных из семян. У природных образцов пижмы из Усть-Кулома и Усть-Цильмы, перенесенных в коллекцию небольшими куртинами, самосев не обнаружен.

Исследования А.А. Кочуковой [11, с. 8] по фенологии данного вида в условиях культуры Оренбургской области показывают, что многолетние растения пижмы обыкновенной начинают вегетацию в конце апреля, а плодоносят в начале сентября, при этом фаза цветения отмечается во второй декаде июля, как у наших ранних образцов в 2017 г. Период цветения длится 34 дня, а период вегетация – формирование зрелых плодов – 134 дня, что совпадает с данными по Республике Коми (табл. 1).

Рост побегов в высоту у растений пижмы обыкновенной наблюдается до фазы массового цветения. Максимальные среднесуточные приросты до 2,6–3,6 см отмечены в период бутонизации. Наибольшая высота генеративных побегов составляла 109–131 см в зависимости от происхождения образца и метеоусловий сезона.

Морфологические признаки генеративного побега у разных образцов растений определялись в фазу цветения. Как в условиях культуры, так и в природе пижма обыкновенная формирует многочисленные, прямостоячие, в верхней части ветвящиеся, побеги диаметром 0,4–0,6 см. Листья очередные, продолговатые, дваждыперисторассеченные, зубчатые или цельнокрайние, нижние на длинном черешке, остальные – сидячие. Число листьев у разных образцов варьирует от 13 до 26 шт. на побег, длина развитого листа 12,3–11,7 см, ширина 8,3–11,7 см (табл. 2). Все перечисленные признаки: высота и диаметр побега, число и размеры листьев характеризовались очень низкими, низкими и средними показателями коэффициента вариации (2–19%), что говорит о стабильности этих признаков. Исключением являлся образец из Осло (№ 909) размеры листьев которого отличались очень высоким уровнем изменчивости (43–47%).

Флоральная часть побега начинается с 10–15 стеблевого листа и состоит из 5–11 боковых осей (генеративных побегов второго порядка) 5–19 см длиной. Длина флоральной части побега (соцветия) у разных образцов варьирует от 17 до 28 см. Цветочные корзинки округлые, плоские, желтые, состоящие из трубчатых цветков, собраны в щитковидное соцветие. По классификации Т.В. Кузнецовой с соавторами [19, с. 94], соцветие пижмы обыкновенной – щитковидная метелка, состоящая из главной оси, завершающейся корзинкой, и некоторого числа боковых осей (паракладиев), которые также заканчиваются корзинками. Число корзинок варьировало от 27 до 112 шт. на побег. Максимальные показатели отмечены у природных образцов из Усть-Куломского, Сыктывдинского района и Сыктывкара, минимальные – у образцов из Чебоксар и Благовещенска. Диаметр корзинок изученных образцов варьировал от 0,6 см у растений из Благовещенска и Чебоксар, до 1,2 см у растений из Усть-Цильмы и отличался повышенным уровнем изменчивости. У остальных образцов этот показатель составлял 0,7–0,8 см и характеризовался низким и средним уровнем изменчивости. У большинства образцов изменчивость параметров, характеризующих флоральную часть побега: длина соцветия, число паракладиев и корзинок, – варьировала на высоком и очень высоком уровне, что создает реальные условия для отбора улучшенной популяции по этим признакам.

 

Таблица 2 – Морфологические признаки генеративного побега Tanacetum vulgare в природе и культуре, 2015 г.

Образцы	Высота, см	Диаметр побега, см	Число листьев, шт.	Длина листа, см	Ширина листа, см	Длина соцветия, см	Число боковых осей, шт./побег	Число корзинок, шт./побег	Диаметр корзинки, см
Сыктывдинский р-н РК	131 ± 6	0,6 ± 0,08	26 ± 1,3	12,9 ± 0,5	8,3 ± 0,5	21 ± 6	11 ± 0,9	71 ± 21	0,7 ± 0,03
Сыктывкар	119 ± 3	0,5 ± 0,03	21 ± 0,7	15,2 ± 0,4	8,3 ± 0,2	18 ± 3	8 ± 1,0	67 ± 7	0,8 ± 0,03
Усть-Кулом	116 ± 4	0,5 ± 0,04	25 ± 0,7	15,0 ± 0,4	9,6 ± 0,3	17 ± 1	10 ± 0,6	112 ± 15	0,8 ± 0,03
Усть-Цильма	111 ± 5	0,5 ± 0,03	17 ± 1,2	15,5 ± 0,7	11,7 ± 0,6	28 ± 4	9 ± 0,6	47 ± 5	1,2 ± 0,03
Благовещенск	112 ± 2	0,4 ± 0,04	13 ± 0,3	13,5 ± 0,5	8,5 ± 0,3	22 ± 1	5 ± 0,4	28 ± 2,3	0,6 ± 0,02
Казань	109 ± 3	0,5 ± 0,02	13 ± 0,2	15,1 ± 0,4	11,0 ± 0,3	20 ± 2	7 ± 0,6	40 ± 4	0,8 ± 0,04
Осло (№ 909)	109 ± 2	0,6 ± 0,03	19 ± 0,7	12,3 ± 0,8	8,3 ± 0,6	20 ± 2	8 ± 0,7	48 ± 7	0,7 ± 0,03
Осло (№ 910)	113 ± 4	0,5 ± 0,01	14 ± 1,0	17,7 ± 0,7	11,7 ± 0,4	26 ± 2	8 ± 0,7	52 ± 3	0,8 ± 0,03
Чебоксары	112 ± 1	0,5 ± 0,1	14 ± 1,1	15,2 ± 0,8	9,8 ± 0,3	22 ± 1	5 ± 0,4	27 ± 4	0,6 ± 0,02
Cᵥ, %	2–9	10–12 (18)	5–18	9–16 (43)	6–19 (47)	22–54 (8–13)	21–34 (13–19)	30–59 (10–19)	20–25 (12)

 

Показатели сырой сырьевой фитомассы флоральной части побега варьировали у образцов от 7,2 до 16,8 г, воздушно-сухой от 2,2 до 4,7 г.

Эфирное масло пижмы обыкновенной – подвижная маслянистая жидкость светлой лимонной окраски. Практический выход ЭМ в надземной фитомассе пижмы обыкновенной составило 0,16–0,24%. При исследовании компонентного состава ЭМ пяти образцов пижмы обыкновенной разного географического происхождения в течение одного вегетационного сезона идентифицировано 42 соединения. Качественный состав ЭМ достаточно стабилен. Основными компонентами ЭМ пижмы обыкновенной являются: борнеол (до 67,0%), борнилацетат (до 42,8%), β-туйон (до 19,5%), t-карвеол (до 19,2%), терпинеол-4 (до 17,1%), пинокарвон (до 12,2%), камфен (до 6,7%), m-цимен (до 4,5%), спатуленол (до 4,3%), фелландрен (до 4,0%), цинеол (до 3,4%), L-терпинеол (до 3,0%), миртенол (до 2,3%), α-туйон (до 2,0%). Следует отметить, что исследуемые образцы различались между собой по количественному составу основных компонентов ЭМ. В трех образцах из пяти преобладал борнеол (23,0–67,0%). У растений из Усть-Кулома основными компонентами являлись борнеол (67,0%), терпинеол (3,0%) и β-туйон (2,3%), остальные соединения, в отличие от других образцов, составляли небольшие значения (0,1–1,2%). Дикорастущий образец, собранный в черте г. Сыктывкара отличался также очень высоким содержанием борнеола (43,6%), а также высокими показателями β-туйона (19,5%) и α-туйона (2,0%), кроме того в нем обнаружен карвеол (3,8%). Образец из Осло (№ 910) характеризовался высокими показателями борнеола (23,0%), карвеола (19,2%), пинокарвона (12,2%) и β-туйона (6,3%). Растения из Усть-Цильмы и Казани с преобладанием борнилацетата 42,8 и 27,5% в составе эфирного масла, кроме того, имели высокие значения β-туйона (7,7–12,7%), а различались между собой по содержанию борнеола, 16,1 и 1,0% соответственно. Все образцы содержали в своем составе α- и β-туйоны. Наибольшим содержанием этих соединений отличался дикорастущий образец из Сыктывкара: 2,0 и 19,5% соответственно, наименьшим – коллекционный образец из Усть-Кулома 0,1 и 2,3% соответственно.

Выводы

Результаты интродукционного изучения разных образцов Tanacetum vulgare в подзоне средней тайги Республики Коми позволяют отметить следующее.

В условиях культуры пижму обыкновенную возможно размножать семенами и вегетативно (делением корневищ на части). Выявлено, что оптимальным сроком является раннелетний посев семян в открытый грунт поверхностно, без заделки, с обязательным прикатываем почвы. На второй год растения пересаживают на постоянное место с площадью питания 0,16 м².

В год посева растения пижмы обыкновенной только вегетируют. Регулярное цветение и плодоношение наступает со второго года жизни. Установлено, что в условиях коллекционного питомника растения характеризуются высокой зимостойкостью, устойчивостью и долголетием. Растения 12-летнего возраста, выращенные из семян (2006 г.) и многолетние растения, перенесенные вегетативным путем из природных популяций Республики Коми (2007 г.) в 2017 г., находились в средневозрастном генеративном онтогенетическом состоянии и не проявляли признаков старения.

Изучение сезонного развития пижмы обыкновенной разного географического происхождения показало, что в условиях культуры растения сохраняют ритмические процессы, характерные для природных. По срокам вступления растений в фазу цветения выявлены две фенологические группы образцов: ранние и поздние. Выявлено, что растения пижмы обыкновенной отличаются достаточно длительным периодом цветения (34–44 дня) и плодоношения (44–52 дня). Период вегетации варьирует по годам от 116 до 138 дней и совпадает для изучаемого вида с данными по Оренбургской области (134 дня). Максимальные показатели среднесуточного прироста растений в высоту до 2,6–3,6 см отмечены в период бутонизации, а высоты побегов до 109–131 см – в фазу массового цветения.

Растения пижмы обыкновенной разного географического происхождения сохраняли качества, присущие дикорастущим растениям, и формировали плоды с достаточно невысокими показателями энергии прорастания (20–39%) и лабораторной всхожести (38–56%). Полевая всхожесть плодов была еще ниже, в пределах 20–30%. Небольшой устойчивый самосев отмечен на делянках с образцами, размноженных семенами.

Сырая фитомасса надземной части побега, являющаяся лекарственным сырьем у растений пижмы обыкновенной, варьирует по образцам от 7,2 до 16,8 г, воздушно-сухая фитомасса – от 2,2 до 4,7 г. Содержание эфирного масла в надземной фитомассе составляет 0,16–0,24%. В ЭМ идентифицировано 42 соединения, среди которых выделено 14 компонентов с содержанием более 2% от суммы всех веществ. У всех образцов растений, произрастающих и выращиваемых в условиях подзоны средней тайги, выявлено в ЭМ высокое содержание борнеола, борнилацетата и β-туйона, но они различались между собой по количественному составу основных компонентов.

Анализ изменчивости морфологических параметров генеративного побега пижмы обыкновенной показал, что признаки, характеризующие флоральную часть побега, у разных образцов варьируют в популяциях на высоком и очень высоком уровнях (Cᵥ 22–59%), что создает реальные условия для отбора улучшенной популяции.

Полученные результаты по интродукции растений пижмы обыкновенной в условиях среднетаежной подзоны Республики Коми позволяют рекомендовать данный вид к возделыванию в качестве лекарственного растения.

Об авторах

Надежда Васильевна Портнягина

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

Email: portniagina@ib.komisc.ru

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, старший научный сотрудник отдела Ботанический сад

Россия, Сыктывкар

Эльмира Элизбаровна Эчишвили

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

Email: elmira@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

Марина Геннадьевна Фомина

Институт биологии Коми научного центра УрО РАН

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

старший лаборант-исследователь отдела Ботанический сад

Россия, Сыктывкар

Список литературы

Дополнительные файлы