На правах рукописи
Жамбалова Анна Александровна
РОД PEDICULARIS L. В ЗАБАЙКАЛЬЕ: ОСОБЕННОСТИ
НАКОПЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В
ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКОЛОГО-ФИТОЦЕНОТИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ.
03.00.05 - ботаника
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Улан-Удэ, 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» (ВСГТУ) Научные руководители: доктор биологических наук, проф.
Анцупова Татьяна Петровна;
доктор медицинских наук Шурыгина Юлия Юрьевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук Кашин Владимир Капсимович кандидат биологических наук Мазур Людмила Владимировна
Ведущая организация: Забайкальский государственный педагогический университет им. Н.Г. Чернышевского
Защита диссертации состоится « 15 » декабря 2009 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.022.03 при Бурятском государственном университете по адресу: 670000. Г. Улан-Удэ, ул.
Смолина 24 а, в конференц-зале.
Факс(3012)210588, e-mail [email protected], [email protected] C диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского государственного университета и на сайте БГУ www.bsu.ru,
Автореферат разослан «13 » ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Шорноева Н.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Проведение целенаправленных поисковых работ по изучению лекарственных растений и создание на их основе новых эффективных, экологически чистых препаратов является актуальным направлением. В настоящее время изучено около видов растений, многие из которых являются потенциальными источниками для получения новых растительных лекарственных средств, разнообразный спектр действия которых обусловлен комплексом биологически активных веществ, оказывающих многостороннее воздействие на различные звенья патологического процесса.
Литературные и оригинальные данные по химическому изучению, а также фармакологические исследования и достижения народной медицины (Чжуд ши, 2001; Passang 1998, Гаммерман, 1963, Блинова, Куваев,1965),свидетельствуют о перспективности практического применения растений рода Pedicularis, так как представители этого рода издавна используются в традиционной медицине как противовоспалительное, жаропонижающее, детоксикационное, диуретическое, желчегонное, ранозаживляющее средство, что обусловлено присутствием в их составе биологически активных веществ, характерных для данного рода – иридоидов, флавоноидов, фенилпропаноидных гликозидов.
В то же время фитоценотическая приуроченность видов р.
Pedicularis на территории Забайкалья практически не изучена, и совсем не проводились работы по выявлению биологически активных веществ представителей указанного рода в данном регионе. Поэтому углубленное изучение видов р. Pedicularis в геоботаническом и фитохимическом аспектах представляет несомненный интерес для решения вопросов рационального использования полезных растительных ресурсов, к числу которых относится р. Pedicularis.
Цель работы: Выявление взаимосвязи между накоплением биологически активных веществ у представителей р. Pedicularis и их эколого-фитоценотической приуроченностью на территории Забайкалья.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
Изучить эколого-фитоценотическую приуроченность видов р. Pedicularis в условиях Забайкалья.
Определить наличие биологически активных веществ и количественное содержание основных соединений (иридоидов, фенилпропаноидных гликозидов (фенилпропаноидов)). Установить возможность прогнозирования накопления иридоидов и фенилпропаноидов в зависимости от условий произрастания.
Выявить влияние эколого-фитоценотических факторов на накопление биологически активных веществ у видов р. Pedicularis.
экстрактов р. Pedicularis.
Научная новизна. Впервые на территории Забайкалья исследована фитоценотическая приуроченность 12 видов р. Pedicularis.
Определено cуммарное содержание основных биологически активных веществ: иридоидов и фенилпропаноидов в надземных органах 7 видов р.
Pedicularis и установлено влияние эколого-фитоценотических факторов на их накопление. Выявлена антиоксидантная активность сухих экстрактов 3 видов р. Pedicularis.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные данные об условиях произрастания 12 видов р. Pedicularis расширяют и дополняют сведения об адаптивных свойствах растительного организма в экстремальных условиях Забайкалья. Определение содержания биологически активных веществ в зависимости от фитоценотических факторов имеет значение для решения вопросов рационального использования полезных растений данного региона. Выявленная антиоксидантная активность сухих экстрактов 3 видов р. Pedicularis подтверждает целесообразность их применения в тибетской медицине.
Результаты фитохимических исследований могут быть использованы для создания новых лекарственных препаратов на основе видов р.
Pedicularis. Материалы диссертации могут применяться для проведения спецкурсов по изучению лекарственных и охраняемых растений в высших и средних учебных заведениях и школах.
Основные положения, выносимы на защиту:
Виды р. Pedicularis на исследуемой территории произрастают в разнообразных эколого-фитоценотических условиях, в составе луговой, болотной, степной, лесной растительности, что влияет на накопление иридоидов и фенилпропаноидов.
Виды р. Pedicularis являются перспективными растениями для дальнейшего более углубленного фармакологического и клинического исследования с целью возможного использования в качестве лекарственных средств.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на региональной научно-практической конференции «Флора, растительность, растительные ресурсы Забайкалья и сопредельных территорий » (Чита, 2005); на научной конференции преподавателей и аспирантов Восточно - Сибирского государственного технологического университета (Улан-Удэ, 2009); на международной научно-практической конференции «Проблемы озеленения городов Сибири и сопредельных территорий » (Чита, 2009), на XVI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов – 2009» (Москва, 2009).
Публикации. По материалам исследования опубликовано работ, в том числе одна в издании, рекомендуемом ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка используемой литературы, включающего 181 наименование отечественных и иностранных источников. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок и 7 таблиц.
Благодарности. Автор глубоко и искренне благодарен своим научным руководителям д.б.н., проф. Т.П. Анцуповой и д.м.н., Ю.Ю.
Шурыгиной за ценные советы и консультации; к.ф.н., с.н.с. ИОЭБ СО РАН Г.В. Чехировой за неоценимую помощь при проведении экспериментальных работ по фитохимическому исследованию;
сотрудникам кафедры «Неорганическая и аналитическая химия», ВСГТУ.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Природные условия района исследования В главе приводится характеристика природно-климатических условий района исследования: рельефа, климата, гидрографии, почвы и растительности.
Район исследования охватывает территорию Забайкалья:
Тункинская, Баргузинская котловины, Селенгинское среднегорье, Витимское плоскогорье, расположенные на юге Восточной Сибири.
Значительная протяженность с севера на юг, расположение во внутренних частях Азии, сложный, преимущественно горный характер рельефа, приводят к многообразию вариантов природных условий районов исследования.
Глава 2. Объекты, материал, методы исследования Объекты исследования 2.1.
Приводится систематическое положение и морфологическое описание 12 изучаемых видов р. Pedicularis: P. resupinata L., P. tristis L., P.
uliginosa Bunge, P. sceptrum-carolinum L., P. labradorica Wirsing, P.
rubens Stephan ex Willd, P. striata Pallas, P. fissa Turcz, P. karoi Freyn, P.
venusta (Bunge) Schangin ex Bunge, P. verticillata L. P.sudetica Willd.
subsp. interioroides Hulten.
Материал и методы исследований.
2.2.
Основой для работы послужили материалы, собранные автором в 2005, 2008, 2009 гг., на территории Забайкалья в 9 административных районах республики Бурятия (Окинский, Тункинский, Курумканский, Еравнинский, Баунтовский, Хоринский, Кабанский, Прибайкальский, Джидинский). Собран гербарный материал, включающий около листов, выполнено 80 полных геоботанических описаний растительности.
Для изучения фитоценотической приуроченности р. Pedicularis были использованы маршрутный и детально-маршрутный методы (А.И.
Толмачев, 1931, 1954, 1974, 1986). При классификации растительности применяли доминантно-детерминантный подход, сочетающий критерии флористической и эколого-фитоценотической классификаций, обоснованный во флорогенетической концепции Н.П. Овчинникова (1947), Р.В. Камелина (1979), Б.Б. Намзалова (1994).
Для фитохимического анализа растения собирали в фазу массового цветения, очищали от посторонних примесей (земли, песка), побуревших и почерневших частей, высушивали до воздушно-сухого состояния и измельчали до размера частиц 0,5 мм. Наличие биологически активных веществ в растениях определяли по общепринятым методикам (Ермаков, 1982; Гринкевич, Сафронич, 1983).
Анализу подвергали как надземную, так и подземные части видов р.
Pedicularis.
Для экстракции биологически активных веществ использовали этиловый спирт разных концентраций. Сгущение извлечений и отгонку растворителей проводили на водяной бане или с использованием роторно-пульсационного испарителя.
Исследование качественного состава флавоноидов проводили методом двумерной хроматографии; исследование качественного состава иридоидов и фенилпропаноидов проводили методом тонкослойной хроматографии. Системы растворителей подбирали экспериментально.
Суммарное содержание иридоидов в пересчете на каталпол определяли спектрофотометрическим методом, основанным на реакции Трим-Хилла (A.R. Trim, R. Hill, 1952), определение суммарного содержания фенилпропаноидов в пересчете на актеозид проводилось методом спектрофотометрии, основанном на реакции Арно (European pharmacopoeia 5.0, 2005). Определение оптической плотности растворов проводили на спектрофотометре Сecil CE 2011 в кювете с толщиной слоя 1 см.
Антиоксидантную активность экстрактов 3 видов р. Pedicularis определяли по общепринятой методике Г.И. Клебанова (1988).
использованием пакета программ Microsoft Excel 2000 и Statistica 6.0.
Глава 3. Фитоценотическая приуроченность видов рода Pedicularis экологический анализ видов р. Pedicularis Род Pedicularis насчитывает около 600 видов, распространенных преимущественно во внетропических областях северного полушария (от Арктики до Гималаев), главным образом в горах Восточной и Центральной Азии; несколько видов - в южном полушарии (в Андах, от Колумбии до Эквадора). В пределах бывшего СССР встречается видов. Значительное число видов насчитывается в Средней Азии (50) и в Сибири (41); на Дальнем Востоке — 22 вида, на Сахалине — 9, на Курилах — 10 видов. На территории Бурятии встречаются 24 вида.
За основу выявления ареалогической структуры р. Pedicularis в Забайкалье взята схема Л.И. Малышева и Г.А. Пешковой (1984).
Ареалогический анализ по соотношению ареалогических групп показал, что преобладающая часть видов обладает ареалами, расположенными в пределах Азии, лишь 2 вида: P. verticillata и P. sceptrum-carolinum относятся к евро-азиатскому ареалу, выходящему за пределы Азии (рис 1).
Рисунок 1. Ареалогическая структура р. Pedicularis в Забайкалье Ареалогические группы: ЮС- южносибирская, СА- североазиатская, ААамерикано-азиатская, ОА- общеазиатская, МД- маньчжуро-даурская, ЕАевроазиатская.
В качестве основы для анализа эколого-географической структуры р. Pedicularis в Забайкалье нами была использована схема подразделения состава флоры на флористические комплексы и пояснозональные группы, разработанная Л.И. Малышевым и Г.А. Пешковой (1984). Анализ, проведенный согласно этой схеме, показал, что наибольшее количество видов принадлежит высокогорному, лесному и степному флористическому комплексам, что легко объяснимо господством на изучаемой территории высокогорных и лесостепных участков, а также светлохвойной тайги, тогда как другие пояснозональные подразделения растительного покрова: собственно степи, луга и болота здесь имеют подчиненное значение (рис 2).
Рисунок 2. Эколого-географическая структура р. Pedicularis в Забайкалье Экологический анализ проводился на основе выделения групп растений по отношению к фактору увлажнения почвы. При характеристике мест обитания были использованы собственные наблюдения, а также, сведения, приведенные во флоре «Центральной Сибири» (1979) и во «Флоре Сибири» (1996). В составе видового спектра господствуют ксеромезофиты,меньше всего представлены мезоксерофиты и гигромезофиты, что указывает на то, что р. Pedicularis складывался в условиях пребореальных ландшафтов плиоцена и исторически тяготеет к лесостепному комплексу (рис 3).
Рисунок 3. Экологический анализ видов рода Pedicularis в Забайкалье 3.2. Фитоценотическая приуроченность видов рода Pedicularis Экотопическая приуроченность исследуемых видов р. Pedicularis на территории Бурятии распределяется следующим образом: наиболее хорошо род представлен в составе лугово-болотной растительности - видов: P. tristis, P. uliqinosa, P. verticillata, P. venusta, P. sceptrumcarolinum, P. interioroides,, в составе лесной растительности - 4 вида: P.
karoi, P. labradorica; P. resupinata P. fissa; в степной - P. rubens, P. striata (табл 1).
Экотопическая приуроченность р. Pedicularis в Забайкалье.
1 P. tristis 3 P. verticillata 4 P. venusta 5 P. sceptrum-carolinum 6 P. interioroides 7 P. karoi 8 P. labradorica 9 P. resupinata 10 P. rubens 11. P. fissa 12. P. striata P. fissa произрастает на убурах (остепненных лиственничниках) и входит в состав следующих сообществ: дриадово-патриниевое, дриадово-патриниево-тимьяновое, осоково-патриниево-проломниковое, мохово-осоковое, осоково-мятликовое, где образует 1 или 2 % от общей растительности при общем проективном покрытии (ОПП): 10-30%.
Pedicularis striata и P. rubens произрастают в злаковоразнотравной степи в составе житняково-осоково- тонконоговых ассоциаций, где образуют 2% от общей растительности при ОПП 40%.
P. venusta и P. resupinata встречаются на ерниковых лугах, ерниках в следующих ассоциациях: ерник осоковый, ивово-березовоерниковая, осоково-ерниковая, осоково-спирейно-ерниковая. При ОПП 90% занимают 1-2% от общего числа видов.
P fissa, P. karoi, P. labradorica входят в состав лесной растительности и встречаются в следующих фитоценозах: хвощовобрусничный лиственничник, закустаренный березово-лиственничный лес, закочкаренный зеленомошный лиственничник с Caragana jubata, лиственнично-осиновый лес. В данных фитоценозах преобладают следующие ассоциации: злаково-осоково-горькушный лиственничник, осоково-мятликовый лиственничник, разнотравно-осоковый лиственничник, хвощово-брусничный лиственничник, вейниковобрусничный лиственничник, где при ОПП 60-80% мытники занимают либо 3% от общего числа.
P. tristis, P.uliqinosa, P.verticillata, P.venusta, P.sceptrum-carolinum, P. interioroides встречаются на лугах в следующих фитоценозах:
злаково-хвощовый луг, осоково-злаковый луг, осоково-подорожниковогорькушный луг, осоково-заболоченный луг, ерниковый луг. Здесь они входят в состав следующих ассоциаций: осоково-горошковобузульниковая, осоково-хвощово-мытниковая, осоково-мытниковая, осоково-разнотравная, хвощово-осоковая, ерниково-осоковая, осокововейниково-разнотравная, кровохлебково-осоковая, где при ОПП 80-90% данные мытники занимают 4-6 % от общего числа видов.
Таким образом, природные условия районов исследования, сложное геоморфологическое строение, резко-континентальный климат, влияние многолетней мерзлоты на почвенный покров отражаются на характере растительных сообществ, в состав которых входят и выявленные нами виды р. Pedicularis. Результаты изучения фитоценотической приуроченности видов Pedicularis в экстремальных условиях Забайкалья имеют практическое значение для решения вопросов рационального использования растительных богатств данного региона.
Глава 4. Фитохимическое исследование некоторых видов 4.1. Перспективы изучения и химический состав представителей рода Pedicularis Представители р. Pedicularis широко известны в народной и традиционной тибетской медицине. При изучении данных современной литературы по фармакотерапевтической эффективности различных извлечений и индивидуальных соединений из растений р. Pedicularis (Каримова, 1974; Говоров, 1995; Ghisalberti, 1998) установлено, что для них, в основном, характерно наличие противовоспалительной, жаропонижающей, детоксикационной, диуретической, желчегонной, ранозаживляющей активности. Указанные фармакологические свойства из растений р. Pedicularis обусловлены присутствием в их составе характерных для данного рода соединений – иридоидов, фенилпропаноидов, флавоноидов. Таким образом, растения рода Pedicularis являются ценными перспективными видами для дальнейшего более углубленного изучения..
Определение биологически активных веществ в Pedicularis 4.2.
Для фитохимического анализа были взяты 7 видов р. Pedicularis:
P. striata, P. resupinata, P. karoi, P. tristis, P. venusta, P. verticillata, P.
sceptrum-carolinum. Во всех указанных видов обнаружены дубильные вещества, алкалоиды, сапонины, кумарины, флавоноиды, иридоиды, фенилпропаноидные гликозиды. Затем было определено количественное содержание иридоидов и фенилпропаноидов (табл. 2).
Среднее содержание суммы иридоидов и фенилпропаноидов в видах р. Pedicularis для Забайкалья, % к массе абсолютно-сухого сырья.
P. resupinata P. karoi P. tristis P. venusta P. verticillata P.sceptrum-carolinum. 0,008±0,001 3,29±0, P. striatа Наибольшее содержание иридоидов было обнаружено в P. karoi, фенилпропаноидов в P. venusta; наименее богат иридоидами P.sceptrumcarolinum, фенилпропаноидами P. tristis.
Влияние фитоценотических факторов на накопление иридоидов и фенилпроопаноидов в видах р. Pedicularis На примере P. striata, P. karoi, P.resupinata определено содержание иридоидов и фенилпропаноидных гликозидов в зависимости от различных эколого-фитоценотических факторов (табл 3).
Полученные данные показывают, что большее содержание иридоидов и фенилпропаноидов отмечено в надземных органах P. striata, а меньшее у P. karoi, что объясняется их произрастанием в различных эколого-георафических условиях, накладывающих отпечаток на характер исследуемых фитоценозов. Распределение по органам происходит следующим образом: иридоиды накапливаются в соцветиях и листьях в больших количествах у всех трех видов мытника и в меньших - в стеблях и корнях. Для фенилпропаноидных гликозидов распределение по органам отличается только тем, что большее их количество содержится в листьях, затем в соцветиях, а меньшее – также в стеблях и корнях.
Накопление суммы иридоидов некоторыми видами р. Pedicularis в различных органах, % к массе абсолютносухого сырья.
P. striata P. resupinata Примечание: 1)в корнях P. resupinata содержание суммы иридоидов не определяли, ввиду их следового количества, 2) у P.karoi суммарное содержание иридоидов и фенилпропаноидов в соцветиях и листьях определяли совместно из-за их затрудненного расчленения.
Зависимость содержания иридоидов и фенилпропаноидов от экотопической приуроченности прослежена на примере P. resupinata (табл 4).
Зависимость содержания иридоидов и фенилпропаноидов от экотопической приуроченности P. resupinata, % к массе абсолютносухого сырья Опушки Баунтовский 0,005±0,001 2,14±0, лиственнично – район, местность лиственнично- Байсы соснового леса, заросли Курумканский 0,017±0,001 4,06±0, кустарников, район, местность вдоль лесных Замыс дорог.
Пойменные Тункинский район, 0,035±0,002 1,37±0, луга, берега окр. с. Харбяты рек, остепненный луга.
Заболоченные Прибайкальский 0,025±0,001 2,88±0, Полученные данные показывают, что P. resupinata, произрастающий в Кабанском районе в лиственнично-сосновом лесу, отличается значительно большим содержанием фенилпропаноидных гликозидов (6,80%)и иридоидов (0,027) по сравнению с образцами из других местообитаний, исключение составляет образец из Тункинского района, произрастающий в пойменном луге, в котором сумма иридоидов оказалась большей (0,035%), чем у P. resupinata, собранного в лиственнично-сосоновом лесу. В то же время в этом образце (Тункинский район, окр. с. Харбяты) оказалось наименьшее содержание суммы фенилпропаноидов (1,37%) по сравнению с другими.
Для выявления взаимосвязи содержания иридоидов и фенилпропраноидов от мест произрастания мы использовали нормированные показатели содержания этих соединений. Нормировка проведена по отношению к максимуму содержания каждой группы, выражена в долях единицы. Полученные данные показывают, что при снижении содержания иридоидов в образце увеличивается содержание фенилпропаноидов.
«