УДК 581.132.1 (571.1) Дымина Е.В.1, Баяндина И.И.1, Загурская Ю.В.2 1 ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», Новосибирск, Россия 2 ФГБУН Институт экологии человека СО РАН, Кемерово, Россия СОДЕРЖАНИЕ ХЛОРОФИЛЛА И ФЕНОЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В ЛИСТЬЯХ РАСТЕНИЙ ECHINACEA PURPUREA В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ Ключевые слова: хлорофилл, фенолкарбоновые кислоты, Echinacea purpurea (L.) Moench., эхинацея пурпурная. Эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea L. Moench) – травянистое многолетнее лекарственное растение официальной медицины. Траву, листья и соцветия эхинацеи используют для получения препаратов, повышающих неспецифическую резистентность к инфекции, и обладающих иммуностимулирующими свойствами (Самородов и др., 1996, Pietta, 1998, Стихин и др., 1995). Родина эхинацеи пурпурной – Северная Америка, где она широко выращивается. В настоящее время она культивируется в странах Европы, а также ведутся работы по интродукции ее в регионах Украины, Белоруссии и России (Самородов, Поспелов, 1999; Ельчининова и др, 2007; Кабушева, 2007; Міщенко, 2007; Никольская, 2008; Анищенко Л.В., Шилова, 2009). В культуру эхинацея пурпурная введена с 1692 года, однако, в России и в Сибири в частности появилась недавно. В Новосибирской, Кемеровской областях и на Алтае она успешно используется как декоративное и лекарственное растение в течение нескольких десятков лет. В течение сезона можно получить цветущие растения нормальных размеров, образующие к сентябрю зрелые семена. Однако возникают проблемы вымерзания и весеннего выпревания взрослых растений на 1-3 годы жизни. При этом посадки могут выпадать полностью. Нами выращивалась E. purpurea (сорт Пурпур, пакетированные семена фирмы ЗАО ССПП «Сортсемовощ»). Семена были высеяны в середине мая 2010 года в парники, глубина посева – 1 см. Всходы появились через 3 недели. Высадка растений в открытый грунт осуществлялась рядами (с междурядьями 70 см, расстояние между растениями – 50 см), в трех регионах Западной Сибири на опытных участках: Кузбасского ботанического сада ИЭЧ СО РАН (Учреждение Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека СО РАН, г. Кемерово); сада Мичуринцев НГАУ (ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет, г. Новосибирск); Горно-Алтайского ботанического сада (АЛТФ ЦСБС СО РАН «Горно-Алтайский ботанический сад», пос. Камлак). Посадки эхинацеи, сделанные нами, ввиду неблагоприятных условий вегетационного сезона 2010 года, не смогли благополучно развиться за один сезон и под зиму ушли в виргинильном состоянии. В ходе эксперимента по выращиванию эхинацеи пурпурной в 2010 году наиболее многочисленные и стабильные растения были получены в саду Мичуринцев НГАУ. Согласно полученным данным, эхинацея пурпурная хорошо адаптируется при выращивании на территории Новосибирской области (Чеботарева и др., 2011). Целью наших исследований было изучение содержания и соотношения хлорофиллов и фенолкарбоновых кислот в листьях Echinacea purpurea (L.) Moench. (эхинацея пурпурная). Количество хлорофилла в листьях растений влияет на их рост и продуктивность. Соотношение хлорофилла «a»/«b» является показателем устойчивости растений к неблагоприятным факторам (Андрианова и др. 2000; Минаева, 1989). Определение хлорофилла проводилось по общепринятой методике (Wintermans, 1965). При изучении 55
содержания фотосинтетических пигментов в листьях растений Echinacea purpurea (табл. 1) выяснено, что в оба года наименьшее содержание хлорофиллов наблюдалось в Камлаке в течение всей вегетации. Разница по годам была незначительная. Соотношение хлорофиллов «а»/«b», наоборот, в растениях из Камлака было самое большое. Таблица 1 Содержание и соотношение хлорофилла в листьях растений E. purpurea, выращенных в регионах Западной Сибири, мг/ г сырой массы Регион
2011 г. Хлорофилл «а» + «b»
1 сбор (вегетация) Камлак 0,99 Новосибирск 1,23* Кемерово 1,24* НСР 05 0,07 2 сбор (бутонизация) Камлак 0,85 Новосибирск 1,18* Кемерово 1,31* НСР 05 0,08 3 сбор (начало цветения) Камлак 0,85 Новосибирск 1,25* Кемерово 1,19* НСР 05 0,06 4 сбор (цветение) Камлак 1,01 Новосибирск 1,89* Кемерово 1,20* НСР 05 0,14 * - разница достоверна
2012 г.
Соотношение Хлорофилл хлорофилла «а» «а» + «b» «b»
Соотношение хлорофилла «а»/«b»
2,14 2,07 2,01 0,15
0,80 1,25* 1,30* 0,08
2,63 2,60 2,04* 0,14
2,11 1,13* 1,60* 0,06
0,94 1,59* 1,35 0,60
2,52 2,32* 2,12* 0,07
2,14 1,56* 1,15* 0,21
1,01 1,34* 1,27* 0,09
2,63 2,47* 2,46* 0,12
2,07 1,65* 1,19* 0,35
0,99 1,09 1,00 0,11
2,30 2,16 1,77* 0,14
В 2011 г. наибольшее количество хлорофилла в фазу бутонизации наблюдалось в растениях из Кемерово, а в дальнейшем – из Новосибирска. Показатели соотношения хлорофиллов «а»/«b» были такие же. В 2012 г. достоверной разницы по количеству хлорофилла в растениях эхинацеи пурпурной из Новосибирска и Кемерово не наблюдалось. Соотношение хлорофиллов «а»/«b» в растениях из Кемерово были достоверно ниже, чем в растениях из Новосибирска, кроме третьего сбора. В 2012 г. соотношение хлорофиллов «а»/«b» во всех регионах было больше, чем в 2011 г. Таким образом, в листьях растений эхинацеи пурпурной наибольшее содержание хлорофилла выявлено в условиях Новосибирска и Кемерово, а наибольшее соотношение хлорофиллов «а»/« b » в Камлаке. Основными действующими веществами эхинацеи пурпурной являются полисахариды и фенольные вещества. Фенольные вещества в основном представлены производными гидроксикоричных кислот, 70% от которых составляет цикориевая (2,3дикофеилвинная) кислота. Именно гидроксикоричные кислоты используются для 56
стандартизации сырья эхинацеи пурпурной как в Западной Европе, так и в России (Куркин и др., 1998). В ходе изучения содержания гидроксикоричных кислот в листьях растений E. purpurea получены следующие результаты (табл. 2). Таблица 2 Содержание гидроксикоричных кислот в листьях растений эхинацеи пурпурной, выращенных в разных регионах Западной Сибири, % 3 сбор 1 сбор 2 сбор 4 сбор Регион (начало (вегетация) (бутонизация) (цветение) цветения) 2011 год Камлак 2,79 2,22 2,67 2,88 Новосибирск 2,52 1,60* 2,14* 1,72* Кемерово 2,17 1,48 2,79 1,59* НСР 05 0,786 0,479 0,194 0,324 2012 год Камлак 2,55 1,53 2,14 1,48 Новосибирск 1,20* 1,30 1,03 0,78* Кемерово 1,32* 1,12 1,86 0,99* НСР 05 0,359 0,626 1,652 0,201 * - разница достоверна В 2011 году (в растениях второго года жизни), больше всего гидроксикоричных кислот содержится в растениях выращенных в Камлаке. Их количество убывает по регионам возделывания: Камлак > Новосибирск > Кемерово. Количество гидроксикоричных кислот в листьях эхинацеи пурпурной из Кемерово приближалось к образцу из Камлака только в третьем сборе, и было на 0,65% выше их содержания в растениях из Новосибирска. Полученные различия достоверны на 5% уровне. В течение всего вегетационного периода 2012 года содержание гидроксикоричных кислот в листьях растений из Камлака было достоверно больше, чем из Новосибирска и Кемерово в первый и последний сбор, хотя такая тенденция сохранялась на протяжении всей вегетации. Методы определения хлорофилла менее трудоемкие и затратные, чем фенольных соединений. Поэтому, мы решили проверить зависимость количественных показателей хлорофилла и гидроксикоричных кислот (табл.3). Содержание и соотношение хлорофиллов часто являются одними из показателей физиологической адаптации растений к условиям среды. Функции защиты от некоторых неблагоприятных факторов выполняют фенольные соединения. Установить степень влияния можно по наличию корреляции показателей содержания различных групп фенольных соединений и хлорофилла, особенно это касается действующих веществ (для эхинацеи – гидроксикоричных кислот) (табл. 3). Зависимость содержания гидроксикоричных кислот от хлорофилла «а» в листьях эхинацеи пурпурной отрицательная по всем сборам кроме одного. Наибольшие коэффициенты корреляции получены в 2011 году в фазы вегетации, бутонизации и начале цветения, в 2012 г. в фазу вегетации. Зависимость содержания гидроксикоричных кислот от хлорофилла «b» отрицательная по всем сборам. Наибольшие коэффициенты корреляции получены в 2011 году во все фазы, кроме начала цветения; в 2012 г. во все фазы, кроме бутонизации и начала цветения. Зависимость содержания гидроксикоричных кислот от суммы хлорофиллов «а»+«b» также отрицательная по всем фазам. 57
Таблица 3 Коэффициенты корреляции содержания гидроксикоричных кислот и хлорофилла у эхинацеи пурпурной Фазы развития Хлорофилл «а» Хлорофилл «b» Хлорофилл Соотношение «а»+«b» хлорофилла «а/b» 2011 год вегетация -0,647 -0,683* -0,666* 0,536 бутонизация -0,667* -0,844* -0,884* 0,730* начало -0,851* -0,099 -0,436 -0,077 цветение цветение -0,360 -0,791* -0,563 0,771* за все фазы -0,327 -0,584* -0,495* 0,493* 2012 год вегетация -0,949* -0,909* -0,964* 0,551 бутонизация -0,245 -0,288 -0,260 0,269 начало -0,436 -0,492 -0,455 0,708* цветения цветение 0,217 -0,618 -0,063 0,713* за все фазы -0,190 -0,441* -0,277 0,606* * - значима при 0,05% Наибольшие коэффициенты корреляции получены в 2011 году в фазы вегетации и бутонизации; в 2012 г. в фазу вегетации. Наиболее стабильными получились результаты корреляции с соотношением хлорофилла «а/b». В фазу вегетации в оба года коэффициенты корреляции были одинаковы (0,536 и 0,551). Еще большая зависимость прослеживается в фазу цветения (коэффициенты корреляции – 0,771 и 0,713). Рассчитав коэфициенты корреляции за все фазы, мы получили среднюю отрицательную зависимость содержания гидроксикоричных кислот от хлорофилла «b» и положительную от соотношения хлорофиллов «а/b» в листьях эхинацеи пурпурной в оба года. Конечно, необходимы дополнительные исследования, но если такая зависимость подтвердится, то возможно, определив содержание хлорофилла, можно будет делать приблизительную оценку количества гидроксикоричных кислот в листьях эхинацеи пурпурной. Библиография. 1. Андрианова Ю.С., Тарчевский И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. М.: Наука, 2000. 136 с. 2. Анищенко Л.В., Шилова Ж.Н. Интродукция эхинацеи пурпурной Echinacea purpurea (L) Moench в Ботаническом саду ЮФУ // Вестник ВГУ, Серия: Химия, биология. Фармация. 2009. № 2. С. 89-94. 3. Ельчининова О.А., Кудрявцева О.С., Стон Д.Б. Влияние глубины заделки семян и способов эксплуатации плантации на урожайность лекарственного сырья и семенную продуктивность эхинацеи пурпурной в низкогорьях Алтая // Вестник Алтайского университета. 2007. Т. 34. №8. С. 5-8. 4. Кабушева И. Н. Эколого-биологические особенности интродуцированных в условиях Беларуси представителей родов Echinacea Moench и Rudbeckia L.: Автореф. дис. ... к.б.н. Минск, 2007. 22 с. 5. Кириенко Н.Н., Терлеева П.С. Влияние техногенного загрязнения территории на содержание фотосинтетических пигментов в листьях лекарственных растений // Материалы международной заочной научной конференции «Проблемы современной аграрной науки»
58
6.
7.
8. 9. 10. 11.
12.
13.
14.
15.
16. 17. 18.
(15 октября 2009 г.) Красноярский государственный аграрный университет. Красноярск, 2009. С. 22. www.kgau.ru/img/konferenc/2009/22.doc. Куркин В.А., Авдеева О.И., Авдеева Е.В., Мизина П.Г. Количественное определение суммы гидроксикоричных кислот в надземной части Echinacea purpurea (L.) Moenh // Растит. ресурсы. 1998. Т. 34. Вып. 2. С. 81 - 85. Минаева В.Г. Теоретические и практические аспекты биохимического изучения лекарственных растений Сибири при интродукции // Ускорение интродукции растений Сибири: задачи и методы: Сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 1989. С. 97-103. Міщенко О. В. Біолого-екологічні особливості ехінацеї пурпурової (Echinacea purpurea (L.) Moench) в умовах Лісостепу України: Автореф. дис. ... к. с.-г. н: Київ. 2007. 20 c. Никольская Е.О.. Формирование высокопродуктивных агроценозов эхинацеи пурпурной в лесостепи Среднего Поволжья: Автореф. дис. ... к.с.-х.н. Пенза, 2008. 19 с. Самородов В.Н., Поспелов С.В. Эхинацея в Украине: полувековой опыт интродукции и возделывания. Полтава: «Верстка», 1999. С. 52. Самородов В.Н., Поспелов С.В., Моисеева Г.Ф., Середа А.В. Фитохимический состав представителей рода эхинацея и его фармакологические свойства // Химикофармацевтический журнал. 1996. Т. 30. №4.С. 32-37. Стихин В.А., Сенина Т.А., Алентьева О.Г., Климахин Г.И. Трава эхинацеи пурпурной новое лекарственное растительное сырье // Первый междунар. симпоз. «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования: Тез. докл. Пущино, 1995. С. 786-788. Чеботарева Н.А., Баяндина И.И., Загурская Ю.В., Дымина Е.В. Морфологические показатели эхинацеи пурпурной первого года жизни, выращенной в Новосибирской области // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: Материалы IX международного симпозиума. T. I. – М.: РУДН, 2011. С. 107-109. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растений/ Под ред. Павлиновой О.А. М., Наука, 1971. С. 154-170. Feng Q., Hu D., Li N. [Сравнительный анализ газообмена листьев и флуоресценции хлорофилла у Euonymus japonicus в полевом опыте в типично городских и пригородных зонах Пекина] // Shengtai xuebao = Acta ecol. sin. - 2009. - Vol. 29. - N 7. - P. 3477-3484. Lichtenhalter H.K., Wellburn A.R. Determination of total carotenoids and chlorophyll “a” and “b”leaf extracts in different solvent // Biochem. Soc. Trans. 1983. Vol. 11. P. 591-598. Pietta P., Mauri P., Bauer R. MEKC analysis of different Echinacea species // Planta Med. 1998. Vol. 64. N7. Р. 649-652. Wintermans J.F.G.M., De Mots A. Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol // Biochimica et Biophysica Acta - Biophysics including Photosynthesis. 1965. Vol. 109. I.2. P. 448-453.
59