Динамика накопления гидроксикоричных кислот растениями Echinacea purpurea в различных условиях водообеспечения

Хасанова З.М., Хасанова Л.А, Наумов Л.Г., Заманова Н.А.

Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы, г. Уфа

ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ ГИДРОКСИКОРИЧНЫХ КИСЛОТ РАСТЕНИЯМИ ECHINACEA PURPUREA В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ

Изучалось влияние орошения на накопление гидроксикоричных кислот (ГОКК) в процессе роста и развития растений E. purpurea. Показано, что орошение E. purpurea (200 м3/га) способствует повышению продуктивности растения. Максимальное количество ГОКК накапливается в листьях E. purpurea в фазу розетки на втором и третьем годах вегетации. Рекомендуется использование орошения как эффективного агроприема для получения качественного лекарственного сырья в больших объемах (двойной укос) из растений E. purpurea, интродуцированных в условиях Южного Урала.

Материалом для многих препаратов отечественного и зарубежного фармацевтического производства являются биологически активные вещества растения Echinacea purpurea L. (Moench) [5], в частности производные гидроксикоричных кислот (ГОКК), основной компонент которых цикориевая (2,3-дикофеилвинная) кислота, определяющая иммуностимулирующую активность препаратов из E. purpurea. По содержанию ГОКК в листьях, корневищах и корнях E. purpurea осуществляется стандартизация сырья для фармакологической промышленности [3].

Образование и накопление ГОКК существенно зависит от экологических условий выращивания E. purpurea (типа почв, влаго-обеспеченности, уровня и доступности элементов питания, погодных условий), а также фазы вегетации и возраста растения [2]. Учитывая трудность выращивания многих лекарственных культур без орошения и возможность получения нескольких дополнительных полноценных укосов при обильном их поливе, было изучено влияние уровня почвенной влаги и орошения на накопление ГОКК в растениях E. purpurea в процессе их роста и развития в условиях Южного Урала.

Материалы и методы исследования

Территория проведения опытов располагалась в пределах Прибельской увалисто-волнистой равнины. Район находится в теплом, незначительно засушливом агроклиматическом регионе. Почва - тяжелосуглинистый типичный карбонатный чернозем с содержанием гумуса 10,0%, где показатель рН солевой вытяжки пахотного горизонта составляет 5,04, гидролитическая кислотность - 7,92, сум-

ма поглощенных оснований - 56,0 мг экв. на 100 г почвы.

Были проведены лабораторные эксперименты по определению энергии прорастания и всхожести семян E. purpurea по ГОСТу Р 51096-97 «Семена лекарственных и ароматических культур» (1997).

Семена E. purpurea местной репродукции имели лабораторную всхожесть 78% и энергию прорастания 54%.

В полевых опытах посев проводили с нормой высева 10 кг/га при ширине междурядий 45 см механизированной сеялкой «СО-4,2» в мае месяце сухими семенами на глубину 2-3 см. Семена в достаточно влажной почве начинали прорастать при температуре 100С, однако оптимальной температурой для прорастания была температура 22 - 250С. E. purpurea на начальных этапах онтогенеза развивалась медленно, всходы появлялись на 12-15 день, их прорастание растягивалось на 20-35 дней.

Полевая всхожесть E. purpurea составляла 56%. Всходы более поздних сроков прорастания, при недостатке почвенной влаги, приостанавливали рост, что приводило к их гибели.

Были заложены вручную стационарные опыты для сравнительного изучения режима влажности почвы при естественном увлажнении и орошении. В учетной площади делянок размером 3 м x 3 м варианты опыта размещали систематическим методом при четырехкратной повторности по схеме: контроль - естественное атмосферное увлажнение; опыт - орошение нормой 100 м3/га, 200 м3/га, 400 м3/га. Поливы производились вручную при помощи садовых леек с мелким распылителем при снижении влажности расчетного слоя почвы не ниже 65% от наименьшей влагоемкости (НВ). При контроле влагообеспеченность растений

становилась ниже влажности разрыва капиллярных (ВРК) связей почвы. Орошение растений от фазы розетки до фазы цветения создавало благоприятные условия для влагообеспе-чения, т. е. влажность почвы находилась между НВ и ВРК.

Уборка на учетных делянках осуществлялась вручную, с последующим перерасчетом на 14% влажности. Анализ структуры урожая производился по методике государственного сортоиспытания. Полевые и стационарные опыты проводились на мелиорируемых землях водно-балансовой станции (вБС) УММЗ РБ в 2002-2004 гг.

Изучение биометрических показателей осуществлялось согласно «Методике исследований при интродукции лекарственных растений» (1985). Содержание суммы ГОКК определялось в пересчете на цикориевую кислоту (%) по Временной фармакопейной статье 42-2371-94 (1994).

Результаты опытов обрабатывались методом математической статистики по Б.А. Доспехову (1985).

Результаты и обсуждение

Было показано положительное влияние орошения (200 м3/га) на продуктивность растений E. purpurea (табл. 1), которая увеличилась на 36% в первый год вегетации. Растения E. purpurea особенно нуждались во влаге в первой половине вегетационного периода, когда происходил наиболее интенсивный рост вегетативных органов.

Важным элементом надземной части растений E. purpurea, определяющим их лекарственные свойства, являются листья [4]. Выращенная в условиях Республики Башкортостан E. purpurea характеризуется хорошей об-лиственностью, но в процессе атмосферной засухи происходит изменение листовой пластинки [1].

У E. purpurea, произрастающей в условиях атмосферной засухи, площадь листовой поверхности снижается. Полученные нами данные свидетельствуют о положительном влиянии орошения (200 м3/га) на увеличение площади листовой поверхности растений E. purpurea в условиях атмосферной засухи. Площадь листовой поверх-

ности изменялась по фазам развития и достигала максимального значения в фазу цветения (табл. 2) [7].

Наибольшее изменение ростовой активности листьев отмечалось накануне цветения растений за счет увеличения площади и массы их листовых пластинок, что определяло продуктивность фотосинтеза и в целом продуктивность растения.

Площадь листовой поверхности изменялась не только по фазам развития, но и с возрастом растения, достигая своего максимума на втором и третьем годах вегетации (таблица 2).

Согласно ВФС 42-2371-94, в качестве сырья для фармацевтической промышленности используется цельное растение с высоким содержанием ГОКК. Исходя из этого, была изучена динамика накопления ГОКК в надземной и подземной частях растения E. purpurea в фазе розетки, бутонизации, цветения по годам вегетации (табл. 3).

Проведенные эксперименты показали, что содержание ГОКК меняется в зависимости от года вегетации и фазы развития растения. Наибольшее содержание ГОКК отмечено у E. purpurea второго и третьего годов вегетации, а максимум его приходится на листья в фазе розетки (табл. 3).

Наблюдается снижение количества ГОКК в листьях E. purpurea с переходом к генеративной фазе развития во все годы вегетации. Уменьшение содержания ГОКК в листьях в фазу цветения может объясняться ростом в растениях E. purpurea доли органов с низким содержанием ГОКК - стеблей и корней [6], а также увеличением количества соцветий в общей массе растения.

Значительные изменения в накоплении содержания ГОКК при переходе растений E. purpurea в генеративное состояние связаны с активным перераспределением. Главным органом аккумуляции ГОКК в нецветущих растениях является лист. Как только растение переходит в генеративный период развития, из розеточных листьев через черешки осуществляется передвижение ГОКК в соцветия, которые в последующем становятся основным местом их локализации.

Закономерности изменения содержания ГОКК наблюдались и в подземных органах.

Максимальное количество ГОКК в корневищах с корнями отмечалось в фазе цветения, причем к концу вегетации происходит перераспределение ГОКК между надземной частью и корневой системой. Максимальное содержание ГОКК в подземных органах также приходилось на растения второго и третьего года вегетации.

Отмеченные выше закономерности в накоплении ГОКК в различных органах E. purpurea наблюдались как в стационарных, так и в полевых опытах.

Хотя ВФС-42-2371-94 регламентирует, что фармакопейной является порезанная и высушенная трава E. purpurea, собранная в фазе цветения, проведенные нами исследования свидетельствуют о том, что содержание ГОКК в растениях, собранных в фазе розетки, также соответствует стандартам (сумма производных гидроксикоричных кислот в

пересчете на цикориевую кислоту должна быть не менее 2,1%) [7] (табл. 4).

Заготовка растений на данной фазе вегетации позволяет производить двойной укос за один вегетационный период. При этом растения способны восстанавливать розеточные листья, давать стеблевые побеги с листьями и полноценные бутоны.

Проведенные нами эксперименты показали, что у растений, выросших после укоса, содержание TOKK в листьях составляло 3,0±0,39%+3,40±1,15%. Максимальное количество TOKK накапливалось в корнях (4,27±0,32%+ 4,91±0,13%) вследствие мобилизации растений E. purpurea для процессов регенерации.

Сравнение выживаемости растений после перезимовки свидетельствует о том, что второй укос не оказывает существенного влияния на зимостойкость растений.

Таблица 1. Продуктивность растений E. purpurea в первый год вегетации в зависимости от содержания влаги в почве

Слой почвы

розетки бутонизации приход

Контроль

0-30 137,2 97,6 - 366,2 268,6 2,6

0-50 234,1 164,6 229 - 463,1 298,5 105,1 2,8

Орошение

0-30 137,2 104,1 - 406,2 302,1 2,1

0-50 234,1 178,2 229 200 663,1 324,9 140,9 2,3

Таблица 2. Динамика изменения площади листовой поверхности E. purpurea при орошении

Вариант опыта Участок Показатель Год вегетации

2002 2003 2004

Фаза развития*

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Контроль Площадь листовой поверхности 1растения (см2 /м2 ) 227,42 ±32 527,18 ±28 1448,92 ±24 582,84 ±25 891,93 ±31 2692,30 ±36 1484,42 ±29 2562,24 ±23 4672,98 ±33

Орошение (200м3/га) Площадь листовой поверхности 1растения, (см2 /м2) 245,69 ±31 578,76 ±27 1915,49 ±29 624,31 ±27 1959,02 ±28 3067,09 ±30 1710,83 ±24 2838,56 ±26 4953,23 ±32

*Примечание: 1 - фаза розетки, 2 - фаза бутонизации, 3 - фаза цветения.

Таблица З. Содержание TOKK (%) в E. purpurea по фазам развития

Фазы вегетации Варианты опыта Органы растений Годы вегетации Среднее значение А

2002 2003 2004

Розетка Контроль Листья

5,01±0,51 5,20±0,48 5,81±0,49 5,34±0,42 0,47

Орошение (200 м3/га) 4,43 ±0,45 5,08±0,4б 5,10±0,44 4,87±0,47 -

Контроль Корни

3,04±0,64 3,40±0,57 3,41±0,73 3,28±0,69 0,68

Орошение (200 м3/га) 3,46 ±0,71 4,21±0,69 4,23 ±0,68 3,9б±0,68

Бутонизация Контроль Листья

4,12±0,30 4,57±0,36 5,10±0,29 4,60±0,42 0,34

Орошение (200 м3/га) 3,92±0,44 4,30±0,31 4,57±0,31 4,2б±0,2б -

Контроль Бутоны

3,34±0,17 4,15±0,18 4,63±0,14 4,03±0,09 0,14

Орошение (200 м3/га) 3,19±0,1б 4,17±0,14 4,31±0,17 3,89±0,18 -

Контроль Корни

3,21±0,70 3,41±0,73 3,48±0,69 3,36±0,67 0,71

Орошение (200 м3/га) 3,73±0,74 4,24±0,77 4,2б±0,67 4,07±0,74 -

Цветение Контроль Листья

3,41±0,56 3,92±0,55 4,66±0,73 3,99±0,54 0,55

Орошение (200 м3/га) 3,04±0,49 3,10±0,31 4,17±0,5б 3,44 ±0,47 -

Контроль Соцветия

3,64±0,25 4,37±0,33 4,66±0,27 4,22±0,28 0,33

Орошение (200 м3/га) 3,22±0,28 4,17±0,19 4,30±0,27 3,89±0,23 -

Контроль Корни

3,31±0,46 3,60±0,51 3,99±0,49 3,63±0,46 0,50

Орошение (200 м3/га) 3,85±0,54 4,2б±0,59 4,30±0,60 4,13 ±0,48 -

Таблица 4. Сравнение содержания TOKK (%) в E. purpurea до и после укоса

Фаза вегетации Годы вегетации Варианты опыта Содержание ГОКК в органах растения

листья бутоны корни среднее. значение А

Бутонизация 2002 без укоса 4,12±0,33 3,34±0,21 3,73±0,41 3,73

после укоса 3,0±0,39 2,79±0,38 4,27±0,32 3,35 0,38

2003 без укоса 4,57±0,56 4,15±0,74 4,24±0,70 4,32

после укоса 3,42±0,69 2,53±0,72 4,85±0,74 3,60 0,72

2004 без укоса 5,10±1,13 4,63±1,16 4,26±1,18 4,66

после укоса 3,40±1,15 2,27±0,13 4,91±1,13 3,52 1,14

Ср. без укоса 4,59 4,04 4,27

Ср. после укоса 3,27 2,53 4,67

А 1,32 1,51 0,40

Выводы

Таким образом, орошение почвы (200 м3/га) в условиях атмосферной засухи способствует увеличению продуктивности растений E. purpurea. Абсолютные показатели содержания ГОКК в надземных и подземных органах E. purpurea увеличиваются с возрастом растения, в связи с чем сбор E. purpurea целесообразно начинать со второго года вегетации. Наиболее ценным по содержанию ГОКК является сырье из расте-

ний E. purpurea, собранных в фазу розетки. При заготовке растений E. purpurea в фазе розетки, соответствующей существующим фармакопейным стандартам содержания ГОКК, получение высоких объемов лекарственного сырья можно осуществить путем применения орошения и, как следствие, двойного укоса с возможностью увеличения продуктивности растений E. purpurea за один вегетационный период и экономией посевного и посадочного материала.

Список использованной литературы:

1. Баширова Р.М., Шайдуллина Г.Г., Никитина Т.И. Сравнительные морфологические и биохимические характеристики растений Echinacea purpurea L.(Moench) Башкирской и ^аснодарской репродукции // Итоги биологических исследований. Bbm. 6, Уфа, 2000. - С. З6-З8.

2. Порада A.A. Эхинацея пурпурная в условиях лесостепи Украины (биологические особенности, способы возделывания, перспективы использования) / Aвтореф. дисс. ... канд. биол. наук. - ^ев, 199З. - 27 с.

3. Поспелов CB., Самородов B^., Мищенко O.B. Накопление гидроксикоричных кислот в разных органах эхинацеи пурпурной первого года вегетации // Bicnik Полтавськ. держ. аграрноі академії. - 200З. №З-4. - С. 2З-26.

4. Самородов B^., Поспелов CB. B^4bi рода эхинацея (Echinacea Moench) в агрофитоценозах лесостепи Украины: десятилетние итоги интродукции, изучения биологии и возделывания // Bicnik Полтавськ. держ. с.-г. ін-ту.- 2001. №4. - С. 48-58.

5. Самородов B.^, Поспелов CB. Эхинацея на рубеже ХХІ века: проблемы, тенденции, перспективы (по материалам конференции в Kанзас-Сити, СШA) // Bicnik Полтавськ. держ. с.-г. ін-ту.- 2000. №З. - С. 90-97.

6. Хасанова З.М., Хасанова ЛА., Наумов Л.Г., Заманова НА. Биологические особенности эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea) при интродукции в условиях Южного Урала (Республика Башкортостан) // Медицинский вестник Башкортостана. Научно-практический журнал. Спец выпуск №1, том 1. -Уфа, 2006. - С. 125-126.

7. Хасанова З.М., Хасанова ЛА., Наумов Л.Г., Заманова НА., Маркелия Л.Ю. Oсобенности адаптации и продукционного процесса E. purpurea в условиях Южного Урала // Сборник тезисов Международной научной конференции «Биологические ресурсы и устойчивое развитие». - Пущино, 2001. - 452 с.

Статья рекомендована к публикации 29.01.07