Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор изученности представителей рода tanacetum L 9
1.1. Некоторые особенности биологии Tanacetum vulgare L 13
1.2. Химически состав растений рода Tanacetum L 15
1.3. Применение растений рода Tanacetum L 19
1.4. Опыт интродукции T. vulgare L 28
ГЛАВА 2. Природно-климатическая характеристика, объекты, материал и методы исследования 26
2.1. Характеристика Оренбургского Предуралья 26
2.2. Природные условия района полевых исследований 50
2.3. Природные условия района интродукции 56
2.4. Материал и методы исследования 62
ГЛАВА 3. Популяционная характеристика tanacetum vulgare l. в природных местообитаниях 66
3.1. Флористическая характеристика района исследования 66
3.2. Эколого-фитоценотическая характеристика сообществ с участием Tanacetum vulgare L 84
3.3. Популяционная характеристика 88
ГЛАВА 4. Анатомо - морфологические особенности tanacetum vulgare l. в условиях оренбургского предуралья 100
4.1. Анатомическое строение Tanacetum vulgare L 100
4.2. Морфологическая характеристика дикорастущегоTanacetum vulgare L. и в условиях интродукции 120
4.2.1. Биоморфологические параметры Tanacetum vulgare L. в естественных условиях произрастания 120
4.2.2. Биоморфологические параметры Tanacetum vulgare L. в условиях интродукции 124
ГЛАВА 5. Фитохимическое исследование tanacetum vulgare l. в условиях оренбургского предуралья 128
5.1. Анализ качественного состава биологически активных веществ (БАВ)
Tanacetum vulgare L 128
5.2. Количественный состав БАВ Tanacetum vulgare L 133
5.3. Микроэлементный состав Tanacetum vulgare L 137
ГЛАВА 6. Интродукция tanacetum vulgare L 144
6.1. Характеристика сезонного роста и развития 144
6.2. Онтогенез Tanacetum vulgare L. в условиях культуры 155
6.3. Успешность интродукции и рекомендации по практическому применению Tanacetum vulgare L 158
Заключение 161
Выводы 164
Литература
- Химически состав растений рода Tanacetum L
- Природные условия района интродукции
- Эколого-фитоценотическая характеристика сообществ с участием Tanacetum vulgare L
- Морфологическая характеристика дикорастущегоTanacetum vulgare L. и в условиях интродукции
Химически состав растений рода Tanacetum L
Представители семейства Compositae Giseke (Asteraceae Dumort) являются объектом широкого и разностороннего интереса. Tanacetum vulgare L., как и многие представители этого семейства, является холодостойким растением, это позволяет ей хорошо переносить суровые зимы и произрастать вплоть до районов Крайнего Севера. При тонком снежном покрове изредка вымерзают единичные молодые однолетние экземпляры.
У Tanacetum vulgare L. наблюдается неравномерное цветение и созревание семян. Сначала зацветают более крупные соцветия, которые находятся на центральных генеративных побегах, затем начинают зацветать соцветия помельче, расположенные на боковых побегах. Созревание семян происходит соответственно от крупных соцветий к более мелким. В условиях Южного Предуралья Tanacetum vulgare L. обычно переходит в фазу бутонизации на 57 - 60 день, массово зацветает на 70 - 80 день после начала вегетационного периода (конец июня - начало июля) и продолжается у некоторых экземпляров вплоть до наступления первых заморозков конец сентября - октябрь. Средняя продолжительность цветения популяции колеблется от 45 до 60 дней. Tanacetum vulgare L. ежегодно образует в среднем около 10 генеративных побегов, на каждом из них примерно от 5 до 100 корзиночек. Количество цветков на одном генеративном побеге варьирует. Распускание цветков происходит в течение всего светового дня.
Большинство видов семейства - насекомоопыляемые растения (Тахтаджян, 1981). В том числе и пижма обыкновенная опыляется многими видами насекомых (пчелы, шмель полевой, осы, некоторые виды мух, божьи коровки и другие). Помимо энтомофильного, опыление может происходить и с помощью ветра (анемофильное опыление), однако все же преобладает первое. Tanacetum vulgare L. может быть подвержена некоторым вредителям.
Наиболее распространены долгоносики (долгоносик-семяед, стеблевые долгоносики). Личинки повреждают бутоны, цветки (корзинки), выедают завязи и семена. выгрызают ходы внутри стеблей, повреждают как правило прикорневую часть и корни. Жуки питаются листьями, выгрызая в них мелкие отверстия.
Личинки цикадки (цикадка желтоватая, цикадка пестрая, цикадка полосатая) и взрослые особи высасывают соки из листьев.
Чаще всего молодые особи подвержены заболеванию мучнистой росой - на верхней стороне листьев и на стеблях образуется белый паутинистый налет, который состоит из мицелия и конидиального спороношения гриба (Арнольди, 1974).
Размножается Tanacetum vulgare L. с помощью семян, но возможен и рассадный способ, и делением корневища. Однако семенной способ используется чаще (Флора СССР, 1961; Быков, 2006).
Прорастание семян пижмы обыкновенной надземное. Семядоли две округлые обратнояйцевидной формы с заостренной верхушкой и 2 - 4 зубчиками по бокам листовой пластинки (всего от 3 до 5 зубчиков) с коротким черешком. У молодых проростков настоящие листья перисторассеченные по краю надрезанно-зубчатые на верхушке короткозаостренные развиваются поочередно, но вторые листы быстро сравниваются в размере с первыми. Корневая система молодых ростков стержневая, взрослых растений корневище ползучее, разветвленное в горизонтальной плоскости с тонкими шнуровидными мочками корней. 1.2. Химический состав Tanacetum vulgare L.
Образование и накопление в лекарственных растениях фармакологически активных веществ является динамическим процессом, изменяющимся в онтогенезе растения, а также зависящим от многочисленных факторов окружающей среды. На образование действующих веществ оказывает влияние географический фактор, под которым понимается комплекс экологических условий в их взаимной связи и обусловленности, связанный с такими особенностями географической обстановки, как широта и долгота места, его экспозиция, включая высоту над уровнем моря (так у скополии карниолийской (Scopolia carniolica Jacq.), из корневищ которой получают атропин, больше всего алкалоидов содержится в экземплярах, растущих в горах Кавказа выше 500 м над ур.м.; у растений этого же вида, растущих в предгорьях Кавказа, алкалоидов гораздо меньше), близость водных бассейнов и т. д. Химический состав изменяется в зависимости от фазы вегетации, например, максимальное количество танинов в листьях брусники содержится осенью или ранней весной, до начала роста побегов; содержание аскорбиновой кислоты в хвое ели и пихты больше всего зимой. Количество химических веществ меняется и в течение суток: содержание эфирного масла в побегах лаванды и розмарина больше всего днем, а у шалфея крупноцветкового - рано утром (Губанов, 1976).
Многие виды пижмы способны накапливать особые вещества - пиретрины (ядовиты для насекомых и других беспозвоночных, но безвредны для теплокровных животных и человека). Основным источником для получения пиретрина служит введенная в культуру пижма цинерариелистная или далматская ромашка (T. cinerariifolium), родом с Балканского полуострова, а также пижма розовая (T. roseum) и близкая к ней пижма красная (T. coccineum) с Кавказа (более известные как персидская и кавказская ромашки) (Тахтаджян, 1981). В состав Tanacetum vulgare L. входят вещества различных групп, которые относятся к различным классам соединений. Цветочные корзинки и листья содержат эфирное масло (1,5 - 2% - цветки, 0,2% - листья), в состав которого входят в основном бициклические монотерпеноиды: -туйон (до 47%), -туйон, камфора, борнеол, пинен (Яковлев, 2004). В корнях эфирное масло отсутствует, а в стеблях отмечены только "следовые количества" (Слепцова, 1977). Эфирные масла (Olea aetherea) - это летучие жидкие смеси органических веществ, вырабатываемые растениями и обусловливающие их запах. Эфирное масло пижмы обыкновенной представляет собой густую, маслообразную жидкость зеленовато-желтого цвета со специфическим запахом, которое находится в специальных железках. Их количество зависит от местообитания и может быть различным (Муравьёва, 1981). Больше всего эфирного масла содержится в представителях вида, произрастающих на открытых солнечных местах, у которых соответственно больше количество эфиромасличных железок (Игнатьева, 1961; Бодруг, 1973; Олешко 1985). Накопление эфирного масла в соцветиях и листьях увеличивается в период цветения и резко снижается к началу плодоношения (Слепцова, Самытова, 1977).
Природные условия района интродукции
Юго-западная часть района представляет собой сплошную распаханную степь. Лесная растительность распределела неравномерно и почти вся сосредоточена в более возвышенной северо-восточной части (метеорологический справочник по Чкаловской области, 1939; Мильков, 1947).
Очень своеобразны Приседякские черноольшанники, занимающие кочковатые болота с родниковым питанием. Здесь, как и в Терентъевском черноольшаннике на заболоченном островке по реке Садак, сохранились деревья черной ольхи в возрасте более 75 лет и высотой до 20 м. Важное водоохранное и рекреационное значение имеют леса Демской Уремы - пойменного белотополевника с примесью дуба, вяза, осины, липы, ивы, березы и черемухи. Это наиболее крупный (413 га) пойменный тополевник на всем северо-западе Оренбуржья.
Как генетический резерват на липу выделен Макушкинский липняк, расположенный на приводораздельном склоне и по лощинам в верховьях ручьев Чавкалей и Эрямолей. Основу древостоя этих лесов составляет липа в возрасте 70-80 лет, высотой более 20 м. К липе в этих лесах примешиваются дуб, осина, вяз и береза. Опушки лесов отличаются богатым луговым разнотравьем.
На территории района имеются предпосылки для создания сырьевых баз лекарственных растений - ландыша майского, виды шиповника, тысячелистника, полыни, хмеля, пижмы, пустырника, крушины, подорожника большой, липового цвета, чабреца, пастушьей сумки, одуванчика, кровохлебки, солодки, алтея лекарственного, кровохлебки аптечной, крапивы, земляники лесной и ряд других видов. 2.3. Краткая характеристика условий проведения полевых исследований
Для проведения исследований нами были заложены учетные площади на трех участках с различной антропогенной нагрузкой (Рис. 1):
Участок 1 - Вблизи крупной автомобильной дороги населённого пункта, но далеко за пределами ( 220 км) городской черты. Координаты участка: Широта 53 18 27.23"С, Долгота 54 7 3.59"В, высота 168 м;
В луговом фитоценозе (экологически чистый район), на достаточно удаленном расстоянии от крупных автомобильных и железных дорог, населенных пунктов и от хозяйственной деятельности человека. Под луговым фитоценозом подразумевается несколько участков с координатами: а) Широта 53 6 16.52"С, Долгота 54 6 15.77"В, высота 226м; б) Широта 53 20 20.89"С, Долгота 54 15 12.2VВ, высота 264 м; Участок 3 - Экспериментальная часть работы (проведение интродукции) была выполнена на модельной площадке участка дачного массива («лысая гора») в 20 км от города Оренбург и координатами: Широта 51 56 19.57"С, Долгота 55 7 30.80"В, высота 132м.
Почвенные особенности.
Наблюдения за пижмой обыкновенной в естественных условиях производилось на территории Пономарёвского района на нескольких участках с различными почвенными характеристиками.
Так почва первой модельной площадки относится к деградированному чернозему. Поверхностный покров был нарушен строительством дорожного покрытия и другими антропогенными вмешательствами;
Почва второй модельной площадки (луговой фитоценоз) по мощности гумусового слоя (A+AB) относится к среднемощным (около 40-50 см.). По механическому составу является среднесуглинистой. Реакция почвенного раствора нейтральная или близкая к ней - рН водного раствора 6,2-7,8; содержание гумуса - 8,3-8,4 %. Содержание в пахотном слое подвижного фосфора 6,8 мг/100 гр. и обменного калия 15,6 мг на 100 гр. почвы (по Кирсанову). Такие почвы являются наиболее подходящими для произрастания пижмы обыкновенной. Учитывая, что растение малотребовательно и к почвам и к предшествующим растениям в таких условиях оно отлично растёт и развивается, обеспечивая хороший урожай и качество сырья.
Почвенные условия третьего участка (район интродукции) были созданы искусственно и характеризуются измененным состоянием. Было осуществлено искусственное обогащение почвы привозным черноземом с добавлением органических удобрений (перегноя).
Обработка почвы при проведении интродукции производилась вручную при помощи лопаты и граблей. Глубина вспашки около 20-25 см. После вспашки была заложена грядка размером 1,5 м0,5 м. во время вспашки было внесено 5 л. перегноя с компостом. Посев произведен рядами с междурядьями 10-25 см. Уход за всходами заключался в прореживании всходов, путем их рассаживания, окучивании, прополке и поливе (Вехов В. Н.) Сбор сырья производился во время цветения ножницами с соблюдением основных правил сбора лекарственного растительного сырья (Шретер, 1985). Погодно-климатические особенности.
Метеорологические условия в годы проведения исследований различались. Условия вегетационного периода 2010 года (Рис. 2) характеризовались жаркой погодой и дефицитом влаги. Ранняя весна сопровождалась устойчивым повышением температурных показателей. Уже в третьей декаде апреля наблюдается переход средней температуры за отметку 10С и в мае продолжала расти. А вот количество осадков снижалось существенно и практически отсутствовали до середины лета (вторая декада июля). Посев семян пижмы обыкновенной был произведён 4 мая.
Лето 2010 года было жарким и сухим. Максимальная среднесуточная температура пришлась на третью декаду июля и первую декаду августа и составила 29С. На этот год пришлись самые неблагоприятные условия для проведения полевых работ. Аномально высокие температурные показатели и отсутствие осадков до середины лета стало причиной более раннего раннего отмирания растений (в начале августа 80% растений высохли).
Эколого-фитоценотическая характеристика сообществ с участием Tanacetum vulgare L
Для установления диагностических признаков Tanacetum vulgare L. нами проведено микроскопическое исследование вида. Литературные сведения (Игнатьева, 1960; ГФ XI, 1990; Куркина, 2013) не содержат полной информации о всех диагностических признаках растения. Отсутствует обобщенная анатомо-морфологическая характеристика пижмы обыкновенной, произрастающей в луговой степи Оренбургского Предуралья.
Изучаемое растение применяется в традиционной (цветки пижмы), и довольно широко в народной медицине (трава и семена) (Губанов, 1976; Клюев, 1989; Машковский, 2008). В связи с этим возник вопрос более детального микроскопического исследования различных органов растения и семян в дополнение к имеющимся литературным данным.
Для анатомического и морфологического изучения Tanacetum vulgare L. был собран материал дикорастущих образцов на заложенных учетных площадках и культурных экземпляров на экспериментальном участке.
Анатомическое строение Tanacetum vulgare L.
Анатомическое строение различных частей Tanacetum vulgare L. (стебель, листья, корень, цветки и семена) изучалось на фиксированном в 70% растворе этанола материале. Срезы и обработку материала делали по общепринятым методам (Прозина, 1960).
Анатомия листа. Лист пижмы обыкновенной имеет изолатеральное строение (Рис. 22). Мезофилл представлен палисадной паренхимой, которая расположена с обеих сторон листовой пластинки. С верхней стороны двухслойная и нижней - однослойная. Между палисадной паренхимой находится узкий слой губчатой паренхимы, представленной двумя-тремя слоями клеток.
На препарате с поверхности листовой пластинки хорошо заметно строение устьичного аппарата, который имеет аномоцитный тип (Рис. 21 А, Б). Замыкающие клетки устьиц окружены 4-6 клетками эпидермы неправильной формы по краям.
Эпидермис представлен паренхимными клетками прямоугольной формы. Клетки эпидермиса листа с обеих сторон несколько вытянуты вдоль листовой пластинки, в очертании слабоизвилистые. Клетки нижнего эпидермиса более мелкие. Устьица расположены с обеих сторон, но на нижней стороне их значительно больше. Кутикула расположенная с обеих сторон листовой пластинки, складчатая. На эпидермисе с нижней стороны листовой пластинки присутствует большое количество простых и железистых многоклеточных волосков, состоящих из 3-6 клеток, и железок. Количество волосков и железок преобладает на нижней стороне листа. Согласно литературным данным железки состоят из 4-6 клеток (Игнатьева, 1960). Результаты нашего исследования показали, что железки Tanacetum vulgare L. Оренбургского Предуралья состоят из 6-13 клеток. Клетки железок располагаются в 2 ряда, над которыми как правило расположена 1 клетка (Рис. 21 Б, В, Г).
Данный диагностический признак возможно указывает на то, что Tanacetum vulgare L., произрастающая на территории Оренбургского Предуралья, вследствие большего количества клеток в железках, может содержать и вырабатывать повышенное количество эфирного масла.
Толщина листовой пластинки составляет около 1345 m. Палисадная ткань, расположенная с верхней и нижней стороны листа составляет 60% ( 420-427 m) от общей доли листовой пластинки. Это говорит о том, что растение Tanacetum vulgare L., являющееся мезофитом, проявляет признаки ксероморфизма и на территории Оренбургского Предуралья представлен ксеро-мезофитом. Ширина губчатой ткани около 380 m (30%).
Стебель. Стебель Tanacetum vulgare L. имеет цилиндрическое стоение, снаружи слегка ребристый, в центральной части чаще всего бывает полый. Снаружи стебель покрыт эпидермисом с простыми, железистыми волосками и эфиро-масличными железками такого же строения, что и на листьях, только в меньшем количестве. Поперечный срез стебля показывает, что ребра под эпидермисом состоят из пластинчатой колленхимы. Эндодерма бывает местами одревесневшая (окрашивание раствором флороглюцина и концентрированной соляной кислоты).
Молодой стебель в районе цветоноса имеет пучковое строение. Проводящие пучки в районе цветоноса открытые коллатеральные и расположены по кругу (Рис. 24). В процессе роста и старения рестения.
Стебель в нижней и средней части растения имеет непучковое строение. Пучки сливаясь образуют почти сплошное кольцо древесины (Рис. 25). Нижняя часть стебля покрыта пробкой. Первичная кора узкая и слабо выражена.
Ценокарпный гинецей цветков пижмы - пестик с нижней завязью (Рис. 27). Столбик пестика, расположенный в трубке венчика, раздваивается на конце и имеет два рыльца, поверхность которых выстлана ворсинчатыми клетками в которых проросли пыльцевые зёрна (Рис. 28). Столбик пестика удлинённый и имеет два проводящих пучка. У основания столбика имеется нектарники в виде кольца желтого цвета. Мелкозубчатая окраина на верхушке завязи является редуцированной чашечкой. На поверхности венчика (Рис. 29 А, Б, В) хорошо видны простые волоски, эфиромасличные железки и друзы оксалата кальция, являющимися основными диагностическими признаками. На поперечном срезе цветоложа (Рис. 29 Г) заметно эфиромасличное вместилище.
Андроцей обоеполых трубчатых цветков пижмы состоит из пяти сросшихся пыльниками тычинок. В двугнёздных теках пыльников содержится пыльца желтого цвета, которая имеет округлую шаровидную форму, покрыта неровной зубчатой с шероховато-бугристой структурой оболочкой (Рис. 26).
Морфологическая характеристика дикорастущегоTanacetum vulgare L. и в условиях интродукции
Микроэлементы играют важную роль в жизнедеятельности живых организмов (Скальный, Рудаков, 2004). Они участвуют во многих биохимических процессах. Фотосинтез, образование биологически активных веществ и др. процессы невозможны без участия в них микроэлементов (Ноздрюхина, Гринкевич, 1980). Изучение микроэлементного состава растений играет важную роль в оценке экологической обстановки мест их произрастания, а также для определения степени безопасности использования лекарственного растительного сырья (Гусев, Немерешина, 2004).
Содержание микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ГОСТ 30692-2000). Предварительно анализируемый материал озолили при температуре 500С в течение 4-5 часов. Затем полученную золу обработали азотной кислотой и прокалили в муфельной печи, добавили соляную кислоту и высушили на водяной бане для полного удаления органического остатка. Полученный остаток растворили при нагревании в азотной кислоте, профильтровали, а затем определили содержание микроэлементов. (Ноздрюхина, Гринкевич, 1980; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Проведенные испытания показали, что все образцы соцветий Tanacetum vulgare L. соответствуют фармакопейным требованиям. В фармакопейной статье отсутствуют данные по содержанию микроэлементов, поэтому мы взяли для сравнения значения предельно допустимых концентраций, указанные в СанПиН 2.3.2.1078-01. Содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, As) указано только в общих требованиях на лекарственное растительное сырье, в фармакопейной статье на сырье T. vulgare L. точные данные отсутствуют.
В результате установлено, что Tanacetum vulgare L., произрастающая на территории Оренбургского Предуралья содержание цинка, железа, меди, кобальта, хрома, свинца и кадмия и не превышает значения предельно допустимых концентраций (Таб. 13). Для марганца и магния ПДК отсутствуют.
Железо, марганец и медь участвуют в продуцировании флавоноидов, что отмечено рядом исследователей (Ноздрюхина, Гринкевич, 1980, Виноградов, 1985).
Содержание некоторых микроэлементов в растениях (например, марганец), как и основных БАВ пижмы обыкновенной, зависит от состава почвы и длительности инсоляции (количество солнечной радиации, полученной растением в период вегетации). Растения, которые произрастают на открытом солнечном месте накапливают большее количество марганца по сравнению с представителями того же вида выросшими в слегка затененном месте (Кабата Пендиас, 1989).
Цинк и железо играют важную роль в различных биохимических процессах живых организмов. В растениях железо участвует в окислительно восстановительных реакциях. Цинк участвует в синтезе аминокислот и хлорофилла (Кабата Пендиас, Пендиас, 1989). Человеческому организму цинк необходим для нормального роста и развития, полового созревания и поддержания необходим репродуктивной функции, для нормального кроветворения и заживления ран, участвует в регенерации кожи, росте волос и ногтей и тд. Железо, как известно, входит в состав гемоглобина и переносит кислород в ткани (Авцын, 1991).
По исследованиям 2011 года максимальное содержание марганца приходится на образцы, собранные на остепненных лугах (луговой фитоценоз) (0,686 мг/кг), минимальное - на образцы интродуцированных растений (экспериментальный участок) (Рис. 38). Это объясняется различными условиями произрастания. Растения лугового фитоценоза выросли на открытом пространстве, а интродуцированные в слегка затененном кустарниками месте. Средние значения у контрольных образцов стандартизованного сырья (0,561 мг/кг) и образцов, собранных на суходольных лугах (у дороги) (0,572 мг/кг).
2012 год характеризовался более высокими температурами и меньшим количеством осадков, что заметно по содержанию марганца. Больше всего у образца лугового фитоценоза (0,742 мг/кг). Следом на уменьшение идет собранный на суходольных лугах (0,631 мг/кг), затем на экспериментальном участке (0,483 мг/кг), меньше всего у стандартизированного образца (0,379 мг/кг). 2013 год был дождливый с большим количеством облачных дней, причем из-за удаленного расположения участков сбора друг от друга (через водораздел) инсоляция немного отличалась, что отразилось на содержании марганца. Так максимум соответствует образцу экспериментального участка (0,369 мг/кг), минимум - образцу остепненного луга (0,341 мг/кг). Средние значения у стандартизованного образца (0,361 мг/кг) и собранного у дороги на суходольном лугу (0,369 мг/кг). Если брать общие данные 2013 года (значительно ниже предыдущих лет), то очень хорошо прослеживается зависимость количественного содержания марганца от погодно-климатических характеристик вегетационного сезона.
Содержания остальных элементов (цинка и железа около 4 мг/кг, хром, кобальт, медь и магний) остаются относительно стабильными в течение нескольких лет (Рис. 38, 39). Это позволяет судить о зависимости накопления данных микроэлементов только от почвенных особенностей территории произрастания Tanacetum vulgare L.
