Введение к работе
Актуальность исследования. Использование лекарственных растений растет во всем мире. По данным Всемирной Организация здравоохранения (ВОЗ), приблизительно 80% мирового населения в настоящее время использует травяные лекарственные средства непосредственно в чаи или с водой, молоком и алкоголем. Хотя современные синтетические медицинские препараты в основном используются в развитых странах, использование растительных препаратов значительно возросло. Отмечается постоянно высокий спрос на растительный материал. Следует отметить, что большинство растений представляют лишь частично интерес для биотехнологии и генетики и их лечебный потенциал не раскрыт (Oliver и Wim, 2007). Травянистые цветковые растения представлены во флоре Астраханской области 1105 видами (88,1 %). Раздельно рассматриваются группы наземных (1013 вида), земноводных (42 видов и 2 гибрида) и водных трав (48 видов) (Лактионов, 2009).
Аир болотный (Acorus calamus L., Araceae) является многолетним растением содержаним аромакомпоненты, распространенным в Центральной Азии, Индии и Гималаях. Хотя ареалы его распространения в Европе сильно сократились, он и сейчас является привычным растением для северных болотистых регионов с умеренным климатом. Аир произрастает в дикой природе по краям болот, по берегам рек и прудов. Растение имеет корневище, и листья с приятным, слегка сладковатым запахом, что обусловлено содержанием эфирного масла. Сушеные корни аира болотного давно используются в лекарственных препаратах как спазмолитическое, противоязвенное средство, при приготовлении вкусовых горьких настоек и закуски (Rost,1979; Hanelt, 2001). Корень аира имеет давнюю историю медицинского применения. Он известен как народное средство лечения артрита, невралгии, диареи, диспепсии, выпадения волос и других заболеваний (Махлаюк, 1992). Препараты аира применяют в качестве ароматической горечи для улучшения аппетита и пищеварения, при болезнях почек, печени и желчного пузыря и как тонизирующее средство при угнетении центральной нервной системы. Эфирное масло корневищ аира используют для отдушки в парфюмерной и пищевой промышленности (Полуденный и др., 1979).
Верблюжья колючка (Alhagi pseudalhagi Bieb., Fabaceae) распространена на всей территории Индии, где она используется в традиционной травяной медицине (Kirtikar и Basu, 1984; Singh и др., 1999; Viramani и др., 1992). Верблюжья колючка встречается на юге и в , в и , на . Растёт в сухих , и и пустынях, по берегам рек и , на и (Махлаюк, 1992). Верблюжью колючку используют для профилактики дизентерии, при воспалениях толстой и двенадцатиперстной кишки и желчного пузыря, и болезни желудка, иногда назначают при простудных заболеваниях, и кашле. Верблюжью колючку наружно используют для лечения гнойных ран, при , при гнойных и других заболеваниях (Кьосев, 2005).
Остаются не раскрытыми вопросы возможности использования этих видов растений для получения ценных биологических компонентов в Астраханской области.
Климатические особенности Астраханской области, инсоляция, низкая влажность, почвы, растительный покров, особенности сезонных изменений гидрологического режима определяют уникальные условия, но в тоже время сложные для развития растений. Однако комплекс этих исторически сложившихся в регионе фактров позволяет растениям интенсивнее накапливать ценные биологически активные компоненты определения их возможность использование с учетом запасов сырья и необходимостью их культивирования в различных отраслях (Сухенко, 2010). Актуальность работы заключается, в исследовании популяций аира болотного и верблюжьей колючки произрастающих на территории Астраханской области и содержащихся в этих растенях биологических активных веществ в зависимости от химического состава почв, на которых они произрастают.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы – исследовать развитие растений и разработать методы выделения биологически активных веществ из аира болотного и верблюжьей колючки, произрастающих в Астраханской области. Определить лучшие условия для развития растений. Выявить основные биологически активные вещества эфирных масел и экстрактов растений, осуществить исследования анти-бактериальных свойств. Разработать технологию изготовления водно-спиртовых экстрактов аира болотного и верблюжьей колючки для их использования в различных производствах. Для достижения поставленной цели следовало решить следующие задачи:
-
Исследовать особенности морфологического развития аира болотного и верблюжьей колючки, произрастающих в различных местах в Астраханской области.
-
Определить основные физические и химические свойства почв из мест произрастания растений.
-
Осуществить дистилляцию эфирных масел, а также оценить количество эфирного масла в каждой пробе экстрактов.
-
Исследовать химический состав и определить основные биологически активные вещества, содержащиеся в эфирных маслах.
-
Сделать анализ растительных экстрактов на определение чистоты от тяжелых металлов и остатков пестицидов.
-
Изучить антибактериальную активность эфирных масел и экстрактов аира болотного и верблюжьей колючки.
-
Выявить пути получения использования эфирных масел и растительных экстрактов содержащих биоактивные вещества.
Научная новизна. Впервые изучены оптимальные условия роста аира болотного (A. calamus L.) и верблюжьей колючки (A. pseudalhagi Bieb.) в Астраханской области. Показаны оптимальные условия для развития аира болотного и верблюжьей колючки с целью выявления лучших показателей роста и высокого содержания эфирных масел.
Впервые, выяснен химический состав летучих масел, извлеченных из корневищ аира болотного, произрастающего в Астраханской области. Определено наличие азарона и других перспективных биологически активных веществ (БАВ) в эфирном масле корневищ аира.
Проведено определение чистоты спиртовых экстрактов из верблюжьей колючки и аира болотного на содержание тяжелых металлов и остатков пестицидов.
Предложено использование летучих растительных масел аира болотного, произрастающего на территории Астраханской области в парфюмерии и косметике.
Практическая значимость работы. На основе изучения биологических особенностей A. calаmus L. экспериментально показана возможность его использования в условиях Астраханской области для получения ценного сырья. Результаты исследования могут быть использованы в сельском хозяйстве для определения оптимальных условий для выращивания растений аира болотного и верблюжьей колючки и получение растений с высоким качеством и содержанием эфирных масел. Результаты химического и хроматографического анализов эфирных масел аира болотного (A. calаmus L.), которые могут быть использованы для получения экстрактов и биологических активных веществ, необходимых в качестве антимикробных компонентов. Возможно использование полученного эфирного масла из аира болотного, произрастающего на территории Астраханской области в парфюмерии и косметике.
Апробация работы. Полученные экспериментальные исследования по данной работе представлены на научных конференциях: V Всероссийской конференции студентов и молодых ученых с элементами научной школы «Актуальные проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса», Астраханский государственный университет, г. Астрахань, 29 октября – 1 ноября 2009 г.; Международной научно-практической конференции «Приоритеты и интересы современного общества», Астраханский государственный университет, г. Астрахань, 12-13 апреля 2010 г.; Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии», Министерства образования и науки РФ, Астраханский государственный университет, г. Астрахань, 7 – 10 декабря 2010 г.
Публикации. По результатам полученных исследований опубликовано 9 работ, отражающее основное содержание диссертации, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, списка литературы. Общий объём работы составляет 171 страницу, содержит 10 таблиц, 26 рисунков и 2 приложений. Список литературы включает 187 источников, из них 101 на иностранных языках.
Образцы аира болотного были собраны в трех разных участках Приволжского района Астраханской области: I участок - около села Килинчи, и участки II и III - около села Три Протока. Были собраны растения, произрастающие на берегах рек, которые протекают через эти села. Экземпляры верблюжьей колючки были собраны в трех разных местах (I, II и III) от поселка Начало (Приволжский район Астраханской области).
Образцы растений были доставлены в лабораторию биотехнологий АГУ (Технопарк, поселок Начало, Приволжский район Астраханской области), где были проведен анализ морфологических признаков с последующей сушкой. Растения сохранялись в хорошо проветриваемом месте. Почвенные образцы также были собраны с данных участков, высушены и подготовлены к физическому и химическому анализу. Анализ был проведен в агрохимической лаборатории Астраханского государственного университета.
Собранные данные включают различные вегетативные параметры роста:
аира болотного
Количество листьев (шт).
Среднюю высоту растений (см).
Масса корневища (г).
Вес зеленых листъев (г).
Общий вес (вес стеблей, листьев и корневища) (г).
верблюжьей колючки
Количество боковых ветвей (шт).
Высота растений (см).
Общий вес (вес стеблей, листьев и корней) (г).
Методы получения эфирных масел:
Образцы растений (100 г. высушенных растений) были подвергнуты гидродистилляции в течение 2 часов с использованием аппарата Clevenger для получения эфирного масла (Clevenger, 1928). В настоящее время наиболее популярным методом извлечения является перегонка с водяным паром, при котором вода нагревается до получения пара, который несет в себе самые летучие химические вещества и ароматический материал. Затем пар, собранный в результате перегонки, охлаждается в конденсаторе. Извлеченные эфирные масла хранили в чистых стеклянных флаконах, в темном месте при температуре 4С. Процент выхода изолированного эфирного масла, был рассчитан относительно их сухого веса.
Хроматографический анализ:
Хроматографический анализ проводили с использованием Shimadzu GC-MS (модели QP-5000, Shimadzu Ко, Киото, Япония) в режиме электронного удара. Ионизации 70 eV напряжения и температуры источника ионов и инжектор были 250o C и 300 соответственно. Капиллярной колонкой использовали DB-WAX (60 0,2 мм, идентификатор, и 0,25 мкм толщина пленки; J и W, США). Температура печи, запланированная на 40o C (изотермический на 1 минут) возросла до 180o C в 20o C/min и 220o C в 1o C/min затем 300 С в 20о C/min и держали 10 мин. Гелий использовали в качестве газа-носителя при скорости потока 1ml/min, с инжектором объема 1ml 1:20 использованием коэффициента распределения.
Методы экстракции БАВ из растений:
Растения были собраны нами в Приволжском районе Астраханской области. Части растений, мыли, высушивали и извлекали отдельно спиртом 40% в течение 48 часов при периодическом встряхивании. Экстракты фильтровали, стерилизовали и хранили в холодильнике.
Анализ тяжелых металлов и пестицидов:
Образцы экстрактов аира болотного и верблюжьей колючки, подвергли на анализ тяжелых металов и пестицидов в «Испытательной лаборатории» ФГУ «Астраханский центр стандартизации, метрологии и сертификации» (аттестат аккредитации РОСС.RU. 0001.21 ПФ17 от 28.03. 2008г.). Тяжелые металлы согласно методикам (МУ Но. 5178-90; ГОСТ Р 51301-99; ГОСТ 26930-86). и пестициды согласно методикам (МУ Но. 4120-86; ГОСТ Р 51395-99).
Микробиологические методы исследования:
Испытания антимикробной активности были проведены в отношении Staphylococcus aureus (ВКПМ В-1899), Bacillus subtilis (ВКПМ В-1919) и Escherichia coli (ВКПМ В-1911). Штаммы были использованы из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУПГосНИИ Генетика, Москва, Россия.
Антибактериальную активность экстрактов растений определяли двумя способами: кубок диффузии на питательный среде агар (Anon, 1996). Экстракты выполнены в питательных пластинах агара использованием пробки буром (6 мм) и посевной содержащий 106 колониеобразующих единиц (КОЕ)/мл бактерии распространяли на твердые плиты стерильным тампоном, смоченным в суспензии бактерий. Затем 50 мкл экстракта помещали в чашки, контроль также включены 50 мкл спирта 40%. метод диск диффузии (Lorian, 1996). На дисках были введены в чистую стеклянную бутылку. Стерилизовали при температуре 121С в течение 15 минут в автоклаве. Разведенный отвар был использован для проверки экстрактов на антибактериальную активность. Стерильные диски (6 мм диаметром) были выдержаны в экстрактах аира болотного и верблюжьей колючки (в течении 24 часов). Все пластины инкубировали в течение 72 ч при 37C.
Полученные экспериментальные данные обрабатывали с помощью статистических методов анализа (Плохинский, 1972).
