Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объект исследования. Систематическое положение. Экология и география (ареал) шлемника байкальского
1.1. Систематическое, положение шлемника байкальского 8-9
1.2. Ареал шлемника байкальского 9-11
1.3. Экология шлемника байкальского 11-13
1.4. Применение шлемника байкальского в медицине 13-16
Глава 2. Фитоценотическая приуроченность, внутривидовое разнообразие. Характеристика природных популяций шлемника байкальского
2.1. Ботанико-географическое районирование 17-18
2.1.1. Почвы Забайкалья 18-20
2.2. Фитоценотическая приуроченность шлемника, байкальского 20-25
2.3. Характеристика природных ценопопуляций шлемника байкальского 25-33
Глава 3. Онтогенез шлемника байкальского
3.1. Морфология шлемника байкальского 34
3.2. Онтогенез шлемника байкальского в природе 35-36
3.2.1. Возрастной состав шлемника байкальского 37-52
3.2.2. Возрастной спектр шлемника байкальского 52-59
3.2.3. Внутривидовое разнообразие шлемника байкзльского 59-61
Глава 4. Экологические основы интродукции шлемника байкальского
4.1. Обзор литературы 62-68
4.2. Обоснование выбора района интродукции 68-73
4.3. Особенности интродукции шлемника.байкальского в Бурятии 73-77
4.3.1. Онтогенез шлемника, байкальского в культуре 77-94
Глава 5. Семенная продуктивность и урожайность шлемника байкальского в природе и в культуре
5.1. Семенная продуктивность шлемника байкальского в естественных условиях произрастания 95-99
5.2. Семенная продуктивность шлемника байкальского в условиях культуры 99-101
5.3. Урожайность шлемника байкальского в природных популяциях 101-108
5.4. Урожайность шлемника байкальского в условиях культуры 108-111
Глава 6. Содержание и динамика, флавоноидного комплекса в онтогенезе и в зависимости от условий произрастания
6.1. Флавоноидный состав шлемника, байкальского 112-116
6.2. Содержание флавоноидов в подземных органах шлемника байкальского в культуре 117-122
6.3. Содержание флавоноидов в подземных органах шлемника байкальского в естественных условиях произрастания 122-124
Выводы 125-126
Литература 127-158
Приложение 159-178
- Фитоценотическая приуроченность шлемника, байкальского
- Онтогенез шлемника, байкальского в культуре
- Урожайность шлемника байкальского в природных популяциях
- Содержание флавоноидов в подземных органах шлемника байкальского в культуре
Введение к работе
Актуальность псследованип.
На современном этапе развития исследования по сохранению биоразнообразил большое внимание уделяется охране редких видов растений. Одним из важных этапов в реализации этой программы является изучение эколого-биологнческих особенностей исчезающих видов, рассматриваемых как научная основа для введения их в культуру [Соболевская, 1967, 1977, 1983 а',б; Камелин. 1997].
Даннал проблема в полной мере касается предмета наших исследований - эколого-биологических особенностей шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis Georgi - сем. Lamiaceae) - лекарственного растения официнальной, традиционной и народной медицин. Применение корней шлемника приводит к бесконтрольным заготовкам, сокращению численности популяций в Читинской области, а в Б}рятии привело к полному его исчезновению. На территории Дальнего Востока он отнесен к категории 3 - видам, численность которых сокращается [Редкие и исчезающие виды..., 1981] В связи с этим в Байкальском регионе актуальными являются вопросы изучения экологии и биологии этого ценного вида. -. Исследования проводились в Институте общей и экспериментальной биологии Бурятского филиала СО РАН по целевым программам «Ресурсы растительного мира Сибири», пункг 2.33.2.1.3. «Разработка научных основ охраны, воспроизводства и рационального использования редких и исчезающих видов растений».
Цель и задачи исследования. Целью исследования явилось определение эколого-биологнческих особенностей ш. байкальского в естественных условиях произрастания: выяснение возможностей введения в культуру в условиях Бурятии для сохранения и воспроизводства данного вида.
В связи с Этом были сформулированы следующие задачи:
-исследовать природные популяции ш. байкальского; определить возрастной состав ценопопуляций;
-изучить онтогенез ш.байкальского;
-уточннть ресурсный потенциал (сырьевые запасы) ш. байкальского и обосновать необходимость введения его в культуру;
-исследовать динамику накопления основных биологически акгивных веществ в природе и в условиях культуры.
Научпаи новизнa. Определены впервые эколого-биологическис особенности ш. байкальского с целью последующей интродукции его в условиях Бурятии.
В онтогенезе ш. байкальского выявлены сенильные и квазисенильные особи.
Получены данные по особенностям онтогенеза, внутривидово1 изменчивости, содержанию биологически активных веществ (флавонондов) в подземных органах растения.
Практическая значимость. На основании сравнительного изучения
особей ш. байкальского из разных популяций выявлены перспектиБные
формы, на их основе создана интродукционная популяция с Бысоким^ по
казателями по содержанию флавоноидного комплекса, урожайности и се
менной продуктивности. В результате исследований установлена вoзмож
ность создания плантаций ш байкальского в условиях Бурятии Разрабо
таны рекомендации повозделыванию ш байкальского На основании ре
комендаций и переданной) семенного материала ш байкальский выращи
ваете/Б Алтайском крае. , .
Лпцобацпя паботы. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ. Материалы исследований доложены и обсуждены на конференциях: Юбилейная научная сессия, посвященная 25-летию Сибирского отделения АН СССР (Улан-Удэ, 1982); Годичная сессия, посвященная дню науки (Улан-Удэ, 1987, 1992); Юбилейная научная сессия, посвященная 100-летию академика Н.И.Вавилова (Улан-Удэ, 1987).
Структура и объем днссептаци». Диссертация состоит из введения. 6 глав, выводов и списка цитированной литературы. Она изложена на 178 страницах машинописного текста, иллюстрирована 11 рисунками. 10 таблицами. Список литературы включает 303 наименования, в том числе 40 на иностранных языках.
Химическая часть исследований проводилась при консультации кандвдата фармацевтических наук Л.М. Танхаевой, также кандидата биологических наук Р. А. Мастинской, оказавшей научную помощь при определении возрастного состава ш. байкальского.
Особую благодарность выражаю доктору биологических наук, профессору Соболевской К.А. за поддержку проводимых исследований.
Фитоценотическая приуроченность шлемника, байкальского
Ш. байкальский приурочен к формации нителистниковой степи, встречается также в мятликовых, типчаковых, ковыльных и холоднополын-ных степях [Сергиевская, 1959; Пешкова, 19586; Дулепова, 1986; Зарубин, Фролова, 1980].
Нителистниковые степи широко распространены в Восточном Забайкалье, Маньчжурии, Монголии; значительные площади занимают в Западном Забайкалье - в Бурятии и Приангарье, где проходит западная граница этих степей [Пешкова, 1958а]. Восточная граница нителистниковых степей на территории России - в Приморье, где встречаются небольшими участками в западной части Приханкайской равнины, в долинах рек бассейнов Син-тухе, Мо, Суйфуна и Усачи. Здесь эти степи являются реликтовыми и находятся в состоянии регрессии [Шишкин, 1958; Куренцова, 1962, 1968, 1973]; южная граница за пределами России проходит через Онон-Аргунскую степь в предгорья Большого Хннгана, огибая с севера Цициканский «содистый район», опускается на юг по равнине Ляохэ [Пешкова, 1958 а, б, 1966].
Нителистниковые степи Забайкалья описаны в работах А.В. Кумино-вой [1938], Л.П. Сергиевской [1951,1959,1964; с соавторами, 1968], СВ. Гу-дошниковым [1952, 1957], Г.А. Пешковой [1958 а, б, 1963, 1972 а, б, 1985], А.А. Горшковой [1966], В.А. Барицкой [1979], Б.И. Дулеповой [1981, 1986, 1986] и др.
Некоторые авторы [Юнатов, 1950; Рещиков, 1954; Куминова 1938] считают нителистниковые степи эндемичными для Забайкалья и Монголии. По мнению Л.П. Сергиевской [1959], нителистниковые степи в Забайкалье находятся в поре расцвета а распространены более широко, чем в Монголии.
Несмотря на то, что эти степи довольно хорошо изучены, отнесение их к определенному подтипу степной растительности вызывало затруднения. Так, Е.М. Лавренко [1940] относил их вначале к настоящим степям, а затем к луговым [1965], Н.й. Галактионов [1954] отнес их к опустыненным степям из-за сильной щебнистости почв. На основе всестороннего анализа нителистниковых степей (в частности из-за преобладания эуксерофитов и мезоксерофитов при значительном участии крноксерофитов) часть исследователей относит эту формацию к подтипу горных (криоксерофильных) степей [Рещиков, 1954;Юнатов, 1959; Пешкова, 1972а, 1985; Бар ицкая, 1979].
Здесь преобладают многолетние травянистые растения, особенно стержнекорневые с развитым вертикальным корневищем, в частности, Scutellaria baicalensis. Этот факт объясняется условиями степных почв, т.к. поверхностные горизонты здесь сильно осушаются, поэтому глубинные корни могут добыть влагу из более обеспеченных слоев почвы [Горшкова, 1971 а, б]. Довольно много в составе флоры эумезофитов и ксеромезофи-тов. Одной из причин наличия видов мезофильного характера является, по-видимому, то, что нителистниковые степи Забайкалья поднимаются до нижней границы леса (пояс горной лесостепи) и в состав их травостоя проникают бореальные мезофильные растения. Данные эколого-географического анализа, проведенного В.А. Брицкой [1979], показывают, что флора нителистниковых степей представлена в основном лесостепными, горно-степными и степными растениями, что объясняется физико-географическими условиями территории Забайкалья.
Флора нителистниковых степей слагается, в основном, из североазиатских, центрально азиатских, евроазиатских и восточноазиатских видов. Подавляющая часть видов, входящих в состав нителистниковой степи, имеет маньчжур о-даурский ареал. Поэтому нителистниковые степи считаются древней формацией, связанной в своем происхождении с маньчжурской фратрией неморального типа растительности [Пешкова, 1972а].
Нителистннковые степи занимают склоны различных экспозиций -преимущественно восточной или почти равнинные пространства, в лесостепи - открытые южные и юго-западные склоны, иногда только их верхнюю треть или пологие вершины.
По данным Н.В. Дылиса [1965] площадь пижмовых степей в Читинской области, без учета мозаичности растительного покрова, составляет около 1500 км2 (всего площадь степей занимает 63 тыс. км2}. Наиболее значительные площади, занятые этими степями, отмечены в Агинском, йнго-динском, Улетовском, Ононском, Борзннско-Урулюнгуйском и Нерчннско-Заводском геоботанических районах, а в Сохондино-йнгодинском и Нерчинском занимают верхние склоны сопок [Сергиевская, 1959; Пешкова, 1968; 1972а, 1976; 1985; Зарубин, 1980, 1996]. Л.П. Сергиевская [1959] отмечает, что ш. байкальский присутствует в половине зарегистрированных ею сообществах пижмовых (нителистниковых) степей - 24 из 54 описаний.
В формации нителистниковой степи выделено 19 ассоциаций, отмечено 273 вида высших растений. Общее проективное покрытие составляет 40-70 % [Сергиевская, 1959; Пешкова, 19726, 1985; Барицкая, 1979; Дулепова, 1986; Полюшкин, Горшкова, 1979; Федоскин, 1979].
Эдификатором нителистниковой степи является Filifolium sibiricum (L.) Kitam. Основное ядро составляет разнотравье: Aconogonon angustifoiium Pallas, Bupleiirum scorzonerifolium Willd., Lespedeza .hedysaroides (Pallas) Kitag., Poteaiilla tanacelifolia Willd. ex Sehleehl, Leontopodium leontopodioides (Willd.) Beauv., Allium senescens L., Gypsophilla dahurica Turcz., Lilium pumilum Fisch. и др. Из злаков преобладают: Stipa baicalensis Roshev., Festuca lenensis Drobov, Koeleria cristata, Cleistogenes squarrosa(Trin.) Keng., Agropyron cristatum (Dieb.) Tzvelev, Poa botryoides (Griseb.) Roshev; из осок - Carex pediformis C.A. Meyer.; из бобовых - Astragalus tenuis Turcz., Oxytropis myriophylla (Pallas) DC.
Ш. байкальский - обязательный компонент разнотравья нителистни-ковой степи. На основании многолетних наблюдений за состоянием кители-стниковых степей, в частности за степями юго-восточного Забайкалья, М.А. Зарубин с соавторами [1982] приходят к выводу, что под влиянием бессистемного неумеренного выпаса происходит их деградация. На смену приходят ковыльные, тонконоговые, тимьяновые, бееетебельнолапчатковые, хо-лоднополынные и твердоватоосоковые сообщества. В связи с этим встает вопрос об охране некоторых участков нителистниковых степей. Малоизме-ненные участки этих степей можно встретить в ряде районов Читинской области: Борзинском, Ононском, Приаргунском и Забайкальском [Зарубин и Др., 1982}.
Типчаковые, ковыльные и мятликовые степи наименее изучены.
Типчаковые степи характерны для Бурятии и довольно полно изучены [Рещиков, 1961; Назаров, 1934; Гудошников, 1952, 1957 и др.]. В прошлом они были более широко распространены, но в связи с тем, что располагаются по надпойменным террасам рек на равнинных участках с черноземовид-ными почвами, почти повсеместно распахивались. В Читинской области в настоящее время сохранились по долинам мелких рек, притокам рек йнго-ды и О но на [Пешкова, 1963]. Широко распространены в Монголии, где доходят до 46 с.ш. [Юнатов, 1950].
Эдификатором является Festuca lenensis Drobov.
Степи приурочены к вершинам сопок и крутым каменистым склонам преимущественно южной экспозиции и развиваются на делювии глинистых и кремнистых сланцев [Пешкова, 1963,1972а].
Проективное покрытие 40-60 %, отмечено 166 видов высших растений [Зарубин, Фролова, 1980]: из злаков преобладают Stipa baicalensis, Leymus chinensis (Trin.) Tzvelev, Cleistogenes squarrosa; из осоковых - Carex pediformis, C. duriuscula C.A. Meyer; из бобовых - Astragalus tenuis Turcz., Oxytropis myriophylla (Pallas) DC, 0. oxyophylla (Pallas) DC, Lespedeza juncea; из разнотравья - Bupleurum scorzonerifolium, Dianthus versicolor Fischer ex Link., Chamaerodes trifida Ledeb, Potentiila leucophyila Pallas, Filifolium sibiricum, Artemisiafrigida Willd. и др.
Ш. байкальский встречается часто в типчаковой степи.
Ковыльные (тырсовые) степи распространены на юге Восточного Забайкалья в полосе пограничной с Монголией и Китаем [Пешкова, 1958а, 1985; Горшкова, 1966, 1971]. Встречаются небольшими участками по пологим предгорным шлейфам, занимают днища межгорных котловин заполненных рыхлыми отложениями. Располагаются на супесчаных почвах, но могут появляться на солонцах с тяжелым механическим составом, а также на делювии известняков и карбонатных пород [Пешкова, 1985]. Доминай-том является Stipa capillata. Отмечено около 70 видов [Дулепова, 1985]: из злаков преобладают Stipa baicalensis, Festuca Htvinovii, Poa attenuata Trin., из осоковых - Carex duriuscula, С pediformis, из бобовых - Oxytropis myriophylla, 0. grandiflora (Pallas) DC, из разнотравья - Artemisia laciniata Willd., A. commutataBesser, Phlojodicarpus sibiricus (Fischer ex Sprengel) K.Pol., Adenophora gmelinii (Sprengel) Fischer, Pardanthopsis dichotoma Pallas, Paeonia lactiilora Pallas и др.
Онтогенез шлемника, байкальского в культуре
В условиях интродукции у ш. байкальского нами выделено 3 периода: латентный, прегенеративный и генеративный.
Латентный период протекает в семенах. Семена 1.7-2.4 мм длины, 0.30-0.65 мм ширины, эллиптической формы, с тупым утолщенным носиком, темно-коричневого цвета.
Естественная стратификация проходит в течение 8-9 месяцев. Проращивание семян в лабораторных условиях проводили на свету в чашках Петри на фильтровальной бумаге, высевали по 100 семян в трехкратной по-вторности. Установлено, что оптимальные температуры прорастания семян 20-22 С. Семена интродукционной популяции прорастают при этих температурах на 2 день после обработки химическими реагентами: 0.02 % раствор КМп04 в течение 10 мин. всхожесть составляет на второй день 35%, энергия прорастания на 6-е сутки - 87.1 (максимальная), при намачивании семян в течение 60 мин. прорастание семян на 6-е сутки - 65.4 %; в 3% растворе Н 0210 мин - через 2 дня - 5.0, через 6 дней - 58.3 %; наибольшая энергия прорастания в этом реактиве наблюдалось при намачивании в течение 60 мин. - 71.8 %, в дистиллированной воде при выдержке 10 мин. - 83,3, 30 мин. - 90.4 % на 6-е сутки. Прорастание заканчивается через 12 дней.
Поэтому для лучшей всхожести семен шлемника их можно намачивать в дистиллированной воде в течение 10-30 мин., лучше в растворе КМп04в течение 10 мин. при температуре 18-20С. Последнее согласуется с данными Н.В. Дощинской [1959], Л.А. Хныкиной [1963], Ю.В. Банаевой [1998]. Было выявлено, что свет не влияет на скорость прорастания, но несколько снижает общую энергию прорастания. Оптимальная температура прорастания семян 22-24 С [Дощинская, 1959], на Украинской ЗОС - 24-26 С, лабораторная всхожесть 54-73 % [Коломиец, Пивень, 1996].
При проращивании семян природных популяций в полевых условиях получили следующие результаты: максимальная всхожесть у семян агинской популяции - 86.1, минимальная у ононской -19.8 % (Табл. 4.3.1.3.).
В полевых условиях проводили посев проклюнувшимися семенами. Их предварительно намачивали в воде в течение 1.5 часов, после этого разложили на марле тонким слоем и проращивали при 20-22 С. Периодически, по мере надобности их смачивали водой, чтобы не высыхали. Проклюнувшиеся семена на второй день подсушивали и высевали. Всходы появились через 5-7 дней, при посеве сухими семенами - через 7-Ю дней (поливе). Семена были высажены по 100 штук, глубина заделки 1.5-2.0 см.
Как видно из таблицы 4.3.1.3., наибольший процент всхожести семян и выживаемости проростков наблюдается у агинской (85.7, погибло 8.5 %), дульдургинскои (75.6, погибло 24.5 %) популяций. На следующий год погибли особи шлемника, высаженные семенами из Нерчинска.
Всхожесть семян в условиях Томской области составляет 70 %, прорастание их происходит в те же сроки [Хныкина, 1963], то и в Бурятии, несколько позднее на Украинской ЗОС - через 12-18 дней [Коломиец, Пивень, 1996] и в Новосибирской области - через 15-20 дней [Иващенко, 1965].
Проведенные в полевых условиях опыты показали, что семена шлемника лучше высаживать в первой- второй декаде мая в зависимости от погодных условий. Хорошо прорастают в увлажненной почве. Без полива прорастают на неделю позже.
Для посева лучше использовать семена свежесобранные или хранившиеся 1-2 года. С увеличением срока хранения всхожесть семян снижается. На третий год хранения всхожесть семян, собранных с растений, выращенных в культуре, составляет 76.3, на пятый год - 55.4 %, что согласуется с данными Л.А. Хныкиной [1963].
Масса 1000 семян интродукционной популяции, основу которой составляет агинская популяция - 1.88.710.13 г, минимальный вес семян у ононской - 1.54+0.10 г. Ш. байкальский, выращиваемый в степной зоне Бурятии (совхоз «Облепиховый»), отличается большим весом - 2.06±0.22 г. и размерами семян - 2.02±0.42 мм. Вес семян шлемника, выращенного в условиях культуры, больше, чем семена природных популяций (Табл. 5.1.5.).
Бес семян на Украинской ЗОС -1.77 г [Порада, 1984]; семена, полученные при интродукции ш. байкальского в Новосибирской области, также отличаются более крупными размерами от природных - от 1.08±0.02 до 2.28+0.04 мм [Банаева, 1998].
С выходом семядольных листьев на поверхность начинается новый прегенератнвный период, включающий 2 возрастных состояния:
Проростки. Состояние их характеризуется тем, что все их органы -семядоли, листья и корни - являются зародышевыми органами и наряду с автотрофным питанием используют запасы питательных веществ семени. Благодаря гипокотилю семядольные листья выносятся на поверхность почвы и выполняют функцию фотосинтеза. При этом семядоли появляются на поверхности почвы, заключенными в семенную кожуру, в последствии она опадает. Процесс формирования проростков от появления корешка до расхождения семядолей длится в среднем 5 дней. Семядольные листья, в числе двух, округлой формы 0.4 мм длины, зеленые, голые. Высота стебля 1.4-1.5 см.
Через 14-15 дней появляется первая пара настоящих листьев. Стебель длиной в среднем 1.7-1.9 см, покрытый белыми отстоящими волосками. Листовая пластинка 0.9-1.3 см длины (Табл. 4.3.1.4.). Вторая и третья пары листьев появляются через 2-3 дня. Продолжительность этого состояния 15-20 дней, заканчивающиеся отмиранием семядольных листьев.
Ювенильное состояние. В условиях культуры протекает за довольно короткий срок - до 60 дней, в то время как в естественных условиях произрастания может длиться до 2-4 лет [Банаева, 1995]. Самые низкорослые особи шлемника абагайтуйской популяции, но с наибольшим числом листьев. Особи шлемника интродукционной популяции более высокорослы. Листья ювенильных растений покрыты волосками, особенно густыми с нижней стороны. Корневая система представлена главным корнем длиной 4.3-5.7 см.
Внргинильное состояние. Растения в двухмесячном возрасте становятся взрослыми вегетативными. Имматурное состояние в условиях культуры в связи с быстрым ходом онтогенеза отсутствует.
Надземная часть растений характеризуется появлением побегов второго порядка в числе одного-трех, у некоторых особей они отсутствуют (Рис. 4.3.1.9 6).
Особи шлемника агинской популяции по высоте, числу листьев на стебле отличаются большими параметрами от дульдургинской, будоланской и первомайской популяций (Таб. 4.3.1.4.).
В конце первого года жизни подземная часть ш. байкальского представлена стержневой корневой системой с нежными боковыми ответвлениями. Корень по длине (18.0-29.0 см) значительно превышает надземную часть. У основания побега закладываются 2 почки возобновления закрытого типа, защищенные четырьмя парами почечных чешуи. В таком состоянии часть растений уходит под зиму.
Урожайность шлемника байкальского в природных популяциях
Одной из задач наших исследований является определение природных запасов (подземных и надземных органов) ш. байкальского в Читинской области. В связи с этим было необходимо: 1) выявить наиболее продуктивные конкретные заросли ш. байкальского; 2) определить запасы сырья и возможный ежегодный объем заготовок без угрозы сокращения численности популяций.
Сырьем для фармацевтической промышленности служат корни и корневища ш. байкальского. Первые работы по ресурсам шлемника были опубликованы Л.П. Сергиевской [1959], Л.П. Блиновой К.Ф. Р.Е. Пименовой [1968], К.Ф. Блиновой [1972]. Ими было установлено, что запасы шлемника в Читинской области ориентировочно составляют около 3 тыс. тонн при среднем весе одного корня 4.0 г, с учетом, что на їм встречается хотя бы по одному товарному экземпляру. Запас сырья на 1 га составляет 78.0-85.5 кг [Блинова, Пименова, 1968] или 80.0-120.0 кг [Горшкова, 1963]. Промышленная заготовка, по данным этих авторов, возможна, в 7 районах Читинской области.
В качестве, меры охраны природных запасов шлемника Л.П. Сергиевская с соавторами [1968] рекомендуют заготавливать только взрослые особи, имеющие 6-8 побегов, среди которых должны быть и генеративные. Так, на площади 100 м необходимо оставлять 2-3 плодоносящих экземпляра. Сбор сырья на одном месте проводить не чаще одного раза в 8-10 лет. Это мотивируется тем, что он зацветает на 10-12 году жизни [Горшкова, 1966; Сергиевская и др., 1968].
Методики. В работе использованы общепринятые методики [Борисова, Шретер, 1966; Василевич, 1969; Пименова, Пименов, 1970; Борисова, 1977; Крылова, 1973, 1978, 1981, 1985, 1988; Методика определения запасов, 1986].
Продуктивность подземных органов (фаза. плодоношения-обсеменения), плотность запаса сырья в естественных условиях обитания определяли на конкретных зарослях методом учетных площадок и модельных экземпляров. Для определения урожайности на всей площади, занятой зарослью, несколькими маршрутными ходами закладывали 30-40 площадок размером 1x1 м, на которых оценивали все параметры популяции, число взрослых особей ш. байкальского. Затем без выбора выкапывали 50-60 модельных экземпляров в каждой ценопопуляции.
Урожайность надземных органов (фаза цветения) и плотность запаса сырья определяли также как и подземные органы. Дополнительно срезали 100 модельных экземпляров, которые сразу же взвешивали.
Данные статистически обработаны [Методика определения запасов..., 1986;Заугольнова, 1982].
Мы определяли следующие категории запаса: 1. Биологический запас -величина сырьевой фнтомассы, образованная товарными и нетоварными эк земплярами ш. байкальского на данной площади (величина продукции корней у ювенильных и нмматурных экземпляров во внимание не принималась); 2. Эксплуатационный запас - количество сырья, которое можно заготовить на данной площади (особи шлемника среднего генеративного состояния), не подрывая возможности возобновления и регенерации растений; 3. Возможная ежегодная заготовка - часть суммарных эксплуатационных запасов сырья, которую можно использовать при введении очередности эксплуатации участков заготовки [Крылова, 1988].
Биологический запас подземных и надземных органов ш. байкальского определяли как произведение плотности запаса с единицы площади на 1 га в конкретной заросли. Эксплуатационный запас рассчитывали путем исключения из общего биологического запаса виргинильных, молодых генеративных и сенильных особей шлемника. Установлено, что усушка корней составляет в среднем 40%, травы - 33 %.
Урожайность определяли в 5 популяциях шлемника, на участках, представляющих интерес для заготовок, где численность генеративных побегов не менее 1 экз./м а площадь, занимаемая популяцией шлемника - не менее 5 га: Могойтуйский район - с.с. Хара-Шибирь, Зугалай, Догой; Забайкальский - Хара-Нор; Агинский - с. Урдо-Ага.
Районы, в которых проводился учет запасов, принадлежат к числу доступных и хорошо освоены сельским хозяйством.
Ценными в ресурсоведческом отношении мы считаем особи шлемника репродуктивной группы - средние генеративные, характеризующиеся максимальным развитием надземных и подземных органов и содержанием биологически активных веществ. С точки зрения возобновления популяции, заготовка корней данной возрастной группы растений нанесет наименьший урон, т.к. рекомендуется сбор после окончания фазы плодоношения и обсеменения (сентябрь, октябрь).
Плотность ИЛИ урожайность запасов сырья является исходной для ре-сурсоведческой характеристики, определяющей хозяйственную значимость популяций. По этому показателю обследованные нами участки неоднородны. Наибольшая плотность генеративных особей ш. байкальского отмечена в Могойтуйском районе на ключевых участках: с. Зугалай - 4.6 экз./м2, с. Догой - 3.0 экз./м2 и с. Хара-Шибирь - 3.1 экз./м2.
В хара-шибирской популяции шлемника плотность запаса корней максимальная и составляет 62.4±7.2 г/м11 (Табл. 5.3.7.). Продуктивность одного генеративного экземпляра корней - 16.5+2.0 г. Эксплуатационный запас корней - 264.2 кг/га. В догойской и зугалайской популяциях шлемника выявленные показатели несколько ниже.
Забайкальская популяция шлемника отличается минимальной численностью средних генеративных экземпляров на 1м2- всего 1.410.14 и эксплуатационным запасом - 61.0 кг/га.
Коэффициент вариации биологического и эксплуатационого запасов более 40 %.
С целью сохранения природных популяций ш. байкальского, экономического использования этого растения в последнее десятилетие стали изучать фармакологические свойства надземной части [Разина, 1987 б].
Определение урожайности надземных органов в природных популяциях ш. байкальского ранее не проводилось.
Урожайность надземных органов хара-шибирской популяции шлемника самая большая, с одного гектара можно собрать 317 кг сухого сырья. Несколько меньше в зугалайской, догойской и хара-норской популяциях. Травостой в этих местах произрастания шлемника не нарушен и не подвергается антропогенному прессингу.
Самые низкие показатели плотности запасов как надземной части (11.5±1.5 г/м2) как и корней (11.5+1.4 г/м2) отмечены в забайкальской популяции шлемника. Забайкальская ценопопуляция является самой южной популяцией ш. байкальского на территории России и находится, по нашему мнению, на границе фитоценотического оптимума, Критерием фитоце-нотического оптимума Й.Л. Крылова [1985] считает величину надземной фитомассы или величину продукции подземных органов ценопопуляций. По данному показателю, вышеназванная ценопопуляция шлемника., является низкопродуктивной. Особи шлемника среднего генеративного состояния являются малорослыми, число побегов минимальное. Кроме того, особи шлемника забайкальской ценопопуляций находятся в экстремальных условиях обитания: надземная часть растений поедается домашним скотом, оказывают негативное действие и выбросы промышленных предприятий.
Основой для охраны природных популяций лекарственных растений должна быть разработка системы их рациональной эксплуатации. Без угрозы истощения биологические ресурсы могут использоваться лишь при условии постоянной заботы об их расширенном воспроизводстве. Таким образом, чтобы не допустить истощения природных ресурсов, необходимо знать не только обьем и размещение запасов сырья, эксплуатация которых экономически целесообразна, но и время, необходимое для их восстановления. Срок восстановления запасов зависит от того, какие органы растения используются на сырье, от жизненной формы, биологических особенностей вида и условий его местообитания. Угроза истощения запасов сырья особенно реальна по отношению к растениям, у которых на сырье используются подземные органы. Для этих же видов в условиях нерациональной эксплуатации особенно велика опасность полного исчезновения отдельных популяций [Крылова, 1978].
Содержание флавоноидов в подземных органах шлемника байкальского в культуре
Задачей наших исследований является сравнительное, изучение качественного и количественного содержания флавоноидного комплекса в корнях ш. байкальского в естественных условиях произрастания и в культуре.
Для выяснения динамики накопления флавоноидов при переносе в культуру необходимо было определение наличия суммы данных веществ по фазам вегетации, так как рациональное использование природных ресурсов ш. байкальского как сырья, содержащего фармакологически ценный фе,-нольный комплекс, а также его культивирование невозможны без знания закономерностей динамики действующих веществ.
Образцы ш. байкальского выкапывали в естественных условиях обитания (в выше перечисленных ценопопуляциях). Для анализа выкапывались особи генеративного состояния, считающиеся товарными экземплярами, по 10 корней после плодоношения. Полученные данные статистически обработаны [Зайцев, 1990].
В условиях интродукции изучали сезонную и возрастную динамику накопления флавоноидного комплекса в подземных органах ш. байкальского. С этой целью особи шлемника выкапывали по фазам вегетации и годам жизни по 5 корней в образцах примерно в одни и те же сроки.
На первом этапе наших исследований подвергали химическому анализу подземные органы ш. байкальского на присутствие флавоноидов, набор которых определялся хроматографией на бумаге в системах: 15 % СНзСООН и БУВ (4:1:5) в сравнении со стандартными образцами, любезно предоставленными В.й. Литвиненко, по общепринятой методике.
В результате хром ато графического определения качественный флаво-ноидный состав был идентичен составу галенового препарата, Интенсивность свечения пятен в образцах первого года вегетации была меньше, чем второго-третьего годов и в фармакопейном препарате. В связи с этим, для более объективной оценки, мы провели количественное определение фла-воноидного комплекса епектрофотометрическим методом, предложенным В.И. Литвиненко с сотрудниками [1973].
Методика определения суммы флавоноидов в корнях ш. байкальского. Около 1 г навески воздушно-сухих корней, измельченных и просеянных через сито с отверстием 0.8-1.0 мм, помещали в коническую колбу емкостью 100-150 мл, приливали 50 мл 70 % этанола и нагревали на водяной бане в течение 30 мин при 60С. Затем раствор охлаждали до комнатной температуры и фильтровали в мерную колбу емкостью 250 мл. Эту операцию повторяли 3 раза. Остаток в колбе и на фильтре промывали чистым растворителем и опять фильтровали в колбу, после чего объем раствора, доводили до метки и перемешивали. 2 мл полученного фильтрата, переносили в мерную колбу емкостью 100 мл и доводили тем же растворителем до метки.
Оптическую плотность полученного раствора, измеряли на спектрофотометре в области 280 нм, применяя в качестве контроля 70% спнрт.
Процентное содержание суммы флавоноидов в подземных органах ш. байкальского значительно колеблется в зависимости от фазы вегетации и по годам жизни (Таб. 6.2.9.). Нами отмечены сезонные изменения флавоноид-ного состава ш. байкальского: содержание их возрастает от весны к лету и снижается к осени. Максимальное содержание флавоноидов отмечено в фазу "бутонизации - начала цветения, особенно у шлемника 3-5 лет вегетации, 23.312.8 - 28.813.5 %; к концу вегетации наблюдается уменьшение их содержания до 18.6+1.8 - 23.412.9 %.
Ко времени отрастания, шлемник интродукционной популяции третьего-четвертого года жизни, накапливает 21.912.8 - 23.012.3 % флавоноидов, осенью содержание их падает до 21.412.8 - 22.712.5 %, соответственно. Количество этих соединений колеблется в отдельных частях растений, начиная с ранних этапов развития [Чайлахян, 1958; Минаева,1978]. Во времени цветения у растений в надземной части наблюдается максимальное содержание флавоноидов, поэтому и подземных органах наблюдается их уменьшение, а осенью и весной происходит накопление этих соединений в корнях.
При выращивании ш. байкальского в разных экологических условиях (гумидном районе таежного Прибайкалья и в условиях сухостепного Селен-гинского среднегорья), выявлена незначительная разница в накоплении фла-воноидного комплекса по фазам и годам вегетации (Таб. 6.2.9.).
При сравнении результатов, полученных нами и на коллекционном участке Украинской ЗОС, наблюдается та же картина, т.е., в фазу бутонизаЦЙЙ общая сумма флавоноидов в корнях шлемника достигает натретни год 25.65 % (цит. по Гольбергу с соавторами, 1994).
Содержание же флавоноидов в конце вегетации имеет существенные отличия - на Украинской ЗОС к этому времени в корнях шлемника накапливается максимальное их количество у особей шлемника всех трех возрастов, от 27.02 у однолетних, до 28.32 % у трехлетних [Куцык и др., 1988]. Можно предположить, что осень на Украине более продолжительная по сравнению с Бурятией, и в это время корни успевают накапливать эти соединения.
Кроме того, нами проведено изучение накопления суммы флавоноидов в корнях шлемника, высаженных семенами в культуре, взятых у растений из природных мест обитания. Как было сказано выше (Глава 4.3.1.), шлемник агинской и дульдургинской популяций показали наилучшие результаты приживаемости в условиях культуры. В табл. 6.2.9. приведены результаты количественного определения суммы флавоноидов по этим двум популяциям и для сравнения приведена будоланская популяция. Как видно из таблицы 6.2.9., в подземных органах шлемника агинской популяции накапливается больше флавоноидов, чем в дульдургинской и будоланской. Кроме того, эти показатели отличаются от данных, полученных у шлемника из природных мест обитания, в сторону увеличения. Так у шлемника выращенного в условиях культуры, содержание флавонойдных соединений на третий-пятый год жизни составляет 18.8±2.0 - 22.0±2.3 %, против 14.411.5 -18.712.4 % у шлемника нз природных популяций (Табл. 6.3.10.). Таким образом, в культуре корни ш. байкальского за короткий период жизни (3-5 лет) накапливают такое же количество флавоноидов, какое они накапливают в естественных условиях произрастания за 20-30 лет жизни.
Нами также установлено, что содержание суммы флавоноидов в корнях шлемника в начале вегетации и в конце вегетации одинаково. Так, трехлетние особи шлемника интродукционной популяции в начальный период вегетации имеют 21.912.8 - 22.312.7 % флавоноидов, после обсеменения 21.4±2.8 - 21.612.5 %. Но так как у шлемника может быть использована в качестве лекарственного сырья и надземная часть, то для сбора семенного материала рекомендуем сбор корней производить осенью, в конце фазы вегетации.