Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сесквитерпеновые лактоны девясила и их биологическая активность

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Сесквитерпеновые лактоны девясила и их биологическая активность"

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГЛАВНЫЙ БОТАНИЧЕСКИЙ САД

На правах рукописи

АВДЖАЛЫКОВ МЕЙРАМ АЙЕДШОВИЧ

СЕСКЗИТЕРПЕНОВЫЕ ЛАНТОНЫ ДЕВЯСИЛА И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

03.00.12 - Физиология растений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Алма-Ата, 1992

Работа выполнена в лаборатории химии природных соединений Института органического синтеза и углехимии АН Республики Казахстан

Научные руководители

Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат химических наук, старший научный сотрудник С.М.Ддекенов, доктор биологических наук, профес сор И.Р.Рахимбаев

доктор биологических наук, профес сор Р.М.Кунаева кандидат биологических наук, стар ший научный сотрудник Г.А.Сыртано:

Ташкентский ордена Трудового Крас ного знамени государственный университет им. В.И.Ленина

Защита состоится

„¿Г

1992 г. в

час.

на заседании специализированного совета К 008.12.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Главном ботаническом саду по адресу: 480070, Алма-Ата, ул.Тимирязева, Главный ботанический сад.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Главного ботанического сада.

rt

Автореферат разослан

» ¿Г

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук

C.H.A3APSHK0

Актуальность проблемы. Большое разнообразие обнаруженных в растениях продуктов вторичного обмена включает огромное множество химических соединений.

Среди вторичных соединений сложного строения следует отметить сесквитерпеновые у -лактоны, которые, в основном, выделены из представителей семейства Asteraceae , виды которого широко распространены на территории СССР. На сегодня из растений данного семейства выделено и изучено около 2000 соединений этого класса.

Многие вторичные соединения принимают участие в установлении экологических взаимосвязей между живыми организмами. В этом отношении сесквитерпеновые лактоны можно рассматривать в качестве аллечохнмических агентов, т.е. вешзств, способствующих взаимодействию между видами. Исследования биологических свойств данных веществ свидетельствуют об их выраженной антифидантной, фунгицид-ной, рострегулирушвй, ангимутагенной, противоопухолевой активности.

Одним из богатых источников этих соединений являются виды рода девясил ( Inula L). Из представителей данного рода выделены и изучены около 90 сесквитерпеновых лактонов. Однако далеко не все виды девясила исследованы на содержание лактонов, Недостаточно изучено их химическое строение и связанные с ним физиологическое действие, а также биогенетические пути их образований в растениях рода девясил.

Практически нет публикаций по исследования локализации сесквитерпеновых лактонов в определенных органах растений рода девясил, что способствовало бы разработке биотехнологического метода синтеза ценных веществ.

Решение указанных вопросов представляет как теоретический, так к практический интерес и является необходимым для поникания биологической роля сесквитерпеновых лактонов в растительном организме, изучения биогенеза и физиологической активности соединений данного ряда.

Цель и задачи исследования. Цель» настоящей работы явилось изучение сесквитерпеновых лактонов девясила каспийского (Inula сев-plca Blum» }, д.высокого (I.helium I, ), д.шероховатого ft.eeptra Polr ), д.иволистого (l.eallcina I. ), выделение, идентификация и определение их биологической активности».

Исходя из поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

- провести химическую и биологическую оценку видов девясила из природной флоры Казахстана;

- выделить и установить строение сесквитерпеновых лактоноа из указанных видов девясила;

- определить биологические свойства выделенных сесквитерпеновых лаптопов;

- изучить динамику и локализацию сесквитерпеновых лаптопов в отдельных органах д.каспийского по фазам вегетации и оценить возможности получения соединений этого класса методом культуры ткани.

Научная новизна работы. Из девясила каспийского выделен новый сескпитерпеновый лактон инкаспин. Впервые из этого вида идентифицированы сесквитерпеновые лаптопы инучиненолид С, 3 J> -гидрокси-2 сС. -сенециоилокси-изоалантолактон и пульхеллин С.

Впервые из д.шероховатого выделен сесквитерпеновый лактон изоа-лантолактон.

Впервые для сесквитерленовнх лактонов девясила предложены биогенетические пути их образования.

Впервые изучена динамика и локализация сесквитерпеновых лак-тонов в отдельных органах растений по фазам вёгеташш и показана возможность их образования в культура ткани д.каспийского.

Впервые для этого класса соединений исследована способность сесквитерпеновых лактонов вызывать существенные изменения пигментного аппарата растений и появления фотодинамически активных пор-фиринов, свидетельствующая об их высокой мембранотропной активности.

Впервые дяя сесквитерпеновых лактонов из видов inula х.. определены реполлентныз, антифидантные, фунгицидкые и рострегулирую-щие свойства, позволяющие предполагать о наличии защитных функций у этих соединений в растительном органное.

Практическое 'значение настоящей работы состоит в том, что сесквитерпеновые лактоны инучиненолид С, британин и пульхеллин С из д.каспийского,вызывают нарушение в системе регуляции биосинтеза хлорофилла и проявляют гербишдну» активность.

По результатам лабораторно-вегетацианных, опытно-производственных испытаний определена антифидантная и репеллентная активность сесквитерленового лентоня британина в отношений паутинного клеоуэ-

вредителя тепличных культур.

Показана возможность препаративной наработки сесквитерпеновых лактонов методом культуры ткани.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 9 работ.

Апробация работ?.т. Результаты диссертации докладывались на 7-ой конференции молодых учзных Университета дружбы народов (Москва, 1984), Материалах Республиканской научно-практической конференции молодых ученых "Внедрение научно-исследовательских работ по химии и химической технологии" (Караганда, 1985), Материалах Республиканской научно-практической конференции "Проблемы рационального использования лекарственно-технических растений Казахстана" (Алма-Ата, 1986), Всесоюзном совещании по пестицидам (Черноголовка,IS88), 4-ой Международной конференции по химии и биотехнологии биологически активных природных продуктов (Будапешт, 1987), Всесоюзном совещании по химии инсектицидов и акарииидов (Москва, 1990).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы, приложения. Работа изложена на 98 страницах машинописного текста, иллюстрирована 30 рисунками, 4 таблицами и 5 схемами.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются девясил каспийский (inula easplca Blume ), д.высокий (l.helenium Ъ. ), д.шероховатый (I.espera Polr), д.иволистый (I.salicina Ъ. ).

Для изучения использовали надземную часть и корни растений й фазе цветения.

Идентификацию сесквитерпеновых лактонов проводили физико-химическими и спектральными методами, описанными в работах (Рыбалко, 1978; Сильверстейн, 1977).

Надземная часть. Листья и цветочные корзинки исчерпывающе экстрагировали хлороформом в аппарате Сокслета при температуре 40-45°С. Выделенную сумму веществ обрабатывали 60^-ным спиртом. Отделив осадок, из водно-спиртового раствора лактоны извлекали хлороформом (3x500 мл). После упаривания хлороформа получили густую массу кремового цвета.

' Корни.. Мелко измельченные корни, исчерльшшоше экстрагировали ацетоном (35-40°С) в аппарате Сокслзта.Растворитель отгоняли на ротационном испарителе. При этом получили густую массу темно-оранжевого, цвета.

Для первичной оценки растений на содержание сесквитерпеновых лаптопов предложен метод экстракции растительного сырья хлороформом или горячей водой с последующим извлечением хлороформом, ИК-спектр разбавленной смолки снимали в виде тонкой пленки в области IООО-1600 et,Г*.

Для разделения индивидуальных компонентов применяли колоночную хроматографию (МагкЬшп , 1975; Harbern , 1983).Б качестве адсорбентов использовали силикагель марки КСК.

Индивидуальность выделенных веществ контролировали по ТСХ на пластинках " Silufol UV-254" в системе гексан-этилацетат (1:1), этилацетат, бензол-спирт (9:1). Проявители: пары йода и насыщенный раствор КМпО^. Вещества в ь; суп и вали в вакуум-пистолете с PgO^ над спиртом б ч. Температуру плавления измеряли на приборе "Вов-ti.ua ". Величины удельного оптического вращения измеряли в хлороформе на круговом поляриметре СМ-2 в трубке длиной 0,5 дм и объемом 10 мл.

МК-спектры образцов соединений изучаемых в данной работе, снимали на спектрофотометре UR-20 (КВт); ГШР-спектры на Bröker V/P 200SY (в СДС&з и CgflgH , внутренний стандарт - MC, S - шкала), спектры ЯМР I3C - на импульсном спектрофотометре В гикег WP 200 SY(22,63 МГц, СДС^, 0-ТМС), масс-спектры - на Finnigan МТ-8200.

Ацетилирование. 0,1 г вещества проводили в 1,6 мл пиридина при добавлении I мл уксусного ангидрида с дальнейшим нагреванием на водяной бане в течение I ч при-60°. После охлаждения реакционную смесь разбавляли пятикратным количеством воды, продукт реакции извлекали хлороформом. Хлороформное извлечение промывали Ж-нш раствором ЫСС , затем водой до нейтральной среды, хлороформ отгоняли, жидкий лродукт промывали эфиром, который после этого кристаллизовался. ' '

Для щелочного гидролиза 39 мг сухого вещества растворяли в 2 мл спирта, добавляли 3 мл 4%-пой КОН при перемешивании и оставляли на I час при комнатной температуре. Реакционную смэсь подкисляли 1035-ной Hg sO^ до PH-I и экстрагировали этиладататом 4 рапа, последний прошваяи ЙЙ-ным раствором HagCOg и дистиллированной во-

дой до нейтральной реакции. Затем экстракт сушили над Mgs04 в течение ЭО ыин отфильтровывали» фильтрат упарили. Затем по ТСХ значениям продукта реакции сравнивали со значением Hf исходного вещества.

Определение инсектицидной активности сесквитерпеновых лактонов и обработка данных по технической эффективности испытуемых соединений проводилось по формуле Аббота (Осмоловский, 1963). Изучение рострегулирующей активности сесквитерпеновых лактонов проводили по методу Бояркина (1947).

Лабораторно-вегетадионные опыты по исследованию акарицидной активности сесквитерпеновых лактонов проводили на растениях огурцов (3-4 настоящих листьев), заселенных паутинным клещем. Биологическую эффективность рассчитывали по Абботу с учетом нарастания численности вредителей в контрольном (вода) варианте.

Каллусные ткани получены на основе применения методических принципов описанных Бутенко (1964).

Влияние сесквитерпеновых лактонов на биосинтез порфиринов в растениях определяли по спектру флуоресценции семядольных листьев огурцов при длине волны возбуждающего света 412 нм, спектры возбуждения флуоресценции - при длине волны 688 нм (Васин и др.,1988).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Первичная химическая и биологическая характеристика экст активных веществ девясила.

На содержание сесквитерпеновых у -лактонов нами обследовано 5 видов девясила: Inula sapera Poir, I.britaanlca X.., I.caopica Blume, I.helenium, I.sallcina l.

Результаты первичной химической и биологической оценки видов inula ь., приведенные в табл.1, свидетельствуют о содержании в них сесквитерпеновых у -лактонов, на что указывает наличие характерных полос поглощения в ИК-спектрах (1750-1770 см~1).

Сесквитерпеновые лактоны девясила каспийского и их биогенез

Из надземной части девясила каспи<< кого выделено и идентифицировано 6 соединений (см.схему 1). Вещества 1,Ш-У1 выделены из

Таблица I

ПЕРВИЧНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ ВИДОВ РАСТЕНИЙ РОДА HTULA

]?№; Название пп;растения

Зкстрагент

¡Данные ИК-свектра i смолки, см~1

| Биологическая ¡ токсичность

активность

I. IHULA ASPERA POIR. Надзедаая часть ХЛОРОФОРМ корни АЦЕТОН

2.I.BHITABHICA Ъ.

Надземная часть ХЛОРОФОРМ

3.I.CASFICA BITJMS

Надземная часть ХЛОРОФОРМ

ГОРЯЧАЯ ВОДА

корни АЦЕТОН

4.1.НЕШШШ L. Надземная часть ХПОРШОРМ

корни

АЦЕТОН

5J. SALICIHA

Надземная часть ХЛОРОФОРМ

копни

ГОРЯЧАЯ ВОДА АЦЕТОН

1755 (СО ¡f -лактона), 1730

1765 (СО f -лактона)

1765 (СО у -лактона) 1670

1770 (СО у -лактона)

1755 (СО f -лактона)

1760 (СО у -лактона)

1750 (СО у -лактона)

1760 (СО у -лактона)

1755 (СО у -лактона) 1750-1730(с0д"-лактона) 1765 (СО | -лактона)

РХТРЕГУЛИРШЦАЯ Нз изучалась

РОСТРЕГУЛ ИРУЮЩАЯ, АКАРИЦИДНАЯ

РОСТРЕОТИРВДШ, РЕПЕШ1ЕНТНАЯ

АКАРИЦИДНАЯ

РЕПЕЛЛЕНТНАЯ АКАРЩИДНАЯ

Не изучалась

ЛД50=2847±199 мг/кг

(нетоксичная)

ЛД50=4750±869 мг/кг . (нетоксичная) ЛД50=3250.

от/кг (нетоксичная)

РОСТРЕГУЛИРШЦАЯ Не изучалась

t

о> i

данного пида впервые. Вещество П оказалось новым свсквитерпено-вым лаптопом.

Вещество"I» Еесгаетныв кристаллы состава СодНэдО, М+414,т.пл. 142-145°С:[0С]^0-34°(хлорсЙ!орм)8 по ТСХ одно пятно'с КГ 0,58. На основании полученных данных н сравнения их с литературными, а такие пробы смешения с достоверным образцом, вещество (I) из д.каспийского идентифицировали как ф -ситостерол.

Вещество П. Бесцветные кристаллы состава ^19^26^55 222бС, [э1]^8+116,90 (с.0,0045, хлороформ), по ТСХ К 0,27 - новый сесквитерпеновый лактон (!? госрегиетрадии 6027884 от 12 июня 1984г.), названный нами инкаспином. Выход вещества составил 0,004^ в расчете на гоздукно-сухую массу сырья. В Щ-спектра его присутствуют полосы поглощения,: характерные? для гидроксильной группы (3500 см"1), яарбонила -лаптопа (1750 см""*), сложиоефир-ной группы (1720, 1245 сг.Г1), двойной связи сложноэфярной группы (1670 см"1).

При дегидрировании над 30&-ным М- С при 330°С получили хама-зулен, что свидетельствует о гоаяновом шш' лсевдогвалновом углеродном скелете изучаемого вещества.

8. *

с.1. Ш!Р-спеятр ютаспиип.

НК-,[ШР-, ИК-,ПМР-, ИК-.ПКР-, ИК-.ПМР-, ЙК-, ПМР-,

шее МАСС, cis -ЯМР-, МАСС-, •. МАСС-,РСА

•.* РСА МАСС-,РСА PCA

СХЕМА I ., ВЫДЕЖШЕ СЕСКВИТЕРПЕПОВЫХ ЛАКГОЮВ ИЗ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ IfJUlA CASPIO А

... д ...

Присутотсиа а ПМ?~спсктре (рис.1) сигнала ангулярного штила

сингле? 0,90 ы.д, (ЗН) позволяет судить о исовдсизпянснсм скелете полскулгл щпгаспипа! дублет 2 области 1,07 м.д. (ЗН) отнесли ко г.торшягсй «стильно!! группе: дублет в области 2,14 м.д. (ЗИ) соот-петелгует скпюяеи прстслся кетияа при део!!лсЯ связи слсчпоэфир-псн группы, цультналет в области 3,05 м.д. (111) отнесли к %; триплет дублетов в области 4,57 м.д, (III), <з.|=£Гц, ^С'н)-епгпалу претспа, нахид.-чг/згосл с гешкшькся положении л лвитсн-исму прсхспу; сипглет в области 4,70 и.д. (1Н) соответствует мзм-гядроксядьзигиу протону; дублеты 5*53 и 6,05 (по 1Н, J1 = <т,-=2Гц) отнесли протеши с»зси:пмшчссхвП «стияснсесй группы, сспрдаеинсй с трбегтпеи -стктопщ сштех п облает 5,32 .и.д, (II!) и нпар-тет 5,Б8 .',5.До (1Н;«5 =1,3 Гц) зпарантерин для. Н-17 и Н-18 соответственно.

ВдаоприБсдекпш спектральные доавшо (И1С-. ПМР-) позволили предложить для второго Есиэстеа строение 2-ги.прокси-б - кротнл-псев-догпаЗ-1ШЗ)- ен - 8.12, - олида, как нляболое пероятное.

Вещество Ш. Кристаллы состава СТ91Ц07, М*24б (-¿СН^СООН), т.плЛ56-158°С,й/°+ 95,5° (с 0,С045; хлороформ), гаГ'ГСХ М0,7?„ Выход вещестЕа 0,09^ в расчете па Боздутао-сухое сырье.

По фшто-хнмичзскии константам и спектральным данным вещество И идентифицировали как сесквитериедавый лактои плучиисиолид С, который в д.каспийском. обнаружен впервые.

По результатам рзнтгеноотруктурного исследогапия для ннучине-нолида С про,г тено строение , -диэиетонси - бс(. -гидрокси-Ы , 7<*(Н), Ц/5 , 10/3 (II) - псевдогаай - 11(13) - ен - 8,12 - оли-да.

Еегаа £Тпо_ХУг. Кристаллы состава С^дНр^О^, т.плЛ88-169°С (спирт)!

Ив"0 - 26° (с.5,0; хлороформ), по ТСХ щ 0,76. Выход вещэствй' 0,17% (б распето па воздушно-сухую массу сырья).

По данным Ш-, ШР-, ШР-^С-спектров и физико-химическим константам вещество (1У) оказалось идентичным пеевдогвайанолнду бри-танину.

Реоультатм рснтгеноструктурпого оксперимента позволили однозначно предложить для молекулы бриташтна строеино 2<У-,6с/ -пвтокои - - г ид ролей -7с< (Н), 0,ТП/ (И) - псевдогваМ - II (ТЗ) - ен - 8,12 - олндч.

Вещество У. Бесцветные кристаллы состава CgQÏlggOg, т.пл.222-223°С (спирт), [o<]DI8+ 73,3° (С.0,0045; хлороформ), по TCXHf 0,24. Выход вещэства 0,004t на воздушно-сухую массу растительного сырья.

По физико-химическим константам данным ЙК-, ПМР-спектров вещество (У)'идентифицировано Нами как 2 oL -сенециоилокси - 3jS -гидрокси - изоалантолантон. Данный лактон в д.каспийском обнаружен впервые.

По результатам рентгеноструктурного анализа для данного лак-тона предложено строение -сенециоилокси - 3j3 -гидрокси - 7,Bot. (H) - эвдеси - 4 (15), 11(13) - диен - 8,12 - олида.

Вещество У1. Бесцветные кристаллы состава Cj^H^qO^, М+264, т.пл.200-203°С, ¡oijp^-f- 92,8° (С. 0,0045; хлороформ) по ТСХ M 0,02. Выход вещества составил 0,04% в расчете на сухое сырье.

При ацетилировании вещества (У1) уксусным ангидридом в пиридине получили производное состава CjgHg^Og с т.пл. 192-194°С (спирт). В ИК-спектре ацетшгпроизводного отсутствуют полосы поглощения, характерные для гидроксильных групп. В ПМР-спектре ацетата имеются сигналы двух вицинально расположенных гемацильных протонов.

По физико-химическим константам, спектральным данным и сравнением их с литературными, выделенное из д.каспийского вещество У1 идентифицировали как эвдесманолид пульхеллин С. В изучаемом виде растения он обнаружен впервые.

Методом рентгеноструктурного анализа подтверждено пространственное строение пульхеллина С как 2</, 3^- диокси - 7сб (Н), 5J , Bd (H) - звдесм 4 (15), 11(13) - диен - 8,12 - олид.

На основании биогенетических соображений можно предположить, что пульхеллин С, возможно, образуется из 2оС -сенециоилокси -3J> -гидрокси - изоалантолактона при энзиматическом гидролизе последнего в растительном организме.

У У1

Взаимодействием 2 -сенециоилокси - 3/ - гидрокси - изогшш-талактона с 4^-ным КОН получено производное, по элементному сое-

- н - .

ггазу, температуре плавления и спектральным даннш идентичное пульхедлину С.

Одним из воз».«оясных путей образования эвдесманолидов и псевдо-гзаянолидов Inula caspicn . как показано на схеме 2S следует считать окисление изспропеиильного остатка углеводорода гермакре-на А, сбраэуюиегося из транс-фарксэнл-пирофосфхта. Введением кислородной функции при CI2 получает спирт, образование которого происходит через гидропероксид. Последний образуется при энзима-т-ическок окислении, имитирующего взаимодействие синглетного кислорода с олефпнами. В каздем случае процесс включает миграцию двойней связи от GII-CI3 :с CII-C-I2. Дальнейшими окислительными модификациями спирта через альдегид, кислоту и гдцрокенлированием no С-8, затем лактслиэяиией получают гермакрадиенолид»

Счисление гермакрадиенолида по С2, зпсксидирсва.ние его продукта по С4-С5 и циклизация 4(5)-эпокси-гсрмакрадненолида приводит к образовать геепнелида. При даш«?йпей перегруппировке отеге гваянолпда с селективным восстановлением и последующим окислением но С6 образуются молекулы ипучинзполнда С (Ш) и бритшшна (1У).

Из гермакрадиенолида при окислении no G3 и G2 с последующей циклизацией цис-1(10)-траис-4(5)-гермакрадиена образуются молекулы 2о£-сен8циоилокси-3/3 -гидрокси-изоаяантола.ктона (У) и пульхеллп-наС(У1). v

Изучение локализации и динамики содержания се^квитерпеновых лактонов Inula caspica Bluma

Исследование локализации биологически активных соединений в определенных; органах растений и динамики их содержания взаимосвязано с разработкой биотехнологичесного метода синтеза практически; ценных препаратов, особенно из эндемичных и редких видов.

Выделение и идентификацию индивидуальных лактонов из органов д.каспийского (листья, стебли, бутоны,"цветочные корзинки), собранных по фазам вегетации растения (розетка, бутонизация, цветение) с опытного участка 1Сарагандинского ботанического сада ЛИ КазССР, проводили методом хлороформной зкетракшт с последующей хроматографической очистной смолок на колонке с силикагеяем.

Как показыпаот результаты «сследо^'ннп дтгамики и локализации экстрактивных веществ в отдельных органах д.каспийского, выход суши впшоств в фазу розетки из листьев данного растения .состав-

щ ГЕРМАНИЕЙ A DDH ш ran ИИ ГЕРМАШДИЕНОАИД

i Ях'агтгпгогоовка l '

I Ях;агруппировкй

H® |H®

ffci

■ 0

f г;ссстр1ювл5няе, йО- отнятие' ад-

КЗ ЁЕ V . Re0 SfosY. •

Ш: R<M)Ac; % =0Ас УЬ.н-Н

iyfi"oAc;R?H ■ УльлХ ■

Rj »OAc '

СХШ 2. ЕОЗШШЙ БИОГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПУТЬ ОБРАЗОВАНИЯ ШЕВДОГБАЯНОЛИДОВ И ЭВДБСМАНОВДОВ В

INULA. CASPICA BLUME

го I

0

- 13 - .

ляет 3,855, в фазу бутонизации из листьев - 4,6X, из бутонов -ИЖ из стеблей - 0,9%, В фазу цветения, содержание экстрактивных веществ в листьях достигает 6,6$, в стеблях - 1% и цветочных корзинках - 5,8Й. По данным ТСХ и ИК-спектров в смолках из указанных . органов присутствуют сесквитерпеновые ¡р -лактоны.

Как показывают результате исследования динамики локализации сесквитерпеновых лактонов в отдельных органах д.каспийского, во всех изученных фазах вегетации в стеблях наблюдается следовое содержание сесквитерпеновых у -лактонов. Наиболее лактоносодер-жащими органами растения для препаративной наработки сесквитерпеновых лактонов являются листья, бутоны и цветочные корзинки. В этих органах в изученных фазах вегетации наблюдается заметное содержание псевдогваянолидов: инучиненолида С (0,01-0,05%) и британина (0,02 - 0,1%); эвдесманолидов: 2 oL -сенециоилокси-ЗуЗ-гидрокси-изоалантолактона (0,002-0,ОЙ) и пульхеллина С (0,050,17%)'.

Сесквитерпеновые лактоны в каллусной биомассе Inula caspica Blume

inula caspica имеет недостаточные сырьевые запасы в природной флоре для получения на основе данных соединений новых практически ценных препаратов. В связи с этим, считая одним из перспективных источников биологически активных веществ, мы изучили возможность образования сесквитерпеновых лактонов в каллусной культуре inula caspica. В качестве первичных эксплантатов для получения каллуеных тканей использовали стерильные 6-дковные листовые сегменты д.каспийского.

Каллусные ткани культивировали в камере искусственного климата при температуре 25°С и 16-ти часовом фотопериоде. Иедукция каллусогенеза проходила на агаризованной среде Мурасиге и Скуга с добавлением 30 г/л сахарозы, витаминов и регуляторов роста: о£ -нафтилукгусной кислоты (НУК-5 мг/л) и б-бензиланинопурина (ЕАП-0,5 мг/л).

Через 30 дней в пробирках образовалась плотная гетерогенная каллусная ткань соломенного цвета.

Из стерильного листового сегмента на среде Мурасиге и Скуга с НУК-5 и ЕАЛ-0,5 мг/л было наработано 44 г сухой каллусной биомассы. При исчерпывающей экстракции полученной каллусной биомассы

- 14 -

При исчерпывающей экстракции полученной каллусноп биомассы спиртом в аппарате Сокслета, выход суши экстрактивных веществ составил 8,6$ от воздушно-сухой биомассы. В Ш-спектре смолки наблюдается полоса в области 1765 см-^, характерная для карбо-нила у -лактона.

При -хроматографическом разделении суммы экстрактивных веществ и элюировании колонки смесью ефир-зтклаиетат (1:1) выделили крис таллическую массу, после четырехкратной перекристаллизации которой из спирта получили бесцветное кристаллическое вещество состава CjgHggO,;,, т.пл.160-191°С, на ТСХ проявляется одно пятно КГ 0,76. Выход вещества составил 0,0£.%..

По температуре плавления, данным ТСХ, Ш-, ШР-спактров и сравнением с достоверным образцом выделенное вещество идентифицировали, как сескснтарпеновкн лаптоп бриталин.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о потенциальной возможности биосинтеза сескшгеерпенових <у -лаптопов в каллусной ткани, оксплантировашой из листа стерильного проростка, девясила каспийского;

Сесквиторпеновые лактоны Inula.helcnium Ь.

Надземная часть. При элюировании колонки бензолом изолировали кристаллическое вещество состава C^gH^O, Mf4I4, т.пл.142-I45°G, {k]D 20-3i°. По ТСХ одно пятно с Ef 0,58. На основании данных исследования, сопоставления их с литературными сведениями и пробы сношения данное вещество идентифицировано как j} -ситсстерол.

При дальнейшем элюировании колонки скесью-бензол-эфир (4:1) выделили бесцветное кристаллическое вещество состава CjgHjgOg, М+246, 7.пл. 153~156°С (спирт), [k]D1Б+301° (хлороформ).

На основании данных ИК-, ШАР-'спактров is фиэико-химичееше констант ото вещество идентифицировано naif 2-оясоалаптолактом. рыто выделенного из Inula royleana . Из д. высокого 2-оксо-алантолактон выделен нами впервые.

Корни, При элюировании колонки петролейикм эфиром выделили игольчатые кристаллы. После трехкратной перекристаллизации из спирта получили бесцветное кристаллическое вещество состава

С15Н20°2> т.пл.73-75°С,[^]р IS+68,8°, по ТСХ Rf 0,80.

На основании полученных данных и сравнения их с литературными, выделенное вещество идентифицировано нами как сесквитер-пеновый лактон алантолактон.

На основании данных рентгеноструктурного анализа для планто-лактона предложено строение 7,ВЫ. (Н)-звдесм-5(6), Щ13)-диен-8,12-олида.

При дальнейшем элюировании колонки петролейным эфиром изолировали кристаллическое вещество состава CjgHgQOg, М+232, т.пл. 107-109°С (спирт),[oi]D 20+172° (с 0,0045; хлороформ), по ТСХ Rf 0,62.

По данным ИК,- ПЫР-спектров и физико-химических констант вещество идентифицировали как сесквитерпеновый лактон изоаланто-лактон.

Сесквитерпвновыв лактонн Inula aspem Pair

При элюировании колонки смесью бензол-эфир (1:1) изолировали игольчатые кристаллы. После трехкратной перекристаллизации из спирта получили бесцветное кристаллическое вещество состава С15Н20°2» М+232' Т.пл.106-107°С,[о4] d20+I72° (с.0,0045; хлороформ), по ТСХ Rf 0.62.

По физико-химическим константам, спектральным данным (ИК-, ПМР-спектрам) и сравнением с достоверным образцом выделенное вещество идентифицировали как сесквитерпеновый лактон изоалан-толактон. Изоалаитолантон иэ данного вида растения вьдаолен нами впервые.

СесквитерпбНОВЫЭ лактоны Inula saliolna L,

Злюированием колонки бензолом вьщолшш кристаллическое веио-ство состава С29Н500, М+4М, т.ПЛ,142-145°С,[Ц]1) г0~ 34°(хлоро-форм), по TCXHf 0,58.

На основании полученных данных и сравнания их с литературными данными, а таяад пробой смешения о достоверным образцом выделенное вещество иэ д.иволистого идентифицировано нами как j, -ситостерол. J> - ситостерол из д.иволистого выделен впервые.

При дальнейшем элюировашш колонки этилацетатом изолировали бесцветное кристаллическое вещество состава Cx&H¿>q02» 1Г232, т.пл. 10'1-I06°C,¡oC] D 20+ 172°, по тех Rf 0,62.

По физико-химическим константам, спектральным данный (ИК-, П!4Р-спектрам) и сравнением о достоверным образцом выделенное по д.иволистого вещество идентифицировали как сесквитерпеновий лак-тон изоалантолактон.

Поскольку сесквитерленовый лактом изоалантолактон еодаржи-гся в различных видах девясила (I.áspera, I.helenium, I.calicina), то нами предложен биогенетический путь его образования.

Однлм из воокожанх биогенетических путей образования пяпоизн-толактона (схема 3) в растительном организме следует считать окисление изопропешмьного остатка углеводорода горткреиа А. Введением .кислородной функция при C-I2 получают спирт, образование которого происходит «ибо через опоксидный шгсерыгдиат, либо через гидроаероксид. Последний обязуется при 9шнматя«еской реакции, имитирующей взаимодействие сииглетного кислорода с оле-финами. В каздом случае процесс включает миграцию двойной связи от Cjj-Gj3 к Cjj-Cjg. Дальнейшими .окислительными модификациями спирта чероз альдегид, кислоту и гидроксилировшшем по С-8, затем лактонизацией получшот инунолид.При исследующей циклизации инунолида образуется изоалантолактон,

О биологической активности сесгсвитерпеиовых. лаптопов из растений рода Inula ъ.

В настоящее время механизм физиологического действия сескви-терпеновых лаптопов изучен недостаточно.

В связи с этим нами изучены биологические свойства лаптопов, выделенных из растений рода inula L . При отом выявлен широки!! спектр «х биологического действия на различные биообъекты.

Так, сесквитерпеновые лаптопы инучиненолид С и британин из д. каспийского при 0,05^-ной концентрации обладают вирячонпрм афшидньм действием О OfííOnieHíííI nepCíiKOBÓÍ) ТТ>Н (Щуг.одп** рпггчоч?

5и1г ) И бахчевой ТЛИ (АрМп gOnryjUlglov),

ИЗОАШТОШТОН

Схема 3. Возможный биогенетический путь образования иэоалантолактона

Таблица 2

Биологическая■эффективность действия сесквитерпсиовых . лактонов британина и инучиненолида С на персиковую шо и бахчевую тлю

*" "Я............^ ' . | " - ' ' ' и ■ • • ' ' - -

15$|Варианты )Учет до обработки; Погибло через 24 ч. |Биологи-""¡опытов ¡повряностьГр. !повторность 1 ср> |||^ивномь

! I! I ! ! I 1 Л 1 . Ш [ ! Б ^

Персиковая тля

I. Британин 19 . 24 20 21 12 12 II 12 61,7

±0,3

1 Бахчевая тля

2. Инучиненолвд 25 15 18 19,3 14 10 13 12,3 63,7

0 . ±2,9 -1,2

Я О • Карбофос 17 18 24 : 19,6 12,8 11,6 10,4'11,6 £9,0

(эталон) ±2,1 ±0,6

Как видно из таблицы 2, испытуемые соединения проявляют вффектиЕность в' отношении тест«объснтов. Гибель бахчевой тли • от инучиненолида С составляет 63$?$, а гибель персиковой тли от британина достигает 61,7$, Сесквитерпеновые лаитоны инучине-.. нолид С и британин Превосходят по своей эффективности еталонный препарат карбофос,

Псевдогваянолкд британин проявляет ЮС^-ную репеллентность для кмаго большого мучного хрущака и при ¡этом степень сохранности листьев составляет 85$. 2-оксо-алантолактон, изолированный из надземной части д.высокого, обладает 82-93^-ной репеллентность® против вредителей зерновых запасов; амбарного долгоносика, смоляш--бурого хрущака, рисового долгоносика.

Следовательно, инучиненолвд С, брнташш и 2-оксо-аланто-. лактон играют втгнуя роль а защите растений от оредннх организмов.

С другой стороны, гот физиологическое действие, видимо, связано со способностью молекул этих соединений прерывать диа-паузу и вызывать метаморфоз в неподходящий срок, что обычно во-, дет к ослаблению и гибели насекомого.

На основании данных исследований установлено, что 0,051-ный водный раствор британина обладает акарицидной активностью против паутинного клеща в лабораторных и вегетационных опытах. Биологическая эффективность действия данного лактона в лабораторных опытах составляет 96,8против 58,рСной эффективности эталонного препарата изофена. В вегетационных опытах биологическая эффективность его составляет 56,2^, в то время как действие изофена не превышает 44,5^.

Биологическая эффективность британина существенно превы-иает действие эталонного препарата изофена как в лабораторных, так и в вегетационных опытах.

Опытно-производственная проверка британина была проведена на плошэди 13/ м^, занятой под огурцами. Такая те площадь была отведена под контрольный участок, обрабатываемый эталонным препаратом актеликом. В период вегетации растения были проведены три обравотки опытного участка 0,05^-ннм водным раствором британина и столько те обработок контрольного участка 0,1$-ньгм раствором актолика.

Результаты испытаний показывают, что применение британина значительно снижает поранаемость листьев огурцов паутинным клешем. При этом на опытном участке получен прирост урожая огурцов на 363 кг.

Урожайность в варианте с бритаттви составляет 7,6 кг/м против 5,9 кг/м2 с участка, обработанного актвяикоя. При этом получен дополнительный урожай 1,7 кгЛА

Изучение в лабораторных условиях акартшдной активности 0,5^-ого водного раствора суммы лактонов из корней д.высокого свидетельствует о 100^-ной ее биологической эффективности в отношении паутинного клеща, в то время как эффективность эталонного препарата изофена составляет 58,Г£. В вегетационных опытах биологическая эффективность данной суммы лактонов составляет 67$, а действие изофена не превышает 44,5^,

В результате проверки биоактивности выделенных лактонов установлено, что псевдогваянолид инучшенолид С из д.каспийского обладает фунгипидной активностью, сдерживая развитие мицелий У, эо1ап1 на 537,, а эвдесманолид цульхеллин С подавляет развитие возбудителей мучнистой росы на 7 ЕЙ.

Алантолактон, выделенный из корней д.высокого, сдерживает развитие возбудителей мучнистой росы на 63$. Изоалантолактон обладает фунгицидной активностью, подавляя рост возбудителей иучнистой росы на 50$ и фитофтороза томатов до 5Ш.

Причиной активности сесквитерпеновых лактонов наряду с наличием или отсутствием о4 -метил-еновой группы в лактонном кольце, видимо, может служить также и различная доступность ЗН-группы белков микроорганизмов.

Британии при концентрации 2 ЛО М ингибирует всхожесть семян редиса до 8755, овсюга - 63£, горчицы на 66$ и полностью подавляет прирост колвоптилей пшеницы.

Свойство британина ингибировать рост колеоптилей пшеницы, подавлять всхожесть семян сорных растений, позволяет предположить, что данный лактон, проникая через клеточную мембрану, вызывает нарушение в система регуляции метаболизма. В результате чего в клетках растений происходит накопление свободных порфи-ринов, что особенно пагубно для растительного организма. Таким образом, избыточное количество предшественников хлорофилла на свету индуцирует перекисное окисление в клетках, вызывая гибель растений.

Алантолактон и изоалантолактон из д.высокого проявляют регуляторную активность на культуре клеток высших растений. Здесь, видимо, важную роль играет липофильность лактонов. Липо-фильные соединения легко включаются в клеточную мембрану и не перемещаются в другие части растения.

Обобщая данные по биологической активности испытанных сесквитерпеновых лактонов можно сделать заключение о потенциальной возможности создания на их основе новых пестицидных средств.

Влияние сесквитерпеновых лаптопов на биосинтез порфиринов в растениях

Многие известные гербициды, применяемые в растениеводство обладают фотодинамическим эффектом. Механизм их действия связан с нарушением биосинтеза пигментов, ответственных за фотосннтети-ческие процессы.

В настоящей работе исследовалось влияние сесквитерпеновых лактонов на синтез порфиринов. В процессе эксперимента было обнаружено, что практически все изученные соединения влияют на характеристики спектров флуоресценции хлорофилла (см.рис.£и 3).

Результаты этой серии экспериментов свидетельствуют о способности исследуемой группы сесквитерпеновых лактонов ингиби-ровать образование порфиринов на ранних стадиях превращения Д АПК. Сееквитерпеновые лактоны, вероятно, прерывают цепочку синтеза хлорофилла на стадии образования + - протопорфирина, тем самым способствуя накоплению свободных порфиринов. Последнее обстоятельство представляет особый интерес, т.к. обладая высокой активностью, свободные порфирины выступают в качестве сенсибилизаторов образования синглетного кислорода и таким образом инициируют перекисное окисление липидов (ПОЛ) растительных тканей. ПОЛ может рассматриваться, как неспецифический ответ растительного организма на действие поражающих веществ (в том числе и фотодинамических гербицидов), с другой - как защитная реакция растения на действие фитолатогеиов.

С учетом вышесказанного могло заключить, что исследуемый класс соединений, интересен в плане поиска природных физиологически активных ващзста, являющихся основой для создания новых гербицидов. Представители данного класса соединений, обладающие фитопатогенной активностью, имеют большое знамение также и для изучения защитных ракший растительного организма.

690 690 690 690

Рис.2., Спектр флуоресценции листа (д возбуждения 412 нм)

а) контроль: лист инфильтрированный водой

б) лист, инфильтрированный раствором 6-10"% раствором испытуемых лактонов в присутствии 5«10~ЗМ А -АПК

в) контроль: лист, инфильтрированный 5» 10*% Д-АЛК

г) лист, инфильтрированный 5«10"^Ы раствором испытуемых лактонов.

Рис.3. Спектр флуоресценции хлорофилла ( Л наблюдения 686 нм)

а) контроль: лист, инфильтрированный водой

б) лист, инфильтрированный б'Ю'^М раствором д -АЛК

в) лист, инфильтрированный 5*10~% раствором британина;

г) лист, инфильтрированный 5-ICrS'j раствором инучиненолида С;

д) лист, инфильтрированный 5-10-% раствором пульхеллина С.

ВЫВОДЫ

1. Обнаружен и идентифицирован новый сесквитерпеновый лактон, который назван инкаспином (.'? госрегистрации 6027084 от 12.Об,84). Инкаспин выделен из Inula caspios Blume и для него установлено строение 2-гидрокси-6-кротил-псевдогвай-П(13)-ен-8,12-олид.

2. Впервые выделены сесквитерпеновыэ лактоны: шг/чиненолид С, 3J5 -гидрокси-2 -сенеииолокси-изоалантолактон, пульхеллин С (l,oasplca ); 2-онсо~алантолантон (I.helenium ); изоалантолак-тон (i.anpera ).

3. На основе обобщения собственных экспериментальных данных и литературных сведений предложены возможные биогенетические пути образования сесквитерпеновых лактонов девясила.

4. Из корней девясила высокого изолированы сесквитерпеновые лактоны алантолактон и изоалантолактон - действующие начала противоязвенного препарата "Алантон".

5. Выявлена высокая афинидная активность сесквитерпеновых лактонов британина и инучиненолида С в отношении персиковой тли и бахчевой тли.

6. Установлена акарипидная активность сесквитерленоаого лаптопа британина в отношении паутинного клока - вредителя тепличных культур.

7. Сесквитерпеновые лактоны (британин, инучиненолида С и пульхеллин С) способствуют накоплен® свободных порфиринов, вызывают нарушение в системе регуляции биосинтеза хлорофилла и продал лот гербипвдную активность.

8. Показана возможность образования сесквитерпеновых Лактонов в культуре ткани девясила.

СПИСОК РАБОТ,ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ:

I. Адекенов С.М., Абдыкалыков М.А., Кагарлицкий А.Д., Мухамет-ягшов М.Н., Куприянов А.Н., Турдыбеков K.M. Сесквитерпеновне лак-гпши Inula caapica. // Химия природ, соед.-1984.№6 - с.797-798.

- 2<1 -

2. Адекенов С.М., Абдыкалыков М.А., Турдыбеков К.Ы., Кагарлиц-кий А.Д., Гатилов Ю.В. Кристаллическая и молекулярная структура сесквитерпеновых лактонов Inula caspica, //Известия АН КазССР, сер.хим.,- 1986. - №5,- с.74-79.

3. Kagorlitskii А,.С., Adebenov S.lt., Abdikalilcov М.А. Britenin and 3J5 -hyaraxy-2ot-senecioiloxy-iaoalantolactone from Inula caspica. // Fourth International conference oa cbemietry and biotechnolegy cf biologtcally active natural producís. Budapest, -19B?. - Ь 166.

4.Адекенов С.М., Абдыкалыков М.А. Пульхеллин С из Inula cas-pica// Химия природ.соед.-1990.- JÍ3 - с.405.

5. Адекенов С.М., Абдыкалыков М.А., Турдыбеков К.М., Стручков D.T., Пущин А.Н. Пульхеллин С и инучиненолид С из Inula cae-pica. // Химия природ.соед.- 1990 - JÍ6 - с.748-757.

6. Adekenov З.М., Budesinsky К,, Abdikalikov М,А., Turdy-bekov С.К., Saman С., Blcatyfc Е., Drozda В., Holxib И. Sesquiter-psnic lactoncs ot the Inula caspica Blume Bpecles. // Collcot, Csech. Chem, Соштип. - 1990. - Vol. 55 - p. 1568-1572.

7. Абдыкалыков М.А., Адекенов С.М. Динамика локализации сесквитерпеновых лактонов й культура ткани Inula caepica. В сб. // "Охрана генофондов и рациональное использование растительности Центрального Казахстана", Караганда, 1990, - с.68-74.

8. Абдыкалыков М.А., Адекенов С.М., Сванбаев Е.С. Культура ткани Inula caspica Bluae. // Известия АН КазССР, сер.биол.-1991. - #2. - с.83-84.

9. Рахимбаев И.Р., Адекенов С.М., Абдыкалыков М.А. Локализация сесквитерпеновых лактонов в отдельных органах ínula caspl-

се Bluae и возможные биогенетические пути их образования // Известия АН КазССР, сер.биол.-1991. - »5. - с.31-34.