Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биологически активные вещества дальневосточных представителей рода Betula L.

ВАК РФ 03.02.14, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Биологически активные вещества дальневосточных представителей рода Betula L."

На правах рукописи

Шемякина Анна Викторовна

БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА ВЕТиЬА Ь.

Специальность: 03.02.14 — Биологические ресурсы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 АПР 2015

Красноярск, 2015

005566684

005566684

Работа выполнена в ФБУ «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства»

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Колесникова Римма Дмитриевна

Официальные оппоненты: Степень Роберт Александрович, доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», кафедра промышленной экологии, процессов и аппаратов химических производств

Вернигора Евгений Геннадьевич, кандидат биологических наук, ФГБУН «Горнотаежная станция им. Л.В. Комарова Дальневосточного отделения РАН», лаборатория физиологии и селекции лесных растений, старший научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Защита состоится 24 апреля 2015 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.15 при ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79, ауд. Р8-06.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» и на сайте http://www.sfu-kras.ru

Автореферат разослан « 19» марта 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета \JOM-y—— Гаевский Николай Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Березовые леса в Дальневосточном федеральном округе по распространению находятся на втором месте после лиственничников. По данным государственного лесного реестра на 01.01.2012 г насаждения с преобладанием всех видов берез в регионе занимали площадь 22,5 млн. га, с за-

В последние годы особенно востребованы в практике вещества и продукты природного происхождения: недревесное, пищевое и лекарственное сырье как в сельском и лесном хозяйствах, так и в медицине. Необходимы природные дешевые препараты, стимулирующие рост растений, используемые в борьбе с вредителями лесных и сельскохозяйственных растений. Особенно ценными являются разработки в области использования лесосечных отходов.

На лесосеках сосредотачивается 2-8 тонн на 1 га древесной зелени хвойных и лиственных пород (Ковалев, 2004). Древесная зелень хвойных и лиственных пород является сырьем для получения ценных биологически активных веществ (БАВ) широкого спектра действия. По литературным источникам на Дальнем Востоке произрастает 12 основных видов берез (Недолужко, 1995; Сосудистые растения.., 1996). В качестве лекарственного сырья используют: почки, чагу, сок, листья березы плосколистной (Betula platyphylla Sukacz.), б. даурской (Betula davurica Pall.), б. ребристой (Betula costata Trautv.) (Кадаев, Фру-ентов, 1968; Шретер, 1975). Ресурсы позволяют ежегодно заготовлять в объеме: березового сока — тысячи тонн; чаги — десятки, листьев — сотни тонн, почек — до одной тонны (Тагильцев, Колесникова, Нечаев, 2004).

Выбор направлений исследования БАВ основан как на научных, так и практических аспектах. В научной литературе отсутствуют сведения о БАВ и продуктах дальневосточных видов берез (плосколистной, ребристой и даурской).

Учитывая вышеизложенное, представленная тема исследований является своевременной и актуальной.

Цель и задачи исследований.

Цель исследований — Изучение видового разнообразия и ресурсов берез, произрастающих на Дальнем Востоке, исследование выхода, физико-химических характеристик, химического состава березовых эфирных масел, водомасляных продуктов и березовых соков, поиск сфер их использования. Для выполнения цели решались следующие задачи:

1 Выявить ресурсы, распространение и экологию березы плосколистной, б. ребристой и б. даурской.

пасом древесины 1691,1 млн. м3.

2 Изучить сокопродуктивность березы плосколистной, б. ребристой и б. даурской, физико-химические характеристики березового сока, содержание макро- и микроэлементов.

3 Определить выход, физико-химические характеристики и химический состав эфирных масел и водомасляных березовых продуктов.

4 Выявить возможности использования березового водомасляного продукта в лесном хозяйстве.

Научная новизна. Изучена сезонная динамика, интенсивность соковыде-ления 3-х видов берез, физико-химические характеристики соков в период со-ковыделения. Определен выход и состав эфирных масел из древесной зелени и почек березы плосколистной и б. даурской. Исследованы эфирные масла из почек дальневосточных видов берез хромато-масс-спектрометрией. Впервые получены водомасляные продукты из древесной зелени березы плосколистной, б. ребристой и б. даурской. Выявлено стимулирующее действие водомасляного продукта березы ребристой при проращивании семян ели аянской и лиственницы даурской.

Теоретическая и практическая значимость работы. Проведены испытания по проращиванию семян хвойных пород воздействием водомасляных продуктов и предложена методика обработки семян водомасляными березовыми продуктами. На основе экспериментальных исследований разработаны технические условия на «Сок березовый дальневосточный свежий» (ТУ 2455-02200969497-2012).

Разработан и запатентован «Способ получения водомасляного продукта из древесной зелени лиственных растений» (патент № 2518281, 2014 г.). В апреле 2014 г. данная разработка на Международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (г. Москва) отмечена дипломом и награждена серебряной медалью.

Материалы изученной литературы вошли в аннотированный библиографический указатель «Деревья-целители» (Хабаровск, 2014), изданный для научных сотрудников и студентов.

Полученные результаты могут быть использованы в лесном хозяйстве. Разработаны и использованы методические рекомендации по применению березовых водомасляных продуктов при проращивании семян хвойных пород деревьев.

Результаты исследований березовых эфирных масел и водомасляных продуктов в течение вегетационного периода пополнят данные по биологии лиственных растений из рода Веш1а Ь.

Степень достоверности и апробация работы обеспечивается достаточным объемом экспериментальных данных, использованием современных физико-химических приборов, методов статистики.

Результаты исследования и основные положения работы представлены на 18 Всероссийских, региональных, межвузовских, международных научно-практических конференциях (Архангельск, Владивосток, Днепропетровск, Красноярск, Москва-Браслав, Пущино, Санкт-Петербург, Одесса, Уссурийск, Хабаровск и др.).

В конкурсах научных и опытно-исследовательских проектов аспирантов и молодых ученых, проводимых Федеральным агентством лесного хозяйства (г. Москва) в 2011-2014 гг. автор неоднократно занимала призовые места.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 статьи, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки Российской Федерации, аннотированный библиографический указатель и получен патент РФ № 2518281 на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 151 странице. Состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы, включающего 302 источника, в том числе 31 на иностранных языках, иллюстрирована 49 рисунками, содержит 33 таблицы, 4 приложения.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе приводится литературный обзор по общим вопросам изучения представителей рода Betula L., ареала распространения и экологии, биологически активным веществам, хозяйственном значении березовых лесов и продуктов, получаемых из растений рода. Анализ публикаций по изучению БАВ некоторых видов берез, среди которых наиболее значимыми являются работы Н.К. Фруентова (1972), А.И. Шретера (1975, 2000), Д.А Муравьевой (1991), Л.В. Пастушенкова и др. (1995), О.Б. Максимова и др.(2002), П.А. Кьосева (2002), A.M. Шутяева (2003), показал, что отсутствуют сведения по содержанию компонентов, физико-химическим характеристикам, химическому составу, использованию в лесном и сельском хозяйстве и в лечебной практике.

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Объекты исследований — древесная зелень, кора, почки, сок березы плосколистной, ребристой и даурской.

Отбор проб для исследований проводился на территории Хабаровского края: сырья (древесная зелень и кора) - в Хехцирском и Мухенском лесничествах; березовых почек - в Хехцирском, Кербинском лесничествах; образцов березового сока - в Хехцирском лесничестве.

2.2 Методы исследований

Водомасляные березовые продукты получали путем перегонки с водяным паром на крупно-лабораторной установке в Дальневосточном научно-исследовательском институте лесного хозяйства. Получение березового эфирного масла из древесной зелени и почек осуществляли на аппарате Клевенджера. Химический состав эфирных масел определяли хромато-масс-спектрометрией в Новосибирском институте органической химии им. H.H. Ворожцова под руководством доктора химических наук, профессора A.B. Ткачева. Хромато-масс-спектрограммы регистрировались на приборе Agilent 5973N. Разделение масла на компоненты осуществляли на кварцевой капиллярной колонке HP-5ms длиной 30 м.

Плотность масел замерялась пикнометром и ареометром. Содержание борнилацетата определялось по ТУ 56-280-86; кислотное число - по ГОСТ 17823.1-72. Для исследования веществ, содержащихся в березовом водомасля-ном продукте, использовался электродный рН-метр, фотоэлектроколориметр ФЭК-М-56, нефелометр НФО-1, а также объемно-титрометрические методы анализа. Для определения макро- и микроэлементов использовался прибор ICP-MS Elan DRC II PerkinElmer (США) по методике выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Содержание каротина свежих листьев берез определялось на спектрофотометре UNIKO-2804 по ГОСТ 13496.17-95.

Обработка экспериментальных данных проводилась на персональном компьютере с помощью программного комплекса «Statistica».

Латинские названия растений приведены по С. К. Черепанову (1995).

ГЛАВА 3 ВИДОВОЙ СОСТАВ, БОТАНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ, РЕСУРСЫ БЕРЕЗОВЫХ ЛЕСОВ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА 3.1 Систематический обзор

Приводится анализ литературных источников отечественных авторов (Ворошилов, 1966, 1982; Воробьев, 1968; Усенко, 1969, 2009; Ареалы деревьев и кустарников СССР, 1977-1986; Сосудистые растения советского Дальнего Востока, 1985-1996; Недолужко, 1995) по изучению видового состава дальневосточных видов берез. У авторов разные взгляды в вопросах таксономии, поэтому и сведения о числе видов берез противоречивы (Шемякина, 2013).

3.1.1 Таксономический обзор

Рассмотрен таксономический обзор распределения дальневосточных видов берез на территории Дальнего Востока. Согласно A.JI. Тахтаджяну, (1978)

березовые насаждения распространены на российском Дальнем Востоке в Цир-кумбореальной (Охотско-Камчатской, Маньчжурской, Сахалино-Хоккайдской провинциях) и Восточно-Азиатской (Северо-восточная провинция) флорести-ческих областях.

3.2 Ботаническое описание

Приводится ботаническое описание дальневосточных видов берез.

Род Betula L. - род листопадных однодомных деревьев и кустарников семейства березовых. Деревья разных размеров, а также невысокие и стелющиеся кустарники.

3.3 Ресурсы березовых лесов по субъектам Дальневосточного Федерального округа

Площадь березовых насаждений по субъектам Дальневосточного Федерального округа на 01.01.2012 г. (по хозяйственной категории мягколиствен-ные) составляет 13688,2 тыс. га, запас древесины - 874,21 млн м3 (государственный лесной реестр..., 2012.). Наибольшая площадь березняков приходится на Амурскую область (41 %), далее в порядке убывания следует Хабаровский край (28 %), Приморский край (12 %) и т.д. Показано распределение площадей и запасов древесины березовых лесов по группам возраста.

ГЛАВА 4 ИЗУЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ БЕРЕЗОВОГО СОКА 4.1 Общие вопросы

Изучением сокопродуктивности березы, состава и свойств березового сока, проблем подсочки и переработки сока занимались исследователи как в нашей стране: Ф.А. Медников (1955); И.С. Короляк и др. (1970); H.A. Обозов (1971); В.И.Суханов, В.И Попович (1971); В.В.Орлов (1974); Б.И. Штейнберг и др. (1974); Ю.Ф.Осипенко и др. (1975); Я.Г. Киба (1980); В.П. Рябчук (1981); Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова (2000, 2001, 2005, 2010), А.Г. Измоденов (2001), Т.В. Костырина (2013), так и за рубежом: L. Hori, G. Meshitsuka (2000); Rousi (2000); Matsuki (2005); Kitin (2005).

4.2 Основы технологии подсочки лиственных пород

Рассмотрены способы извлечения сока лиственных пород с растущих деревьев и пней, в соответствии с указанными способами авторов (Рябчук, 1988; Тутыгин, 1992; Грязькин, 2005; Ефименко, 2008; Тагильцев и др, 2010).

4.3 Сезонная динамика интенсивности соковыделення

Наблюдения за выходом березового сока велись с 2011 по 2013 гг. Ежегодный выход сока отличается вариабельностью. В таблице 1 приведена трехлетняя сокопродуктивность 3-х видов дальневосточных берез.

Таблица 1 - Годичная динамика сокопродуктивности дальневосточных видов берез, л

Годы подсочки Б. плосколистная Б. ребристая Б. даурская

М±ш | Р, % М±т | Р, % М±ш Р,% М±т Р,%

Емз Дзр

2011 283, 6±0,28 0,2 285,9±0,47 1,2 295,4±0,40 0,5 217,6±0,47 0,7

2012 270,9±0,34 0,2 279,8±0,18 1,1 289,1±0,34 0,7 215,4±0,56 0,9

2013 256,1±0,42 0,3 273,2±0,31 1,5 280,3±0,37 0,4 209,5±0,13 0,8

Среднее 270,7±0,08 0,9 279,7 0,8 288,4±0,10 0,4 214,2±0,06 0,3

Примечание: М-объем сока, л; т-стандартная ошибка; Р-показатель точности, %; Емз-ельник мелкотравно-зеленомошный (свежий и влажный); Дзр-дубняк лещинный равнинный (влажный).

За учетный период наибольшее соковыделение выявлено у березы ребристой, что согласуется с данными А. Г. Измоденова (2001).

Изучена суточная динамика сокопродуктивности по ступеням толщины в зависимости от типа леса для дальневосточных видов берез (таблица 2).

Таблица 2 - Суточная динамика сокопродуктивности дальневосточных видов берез, л

Вид березы, тип леса Ступени толщины, см

12 16 20 24 28 32 36

Выход сока, л

Береза плосколистная, Емз 1,45 2,55 3,50 4,80 5,65 7,64 8,90

Береза плосколистная, Ббе 1,38 2,46 3,55 4,82 5,70 7,80 8,95

Береза даурская, Дзр 0,95 1,45 2,50 3,45 4,70 6,80 7,50

Береза ребристая 1,70 3,05 4,25 5,60 6,80 8,40 9,45

Примечание: Емз-ельник мелкотравно-зеленомошный (свежий и влажный); Ббе-белоберезник ерниковый (влажный); Дзр-дубняк лещинный равнинный (влажный).

С увеличением диаметров деревьев повышается выход сока. Целесообразно вести подсочку, начиная с 20-сантиметровой ступени толщины.

4.4 Физико-химические характеристики березового сока

Соки дальневосточных видов берез представляют собой бесцветные жидкости с плотностью 1,002-1,005 г/см3 и приятным сладковатым вкусом, свойственным березовому соку, без постороннего привкуса и запаха. Приводился анализ измерения плотности, рН, показателя преломления, коэффициента яркости сока 3-х видов берез в зависимости от периода соковыделения за учетный период (Шемякина, 2012; 2013). Установлено, что физико-химические характеристики изменяются незначительно. В таблице 3 приведены статистические показатели физико-химических характеристик сока березы ребристой.

Таблица 3 - Результаты статистической оценки физико-химических характеристик сока березы ребристой

Физико-химические характеристики Статистические показатели

М V Р А ГПл Е шЕ 5 гп и

Плотность, г/см3 при 20 "С 1,00 0,11 0,04 -0,41 1,0 -1,43 2,0 0,001 0,0001 0,40 -0,72

Показатель преломления, при 20 °С 1,33 0,01 0,06 0,37 1,0 -1,37 2,0 0,002 0,0008 0,37 -0,68

Активная кислотность,рН 6,0 3,85 1,45 0,56 0,93 -1,39 1,85 0,23 0,08 0,60 -0,75

Кислотное число, мг КОН на 1 г продукта 0,06 103,4 8 1,24 1,18 1,0 -0,39 2,0 0,06 0,02 1,18 -0,19

Коэффицент яркости 0,04 84,27 3,40 0,78 1,0 -1,31 2,0 0,004 0,002 0,78 -0,65

Пеуцеданин, % 0,49 50,92 0,79 0,35 1,0 -1,99 2,0 0,25 0,10 0,34 -0,99

Примечание: М-среднее арифметическое;У-коэффициент вариации; Р-показатель точности; А-асимметрия; тд-ошибка асимметрии; Е-эксцесс; шв-ошибка эксцесса; 8- средне-квадратическое отклонение; т-ошибка среднего; 1А- достоверность асимметрии; 1е-достоверность эксцесса.

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МАСЛА ЭФИРНОГО БЕРЕЗОВОГО И ВОДОМАСЛЯНЫХ БЕРЕЗОВЫХ ПРОДУКТОВ 5.1 Технология получения эфирного масла и водомасляных продуктов Исследовалось влияние измельчения сырья (неизмельченное сырье, измельченное до размеров 3-5 и 1-2 см) древесной зелени берез на выход водо-масляного продукта. В результате исследований установлено, что измельчение сырья (древесной зелени) увеличивает выход водомасляного продукта у березы ребристой на 14,0 %, плосколистной - 11,4 % и даурской - 9,0 %.

Предварительная обработка сырья 1 %-ным спиртовым раствором увеличивала выход водомасляных продуктов, в среднем, на 10,0 %.

Выбор оптимальной температуры перегонки проводился с учетом наличия в водомасляных продуктах биологически активных веществ. В таблицах 4— 6 представлены данные по содержанию в водомасляных березовых продуктах биологически активных веществ, макро- и микроэлементов при различных температурах процесса перегонки.

Таблица 4 - Влияние температуры режима перегонки на содержание биологически активных веществ, макро- и микроэлементов в водомасляном продукте из древесной зелени березы плосколистной

Наименование компонентов (%) и макро- микроэлементов (мг/дм3) Температу! рный режим перегонки

95 "С 105 °С 110°С

а-пинен, % 0,45 3,00 0,01

(3-кариофиллен 0,05 0,39 Сл*

р-бетуленал 0,15 0,84 0,05

а-гумулен 0,12 0,51 0,03

Флавоноиды 0,01 0,03 0,01

Каротиноиды мг/л 1,25 3,50 0,87

Фосфор мг/дм3 0,04 0,10 Сл*

Калий 0,30 0,70 0,27

Медь 0,68 0,75 0,18

Железо 0,02 0,20 0,18

Марганец 1,25 2,50 Сл*

Кальций 705,0 763,70 25,0

Магний 224,0 351,70 9,7

Сера 20,0 70,95 11,2

Сл* (следы) - содержание компонентов менее 0,01 %

Таблица 5 — Влияние температуры режима перегонки на содержание биологически активных веществ, макро- и микроэлементов в водомасляном продукте из древесной зелени березы ребристой

Наименование компонентов (%) и макро- микроэлементов (мг/дм3) Температурный режим перегонки

95 °С 105 °С 110°С

1 2 3 4

а-пинен % 0,38 2,50 0,12

Р-кариофиллен 0,09 0,25 0,01

Р-бетуленал 0,15 0,78 0,10

а-гумулен 0,05 0,44 0,08

Флавоноиды 0,01 0,025 Сл*

Каротиноиды мг/л 0,11 0,70 0,09

Фосфор мг/дм3 0,42 0,84 Сл*

Калий 0,40 0,80 0,13

Медь Сл* 0,20 Сл*

Железо 0,85 1,65 0,19

Марганец 0,04 3,00 0,01

Кальций 353,0 596,50 12,45

Магний 182,0 242,73 6,40

Сера 65,0 130,35 17,8

Сл* (следы) - содержание компонентов менее 0,01 %

Таблица 6 - Влияние температуры режима перегонки на содержание биологически активных веществ, макро- и микроэлементов в водомасляном продукте из древесной зелени березы даурской

Наименование компонентов (%) и макро- микроэлементов (мг/дм3) Темпе эатурный режим перегонки

95 °С 105 °С 110°С

а-пинен % 0,76 1,80 0,29

3-кариофиллен 0,12 0,20 0,06

Р-бетуленал 0,29 0,62 0,11

а-гумулен 0,22 0,35 0,14

Флавоноиды 0,01 0,02 Сл*

Каротиноиды мг/л 0,21 0,90 0,12

Фосфор мг/дм3 0,28 0,49 0,18

Калий 0,26 0,70 0,16

Медь 0,01 0,15 Сл*

Железо Сл* 0,10 Сл*

Марганец 0,64 6,50 0,18

Кальций 270,0 542,83 33,0

Магний 115,0 232,82 16,7

Сера 20,8 85,80 13,6

Сл* (следы) - содержание компонентов менее 0,01 %

Из данных таблиц 4-6 следует, что оптимальной температурой перегонки исследуемых пород является температура + 105 °С. При данной температуре водомасляный продукт содержит наибольшее количество биологически активных веществ, макро- и микроэлементов. При данной температуре давление в установке поддерживается на уровне 0,05 МПа, длительность процесса перегонки не превышает пяти часов.

5.2 Содержание эфирных масел в разном растительном сырье берез Эфирные масла из древесной зелени и почек извлекались в аппарате Кле-венджера. Изучался выход эфирных масел из указанного сырья, результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7 — Выход эфирных масел из березы плосколистной и даурской

Наименование сырья Выход масла, %

Почки Бпл 0,20-0,45

Почки Бд 0,10-0,20

Кора Бпл 0,05-0,10

Древесная зелень Бпл 0,05-0,65

Древесная зелень Бд 0,05-0,60

Примечание: Бпл-береза плосколистная, Бд-береза даурская

Анализируя экспериментальные материалы, можно отметить, что выход эфирного масла из древесной зелени березы плосколистной составил 0,05-0,65 %, что составляет величину, близкую к литературным данным 0,05 % (Супру-

нов, Горовой, Панков, 1972). Наибольший выход масла оказался из почек березы плосколистной, по сравнению с почками березы даурской.

5.3 Химический состав масел эфирных березовых

Данные о содержании идентифицированных компонентов 2-х видов берез представлены в таблице 8. Компоненты, содержание которых <0,1 % не удалось идентифицировать

Таблица 8 - Содержание идентифицированных компонентов в масле

эфирном из почек березы плосколистной и даурской

Эфирное масло березы плосколистной Эфирное масло березы даурской

Время Время Содер-

удерживания Компоненты Содержание, % удерживания Компоненты держание,

(мин) (мин) %

1 2 3 4 5 6

22.766 а-копаен 1.984 7.541 а-пинен 0.578

24.503 р-копасн 0.237 8.010 камфен 0.148

25.449 аромадендрен 0.914 22.801 а-копаен 0.872

25.918 у-муролен 3.645 25.463 аромадендрен 0.444

26.052 а-аморфен 0.645 25.939 у-муролен 1.618

26.507 у-муролен 0.233 26.072 а-аморфен 0.384

26.661 а-муролен 1.914 26.521 у-аморфен 0.163

27.074 у-кадинен 4.290 26.682 а-муролен 1.278

27.425 транс-каламенен 1.174 27.095 у-кадинен 2.111

28.385 сальвиадиенол 0.780 27.432 транс-каламенен 0.688

29.134 кариофиллен-эпоксид 8.550 28.167 элемол 18.645

29.506 р-Бетуленал 1.180 29.134 кариофиллен-эпоксид 2.868

29.912 гумулен-6,7-эпоксид 3.365 29.520 Р-Бетуленал 0.523

30.178 юненол 1.995 29.919 гумулен-6,7-эпоксид 1.965

30.458 1-эпи-кубенол 1.360 30.192 юненол 1.159

30.851 Т-кадинол + Т-муролол 4.812 30.451 1-эпи-кубенол 0.704

30.963 8-кадинол 2.038 30.549 у-эвдесмол 5.470

31.208 а-кадинол 6.588 30.844 Т-кадинол + Т-муролол 3.747

31.453 цис-10- гидроксикаламенен 2.235 30.970 8-кадинол 0.876

31.699 транс-10- гидроксикаламенен 2.379 31.082 Р-эвдесмол 12.927

33.205 гумулен-2,3;6,7-диэпоксид 1.089 31.215 а-эвдесмол + а-кадинол 8.990

42.173 генэйкозан 3.513 31.509 цис-10- гидроксикаламенен 1.205

44.422 докозан 0.037 31.762 транс-10- гидроксикала-менен 1.233

46.510 трикозан 3.093 42.173 генэйкозан 2.478

48.570 тетракозан 0.146 44.415 докозан 0.038

50.349 пентакозан 6.783 46.517 трикозан 1.203

51.463 гексакозан 0.105 48.570 тетракозан 0.066

52.374 гептакозан 2.480 50.356 пентакозан 2.197

51.470 гексакозан 0.056

52.374 гептакозан 1.142

Из таблицы 8 видно, что в масле эфирном из почек березы даурской обнаружен элемол, который отсутствует в эфирном масле из почек березы плос-колистной. Наибольший процент компонентов в эфирном масле березы плос-колистной приходится на долю следующих компонентов: кариофиллен-эпоксид

(8,5 %), пентакозан (6,7 %), G-кадинол (6,5 %). В эфирном масле березы даурской наибольший процент приходится на элемол (18,6 %), ß-эвдесмол (12,9 %), а-эвдесмол + а-кадинол (8,9 %), у-эвдесмол (5,4 %).

5.4 Физико-химические характеристики водомасляных березовых продуктов

Сведения о водомасляном березовом продукте в литературе отсутствуют.

Водомасляные березовые продукты представляют собой бесцветные прозрачные жидкости без механических примесей, опалесцирующие, со специфическим слегка вяжущим вкусом и приятным запахом. В данных продуктах определялись физико-химические характеристики: плотность, показатель преломления, pH, содержание эфирных масел, флавоноиды, содержание макро- и микроэлементов. В ходе исследований установлено, что водомасляные продукты не содержат тяжелых металлов, таких как ртуть, мышьяк, кадмий, свинец. В водомасляных березовых продуктах содержатся значительные количества элементов, таких как натрий, калий, кальций, марганец, железо, цинк, медь (Шемякина, 2013; 2014).

ГЛАВА 6 ИСПЫТАНИЯ ВОДОМАСЛЯНЫХ ПРОДУКТОВ 6.1 Испытание воздействия водомасляных продуктов при проращивании семян дальневосточных хвойных пород

Водомасляные продукты берез ребристой, даурской и плосколистной использовались в лабораторных опытах при проращивании семян ели аянской (Picea ajanensis (Lindl, et Gord.) Fisch, ex Carr) и лиственницы даурской (Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) в пятикратной повторности. Наибольшее стимулирующее действие оказал водомасляный продукт березы ребристой (Шемякина, 2012).

Данные представлены на рисунках 1,2,3.

Б. ребристая Б. плосколистная Б. даурская

Рисунок 1 - Всхожесть семян лиственницы даурской

= о о

30 Зч бч 30 Зч 6ч 30 Зч 6ч

................МИНу........................J I.........ммн..................—........11-мнн........................................

Б. ребристая Б. плосколистная Б. даурская

Рисунок 2 - Энергия прорастания семян лиственницы даурской

10 т

Рисунок 3 - Длина проростков семян лиственницы даурской

Водомасляный продукт березы плосколиетной оказывал на семена лиственницы стимулирующее действие только при 10 процентной концентрации замачивания на 3 ч, 25 процентной концентрации замачивания на 30 мин и на 6 ч. Водомасляный продукт березы даурской в большинстве случаев в опытах проявлял ингибирующее действие на проращивание семян. Статистическая обработка проращивания семян в водомасляном продукте березы ребристой приведена в таблице 9 (числитель - лиственница даурская; знаменатель -ель аянская).

Таблица 9 - Результаты исследований водомасляного продукта березы ребристой при прорастании семян лиственницы даурской и ели аянской

Показатель Всхожесть, % L„p, см Е„Р) % Длительность прорастания, дни Ncp. гриб., шт.

25 % -й раствор. Замачивание на Зч.

Min зн. Мах зн. 70.4-87.8 73.5-88,2 7.5-10.9 6,5-8,7 18.7-33.1 22,4-48,5 9.4-15.7 9,9-13,8 3.9-7.0 2,4-6,0

М±т 79.2±2.14 80,6± 1,17 9.1±1.42 7,4±0,93 25.9±0.18 35,6±0,12 12.4±0.09 11,7±0,13 5.7±1.36 4,0±1,19

V 15 16 6 8 72 62 2 5

Р 0,37 2,21 0,68 0,34 1,38

Контроль. Замачивание на 3 ч.

Min зн. Мах зн. 55,2-89.7 55,9-85,6 5.2-7.1 5.3-7,2 13,6-26,3 29,8-46,9 10.2-15.3 10,9-17,3 4.7-8.6 6,9-8,8

М±т 72,0±2,11 70,9± 1,43 6,1 ±2,21 6,1±2,4 19.9±0.92 38,8±0,74 12.6±1.49 14,1±1,29 6.8±1,17 7,9±1,28

V 12 11 7 6 59 48 4 3

Р 2,64 2,91 1,39 1,40 2,37

Примечание: -— - минимальные и максимальные значения; V-коэффициент вариации; Р-

Махт

показатель точности; ,Lnp - длина проростков, см; Епр - энергия прорастания, %; Ncp. гриб. -среднее количество семян, пораженных плесневыми грибами, шт.

6.2 Исследование влияния водомасляного продукта на пищевое поведение гусениц сибирского шелкопряда

Анализ показал разную антифидантную активность водомасляных продуктов берез ребристой и плосколистной при использовании выборного теста. Результаты тестов свидетельствуют, что водомасляные продукты могут существенно изменить антифидантную активность, как в сторону повышения, так и в сторону понижения. Применение водомасляного березового продукта в борьбе с сибирским шелкопрядом можно рекомендовать к технологии наземных ра-

бот, которые проводят при помощи специальных машин и простейших орудий. Водомасляный березовый продукт наносят на защищаемые деревья, посадочный материал и непосредственно на самих насекомых.

ВЫВОДЫ

1 Наиболее сокопродуктивной породой является береза ребристая. Выход сока за подсочный сезон с массива составил около 300 л, что на 27 % больше в сравнении с березой даурской и на 20 % в сравнении с березой плосколистной.

2 При изучении биологической сокопродуктивности березы ребристой установлено, что распределение деревьев по сокопродуктивности подчиняется закону нормального распределения. Выявлено пять групп (категорий) сокопродуктивности деревьев: очень низкая - 2 %, низкая - 10, средняя - 59, высокая -25, и очень высокая — 4%. Деревья последней категории представляют интерес для селекции и создания высокопродуктивных насаждений.

3 Изучены физико-химические характеристики и их изменчивость сока в зависимости от периода соковыделения, наблюдаемая в течение трех лет (плотность, рН, кислотное число, сахаристость, содержание макро- и микроэлементов). Плотность сока изменяется у березы плосколистной в пределах — 0,998 -1,010 г/см3; у б. ребристой - 0,998 - 1,004; б. даурской - 0,997 - 1,004; сахаристость сока меняется у березы плосколистной от 0,8 до 1,1 %; ребристой - от 1,0 до 1,3; даурской - от 0,7 до 1,5 %. С учетом этих показателей разработаны технические условия на «Сок березовый дальневосточный свежий», необходимые для определения качества сока при поставке его для дальнейшей переработки (консервирования).

4 Выявлены различия в выходе эфирных масел из древесной зелени и почек 2-х видов берез. Выход масла эфирного из почек березы плосколистной составляет 0,20-0,30 %, даурской — 0,10-0,20. Выход масла эфирного из древесной зелени березы плосколистной — 0,65 %; березы даурской - 0,60.

5 Установлено, что химический состав эфирных масел из почек берез плосколистной и даурской по данным хромато-масс-спектрометрии сложен и разнообразен. В эфирном масле из почек березы плосколистной идентифицировано 28 компонентов, доминирующими среди которых являются кариофиллен-эпоксид (8,5 %), а-кадинол (6,6 %). В масле эфирном из почек березы даурской идентифицировано 30 компонентов, доминирующими являются - элемол (18,6 %), Р-эвдесмол (12,9 %), а-эвдесмол+а-кадинол (8,9 %).

6 Разработан способ получения водомасляного продукта из древесной зелени лиственных растений (патент № 2518281). Выбраны оптимальные режимы перегонки для получения водомасляного продукта, обогащенного биологически активными веществами, макро- и микроэлементами. Оптимальные параметры:

температура - + 105 °С, давление - 0,05 МПа, продолжительность перегонки -5 часов.

7 Исследована динамика физико-химических характеристик за 3-х летний период водомасляных березовых продуктов. Изменения показателя плотности для водомасляного продукта березы плосколистной находятся в пределах 0,981 - 1,027 г/см3; ребристой - 0,998 - 1,023; даурской - 0,998 - 1,028; показатель преломления для водомасляного продукта березы плосколистной - 1,3330 -1,3337; ребристой - 1,3330 - 1,3385; даурской - 1,3326 - 1,3336. Эти показатели возможно использовать при разработке технических условий на этот новый продукт.

8 Установлено стимулирующее действие водомасляных продуктов при проращивании семян хвойных пород. Наибольший стимулирующий эффект оказался при замачивании семян ели аянской и лиственницы даурской на 3 часа в растворе березы ребристой 25 % концентрации. Целесообразно использовать указанный раствор при выращивании посадочного материала.

9 Определен индекс антифидантной активности водомасляных продуктов березы ребристой и березы плосколистной. Для неразбавленных продуктов (100 %) березы ребристой и плосколистной индекс антифидантной активности равняется соответственно 52 и 50 %, что дает основание использовать эти водо-масляные продукты, как отпугивающие средства от сибирского шелкопряда.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Шемякина A.B. Соки дальневосточных видов рода Betula L. // Естественные и технические науки. 2012. №4(60). С. 132-133. (ВАК)

2 Береза даурская - Betula davurica Pall, на российском Дальнем Востоке (распространение, экология, использование) / A.B. Шемякина, А.Ю. Дегтярева, Ю.Г. Та-гильцев, Р.Д. Колесникова // Естественные и технические науки. 2013. № 4(66). С. 103-107. (ВАК)

3 Шемякина A.B., Штарева A.B. Результаты анализа макро- и микроэлементов березовых водомасляных продуктов // Естественные и технические науки. 2014. № 1(69). С. 72-75. (ВАК)

4 Пат. 2518281 Российская Федерация, МПК А 61 К 36/185, С 11 В9/02.

Способ получения водомасляного продукта из древесной зелени лиственных растений / Колесникова Р.Д., Тагильцев Ю.Г., Цюпко В.А., Дягтярёва А.Ю., Шемякина A.B., Изотов Д.В., Смелянская Л.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное учреждение «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства». № 2012134557/15; заявл. 13.08.12; опубл. 10.06.14, Бюл. № 16.

5 Биологически активные вещества соков дальневосточных видов берез / Р.Д. Колесникова, Ю.Г. Тагильцев, Л.А. Смелянская, A.B. Шемякина // Леса и лесное хозяйство в современных условиях: материалы Всерос. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 4-6 октября 2011 г. Хабаровск: Изд-во ФГУ «ДальНИИЛХ», 2011. С. 170173.

6 Грек B.C., Шемякина A.B. Соковые растения Хабаровского края и их соко-продуктивность // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использова-

ния: материалы IX Междунар. симпоз. Пущино, 14-18 июня 2011 г. Пущино-М.: Изд-во РУДН, 2011. Т. III. С. 52-55.

7 Перспективы использования биологически активных веществ березы белой на Дальнем Востоке / A.B. Шемякина, А.Ю. Дегтярева, Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова // Сборник научных трудов Sword. Материалы международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образования 20011». Вып. 4. Т. 34. Одесса: Черноморье,

2011. ЦИТ: 411-0248. С. 66-69.

8 Шемякина A.B. Биологически активные вещества некоторых дальневосточных видов берез // Биоразнообразие и проблемы экологии Приамурья и сопредельных территорий: материалы регион, науч. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 21-23 ноября 2011 г. Хабаровск: Изд-воДВГГУ, 2012. С. 189-192.

9 Шемякина A.B., Дегтярева А.Ю. Биологически активные вещества Betula costata Trautv (березы ребристой) на Дальнем Востоке // Сборник научных трудов SWorld. Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Современные направления теоретических и прикладных исследований '2012», Одесса, 20-31 марта 2012 г. Т. 31. Биология, геология. -Одесса: Изд-во Куприенко, 2012. Вып. 1. ЦИТ: 112-157. С. 4-6.

10 Шемякина A.B. К вопросу использования березового водомасляного продукта при проращивании семян ели аянской и лиственницы даурской // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Сб. ст. студентов, аспирантов и молодых ученых, Красноярск, 17-18 мая 2012 г. Красноярск: СибГТУ, 2012. Т. 1. С. 28-31.

11 Шемякина A.B. Перспективы использования биологически активных веществ для проращивания семян дальневосточных древесных растений // Вестник развития науки и образования. 2012. №4. С. 11-16.

12 Шемякина A.B. Сезонная динамика сокопродутивности дальневосточных видов рода Betula L // Леса Евразии - Белорусское Поозерье: материалы Междунар. конф. молодых ученых, посвященной 145-летию со дня рождения проф. Г.Ф. Морозова. М.: ФГБОУ ВПО МГУЛ, 2012. С. 120-121.

13 Шемякина A.B. Соки дальневосточных видов рода Betula L.: научные наблюдения и практическое использование // Леса российского Дальнего Востока: материалы V Всерос. конф., Владивосток, 18-20 сентября 2012 г. Владивосток: ЛАИНС,

2012. С. 219-221.

14 Шемякина A.B. Химические элементы нового продукта из дальневосточных видов берез // Географические и геоэкологические исследования на Дальнем Востоке: материалы XI молодёжной конф. с элементами науч. шк., Владивосток, 2426 октября 2012 г. Владивосток: Дальнаука, 2012. Вып. 9. С. 87-89.

15 Изотов Д.В., Шемякина A.B. Исследование влияния биологически активных веществ из древесной коры на пищевое поведение гусениц сибирского шелкопряда // Состояние лесов и актуальные проблемы лесоуправления: материалы Всерос. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 10-11 октября 2013 г. Хабаровск: Изд-во ФБУ «ДальНИИЛХ», 2013. С. 334-337.

16 Новые биологически активные продукты из дальневосточных видов рода Betula L. и перспективы их использования / A.B. Шемякина, Ю.Г. Тагильцев, Н.В. Вы-водцев, А.Ю. Дегтярева, В.А. Цюпко // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования: материалы X междунар. симп., Пущино, 17-21 июня 2013 г. М.: Изд-во РУДН, 2013. Т. 2. С. 344-347.

17 Шемякина A.B., Выводцев Н.В. Дальневосточные лиственные древесные растения рода Betula L. на примере озеленения г. Хабаровска / A.B. Шемякина, Н.В.

Выводцев // Рослини та урбашзащя: матср1али третьо1 М1жнародно1 науково-практичной конференцй, Дншропетровськ, 19-20 березня 2013 р. Дшпропетровськ: TOB ТВГ «Кунща», 2013. С. 72-74.

18 Шемякина A.B., Колесникова Р.Д. Динамика изменения физико-химических свойств водомасляного продукта в течение вегетации // Биоразнообразие: глобальные и региональные процессы: материалы Всерос. конф. молодых ученых, Улан-Удэ (Россия), 16-21 сентября 2013 г. Улан-Удэ: Изд-во БНЦСО РАН, 2013. С. 202-204.

19 Шемякина A.B. К вопросу о систематике дальневосточных видов Betula L. // Состояние лесов и актуальные проблемы лесоуправления: материалы Всерос. конф. с междунар. участием, Хабаровск, 10-11 октября 2013 г. Хабаровск: Изд-во ФБУ «ДальНИИЛХ», 2013. С. 432-435.

20 Шемякина A.B. Методы изучения биологически активных веществ основных видов берез Дальнего Востока / A.B. Шемякина // Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона: материалы Междунар. науч.-практ. форума, Хабаровск, 25-26 октября 2012 г. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. С. 248-251.

21 Шемякина A.B. Соки дальневосточных видов Betula L. // Инновации и технологии в лесном хозяйстве -2013: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, 22-24 мая 2013 г. СПб.: ФБУ «СПбНИИЛХ», 2013. Ч. 2. С. 275284.

22 Ткачев A.B. О химическом составе эфирных масел дальневосточных берез / A.B. Ткачев, A.B. Шемякина, Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова // Проблемы устойчивого управления лесами Сибири и Дальнего Востока: матер. Всеросс. конф. с междунар. участием, посвященной 75-летию образования Дальневосточного научно-исследоват. инст-та лесного хозяйства. - Хабаровск: Изд-во ФБУ «ДальНИИЛХ», 2014.-С. 192-195.

23 Шемякина A.B. Березы семейства Betulaceae S.F. Gray / A.B. Шемякина // в кн. Недревесные лесные продукты Дальнего Востока России (десятилетия труда и вдохновения). К 75-летию Дальневосточного научно-исследовательского института лесного хозяйства. - Хабаровск: ФБУ «ДальНИИЛХ», 2014. - С.158-186.

24 Деревья - целители (Аннотированный библиографический указатель) / Ю.Г. Тагильцев, Р.Д. Колесникова, В.М. Тарханов, A.B. Шемякина, Л.А. Смелянская. Хабаровск: Изд-во ФБУ «ДальНИИЛХ», 2014. 59 с.

JIU № 040963 от 12.05.1999 г. Объем 1,1 п.л. Тираж 100 экз.

Издательство ФБУ «Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства» (ФБУ «ДальНИИЛХ») 680020, г. Хабаровск, ул. Волочаевская, 71 Тел.: (4212) 21-67-34, факс (4212) 21-67-98, e-mail: dvniilh@gmail.com