Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗМЕНЧИВОСТЬ И НАСЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ТЕРПЕНОИДОВ В ГЕНЕРАТИВНОМ ПОТОМСТВЕ МЯТ (М. ARVENELE L., ВЕР. HAPLOOALYX BRIQ., VAIR. GLABRATA /GRAY/ HOLMES И M. LONGLFOLIA L., BEP. CAUOAELOA BRIQ.)

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЧИВОСТЬ И НАСЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ТЕРПЕНОИДОВ В ГЕНЕРАТИВНОМ ПОТОМСТВЕ МЯТ (М. ARVENELE L., ВЕР. HAPLOOALYX BRIQ., VAIR. GLABRATA /GRAY/ HOLMES И M. LONGLFOLIA L., BEP. CAUOAELOA BRIQ.)"

ЫЩНСТЁРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОЛДАВСКОЙ СОР

/ КИШИНЕВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 9НАМОД1 ГОСТ ДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНВНИ В.И. 1ЕЙИНА

~ На. прав« рукописи

Ч О Б А Н У Василий Иванович

ИЗМЕНЧИВОСТЬ И НАСЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА ТЕРПЕНОИДОВ В ГЕНЕРАТИВНОМ ПОТОМСТВЕ МЯТ (Ы. агг«ва1а Ь., вир. Ьар1оов1;г1 , УЯ1-♦

/ог»у/ но1швв и и.

03.00.04 - Биологическая химия

Авторвфер а т

дясоергацнн на ооиокание ученов отвлеки кандидата биологических наук

Кишинев - 197^ г.

Работа выполнена на кафедре биохимии растений и в научно - ! исследовательской лаборатории биохимия эфиронооов Кишшевского ;■"}, ордена Трудового Красного Знамени государотленного университета 1 ... ,:. имени В.И. Ленина ■■,'.й^'. -:Гт- |.

Научный руководитель -."кандидат сельскоювяйотяеняет пвуа,. , ' . доцент НИКОЛАЕВ А.Г." .

Официальные оппоненты: .-г :

Доктор биологических наук ■: ЧИКВАНАЯ Е.Е.

Кандидат'биологических.наук/ старший научный;сотрудникЛй У МССР, ПЛШКАРЬ С.Й. '.1:\;,.:

I

I

Ведущее учреждение - Никитский Государственный Ботаннчесйяй |

■Автореферат разослан

"'авгус1

'августе 1974-г."

ЬаиАа диссартации состоитов 25 сентября 197»" г.-в I*» Ч*- : совна заседании ученого совета Кишиневского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета им. В.И, Леми* У;

( 277003, Кишинев -3, Ул. Садовая 60 ). .'.ЧЯ

С диосертацией можно ознакомиться в библиотеке университетам !

Ученый секретарь совета,

"".-IV

* "»VпиII V V у V и V»(д | г • ь . Ч •'.■••' •■ ;

■ " *' л о и е У Т • ' МУМНСКЙЙ В.П. ~ ' - ..'■*

>*; Л- 1

v 1 В нашей стране все бо jamaв развитие получат те ихрадии

- биологической науки, которые решают зопросы жи зн е нн о-п е обходи «ш в народному хозяйству. Сельское хозяйство теперь ненысдиио без ведения работ по селекции, получению боле« продуктивных фари рас-, тений. Для успешного решений этих; проблей необходимы' работы но установлению изменчивости, наследотвонностп, природы исходного материала с который предстоят работать, особенно при селекции >ш химический состав. ' "

, Одним из важнейших направлений ъ атом отношении является иаучение закономерностей изменчивости химических признаков,, поскольку они отображав® течение внутренних процессов в матери; альной основе, где в первую очередь проявляются откдонения,ка-. ними бы факторами воздействия на растение iiu не пользовались» Как показывают исследования, да*е в нределаг спмцг калшс таксономических единиц растения производят потомство - в раадич-' вой степени различающееся по хиынзыу. Ло белкаи вто показало нь пвеницах, ячиенях, ржи и т.д., по фенолам и их эфирам - на фенхеле и ажгоне, по терЛедам - ца лаванде, няте и др. ■

Особенна интересным я весьма перспективный объектом исследования в этом направлении оказались растения рода мят. Этот роД является исключительно полиморфным, распространен повсеыео» .^тно. Среди растелий мяты часто встречаются представители гибридного происхождения, что указывает на склонность их к нежви-довоиу переопылению; которое в природе, видимо, широко распространено и играет важнейшую-роль в химической изменчивости в пределах соответствующих таксономических единиц, а также в эволюции рода «ят. , . ■ * В работе "Диалектика природа" ф, Энгельс писал:- "Вся органическая природа является одним сплошным доказательство« тождестве или неразрывности формы и содержания. Корфодогичеокие и физиологические явления, форма и функция обуславливав вяеиияо

i Э^ГЙ^

\ Mdk

:

друг друга".' ' . . ,

• Сведения о .той, что каждый вид при неизменности ввеквях| условия существования сохраняет постоянную способность'выраба-тнгать о во Hete екни о ему "ещестяа, приводятся в раОотвх/ряда авторов (С.Jt. Иванов 1912, 191*1, 1926*, Нилов В.И. ГЭЗйи И др.)*

Однако, все чаще исследователи стали встречать растительна формы, отличающие«п от среднего типа виде по хиаиэму, оста-

ворфолегачеспи ощк.ц^одннкя (Нилов В.И, 1336; Penfolü i!, Morileon K.B. 1953t Куюкли И. 1969; Воговива З.С. I969J А. Лут-1969; Stetil к» i 1971; Т. 1971 И Др.).* >

??ричини возникновения так и к отклонений tipn водят с я различима - уоловкя произрастания, онтогенез и др. Не отрицал значении отщ факторов, многие автор» считают, что главными причинами являют о л генетические и прежде всего отдаленная гибридизация и мутации. Значение мутаций п »том вопросе доказано экспериментально Joooba И. Ó965)» Fratioie С.Н., Mllligron А. (I967jtt др. Роль отдалённой гибридизации в возникновении огромного много-! образно.раотительннк форм отмечается многими исследователя)« [ (K.Llßnaeus 177*» A. Snp<?r¡»t 1G25í Ob. Handln 1Ö611 С. МвЫ«! 10S5) Кврпечепко Г.Д. 1934; Нилов B.Ii. X93íia, 1939; И,В. Mh4j[-рин 19361 Вавилов 11.И. и.Г, Кел^рейтер 1940; К.М.'-Завад-

скип 1962; Н.В, Пинии 196% 1966, Л.Г. Николаев 1959,

1966а, 19,666; ЯЛ. Человская 1971; A.B. Диэдарь 1972 И др.).

В связи о широким распространением в природе естественной гибридизации, большой интерес представляй работы по исследовании изменчивости растений при их генеративном размножении вообще и в условиях исключающих: возмонноеть переопыления в частности. Изучение этого вопроса позволяет судить о наследовании . j признаков, вскрывает природу изучаемых растений, которне нередко пвлявтоя меяпидовнми гибридами я в большинстве своем-гетерозиготны но многим признакам. | - Особо пирокаи амплитуде изменчивости химических: признаков наблюдается но продуктам "вторичного происхождения". В генеративном потомстве эфиромасличннх растений нередко появляются особи резко отличящееся но качественному составу терпеноидов (Яванор SC. .1912; "п«г и!»11вп t9ifi| .Таилсиенчо Ф.Г.. .

Murray И. 1960/1970, 19711 Николаев А Л'.,. Шидихина H.И. I960;1 Куб pa it U.H. 1962; Гоголь O.H. 1969? ï.w. aefeníebl 1972k др.).

Изучение генеративного iiotuuctbq дикорастущих растений ; позволяет правильно понять пути и иехакйзш.1 химических новооб--раэований, возникающих при отдаленной гибридизации и в природ« вообще, Ддя селекции растений на химический состав эти сведении особенко ценны. Однако, селекционеры вообще не пользуются топ изменчивостью, которое создала природа. _

Наконец, этот путь исследования сулит определенное хозяйственное вначение, т.к. большая изменчивость хныкзиа предупреждает о возможности больших похерь в случаеобсеменения культивируемых растение, размножаемых в производстве вегетативно. fio-явление зачастую в потомстве дикорастущих растений сеянцев с цениниц свойствами для практического Внедрения дает вовмозаость иолользовать это в селекции.

Иоходяиэвсего изложенного выше, целью наших: исследований было научение состава эфирного масла исходных фору, а такие изменчивости H наследования признаков при их генераТивиои размножений с цельп выяснения их генетической природы. Немаловажный был и факт ВОЭЫОАНОГО появления в потомстве сеянцев с хозяйственно невинна свойствен«.

Материал и метода исолёдованнй

С целью решения поставленных задач» Ь качестве объекта исследования были взяты растения двух Видов мят - мйТа полевая

< h. arreoBie Ь., Яйр. Haplooalyx Briq., w. glabrata /аг»у/ Во1мв И кяТа кавказская ( И. lcnglíolis Ь., вор. caüeasioa Br.)

Unta полевей била завезена из Пятая s начале пятидесятых годов. Посадочный материал (корневища) бил любезно предоставлен нам профессором B.C. Соколовым (БИН), который описал эту нпту как Ы. »гте Helo t., ptperaeoeae Soltwa. Другие afttopti определили ее,как м, hmpiooaiyt B*iii./lado/,{Лутков A.H.il др. 1966); M. *rr*asie ь., вер. baploealy* Bti^lj^air. glebraU /вгиу/ Въ1-••e (Gii¿*Miieter B.„Heff*wwi ït. ^

Среди коллекции мят, любезно предоставленной нам Гяп&яым ' : -, : 5 :'. v. ' ■ ..

Ь'отаннчеснкм Селом АН СССР имелись две формы мяты кавказской. [ Впропилов В.И» обнаружил их среди флоры Северного Кавказа { в ! районе Кисловодска), описал и отнес к оаностоятзлъпому виду м, ! оацсив1оа Вг1«. ( Сап^.), ^ДИв из них ( » 4137 ) имела тнккч- [ янй липалоольный запах, другоп ( № 4136 ) по запаху реяко отли- | ттаоь от парной, хотя по морфологическим признакам як нельзя 1 йнло различить. Во Флоре СССР эта иятп описана как м. I

На Ь'г »®Р* йаиолв1с(1 Вя^., синтезирующая в качестве основных | компонентов пасла пептон и дулегон. - . \

Растении для опытов выращивались на биологической етзицеи ! Кияниевсяого университета. Для изучения состава пасла и егоЧ1Э-мспчивостя в онтогенезе исходные формы размножались корневищами. [ Сеиеаа для изучения изменчивости состава терненоидов при ! генеративном размнояеляк этих «ят были получены в условиях, ис- I плюгавцах ь'оэвожнпстъ их переопыления о другими видами мят. В | дальнейшей каждой сеянец изучался отдельно. !

В опыте по иаучекв» изменчивости составе масла мяты кавкаэ- ! пкой в онтогенезе растения убирали в течении шести сроков, начи- ! пая с периода ветвления в кончая фазой физиологической зрелости севши. В остальных случаях эфирные масла получали из растений, уврапаых в фазе кассового цветеняя..Эфирные масла получаля методом гядродистилляции на смеси воздушно-сухих листьев и соцве- ' тпй.(данное праведели в процентах на абсолютно сухой вес). ^

Для общей характеристики эфирных масел определяли физические и химические константы^общепринятыми «егодаип. Первичные я вторичные спирт» определяли методом ацетклирования в пиридине {?. КоН1«а 1953). Общее количество спиртов определяли геэоме-тркчеоккм методом Чугвева-Церевитинова (Л. Гаттермая, Г. Виланд 19^). Кетоны выделяли сульфитным методом Бургесса. Идентификацию отдельных компонентов проводили классическими н современными методами,

Полярограммы снимали в 0,2М растворе МС1'-, электрод сравнения - нормальный каломельный) напряжение полагаемое на рео---хорд - Чя.

Спектры поглощения в УФ области снимали на. спектрофотометре СФД - 2, в растворе этанола. Инфракрасные епентпч снимали

"б'-'-' .'V "

на автоматическом спектрофотометра иа-ю, кювета из nací, скорость регистрации 32 си/мни., иасимаб регистрации 12 ии/1Шсы~| нолевая программа - 4. . : г

Газо -жидкостное ¡сроиатографароБакие проводили в следующих условиях!

1) Хроматограф фирмы "ПАЙ". длина колонки JI5cu, вцутреи-ний диаметр колонки 0,4см, твердый uocmeib - целит 54S (100 -120 мек), неподвижная фаза ОЕГ - I5000tt°* IZ5°C, газ носитель аргон, скорость потока 40 ия/иан., детектор ионизационный, . напряжение па детекторе I25Ü»,

2) Хроматограф ЛХН - 7à, длина колонки 2и о внутренним диаметром 0,4см, твердый носитель целит 545, неподышшв фазы

а) реоплекс - 400, б) ПЕГ - ISOOÛ.t0* Í38°G, газ носитель гелий, скорость потока.40 кл/мнн.

Идентификацию компонентов проводили путай сравнения'со стандартом по относительному удерживаеиоцу объему Одерживаемый объем лимонена принят за единицу). Количественные расчеты хро-матограмм проводили по сумме площадей прямоугольников,

* ЗКСПШШШАЯЬНУК РЕЗУЛЬТАТЫ И И1 ОБСУКДШШ

I. Исследование qogygpa уерпеноиддв искидной Формы мяты ролевоЦ

Сведения относительно состава масла мяты китайской (полевой сводятся к описания основные компонентов иасда. В составе её эфирного масла определены I-ментол, центов, пулегон ( gi1-demeietèr е., Hotrmann 1961);(Николаев А.Г,, Семенова Н.В. 1965; Гурвич НЛ.i Мишурова С.С. 1969)* Однако, для уопешнога решений поставленных перед нами задачу необходимо было оолае подробно изучить состав иасла Исходное форда о определением каждого компонента.:

Изучаемая мята накапливала 2,0 - 2,15 эфирного масха со следующими физико-химическими показателями: оптическая активность -40°, коэффициент рвфракцйи п^° з 1,4600, Цельное масло не обладает максимумом поглощения в УФ области в потенциалом восстановления. Оно состоит на 833S из спиртов и 6,5^ из

кетонов. Реакции-на ментофуран, фенолы; аяулены и азуленоген-

"■ ■ ?

Рис. I

Хронатогракка эфирного пасла исходной форм» мяты к*- | тайскоИ < ЛХМ - 7А, НХФ - !

ПЕГ - 15 000,1°* 1?8°С)./ ■

; ■ |

Г

Гаэохромагографический анализ позволил идентифицировать'и

расчитать содержание в масле следующих компонентов: *-Нянек - >

пик I (0,1%),у^-пинеи -пик 2 ((1,15%), лимоией -пик 3 (0,8%),I !

цянеол -пяк 4 (0,6%), р-цимол -пик 5 (0,2%), октанол-3 -пик ё ;

(0,8%), ментов -пик б (3,5%), иэоментон -пик ? <3%), ментилаце- (

тат -пяк 10 (5,1%), неоментол -пик II (1,7%), 1-ментол -пик 12 "

(80,2%), иэоментол -пик 13 (2%), пулегон -пик (0,4%), пипв- !, ритон -пик 15 (1,5%) (рис, I). _ " ; '..'■';

Как видим, ментол представлен тремя изомерами, р ментон- ; двумй.1 —ментол бил гвделен яз масла через Сорные эфиры и идеи- , }

тифицироеан по температуре плавления 43°С. ]

Как показал хроматографяческий анализ, выделенные'сульфит- -

ным методом ненасыщенные кетоны представлены не одним, а двумя .1

веществами - пулегоном и пиперитояом, которые были разделены;и ;

дополнительно идентифицированы по максимуму поглощения и по- I

тенцпалу восстановления .(Л макс. = 252ммк, Е 1/2 = -1,82в для - "}■

■ пуле гона иАмакс. 235ммк, Е 1/2 =■ -1,8*18 для пинерлтонп). Это \

заслуживает особого вникания в связи с видот^И специфичностью | этих двух нецаениеппах кетонов. ■ ■ ■ ■ ' .

Таким образом, в состав масла исходной формы мяты питай- 1

ской входят кислородсодержащие монотерпеноиди с кислородной - ; /"-Футшкей только при третьем углероде,р-мектячотюгп чиклп. ;¡^

ш вещества отрицательны.

Это имеет принципиальное эвачеаив,, особеяио при научении / наследования »химических. крмэнаков. Ведь, как принято в литературе (Heiteeea l954> Begnwier в. 19Й положение кислород-' ной функции является ■ видовым признаком."

2; Изменчивость состава терпеноидо» в генеративном потомстве меты полевой;

Всего.было изучено 63 сеянцев о$ "самоопыления", Морфологически они представляли большое разнообразие (по окраске цветков, форме, окраске и опупению листьев, габитусу куста и т.д,}. Большая вариация установлена и по содержанию эфирного масла, количество которого варьировало у, сеянцев в интервале 0,6 - 3,5%. При этом, около ?0£> сеянцев отличались болееяазков афиромасличностью чем вегетативно размноженная исходная форма й только 18$ сеянцев превышали её по этому признаку (таблица I).

Таблица 1

Варьирование химических признаков в генеративной потомстве

мяты полевой

—...... — | .I. -I ■ — — . ............. .и ■—■ -

Характеризуемая j Пределы j С е я н a q в .»ми«" j варьирования [ mM49cixo ] %

Выход масла 2,0 - 2,1 К о х а д я а я форма

( в % на абсо- 0,6 - 1,0 ? 5>7

д»яно сухой 1,1 - 1,9 . .. 56 . 63,8.

нее ) 2,0 - 2,1 II . 12,5

■ •__г.2 - 3.5__Ц __18.0

83,2 к с ход и а я ф о р и а

Содержание."- ~ 4 - 45 • I 80,6

спиртов ( в 46-74 14 ■

' ■ _Zi^js_2__-,. М .

6,5 исходная форма

Содержание 9-15 3 3,4

кетояов '('«£)' 16-49 30 34;2

50 - 89 . .'55 . 62*4''

Если масло исходной формы состояло на 83% иа спиртов, so в . генеративном потомстве только 3 сеявца по атому показателю были-к ней близки, а остальные растения стояли значительно ниже, причем 80,6% сеянцев синтезировали масла в которых спирты соо-таввпли всего от до'45%.

Обратная картина наблпдалось по содержанию в маслах сеянцев [гарвонильшлг соединений. 55 сеянцев накапливали масла в ; составе которых кетони составляли 50 - 89%. Остальные сеянцы содержали в масле от 9 до 49 процентов кетонов. _

8 широких пределах варьировали и физические константы насел генеративного потомства. Так, 16% сеянцев синтезировали масла о правый вращением плоскости поляризации - до +21°, у 28% аеянпев меньше -34°, у 57% jp находится в пределах'-43° . до -74° и только 8% растений по этому показателю близки к походной форма -кди=|-35° ДО -12°.

Коэффициент рефракции у масел одярй группы сеянцев составлял 1,45X0 - 1,4690, у другой группы - 1,4700 - 1,4890. Все »то указывало на явменеиин в качественном составе терпеноидов.

Применение полярографического, спектрального, газожидкостной хроматографии методов анализа позволило выяснить качественный, состав масла всех сеянцев. В результате, вое генеративное потомство было разделено на несколько групп по составу основных компонентов.

В первую группу вошли 19 сеянцев (21,6%). Основным компонентом масле этих оенпцев был í-ментол, содержание которого варьировало в пределах 40 - 85% (рис. 26). Во вторую группу : воияи 20 сеянцев (31,9%), которые синтезировали в качестве 'основных компонентов шасле шентон и иэоментон, составляющие от. 45% до 79% (рис. 2а), В третью группу были объединены 9 сеянцев (10,3%). Они содержали в качество основного компонента масел пулегои, который составлял 42 - 69% (рис. 2в). Присутствие его доказано поДмакс.* 252иык и Е 1/2 = -I,U2b.

Таким образом, во всех этих трех группах, объединяющих 56 сеянцев (63,8%), входят растения, которые унаследовали качественный состав исходной формы мяты китайской. Большие различия набледнятся только по количественному соотношению компонентов.

- . 10 '

, . . -Рис, 2 Хроиатограииы масел сеянцев генеративного notouo-хва инти полевоД. ("ПАЙ", НЖФ -ПЕГ -15000). а - ыентонниА, в - меи-тохышй, в - лулегошшй, г'-нарвоивый.

Совершенно отдельно по качественной; набору кои-попангов стоит четвертая группа, состоящая its 32 сеянцев (36,2^). Их вфир-нив иаола характеризуются высоким левый вращением 01 -53° до -55,5° и повышенный ко&ЭДицяеитои ре^-ракцнк 1(4834 - 1,4891« Полярографический анализ «оказал присутствие у нше itonrtoeeaia с потенциалом восотайовленяя £ 1/2 * -I »72»;, Все масла етьй , Группы обладают максимумом Поглощения в области 235iiiiK. Эти характеристика доказывают присутствие i-карвойа в йфйрйых мае-лах этой tyytinU) содерха-яке которого sapfchpoeono в пределах 57 - 70%.Иарвон был выделен сульфитным методой h Идентифицирован по физический константам"^Цд 1=•-52i5°t * '■ 1,4980; & 1/2 = -1,72в; А макс, * 235ммк| tmu семяка^бйвона * ' 1б2°С), Кроме карвона в состав масел этой Группы сеяйиев в*одвт

'■■'■■ — ■ ■ • ■■ . П ... V . .

еще ос-шшен -пик I -пинен -пик 2, лимонен -пик 3, цикеол -пик I <1, р-шшол -пик 5» октанол-3(?) -ник 6, р -кариофилен -пик 10, ' дигидрокаръок -пик 12, и др. (рис. 2г).

JCöb видик, ыята китайская дзэт расщепление в генеративном | потомстве не только по морфологическим признакам, но и по хини- ; ческкм. Кроме сеянцев с качественным составом исходной формы, ! большая группа растений синтезирует соединения ряда карвона. ; Приведенные донные доказывают, что изучаемая мята полевая имеет] гибридное происхождение. При этом необходимо ответить, что' не | пsблюдалось никакой корелятитшой связи между наследованием нор- j фологических признаков и химическим составом. j

I

II, ррртвп терпеноядов еФирного масла мят» кавяазс^о({" ' 41 и его иэмеячи^сть в онуогенеэе и при генеративном " j размножении. il

V ■

I. Соотав масла. j

Как указывалось выше, присланные нам две формы мяты кав- i каэской (й! 4136 и » 1137) не различались по морфологическим ' признакам, форма №4137 изучалась ранее H.H. КуОрак (1966, 1967) \ в автором было показано, что масло- этой формы состоит на 80% из ; лин^лоола, 1QÎ гераниола,, т.е. синтезирует кислородсодержащие ! коиотерпеясидн в основном о открыток цепью углеродных атомов. ;

Масло исследуемой нами формы № 4136 кристалиэовалось tiprt комнатйой температуре. Оно иЛо следующие характеристики: +20,0°, « I«4710, ne содержало веществ восстанавливавшихся на капельно-ртутном электроде, а также поглощающих в УФ области. { Масло состояло на ЭЪ% из третичных спиртов. 1 ;

Кристаллическое вещество было выделво из масла отсасывани- j. eu при охлаждении до -5°С. Выделенный продукт хорошо возгонялся, j чем ми и воспользовались для его очистки. Он представлял собой f третичный спирт ö температурой плавления +б;°С. Вто вещество | было- впервые Выделено из эфирного масла растении Mentha itwan» i | *iel« Николаевым А.Г. и Черноморец М.В. (1959) и названо авторами "инкайол"» По спектру поглощения в ПК области зтот спирт идентифицирован нзми с веществом итранс-р-2-ментен-1-ол"(Mit*-

12 ■ '

. пег в.н. и др. 1968) я составляет в маоле 60%.

Кроме ннкаиола в масле этой формы нами впервые был идентифицирован по спектрам в ИК облает» (íütener д.м. я др, 1368) другой спирт - 1~терпинеи-сл~4» составляющий в масле 20%.

мин г1 ад 13 10 а о

Гвэохроматографячеекий анализ позволил идентифицировать в масле следующие компоненты: л-пинен -пик I (0, !%),,£ -пинен -пик 2 (0,5%), ь3-мирцен-пик 3 (0,8%), лимонен -пик 4 (0,6%), цикеол -пик 5 (2,2%), р-цимол -пик б (2,6%), октанол-3 -пи* 7 (1%)» инкаиоя -пик 8 (60%), 1-терпинеа-оп-Ч -пик 12 (20%), -терпинеол -пик 14,(3,4%) (рис. 3).

Таким образом, как показывают наии исследования, по составу основных компонентов месла мята № 4136 ничего общего о ранее наученной формой № 4137 не имеет, форма № 4136 синтезирует .кислородсодержащие монотерпеноида только циклического отроения о кислородной Функцией при первом, четвертом и восьмом монах углерода р*метанового цикла.

Однако* изучение химизма на одной стадии развития раотения не может полностью раскрыть потенциальные Возможности данной растительной формы. Для этого Необходимо изучить хяммэм в динамике развития растения« что мм я предприняли с формой te 4136.

L s

; Ивмецчивость химических признаков в онтогенезе, Кубрак М.Н. (1966, 1967) пишет о том» что в фаяа физиологической спелости семян В4Эфирном наслалястьев формы fe 4137 появляется в незначительных количествах йнканол, который отсутствовал на всех предыдущих фазах развития растений. Б связи с

(t

t *fP

3

Рис. 3

XpowRTorpawua пасла исходной формы мяти кавказской № 4136

nur

M 20 «

1D

т

Хроматогр&ыиы иассл ияты

кавказской в онтогеневе

I -период ветвления II - бутонизация III - начало цветения 1У - кассовое цветение У - отцветание У1 - физиологическая зрелость семян

(МЫ-7А, ПЕГ-15000, п температура коя.*=138 0)

этим, вопрос о возможной генетической связи втих форм мог быть частично, решен в нестоящем исследовании.

Содержание масла варьировало от 1*1$ Д° îtU%. Максимум приХодит' ся-8а период массового . . цветения« затем синтез ослабевает И й последней фазе составляет Оптическая активность изменилась от в начала раэвитйя растений до 418° в период Кассового цветения, Bateit падай до +1Б°к концу вегетации. Ковффициеит рефракции практаческя не изменялся и составлял ; 1,4640 - 1,4680. ;

Спектральный анализ

в ТФ овЯас*« покаэаЛ на воех стадиях развития растения максимума погяощвв^й характерные р-Цйиолу (259, 267, 273*мк). Исследо-ваййе *асеЛ метЬДо*) Гаэ6*йдкос*йой хроматографии (рис; 4) пока-

зало присутствие в них следующих компонентов:«-пикен -пик I,. >-гншен -лик 2, д'кирцен -пик 3, лимонен -пик 4, цннеол -пик 5, р-цимол -пик 6, октанол-3 -пик 7, инканол -пик 8, 1-терпинен-ол

'-пик II, «t-тершгееол -пик 13. За весь вегетационный период не происходит каких-либо существенных изменений в составе тер-пеноидов. Только на полезших двух .стадиях развития, как показывает хромат ографи ч е ск к й анализ, исчезает компонент, которому соответствует пик It)1 и появляется по вый компонент (пик 14), С

%

во

во-Щ

30

__—ьтерпинен-олч -—инканол -сумма -

РЙо. 5 Варьирование содержания основных компонентов масла по фазам раввития мяты кавказской № 4136,

7 Г" 5 ч 5" в

Интересная картина наблюдается по вариации количественного соотношения основных компонентов масла - инканола и 1-тврпикен-ол-4 (рио.5). До начала бутонизации содержание 1-терпкнон-ол-4 несколько выше чем содержание инканола, затем количество первого падает до 20^ в четвертой фазе, а количество инканола в этой фазе достигает 51%. В дальнейшем наблюдается обратная картина -в фазе физиологической спелости семян содержание Инканола надает до 17^ а содержание 1-терпиненол-4 повивается до 53%.

Возможно, этот факт объясняется взаимным преврацением втнх двух веществ, йлн же на соответствующих стадиях развития раоте-ния, ферментативная система стимулирует синтез одного ив них при подавлении биосинтеза другого.

Необходимо отметить, что ни на одной на фаз развития хро-ыатографический анализ не позволил нам обнаружить линаяоол или гераниол, т.е. основные компоненты масла формы № 4137 мяты кав-

15

кавск&Я. Э*<м фаи не позволяв! говорить о воэиожной генетичее-яойсмзиатих двух форм мяты» Еслинаучаемая нами • форма ииеет вакив-тородственные связи о ранее изученной формой по составу , херленоидов, то можно ожидать,' что в ее семенном потомстве но-; явятоялаявлооаьнивйАигераниольние форвы.

ЗУ Иацевчивость и наследование химических признаков в > -'гвнвда^йайиг потомствет ч йаучеийе-генеративного потомства прдстакляло еще опреде-лвнннй интерес' о1 теоретической *очки зрения, поскольку эта форма сийЧезярует необьчние для итм-торпеноидки ' ' Таблица 2

^Варьирование химических признаков в генеративном потомстве .^ ! мяты кавказской

Характеризуемая величина

Т

Пределы варьирования

Т

С е я н ц е в

Т

количество

% от общего числа

Вйход масла ( в;% на абсолютно сухой' вес):

1,4

о,б - 1,г 1.3 - 1,5 1,6 - 2,1

и о

х о д н а 52 19 15

ф о р 60*3 22,1 17,6 '

м я

Содержание спиртов { в % )

93 ' * - 25 26 - 50: 52 - 75 76 - 93

и с х

о д в а я 30 9 2 15

форма 35,0 10,* ■ 2,3 52,3

Содержание кётоно» ( в $

)

нет; следы 51 - 80

иск

о д н а я

V?

39

ф о р м 54,5 45,5

■ Всего изучено Вь сеянцев. По морфологии все сеянцы были -выравяеан и унаследовали признаки исходной формы.

. Содержание масла колебалось в пределах от 0,6 до 2,1%. Приеток 52 сеянца (60,3%) содержали его меньае вегетативно размаежстной исходной формы и толькп Т5 геянн^в (17,б£У превоо-7 ■-. тб ■

ходили её по этому показателю, в пределах Олиаках к материнскому рвстевив синтезировали мзсло 19 сеянцев или 22,ДО (таблица 2)

г Обеде спирты в масле материнской формы составляли 93%. В генеративном потомстве количество их варьировало от до 93%, причем 39 сеянцев (45,4$) синтезировали масла, где спирт«'составляли менее 50%. Обратная картина наблюдалась в отновевяи кетонов. Если в масле исходной формы они отсутствовали, зо в семенном потомстве 39 сеянцев синтезировали 51 - 80/6 кетонов.

. Пасло исходной формы обладало правым вращением о<^я+200, В генеративном потомстве масла многих сеянцев обладали высоким левым вращением - до -47,5°, Коэффициент рефракции также варьировал в широких пределах. 7 одних сеянцев он составлю! 1,4600 -1.4700, у других - 1,4800 - 1,4920.

Все ето указывало на глубокие изменения в качественной составе компонентов, который разделил вое генеративное потомство на три реэхо отличающиеся группы.

В первую группу вошли 47 сеянцев (54,5%). Их масла обладали правым вращением от +13° до +22°. Коэффициент рефракции составлял 1,4620 - 1,4730." Содержание спиртов колебалось в пределах 81 - 93$. Как и масло материнской форчы, масла этой группы не поглощали в УФ области и не восстанавливались на каиелъно -ртутном электроде.

Хроматографичеокий анализ показал наличие у них «-гашена -пик I,^-пенена -пик 2, д'мярцева -пик лимонена -пик 4, ци-неола -пик 5, р-цимола -пик б, шшшола -пик 8, 1-4ерпинен-ол-4 -пик II, ео-терпинвола -пик 12, (рис 6а). Все эти веаества свойственны маслу материнской формы и примерно ъ тех же^ соотношениях, т.е; сеянцы этой группы наследовали полностью состав терпенои-дов материнской формы.

'■ Во вторую группу, вомли 25 сеянцев (29%). Для масел втой группы характерно высокое левое вращение плоскости поляризации от -19° до -47,5° и.высокий коэффициент рефракции 1,4810-1,4920. Они состоят.в основном из карбонильных соединений, содержание которых варьирует в пределах 66 - 80%. Все масла этой группы поглощают в области 235имк и восстанавливаются при потенциале Е 1/2" -1,72в, что указывает на присутствие карвона, который

17 4

был выделен и идентифицирован по физическим константам «температуре плавления оемикарбазона (1влл..

162°0).

Рмо. 6

Хроматограммы масел сеянцев генеративного потомотва мяты кавказской Ж 4136; а - инкаиолышй, б - пулегон кий, в - карвонный. (ЛХ11-7А, реогшекс адо,+°кол. * 152°С)

Кроме карвона в составе масел присутствуют е«е*-пи-нен -лик I, р-жяен -пик 2, диионен -пик 3, цинеод -пик 4, р-цимол -пик 5,¿-карио-филев -пик 8, дигидрокарвон -пин 9, (рио. 6в).

Таким образом, данная группа сеянцев характеризуется специфичным составом . терпеноидов, особенно кислородсодержащих ооедикений. Они не содержат терленоидов исходной формы -инканожа, *1-терпиненоя-4, <*-терпинеол, а синтезируют новые вещества ряда карвона.

В трепе группу вошли масла 14 сеянцев (16,5%), Их характеризует невысокая оптическая активность, как правая (+0,5°:до +2,5°), так и левая (-2° до -9°). Коэффициент рефракции варьи-' ровал в пределах 1,4660 - 1,4760. ИасДа этой группы состоят в основном нз кетонов (49 - 72%) при относительно высоком содержании спиртов (13 - 45%).Для них характерно поглощение в области 250ммк м потенциал восстановления Б 1/2 = -1,82в, что говорит« о'присутствии пулегона. Пулегон был выделен сульфитным 'методом н идентифицирован по физическим константам шд1 о +24°,

' п 1,4924, и температуре плавления семикарбазона (*°лл, «

174°С), Б качестве оопутствукздх компонентов в состав масел ; етой группы вводят:«<-пянен -пик I,р-ииидн -пик 2, лимонен -:пик 3, цикесл -пик 4, р-цкмол -пик 5, октанол-3 -пик 6, кантон -лик иэомэнтон -пик 8, ментол -пик 9, ¡¡и вер и тон -пик II (рис. 60).

. Эта. группа сетшев, как и предыдущая, коренным образом отличается по химическому составу от исходной формы. Общими являются только углеводороды, в то время как кислородсодержащие терленондьг - разные у всех трех групп сеянцев.

Приведенные экспериментальные данные неоспоримо доказывай гибридное происхождение изучаемой наиа фо^и ынты кавказской.

Обсуждение, экспериментальных результатов.,,и .выводу.

Прежде чем перейти к обсуждению общих вопросов наследования признаков в генеративных потоыствах той и другой исследуемых мят и практического значения обнаруженных закономерностей, необходимо остановиться на частных особенностях обмена я его изменчивости у мяты кавказской.

6 литературе до сих пор били известны пяти, масло которых кристализовелось при комнатной температуре - это и яти, синтезирующие в качестве основного компонента масла 1 -ментол. Однако, проведенное нами исследование показало, что мята кавказская № 4136 по составу масла ничего общего с мектольными мнтеми не имеет.

Что касается связи изучаемой нами мяты с формой № 4137» нужно сказать следующее. Если форма № 4137' накапливала кислородсодержащие монотерпенонды ациклического1строения, то форма 4136 синтезировала только циклические кислородсодержащие мо-нотерпеноиды* учитывая морфологическую идентичность этих форм, видимо, их следует классифицировать лак хеморасы, возникшие в пределах вида мяты длиннолистной в результате отдаленной гибридизация. Причем каждая на них по химическому составу обособилась до.уровня видовых различий. Даже в период онтогенеза в масле формы № 4136 не появляются компоненты* свойственные маслу формы - К! 4157.. Судя но исследованиям М.Н. Кубрак (1966, 1967), можно было предположить, что инканол образуется путем циклиза-

19

■ цивлиналоода. Однако, а накихиоследованиах линалоол se сопут- . г: '; / N j v 'отвовал инканолу и говорить о их генетической связи пока нет

'.■.''. . основа пи Й , хотя теорети чееки это можно било бы допустить,- исхо- - Jr^'V О:'-'-'' " дя из ик'структур. '' '^V^H-

Одновременное присутствие » масле исследуемой нами мяты . кавказской терпеиоидов с кислородной функцией в разных полосе- ■ ^V ".-. ч -.. нивх в р-мвптановом цикле, видимо, следует объяснять их общим . ; . ' происхождением. Это. вытекает из данных изменчивости их колачес- -J-;'

тве'в онтогенезе. Весьма соблазнительно рассматривать этот про- : ^'.V-v-7:. .'-' цебс как ферментативный, направленность которого идет соответо- " ^'í;'*" твенно с теми требованиями в которых нуждается растение в яро- ч . Л > цессе своего развития - ветвления, цветения и образования пло- Í^^.V

да. Однако^' вопросы ферментативного синтеза терпеноидов, а глав-во«* их;превращений, являются белым пятнем в науке. - "V

V ' Изучаемая^ На и я мята китайская накапливает в масле терпено- ; > ;

";-.v иди о'кислородной функцией только при третьей углероде р-мента- ; ¿Огневого цикла'(иеатол, иентон, лулегои, (иперитон). Это хорошо , , ; : согласуете* а мнением веНввшь а.н. (1954)| А.Г. Николаева : ' (196ба){ А.В. Диадарь^ (1972), считаших, что вид способен сия- ' * •• ■■ ' . тезировать, как правило, терпеноиды с кислородной функцией при определенном атоме углерода В молекуле, т.е. генетически близ-_ км вещества»:,. : - ^Н

Односменное присутствие в масле этой мяты пухегоаа я пя-пвритона ставит под сомнение деление видов мяты по яенасыщеи- : / г : : нону кеТону - пулегояу у вида M.puleglun о лйперитояа у видов

piperita, и, «rvoneia. Здесь, видимо, имеет место количест- : Ценная сторона дела« J первого видя, вероятно, преобладает про-цеоо накопления пудогоиа, & у вторых - пиперитоаа. , '

Полученные зкоперицеатальнйв результаты позволяют лрово- v VC'íj дт йекоторую'параллель между изменчивость» химических прязиа- :: вов а>ейеративйо(1,яотомотвв мять) китайской и мяты кавказской. V ИзиеячйвЬстьйапраяиена в сторону ослабления синтеза эфирного масла Я ОпйртоВ В нем при резко» увеличении накопления ивтоио». . • - ' - . Несмотря на соверяевво различную природу состава терпено- Ч- -- :.-идовввге4аТ|Ыо рпЗМйихеняих исходных форм, обе онй в гепера-.'. .

¡0;'- тивао* tio*oiicífee побеждает один н те же s химическом отношении < '..•"' ...'''■.:' ' -20. ■■■.■.■'■,■;:■ Л'-^Чл

группы сеянцев - пулегонные и карвунные. Нет ничего удивительного, ».том что китайская мята порождает пулегонные сеянцы, так как этот терпеноид возникает как результат смещения синтеза от 'пиперитона к пулегону. Для кавказской же мяты возникновение пу-легока из каких-бы то ни било веществ, свойственных исходной форм, маловероятно, если не невозмояно. То же самое можно оказать и в отношении соединении группы карвова, А ведь карвоннне. сеянцы составляют в потомстве мяты кавказской 29%, а мяты китайской - 36,2%. В данном случае произошли более глубокие изменения п обмене терпеноидов чем внутримолекулярные перегруипи- • ровки. Вероятное всего, что ато результат гибридного происхождения изучаемых мят. Только произошли они, tro видимому, от разных родителей, о чем свидетельствует тот факт, что инкакол и 1-терпинен-ол-4 никогда не обнаруживались в группе мутовчатых * мят, к числу которых относятся мята китайокан.

Появление карвона в качестве основного компонента масла сеянцев наблюдалось при изучении генеративных потомств многих -дикорастущих мят, о чем свидетельствуют литературные сведения (Т. Der Wi»xi«n 1916|Танасиенко Ф.С, ; Murrey и.1. 1961, ■ 19ТО, 19Тгi Николаев А.Г., Семенова H.B. 1965; Богонина Э.С. 1969; Гоголь О.Н. 1969 и др.). Вое вти факты наталкивают на мысль,.что способность мнт синтезировать соединения ряда карвона является доминантным признаком. Сравнительно часто появляются в генеративных лотомствах и пулегонные сеянца, tí то же время . утрачивается способность растений синтезировать терпонойды о кислородной функцией в других положениях р-ментаиового цикла, как и биосинтез ациклических соединений. Эти факты должны быть приняты во внимание при селекции растений рода мят на химический состав, особенно при отдаленной гиОрядивации.

Являясь гибридными по происхождению, изученные вами мяты _ при генеративном размножении образуют большое разнообразие форм отличающихся но морфологическим и химическим признакам, или только по качественному составу терпеиоидоп при сохранении морфологических признаков исходной формы. Это говорит о том, что, вероятно; отдаленная гибридизация играет немалую роль в появлении ноздх форм растений, в появлении, так нааываемых,хеморас.

21

По крайней мере, вто имеет широкое распространение в роде мят.

В генеративном потомстве изучаемой нами формы мяты кавказской ( №4136 0 нет ни одного линалоольного или гераниольного сеянца, а в потомстве формы № 4137 нет инканольных сеянцев. -Поскольку их нельзя отличить по морфологическим признакам, можно сделать предположение о том, что они имеют какого-то общего -родителя от которого унаследовали форму. В то же время, хими- ' Ческие признаки, видимо, они унаследовали от разню: родителей.

Приведенный во Флоре СССР состав масла для мяты длиннолистной, произрастающей на Кавказе, близок с составом масла пу-легонной группы сеянцев; появившейся в генеративном потомстве ■ формы № 4136, Вполне допустимо, чтомята длиннолистная с этим составом ийсла:явилась одним из родителей этих форм мяты кавказской,' а скорее всего наоборот: - пулегонная форма является ,'■ выщепенцем.^- хеморасой среди вида мяты длиннолистной, поскольку она имеет'состав терпеноидов необычный для колосовидных мят. : Подтверждением .этого предположения является морфологическая. идентичность всех яткх трех форм мяты кавказской.

В генеративном потомстве мяты.китайской вщеюшются сеянцы с комЛексом хозяйственно полезных признаков, превышающих исходную форму ( повышенная афиромасличность при сохранения высокого содержания ментола, устойчивость к заболеваниям и низким температурам, высокая урожайность и т.д.). В семенных потомства* обеих форм появляются сеянцы с новым составом терпеноидов, ' представляющиейной,хозяйственный интерес: высокопродуктивные карвонные .сеянцЫ;- для фармацевтической, пищевой и ликеро-во-дочнойпромыщленностй, пулегонные сеянцы для синтетической промышленности: и препаративной химии.

Словом - в генеративных потомствах дикорастущих растений появляется:целая Гаима новых терпеноидов, что открывает широкие возможности^дяй поисков и отбора хозяйственно полезных веществ.

/ Проведенная экспериментальная работа позволяет нам сделать ряд выводов: .

Изучаемые мяты синтезируют совершенно различные моно-

терпеноидыГ ч

а)Ня*а:китайская синтезирует терпеноиды с кислородной

,■■■■■' ■ 22

функцией upa трецен углероде р-меатанового цикла' - l-uetitoÁ : (80,2%), и зо мен тол (2%), несшентод (I,7%),иеитон{3,5%),'иэо-' , ментон;(3%), пиперитон (1,5%), пуле гон (0,4%). & качестве со- : путствущих компонентоь в масле присутствует **-пипен (0,1%), jS-пинея (0,1%), лимоне» (0,8%), цинеол (0,6%), р-цимол (0,2%), октаасл-3 (0,8%), ментилацатат (5,1%).

б) Унта кавказская te 4136 синтезируем терпонсмдц о кнсло-^родной функцией при первом|углероде -ишсанод (tU%), четвертой 1-терпинвн-ол-4 (20%), восьмом *-терпипаол ' (3,4%). В качестве-минорных компонентов в масле идентифицирована <*-пимен (0,1%), jB-пинен (0;5%), мирцев (0,8%), лимонен (0,6%), цинеод (2,2?.), р-цимол (2,6%), октаксд~3(?)- (0,8%). _

~2. В генеративны* потомства* изученных мят наблюдается депрессия маслообраэовательного процесса у большинства сеянцев при ослаблении синтеза спиртов «усилении синтеза карбонильных соединений. ; I '

3. Генеративное потомотво от "самоопылении" маты китайской представляет большое разнообразие tío морфологическим, признакам и исключительно разнородно по химическому составу. Причин, определенной коррелятивной с»яэи между морфологическими признаками и составом терненондоя у сеянцер не обнаружено. Разнообразие идет или за счет изменчивости количественного соотношения компонентов. или в результате глубоких изменений качественного состава.

а) Сеянцы, наследовавшие материнский качественный состав

: составляли 6 î, 8Í.- с дни из них накапливали преимущественно ментол (21,6%), другие (31,'5%) -ментои, третьи (10,7%) -иулегои. -

б)Многи& сеянцы генеративного потомства (Ï6,2%) синтезири- . вали масле, о состав которых входят терпеноиды с кислородной функцией только [фи втором атоме углерода,.ata группа сеянцев, по химизму представляет-соо'ой новообразования, тан как у матери не ног о растения;гти вещества отсутствовали: . "

'i. Сепнцн № 2, 6BÍ IÎO представляют, определенный хозяйственный интерес как хорошие ниточники цеитолн. Они отличаются высокой эфи(>0иаслипн<1стьы (¿".8 --З,^), п*юоким содержание* . - ~ ментола (ди t.V"4)/i[ft норнвде.тся ы)лезннмч,-и« здл'пютгч, ГСеьннц --'Ч ' ■"' V ; ■ ! • '23 , .' ' - ■■■■

КЯг I, 12, 17 - растения;о высоким содержанием карьотю пр(г достаточно хорошем ¿входе масла. ' *. - • -

5. Исследование состава терпеноидов в онтогенезе формы й 4136 мяты кавказской показало, что она являемся хеморасоЯ, не стличащайсг но морфологическим признакам от Формы » 413?, но ничего обиего иа имеющие между собой по качественному составу терпеноидов. , ? . ■ ■

6. Генеративное потомство от "самоопыления" формы № 4136 является однородным по морфологическим признака». По составу терчснойдой сеянцы представляют собой большое разнообразие и разделились по.качественному составу на три группы: ияканольная (54,5%), кврвонпая (29%) и пудегонная (16,5%),

7. Сеянцы щи 12, 44, 68, 74, иитн кавказской синтезирует масла с очень! высоким содержание« карвона (70 - 80%) при выходе КЗ ела более 11,5% и отличаются исклпчительчо высокой жизненность«) я уроааем лйота. Этя растения имеют короткий вегетационный.период, что позволяет собрать два урожая, благодаря чему они представляют определенный практический интерес.

8. Как мята китайская, так и мята кавказская 4136,.. представляю" собой сложные-межвидовые гибриды. ."..,. ^

Сеянцы изученных мпт синтезируют в основном терпенояды о кислородной функцией при первом, втором и третьем углероде р-мытанового цикла.-

10. В геверативннх потомствах дикорастущих растений рода мят появляются сеянцы с целой гаммой новых веществ, с многообразными другими биологическими признаками, что открывает широ- -кие возможности поисков и отбора хозяйственно полезных источников <Тяологически активных веществ.

Основные положения диссертации опубликована автором в следующих работах:.

I. иаследование состава терпеноидов в генеративном потомстве мяты кавказской. Генетика и селекция в Молдавии. Материалы к II свезлу генетиков и селекционеров Молдавии, Кишинев, 1971г. ( В соавторстве с. А.Г. Николаевы« ), -

24 '

2. Изменчивость и наследование пряонаков в семенном нотой-отве яри саыоопылеяви мяты китайской. Тезисы докладов научной :

. :конференций профессорско-преподавательского состава Кяшшевокого гооунйвероитета, Кишинев,- 1972г. / ;■>■.■■: . '

3. Состав'эфирного ыасла мйты полевой ммгёьл агтми1я 1. ; Хииичеокая изменчивость. растепяй/Кишзиев, изд. "Штиянца", 1972г.

\ Изменчивость состава эфирного масла мяты кавказской в онтогенезе.1 Тевисы докладов научной конференция профеосорояо-преподавательского оостогя Кишиневского госуниверситета, 1973г.

■. ^Материалы диссертации доложены: ч - . .. .

- на втором сьевде генетиков н оелекцхонеров Молдавии, Нинвев, ноябрь 1971г. ¡ на научных конференциях профессорско-преподам-.; £гвльского составаНиитневского госуниверсятета в 1972 я 1973гг.

Форм.бум.60хВ4 1/16.Печ.Я.1,6.3вк.236.ТЛ50. 9/П1-74. . Отдел печати КГУ,Кяшивеп.Садовая,60.

. V