Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микронутриенты дикорастущих и культивируемых видов рода Allium (A. angulosum, A. strictum, A. schoenoprasum) на европейском Северо-Востоке России

ВАК РФ 03.02.14, Биологические ресурсы

Автореферат диссертации по теме "Микронутриенты дикорастущих и культивируемых видов рода Allium (A. angulosum, A. strictum, A. schoenoprasum) на европейском Северо-Востоке России"

005050610

На правах рукописи

Матистов Николай Вячеславович

МИКРОНУТРИЕНТЫ ДИКОРАСТУЩИХ И КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ВИДОВ РОДА ALLIUM (A. ANGULOSUM, A. STRICTUM, A. SCHOENOPRASUM) НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРО-ВОСТОКЕ РОССИИ

03.02.14 - биологические ресурсы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание учёной степени кандидата биологических наук

1 4 MAP Z013

Новосибирск 2013

005050610

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте биологии Коми научного центра УрО РАН, г. Сыктывкар.

кандидат химических наук, доцент Ширшова Татьяна Ивановна ФГБУН Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории биохимии и биотехнологии

Торопова Елена Юрьевна

доктор биологических паук, профессор ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет», профессор кафедры фитопатологии и систем защиты растений

Черемушкина Вера Алексеевна

доктор биологических наук. Неотральный Сибирский ботанический сад СО РАН, зав. лабораторией лекарственных растений

Ведущая организация Институт цитологии и генетики СО РАН

Защита диссертации состоится 2013 года на заседании

диссертационного совета Д 220.048.04 при ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» по адресу: 630039, Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Тел./факс: 8 (383) 264-28-00 e-mail: d sovet@nsau.edu.ru

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Автореферат разослан « Y<P» CjD&%J>tXiMSL 20131

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Комплексное воздействие суровых природно-климатических факторов, сложных социально-бытовых условий и техногенное загрязнение окружающей среды оказывают негативное влияние на здоровье населения, проживающего в условиях Крайнего Севера. При разработке концепции здорового образа жизни в условиях Севера в настоящее время большое внимание уделяется использованию пищевых и лекарственных растений, которые издавна использовались коренным населением для профилактики и лечения многих заболеваний. Терапевтическая ценность большого числа лекарственных растений признана научной медициной, они тщательно изучаются в медицинских и фармацевтических учреждениях, научных институтах и до сих пор составляют около половины всех лекарственных препаратов.

Россия располагает большим разнообразием природных ресурсов. Среди них важное место занимают биологические ресурсы, которые служат базой для широкого развития различных отраслей промышленности, сельского хозяйства и медицины. Изучение биологических ресурсов - одно из ключевых направлений академических исследований в России. К одной из важнейших категорий относятся ресурсы, вовлекаемые в хозяйственную деятельность и представляющие важную часть сырьевого потенциала страны (продукты питания, лекарственные препараты, сырье для промышленности и др.). Современная трактовка понятия «биологические ресурсы» ставит задачи расширения биоресурсной базы и развития различных наук, оптимизирующих управление ресурсами природных и искусственно созданных биосистем.

Представители рода Allium L. - лук, широко используемые как пищевые и лекарственные растения, привлекают в последнее время все большее внимание ученых, как источник целого ряда важных для человека биологически активных веществ (БАВ) и микронутриентов. На территории России и сопредельных государств насчитывается 332 вида лука (Черепанов, 1995). В Республике Коми растения рода Allium представлены тремя видами, из которых лишь один - A. schoenoprasum L., встречается на всей территории республики и заходит в Арктику до 75° с.ш. Произрастает он наряду с двумя другими видами, занесенными в Красную книгу РК - A. angulositm L. и A. strictum Schrad. (Флора..., 1976). Известно, что на пределе распространения виды представлены небольшими по численности популяциями, в которых ярче выражены демографические колебания и флуктуации численности (Грант, 1984). У травянистых растений в краевых популяциях наблюдается увеличение путей развития в онтоморфогенезе, уменьшение структурных единиц побеговой системы, изменение продолжительности онтогенеза, способов размножения, изменения химического состава и др. (Носова, 1984). С этой точки зрения изучение зависимости содержания БАВ от эколого-географических условий

произрастания в краевых популяциях рода Allium на Севере представляет большой интерес.

Цель работы - изучение зависимости содержания и компонентного состава разных групп БАВ и микронутриентов в культивируемых и дикорастущих видах рода Allium, произрастающих на территории Республики Коми, от эколого-географических условий произрастания, мониторинг их накопления в растении, характеристика антиоксидантных свойств.

Задачи исследования

1. Эколого-ценотическая характеристика местообитаний представителей рода Allium - A. angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum, произрастающих на территории Республики Коми.

2. Определение содержания и компонентного состава важнейших групп БАВ и микронутриентов в культурных и дикорастущих видах рода Allium и мониторинг их накопления в растении.

3. Выявление зависимости межвидовой и внутривидовой изменчивости содержания и компонентного состава различных групп БАВ и микронутриентов от видовой и сортовой принадлежности, места происхождения, фазы развития, эдафических и эколого-географических условий произрастания.

А. Изучение антиоксидантных свойств экстрактов луков для характеристики их пищевой и фармакологической ценности.

Научная новизна

1. Впервые проведено исследование содержания и компонентного состава широкого спектра БАВ и микронутриентов в культивируемых и природных образцах трех видов многолетнего лука (А. angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum), произрастающего на территории Республики Коми, и мониторинг их накопления в растении.

2. Выявлена зависимость межвидовой, внутривидовой изменчивости содержания и компонентного состава различных групп БАВ, микронутриентов от места происхождения, фазы развития, эдафических и эколого-географических условий произрастания.

3. Сравнение содержания, компонентного и жирнокислотного состава нейтральных липидов семян и других частей растения показало, что липидные характеристики являются специфическими не только для индивидуального организма, но и для разных частей этого организма. Установлена зависимость липидных характеристик от происхождения семян, сроков их созревания, времени сбора, изменения факторов окружающей среды, отражающихся на липидном метаболизме.

4. Установлено, что для исследованных видов лука характерно высокое содержание полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот, соотношение которых зависит от части растения. Обнаружена взаимосвязь содержания линолевой кислоты с величиной всхожести семян A. angulosum.

5. Показано, что все части исследуемых видов лука являются источником незаменимых и ряда ценных заменимых аминокислот. Отличительным признаком семян является высокое содержание аминокислот аргинина и цистеина, которые не были обнаружены в других частях растения.

6. Высокие значения коэффициентов биологического накопления позволяют отнести все исследуемые виды лука к аккумуляторам таких микроэлементов, как Бе, Сг, Си, Zn, которые относят к компонентам антиоксидантной и антиканцерогенной защиты организма.

7. Изучение содержания аскорбиновой кислоты и антиоксидантных свойств экстрактов луков может служить одним из факторов для характеристики их пищевой и фармакологической ценности.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные результаты значительно расширяют представления о разнообразии содержания биологически активных веществ и микронутриентов в представителях рода АШит, произрастающих на территории Республики Коми. Впервые проведено сравнительное исследование содержания и компонентного состава широкого спектра Б АВ и микронутриентов в культивируемых и природных образцах трех видов многолетнего лука (А. эМсШт, А. angulosum, А. ьАоетргазит) из родового комплекса Республики Коми, мониторинг их накопления разными частями растения, выявлены особенности межвидовой и внутривидовой изменчивости под влиянием различных факторов. Показано, что липидные характеристики являются специфическими не только для индивидуального организма, но и для разных частей этого организма. Установлена зависимость липидных характеристик от происхождения семян, сроков их созревания, времени сбора, изменения факторов окружающей среды, отражающихся на липидном метаболизме. На примере семян А. ащиктт показано, что лшюлевая кислота, высокое содержание которой характерно для созревших семян, может служить биохимическим маркером их жизнеспособности.

Показано, что виды лука из региональной флоры являются источником незаменимых и ряда ценных заменимых аминокислот, аскорбиновой кислоты, аккумуляторами таких микроэлементов, как Бе, Сг, Си, 1п, которые входят в состав компонентов антиоксидантной и антиканцерогенной защиты организма.

Впервые полученные нами данные о содержании широкого спектра биологически активных веществ и микронутриентов в луках А. ап£и1ошт и А. х1лсШт, занесенных в Красную книгу Республики Коми, значительно обогащают сведения о пищевой и фармакологической ценности этих редко встречающихся в региональной флоре видов и требуют более широкого внедрения этих полезных растений в культуру.

Положения, выносимые на защиту

1. Впервые проведено комплексное химическое исследование культивируемых и природных образцов трех видов многолетнего лука - Allium angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum, произрастающих на территории Республики Коми, на содержание биологически активных веществ (нейтральных липидов, высших жирных кислот, протеиногенных аминокислот, аскорбиновой кислоты) и других микронутриентов, выявлена зависимость межвидовой и внутривидовой изменчивости их содержания и компонентного состава от места происхождения, фазы развития, эколого-географических и эдафических факторов. Дана эколого-ценотическая характеристика местообитаний.

2. Установлено, что максимальное количество нейтральные липиды (HJI) накапливается в семенах и генеративных органах (бутоны, соцветия) исследуемых луков, минимальные - в луковицах. Более низким содержанием нейтральных липидов отличаются листья A. strictum. Дикорастущие образцы содержат меньшие количества HJI, чем культивируемые.

3. Установлено, что доминирующими во всех образцах лука являются линолевая и линоленовая кислота. Компонентный и жирнокислотный состав нейтральных липидов семян растений рода Allium является биохимическим признаком их зрелости и жизнеспособности.

4. Показана избирательная способность многолетних луков к накоплению селена и других ценных микроэлементов, являющихся компонентами анти-оксидантной и антиканцерогенной защиты организма.

5. Обнаружено высокое содержание аскорбиновой кислоты в листьях лука, максимум которой найден в A. strictum в фазе отрастания. Показана тенденция уменьшения ее содержания в дикорастущих образцах A. schoenoprasum при перемещении от зон средней тайги (35 мг%) до южных гипоарктических тундр (18 мг%).

6. Установлено, что этанольный экстракт листьев A. strictum проявляет в условиях in vitro более выраженную антиоксидантную активность по сравнению с A. angulosum и A. schoenoprasum.

7. Содержание широкого спектра биологически активных веществ и микроэлементов, высокая антиоксидантная активности их экстрактов позволяют рекомендовать эти виды многолетнего лука в качестве продуктов функционального питания и объектов фармаконутриентологии.

Апробация работы

Основные положения диссертации представлены на научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» Института Биологии Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012); Международном симпозиуме «Липиды и оксилипины растений» (Казань, 2008); IV Всероссий-

ской конференции « Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2009); 2-ой Российско-Корейской конференции «Современные проблемы химии природных соединений и биотехнологии» (Новосибирск, 2010); Международной научной конференции «Актуальные проблемы ботанического ресурсоведения» (Алматы, 2010); Международном симпозиуме «Экология арктических и приарктических территорий» (Архангельск, 2010); Всероссийской научно-практической конференции «Научные проблемы использования и охраны природных ресурсов России» (Самара, 2010); Всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития особо охраняемых природных территорий европейского севера и Урала» (Сыктывкар, 2010); Февральских чтениях Сыктывкарского Государственного Университета (Сыктывкар 2011); Всероссийской молодежной научной конференции «Химия и технология новых веществ и материалов», Институт химии республики Коми НЦ УрО РАН (Сыктывкар 2011).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 8 в журналах из « Перечня» ВАК.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из списка сокращений, введения, двух глав, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 179 страницах (включая 37 страниц приложения), содержит 42 таблицы (включая 27 таблиц приложения), 26 рисунков. Список литературы состоит из 196 источников, в том числе 33 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Объекты и методы исследования

В качестве объектов исследования были использованы три вида многолетних луков - А. агщиЬьит, А. $с1юепорт.чит, А. ьМсШт, из региональной флоры Республики Коми и культивируемые в Ботаническом саду Института биологии Коми НЦ УрО РАН (БС) из семян, полученных по делектусу из различных ботанических садов России и зарубежья, а также выращенные в коллекции лаборатории биохимии и биотехнологии.

Сбор растительного сырья производился с мая по август 2008-2011 гг. в различные фазы вегетации на географически удаленных территориях Республики Коми (в окрестностях г. Сыктывкара, Усть-Вымском, Устъ-Цилемском, Вуктыльском, Воркутинском районах), что позволило изучить влияние различных факторов (эколого-географических, эдафических, климатических и др.) на их меж- и внутривидовую изменчивость.

В главе описана методика изучения структуры ценопопуляций, методы выделения нейтральных липидов (НЛ) из растительного сырья; анализ их компонентного состава методом тонкослойной хроматографии; получение метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК); анализ их компонентного состава методом газо-жидкостной хромато1рафии, методы определения содержания азота и протеиногенных аминокислот, макро- и микроэлементов; определение содержания аскорбиновой кислоты и антиоксидантной активности.

Глава 3. Обсуждение результатов 3.1. Липиды и жирные кислоты

Максимальное количество 11Л было обнаружено в генеративных органах -семенах, соцветиях, а также в соплодиях и бутонах. В генеративных органах -корнях и луковицах, содержание НЛ было минимальным по сравнению со всеми частями растения. Содержании нейтральных липидов в листьях Alllium strictum (0,6 %) в отличие от двух других исследованных нами видов -A. schoenoprasum (1,5 %) и A. angulosum (0,8 %). Содержание НЛ в дикорастущих образцах меньше на 13-37 % чем в культурных.

Согласно результатам ТСХ-анализа основными компонентами НЛ трех видов изучаемых луков являются стерины (Rf-'0,18) и нх эфиры (Rf=0,8), свободные жирные кислоты (Rf=0,36) и их эфиры (Rf=0,57) и триацилглицерины (ТАГ, Rf=0,48). В НЛ семян и соцветий преобладают ТАГ. Следует отметить более низкое количественное содержание стеринов и более высокое содержание ТАГ в НЛ A. strictum по сравнению c. A. schoenoprasum, а также снижение содержания ТАГ в фазе бутонизации по сравнению с фазой отрастания.

Жирнокислотный состав НЛ всех частей растения трех видов лука представлен молекулами с длиной цепи от Ci6 до Сго и четным числом углеродных атомов. Доминирующими во всех случаях являются ненасыщенные линолевая (Сш) и линоленовая (С^з) кислота. Максимальное содержание С1&2обнаружено в корнях (до 66 %), луковицах (до 58 %), бутонах (до 50 %) и семенах (70 %). Содержание линолевой кислоты в листьях всех образцов почти в два раза ниже, чем в остальных частях растения, но при этом значительно повышается содержание линоленовой кислоты. Соотношение линолевой и линоленовой кислот в листьях всех образцов близки и представлены соотношением 2:1. Из насыщенных кислот доминирует пальмитиновая кислота (С16:0), которая в большинстве образцов в максимальных количествах также содержится в корнях и луковицах (до 50 % соответственно).

Для семян A. angulosum характерно преобладание линолевой кислоты (70 %), а также высокое содержание олеиновой кислоты (от 20 до 29 %). Суммарное содержание линолевой и олеиновой кислот во всех этих образцах составляло 92-95 %.

3.2. Содержание азота и протеиногенных аминокислот

Содержание общего азота в исследованных образцах A. schoenoprasum соответствует литературным данным: в листьях лука-интродуцента в фазе отрастания обнаружено 4,3, а в луковицах 5,0 % азота. В A. angulosum содержание общего азота было сопоставимо с содержанием в A. schoenoprasum: в листьях у разных образцов оно лежало в диапазоне 3,4-4,0 %, в луковицах 2,74-3,4 %.

A. strictum отличается от двух других исследуемых видов более низким содержанием общего азота: в листьях лука-интродуцента в фазе бутонизации оно составляло 1,55, в луковицах - 0,66 %. Как и у A. angulosum наблюдается тенденция уменьшения содержания азота при переходе от фазы бутонизации к фазе цветения и последующий рост в фазе плодоношения.

Содержание азота аминокислот (АА) как для листьев, так и для луковиц колеблется в широких пределах в зависимости от вида, происхождения, места произрастания и фазы вегетации. В листьях Л. angulosum диапазон колебаний составляет 45,39-76,92 %, в луковицах - 47,49-68,01 %. В листьях A. strictum АА составляет 30,80-67,54 %, в луковицах 41,21-83,07 %. Для Л. schoenoprasum обнаружено 48,62-77,85 % АА в листьях и 38,82-79,72 % в луковицах.

Максимальное накопление суммы протеиногенных аминокислот наблюдалось во всех образцах исследуемых видов в листьях во все фазы вегетации, кроме фазы плодоношения, когда во всех образцах содержание суммы протеиновых аминокислот (ПАК) в луковицах превышало их содержание в листьях. При переходе от фазы отрастания к фазе бутонизации сумма ПАК резко падала, как в листьях, так и в луковицах, и продолжала снижаться до фазы плодоношения, но уже менее значительно (рис. 1).

ISO

корень луктазшз jsei

часть растения

Рис. 1. Содержание суммы протеиногенных аминокислот в разных частях растения А. апди1овит (местная репродукция) по фазам вегетации

Самое высокое содержание суммы ПАК было обнаружено в листьях и луковицах лука-интродуцента А. хскоепоргазит (БС) в фазе отрастания (250,0 и 246,9 мг/г соответственно). В дикорастущих растениях сумма ПАК была значительно ниже - от 17,4 до 50,2 в луковицах и от 48,4 до 88,3 мг/г в листьях (цветение). В культурных образцах А. ащиЬтап различного происхождения сумма ПАК в фазе отрастания составляла 152,6 -216,3 в листьях и 118,2 - 167,1 мг/г в луковицах (БС) (рис .2).

250 • а Ь

влукокицы п.зистья т »яукознаа Одистья

номер овразда номер образца

Рис. 2. Содержание суммы протеиногенных аминокислот в фазе отрастания в луке-интродуценте из коллекции БС: а — A. angulosum (образцы разного происхождения: 2-местная репродукция; 5-Италия;

8-ВИААР), b — A. schoenoprasum (местная репродукция)

Аминокислотный состав исследованных видов лука представлен 17 аминокислотами. Во всех образцах основными по содержанию являются глута-миновая (Glu) и аспарагиновая (Asp) кислоты на долю которых приходилось 25-40 % от суммы всех аминокислот в зависимости от части растения и фазы вегетации. В культурных образцах А. angulosum. в фазе отрастания содержание Glu в листьях лежит в интервале 31,8-57,3 мг/г, в луковицах 21,3-35,7 мг/г. Asp, соответственно, 15,9-24,1 и 14,7-19,4 мг/г. При переходе от фазы отрастания к фазе плодоношения их содержание падает (рис. 3). В A. strictum соблюдаются эти же закономерности, но содержание Glu и Asp значительно ниже, чем в A. angulosum и A. schoenoprasum.

Минимальное содержание приходится на серосодержащие аминокислоты - метионин (Met) и цистин (Cis), массовая доля которых составляет 0,43,7 % от суммы всех аминокислот. На долю остальных аминокислот приходится 30-60 %, которые можно расположить в порядке убывания их содержания в следующем ряду:

Leu > Ala >Lys > Val > Ser > Туг > Gly > Thr > lie > Arg > Phe > Pro > His

S0 • а

60 Я2

1« é

0 1! Il «т. .л™ шт

// //

фаза вегетадип

фаза вегетадаа

Рис. 3. Содержание Glu в A. angulosum в различные фазы вегетации: а — луковицы; b — листья

3.3. Макро- микроэлементы

Проведен сравнительный анализ содержания макро- и микроэлементов в культурных и дикорастущих луках, мониторинг их накопления в растении и распределение по частям растения. Максимальное содержание макроэлементов во всех образцах трех видов лука было обнаружено в фазе отрастания. В процессе вегетации их концентрации, как правило, снижались и несколько повышались в фазе плодоношения. Все виды лука содержат высокие концентрации К, который накапливается в максимальных количествах в листьях в фазе отрастания: от 2,8-3,4 % от сухого вещества в А. ап^иЬьит, до 4,0% в А. $скоепорт$ит. Большинство микроэлементов - Бе, Мп, Си, №, Сс1, РЬ, Со, Ва, А1, Эг, Сг, накапливается в корнях и покровных чешуях. Влияние комплекса эколого-географическнх условий произрастания и почвенно-климатических факторов, экотопов проявляется в большой вариабельности концентраций элементов. Несмотря на высокое содержание Ре и А1 в исследованных нами луках, они не являются аккумуляторами этого микроэлемента, что связано с их высоким содержанием в почве. В почвах РК обнаружено очень высокое содержание Ре (до 46000 мг/кг)и А1 (до 45000), которое варьирует в широких пределах и зависит от многих, прежде всего, эдафических факторов.

Высокое содержание Си, 8е, Сг, антиоксидантным и антиканцерогенным свойствам которых в последнее время уделяется большое внимание, позволяет отнести этот вид лука к чрезвычайно перспективным объектам фармаконутриентологпи.

В литературе неоднократно отмечались высокие антиоксидантные свойства многолетних луков, обусловленные как наличием специфических химических форм селена, так и высокими концентрациями витамина С и

флавоноидов. В России вопрос об использовании таких природных источников селена стоит особенно остро ввиду крайне низкой продолжительности жизни и высокой смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и рака. Полученные нами результаты показали, что по величине коэффициента биологического накопления все три вида лука можно считать аккумуляторами Se. Наиболее высокими аккумулирующими свойствами отличается Л. schoenoprasum, значение КБН которого выше 1. При этом концентратором Se в этом виде лука является луковица. Самыми низкими аккумулирующими свойствами обладает A. angulosum, КБН его лишь в нескольких случаях лежит в области единицы. В фазу бутонизации аккумулятором Se является лист. Третий вид из родового комплекса РК - лук торчащий A. strictum, также является аккумулятором селена. Причем, если для A. angulosum концентратором Se является лист, для A. schoenoprasum - луковица, то в A. strictum селен аккумулируют как лист, так и луковица.

На примере трех образцов культурного вида была показана динамика изменения содержания селена (рис. 4).

Максимальное содержание селена для A. angulosum обнаружено в фазе цветения, для A. strictum - бутонизации, A. schoenoprasum. - плодоношения.

отрастание бутснизакия цаетеннЕ плодоношение

фаза вегегаанн

Рис. 4. Содержание селена в листьях трех видов лука в фазы вегетации (а — А. апди1овит, местная репродукция; Ь — А. яМсШт, Владивосток; с — А. ясЛоелоргавит, местная репродукция)

При переходе от фазы отрастания к фазе цветения происходит уменьшение аккумулирующей способности по отношению к селену для всех образцов и дальнейшее ее восстановление в фазу плодоношения (рис, 5).

м

в

А

0,6 0.4

I

Ж

отуастзкие бугаеттц:и

цветение атодоноигениг

| фаза вегетации

Рис. 5. Коэффициент биологического накопления (КБН) селена в листьях трех видов лука в фазы вегетации (а — A. angulosum, местная репродукция; b — A. strictum, Владивосток; с — A. schoenoprasum, местная репродукция)

3.5. Аскорбиновая кислота

Растения рода Allium признаны одним из источников аскорбиновой кислоты (АсК), максимальное содержание которой было обнаружено нами почти во всех исследуемых образцах в фазе отрастания (рис. 6).

■ А ">и'1с(ШУ: ^Барнаул) о A.achocaopra&Uir. м.р.

"A angiilosum м,р.

nh

.гЬ

Нп

отрастание бухоЕшазшя и&етение

фазы асгстацпв

I

шюдокошение

Рис. 6. Содержание аскорбиновой кислоты в трёх видах рода Allium в разные фазы вегетации

Рис. 7. Динамика изменения содержания аскорбиновой кислоты в трёх видах рода Allium в разные фазы вегетации

Наиболее богатыми по содержанию АсК были листья A. strictum. Содержание АсК в нем было значительно выше (120 мг на 100 г влажного сырья), чем во всех других образцах, где ее содержание колебалось от 50 до 80 мг%. Природные образцы всех видов по сравнению с культивируемыми в БС содержали меньшее количество АсК.

Во всех образцах наблюдалась тенденция к уменьшению содержания аскорбиновой кислоты при переходе растения из фазы отрастания в фазу плодоношения (рис. 7).

Нами была исследована динамика изменения содержания АсК в листьях A. schoenoprasum в течение семи суток при хранении в различных температурных условиях: +23 °С; +3 °С и -23°С.

На третьи сутки эксперимента максимальное содержание Ас К в наблюдалось в образце, хранившемся при t = +3°С, в котором изменение содержание АсК было незначительное. В образцах, хранившихся при t = +23 °С и t = -23 °С, произошло значительное снижение содержания АсК (на 23% и 32% соответственно). На рис. 8 приведена динамика изменения содержания АсК при хранении в различных температурных условиях в течение семи суток.

На седьмые сутки эксперимента максимальное снижение содержания АсК (50 %) наблюдалось в образце, хранившемся при t = -23 °С, где органолептиче-ские свойства лука не претерпевали изменений. В образце, хранившемся при t = +23 "С, снижение количественного содержания АсК составило 32 % с потерей всех органолептических свойств. Наименьшая разрушение АсК наблюдалась для образца, хранившегося при t = +3 °С (25 %).

Рис. 8. Динамика изменения содержания аскорбиновой кислоты в гомогенатах листьев A. schoenoprasum var. major в процессе хранения

в различных температурных условиях: а) + 23 "С; Ь) 4- 3 "С; с) -23 °С

3.6. Антиоксидантная активность

Для определения антиоксидантной активности (АО) этанольных экстрактов луков были взяты образцы в фазе отрастания, собранные в 2011 г, где содержание основных компонентов, обеспечивающих АО свойства, максимальны. Параллельно с хемолюминесцентным и фотометрическим методом определения АОА был проведен анализ на содержание аскорбиновой кислоты в исследуемых образцах. Для контроля АОА экстрактов были взяты стандарты тролокса и ионола.

Согласно результатам исследования этанольные экстракты по сравнению со стандартами (тролокс и ионол) обладали слабо выраженными свойствами нейтрализации свободных радикалов. A. angulosum обладал самими наименьшими антиоксидантными свойствами, обесцвечивание радикала 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (ДФПГ) на 50 % происходило при 99 % массовой концентрации этих образцов в этаноле. На их фоне выделяется A. strictum, при массовой концентрации экстракта которого в 7 % обесцвечивание окраски радикала ДФПГ достигло 50 %, который обладал и максимальным содержанием аскорбиновой кислоты. A. schoenoprasum занимал промежуточное положение между A. angulosum и A. strictum. Дикорастущий образец A. schoenoprasum имел более высокие значения по содержанию АсК и АОА экстракта, чем интродуцент.

По хемилюминесцентному-методу наблюдалась обратная картина. Максимальный антиоксидантный эффект был выявлен у A. angulosum с минималь-

ным содержанием массовой доли аскорбиновой кислоты. A. schoenoprasum и A. strictum, в которых было обнаружено более высокое содержание аскорбиновой кислоты (1,84 и 1,92 % соответственно) значительно (в 4 раза) уступали в АО-свойствах по отношению к контролю (тролоксу).

Полученные результаты, к сожалению, не позволяют делать выводы об антиоксидантных свойствах изучаемых растений рода Allium, можно говорить лишь о тенденциях, которые прослеживаются при использовании этих методов. Метод ДФПГ рассчитан на определение АОА веществ фенольной природы, поэтому при низком содержании фенольных веществ фиксируются низкие антиоксидантные свойства экстрактов.

ВЫВОДЫ

1. Впервые проведено комплексное химическое исследование культивируемых и природных образцов трех видов многолетнего лука -Allium angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum, произрастающих на территории Республики Коми, позволившее выделить и идентифицировать широкий спектр биологически активных веществ и микронутриентов, выявить зависимость межвидовой и внутривидовой изменчивости их содержания и компонентного состава от видовой принадлежности, места происхождения, фазы развития, эколого-географических и эдафических факторов. Дана эколого-ценотическая характеристика местообитаний.

2. Установлено, что максимальное количество нейтральных липидов (НЛ) накапливается в семенах (5-9 %) и генеративных органах (бутоны, соцветия 1-2,6 %) исследуемых луков, минимальные - в луковицах (0,1-0,5 %). Листья A. strictum отличаются более низким содержанием нейтральных липидов (0,6 %) от Л. schoenoprasum (1,5 %) и A. angulosum (0,8 %). Дикорастущие образцы содержат на 13-37 % НЛ меньше, чем культивируемые.

3. Установлено, что доминирующими во всех образцах лука являются линолевая и линоленовая кислота, содержание которых в листьях достигает 30-32 % от общей суммы кислот, в луковицах содержание линолевой кислоты превышает 60 %. Высокое содержание линолевой кислоты, характерное для созревших семян A. angulosum, является показателем их высокой жизнеспособности (более 80 %). Сравнение количественного содержания, компонентного и жирнокислотного состава нейтральных липидов семян и других частей растений рода Allium позволяет предположить, что липидные характеристики являются специфическими не только для индивидуального организма, но и для разных частей этого организма.

4. Показана избирательная способность многолетних луков к накоплению таких ценных микроэлементов, как Se, Си, Zn и Сг. По величине коэффи-

цнента биологического накопления все три вида лука являются аккумуляторами Se, который относится к компонентам антиканцерогенной защиты организма. Наиболее высокими аккумулирующими свойствами отличается A. schoenoprasum, концентратором Se в котором является луковица. Самыми низкими аккумулирующими свойствами обладает A. rmgulosum, концентратором Se в котором является лист. В A. striatum селен аккумулируют как лист, так и луковица. Выявлено наличие отзывчивости и избирательной способности к накоплению и поглощению вегетативными частями растения (луковицы, листья) таких элементов как Fe (>310 мг/кг) и AI (>350 мг/кг).

5. Найдено высокое содержание аскорбиновой кислоты в листьях всех исследуемых видов лука, максимальное содержание которой обнаружено в A. striatum (120 мг на 100 г влажного сырья) в фазе отрастания. Во всех образцах наблюдалась тенденция к уменьшению содержания аскорбиновой кислоты при переходе растения из фазы отрастания в фазу плодоношения.

6. Показана тенденция уменьшения содержания аскорбиновой кислоты в дикорастущих образцах при перемещении от зон средней тайги (35 мг%) до южных гипоарктических тундр (18 мг%).

7. Установлено, что этанольный экстракт A. striatum проявляет в условиях irt vitro выраженную антиоксидантную активность, превосходя на 90 % эта-нольные экстракты A. angulosum и A. schoenoprasum.

8. Полученные данные о содержании разных классов биологически активных веществ и микроэлементов в трех видах многолетнего лука из региональной флоры, высокой антиоксидантной активности их экстрактов позволяют считать их интересными объектами фармаконутриентологаи и рекомендовать в качестве ценных продуктов функционального питания.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в журналах из «Перечня» ВАК

1. Матистов Н.В. Липиды и высшие жирные кислоты в луке Allium striatum Schrad (Alliaceae) / Т.Н. Ширшова, ГА. Волкова, Н.В. Матистов // Растительные ресурсы, 2010. - Т. 46, вып. 2. - С. 105-109.

2. Матистов Н.В. Жирнокислотный состав нейтральных липидов Allium angulosum (Alliaceae) / Т.И. Ширшова, Г.А. Волкова, В.А. Канев, Н.В Матистов, Н.В. Груздев // Растительные ресурсы, 2010. - Т. 46, выи. 3. - С. 68-73.

3. Матистов Н.В. Влияние условий обитания на содержание нейтральных липидов в луке A schoenoprasum L. / Н.В. Матистов, O.E. Валуйских// Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Самара, 2010. - Т. 13, № 1(3). - С. 765-767.

4. Матистов Н.В. Содержание селена в культурных и дикорастущих луках из флоры Республики Коми / Т.И. Ширшова, Н.В. Бешлей, Н.В. Матистов, H.A. Голубкина // Растительные ресурсы, 2011. - Т. 47, Вып. 1. - С. 112-118.

5. Матистов Н.В. Макро- и микроэлементный состав дикорастущих и интро-дуцированных растений Allium schoenoprasum (Alliaceae) в Республике Коми / Т. И. Ширшова, И.В. Бешлей, Н.В. Матистов // Растительные ресурсы, - 2011. - Т. 47, Вып. 3,-С. 111-122.

6. Матистов Н.В. Селенодефицит и возможности его сокращения. Аккумулирующие свойства некоторых представителей рода Allium L. по отношению к селену / Т.И. Ширшова, H.A. Голубкина, И.В. Бешлей, Н.В. Матистов // Известия Коми НЦ УрО РАН, 2011. - Т. 3(7). - С. 48-54.

7. Матистов Н.В. Биологически активные вещества семян Allium angulosum (Alliaceae) /Т.И. Ширшова, Г.А. Волкова, Н.В. Матистов// Растительные ресурсы, 2012.-Т.48, Вып. 1.-С.84-94.

8. Матистов Н.В. Изучение химического состава листьев A. schoenoprasum L. и ингибирующего действия их экстрактов на опухолевый рост у мышей / Т.И. Ширшова, И.В. Бешлей, В.П. Дерягина, Н.И. Рыжова, Н.В. Матистов // Хим,-фарм. журн., 2012. - Т. 46, № 11. - С. 40-43.

Публикации в прочих изданиях

9. Матистов Н.В. Жирнокислотный состав нейтральных липидов лука Allium schoenoprasum L. (Alliaceae) / И.В. Бешлей, Н.В. Матистов, Т.И. Ширшова, И.В. Груздев //Липиды и оксилинины растений: Тез. докл. междунар. симпоз. - Казань, 2008. - С. 50.

10. Матистов Н.В. Компонентный состав стсриновой фракции нейтральных липидов лука Allium schoenoprasum L.(Alliaceae) / И.В. Бешлей, Н.В. Матистов,

Т.И. Ширшова // Липиды и оксилипииы растении: Тез. докл. междунар. симпоз. -Казань, 2008. - С. 36.

11. Матистов Н.В. Липиды и высшие жирные кислоты в природных и культурных растениях рода Allium L. из флоры Республики Коми / Н.В. Матистов, И.В. Бешлей, Т.И. Ширшова // Новые достижения химии и химической технологии растительного сырья: Матер. IV всерос. конф. В 2-х книгах. - Барнаул,

2009.-Кн. 2.-С. 184-185.

12. Matistov N.V. Steroid Glycosides in Some Allium L. Species of Alliaceous Family (Alliaceae J. Agardh) / N.V. Matistov. T.I. Shirshova. I.V. Beshley//Current issues of natural products chemistry and biotechnology: Book of abstracts of 2nd Annual Russian-Korean Conference. - Novosibirsk, 2010. - P. 97.

13. Matistov N.V. Sterols as a Part of Neutral Lipids in Some Allium L. (Alliaceae) Species /N.V. Matistov. T.I. Shirshova. I.V. Beshley // Current issues of natural products chemistry and biotechnology: Book of abstracts of 2nd Annual Russian-Korean Conference. - Novosibirsk, 2010. - P. 97.

14. Матистов II.B. Химический состав лука A. schoenoprasuin L. и влияние на него различных факторов/И.В. Бешлей, Н.В. Матистов, Т.И. Ширшова// Экология арктических и приарктических территорий: Матер, докл. междунар. симпоз. - Архангельск, 2010. - С. 153-155.

15. Матистов Н.В. Оценка селенового статуса некоторых видов рода Allium L. из флоры Республики Коми / И.В. Бешлей, Н.В. Матистов, Т.И. Ширшова // Экология арктических и приарктических территорий: Матер, докл. междунар. симпоз. - Архангельск, 2010. - С. 155-156.

16. Матистов Н.В. Нейтральные липиды и эссенциальные высшие жирные кислоты в составе лука Л. schoenoprasum L (Alliacea) / Н.В. Матистов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер, докл. XV всерос. мол. научной конф. -Сыктывкар, 2008. - С. 184-186.

17. Матистов Н.В. Липидный и жирнокислотный состав лука Allium angulosum L. (Alliaceae) / Н.В. Матистов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер, докл. XVI всерос. мол. научной конф. - Сыктывкар, 2009. - С. 129-130.

18. Матистов Н.В. Аккумулирующие свойства лука A. angulosum L. по отношению к некоторым микроэлементам / Н.В. Матистов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер, докл. XVII всерос. научи, конф. - Сыктывкар,

2010.-С. 240-241.

19. Матистов Н.В. Липиды и высшие жирные кислоты лука Allium angulosum L. из флоры Республики Коми / Матистов Н.В. //Актуальные проблемы ботанического ресурсоведения: Матер, междунар. научн. конф. - Алматы, 2010. - С. 319.

20. Матистов H.B. Некоторые аспекты популяционной биологии редкого в республике Коми вида Allium angulosum L. и содержание в нем аскорбиновой кислоты / Н.В. Матистов, O.E. Валуйских // Современное состояние и перспективы развития особо охраняемых природных территорий европейского севера и Урала: всерос научн. конф. - Сыктывкар, 2010. - С 106-108

21. Матистов Н.В. Особенности накопления микро- и макроэлементов видом Allium schoenoprasum в разных подзонах Республики Коми/Н.В. Матистов // Химия и технология новых веществ и материалов: всерос. науч. конф. - Сыктывкар, 2011.-С. 71-72

22. Матистов Н.В. Содержание аскорбиновой кислоты в некоторых представителях рода Allium L. / Н.В. Матистов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер, докл. XVIII всерос. науч. конф. - Сыктывкар, 2011. - С. 258-260.

23. Матистов Н.В. Жирнокислотный состав нейтральных липидов Allium angulosum как один из возможных показателей жизнеспособности / Н.В. Матистов // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер, докл. XIX всерос. науч. конф. - Сыктывкар, 2012. - С. 248-250.

24. Матистов Н.В. Влияние условий обитания на содержание нейтральных липидов в луке A. schoenoprasum L. / Н.В. Матистов, Валуйских O.E. //Научные проблемы использования и охраны природных ресурсов России: всерос. научн. конф. - Самара, 2010. - С. 765-767.

Матистов Николай Вячеславович

МИКРОНУТРИЕНТЫ ДИКОРАСТУЩИХ И КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ВИДОВ РОДА ALLIUM (A. ANGULOSUM, A. STRICTUM, A. SCHOENOPRASUM) НА ЕВРОПЕЙСКОМ СЕВЕРО-ВОСТОКЕ РОССИИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Компьютерная верстка Е.С. Данилова

Подписано в печать 14 февраля 2013 года. Формат 60x84 '/is- Объем 1 уч.-изд. л., 1 усл. печ. л. Бумага офсетная. Гарнитура «Petersburg». Заказ № 345. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Печатное издательство Агро-Сибирь» Новосибирск, ул. Никитина, 155, тел.: (383) 267-19-90, 264-00-72 e-mail: agroprint@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Матистов, Николай Вячеславович, Новосибирск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ КОМИ НАУЧНОГО ЦЕНТРА УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

МАТИСТОВ НИКОЛАЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

Микронутриенты дикорастущих и культивируемых видов рода Allium (A. angulosum, A. strictum, A. schoenoprasum) на европейском Северо-Востоке России

Специальность: 03.02.14 - биологические ресурсы

УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ

УДК 581.192:635.295

На правах рукописи

тГ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

СМ £

4t ^

Научный руководитель:

ведущий научный сотрудник, к.х.н., доцент Ширшова Т.И.

Новосибирск 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ............................................................14

1.1 Общая характеристика рода Allium.................................................14

1.2 Систематика рода Allium..................................................................17

1.3 Ботаническое описание и географическое распространение трех видов рода Allium (A. angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum).................19

1.4 Эколого-географическая, климатическая и метеорологическая характеристика района исследований..............................................................23

1.5 Охрана и практическое значение многолетних луков A. strictum, A. angulosum A. schoenoprasum.....................................................25

1.6 Растения рода Allium как источник БАВ и микронутриентов......28

1.6.1 Эфирные масла и фитонциды.....................................................32

1.6.2 Липиды и высшие жирные кислоты..........................................35

1.6.3 Аминокислоты.............................................................................41

1.6.4 Витамины......................................................................................45

1.6.5 Макро- и микроэлементы............................................................52

1.7 Антиоксидантные свойства представителей рода Allium.............56

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........................62

2.1 Объекты исследования......................................................................62

2.2 Материалы и методы исследований................................................62

2.2.1 Методика изучения структуры ценопопуляций.......................63

2.2.2 Подготовка материала и реактивов для анализа......................63

2.2.3 Выделение нейтральных липидов из растительного сырья.... 64

2.2.4 Анализ компонентного состава HJI методом тонкослойной хроматографии................................................................................................64

2.2.5 Получение метиловых эфиров высших жирных кислот.........65

2.2.6 Определение жирнокислотного состава нейтральных липидов ...........................................................................................................................65

2.2.7. Анализ содержания азота и протеиногенных аминокислот... 66

2.2.8 Анализ содержания макро- и микроэлементов........................67

2.2.9 Определение содержания аскорбиновой кислоты...................67

2.2.10 Определение антиоксидантной активности............................69

ГЛАВА 3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.............................................72

3.1 Липиды и жирные кислоты...............................................................72

3.1.1 Нейтральные липиды и высшие жирные кислоты семян........79

3.2 Содержание азота и протеиногенных аминокислот.......................87

3.3 Макроэлементы..................................................................................93

3.4 Микроэлементы................................................................................100

3.4.1 Селен...........................................................................................111

3.5 Аскорбиновая кислота.....................................................................115

3.6 Антиоксидантная активность.........................................................120

ВЫВОДЫ...................................................................................................124

ПРИЛОЖЕНИЕ.........................................................................................144

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АА - азот аминокислот

АК - аминокислота

АОА - антиоксидантная активность

АсК - аскорбиновая кислота

БАВ - биологически активные вещества

БАД - биологически активная добавка

БС - Ботанический сад Института Биологии Коми НЦ УрО РАН

ВЖК - высшие жирные кислоты

ГТФ - глюкозотолерантный фактор

ДГК - докозагексаеновая кислота

ДФПГ - 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил

ЖК - жирные кислоты

КЛББ - коллекция лаборатории биохимии и биотехнологии

HJI - нейтральные липиды

ПАК - протеиногенные аминокислоты

ПНВЖК - полиненасыщенные высшие жирные кислоты

РК - Республика Коми

СРР - свободнорадикальная реакция

XJI - хемолюминесцентный метод определения антиоксидантной активности

ЭПК - эйкозапентаеновая кислота ЭФ - эфирное масло L - Linnaeus R - радикал

y-Glu-SeMeSeCys - у-глутамил-селенометилселеноцистеин SeMeSeCys - селенометилселеноцистеин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Комплексное воздействие суровых природно-климатических факторов, сложных социально-бытовых условий и техногенное загрязнение окружающей среды оказывают негативное влияние на здоровье населения, проживающего в условиях Крайнего Севера. При разработке концепции здорового образа жизни в условиях Севера в настоящее время большое внимание уделяется использованию пищевых и лекарственных растений, которые издавна использовались коренным населением для профилактики и лечения многих заболеваний. Терапевтическая ценность большого числа лекарственных растений признана научной медициной, они тщательно изучаются в медицинских и фармацевтических учреждениях, научных институтах и до сих пор составляют около половины всех лекарственных препаратов (Баландина, 1991; Георгиевский, 1990; Гаммерман, 1990).

Природные ресурсы, которыми располагает Россия, исключительно велики и разнообразны. Среди них важное место занимают биологические ресурсы, которые служат базой для широкого развития различных отраслей промышленности, сельского хозяйства и медицины. Изучение биологических ресурсов - одно из ключевых направлений академических исследований в России. Эти ресурсы традиционно представляют собой важнейший фактор социально-экономического развития нашей страны. Поэтому разработка фундаментальных основ управления биоресурсами является одним из приоритетов отечественной биологической науки.

В результате исследований, проводившихся в Отделении общей биологии РАН в предшествующие годы, наметился подход к формированию новой концепции управления биологическими ресурсами, отвечающей актуальным проблемам сохранения биологического разнообразия и природного баланса в современных условиях развития страны.

В основу разрабатываемой концепции положено выделение трех категорий биологических ресурсов, каждая из которых требует формирования специфических подходов к их сохранению и использованию. К одной из важнейших категорий относятся ресурсы, вовлекаемые в хозяйственную деятельность и представляющие важную часть сырьевого потенциала страны (продукты питания, лекарственные препараты, сырье для промышленности и др.). Современная трактовка понятия «биологические ресурсы» ставит задачи расширения биоресурсной базы и развития различных наук, оптимизирующих управление ресурсами природных и искусственно созданных биосистем. Решение этих задач связано с кардинальными социально-экономическими аспектами дальнейшего развития нашей страны (Фундаментальные..., www.sevin.ru/bioresurs).

Представители рода Allium L. - лук, широко используемые как пищевые и лекарственные растения, привлекают в последнее время все большее внимание ученых, как источник целого ряда важных для человека биологически активных веществ (БАВ) и микронутриентов. По мнению многих специалистов БАВ, выделенные из луков, представляют собой очень перспективный и далеко не полностью исчерпанный источник потенциальных лекарственных и диагностических препаратов. Обнаруженная недавно высокая антиоксидантная активность некоторых видов рода Allium (Steiner et al., 2011), противоопухолевое действие препаратов из листьев лука A. schoenoprasum в экспериментах на мышах (Ширшова и др., 2012), способность некоторых видов лука аккумулировать Se, который относится к незаменимым фактором питания и входит в состав важных антиоксидантных ферментов (Голубкина, Папазян, 2006), позволяет отнести эти виды к растениям с выраженными антиоксидантными свойствами, которые могут быть использованы для получения новогаленовых препаратов профилактического действия.

На территории России и сопредельных государств насчитывается 332 вида лука (Черепанов, 1995; Черемушкина, 2004). Родовой комплекс растений рода Allium в Республике Коми представлен тремя видами, из которых лишь один - A. schoenoprasum L., встречается на всей территории республики и заходит в Арктику до 75° с.ш. Произрастает он наряду с двумя другими видами, занесенными в Красную книгу РК - A. angulosum L. и A. strictum Schrad. (Флора..., 1976). Известно, что на пределе распространения виды представлены небольшими по численности популяциями, в которых ярче выражены демографические колебания и флуктуации численности (Грант, 1984). У травянистых растений в краевых популяциях наблюдается увеличение путей развития в онтоморфогенезе, уменьшение структурных единиц побеговой системы, изменение продолжительности онтогенеза, способов размножения, диапазона проявления поливариантности развития, изменения химического состава и др. (Носова, 1984). С этой точки зрения изучение зависимости содержания БАВ от эколого-географических условий произрастания в краевых популяциях рода Allium на Севере представляет большой интерес.

Цель работы

Изучение зависимости содержания и компонентного состава разных групп БАВ и микронутриентов в культивируемых и дикорастущих видах рода Allium, произрастающих на территории Республики Коми, от эколого-географических условий произрастания, мониторинг их накопления в растении, характеристика антиоксидантных свойств.

Задачи исследования

1. Эколого-ценотическая характеристика местообитаний

представителей рода Allium - A. angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum, произрастающих на территории Республики Коми.

2. Определение содержания и компонентного состава важнейших групп БАВ и микронутриентов в культурных и дикорастущих видах рода Allium и мониторинг их накопления в растении.

3. Выявление зависимости межвидовой и внутривидовой изменчивости содержания и компонентного состава различных групп БАВ и микронутриентов от видовой принадлежности, места происхождения, фазы развития, эдафических и эколого-географических условий произрастания.

4. Изучение антиоксидантных свойств экстрактов луков для характеристики их пищевой и фармакологической ценности.

Работа выполнена в лаборатории биохимии и биотехнологии Института биологии Коми НЦ УрО РАН в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме НИР «Технологии «живых систем» в целях сохранения биоразнообразия, комплексного использования и воспроизводства биологических ресурсов Севера» (№ Гр 0120.0 853979) и при частичной финансовой поддержке конкурсного проекта «Состояние ресурсов полезных растений европейского Северо-Востока России, мониторинг и разработка биотехнологических подходов по рациональному использованию и воспроизводству» (Рег. № 09-Т-4-1002) программы Отделения биологических наук РАН «Биологические ресурсы России: оценка состояния и фундаментальные основы мониторинга».

Научная новизна

1. Впервые проведено исследование содержания и компонентного состава широкого спектра БАВ и микронутриентов в культивируемых и природных образцах трех видов многолетнего лука (A. angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum), произрастающего на территории Республики Коми, и мониторинг их накопления в растении.

2. Выявлена зависимость межвидовой, внутривидовой изменчивости содержания и компонентного состава различных групп биологически активных веществ, микронутриентов от места происхождения, фазы развития, эдафических и эколого-географических условий произрастания.

3. Сравнение содержания, компонентного и жирнокислотного состава нейтральных липидов семян и других частей растения показало, что липидные характеристики являются специфическими не только для индивидуального организма, но и для разных частей этого организма. Установлена зависимость липидных характеристик от происхождения семян, сроков их созревания, времени сбора, изменения факторов окружающей среды, отражающихся на липидном метаболизме.

4. Установлено, что для исследованных видов лука характерно высокое содержание полиненасыщенных линолевой и линоленовой кислот, соотношение которых зависит от части растения. Обнаружена взаимосвязь содержания линолевой кислоты с величиной всхожести семян A. angulosum.

5. Показано, что все части исследуемых видов лука являются источником незаменимых и ряда ценных заменимых аминокислот. Отличительным признаком семян является высокое содержание аминокислот аргинина и цистеина, которые не были обнаружены в других частях растения.

6. Высокие значения коэффициентов биологического накопления позволяют отнести все исследуемые виды лука к аккумуляторам таких микроэлементов, как Se, Cr, Си, Zn, которые относят к компонентам антиоксидантной и антиканцерогенной защиты организма.

7. Изучение содержания аскорбиновой кислоты и антиоксидантных свойств экстрактов луков может служить одним из факторов для характеристики их пищевой и фармакологической ценности.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные результаты значительно расширяют представления о разнообразии содержания биологически активных веществ и микронутриентов в представителях рода Allium, произрастающих на территории Республики Коми. Впервые проведено сравнительное

исследование содержания и компонентного состава широкого спектра БАВ и микронутриентов в культивируемых и природных образцах трех видов многолетнего лука (А. МгШит, А. а^ШоБит, А. Бскоепоргаяит) из родового комплекса Республики Коми, мониторинг их накопления разными частями растения, выявлены особенности межвидовой и внутривидовой изменчивости под влиянием различных факторов. Показано, что липидные характеристики являются специфическими не только для индивидуального организма, но и для разных частей этого организма. Установлена зависимость липидных характеристик от происхождения семян, сроков их созревания, времени сбора, изменения факторов окружающей среды, отражающихся на липидном метаболизме. На примере семян А. ап^и1оБит показано, что линолевая кислота, высокое содержание которой характерно для созревших семян, может служить биохимическим маркером их жизнеспособности.

Показано, что виды лука из региональной флоры являются источником незаменимых и ряда ценных заменимых аминокислот, аскорбиновой кислоты, аккумуляторами таких микроэлементов, как 8е, Сг, Си, Хп, которые входят в состав компонентов антиоксидантной и антиканцерогенной защиты организма.

Впервые полученные нами данные о содержании широкого спектра биологически активных веществ и микронутриентов в луках А. а^Ыозит и А. бМсШгп, занесенных в Красную книгу Республики Коми, значительно обогащают сведения о пищевой и фармакологической ценности этих редко встречающихся в региональной флоре видов и требуют более широкого внедрения этих полезных растений в культуру.

Положения, выносимые на защиту

1. Впервые проведено комплексное химическое исследование культивируемых и природных образцов трех видов многолетнего лука -

Allium angulosum, A. schoenoprasum, A. strictum, произрастающих на территории Республики Коми, на содержание биологически активных веществ (нейтральных липидов, высших жирных кислот, протеиногенных аминокислот, аскорбиновой кислоты) и других микронутриентов, выявлена зависимость межвидовой и внутривидовой изменчивости их содержания и компонентного состава от места происхождения, фазы развития, эколого-географических и эдафических факторов. Дана эколого-ценотическая характеристика местообитаний.

2. Установлено, что максимальное количество нейтральные липиды (HJI) накапливается в семенах и генеративных органах (бутоны, соцветия) исследуемых луков, минимальные - в луковицах. Более низким содержанием нейтральных липидов отличаются листья A. strictum. Дикорастущие образцы содержат меньшие количества HJI, чем культивируемые.

3. Установлено, что доминирующими во всех образцах лука являются линолевая и линоленовая кислота. Компонентный и жирнокислотный состав нейтральных липидов семян растений рода Allium является биохимическим признаком их зрелости и жизнеспособности.

4. Показана избирательная способность многолетних луков к накоплению селена и других ценных микроэлементов, являющихся компонентами антиоксидантной и антиканцерогенной защиты организма.

5. Обнаружено высокое содержание аскорбиновой кислоты в листьях лука, максимум которой найден в A. strictum в фазе отрастания. Показана тенденция уменьшения ее содержания в дикорастущих образцах A. schoenoprasum при перемещении от зон средней тайги (35 мг%) до южных гипоарктических тундр (18 мг%).

6. Установлено, что этанольный экстракт листьев A. strictum проявляет в условиях in v/tro более выраженную антиоксидантную активность по сравнению с A. angulosum и A. schoenoprasum.

Личный вклад автора

Автор принимал активное участие на всех этапах подготовки диссертационной работы: в постановке и решении задач исследования; проведении полевых и экспедиционных работ; сборе, пробоподготовке и анализе материала; статистич