Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обусловленность морфолого-химической изменчивости и адаптация пойменных видов ив (SALIX L. )

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Обусловленность морфолого-химической изменчивости и адаптация пойменных видов ив (SALIX L. )"

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛОРУССКОЙ ССР ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БОТАНИКИ им. В. Ф. КУПРЕВИЧА

На правах рукописи УДК 581.151:582.623.2

КУЗЬМИЧЕВА Наталья Алексеевна

ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ МОРФОЛОГО-ХИМИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ И АДАПТАЦИЯ ПОЙМЕННЫХ ВИДОВ ИВ

(SALIX L.)

03.00.05 — ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук *

Минск — 1991

Рабога шпашена в Институте экспериментальной ботаники им. 3.$.Купревяча АН БССР

Научный руководитель - академик АН БССР ПАРФЕНОВ В.И.

Официальные ошонентн - доктор биологических наук

ВШ1ЫНЕЦ А.П.;

доктор биологических наук ФЕДОРУК А.Т.

Ведущее учреждение - Главный ботанический сад АН СССР

Защита состоится.........1991 г.

в ..(л,, часов на заседании Следи ализ ированного Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук К.006.04.01. при Институте экспериментальной ботаники им. В.Ф.Купревича /г.Минск, ул. Ф.Скорвны, 27 /

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АН БССР Автореферат разослан .. Л?.. 1931 г.

Ученый секретарь специализированного совета, -.} Г

кандидат биологических, наук ^ • * { И.В.РОГУЯЬЧЭИО

' ' ~ 3 "

Актуальность теш. Виды ив отличаются весьма сложными взаимоотношениями. На одних участках ареала они морфологически дискретны, репродуктивно изолированы и занимают различные экологические ниши. На других участках ареала виды ив представляют собой не более чем экологические расы, а на третьих селективным преимуществом обладают переходные популяции. Все ето делает закономерным разноречивость и сложность таксономической интерпретации представителей втого рода /Казан, 1991/.

Разрешение вопроса систематики ив не представляется возможным без познания феномена их изменчивости. Исследователи уже неоднажды обращались к этому вопросу /Беляева, 1968; Неверова, 1970; Казан, 1983; Смалюкас, 1967; Скворцов, 1968; Устюжанин, 1988/, неизменно подчеркивая широту индивидуальной наследуемой изменчивости и ее превосходство над другими формами. Однако для систематика важно знать обусловленность полиморфиэиа ив, что позволит определить таксономический статус многочисленных внутривидовых структур более объективно. Познание феномена изменчивости ив возможно посредством исследования экологической структуры коренных популяций ив на уровне "фактор-признак". При таком подходе проблема обусловленности изменчивости ив найдет экспериментальное решение, что позволит установить направленность микроэволюционных процессов в этом роде.

Склоняясь к тому, что полиморфизм ив адаптивен в своей сущности, мы посчитали целесообразным наряду о морфологическими признаками угулубить исследования посредством изучения адаптивно значимых флавоноидных соединений ив. К настоящему времени уже накоплено определенное количество экспериментальных данных, свидетельствующих об адаптивной роли флавоноидов в жизни растений /Гудвин, Мерсер, 1986; Пименов, Борисова, 1987; Еарабой, 1984; Харборн, 1985/. Поскольку эти исследования проводились преимущественно в модельных опыта*, То будет целесообразно развернуть исследования таком типа та(с*о в природных популяциях. Это в сбою очерздь послужит основой для поиска биологически активных флавоноидных соединений.

Целью работы явилось познание обусловленности изменчивости пойменных видов ив и оценка адаптивной значимости отдельных признаков.

Задали исследования.

I. Изучить флавоноидошй состйв листьев важнейших прирусловых видов ив.

2. Определить уровень и провести сравнительный анализ изменчивости морфологических признаков ив м флавоноиднаго состава их листьев.

3. Выявить особенности влияния на изменчивость ив совокупности едафических факторов.

4. Установить особенности влияния на изменчивость ив климатического комплекса.

5. Оценить роль отдельных биологических факторов в изменчивости ив.

6. Определить адаптивную значимость флавоноидных компонентов ив в связи со структурой их молекулы.

7. Провести анализ апологических, онтогенетических и других закономерностей накопления флавоноидов в целях облегчения поиска биологически активных соединений этой группы.

Научная новизна. Впервые относительно полно изучен фпам-ноидный состав листьев з.тапАг* 1., 3.«1Ък 1», 8.Гга«Ша I», з.воитоИа 1Ш4. . Состав и содержание флавоноидов

проанализированы в связи эволюционный положением данных видов. Исследована корреляционная связь между содержанием флавоноидов и их вариабельностью.

Впервые проведено экспериментальное научение влияния экологических факторов на изменчивость пойменных ив, что позволило установить ее обусловленность. Показаны особенности воздействия эда^ичвского и климатического комплексов на изменчивость на в зависимости от положения их местообитания в пойменном рельефе. На основе анализа корреляционных отношений в системе "Мктор-приэнак" оценена относительная значимость Факторов среды, обусловливающих изменчивость представителей этого рода. Впервые установлена направленность приспособительной изменчивости ив М выявлены их адаптивные признаки. Адаптивная значимость флавоноидных соединений проанализирована в связи со структурой их молекулы.

Установлены закономерности изменчивости содержания флавоноидов в процессе сезонного развития ивы трехтычинкрвой, что явилось основанием для косвенной оценки относительной продвинутости

флавонов и флавонолов.

Практическая значимость. Исследование корреляционных связей на уровне "вещество-фактор", "вещество-Паза сезонного развития" и "вещество-мор^ологкческий признак" позволило отобрать ряд крк-

териев целенаправленного поиска различных флавоноидкых соединений, обладающих биологической активностью. Лиотья ивы трехтычин-ковой рекомендованы в качестве .сырья для получения рутина, используемого в современной медицине ках Р-витаиинное средство. Установлены критерии отбора особей ив с высоким содержанием рутина и лютеолин-7-О-глюкозйд»» также используемого в медицине.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных конференциях Витебского медицинского института, научных семинарах Института експериментальной ботаники АН БССР и на Всесоюзной конференции молодых ученых-фармацевтов /г.Чимкент/.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, раздела по материалам и методам исследования, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы 266 машинописных страниц, включая 68 таблиц и 4 рисунка.

Материалы и методы исследования. Исследовали четыре вида рода Salix 1. t S.trleadr« L., 8.alba X., 3.fr««lila L., S.acu-tifolla Willi. Было изучено более 100 популяций этих видов в пределах европейской части СССР. Для углубленного изучения отобраны 45 популяций, в каждой из которых у 5-18 экземпляров определяли ряд морфологических и химических показателей /стр.9 и II/. Популяции отобраны с таким расчетом, чтобы как можно более полно отразить изменчивость иаоледуемых видов. Для каждой из популяций определяли /Физико-географический атлас..., 1964/ усредненные климатические показатели /см. стр.12/, В местах произрастания изучаемых особей отбирали образцы почв /всего отобрано 190 образцов/, которые анализировались на гранулометрический и агрохимический состав.

Исследованию подвергали нормально развитые побеги первого года, расположенные в средней части кроны, и листья-в средней части этих побегов. Толщину побегов измеряли между 3 и 4 листом, ¡(ачественные морфологические показатели оценивали визуально в баллах.Срадации окраски нижней стороны листа ивы трехтычинко-вой: 0 - сизая, I - переходная, 2 - зеленая. Градации наличия сизого налета на побеге HBtj остролистной: 0 - налет отсутствует, L - слабый налет, 2 - значительный налет, 3 - сильный налет.

количественное содержание флавоноидов в листьях ив определяли хромато-опектро^отометрическим способом, используя в качестве якстрагента. вОЯ.и'бО* этанол и разделяй сумму Флавон ш.нов методом двумерной'хроматографии на бумаге iU-15 в омстпмах ряство-

рителей: I - изопропанол-иуравьиная кислота-вода /2:5:5/ и 2 - н-бутанол-уксусная кислота-вода /4:1:2/. Оптическую плотность элюатов измеряли на СФ-26 при длине волны, соответствуй щей длинноволновому максимуму поглощения данного (Кпавоноида, Калибровочные графики строили по стандартным образцам флавонок» дов, присутствуюгцих в сырье. Идентификацию производили оfiнепринятии и методами: определяли температуру плавления, проводили качественные химические реакции, изучали УФ-спектры веществ с до» бавлением ионизирующих и комшшксообразуюцих реагентов, а тдк*& хроматогра^ическое поведение веществ до и после гидролиза в присутствии аутентичных образцов/ Бандюкова, 1965; МяЪгу «to., 1970/.

Результаты, полученные в ходе исследования, обрабатывали общепринятыми статистическими методами - дисперсионного, корреляционного и регрессионного аиалмаа /Лакин, 1990 ; Зайце», 1990/.

Глава I. ФЛАДОНОВДШГ; СОСТАВ Л/.СТЬЕВ ИВ 3 СШ£И С ИХ ЭЮЛ1ЦИ0ШШ ПСШОШМЕМ.

В листьяхивы трехтычинковой,ивы ломкой, ивы белой и май остролистной обнаружены 23 флавоноида. Идентифицировано 7 агли-конов /3 флавона и 4 флавонола/ и II их гликозидоэ. Кроме того, обнаружен гликозид рамнаэина и четыре флавонол-0-гликозида. Установить структуру агликона четырех последних гликоэидов не удалось вследствие недостаточного количества.

Многие флавоноиды обнаружены в листьях изучаемых видов впервые. Так, ранее не сообщалось о наличии в листьях ивы остролистной лютеолин-7-0-галактоэида, а в листьях ивы белой - рамнетина, кверцетина, кемпферола, апигеьина, лютеолина. Зсе обнаруженные флавоноиды из листьев ивы трехтычинковой, кроме рутина, а из листьев ивы ломкой, ва исключением брассидина и кверцетина, не были известны для этих видов. Лютеолин-7-0-галактозвд впервые обнаружен у представителей рода S»ltx L.

По фловоноидному составу листьев два вида - ивы белая и ломкая - оказались очень близкими. Остальные виды достаточно четко отличаются друг от друга и от вышеназванных видов, '

Количественное содержание суммы флавоноидов в листьях Sallx triaadr» составляет от 3 до 5*. Основным компонентом является рутин /более 70* суммы/. Иэорамнетин-З-О-гйюкоэид и рамнетин-3--0-дигликозид содержатся приблизительно в равных количествах /в среднем около В* от суммы каждый/. На долю лютеолин-7-0-глюкози- ':' да приходится около А% суммы, изокверцитрина - чуть более 2*.

Остальные 8 флавоноидов присутствуют в небольшом количестве -от 10 до 70 мг4 и составляют все вместе около 74 суммы. Таким образом, в листьях S.trlendra . преобладают флавонолы /более 904 суммы/ и среди них производные кверцетина /около 3/4 суммы/.

Листья з.а1Ъа содержат от 1 до 1,54 флавоноидов, среди которых в наибольших количествах накапливаются нарциссин /около 604 суммы/, альбозид /2434 суммы/, изорамнетин-3-0-глхжозид /13?4 суммы/ и рутин /54 суммы/. На долю остальных: 9 флавоноидов приходится всего чуть более 24 суммы. Заметно преобладание флавоно-лов /984 суммы/, а среди них - производных изорамнетина /около 704 суммы/.

Суммарное содержание флавоноидов в листьях S.iragilie составляет около 1,54. Основным компонентом является брассидин /около 4034 суммы/. Изорамнетин-З-О-глюкозид составляет 20Х суммы, альбозид - L7%, рутин и лютеолин-7-О-глюкозид - по 54, гли-козид апигенина - 2,54, остальные 7 флавоноидов находятся в следовых количествах и все вместе составляют менее 14 суммы. Здесь так же, как и в листьях ивы белой, большая часть приходится на флавонолы /более 904 суммы/, при этом на производные изорамнетина около 704 суммы.

Листья s.aoutiialla , в отличие от вышеназванных видов, содержат в основном флавоны. Из суммарного содержания флавоноидов, составляющего около 44 на абсолютно-сухой вес сырья, на их долю приходится 984. Основным компонентом является лютеолин-7-0-глю-коэид /в среднем 784 суммы/. Близкий ему по строению лютеолин--7-0-галактозид составляет 134 суммы и по 3,54 приходится на лютеблин и космосиин.

Состав и содержание флавоноидов в листьях ив были проанализированы в связи с эволюционным положением последних. Из числа изученных видов наиболее примитивным является S.triandra L. /Скворцов, 1968/. Согласно нашим данным, для этого вида характерны в основном флавонолы, тогда как более продвинутый таксон S.acutifolia viilld. отличается преимущественным накоплением флавонов.3.а1Ьа L. и S.fragilis L. занимают промежуточное положение в эволюционном ряду среди изученных видов, чему вполне соответствует флавоноидный состав их листьев.

Глава 2. УРОВЕНЬ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЧИВОСТИ ИВ.

В данной главе приведены данные, характеризующие общий уровень изменчивости признаков исследуемых объектов, в качестве которых огобраны ивы трехтычинковая, белая и остролистная. виды занимают коренные прирусловые местообитания и отличаются широкой изменчивостью /Парфенов, Мазан, 1986/.

Установлено, что коэффициенты вариации содержания флавонои-дов в листьях ив различны и изменяются от нормальных до аномальных пределов. При атом в ряде случаев показатели по ареалу значительно превосходят среднепопуляционные величины. Это позволяет предположить важную роль флавоноидов в процессах адаптации ив. Между содержанием флавоноидчых соединений и их количественной вариабельность» имеется обратно-пропорциональная связь: чем ниже содержание вещества, тем выше коэффициент его вариации и наоборот. Это свидетельствует, по-видимому, о более высокой адаптивной значимости минорных компонентов.

Морфологические признаки ив по сравнению с химическими более консервативны: коэффициенты их вариации значительно ниже и они не выходят за пределы нормы.

Глава 3. ОБУСЛОВЛЕННОСТЬ И АДАПТИВНОСТЬ ИЗМЕНЧИВОСТИ ИВ.

.Данная глава содержит результаты экспериментального изучения влияния экологических факторов на изменчивость пойменных ив. Исследования проводились в строго определенной последовательности. Первоначально была предпринята попытка оценить влияние эда-фических и климатических комплексов факторов при их совместном воздействии. Затем изучали влияние на изменчивость ив комплекса эдафических факторов на фоне относительно неизменных климатических условий. Далее попытались оценить влияние комплекса климатических Факторов при условии относительного сходства эдафического комплекса. И, наконец, перешли к изучению взаимоотношения "признак - фактор", то есть роли отдельных факторов. Такой подход позволяет определить ведущие экологические факторы, обусловливающие изменчивость ив, и адаптивную значимость отдельных признаков

С цель» изучения совокупного влияния окружающей среды в качестве градаций комплекса эдафических Факторов использовались типы фитоценоэов, известные по литературе /Парфенов, Мазан, 1986/ и выделенные на основе учета эдафических условий и видов-индико-

торов. В качестве градаций климатических комплексов избраны зоны растительности - хвойных, сметанных и широколиственных лесов, лесостепи и степи. Данные обработаны методом одно- и двухйактор-ного дисперсионного анализа.

Установлено, что комплекс эда^ических факторов оказывает выраженное влияние на изменчивость ивы трехтычинковой. В отношении химических признаков оно проявляется по всему ареалу, а в отношении морфологических - преимущественно в пределах средних широт. По мере повышения уровня экотопа отмечается уменьшение длины побега, длины и иирины листа, степени сизости его нижней стороны, а также длины черешка и мездоузлия. В обратном направлении изменяются толщина побега и отношение длины листа к его ширине.

Такая же направленность изменения показателей морфологии характерна и для ивы белой. Она проявляется наиболее отчетливо в условиях лесной и лесостепной зон, У ивы же остролистной большинство морфологических признаков имеют противоположную направленность изменения. Эдафическая изменчивость признаков ив оказалась столь существенной, что крайние эдафические варианты нередко принимаются в качестве видов.

В отношении, изменения содержания флавоноидов в листьях ив под Влиянием эдафических ({акторов установлено, что в оптимальных условиях местообитания видов ив отмечается максимум накопления гидроксилированных агликонов и минимум гликозидов и метилированных агликонов, в экстремальных - наоборот, что говорит о различии экологической роли различных типов флавоноидов.

Комплекс климатических факторов тайке оказывает выраженное влияние на изменчивость ив. Ряд морфологических и химичеених признаков достоверно изменяются в направлении с юга на север. При этом в отношении морфологических признаков наблюдаются некоторые отклонения от общебйологической закономерности географической изменчивости растений. В отношении содержания флавоноидов следует отметить* что флавоны накапливаются преимущественно на севере, а флавонолы - на юге.

Влияние Комплекса климатических '{акторов выражено тем заметнее j Чем вйше Уровень экотопа. Так, рассматривая сукцессионные стадйи йвняка остролистного, заметно, что по мере удаления от руслй увёлйчйваётся число признаков^ достоверно зависимых от клгс-Mat'tùëctioho комплекса« увеличивается также и сила влияния /тЛ/. ïëKôH Ш проЦесО (ЛОжНо наблюдать й lia примере ассоциаций ивняка 'Ч'.'Мго и ивнй»а îpoxîijUi'i'kofcaroi

Таблица I.

Влияние комплекса климатических факторов на изменчивость Salix aoutifolia Willi.

№ признака*

ивняки остролистные ежевичные

Градации фактора

Смешан. и широко1 листвен, леса

Степь

Достоверность влияния

Сила влияния, *

Градации Фактора

Смешан, и широко листвен, леса

ивняки остролистные наземновеиниковие

Степь

Досто верность влияния

Сила влияния.

8

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20. 21,

22.

24.

25.

26.

ЗЫ9

485,6

175,1

2730

150,0

11,5

105,3

34,9

2,7

19.5

12.6

19.6 290 1,64 44 85 18 49

Ü6 . 41

12.7 18,3 5,10 У,4

5.1

2,5

3391 479,3 169,8 2639 130,0 13,6 94,8 23,4 1,5 12,8 23,3 16,2 322 1,98 44 ' 87 17 51 15 43 10,1 21,0 . 5,48 8,7 £.2 1,1

0,42 0,02 0,02 0,33 1,54 0,89 1,02 4.30 10.17 5,43

'И

1,20 4,94 0,01 0,19 1,96 0,18

ШМ 1,06

Ii,¿6

ш

1,19 1,61 0,17

50,11

11=гтгД

9,3 22,2 12,1 33,7

10,9

34,4

29,4 19,6

60,6

4408

778,0

227,9

3535

208,9

И.I

141,6

39,1

4,8

23 ,6 . 11,6

18.3 331 0,88 36 . 75

12.4 47 26 34 10,3 17,8 6,16 6,6

1.5

1.6

35,0 25,0

= 68, ?et = 3,99 - 7,04 - И,97

п

. . ■ ' - И- '

* - I - лютеолин-7-0-глюкозид, мг#; 2 - лютеолин-7-О-галактозид, МГ*> 3 - лютеолин, мг#; 4 - суима производных лютеолина /в пересчете на агликон/, иг*; 5 - космосиин, мгЧ; 6 - апигенин, мг*;

7 - сумма производных апигенина /в пересчете на аглинон/, кг^;

8 - рутин, мг#; 9 - кверцетин, мг?4; 10 - сумма производных квер-цетина /в пересчете на агликон/, мг5<; II - флавонол-7-0-моногли-козид, ыгХ; 12 - гликозид флавонола, мгЯ; 13 - длина побега, мм; 14 - толщина побега, мм; 15 - угол отхождения побега, 16 -длина листа, мм; 17 - ширина листа, мм; 18 - угол основания листа, 19 - угол верхушки листа, 20 - положение наибольшей ширины листа, мм; 21- длина черешка, мм; 22 - длина междоузлия, мм; 23 - отношение'длины листа к его ширине; 24 - длина почэк, мм; 25 - ширина почек, мм; 26 - наличие сизого налета на побега /в баллах/.

Сравнивая между собой изученные вида, можно заключить, что данная закономерность справедлива как на уровне ценопопуляций, так и на уровне видов, т.е. изменчивость видов ив, произрастающих на повышенных местообитаниях, в значительно большей мере обусловлена климатическими факторами, чем видов, произрастающих вблизи русла. Изменчивость ивы трехтычинковой и ивн белой обусловлена преимущественно здафическими факторами, тогда как ивы остролистной - климатическими. Это объясняется тем, что в местах произрастания первых двух видов выражен примат экотопа. Они занимают, как правиле, прирусловые зоны, где формирование экологических ниш - процесс быстротечный и характеризуется аллювиальными отложениями различного гранулометрического состава.

Комплекс эдафическйх факторов оказывает преимущественное влияние на химические признаки ивы трехтычинковоЯ, а климатический комплекс - на морфологические /табл.2/.В отношении ивы остролистной наблюдается обратная закономерность. Ива белая занимает промежуточное положение между этими двумя видами: ее морфологические и химические показатели в равной степени зависимы как от эдафического, так и от климатического комплексов факторов.

После изучения влияния комплекса экологических факторов мы перешли к оценке роли отдельных климатических и почвенно-гидро-логических показателей в изменчивости ив. Для решения этой задачи использовались методы корреляционного и регрессионного анализов, а в частности, рассчитывались коэффициенты детершиации признаков отдельными экологическими факторами и уравнения регрессии.

Таблица 2..

Совместное воздействие климатических /фактор А/ и вдафических /фактор 0/ условий на изменчивость 3*11* 1г1«а<1га 1>.

1С ! при- ■ ■ • Фактор А ! Фактор В ** • Факторы А и В ■ совместно

знака *** Достовер-1 Сила ность влия-влияния ния, ¡Достовер-! Сила - ность влия-% влияния ния,* IДостовер-! Сила ность влия-влияния ния. К

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! 7

1.

2. 5.

4. 5-

о.

7.

8. 9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20. 21.

.

23.

24.

2Ь.

2,46 4.43

4А.2&

2,55 3,14

18,34 15,84

7,70 б,£7 24,57 10,65 13,62 15,80 15,21 23,54 14,77 •20,66

4,41 27,00

5,66 24,12 £5,48 14,40 10,94 12,57 18,57

12,53 16,16 11,65

3,44 13,99 ' 4,31 3,46

8.50

6.51 4,84

28,04

= 162, увид) « £,06 - 4,75 - 6,91 *■*№>'- 2,66 - 3,92 - 5,42 ^(АВ* 2,16 - 2,92 - 3,74

33,11 30,70 19,74

£4,28 20,22 13,24

£3,84 9,77 12,59

9,48 10,50

10,27 11,31 8,36

12,79 12,15 18,£1 10,73

• Г ' ' - 13 -

и р градации фактора А: а/аона хвойных лесов, б/зона смешанных и,широколиственных лесов, в/ зона степей

их - градации фактора В: а/ ивняки трехтычинковые мезофитнораз-йотравные,. б/ ивняки Трехтычинковые канареечниковые, в/ ивняки трехтычинковые крапивно-ежевичные ; а** - I - рутин, 2 - диосметин-7-0-дигликозид, 3 - изокверцит-рин, 4 - рамнетин-3-р-дигликозид, 5 - лютеолин-7-0-глюкозид, б -изорамнетин-З-О-глюкозид, 7 - флавоиол-7-О-моногликозид, 8 - лю-теолин, 9 - флавонол-гликозид, 10 - флавонол-гликозид, II - флавонол-гликозид, 12 - диосиетин, 13 - яверцетин, 14 - длина побе-• га, 15 - толщина побега между 3 и 4 листом, 16 - угол отхождения побега, 17 - длина листа, 18 - ширина листа, 19 - угол основания листа, 20 - угол верхушки листа, 21 - положение наибольшей ширины листа, 22 - длина черешка, 23 - длина междоузлия, 24 - отношение длины листа к его ширине, 25 - толщина побега в средней части, <¡6 - окраска нижней стороны листа.

На основе последних строились графики, по которым определялся характер изменчивости признаков. Коэффициенты детерминации избраны нами, по той причине, что, в отличие от коэффициентов корреляции, они учитывают криволинейкость зависимостей, и, следовательно, более точно отражают характер связей Тактор-признак";

При обсуждении результатов учитывались степень достоверности коэффициентов детерминации и их величина /табл. 3 и 4/. Для каждого морфологического и химического признака выделены факторы, в наибольшей степени влияющие на их изменчивость. Такие наборы факторов специфичны как для признаков, так и для видов ив, но в подавляющем большинстве случаев доминируют показатели гранулометрического состава аллювия. От количественного соотношения его фракций изменчивость признаков ив зависит наиболее сильно. Содержание флавоноидов при этом детерминируется пре-. имущественно фракциями аллювия с более крупными частицами, а изменчивость морфологических признаков - более мелким сециментом.

Среди других факторов, играю-днх важную роль в изменчивости ив, следует отметить количество осадков в теплый период, сумму температур выше Ю°С, рН почвенного раствора, емкость поглощения и гигроскопическую влажность почвы, а таете содержание в ней подвижных форм фосфора и калия.

Таблица 3.

Коэффициенты детерминации химических признаков За11х гг1ва4га Ь./в %/.

К0 эко- !Квер-!Люте-!Диос-!Лютео-!Диос- !Рамие-!Рутин!Изо- Шзо-

логичо- цетин олин метин лин-7- метин- тин-3- рамне-квер-

ского 0-глю- 7-0- -0-ди- тин-3- цит-

Факто- козид дигли- гли- 0-глю- рин

ра *_ '_ козид козид козид

16.7

12Л-

ш ш

# - 1 - рН; 2 - гидролитическая кислотность; 3 - сумма поглощенных оснований; 4 - емкость поглощения; 5 - степень насыщенности основаниями; 6 - гумус; 7 - подвижный Р; 8 - подвижный К; Я - гигроскопическая влажности; 10-19 - количество частиц с раамсрами: 1.0 - более 3 мм;: II - 3-1 мм; 12 - 1-0,5 мм; ГЗ - 0,Ь-0,2Ь мм; 14-0,25-0,05 мм; 15 - 0,05-0,01 мм; 16 -менее 0,01 мм; 17 * 0,01-0,005 мм; 18 - О,С05-0.001 мм; 19 -менее С,001 им; ¿0 - сухарная солнечная радиация; 21 - сумма температур выше Ю°0; - количество осадков в год; - количество осадков в теплый период; 24 - индекс су-ости.

• Таблица 4.

Коэффициенты детерминации химических признаков Salix alba L. /в %/.

Р зколо-!Квер-!Кемп-!Люте-!Апи- !Рйм- !Изо- !Лютео-!Апигв-!Ру-

гическо- цетин ферол олин генин нетин рам- лин-7- нин-7- тин го фак- нетин 0-глю- О-гли-

тора* козид козид

I.

3.

4. б.

7.

8. 9.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20. 21. 22. 23. 21.

*»

25.0

ш

30.5

53.

4M ШЛ

27,0 o2£ 50.4

29.2 27,0

¿■3.6 £4.8 44,9

Щ) 1Ц2

27,0 52.5 5175 29.2

¿7.2 27.0 gEÖ

25,0 ggg

36.0 C9j2 58.4

£0

¡¡2Ji

22*Q

2V.2 ¿3.6 ■

ад

SZxÖ 32,5

2§Д 62,4

86,5.

38,^

*?5,7 2Q+Ü 54.8

т. 75. 7

SM

х - наименования экологических факторов приведены в табл.3 к» - здесь и в табл..3 коэффициенты детерминации вычислены как квадраты корроляпиоиных отнотениЯ, выраженные в процентах. Проверку достоверности производили по Р -критерии Фишера. Одной чертой подчеркнута коэффициенты, достоверные по первому порогу вероятности безошибочных прогнозов /5% уровень значимости/, двумн - по второму /1% уровень значимости/ и тромя - по третьему /0,1% уровень значимости/. Недостоверные показатели не приведены.

.'■■■ - 16 - . :■.'■ Анализируя такие показатели, как вариабельность признаков, а также широта адаптивной реакции, т.е. количество достоверных корреляционных связей признака с экологическими факторами, можно выделить для каждого вида ряд адаптивных признаков. Например, для б.асиигоИ* к ним отнесены следующие признаки: толщина и окраска побегов, ширина листа и угол его верхушки, длина черешка « междоузлия, длина и ширина почек. Характер их реакции на экологические факторы оценивались при помощи регрессионного метода. Установлено, что морфологические признаки изменяются сопряженно. Следует отметить также однотипность характера и однонаправленность изменчивости этих признаков.

Адаптивная значимость фдавоноидов зависит от их структуры. Наибольшую широту реакции на экологические Факторы и вариабельность проявили дигидроксилированные в В-кольце агликони. Глико-эиды и метилированные в А-кольце флавоноиды в бтделышх случаях несколько уступают им по этим показателям. Значительно большее сужение широты реакции и особенно показателя вариабельности обнаружено при уменьшении числа гидроксильшх групп в В-кольце, тогда как метилированные в В-кольце флавоноиды отличаются резким сужением широты адаптивной реакции и снижением вариабельности содержания.' ''■ ■ •' ■ / . ,

Характер адаптивной реакции флавоноидов, который определяли по графикам уравнений регрессии, также зависит от структура моле-. кулы. Влияние^ структуры флавоноидов на характер зависимости их содержания в листьях ив от экологических факторов изучалось на , примере пар соединений, различающихся заместителями в каком-то одном положении. Сравнивая ыеоду собой графики зависимости содержания отих соединений от ряда экологических факторов, можно отметить, что вещества с одним и двумя гидроксильными группами в В-кольце ведут себя практически одинаково /лютеолин-7-0-глюно-зид и апигенин-7-0-гликозид в листьях ивы белой/. Метилирование и глшовидировате ОН-групга в 7 положении также, за несколькими исключениями, очень мало влияет на характер адаптивной реакции флавоноидов /лютеолии и его 7-0-глюкозид, нарциссин и альбо-гид в листьях ивы белой/ /табл.5/.

Появление сахарного компонента в 3 положении сопровождается значительно более редкими изменениями. В группе "кверцетин -'.изрк&орпитрин - рутин", которая представляет собой агликон и его Ъ-^оно- и Д1:глинозиды, /лрактер еввисимости содержания флавонои-дч от экологических 'акторов меняется очень - сильно.,, вплоть до

Характер зависимости содержания флавоноидов в листьях ЗаИхаЗЛт Ь. от экологических факторов.

Содержание флавоноидов, Ыхосгь погжощвнюг Ощ^тиЯ Кодцчеств^ Г С рвэмерадпг Сумм »випврв-тур вишв Ю°С, град Количество осадков в тепяий ов- Р*СД, М1

иг-вк» на 100 г, почвы " " 6.5 ^ б.» 0.25 - 0.05

тшт * 0,5

ЛЕТВОДЖ-т-о-га>: 40 козад 20

АШГЕШН-7-0-Ш- 20 ксзвд ю А* /V

1000 НАИЛОСИН 500 —

400 АДЬБОЗВД 200

. 25 50 10 20 25 50 . 30 60 2000 4000 ЧН--- 300 600 -—

Характер-зависимости содержания флачоноидов в листьях Б^хаалйга X. от экологических.факторов.

Содержание флавоноидов, иг%

1«

Емкость поглощения

Подвившй

кг-9К8 ка 100 г почвы

Гигроскопическая влажность, %

Количество час ищ с размерами 0,2Г- 0,05 мм, %

О/нка темпера^ вине

Ю°С, град

дазоЕШ

ЛЕТЕШИН

КВЕРЦЕИК

15 7.5

20 10

20 10

100

ИЭ0КВЕТ-ШТШ 50

рлш

4000 2000

5—2_§

25 . 50

зз

I

.18_3>

50 100

.¿У0 3000

диаметрально противоположного, т.е. минимум накопления одного вещества соответствует максимуму другого и наоборот. То же можно сказать и в отношении замещения гидроксилышх групп в 8-кольце, особенно в положении 4' /диосыетин-лютеолин в листьях ивы трех-тычинковой/ /табл.6/.

Глава 4. ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫЙ ПОИСК БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ФЛАВДНОИДНЫХ СОЕДИНЕНИЯ.

Помимо адаптивной Функции для флавоноидов характерна выраженная фармакологическая.активность. Широкий спектр этой активности, а также нетоксичность флавоноидов Обусловила интерес к этому классу природных соединений со стороны практической медицины и развертывание исследований По программе "целенаправленный поиск биологически активных флавоноидных соединений". Такие исследования отражают в основном связь "структура флавоноидов - их активность".

На наш взгляд, целесообразно поднять и ботанические аспекты целенаправленного поиска. Постановка и решение этой задачи отчасти может быть Сведена к анализу связей "вещество - уаловия местообитания", "вещество - морфологический признак" и "вещество - фаза сезонного развития".

Выше уже отмечалось, что содержание флавоноидов в листьях ив в значительной мере зависимо от условий местообитания. На основе обобщения полученных данных в отношении главных флавоноидных компонентов листьев ив можно определить те экологические условия,' которые способствуют максимальному накоплению этих веществ.

Флавоны и флавонолы по-разному реагируют на условия произрастания. Низкое залегание почвенно-грунтовых вод и климатические условия лесной зоны способствуют накоплению в листьях ив фля-вонов, тогда как гдикозидн флавонолов накапливаются в максимальных количествах во внепойменшх экстремальных местообитаниях, а также в фитоценозах с участием КиЬиа саев1ив и в степной зоне.

Традиционно дчя поиска биологически активных соединений используется метод анализа корреляционных связей содержания вещества с морфологическими показателями. Для этого рассчитывали коэффициенты коррекции химических и морфологических признаков, а также строили графики уравнений регрессии. На их основе определены конкретные параметры морфологических признаков, соответст-

мг*

4000

2000

Рутин

ыг*

I 100

4 2 50

Диосметин-7-0-дигли-козид

III IV V VI V/' VI« IX X

Люте олин-7-0-глюкоз ид

1

2

мг%

600

300

мг'Л 1000

500

III IV V VI VII VII IX X |М I* V 1/1 VI VII 1« х

Рамнетин-З-О-дигли-

10

Лютеолин

III IV V VI VII VIII IX X

Из орашетин-3-0-глшоэед

мг* 40

20

III IV V VI VII VIII IX X

Кверцетин

ч^ГГГГ^—--I

III IV V У1 VII VIII IX х

III IV V VI V» уш I* *

Рис. Сезонная динамика накопления флавоноидов в листьях ивы трехтичинловой /окр. г.п.Г^ба Витебской обл./: мужские особи: ЫэьЭг.» 3-Г936г., жейские особи: 2-19В9г., 4-

I.1: С Т.

вующие максимумам накопления флавоноидных соединений в листьях »в.. Так, например, содержание рутина, основного компонента листьев ивы трехгычинковоЯ, максимально у особей с узкими листьями и острым углом отхождения побегов. Листья этого вида, содержащие до 4,54 рутина, рекомендованы в качестве сырьевого источника этого официального лекарственного препарата.

Содержание биологически активных веществ в растениях изменяется не только под влиянием экологических факторов, но.и в связи с фазами развития растительного организма. Изучение сезонной динамики флавоноидов нами производилось на примере ивы трехтычинковой. Образцы для анализов собирались по фазам развития растений: набухание и раскрытие почек, цветение, облистве-ние, плодоношение, одревеснение побегов. Определение *енофаз проводили по общепринятой методике.

Наибольшее количество флавоноловых гликозидов в листьях ЗЛг1аг(1г» отмечается весной й только что развернувшихся листьях и осенью перед листопадом. Флавоновые гликозиды максимально накапливаются осенью, а в период цветения содержатся в минимальных количествах /рис./.'Согласно биогенетическому закону, эти.выводы подтверждают представление о большей продвинутости флавоновых соединений по отношению к флаБоноловкм.

В Ы ВОДЫ

1. В листьях Salix trlendr« X.., S.elbe I«, S.fragilie X., 3.acu-

tl/olle willd. обнаружены 23 флавоноидных соединения, являющиеся производными флавона и флавонола. Более продвинутые виды ив содержат преимущественно флавоны, более примитивные -флавонолы,

2. Вариабельность содержания флавоноидов в листьях ив изменяется от нормальных до аномальных пределов и коррелирует о абсолютными значениями количества вещества. Эта корреляционная связь имеет обратно-пропорционалышй характер: чем выше содержание вецества, тем ниже коэффициент его вариации. Более высокая вариабельность минорных компонентов, по-видимому, обусловлена их большей адаптивной значимостью.

Морфологические признаки ив по-сравнению с химическими более консервативны: коэффициенты вариации показателей морфологии Значительно ниже , и они не выходят за пределы нормы.

S. Поймещше эдафические факторы в их совокупности оказывают существенное влияние на содержание флавоноидов в листьях a.trl-ßodra, менее существенное - 3,alba и незначительное - s.acuti-folia. В оптимальных условиях местообитания видов имеет место • максимум накопления гидроксилированных агликонов и минимум гликоэидов и метилированных агликонов, в экстремальных - наоборот. По-видимому, это связано с различной физиологической и экологической Функцией гликоэидов и агликонов.

Изменчивость морфологических признаков ив в зависимости от условий местообитания характеризуется, по отношению к химическим признакам, обратной закономерностью. По направленности эда<?ически обусловленной изменчивости морфологических показателей сходным между собой и отличным от S.aoutlíoli» образом ведут себя S.alba и S.triandra.

4, Комплекс климатических факторов при однородности эдафических условий влияет на накопление флавоноидов в листьях ив и на изменчивость их морфологических показателей в равной степени и тем слабее, чем ближе к руслу местообитание вида. Данная закономерность проявляется также на урювне ценопопуляций отдельных видов. Объясняется это тем, что ближе к руслу активнее аллювиальные процессы и, следовательно,.более выражен примат экотопа.

Ряд морфологических и химических показателей обнаруживают климатически обусловленную клинальнув изменчивость. При этом у ив наблюдается отклонение от общебиологической закономерности географической изменчивости растений, что обусловлено, по-видимому, наличием в рамках пойменных видов ив выраженной эко-толической дифференциации. !

Климатически обусловленная клинальная изменчивость содержания флавоноидов в листьях ив характеризуется следующей зако- : номерностыо: флавоны накапливаются преимущественно на севере, фяавонолы - на юге, что, по-видимому, обусловлено различием в . их экологической функции и является хорошим ориентиром при их поиске. -

5. ВажнеШмм фактором, обусловливающим изменчивость ив, является

гранулометрический состав аллювия. При этом содержание флаво- '

1 J ' преимущественно .. ,

ноидов дотерминир)уетй^[.ракци5:ми аллювия с более крупными частицами, а изменчивость морфологических.признаков - более мул-:'им содиментом. Существенную роль играют такие экологические Г-акторн, кик количество осчдков в теплый период,-'сумма темпе-

ратур выше Ю°С, рН почвенного раствора, емкость поглощения и гигроскопическая влажность почвы, а также содержание в ной подвижных 1-орм фосфора и калия, б. Морфологические признак« ив изменяются под влиянием экологических факторов сопряженно. При этом их изменчивость отличается однотипностью характера и однонаправленностью реакции на факторы ореды,

7. В ряду флавоноидов адаптивно ниболео значимыми являются ди-гидроксилированные по В-кольцу агликоны. Соединения с одной ГКДроксидьной группой или не отличаются па широте реакции на экологические факторы /и.острСлистная/ или существенно уступают ПО этому показателю /и.белая/, равно как и по показателю вариабельности содержания /и.белая, и.остролистная/. Гликози-ды и метилированные по А-кольцу флавоноиды по широте экологической реакции не отличаются от их агликонов /и.трехтычинковая, и.белая/ или несколько уступают им по этому показателю /и.остролистная/, Метилированные по 8-кольцу флавоноиды резко отличаются широтой реакции на экологические факторы и вариабельностью содержания. Таким образом, адаптивная значимость флавоноидов во многом зависит от наличия двух свободных гидронсиль-ных групп в В-кольце.

8. От структуры молекулы зависит также и характер адаптивной реакции флавоноидов. Наиболее.существенно экологическая функция флавоноидов изменяется при замещении гидроксильных групп в В-кольце, особенно в положении 4', и при гликрзидирЬвании в положении 3. Менее существенно экологическая роль флавоноидов изменяется при увеличении числа ОН-групп в В-кольце, а также гликоэидировании и метилировании соединений по положению 7.

9.Накопление флавоноидных соединений в листьях ив отчетливо изменяется в процессе сезонного развития. Наибольшее содержание Яитвоноловых гликозидов отмечено на стадии развертывания листьев, а флавоновых гликозидов - перед листопадом. В соответствии с биогенетическим законом подтверждается большая продвину-тость флавонов по отношению к флавонолам. Флавоноиднца агликоны отличает более высокое накопление в бутониэирующих почках.

10. В листьях ивы тре/.тычинковой содержится до.4,5* рутина, что позволяет рекомендовать этот вид в качестве сырьевого источника для получения Р-витаиинного препарата. Максимум накопления рутина наблюдается у особей, произрастающих в экстремаль-

ных и повешенных местообитаниях умеренных и южных широт. При

этом высокое содержание рутина характерно для особей о узкими

листьями и острым углом отхождения побегов.

Список работt опубликованных по теме диссертации.

1. Шелюто В.Л., Шретер А.И., Устюжанин A.A., Куэьмичева H.A. Фла-воноиды эфирных фракций листьев видов Salix 1. //Растит, ресурсы, т.23, вып.4. 196?. С.590-597.

2. Куэьмичева H.A., Мазан И.Ф. О таксономическом статусе велено-листной и сизолистной вариации ивы трехтычинковой//Тезисы УЦ делегатского съезда БРБО, Ьереэинский заповедник, 1991.

3. Куэьмичева H.A. Флавоноида листьев Salix triandга L. //Тезисы УН делегатского съезда БРБО, Береэинский заповедник, 1991.

4. Куэьмичева H.A. Анализ изменчивости содержания флавоноидов и морфологических показателей у ивы трехтычинковой /sali* trt-andra L. / //Весц! АН БССР /в печати/

5. Куэьмичева H.A. Оценка адаптивной значимости флавоноидов по уровню их изменчивости в листьях ивы белой /Salix alba L. / // Весц1 АН БССР /в печати/

6. Куэьмичева H.A., Шелюто В.Л. Лютеолин-7-О-галактоэид иэ листьев Salix acutifolia Wllld. // Весц! АН БССР /в печати/

7. Куэьмичева H.A., Мазан И.Ф. Экологическая иэменчивооть представителей рода Salix L. aect.Daphnella в связи с их таксономией // Весц1 АН БССР /в печати/

8. Куэьмичева H.A., Шелюто В.Л., Мазан И.Ф. флавоноидный состав листьев некоторых пойменных видов ив// ДАН БССР /в печати/

У. Куэьмичева H.A., Шелюто В.Л. Хроматоспектрофотометрическов определение флавоноидов в листьях видов рода Salix 1.// Весц! АН БССР /в печати/

10. Куэьмичева H.A., Мазан И.Ф., Булат B.C. Сезонная динамика накопления флавоноидов в листьях ивы трехтычинковой /в печати/

11. Куэьмичева H.A., Мазан И.Ф. Эдафически обусловленная изменчивость пойменных видов ив /в печати/

12. Парфенов В.И., Куэьмичева H.A., Мазан И.Ф. Климатически обусловленная изменчивость пойменных видов ив /в печати/

13. Куэьмичева H.A. Флавоноиды некоторых видов рода Salix LУ/ Тезисы Всесоюзной конференции "Вклад молодых ученых в перестройку Фармацевтической науки и практики" /в печати/