Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности накопления биологически активных веществ Thymus baicalensis Serg. в зависимости от экологических факторов

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Особенности накопления биологически активных веществ Thymus baicalensis Serg. в зависимости от экологических факторов"

На правах рукописи

0034Э4551 Рабжаева Арюна Николаевна

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ THYMUS BAICALENSIS SERG. В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

03.00.05-ботаника 03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Улан-Удэ-2010

2 - ШР 2310

003494551

Работа выполнена в Байкальском институте природопользования СО РАН

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Раднаева Лариса Доржиевна

кандидат биологических наук Жигжитжанова Светлана Васильевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Анцупова Татьяна Петровна

кандидат биологических наук Баханова Милада Викторовна

Ведущая организация: Институт общей и экспериментальной

биологии СО РАН

Защита состоится 24 марта 2010 г. в 15 час. 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д 212.022.03 при Бурятском государственном университете по адресу: 670000 г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а, конференц-зал.

Факс: (3012) 210588, е-шш1: d21202203@mail.ru: aryuna_ln@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бурятского государственного университета.

С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте Бурятского государственного университета www.bsu.ru.

Автореферат разослан « 20 » февраля 2010 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат биологических наук

Н. А. Шорноева

Актуальность темы исследования. Род Thymus L. (тимьян, чабрец, богородская трава) - один из крупных родов семейства яснотковых La-miaceae Lindl, насчитывает свыше 40 видов (Растительные ресурсы СССР, 1991). Род Thymus L. отличается большим разнообразием трудно дифференцированных форм, которым придается различное таксономическое значение. Следствием этого является неупорядоченность номенклатуры и критическое состояние систематики рода. В природных условиях в большинстве случаев они не различаются сборщиками и практически используются наравне с типичной формой тимьяна ползучего Thymus serpyllum 1.5./.(Банаеваидр., 1999).

Тимьян используется в традиционной медицине многих стран и народов как ценное лекарственное растение. Терапевтическая активность препаратов тимьяна связана с присутствием в них различных классов биологически активных веществ - флавоноидов, дубильных веществ, макро- и микроэлементов, эфирного масла (Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР, 1983). Специфический приятный запах гравы, прежде всего, связан с эфирным маслом. Для видов рода характерен значительный полиморфизм не только морфологических признаков, но и компонентного состава эфирных масел (Банаева и др., 1999). Thymus baicalensis Serg. -широко распространенный вид Байкальской Сибири. Несмотря на широкое использование тимьянов в медицине, химический состав эфирного масла тимьянов Бурятии не исследован.

Целью исследований является изучение влияния экологических факторов на накопление, содержание и состав эфирного масла, макро- и микроэлементов Thymus baicalensis Serg. в условиях Байкальской Сибири и Северной Монголии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выявление особенности фитоценотической приуроченности и ресурсная оценка Thymus baicalensis в Байкальской Сибири и Северной Монголии.

2. Определение количественного и качественного состава эфирного масла Thymus baikalensis флоры Байкальской Сибири и Северной Монголии в сравнении с Thymus gobicus Tschern, Thymus sibiricus Klock. et Shost.

3. Установление зависимости химического состава эфирного масла Thymus baicalensis от фитоценотической приуроченности, экологических факторов (коэффициента экстремальности погодных условий) и от фенологической фазы развития растений.

4. Определение макро- и микроэлементного состава Thymus baikalensis в зависимости от фитоценотической приуроченности, фенологической фазы развития растения.

Научная новизна. Данная работа является первым систематическим исследованием особенностей химического состава эфирного масла, макро-и микроэлементов представителей рода Thymus L. Бурятии и Монголии в зависимости от экологических факторов. Данные компонентного состава эфирных масел, полученные с помощью газо-хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) впервые были обработаны с помощью метода главных компонент (МГК) для представления в наглядной форме данных эксперимента. Исследовано влияние степени экстремальности (отклонений от средних многолетних) температурно-влажностных погодных характеристик трехлетних сезонов 2006-2008 годов на качественный и количественный химический состав фракций эфирных масел, выделенных из тканей надземных органов тимьянов Бурятии и Монголии.

Практическая и теоретическая значимость. Полученные результаты существенно расширяют и дополняют сведения по химическому составу и экологическим особенностям произрастания растений Бурятии, позволяют расширить сырьевую базу эфирномасличных растений за счет видов рода Thymus L., произрастающих на территории Бурятии, дополняют сведения о динамике накопления биологически активных веществ в лекарственных растениях и показывают зависимость их содержания от условий произрастания и сроков сбора растения. Исследование химического состава эфирных масел имеет и теоретическое значение, так как позволяет изучить биогенез терпеноидов в природе. Полученные данные могут быть использованы при мониторинге генофонда флоры Байкальского региона. Материалы работы могут быть применены в преподавании курса «Химия природных соединений», «Химия лекарственных соединений» на химическом, медицинском и биологическом факультетах Бурятского Государственного Университета. Полученные результаты представляют интерес для преподавания спецкурсов по экологии растений в высших и средних учебных заведениях.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Накопление биологически активных веществ (эфирного масла, макро- и микроэлементов) в надземной части и количественный состав основных компонентов эфирного масла Thymus baicalensis флоры Байкальской Сибири и Северной Монголии связаны с их фитоценотической приуроченностью. По качественному составу основных компонентов эфирные масла тимьяна байкальского, произрастающие в разных фитоценозах, близки, однако в их составе обнаружен ряд соединений (например, три-циклен, карен-3), специфичных для отдельных сообществ.

2. Содержание компонентов в эфирном масле Thymus baicalensis зависит от экстремальности погодных условий и фенологической фазы развития растений. Установлена прямая зависимость между коэффициентом экстремальности гидротермических условий и выходом эфирного масла.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на IV школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2007), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 75-летию БГУ «Современные проблемы этноэкологии и традиционного природопользования» (Улан-Удэ, 2007), на III Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2007), на Международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Ломоносов-2008» (Москва, 2008), на III Международной конференции «Традиционная медицина: состояние и перспективы дальнейшего развития» (Улан-Удэ, 2008), на Всероссийской научной конференции «Фундаментальные науки - медицине». (Новосибирск, 2008 г).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе две - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка используемой литературы. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 12 рисунков, 12 таблиц. Список литературы состоит из 185 наименований, в том числе 15 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы.

Глава 1. Накопление биологически активных соединений в растениях в зависимости от экологических факторов

(литературный обзор)

Проведен анализ литературных данных по составу эфирных масел, роли эфирных масел в растительных организмах и их биологической активности. Подробно охарактеризовано влияние условий произрастания на содержание эфирных масел, макро- и микроэлементов. Рассмотрены особенности изменчивости, видообразования в роде Thymus L.

Глава 2. Район, объекты и методы исследований

Объектом для исследований является тимьян байкальский Thymus bai-kalensis Serg. - широко распространенный вид в Байкальской Сибири и в Северной Монголии (Булаганский и Прихубсугульский) (табл. 1). Исследования проводились в 2006-2008 гг.

Ботаническая идентификация видов проведена с помощью традиционных методов систематики (Флора Сибири, 1997). Определение запасов сырья проводили в ценопопуляциях методом учетных площадок (Энциклопедический словарь..., 1999, Методика..., 1986).

Площадь ценопопуляции рассчитывали путем приравнивания ее к конкретной геометрической фигуре. Координаты определяли с помощью GPS (Vista-Garmina).

Для выделения эфирного масла из надземной части растительного сырья использовали метод гидродистилляции. Химический состав эфирных масел из надземных частей растений исследовали, используя метод хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе Agilent Packard HP 6890 N с квад-рупольным масс-спектрометром (HP MSD 5973) в качестве детектора.

Определение концентраций макро- и микроэлементов в надземной части тимьяна байкальского осуществлялось методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе AAS "Solaar Мб".

Исследовано 39 образцов эфирного масла из 11 районов Бурятии и 3 районов Монголии. Статистическую обработку данных также проводили с использованием пакета прикладных программ Excel 2007. Традиционные инструменты в этой области - графики и диаграммы - плохо справляются с задачей визуализации, когда возникает необходимость изобразить более трех взаимосвязанных величин. Первым выбором в визуализации множества данных является ортогональное проецирование на плоскость первых двух главных компонент (PCI, РС2). Плоскость проектирования является, по сути плоским двумерным «экраном», расположенным таким образом, чтобы обеспечить «картинку» данных с наименьшими искажениями. Поэтому данные компонентного состава образцов эфирного масла, полученные с помощью ГХ-МС, были обработаны с помощью метода главных компонент для представления в наглядной форме данных эксперимента.

Глава 3. Видовое разнообразие, особенности биологии Thymus baikalensis и оценка запасов тимьянов Байкальской Сибири и Монголии

Во флоре Бурятии насчитывается 10 видов растений рода Thymus L. (Определитель растений Бурятии, 2001), во флоре Монголии - 8 (Грубов, 2008). По жизненной форме виды рода тимьян являются полукустарничками. Большинство из них являются эндемами и сформировались в течение плейстоцен-голоцена (Намзалов, 1999).

Thymus baicalensis Serg. - многолетний невысокий полукустарник. Тимьян байкальский имеет стабильные морфологические признаки в форме листьев и характере опушения, отличающие его от других видов, Так, листья продолговато-эллиптические или широколанцетные, волоски на верхней поверхности листьев очень короткие, щетинистые или листья совершенно голые. Стебли распластанные, опушенные, венчики темно-розовые. Тимьян байкальский - неоэндемик, произрастает в Саяно-байкальском районе, Байкальское нагорье, Витимское нагорье, Монголии

(Флора Сибири, 1997). Т. Ьтса1ет'к приурочен к степным каменистым фитоценозам, растет на скалах.

Плотность запасов сырья Т. Ьтсакти изменяется в зависимости от фитоценотической приуроченности от 10,6 г/м2 (разнотравно-нителистниковый) до 33,8 г/м2 (вострецово-осоковый) (табл. 1).

Таблица 1

Район, фитоценоз, плотность запаса сырья, выход эфирного масла

Thymus baicalensis

Район, местность, фитоценоз, координаты места сбора, Плотность Выход

высота над уровнем моря запаса масла,

сырья, %

г/м2

Селенгинский район, таволго-миндалевый, 30,2±2,5 0,80

N 5Г16Ч9.5", Е 106°21'25.0", 688 м

Кяхтинский район, мелкотравно-ленскотипчаковый, 13,5±1,4 0,80

N 50°43'05.8", Е 106°29'53.8", 732м

Закаменский район, окрестности с. Баянгол, разнотравно- 30,1 ±5,0 1,04

алтайсколуковый, N 50°44'П", Е 103°27'13", 700 м

Ольхон, низкотравно-вострецовый, 20,8±10,2 0,22

N 53°14'20", Е 107°30'42", 579м

Приморский хребет, разнотравно-перистоковыльный, 17,6±6,4 1,15

N 53°08'00", Е 106°52'33", 463 м

Окинский район, местность Цинцин-талай, 33,8±3,1 1,16

вострецово-осоковый, N 52°38'49", Е 099°39'34", 1346 м

Бичурский район, вострецово-крыловоковыльный, 30,5±2,3 1,00

N 50°38'44", Е 106°55'69", 757 м

Иволгинский район, холоднополынно-злаковый, 29,5±3,8 1,30

К 53°49'55", Е 109°54'33", 548 м

Заиграевский район, злаково-разнотравно-солодковый, 20,3±9,3 0,72

N 51°50'06", Е 108°15'47", 550 м

Хубсугульский аймак Монголии, разнотравно- 10,6±7,3 1,00

нителистниковый, N 50°16'04.2", Е 100о04'27.1", 1645

Глава 4. Влияние экологических факторов на накопление и химический состав эфирных масел тимьянов Байкальской Сибири и Северной Монголии

Химический состав эфирного масла Thymus baicalensis в зависимости от фитоценотической приуроченности

Все образцы эфирного масла тимьяна байкальского Т. baicalensis были приготовлены в строго одинаковых условиях (из сырья, собранного и обработанного одинаковым образом), что дает возможность сравнивать материал. Эфирное масло тимьяна байкальского представляет собой легкоподвижную жидкость желтого цвета с приятным специфическим запахом. Выход масла составил 0,22-1,16%, наибольший выход эфирного масла

1,16% - в вострецово-осоковом фитоценозе (табл. 1). В исследованных образцах обнаруживается до 62 компонентов. По качественному составу основных компонентов эфирные масла тимьяна байкальского из разных точек сбора близки. Основные компоненты эфирных масел всех образцов: Р-мирцен 0,4-5,5 %, и-цимол 1,1-18,3 %, 1,8-цинеол 0,3-6,3 %, у-терпинен 1,4-14,4 %, борнеол 3,0-18,5 %, а-терпинеол 1,4-52,5 %, тимол 0,5-26,4 %, карвакрол 1,1-39,3 %.

Несмотря на то, что в целом состав масла для всех образцов похож между собой, в некоторых образцах встречаются в значительных количествах компоненты, отсутствующие в других образцах. Так, трициклен присутствует только в образцах эфирного масла Т. Ьтса1ет1з, произрастающих в раз-нотравно-перистоковыльном и злаково-разнотравно-солодковом фитоцено-зах, карен-3 присутствует только в масле Т. Ьшса1ет15 из разнотравно-перистоковыльного фитоценоза, такие компоненты как цис-ментенол, транс-ментенол, 71-цимен-8-ол, куминовый альдегид, метиловый эфир карвакрола, борнилацетат, карвакролацетат в некоторых образцах вовсе отсутствуют, соединения сесквитерпенового ряда - р-бурбонен, р-элемен, р-копаен, гуму-лен, у-муролен, р-бисаболен, у-, ст-кадинены - составляют минорное количество и содержатся лишь в некоторых образцах (табл. 2).

Таблица 2

Химический состав эфирного масла Thymus baicalensis, фаза цветения, 2008 г. (фрагмент таблицы)

компоненты Содержание эфирного масла в % от цельного масла

вострецово- крылово ковыльный холодно полынно-злаковый разнотравно-перистоко-выльный мелкотрав- но-ленскотипча ковый

п-цимол 6,2 14,6 14,4 15,0

у-терпинен 9,7 9,8 9,1 11,5

борнеол 9,4 12,8 7,3 7,9

а-терпинеол 6,1 8,8 1,9 1,6

тимол 0,9 3,3 5,0 0,0

карвакрол 39,3 14,4 29,8 36,4

трициклен - 0,1 0,1 -

карен-3 - - 0,1 -

гермакрен D 1,9 0,7 1,2 0,9

бициклогермакрен 0,5 - - 0,4

Р-бисаболен - - 0,1 -

Результаты проведенного исследования позволяют заключить, что качественный состав основных компонентов эфирного масла тимьяна байкальского в пределах изученных ценопопуляций не изменяется в зависимости от фитоценотической приуроченности. Различия же наблюдаются в количественном соотношении основных компонентов, а также в наличии или отсутствии минорных, спорадически появляющихся компонентов.

Изменение химического состава эфирного масла тимьяна байкальского в зависимости от фенологической фазы развития

Содержание эфирного масла может резко колебаться в зависимости от фазы развития или оставаться почти неизменным (Балковая,... 1955). Наибольшее количество эфирного масла было выделено в фазу цветения (рис.1).

Холоднополынно-злаковый

Вострецово-крыловоковыльный

= 4

Е

о

ё з

к

S

V? ?

г* л

V

К

5 1

*

2.9 3.1

0.9 1,2

■ $

1 2 3

фенофам

1 0,8

0,2 0 -!—

0,6

0,6 —Qfi-

0,4 -

¡ —

2 3 4

феиофаза

Рис. 1. Выход эфирного масла Thymus baicalensis в различные фазы развития растения, 2007 г. 1-фаза вегетации, 2-фаза бутонизации, 3-фаза цветения, 4-фаза плодоношения

На различных фенофазах развития растений вида Т. baicalensis, в составе эфирного масла можно выделить ряд компонентов общих для всех образцов - p-мирцен, и-цимол, у-терпинен, борнеол, а-терпинеол, терпи-неол-4, тимол, карвакрол.

Количественное содержание указанных компонентов меняется от об-' разца к образцу. Заметное изменение их количества в процессе фенологического развития растения можно объяснить образованием новых функциональных органов, в клетках которых синтезируется дополнительный набор веществ или наоборот подавляются (Королюк и др., 2002).

В образцах эфирного масла тимьяна байкальского, собранного в хо-лоднополынно-злаковом фитоценозе, при переходе из фазы вегетации в фазу бутонизации наблюдается тенденция снижения содержания р-мирцена, а-терпинеола, а при переходе из фазы бутонизации в фазу цветения их содержание вновь увеличивается, в фазу плодоношения снова идет

спад, содержание и-цимола, у-терпинена при переходе из фазы вегетации в фазу бутонизации увеличивается. Содержание л-цимола и у-терпинена в образцах эфирного масла Т. baicalensis, произрастающего в вострецово-крыловоковыльном фитоценозе, изменяется прямо пропорционально друг другу. Содержание тимола во все фазы развития существенно не изменяется. В те фенофазы развития растения, на которых происходит закладка нового органа (фаза бутонизации - цветка, фаза плодоношения - плода) увеличивается и содержание карвакрола, который выступает на первый план.

Таким образом, эфирное масло Т. baicalensis по мере развития растения и в связи с выполнением той или иной физиологической функции (формирование и развитие цветка, образование плода) претерпевает изменения в своем составе. Однако, набор основных компонентов (и-цимол, у-терпинен, борнеол, а-терпинеол, терпинеол-4, тимол, карвакрол) эфирного масла остается постоянным, хотя и меняется их количественное содержание в масле.

Сравнительный анализ химического состава эфирного масла тимьяна байкальского в зависимости от температурно-влажностныхусловий

С целью количественной оценки погодных условий в разные годы нами был вычислен гидротермический коэффициент экстремальности кэкстр. (Журавская и др., 1998; Филлипова, 2003). Коэффициент экстремальности представляет собой отношение средней температуры (t °С) месяцев вегетации до сбора (май-август) к среднему количеству осадков, выпавших в эти месяцы (мм): кэкстр= t °С/мм (табл. 3).

Таблица 3

Выход и компонентный состав эфирного масла Thymus baicalensis в зависимости от коэффициента экстремальности (вострецово-крыловоковыльный фитоценоз)

Год сбора Выход эфирного масла в расчете на воздушно- сухое сырье, % Средняя температура с мая по август, t°C Среднее количество выпавших осадков с мая по август, мм Гидротермический коэффициент экстремальности, к Экстр

2006 0,45 15,2 57,3 0,27

2007 0,97 16,9 56,5 0,30

2008 0,69 15,8 63,0 0,25

Исследовано влияние коэффициента экстремальности (температурно-влажностных характеристик) в течение трех лет (2006-2008 гг.) на качест-

венный и количественный химический состав эфирных масел из надземных органов тимьяна байкальского, собранного в модельных фитоценозах (холоднополынно-злаковом и вострецово-крыловоковыльном) (табл. 1).

Из таблицы 3 видно, что выход эфирного масла тимьяна байкальского прямо пропорционален коэффициенту экстремальности. Данные исследования обработаны методом главных компонент (МГК, программный пакет Sirius® фирмы Pattern Recognition Systems).

Образцы эфирного масла Thymus baicalertsis (вострецово-крыловоковыльный фитоценоз), различаются по годам сбора, т.е. состав масла зависит от гидротермического коэффициента экстремальности (рис. 2).

4.»% Вострецов э-крыловокс выльныйс Сбор 2008 >итоценоз

Сбор 2007 г Оч , ) /{СГ ы^)

\о Сбор 2006

40.2%

Рис.2. Метод главных компонент. Распределение образцов Thymus baicalensis по компонентному составу эфирного масла.

Светло-серый - фаза цветения, черный - фаза вегетации, белый - фаза бутонизации, серый -фаза плодоношения

Метод главных компонент также позволяет установить, что изменения в составе эфирного масла на разных стадиях развития менее заметны по сравнению с изменением состава эфирного масла в разные годы.

Качественный состав основных составляющих эфирного масла остается постоянным в течение периода наблюдения и представлен кислородсодержащими монотерпенами - л-цимолом, у-терпиненом, борнеолом, а-терпинеолом, терпинеолом-4, тимолом и карвакролом. Увеличение коэффициента экстремальности отражается на количественном содержании компонентов. Так, содержание л-цимола, у-терпинена в эфирном масле уменьшается, а содержание карвакрола увеличивается с увеличением коэффициента экстремальности. Содержание борнеола и а-терпинеола характеризуется обратной зависимостью.

Имеются соединения, которые исчезают и появляются в разные годы (карен-3, а-туйен, камфен, сабинен, 1-октен-З-ол, а - фелландрен, транс-Р-оцимен, п-нонаналь, цис-сабиненгидрат, а-копаен, р-бурбонен, р-элемен,

кариофиллен, р-копаен, гумулен, гермакрен D, бициклогермакрен, а-бисаболен, о-, у-кадинен) (табл. 4). Вероятно, эти изменения носят приспособительный характер к условиям недостатка влаги.

Таблица 4

Состав эфирного масла Thymus baicalensis в разные годы сбора сырья (вострецово-крыловоковыльный фитоценоз, фаза цветения)

№ Компоненты Содержание компонентов в %

от цельного масла

2006 2007 2008

1 туйен-3 1,4 0.3

2 а-пинен 1,5 2,1 0,4

3 камфен 2,0 0,3

4 сабинен 0,6 0,1

5 1-октен-З-ол 0,5 0,6

6 Р-пинен 0,4 0,5 0,1

7 Р-мирцен 1,6 7Д 0,9

8 а-фелландрен 0,2

9 карен-3 од

10 а-терпинен 1,2 2,4 ' 0,9

11 п-цимол 18,5 16,9 6,2

12 лимонен 0,8 1,1 0,3

13 1,8-цинеол 4,0 1,8

14 у-терпинен 19,3 7,8 6,7

15 транс-сабиненгидрат 2,1 2,7 2,9

17 терпинолен 0,2 0,3 0,2

18 транс-Р-оцимен 0,3

19 линалоол 0,1 0,5 1,3

20 цис-ментенол од

21 транс-ментенол 0,1

22 хризантенон 0,1

23 цис-сабинен-гидрат од

23 камфора 0,6 0,4 0,5

24 борнеол 12,4 5,3 9,4

25 терпинеол-4 2,0 2,3 1,9

26 п-цимси-8 -ол 0,4 0,1 0,3

27 а-терпинеол 10,2 11,2 6,1

28 цис-р-оцимен 0,3

29 куминовый альдегид 0,4

31 метиловый эфир карвакрола 0,3

33 борнилацетат 0,4 0,2 0,3

34 тимол 3,0 0,1 1,0

35 карвакрол 28,3 29,1 39,3

36 тимолацетат 1.2 1,0

37 карвакролацетат 1,9

38 а-копаен -

39 Р-элемен 0.6

41 кариофиллен 0,8 3,9

42 гумулен 0,2 0,2

43 гермакрен D 0,3 1,9

45 бициклогермакрен 0,5

46 у-кадинен 0,5 0,2

47 о-кадинен 0,4

48 а-бисаболен 0,3 2,7

49 спатчуленол 0,2 0,2

50 кариофиллен оксид 0,2 1,0

Примечание: * - компоненты приведены в порядке увеличения времени удерживания; знак «-» означает, что содержание соответствующего компонента не превышает 0,1%.

Таким образом, для Thymus baicalensis характерно увеличение выхода эфирного масла по мере роста экстремальности погодных условий. При изменении коэффициента экстремальности основные направления биосинтеза соединений остаются неизменными, хотя и происходит их усиление или ослабление.

Сравнительная характеристика эфирного масла различных видов тимьянов Байкальской Сибири и Северной Монголии

В исследованных образцах эфирных масел тимьянов флоры Бурятии и Монголии идентифицировано более 40 компонентов. Основная часть исследованных нами эфирных масел представлена терпеноидами (около 90%). Среди монотерпеновых соединений доминирующими компонентами являются п - цимол, у-терпинен, борнеол, а-терпинеол, терпинеол-4, тимол, карвакрол. Сесквитерпеновая фракция представлена кариофилленом, у-муроленом, гер-макреном D, бициклогермакреном, р-бизаболеном, у-кадиненом, о-кадиненом, а-бизаболеном, окисью кариофшшена, однако содержание их невелико (табл. 5). Различия в составе эфирных масел исследованных образцов наблюдаются в количественном соотношении отдельных компонентов. Так, процентное

содержание п - цимола и у-терпинена в масле тимьяна сибирского намного больше, чем в эфирном масле тимьяна байкальского. В случае борнеола и а-терпинеола наблюдается обратная зависимость.

Для растений рода Thymus флоры Бурятии и Монголии характерно накопление ароматических спиртов тимола и карвакрола. Эфирное масло тимьяна байкальского отличает высокое содержание карвакрола при одновременно низком содержании тимола. В образце эфирного масла тимьяна сибирского и тимьяна гобийского доминирующим компонентом является тимол. В эфирном масле тимьяна гобийского в отличие от других образцов обнаружено высокое содержание линалилацетата (12,3 %), а в образце Thymus baicalensis (мелкотравно-ленскотипчаковый фитоценоз, Хубсугул) - наибольшее количество карвакрола (57,3 %).

Таблица 5

Сравнительный анализ химического состава эфирного масла представителей рода Thymus L. (фаза плодоношения, 2008)

Компоненты Содержание компонентов в % от цельного масла*

T.gobicus (разнотравно- j нителистниковый, i Булганск, | | Монголия) | Т. baicalensis (мелкотрав-1 ' но-ленскотипчаковый, Хубсугул, Монголия) Т. gobicus (вострецово-крыловоковыльный)Шар Нохойн там, Монголия) Т. baicalensis (холоднополынно-з лаковый Иволгинский район, Бурятия) Т. sibiricus (низкотравно-вострецовый, Баргузинский район, Бурятия)

трициклен 0,1

туйен-3 0,6

а-пинен 1,4 0,2

камфен 2,7

сабинен 0,3

1-октен-З-ол 0,9 0,2

Р-пинен 0,6 0,1

(З-мирцен 0,4 0,7 0,2

а-фелландрен

а-терпинен 0,4 1,4 1,5

п-цимол 10,8 6,7 1,1 22,3 42,3

лимонен 0,7 0,4

1,8-цинеол 2,1 2,6 6,3 2,1

у-терпинен 5,6 4,0 0,5 7,7 14,0

транс- сабиненгидрат 1,6 3,7 1,2 4,7 -

терпинолен 0,5 0,3

линалоол 1,5 1,1 5,4 1,2

цис-ментенол 0,4

транс-ментенол 0,3

камфора 1,1 0,7 0,9 -

транс-вербенол од

борнеол 6,3 3,0 6,4 14,4 5,2

терпинеол-4 1,5 1,2 0,7 3,9 2,5

п-цимен-8-ол 0,7 0,3

а-терпинеол 3,9 1,2 17,8 2,7 0,7

куминовый альдегид 0,3

линалилацетат 12,3

метиловый эфир карвакрола 0,2

борнилацетат 0,4 0,6 0,2

тимол 46,9 6,1 26,4 1,6 20,9

карвакрол 15,7 57,3 18,2 16,4 1,8

карвеол 0,2 . -

тимолацетат 2,0 1,4 1,4 0,2 -

карвакролацетат 6,2 1,2

кариофиллен 2,2 2,9 1,3 4,9

у-муролен 0,1

гермакрен О 0,6 0,4 0,8

бицикло-гермакрен 1,0

Р-бисаболен 0,1

ионол 0,5

у-кадинен 0,1

ст-кадинен '0,3

а-бисаболен 0,4 -

спатчуленол 0,6

кариофиллен оксид 1,5 1,5 0,6

Примечание: * - компоненты приведены в порядке увеличения времени удер-* живания; знак «-» означает, что содержание соответствующего компонента не превышает 0,1%.

Основываясь на методе главных компонент мы построили модель для дифференциации исследованных видов рода Thymus. Использование метода главных компонент позволяет выделить на плоскости отдельные области, соответствующие разным видам тимьянов. Таким образом, несмотря на большой набор компонентов масла и вариабельность их количественного содержания по составу эфирного масла каждый вид тимьяна отграничен от другого (рис. 3).

Рис. 3. Метод главных компонент.

Распределение образцов рода Thymus L. по видам

При этом выявлена особая позиция Т. gobicus по составу эфирного масла, заметно отграниченная от более бореальных по происхождению тимьянов (Т. baicalensis, Т. sibiricus), что в какой-то мере подтверждает особое систематическое положение видов на секционном уровне. С другой стороны, анализ состава эфирных масел по методу главных компонент отразил некоторое филогенетическое единство тимьянов байкальского и сибирского, хотя морфологические отличия их достаточно стабильные и используются в качестве диагностики, особенно форма листьев и характер опушения.

Макро- и микроэлементный состав Thymus baicalensis в зависимости от стадии фенологического развития растения

Минеральные вещества представлены в растениях макро- и микроэлементами. Микроэлементы входят в состав ферментов и небелковых неферментативных соединений, обладающих каталитическим действием. Некоторые микроэлементы (Си, Mn, Zn) выполняют специфические функции в защитных механизмах у морозоустойчивых и засухоустойчивых растений (Школьник, 1974; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

В надземной части тимьяна байкальского определено количественное содержание 11 минеральных элементов. Нами выявлены некоторые закономерности в распределении макро- и микроэлементов в течение вегетационного периода, рассмотрим их на примере холоднополынно-злаковых, вострецово-крыловоковыльных фитоценозов.

По мере вегетационного развития содержание магния в образцах тимьяна байкальского, собранного в холоднополынно-злаковом фитоценозе,

увеличивается. Так, максимальная концентрация магния (0,23 %) отмечена в фазу цветения, а в фазу плодоношения - идет на спад (табл. 6, рис. 4).

Таблица 6

Содержание макро- и микроэлементов в надземной части Thymus baicalensis в разные фазы вегетации

Фитоценоз % Содержание микроэлементов, мг/кг

Са Щ Си Zn Мп Fe Сг Со Ni

■ о 1 0,85± 1,35 0,19± 0,01 4,44± 1,95 14,94 ±0,08 12,45± 0,93 34,09± 0,07 0,83± 0,98 1,29± 1,42 1,09± 0,34

X X 3 >5 с; л о я 2 0,84± 0,16 0,22± 0,02 5,04± 3,74 17,83± 0,11 71,31± 0,98 43,52± 1,53 0,63± 1,12 1,15± 1,93 1,85± 0,42

и о о м х g о п 3 0,76± 1,63 0,23± 0,35 5,12± 0,24 20,3 6± 0,09 63,33± 0,18 34,52± 1,72 2,34± 0,34 1,24± 0,51 0,52± 0,91

о X 4 0,73± 0,12 0,19± 0,09 3,36± 0,31 13,92± 0,21 37,25± 0,79 40,64± 0,85 1,33± 0,86 0,14± 0,24

■ о а 1 0,63± 0,46 0,18± 0,12 3,74± 1,50 13,59± 0,14 26,42± 0,14 20,99± 0,12 3,61± 0,24 0,53± 0,86 2,21± 0,58

о §=5 О, Л М X А Л 2 0,74± 0,34 0,18± 0,14 4,31± 0,13 14,64± 0,16 22,90± 0,94 44,22± 0,53 0,56± 0,76 1,75± 1,25

а 5 о !Й >-Г CQ !§ 3 0,69± 0,06 0,18± 0,05 4,95± 0,64 19,08± 0,11 40,01± 0,87 44,55± 0,43 2,01± 0,49 0,96± 0,24 0,4 9± 0,45

о о И 4 0,58± 0,24 0,16± 0,06 3,59± 2,01 11,94± 0,17 11,08± 0,68 24,98± 0,87 1,59± 1,15 1,47± 1,06 2,83± 1,39

Примечание: 1 - вегетация, 2 - бутонизация, 3 - цветение, 4 - плодоношение; прочерк (- ) означает, что содержание данного элемента ниже предела обнаружения.

Такая же тенденция сохраняется и для образцов тимьяна байкальского, произрастающего в вострецово-крыловоковыльном фитоценозе. Максимальная концентрация магния (0,18 %) обнаружена в фазу цветения (рис. 4).

а вострецово-

крыловоковыльный а холоднополынно-злаковый

Рис. 4. Содержание магния в надземной части Thymus baicalensis в разные фазы вегетации

Для образцов тимьяна байкальского, произрастающего в холоднопо-лынно-злаковом фитоценозе, содержание кальция уменьшается в ходе вегетационного развития. Максимальное значение (0,85%) наблюдается в фазу вегетации. Для тимьяна байкальского, произрастающего в вострецо-во-крыловоковыльном фитоценозе, наибольшее его содержание отмечено в фазу бутонизации (рис. 5).

9000

8000

7000

6000

5000

О в острецов о-крылов оков ыльный

I холоднополынно-злаков ый

Рис. 5. Содержание кальция в надземной части Thymus baicalensis

в разные фазы вегетации

Между отдельными парами элементов имеется корреляционная зависимость (Ловкова и др., 1997). Нами обнаружена взаимосвязь между содержанием цинка и меди. Растения тимьяна байкальского (холоднополынно-злаковый и вострецово-крыловоковыльный фитоценозы), накапливающие цинк накапливают медь. Наибольшее содержание и меди и цинка отмечено в фазу цветения (рис. 6). В отношении остальных микроэлементов - хрома, никеля, ко-

бальта - определенной зависимости по фазам вегетации не выявлено. Для тимьяна байкальского, собранного в вострецово-крыловоковыльном фитоценозе, выявлена закономерность в отношении микроэлементов - железа и марганца. Содержание данных микроэлементов характеризуется обратной пропорциональностью относительно друг друга. Максимальной концентрации в обоих случаях достигают в фазу цветения (рис. 7).

1овострецово-крыловоковыльный ЕЭХолодиополынно-зпаковый

Рис. 6. Содержание Си и Zn в надземной части Thymus baicalensis в разные фазы вегетации

Наибольшее содержание данных металлов обнаружено в фазу бутонизации. Аналогичная ситуация наблюдается и для тимьяна байкальского из вострецово-крыловоковыльного фитоценоза - концентрации железа и марганца также обратно пропорциональны другу другу (рис. 7).

80.00 60.00 40.00 20.00

0.00 J

Мп

/

ef

У

/ / / jg в острецов о-крыловоковыльный аколоднололынно-злэиоамй |

Рис. 7. Содержание Мп и Fe в надземной части Thymus baicalensis в разные фазы вегетации

Таким образом, обнаружено, что для Thymus baicalensis содержание магния увеличивается, содержание кальция уменьшается в ходе вегетационного развития. Также обнаружена прямая пропорциональность между содержанием цинка и меди и обратная между содержанием железа и марганца в растениях тимьяна байкальского.

Элементный состав Thymus baicalensis Serg. в зависимости от фитоценотической приуроченности

Элементный состав тимьяна байкальского, произрастающего в разных фитоценозах количественно различается. Так, максимальным содержанием макроэлементов - кальция и магния - характеризуется образец тимьяна байкальского, произрастающий в разнотравно-перистоковыльном фитоценозе (1,29 %) и (0,68 %) соответственно, минимальным - образцы №6 (таволго-миндалевый - 0,33 %) и №4 (низкотравно-вострецовый - 0,12 %) (табл.7).

Наибольшее содержание меди и цинка обнаружено в образце тимьяна байкальского из холоднополынно-злакового фитоценоза и вострецово-осокового (5,12 и 28,69 мг/кг соответственно) и наименьшее - в таволго-миндалевом фитоценозе (1,97 и 5,33 мг/кг).

Таблица 7

Содержание макро- и микроэлементов в надземной части Thymus baicalensis в разных фитоценозах (фаза цветения)

№ % Содержание микроэлементов, мг/кг

Са Mg Си Zn Мп Fe Сг Со Ni

1 0,76± 0,23± 5,12± 20,3 6± 63,33± 34,52± 2,34± 1,24± 0,52±

1,63 0,35 0,24 0,09 0,18 1,72 0,34 0,51 0,91

2 0,69± 0,18± 4,95± 19,08± 40,01± 44,55± 2,01± 0,96± 0,49±

0,06 0,05 0,64 0,11 0,87 0,43 0,49 0,24 0,45

3 0,43± 0,68± 2,05± 9,63± 6,88± 24,74± 1,12± 1,25± -

0,72 0,67 0,59 1,56 0,67 1,54 0,78 0,42

4 1,22± 0,12± 2,66± 8,49± 15,19± 26,52± 4,57± 0,29± -

0,16 0,09 0,98 1,13 0,35 1,87 0,51 0,46

5 1,29± 0,12± 1,99± 10,12± 13,20± 3,98± 2,3 9± 1,19± -

0,11 0,64 0,45 1,73 1,56 1,43 0,92 0,34

6 0,33± 0,3 7± 1,97± 5,33± 15,07± 13,25± 3,32± 0,98± -

0,98 0,35 0,25 0,99 1,23 1,64 0,46 0,56

7 0,91± 0,16± 4,54± 28,69± 19,18± 12,89± 0,29± 0,97± 0,59±

1,16 0,43 0,67 0,43 1,45 1,76 0,32 0,11 0,86

8 0,71± 0,53± 3,48± 11,11± 14,29± 19,13± 3,97± 0,78± 0,89±

0,94 0,72 0,48 0,75 1,24 1,64 0,81 0,13 0,58

Примечание: 1 -холоднополынно-злаковый, 2-вострецово-крыловоковыльный, 3-мелкотравно-ленскотипчаковый, 4-низкотравно-вострецовый, 5-разнотравно-перистоковыльный, 6-таволго-миндалевый, 7-вострецово-осоковый, 8-разнотравно-алтайсколуковый;

прочерк (-) означает, что содержание данного элемента ниже предела обнаружения.

Железо и марганец являются элементами - антагонистами (Школьник, 1974). Они тесно взаимосвязаны в метаболических процессах, и для нормального развития растений их соотношение должно быть в пределах 1,52,5 (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Соотношение элементов в надземной фитомассе тимьяна байкальского в вострецово-крыловоковыльном фитоценозе составляет 1,1; для образца №3 (мелкотравно-ленскотипчаковый ) -3,6; для образца №4 (низкотравно-вострецовый) - 1,8; для образца №8 (разнотравно-алтайсколуковый) - 1,3.

Содержание хрома и кобальта в исследуемых образцах широко варьирует в зависимости от места сбора Содержания никеля варьирует незначительно, в образцах №3 - №6 содержание данного элемента ниже предела обнаружения (табл. 7).

Таким образом, тимьян байкальский характеризуется различным содержанием макро- и микроэлементов в растениях, собранных в разных фитоценозах.

Содержание элементов в растениях тимьяна байкальского соответствуют критериям, установленным для укосов растений и в растительных кормах (Критерии..., 1992), токсические элементы отсутствуют, что свидетельствует о доброкачественности сырья по минеральному составу.

Выводы

1. Thymus baikalensis Serg. - широко распространенный вид в степных ландшафтах Байкальской Сибири и Северной Монголии, входит в состав мелкотравно-ленскотипчаковых, низкотравно-вострецовых, злаково-разнотравно-солодковых, таволго-миндалевых, холоднополынно-злаковых, разнотравно-перистоковыльных, вострецово-осоковых, востре-цово-крыловоковыльных, разнотравно-нителистниковых, разнотравно-алтайско-луковых фитоценозов. Наибольшая плотность запасов сырья Т. baicalensis 33,8 г/м2 - в вострецово-осоковом сообществе.

2. Основными компонентами эфирного масла Thymus baicalensis флоры Байкальской Сибири и Северной Монголии являются л-цимол, у-терпинен, борнеол, а-терпинеол, терпинеол-4, тимол, карвакрол. Анализ данных методом главных компонент показал, что по составу эфирного масла каждый вид тимьяна отграничен от другого и основное отличие в количественном соотношении ароматических фенолов - тимола и карвакрола.

3. Количественный состав основных компонентов эфирного масла Thymus baicalensis зависит от фитоценотической приуроченности. Качественный состав доминирующих компонентов тимьяна байкальского Thymus baicalensis эфирного масла остается постоянным, но их количественное содержание изменяется в зависимости от экстремальности погодных условий и в ходе фенологического развития. Установлена прямая зависимость между коэффициентом экстремальности гидротермических условий и выходом эфирного масла

4. В надземной части тимьяна байкальского определено количественное содержание 11 минеральных элементов. На макро- и микроэлементный состав тимьяна байкальского влияет фитоценотическая приуроченность и фенологическое развитие растения.

5. Несмотря на широкое распространение Thymus baicalensis на территории Байкальской Сибири и Северной Монголии, запасы его ограничены и требуется контроль за выполнением норм заготовки сырья.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК: ' 1. Жигжитжапова C.B. Химический состав эфирного масла тимьяна байкальского Thymus baikalensis Serg., произрастающего в Забайкалье / C.B. Жигжитжапова, А.Н. Рабжаева, И.В. Звонцов, Л.Д. Раднаева // Химия растительного сырья. - 2008. - №1. - С. 73-76.

2. Жигжитжапова C.B. Сравнительная оценка компонентного состава эфирных масел Thymus baicalensis Serg. и Thymus sibiricus (Serg.) Klok. Et. Shost. / C.B. Жигжитжапова, А.Н. Рабжаева, И.В. Звонцов, Л.Д. Раднаева// Растительные ресурсы. - 2008. - Т. 44. Вып. 3. -С.90-91.

В других изданиях:

3. Раднаева Л.Д. Сравнительная оценка химического состава эфирного масла Thymus baicalensis Serg., произрастающего на территории Бурятии и Монголии» / Л.Д. Раднаева, А.Н. Рабжаева, C.B. Жигжитжапова, И.В. Звонцов // Вестник БГУ. - 2008. - С.63-66.

4. Жигжитжапова C.B. Исследование химического состава эфирного масла Thymus baikalensis Serg. Сб. науч. тр. Серия: Химия и биологически активные природные соединения» / C.B. Жигжитжапова, А.Н. Рабжаева, И.В. Звонцов, Л.Д. Раднаева. - Улан-Удэ, 2006. - С. 13.

5. Жигжитжапова C.B. Состав эфирного масла тимьяна байкальского Thymus baikalensis Serg. / C.B. Жигжитжапова, А.Н. Рабжаева, И.В. Звонцов, Л.Д. Раднаева // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: материалы III Всероссийской конференции. - Барнаул, 2007. - С. 20.

6. Рабжаева А.Н. Эфирные масла растений рода Thymus L. флоры Бурятии и Монголии / А.Н. Рабжаева, Л.Д. Раднаева, C.B. Жигжитжапова // Проблемы устойчивого развития региона: материалы IV школы-семинара молодых ученых России. - Улан-Удэ, 2007. - С. 149-150.

7. Рабжаева А.Н. Состав эфирного масла Thymus baikalensis Serg. / А.Н. Рабжаева, C.B. Жигжитжапова, Л.Д. Раднаева, И.В. Звонцов // Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресур-

сами и создание функциональных продуктов: материалы IV Рос. науч,-практ. конф. (6-7 июня 2007 г.). - М., 2007. - С. 111.

8. Рабжаева А.Н. Эфирные масла рода тимьян, произрастающих в Бурятии / А.Н. Рабжаева, C.B. Жигжитжапова, Л.Д. Раднаева // Современные проблемы этноэкологии и традиционного природопользования: материалы Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, посвященной 75-летию БГУ (6-7 декабря 2007 г.). - Улан-Удэ, 2007. - С.123-124.

9. Рабжаева А.Н. Эфирные масла растений рода Thymus L. флоры Бурятии и Монголии / А.Н. Рабжаева, Л.Д. Раднаева, C.B. Жигжитжапова // Материалы международной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Ломоносов-2008». - М., 2008. - С.56.

10. Рабжаева А. Н., Жигжитжапова C.B., Раднаева Л.Д.. Эфирные масла Thymus baikalensis Serg. и Thymus sibiricus Serg. / А.Н. Рабжаева, C.B. Жигжитжапова, Л.Д.Раднаева // Фундаментальные науки - медицине: сб. тезисов науч. конф. (Россия, 2-5 сентября 2008 г.). - Новосибирск, 2008.-С.30.

11. Zhigzhitzhapova S.V. Use and composition of the essential oils of Thymus from Buryatia / S.V. Zhigzhitzhapova, A.N. Rabzhaeva, L.D. Radnaeva // Традиционная медицина: состояние и перспективы дальнейшего развития: III Междунар. конф. (18-22 августа 2008 г., Россия). - Улан-Удэ, 2008.-С. 34.

12. Жигжитжапова C.B. Сравнительный анализ эфирного масла некоторых видов тимьянов Бурятии и Монголии / C.B. Жигжитжапова, А.Н. Рабжаева, Л.Д. Раднаева, С.А. Холбоева // Вестник БГУ, 2009. - С. 46.

13. Жигжитжапова C.B., Рабжаева А.Н., Раднаева Л.Д., Шатар С. Особенности накопления и состав эфирных масел тимьянов Бурятии и Монголии в зависимости от природных условий / C.B. Жигжитжапова, А.Н. Рабжаева, Л.Д. Раднаева, С. Шатар // Байкальская Азия. - Улан-Удэ: Изд-во БНЦ, Изд. Дом «Экое», 2009. - С. 122-125 .

14. Zhigzhitzhapova S.V. Essential oils of Thymus L. of Buryatia and Mongolia. / S.V. Zhigzhitzhapova, L.D. Radnaeva, A.N. Rabzhaeva, S. Shatar // International Studies on the Essential Oils and Bioactive Constituents of Aromatic and Medicinal Plants from the Mongolia. - Ulaanbaatar, 2009. -P. 38-40.

Подписано в печать 19.02.10. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,39. Тираж 100. Заказ 675.

Издательство Бурятского госуниверситета 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24 а