Углеводный состав растений представляет собой весьма сложную смесь: редуцирующие сахара, олигосахариды, полисахариды, пектиновые вещества, гемицеллюлоза и остатки растительных тканей (целлюлозы). Известно, что лекарственное растительное сырье при достаточной фармакологической активности легко усваивается организмом, обладает меньшей токсичностью и аллергенностью. Приоритетным направлением в изучении углеводов является поиск новых источников полисахаридов и их производных, которые обладают высокой физиологической активностью [1, 2].
Установленные фармакологические эффекты водорастворимых полисахаридов связаны, в частности, с наличием фруктозосодержащих углеводов – глюкофруктанов. В наших предыдущих работах были описаны исследования по изучению углеводного состава родов Cousinia, а также структуры, свойств и практического применения глюкофруктанов выделенных из этих растений [3, 4].
Цель работы: изучение углеводного состава и особенностей накопления полисахаридов в растениях Cousinia ninae Juz, произрастающих в Кыргызстане.
Материалы и методы исследования
На территории Кыргызстана встречается 73 вида растений рода Cousinia относящиеся семейству Сложноцветных, что составляет более 30 % их видового содержания в СНГ [5]. Растения С. ninae Juz является одним из представителей этого рода.
С. ninae Juz – сорные, колючие, двухлетние растения высотой 20–70 см, которые растут обычно сплошными зарослями в пустырях, пастбищах и сенокосах. В настоящее время они не находили существенного применения.
По литературным данным растения С. ninae Juz содержат в основном глюкофруктан, мономерный состав которого состоит из глюкозы и фруктозы.
Образцы растительного сырья собраны в Чуйской и Ферганской долинах. Воздушно-сухие, измельченные корни (к) и надземную часть (н/ч) растений обрабатывали 82 % и 96 %-ным этанолом для удаления низкомолекулярных соединений, красящих веществ и влаги. Моно- и олигосахариды извлекали экстракцией этанолом, мономерный состав определяли кислотным гидролизом, а с помощью бумажной хроматографии (БХ) идентефицировали глюкозу и фруктозу.
Из состава растения последовательно выделяли спирторастворимые сахара (ОС), водорастворимые полисахариды (ВРПС), пектиновые вещества и гемицеллюлозу (ГЦ) [6].
Результаты исследования и их обсуждение
В корнях и надземных частях растений в зависимости от периода вегетации было определено содержание углеводов. Полученные результаты представлены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, в фазе бутонизации количество олигосахаридов в корнях этих растений достигает максимума – 6,9 %, а полисахаридов в фазе цветения – плодоношения – 10,9 % и 16,4 %. В надземных частях в фазе бутонизации содержание олигосахаридов достигает 3,2 %.
Таким образом, было установлено: накопление глюкофруктанов значительно меняется в течение вегетационного периода, что связано с различной интенсивностью процессов роста и развития растений. В период отрастания (розеточная форма) содержание полисахаридов очень низкое, максимальное их накопление отмечается в период цветения и плодоношения, а к концу вегетационного периода их концентрация заметно снижается. А содержание олигосахаридов преобладает в фазе бутонизации. Содержание же редуцирующих сахаров в корнях и надземной части невелико. Кроме того, на содержание углеводов оказывают влияние как погодно-климатические условия, так и почвенный состав. Также было установлено, что между содержанием углеводов в растениях и местом их произрастания существует прямая зависимость (табл. 2).
При изучении изменения количества углеводов в течение года было определено, что в количественном отношении содержание углеводов в корнях растений меняется на протяжении всего периода вегетации. Даже в зимний период углеводы не исчезают. В период бутонизации содержание олигосахаридов достигает максимума – 6,9 %, а в это же время количество полисахаридов снижается до 6,4 %. Определено, что с увеличением количества полисахаридов в фазе цветения наблюдается уменьшение содержания олигосахаридов до 4,2 %. Содержание же пектинов и гемицеллюлоз по мере роста растений увеличивается, достигая максимума в фазе цветения и плодоношения, затем снижается равномерно до фазы покоя.
Таблица 1
Содержание углеводов в зависимости от периода вегетации растений С. ninae Juz
|
Фаза развития |
Части растений |
МС % |
ОС % |
ПС % |
ПВ % |
ГЦ % |
|
Розеточная форма |
К |
0,7 |
3,3 |
3,4 |
2,2 |
1,8 |
|
н/ч |
1,1 |
2,0 |
1,1 |
1,0 |
1,2 |
|
|
Бутонизация |
К |
0,9 |
6,9 |
6,4 |
3,2 |
4,8 |
|
н/ч |
1,7 |
3,2 |
1,4 |
1,3 |
2,2 |
|
|
Цветение |
К |
0,7 |
5,5 |
10,9 |
3,6 |
5,6 |
|
н/ч |
0,4 |
2,5 |
1,1 |
1,2 |
3,0 |
|
|
Плодоношение |
К |
0,6 |
4,2 |
16,4 |
3,2 |
5,4 |
|
н/ч |
0,4 |
2,1 |
1,0 |
1,0 |
3,1 |
Таблица 2
Изменение содержания углеводов в зависимости от места произрастания растений С. ninae Juz (фаза цветения)
|
Место отбора проб |
Часть растения |
МС % |
ОС % |
ПС % |
ПВ % |
ГЦ % |
|
Кок-Бель (перевал) |
к |
0,5 |
2,5 |
15,9 |
1,7 |
3,1 |
|
н/ч |
1,0 |
2,4 |
1,7 |
0,9 |
2,7 |
|
|
Торкент (село) |
к |
1,1 |
5,3 |
12,7 |
2,0 |
3,7 |
|
н/ч |
1,3 |
2 2 |
0,9 |
2,1 |
1,9 |
|
|
Уч-терек (село) |
к |
1,4 |
6,2 |
14,3 |
2,1 |
3,9 |
|
н/ч |
0.6 |
1,9 |
2,1 |
2,3 |
2,2 |
|
|
Таш-мойнок (перевал) |
К |
1,7 |
5,2 |
16,5 |
2,7 |
4,1 |
|
н/ч |
1,5 |
1,4 |
1,2 |
1,9 |
0,2 |
|
|
Сосновка (село) |
к |
1,0 |
6,9 |
14,4 |
2,6 |
4,3 |
|
н/ч |
0,6 |
1,7 |
1,7 |
1,7 |
2,1 |
|
|
Александровка (село) |
к |
1,5 |
5,4 |
12,9 |
2,9 |
4,1 |
|
н/ч |
0,9 |
1,4 |
2,1 |
1,9 |
2,0 |
Таблица 3
Углеводный состав растения С. ninae Juz в течение года
|
Время года |
Фаза развития |
Содержание углеводов, % |
||||
|
МС |
ОС |
ПС |
ПВ |
ГЦ |
||
|
Январь |
Покой |
0,7 |
2,9 |
6,2 |
2,1 |
2,5 |
|
Февраль |
Покой |
0,7 |
3,0 |
6,3 |
2,2 |
2,5 |
|
Март |
Пробуждение |
0,9 |
7,6 |
6,9 |
2,7 |
2,6 |
|
Апрель |
Розетка |
1,2 |
4,9 |
7,5 |
3,1 |
2,9 |
|
Май |
Бутонизация |
U |
6,9 |
6,4 |
3,9 |
3,1 |
|
Июнь |
Цветение |
U |
4,2 |
10,9 |
4,2 |
4,0 |
|
Июль |
Плодоношение |
0,7 |
4,0 |
11,6 |
4,2 |
4,1 |
|
Август |
Плодоношение |
0,7 |
4,0 |
16,9 |
4,2 |
4,1 |
|
Сентябрь |
Отмирание н/ч |
0,6 |
2,7 |
9,0 |
4,2 |
4,0 |
|
Октябрь |
Начало покоя |
0,4 |
2,6 |
8,0 |
4,0 |
3,7 |
|
Ноябрь |
Покой |
0,5 |
2,6 |
7,7 |
3,9 |
3,3 |
|
Декабрь |
Покой |
0,6 |
2,7 |
7,0 |
3,0 |
2,7 |
В стадии покоя происходит процесс синтеза более высокомолекулярных водорастворимых полисахаридов до максимального уровня к началу новой вегетации. В табл. 3 представлены результаты изучения углеводного состава растения С. ninae Juz в течение года.
На примере изучения эндемного С. ninae Juz показано, что состав его корней представлен весьма сложной смесью (табл. 4).
Кроме того, были проведены работы по изучению влияния погодно-климатических условий на содержание углеводов. Изучение проводилось на двухлетних растениях С. ninae Juz в период 2015–2016 и 2017– 2018 гг. Образцы растений, корни и надземную часть брали в одном и том же месте произрастания. Нами были установлены особенности изменения суммы олигосахаридов в зависимости от погодных условий. Так как сезоны 2016 и 2018 гг. по сравнению с предыдущими были аномально засушливыми, было замечено, что в корнях и надземной части растений происходило увеличение содержания суммы углеводов (табл. 5).
Таблица 4
Химический состав корней С. ninae Juz
|
Химический состав |
%, от массы корня |
|
Сухие вещества |
45,3 |
|
Вода |
7,2 |
|
Общий сахар, в том числе: |
30,2 |
|
Моносахариды |
1,2 |
|
Олигосахариды |
6,7 |
|
Полисахариды |
12,9 |
|
Пектиновые вещества |
4,2 |
|
Г емицеллюлоза |
5,2 |
|
Несахаристые вещества, в том числе: |
|
|
Азот |
1,4 |
|
Зола |
5,9 |
|
Дубильные вещества |
2,1 |
|
Смола (красящие вещества) |
1,2 |
|
Жиры |
1,5 |
|
Сесквитерпеновые лактоны |
0,3 |
|
Белковые вещества |
1,75 |
|
Каучук |
0,25 |
Таблица 5
Зависимость углеводного состава С. ninae Juz от климатических условий
|
Исследуемый орган |
Фаза развития |
Год сбора (сумма углеводов) |
|||
|
2015 |
2016 |
2017 |
2018 |
||
|
к |
Бутонизация |
29,6 |
33,0 |
30,4 |
32,9 |
|
н/ч |
-II- |
24,2 |
27,2 |
23,2 |
26,8 |
|
к |
Цветение |
34,0 |
38,1 |
33,2 |
37,3 |
|
н/ч |
-II- |
22,2 |
24,1 |
21,7 |
24,6 |
|
к |
Плодоношение |
29,9 |
33,6 |
35,5 |
36,8 |
|
н/ч |
-//- |
20,2 |
22,8 |
19,8 |
22,2 |
|
к |
Отмирание |
29,0 |
31,2 |
26,3 |
29,5 |
|
н/ч |
-II- |
17,1 |
20,3 |
17,0 |
19,7 |
Таблица 6
Зависимость выхода глюкофруктанов от массы корней
|
Масса сырого корня |
Моносахариды, % |
Олигосахариды, % |
Глюкофруктаны, % |
Общий сахар |
ГФ от общего сахара, % |
|
500 |
1,3 |
13,7 |
30,00 |
45,00 |
66,04 |
|
800 |
1,25 |
7,79 |
35,00 |
44,34 |
44,26 |
|
100 |
0,5 |
7,00 |
38,50 |
46,00 |
83,70 |
|
120 |
0,55 |
6,80 |
41,00 |
48,35 |
84,78 |
Таблица 7
Распределение углеводов по длине корня растений
|
Исследуемая часть корня |
МС, % |
ОС, % |
Глюкофруктаны, % |
Общий сахар, % |
Глюкофруктаны от общего сахара, % |
|
Корневище (головка) шейка, 6 см длины |
0,50 |
8,20 |
32,10 |
40,80 |
78,67 |
|
Основание корня с корневищем |
0,55 |
9,00 |
37,56 |
47,05 |
79,70 |
|
Длина от начала подземных органов: 10 см 20 см 38 см |
0,35 1,22 1,13 |
9,80 13,28 11,94 |
37,34 36,90 36,40 |
47,40 51,40 49,11 |
78,13 71,78 74,11 |
|
Боковые корни |
1,13 |
7,80 |
35,26 |
44,28 |
79,62 |
Наблюдения в течение ряда лет за ростом С. ninae Juz позволили сделать вывод о накоплении углеводов в зависимости от биологических особенностей растений. Установлено, что содержание углеводов зависит от места произрастания, качества почвы и влажности. Причем замечено, что с увеличением количества влаги повышается содержание олигосахаридов (фаза бутонизации), но снижается количество полисахаридов.
Продолжая исследования растений, изучена зависимость выхода глюкофруктанов от массы корней растений (табл. 6).
Как видно из табл. 6, наибольшее количество глюкофруктанов содержится в корнях массой 120 г. С увеличением массы содержание глюкофруктанов в них уменьшается и достигает минимума, так как большинство корней обычно бывают подгнившими.
Далее было проведено изучение распределения содержания глюкофрутанов по длине корня (табл. 7).
Результаты исследования показали, что наибольшая локализация глюкофруктанов происходит в верхней части корня (до 15 см его длины). Поэтому заготовку корней надо осуществлять с неполным выкапыванием корня, а только на глубине более 20 см. Это предохранит почву от эрозии, а их оставшихся корней произойдет отрастание новых побегов. Боковые корни содержат до 36 % глюкофруктанов, и при заготовке их тоже надо выкапывать на глубине не более 20 см.
Исследования показали, что в подземных органах растений количество глюкофруктанов во внутренних древесных тканях больше, чем в наружных. В начале корня (длиной до 10 см) разница между содержанием глюкофруктанов в коре и в середине меньше, чем в нижней части корня.
Показаны различия в количественном содержании и моносахаридном составе выделенных фракций полисахаридов, что может быть связано с индивидуальными особенностями растений.
Выводы
Наблюдения в течение ряда лет за ростом С. ninae Juz позволили сделать вывод о том, что накопление углеводов зависит от периода вегетации и от биологических особенностей растений, что связано с различной интенсивностью процессов роста и развития растений. Установлено, что их содержание зависит от места произрастания, качества почвы и влажности. При исследовании глюкофруктанов определено что наибольшее количество глюкофруктанов содержится в корнях С. ninae Juz в фазе плодоношения.
Результаты, полученные в ходе эксперимента, свидетельствуют о том, что растения С. ninae Juz являются перспективными источниками получения глюкофруктанов и определяют возможности расширения сырьевой базы для получения биологически активных соединений