Биологически активные вещества дикорастущих и интродуцированных растений Allium schoenoprasum L. на европейском северо-востоке России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.14, кандидат биологических наук Бешлей, Игорь Васильевич

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Бешлей, Игорь Васильевич

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Род Allium: классификация, распространение

и видовое разнообразие

1.2. Метаболиты растений рода Allium и их значение для человека

1.2.2. Азот, азотистые вещества, аминокислоты

1.2.4. Эфирные масла

1.2.5. Фенольные вещества

1.2.7. Стероидные гликозиды

1.3. Макро- и микроэлементы в составе растений Allium

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объект исследования

2.2. Методы исследования

2.2.1. Экстракция растительного сырья

2.2.2. Получение метиловых эфиров жирных кислот

2.2.4. Гидролиз суммы стероидных гликозидов

2.2.4. Определение жирнокислотного состава нейтральных липидов

2.2.5. Определение общего азота и протеиногенных аминокислот

2.2.6. Определение содержания макро- и микроэлементов

2.2.7. Определение противоопухолевой активности экстрактов

из листьев растения A. schoenoprasum

2.2.8. Статистическая обработка результатов

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Характеристика образцов лука А. яскоепоргахит флоры РК

3.2. Липиды, их компонентный и жирнокислотный состав

3.2.1. Нейтральные липиды

3.2.2. Высшие жирные кислоты в составе нейтральных липидов

3.2.3. Стерины в составе нейтральных липидов

3.3. Содержание стероидных гликозидов

3.4. Азотистые вещества в составе А. зскоепоргаБит

3.5. Содержание макро- и микроэлементов в А. БсНоепоргазит

3.6. Исследование противоопухолевой активности

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АК - аминокислоты

БАВ - биологически активные вещества

БС - Ботанический сад Института биологии Коми НЦ УрО РАН

ВЖК - высшие жирные кислоты

ВСЭЛ - водно-спиртовый экстракт из лука

ВФК - ванилин-фосфорная кислота

ВЭЖХ — высокоэффективная жидкостная хроматография ВЭЛ - водный экстракт из лука КХ - колоночная хроматография КЭ - карцинома Эрлиха

ЛББ - лаборатория биохимии и биотехнологии

м.т.ж. - масса тела животного

НЛ - нейтральные липиды

НФ - нормально-фазовая ВЭЖХ

ОЛ - общие липиды

ОФ - обращено-фазовая ВЭЖХ

ПАК - протеиногенные аминокислоты

ПНЖК - полиненасыщенные высшие жирные кислоты

РК - Республика Коми

Р.К. - сортовой образец А. Бскоепоргаяит су. Ргагэка Кга^уа

С 16:0 - пальмитиновая кислота

С 18:0 - стеариновая кислота

С 18:1 - олеиновая кислота

С 18:2 - линолевая кислота

С 18:3 - линоленовая кислота

С20:0 - арахиновая кислота

СГ - стероидные гликозиды

СпГ - спиростаноловые гликозиды

ССГ - сумма стероидных гликозидов

СФ - стериновая фракция HJI

СЭВ - сумма экстрактивных веществ

ТРО - торможение роста опухоли

ТСХ - тонкослойная хроматография

ФГ - фуростаноловые гликозиды

FR - форма A. schoenoprasum f. Roseum

MeSeCys - селенометил селеноцистеин

Rf- коэффициент подвижности

tR - время удерживания

VM - разновидность A. schoenoprasum var. major y-Glu-MeSeCys - гамма-глутамил селенометил селеноцистеин

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Биологические ресурсы», 03.02.14 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биологически активные вещества дикорастущих и интродуцированных растений Allium schoenoprasum L. на европейском северо-востоке России»

Актуальность темы. Растения рода Allium - лук, с каждым годом привлекают все большее внимание исследователей, так как обладают присущей высшим растениям уникальной особенностью синтезировать огромное количество разнообразных вторичных метаболитов, обладающих, как правило, биологической активностью. Как было доказано, вещества, входящие в состав лука, ингибируют рост опухолей и микробных клеток, снижают риск заболевания раком, улавливают свободные радикалы и защищают человека от сердечно-сосудистых заболеваний, что связывают с наличием серосодержащих соединений и флавоноидов (Ly et al., 2005). В литературе неоднократно отмечались высокие антиоксидантные свойства многолетних луков, обусловленные как наличием специфических химических форм селена, так и высокими концентрациями витаминов Е, С и флавоноидов (Clark et al., 1996). Давно известны антицинготные свойства представителей этого рода. В официальной медицине существует набор препаратов, созданных на основе экстрактов из лука репчатого Allium сера L. и чеснока A sativum L., влияющих на моторику желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистую систему (Червяков и др., 1977; Лютомски, 1980; Машковский, 1984). Из чеснока A. sativum был получен препарат сативин, обладающий терапевтическим эффектом при лечении желудочно кишечных инфекций, гнойных конъюнктивитов пневмококкового происхождения, и аллицин - природный антибиотик широкого спектра действия. Препарат аллилчеп, представляющий собой спиртовую вытяжку из лука репчатого, применяется при атонии кишечника, колитах, атеросклерозе, усиливает двигательную и секреторную деятельность желудочно-кишечного тракта, расширяет сосуды и улучшает деятельность сердца. Препарат обладает фитонцидными свойствами. Многие лекарственные свойства луков

связывают с присутствием в них стероидных гликозидов (Nuutila et al., 2003; Kawashima et al., 1993).

Согласно современным данным на территории России и сопредельных государств произрастает 332 вида лука (Черепанов, 1995). В Республике Коми встречаются лишь три вида, среди которых самый широкий ареал распространения имеет A. schoenoprasum L. (лук скорода, резанец, шнитт), произрастающий практически на всей территории республики. Однако, несмотря на широкое распространение и многовековое использование шнитт-лука в пищу человеком, его химический состав недостаточно хорошо изучен, а сведений о содержании в нем таких важных классов биологически активных веществ (БАВ), как липиды, высшие жирные кислоты (ВЖК), недавно обнаруженные в некоторых представителях этого рода стероидные гликозиды, в научной литературе нет. Недостаточно исследовано и содержание макро- и микроэлементов в этом виде лука.

Исследование практически ценных природных соединений в растениях является одной из ключевых задач ботанического ресурсоведения. Под биологическими ресурсами понимают все живые компоненты биосферы, образующие окружающую природную среду. Согласно современной трактовке перед направлением «биологические ресурсы» стоят задачи расширения биоресурсной базы и развития биотехнологий, оптимизирующих управление ресурсами природных и искусственно созданных биосистем. В соответствии с новой концепцией управления биологическими ресурсами, отвечающей актуальным проблемам сохранения биологического разнообразия и природного баланса в современных условиях развития страны, разработанной Отделением общей биологии РАН, представители рода Allium можно отнести к одной из трех категорий биологических ресурсов, представляющих важную часть сырьевого потенциала страны, которые могут быть вовлечены в хозяйственную деятельность в качестве

продуктов питания и лекарственных препаратов и служить сырьем для промышленности.

Известно, что уровень и характер накопления БАВ в растениях зависит от многих факторов - климатических условий региона выращивания, географического положения, экологических условий произрастания и культивирования, состава и свойств почвы, агротехнических приемов и др. (Казакова, 1978; Черемушкина, 1992; Тухватуллина, 2010). Учитывая обширность территории республики и широкое разнообразие ее физико-географических условий, можно ожидать большой изменчивости как в компонентном составе БАВ, так и в их содержании. Первостепенное значение при этом имеет изучение динамики накопления БАВ и микронутриентов и определение фенофазы, отвечающей за их максимальное накопление. Поэтому всестороннее и детальное изучение химического состава лука А. schoenoprasum, высокая антиоксидантная активность которого была обнаружена рядом авторов (Steiner et al., 2004; 2011), имеет важное теоретическое и практическое значение.

Цель работы: Целью настоящей работы является комплексное исследование содержания важнейших групп БАВ и микронутриентов (нейтральных и фосфолипидов, стеринов, высших жирных кислот, протеиногенных аминокислот, стероидных гликозидов, микро- и макроэлементов) в дикорастущих и культивируемых образцах лука А. schoenoprasum, мониторинг их накопления в растении, а также изучение некоторых аспектов физиологической активности.

1. Эколого-ценотическая характеристика местообитаний

А. schoenoprasum на территории Республики Коми.

2. Определение содержания и компонентного состава важнейших групп БАВ и микронутриентов в дикорастущих и культивируемых растениях A. schoenoprasum L. и мониторинг их накопления.

3. Выявление зависимости содержания и компонентного состава БАВ от происхождения, фазы развития и эколого-географических условий произрастания.

4. Изучение физиологических свойств субстанций из лука A. schoenoprasum с целью создания фармакологических композиций антиоксидантной и противоопухолевой направленности.

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

Впервые из лука A. schoenoprasum выделены важнейшие группы БАВ и микронутриентов - нейтральные липиды (HJ1) и фосфолипиды (ФЛ), стерины, ВЖК, стероидные гликозиды спиростанолового и фуростанолового ряда, протеиногенные аминокислоты, проведен мониторинг их накопления в растении, выявлена зависимость содержания и компонентного состава БАВ от происхождения, фазы развития, эдафических и эколого-географических

условий произрастания. Проведен сравнительный анализ содержания и компонентного состава макро- и микроэлементов в культурных и природных образцах A. schoenoprasum из географически удаленных районов Республики Коми.

Предварительные экспериментальные исследования

противоопухолевого потенциала показали, что водный и водно-спиртовый экстракт листьев лука проявляют тенденцию к ингибированию роста подкожно перевиваемой карциномы Эрлиха у мышей-самцов BDF на стадии ее интенсивного развития.

Положения, выносимые на защиту:

1. Впервые из растения A. schoenoprasum выделены HJ1, основными компонентами которых являются стерины и их эфиры, ВЖК и их эфиры, моно- ди- и триацилглицерины. Эссенциальные ВЖК, входящие в состав НЛ, имеют строго специфическое распределение по частям растения. Доминирующей в семенах, соцветиях, а также в луковицах и корнях является линолевая кислота. Для листьев характерно высокое содержание линоленовой и линоленовой кислот. Олеиновая кислота накапливается в соцветиях, семенах и покровных чешуях.

2. С помощью методов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и хромато-масс-спектрометрии показано, что основным компонентом стериновой фракции является ситостерин, в минорных количествах содержатся холестерин, кампестерин и стигмастерин.

3. Впервые из шнитт-лука выделены стероидные гликозиды спиростанолового и фуростанолового ряда. Методами хроматографии (тонкослойной хроматографии, ВЭЖХ) и хромато-масс-спектрометрии идентифицированы два фуростаноловых гликозида - дельтозид и протодиосцин, спиростаноловый гликозид дельтонин и генин большинства стероидных гликозидов диосгенин.

4. Установлено, что лук А. эскоепоргаБит является аккумулятором целого ряда важных для человека макро- и микроэлементов с определенными закономерностями распределения их по частям растения. Влияние комплекса эколого-географических условий произрастания и почвенно-климатических факторов экотопов проявляется в большой вариабельности концентрации элементов. Высокое содержание Сг и 8е, антиоксидантным и антиканцерогенным свойствам которого в последнее время уделяется большое внимание, позволяет отнести этот вид лука к перспективным объектам фармаконутриентологии.

5. Водный и водно-спиртовый экстракт листьев лука проявляют тенденцию к ингибированию роста подкожно перевиваемой карциномы Эрлиха у мышей-самцов ВБР на стадии ее интенсивного развития.

Практическая значимость: Результаты, полученные в работе, вносят вклад в изучение биохимического состава ресурсного вида А. хскоепоргазит и подтверждают его изменчивость от различных биотических и абиотических факторов произрастания. Месторасположения дикорастущих популяций шнитт-лука, определенные в ходе полевых исследований, могут быть использованы при составлении карт ареала данного вида. Выявленная биологическая активность экстрактов лука А. яскоепоргшит позволяет рекомендовать дальнейшие исследования этого растения на онкопротекторное и ранозаживляющее действие с целью создания фармакологических композиций противоопухолевой направленности.

Апробация работы: Материалы диссертации были представлены на Х1Н-ХУ1 Всероссийских молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2005-2009); Четвертой Международной научной конференции «Биологическое разнообразие. Интродукция растений» (Санкт-Петербург, 2007); X Международном симпозиуме «Эколого-популяционный анализ полезных растений:

интродукция, воспроизводство, использование» (Сыктывкар, 2008); Международном симпозиуме «Липиды и оксилипины растений» (Казань, 2008); Всероссийской конференции «Новые достижения химии и химической технологии растительного сырья», (Барнаул, 2009); Международном симпозиуме «Экология арктических и приарктических территорий» (Архангельск, 2010) и 2-й ежегодной Русско-Корейской конференции "Current issues of natural products chemistry and biotechnology" (Новосибирск, 2010).

Публикации: По материалам работы было опубликовано 21 печатная работа, из них 7 статей в реферируемых журналах из перечня ВАК.

Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю, ведущему научному сотруднику лаборатории биохимии и биотехнологии, к.х.н. Ширшовой Т.И. за неоценимую помощь и поддержку на всех этапах выполнения работы, заведующему лабораторией, д.б.н. В.В. Володину за постоянную поддержку при выполнении работы, старшему научному сотруднику НИИ питания РАМН (Москва), д.б.н. Голубкиной Н.А. за выполнение анализа почвенных и растительных образцов на содержание селена, сотрудникам лаборатории «Экоаналит» Зубковой Л.Р., Естафьевой А.Г., Бадулиной Н.В., Адамовой Л.И. за выполнение анализов на содержание протеиногенных аминокислот, макро- и микроэлементов, старшему научному сотруднику этой же лаборатории, к.х.н. Груздеву И.В. за проведение газо-жидкостной хроматографии и хромато-масс-спектрометрии, старшему научному сотруднику Отдела флоры и растительности Севера, к.б.н. Тетерюк Л.В. и научному сотруднику этого отдела, к.б.н. Каневу В.А. за представление дикорастущих образцов и геоботанических описаний их местообитаний.