1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Растительные ресурсы
  4. T. 55, № 4, 2019

Растительные ресурсы, 2019, T. 55, № 4, стр. 528-536

Ценные биологически активные вещества видов Spiraea (Rosaceae) в условиях Республики Коми

Т. И. Ширшова 1, *, А. Н. Смирнова 1, И. В. Бешлей 1, К. Г. Уфимцев 1

1 Институт биологии Коми научного центра УрО РАН
г. Сыктывкар, Россия

* E-mail: shirshova@ib.komisc.ru

Поступила в редакцию 19.06.2019
После доработки 10.07.2019
Принята к публикации 28.08.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведены исследования экстрактов листьев и соцветий семи видов рода Spiraea L. из коллекции Ботанического сада Института биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук (ИБ Коми НЦ УрО РАН) и природной популяции на содержание биологически активных веществ трех групп: нейтральных липидов, сквалена, сапонинов. Наиболее высокое содержание нейтральных липидов обнаружено в листьях S. media, а также S. corymbosa и S. betulifolia. Содержание сквалена в листьях и соцветиях всех образцов незначительно, более высокое обнаружено в листьях S. salicifolia и соцветиях S. media из природной популяции. В растениях большинства видов (S. humilis, S. breauverdiana, S. salicifolia, S. latifolia, S. media) максимальное суммарное содержание экстрактивных веществ, содержащих сапонины, обнаружено в соцветиях (от 1.8 до 8.1% сухой массы), самое высокое содержание найдено в соцветиях S. corymbosa (8.1%) и в листьях и соцветиях S. betulifolia (7.1 и 7.2% соответственно).

Ключевые слова: Spiraea, нейтральные липиды, сквален, сапонины

Род спирея Spiraea L. относится к семейству розоцветных Rosaceae и насчитывает около 100 видов, которые в последнее время вызывают возрастающий интерес как растения с богатым набором биологически активных веществ, проявляющих высокую антиоксидантную активность [1], используемые в народной медицине и имеющие большой ресурсный потенциал [2]. Виды рода спирея Spiraea – листопадные быстрорастущие кустарники, нетребовательные к почвенным условиям. Они зимостойки, цветут с ранней весны до конца лета, сохраняя декоративность долгие годы, хорошо адаптируются к городской среде [3, 4] и могут успешно выращиваться в северных регионах России [5, 6]. Во флоре умеренной зоны Северного полушария насчитывается около 90–100 видов Spiraea [7, 8], во флоре Республики Коми встречается только один вид – спирея средняя Spiraea media [9]. В дендрарии Ботанического сада ИБ Коми НЦ УрО РАН собрана коллекция родового комплекса Spiraea, включающая более 40 видов, форм и сортов разного географического происхождения и возраста.

В последнее десятилетие появилось большое число публикаций, посвященных изучению биологически активных веществ в растениях рода Spiraeа Дальнего Востока России, среди которых лидируют исследования фенольных соединений. В видах дальневосточной спиреи обнаружены фенольные соединения с высокой биологической активностью: флавонолы, флавоны, флаваны, фенолкарбоновые кислоты [1, 10, 11]. Биологическая активность экстрактов некоторых видов рода Spiraea достаточно хорошо изучена. Обнаружена противоопухолевая активность флаванов [12], антимикробная и фитотоксическая активность, связанная с наличием производных фенолкарбоновых кислот [13]. В китайской медицине спиреи применяются как лекарственные растения с анальгетическими, жаропонижающими и противовоспалительными свойствами [14]. Из корней S. japonica китайскими учеными были выделены три новых дитерпеновых алкалоида [15].

В научной литературе упоминается о найденных в различных органах Spiraea сапонинах [1, 16], однако конкретных сведений о структуре этих соединений нам обнаружить не удалось. Как правило, авторы ссылаются на работу А.И. Шретера “Лекарственная флора советского Дальнего Востока” [16], в которой приведена весьма скудная информация об обнаружении в корнях спиреи иволистной следов сапонинов, а в олиственных ветвях спиреи шелковистой – сапонинов с гемолитическим индексом 2500. В работе В.А. Костиковой и Т.М. Шалдаевой приводится количественное содержание сапонинов в листьях (0.5–3.1%) и соцветиях (0.7–5.1%) девяти видов рода Spiraea L., произрастающих на территории Дальнего Востока России, других сведений в работе не приведено [1]. Нет сведений и о содержании таких важных биологически активных веществ, как нейтральные липиды и сквален.

Цель настоящей работы – исследование содержания трех групп биологически активных веществ (нейтральных липидов, сквалена, сапонинов) в листьях и соцветиях семи видов рода Spiraea из коллекции Ботанического сада ИБ Коми НЦ УрО РАН и природной популяции.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объект исследования – культивируемые в дендрарии Ботанического сада ИБ Коми НЦ УрО РАН растения рода Spiraea 7 видов. Все изученные виды представлены многолетними экземплярами генеративного возраста (табл. 1). Описания видов в тексте приведены по секциям рода – Chamaedrion Ser., Calospira C. Koch. и Spiraria Ser. [7], в пределах секции латинские названия даны по алфавиту. Растительный материал для биохимического анализа собирали в 2018 г., в фазе массового цветения. В сухую погоду срезали верхушки побегов (листья и соцветия), сушили под навесом в отсутствие солнечного света. Для сравнительного изучения проанализировали побеги растений местного вида S. media, собранные летом 2018 г. в фазе массового цветения в природной популяции – на левом берегу верхнего течения реки Вычегда, в Усть-Куломском районе Республики Коми, который относится к подзоне средней тайги.

Таблица 1.  

Описание образцов видов рода Spiraea Table 1.  Description of samples of Spiraea species

Виды
Species 		Природный ареал вида
Natural distribution area 		Происхождение исходного образца
Provenance of the sample source plant 		Дата сбора материала, фенофаза
Date of sample collection, phenological phase
Секция Chamaedrion
Chamaedrion sect.
Spiraea media
Спирея средняя 		Европейская часть России (Республика Коми), Сибирь, Средняя Азия, Дальний Восток
European part of Russia (Republic of Komi), Siberia, Middle Asia, Far East 		1938 г., местная флора, Сыктывдинский район Республики Коми (саженцы)
1938, local flora, Syktyvdin district of the Republic of Komi (nursery transplants) 		22.06.2018
Массовое цветение
Mass flowering
S. media
С. средняя 		» » 02.07.2018
Конец цветения
End of flowering
S. media
С. средняя 		» Природная популяция, Усть-Куломский район Республики Коми
Natural population, Ust-Kulom district of the Republic of Komi 		30.06.2018
Массовое цветение
Mass flowering
Секция Calospira
Calospira sect.
S. beauverdiana
С. Бовера 		Восточная Сибирь, Дальний Восток, Восточная Азия, Северная Америка
East Siberia, Far East, East Asia, North America 		1975 г., Архангельск (семена)
1975, Archangelsk (seeds) 		03.07.2018
Массовое цветение
Mass flowering
S. betulifolia
С. березолистная 		Восточная Сибирь, Дальний Восток, Восточная Азия
East Siberia, Far East, East Asia 		1960 г., Ленинград (семена)
1960, Leningrad (seeds) 		03.07.2018
Массовое цветение
Mass flowering
S. corymbosa
С. щитконосная 		Северная Америка
North America 		1975 г., Москва (семена)
1975, Moscow (seeds) 		03.07.2018
Массовое цветение
Mass flowering
Секция Spiraria
Spiraria sect.
S. humilis
С. низкая 		Восточная Сибирь, Дальний Восток, Сахалин
East Siberia, Far East, Sakhalin 		1975 г., Архангельск (семена)
1975, Archangelsk (seeds) 		17.07.2018
Массовое цветение
Mass flowering
S. latifolia
С. широколистная 		Северная Америка
North America 		1975 г., Архангельск (семена)
1975, Archangelsk (seeds) 		20.07.2018
Массовое цветение
Mass flowering
S. salicifolia
С. иволистная 		Средняя Европа, Сибирь, Дальний Восток, Монголия, Восточная Азия, Северная Америка Middle Europe, Siberia, Far East, Mongolia, East Asia, North America 1978 г., Рига (семена)
1978, Riga (seeds) 		12.07.2018
Массовое цветение
Mass flowering

Липидные фракции извлекали трехкратной экстракцией гексаном при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Гексановые экстракты объединяли, фильтровали через складчатый фильтр и упаривали в вакууме при t = 40 oC до полного удаления растворителя. Определяли массу полученных маслообразных остатков гравиметрическим методом (табл. 2). Качественный состав полученных нейтральных липидов (НЛ) определяли методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах “Sorbfil” (Россия, тип сорбента – силикагель ОТХ-1ВЭ, толщина слоя 100 мкм, тип подложки ПЭТФ, размер пластин 10×10 см), используя систему растворителей гексан–диэтиловый эфир–ледяная уксусная кислота в объемных отношениях 73 : 25 : 5. Обнаружение компонентов НЛ осуществляли обработкой высушенных пластин 10%-ным раствором фосфорно-молибденовой кислоты (ФМК) в метаноле с последующим нагреванием при t = 100 °C до появления темно-синих пятен. В качестве стандартов для идентификации НЛ использовали Lipid Standard, Sigma (Швейцария), содержащий: холестерин, олеат холестерина, олеиновую кислоту (С 18 : 1, cis-9), метиловый эфир олеиновой кислоты (С 18 : 1, cis-9), триолеин.

Таблица 2.  

Содержание биологически активных веществ в листьях (числитель) и соцветиях (знаменатель) разных видов рода Spiraea Table 2.  The content of biologically active substances in leaves (numerator) and inflorescences (denominator) of different Spiraea species

Видовое название
Species 		Масса сухого вещества (г)
Dry weight (g)		 Содержание нейтральных липидов
Content of neutral lipids 		Содержание сквалена
в нейтральных липидах
Squalene content in neutral lipids 		Суммарное содержание экстрактивных веществ (сапонины)
Total content of extractives (saponins)
мг (mg) % мг (mg) % мг (mg) %
Spiraea media 2.1/1.71 93.5/53.5 4.5/3.2 0.083/0.077 0.09/0.14 27.9/30.5 1.3/1.8
S. media 1.8/0.27 38.0/8.5 2.1/3.2 cледы (traces) – 3.3/0.3 1.0/3.5
S. media 0.3/0.58 18.3/9.0 5.4/1.6 0.002/0.0002 0.011/0.002 5.5/11.7 3.0/4.3
S. breauverdiana 1.2/0.97 23.0/12.4 1.9/1.3 0.001/0.005 0.004/0.04 26.2/51.9 2.2/5.4
S. betulifolia 1.7/0.65 56.1/17.0 3.3/2.6 cледы (traces) – 121/46.9 7.1/7.2
S. corimbosa 2.3/1.28 81.3/19.8 3.5/1.6 0.003/0.001 0.004/0.005 46.1/104 2.0/8.1
S. humilis 1.9/2.36 15.3/20.5 0.8/0.9 следы/0.012 –/0.06 30.2/186 1.6/7.9
S. latifolia 2.4/2.26 59.5/39.5 2.5/1.8 0.041/0.024 0.07/0.06 62.7/110 2.8/4.9
S. salicifolia 4.2/1.02 47.9/8.6 1.1/0.8 0.078/0.0004 0.16/0.005 35.3/60.2 0.8/5.9

Определение содержания сквалена в нейтральных липидах осуществляли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в изократическом режиме на хроматографе Smartline (Knauer, Германия). Колонка Nucleosil 5-C18, 5 мкм, 250 × 4 мм, термостат колонки 40 °C, объем петли дозирования 20 мкл, элюент – ацетонитрил, расход 1.5 мл/мин, детектирование при 218 нм. Концентрацию сквалена в гексановых экстрактах определяли с помощью программы ClarityChrom методом внешнего стандарта по площади пика. В качестве стандарта для калибровки использовали Squalene (98%, Sigma, Australia). Перед анализом образцы очищали на концентрирующем патроне Диапак Силикагель. Пробу вводили в ацетонитриле.

Выделение сапонинов из обработанного гексаном и высушенного на воздухе сырья проводили трехкратной экстракцией 70%-ным водным этанолом при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Водно-этанольные экстракты объединяли, фильтровали через складчатый фильтр и упаривали в вакууме до полного удаления спирта. Полученные водные растворы выдерживали на холоду в течение суток. Выпавшие осадки отделяли центрифугированием при 12000 об/мин в течение пяти минут. Надосадочную жидкость сливали, остаток высушивали. Массы сухих остатков приведены в таблице 2. Качественный состав экстрактивных веществ (ЭВ), включающих гликозиды, определяли методом ТСХ на пластинах “Sorbfil” в системах растворителей хлороформ–метанол–вода: I. 65 : 35 : 8; II. 65 : 24 : 4; III. 65 : 12 : 1.5. Обнаружение сапонинов осуществляли обработкой высушенных пластин раствором 20%-ной серной кислоты, ванилин-фосфорной кислотой (ВФК). В качестве стандартов для идентификации гликозидов методом ТСХ использовали диосгенин (Diosgenin(25R)-5-spirosten-3ß-ol, чистота 95%, Sigma-Aldrich Chemie Gmbh., Germany) и спиростаноловый гликозид дельтонин.

Разделение ЭВ на узкие фракции и индивидуальные вещества осуществляли методом препаративной колоночной хроматографии на стеклянных колонках, заполненных силикагелем марки КСК фр. 50–160 мкм и нейтральной окисью алюминия II степени активности по Брокману (Будапешт, Венгрия), последовательным элюированием хлороформом с возрастающим градиентом метанола (0 → 100%).

ВЭЖХ сапонинов осуществляли в градиентном режиме на колонке Nucleosil 5-C18, 5 мкм, 250 × 4 мм, объем петли дозирования 20 мкл. Детекцию проводили при длине волны 207 нм. В качестве элюента использовали системы растворителей: а) метанол/вода 80/20; б) метанол. Скорость элюирования 0.5 мл/мин. Режим градиента с 0 до 20 мин (система а), с 20 до 40 мин (а → б), с 40 до 60 мин (система б). Анализ на диосгенин проводили на том же оборудовании в изократическом режиме. Скорость потока 1 мл/мин, элюент – метанол. Образцы перед анализом очищали методом твердофазной экстракции на патронах ДИАПАК С16.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как известно, липиды являются одним из основных продуктов биосинтеза растений, которые в зависимости от состава и структуры компонентов обладают разного рода биологической активностью и разной степенью изменчивости, зависящей от систематического и экологического положения организма [17]. Липиды лекарственных растений составляют мало изученную группу биологически активных веществ. Сведений об их содержании в растениях рода Spiraea нами в литературе не обнаружено. Как показали результаты наших исследований, содержание нейтральных липидов в листьях изученных растений спиреи выше, чем в соцветиях (табл. 2). Наиболее высокое – в листьях культивируемой в Ботаническом саду спиреи средней S. media в фазе конца цветения, где оно достигает 5.4%, и в листьях и соцветиях природного образца этого вида. Самое низкое – в листьях и соцветиях спиреи низкой S. humilis и с. иволистной S. salicifolia, где оно не достигает 1% массы сухого сырья. Согласно данным ТСХ, основным компонентом нейтральных липидов как листьев, так и соцветий являются триацилглицериды, содержание которых, как правило, достигает 70–75%.

Содержание сквалена во всех изученных образцах очень низкое, однако, хоть и в незначительных количествах, он содержится во всех видах. Сквален – природный ненасыщенный углеводород тритерпенового ряда с формулой С30Н50, представляет собой бесцветную вязкую жидкость. Это уникальное вещество, являющееся мощным противоопухолевым средством, препятствующим разрушительному воздействию на клетку свободных радикалов [18]. В настоящее время это вещество активно применяют в качестве иммуностимулятора [19], а также в качестве эффективного противоопухолевого средства [20]. Он признан важнейшим компонентом, выполняющим в организме человека роль регулятора липидного и стероидного обмена [21, 22].

Наибольшее количество сквалена обнаружено в листьях S. salicifolia (0.16% массы нейтральных липидов) и в соцветиях S. media из природной популяции (0.14%).

О наличии сапонинов в водно-спиртовых экстрактах свидетельствует сильное пенообразование при отгонке спирта в вакууме. Максимальное суммарное содержание ЭВ обнаружено в соцветиях всех представителей спиреи, от 1.8 до 8.1% сухого вещества. В листьях их количество составляет 0.8–3.0% (табл. 2). Приведенные в статье В.А. Костиковой, Т.М. Шалдаевой [1] данные о содержании сапонинов в экстрактах из листьев и соцветий девяти представителей рода Spiraea, произрастающих на территории Дальнего Востока России, получены методом, основанным на образовании хлопьевидного осадка с ацетоном [23], что не позволяет получить объективные данные о количественном содержании сапонинов, так как при этом происходит соосаждение и других групп соединений. В нашем случае содержание сапонинов составляет 39% суммарного содержания ЭВ. Такие выводы можно сделать на основании количественного выхода сапонинов из 400 мг ЭВ, выделенных из соцветий, после разделения на препаративной хроматографической колонке, при котором было получено 159 мг вещества.

При ТСХ-анализе ЭВ в системе хлороформ–этанол–вода (v/v/v 65 : 24 : 4) с использованием в качестве проявителей 20%-ной серной кислоты и ВФК было обнаружено пять основных пятен с Rf = 0.17; 0.28; 0.39; 0.5; 0.68. Пятно с Rf = 0.17 совпадает со спиростаноловым сапонином дельтонином, пятно с Rf = 0.68 – с диосгенином.

Наличие диосгенина подтверждается ВЭЖХ-анализом малополярной фракции, в которой он обнаруживается в виде небольшого пика со временем удерживания 5.20 мин. По данным ВЭЖХ-анализа узких фракций основными по содержанию можно считать соединения со временем удерживания 28.7; 39.1; 43.5; 47.0 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты исследования экстрактов листьев и соцветий семи видов рода Spiraea L. из коллекции Ботанического сада ИБ Коми НЦ и природной популяции дополняют имеющиеся в научной литературе сведения о содержании широкого спектра биологически активных веществ различной природы. Впервые показано содержание в растениях этого рода нейтральных липидов и такого ценного соединения, как сквален. Наиболее высокое содержание нейтральных липидов обнаружено в листьях S. media, а также S. corimbosa и S. betulifolia. Содержание сквалена во всех образцах незначительно, более высокое обнаружено в листья S. salicifolia и соцветиях S. media из природной популяции. В растениях большинства видов (S. humilis, S. breauverdiana, S. salicifolia, S. latifolia, S. media) максимальное суммарное содержание экстрактивных веществ, содержащих сапонины, обнаружено в соцветиях (от 1.8 до 8.1% сухой массы), самое высокое содержание найдено в соцветиях S. corimbosa и в листьях и соцветиях S. betulifolia. Методами ТСХ и ВЭЖХ-анализа в полученной сумме обнаружено 5–6 индивидуальных соединений, в том числе генин большинства спиростаноловых гликозидов диосгенин.

Список литературы

  1. Костикова В.А., Шалдаева Т.М. 2016. Биологически активные вещества и антиоксидантная активность растений рода Spiraea L. Дальнего Востока России – Химия раст. сырья. 2: 73–78. https://doi.org/10.14258/jcprm.201602784

  2. Дикорастущие полезные растения России. 2001. СПб. 663 с.

  3. Скупченко Л.А., Скроцкая О.В. 2006. Интродукция видов рода таволга (Spiraea L.) в условиях среднетаежной подзоны Республики Коми. В кн. Создание и сохранение коллекции полезных растений и выявление путей их адаптации к условиям Севера. Труды Коми научного центра УрО Российской АН. № 179. Сыктывкар. С. 75–93.

  4. Александрова М.С. 2009. Спиреи. М. 32 с.

  5. Мартынов Л.Г. 1980. Особенности роста, развития и зимостойкость некоторых видов Spiraea L. в условиях среднетаежной подзоны Коми АССР. В кн.: Новые виды растений в культуре на Севере. Тр. Коми филиала АН СССР. № 47. Сыктывкар. С. 146–153

  6. Смирнова З.И., Рябченко М.Г. 2009. Использование декоративных растений рода спирея (Spiraea L.) в озеленении. В кн.: Проблемы современной дендрологии: материалы межд. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР П.И. Лапина. М. С. 504–508.

  7. Колесников А.И. 1974. Декоративная дендрология. М. 703 с.

  8. Бонюк З.Г. 2008. Таволги (Spiraea L.). Кiев. 248 с.

  9. Флора северо-востока европейской части СССР. 1976. в 4 т. Т. III. Семейства Nymphaeaceae – Hippuridaceae. Л. 293 с.

  10. Карпова Е.А., Полякова Т.А. 2009. Содержание фенольных соединений и потенциал биологической активности сибирских и дальневосточных видов рода Spiraea L. – Растительный мир азиатской России. 2: 79–88.

  11. Серебрякова В.А., Высочина Г.И. 2011. Исследование состава и содержания биологически активных веществ у представителей рода Spiraeа (Rosaceae) Дальнего Востока. – Растительный мир азиатской России. 2: 120–121. http://www.izdatgeo.ru/pdf/rast/2011-2/120.pdf

  12. Стороженко Н.Д. 1977. Полифенольные соединения таволги зверобоелистной (S. hypericifolia L.) : Автореф. дис. … канд. хим. наук. Иркутск. 23 с.

  13. Hiradate S., Morita S., Sugie H, Fuji Y., Harada J. 2004. Phytotoxic cis-cinnamoyl glucosides from Spiraea thunbergii – Phytochem. 65: 731–739. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2004.01.010

  14. Xie Z.W. 1996. Quanguo Zhongcaoyao Huibian In.: A Collection of Chinese Herbal Drugs. 2 ed. Beijing. P. 514–515.

  15. Hao X.J. Hong X., Yang X.S., Zhao B.T. 1995. Diterpene alkaloids from roots of Spiraea japonica – Phytochem. 38(2): 545–547. https://doi.org/10.1016/0031-9422(94)00644-9

  16. Шретер А.И. 1975. Лекарственная флора советского Дальнего Востока. М. 327 с.

  17. Юровицкий Ю.Г., Сидоров В.С. 1993. Эколого-биохимический мониторинг и эколого-биохимическое тестирование в районах экологического неблагополучия – Изв. РАН. Сер. биологич. 1: 74–81.

  18. Sala V., Berardi S., Bondioli P. 1998. Amaranth seed: the potentials – Riv. Ital. Sostanze Grasse. 75(11): 503–506.

  19. Чернеховская Н.Е., Чернеховский Д.В., Черных С.Б., Данков В.С. Иммуностимулирующее средство: Пат. 2170096, № 2000128729/14; Заявл. 17.11.2000; Опубл. 10.07.2001. Бюл. № 19.

  20. Newmark H.L. 1997. Squalene, olive oil, and cancer risc: a review and hypothesis – Cancer Epidem. Biomark. Prevent. 6(12): 1101–1103. https://cebp.aacrjournals.org/content/6/12/1101.full-text.pdf

  21. Гинс В.К., Кононков П.Ф., Пивоваров В.Ф., Гинс М.С., Кононков Ф.П. Антиоксидант: Пат. 2140432, № 98107872/13; Заявл. 22.04.98; Опубл. 27.10.99.

  22. Cai Y., Sun M., Corke H. 2003. Antioxidant Activity of Betalains from Plants of the Amaranthaceae – J. Agric. Food Chem. 51(8): 2288–2294. https://doi.org/10.1021/jf030045u

  23. Киселёва А.В., Волхонская Т.А., Киселёв В.Е. 1991. Биологически активные вещества лекарственных растений Южной Сибири. Новосибирск. 135 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Растительные ресурсы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал