Лекция №5-6 Влияние экологических факторов на накопление биологически активных веществ в лекарственных растениях
жүктеу/скачать 46.61 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 2. Возраст растения.
- 3. Фаза вегетации.
- 5) Экологические условия
| 1. Индивидуальная изменчивость. Растения одного рода, но разных видов, произрастающие в одинаковых условиях, могут содержать различное количество гликозидов. Например, семена горького миндаля содержат гликозид амигдалин в пределах от 0,018 до 0,334, а в семенах сладкого миндаля амигдалин отсутствует. 2. Возраст растения. В листьях молодых растений содержится гликозидов больше. Листья наперстянки пурпурной на первом году содержат больше гликозидов, чем на втором;
3. Фаза вегетации. У наперстянки крупноцветковой наибольшее содержание гликозидов в листьях отмечается перед цветением, а у желтушника - во время цветения; 4) Время суток. Максимальное содержание в полуденные часы; 5) Экологические условия (освещенность, влажность, почва и др.). На освещенной открытой местности, удобренной почве содержание гликозидов больше, чем в пасмурную погоду и в тени. Природно-климатические факторы оказывают определяющие влияния на химический состав растений. Так, тепло является одним из важнейших факторов в жизни растения, так как главным образом от тепловой и световой энергии зависят продолжительность вегетации, накопление действующих веществ и масса самого растения. Количество осадков и влажность окружающей среды также накладывают определенный отпечаток на количество и состав действующих веществ растений. Установлено, что для ксерофитов вреден излишек влаги, для гигрофитов, наоборот, вредны засушливые условия, мезофиты наиболее приспособлены к колебаниям влажности. Накопление химических соединений зависит, прежде всего, от вида физиологически активных соединений. Увеличению содержания алкалоидов в растениях способствуют высокая интенсивность и длительность солнечного освещения, повышенная температура воздуха при низкой его относительной влажности, богатые азотом и кальцием почвы. Многие ученые отмечают благоприятное действие южных природных условий на синтез и накопление алкалоидов, указывая на наличие тенденции к понижению числа алкалоидоносных растений и содержания в них алкалоидов при продвижении с юга на север. По-видимому, более высокая температура воздуха и интенсивная солнечная инсоляция оказывает здесь свою определенную положительную роль. Понижение температуры отрицательно влияет на алкалоидоносность растений. Высота над уровнем моря также заметно влияет на динамику накопления алкалоидов. Оптимальная высота произрастания для промышленных видов, например, крестовника – 1600–2000 метров над уровнем моря. Здесь растения образуют заросли на огромных площадях, и в них накапливается максимальное количество алкалоидов. Определяющим условием образования и накопления гликозидов являются высокий уровень инсоляции и солнечной активности. Высокое содержание азота в почве снижает содержание гликозидов в органах растения. Большое количество осадков и повышенная влажность окружающей среды снижает содержание гликозидов. Континентальный климат оказывает влияние на содержание сапонинов в солодке – среднеазиатский солодковый корень значительно богаче глициризиновой кислотой, чем солодка из Испании и Италии. Умеренная температура воздуха и повышенная влажность почвы способствует синтезу и накоплению безазотистых соединений. Основными определяющими факторами синтеза фенольных веществ является сбалансированное, оптимальное для данного вида растения, сочетание уровня тепло обеспеченности, освещенности, и количества осадков. В экстремальных экологических и погодных условиях (при остром водном дефиците) фенольные соединения тратятся на выполнение защитных функций, в связи, с чем происходит падение их общего уровня. В благоприятных условиях увлажнения продолжающийся во время генеративного развития активный синтез фенольных веществ в растениях преобладает над их расходом и поэтому их содержание остается стабильно высоким. На образование, накопление и состав эфирных масел в растениях заметное влияние оказывают природные факторы. Обычно растение положительно отзывается на те условия, которые преобладают на его родине. Эфироносы умеренной зоны (мята, душица, мелисса) накапливают повышенное количество эфирного масла при умеренной температуре воздуха и высокой влажности, а растения южных зон — при жаркой погоде. От погодных условий зависит не только количество, но и качество масла. Так, например, у мяты при повышении температуры воздуха снижается содержание ментола. В большинстве случаев растения восточных, более континентальных районов Европейского материка, содержат больше эфирного масла. Подмечено, что у эфиромасличных растений количество жирных кислот и йодное число масел увеличиваются при удалении растений от берегов океана вглубь материка. Различные эфирно-масличные растения по-разному реагируют на увеличение высоты над уровнем моря: у лаванды, например, наблюдается понижение, а у розы, наоборот, повышение содержания эфирного масла на плантациях, заложенных более высоко в горах. В настоящее время наибольшее внимание уделяется изучению влияния элементов минерального питания на содержание биологически активных веществ в лекарственных растениях. В значительной степени это объясняется тем, что применение минеральных удобрений как средства воздействия на образование и накопление биологически активных веществ наиболее доступно и легко реализуется в полевых условиях. Поскольку алкалоиды являются соединениями, содержащими азот, азотные удобрения, несомненно, играют большую роль в биосинтезе и накоплении алкалоидов. Имеется определенная корреляция между количеством алкалоидов и поступлением азота, так при максимальном поглощении последнего из почвы, как, например, это имеет место во время цветения некоторых видов растений, резко возрастает содержание алкалоидов. Напротив, после цветения, когда поступление азота из почвы в растение снижается, содержание алкалоидов падает. В условиях азотного голодания, когда решается вопрос о жизни и смерти растения, имеет место диссимиляция алкалоидов. Удобрения, содержащие калий, кальций и фосфор оказывают положительное влияние на накопление и концентрацию в тканях растения гликозидов и эфирных масел. Высокие дозы азотных удобрений оказывают отрицательное влияние на накопление этих соединений. В последнее время установлена тесная взаимосвязь между содержанием в почве отдельных микроэлементов и продуцированием растениями отдельных групп биологически активных веществ: Растения, продуцирующие сердечные гликозиды, избирательно поглощают марганец, молибден, хром; Растения, продуцирующие алкалоиды – медь, марганец, кобальт; Растения, продуцирующие сапонины – молибден, ванадий; Растения, продуцирующие терпеноды – марганец; Кумарины, флавоноиды; Растения, продуцирующие антрацен производные – медь; Растения, продуцирующие витамины – марганец, медь; Растения, продуцирующие полисахариды – марганец, хром. Помимо природно-климатических факторов на химический состав растений оказывают влияние экологические факторы антропогенного характера. К ним относятся различного рода загрязнители окружающей среды, имеющиеся в атмосфере, гидросфере и литосфере и непосредственно попадающие в растение. Реакция растений на загрязнения окружающей среды сложна и неоднозначна. Здесь играет роль не только вид загрязнения, его концентрация в среде и время воздействия, но и способность самих растения поглощать загрязнители. Накопление загрязнителей в тканях растениях нежелательный процесс. Лекарственное растительное сырье, содержащее тяжелые металлы или другие загрязнители представляет реальную угрозу процессу жизнедеятельности организма человека. Растения - пойкилотермные организмы. Повреждения начинаются на молекулярном уровне с нарушений функций белков и нуклеиновых кислот. Количество тепловой, световой энергии, количество осадков и влажность окружающей среды оказывают существенное влияние на химический состав лекарственных растений, на накопление различных групп биологически активных соединений. Например, повышенная температура воздуха способствует накоплению каротиноидов, а ее снижение уменьшает содержание углеводов и кардиогликозидов. Увеличение освещенности способствует накоплению витамина С, флавоноидов, эфирных масел. Температура - это фактор, серьезно влияющий на морфологию и физиологию растений, требующий изменений в самом растении, которые могли бы приспособить его. Адаптации растений к разным температурным условиям даже в пределах одного вида различны. При высоких температурах выявлены такие адаптации, как густое опушение листьев, блестящая поверхность, уменьшение поверхности, поглощающей радиацию, изменение положения по отношению к источнику тепла, усиление транспирации, высокое содержание защитных веществ, сдвиг температурного оптимума активности важнейших ферментов, переход в состояние анабиоза, защищенных от инсоляции и перегрева, сдвиг вегетации на сезон с более благоприятными тепловыми условиями. Повышение влажности способствует накоплению витамина С и каротиноидов, но избыток влаги действует отрицательно. Накоплению флавоноидов способствует умеренная влажность, уменьшение влажности способствует накоплению камедей. Орографический фактор, оказывает влияние на накопление БАВ. Влияет также- высота над уровнем моря, экспозиция, крутизна склонов: женьшень лучше растет и накапливает БАВ на восточных и западных склонах в кедрово-широколиственных лесах до высоты 700 м над уровнем моря; оптимальная высота для произрастания крестовника плосколистного -- 1600-2000 м над уровнем моря, здесь он накапливает максимальное количество алкалоидов. Эдафический фактор, влияет на химический состав лекарственных растений, так же это зависит от механической структуры, влажности, рН почвы, ее химического состава. Так, наибольшее содержание дубильных веществ отмечено у растений, произрастающих на плотных известковых почвах, на рыхлых черноземных и песчаных почвах их содержание меньше; многие растения-эфироносы предпочитают сухие каменистые почвы; крапива лучше растет на почвах, богатых нитратами, ландыш -- на почвах с листовым перегноем, полыни -- на солонцеватых почвах. На химический состав БАВ растений оказывает влияние плодородие, механическая структура, влажность, рН почвы, ее химический состав, содержание в ней минеральных веществ. Содержание в почве фосфора способствует накоплению в растениях флавоноидов, дубильных веществ, сердечных гликозидов; содержание Мn, Со, Сu способствует накоплению витаминов, алкалоидов; Мn и Мо сердечных гликозидов; богатые азотом почвы способствует синтезу алкалоидов, но снижают содержание дубильных веществ и т.д. Установлено, что наибольшее содержание эфирного масла характерно для образцов растений, собранных на почвах с повышенным содержанием нитратов и наименьшей концентрацией хлоридов и натриевых солей. При увеличении концентрации в почве хлоридов и натриевых солей отмечено снижение содержание эфирного масла в растениях. Установлена взаимосвязь между содержанием в почве отдельных химических элементов и продуцированием растениями отдельных групп биологически активных веществ. Растения, продуцирующие сердечные гликозиды, избирательно поглощают марганец, молибден, хром; продуцирующие алкалоиды медь, марганец, кобальт; молибден, ванадий; марганец; кумарины, флавоноиды и медь; витамины, марганец, медь, полисахариды марганец, хром. Действие биологически активных веществ может быть активировано и ингибировано содержащимися в них микроэлементами. Последние извлекаются корнями растений из глубоких слоев почвы и накапливаются в стеблях, листьях и плодах. Поступление микроэлементов из почвы в растение - чрезвычайно сложный химический процесс, на который влияет множество факторов. Кобальт, цинк, медь, марганец, молибден и некоторые другие микроэлементы усваиваются растениями в виде органических веществ и минеральных солей. Эти вещества образуются в почвенных растворах, которые соприкасаются с тонкими корешками растений, за счет выделяемых последними органических кислот. Естественные комплексы микроэлементов в лекарственных растениях изучаются, выявляется возможная корреляция между накоплением определенных групп биологически активных соединений в растениях и содержанием тех или иных микроэлементов, изыскиваются пути получения лекарственного растительного сырья, обогащенного микроэлементами и биологически активными веществами. С увеличением степени экстремальности температурно-влажностных, радиационных условий произрастания растений формируются неспецифические биохимические адаптации, выражающиеся в повышении содержания и активности антиоксидантов. Причем активация антиоксидантных систем происходит в режиме взаимокомпенсации низкомолекулярных антиоксидантов ферментативными, и наоборот. Это обеспечивает противорадикальную и противоперекисную устойчивость растений в изменяющейся среде обитания. При усилении действия температурно-влажностного стресс-фактора у клеток дикорастущих растении преобладает стратегия накопления низкомолекулярных антиоксидантов (увеличение в 1,2 -2,6 раза), а в условиях повышенного естественного радиационного фона первично повышается активность ферментативных антиоксидантов (повышение в 2 - 4 раза). По-видимому, это является проявлением специфического ответа на раздражители различной природы. Выявлено, что содержание фракции эфирных масел в вегетативных органах дикорастущих растений Центральной и Южной Якутии в 60 % случаев повышается в 1,3 - 8,0 раз по сравнению с аналогичными видами из других регионов. Увеличение экстремальности погодных температурно-влажностных условий произрастания трех видов рода Artemisia L. оказывает видоспецифичное влияние на количественные и качественные характеристики фракции эфирных масел - увеличивается их количественное содержание в надземных органах рода Artemisia L. в 1,6 - 2,2 раза (до определенного видоспецифического предела) и значительно, в 2,8 - 45 раза, расширяется структурное разнообразие биологически активных веществ, входящих во фракцию эфирных масел. Окружающая живая природа также оказывает влияние на химический состав растений, и прежде всего сказывается влияние растительного сообщества -- фитоценотический фактор. Установлено, что тип леса оказывает влияние на содержание в багульнике болотном эфирного масла и ледола в нем; биологическая активность ландыша майского, произрастающего в березняках зоны широколиственных лесов, значительно выше, чем в березняках южной тайги, а в сосняках этих лесорастительных зон биологическая активность ландыша отличается незначительно. Таким образом, совокупность влияния внешних и внутренних факторов в значительной степени определяет химический состав лекарственных растений и его изменчивость. Основным показателем качества лекарственного растительного сырья является содержание биологически активных веществ. Химический состав лекарственных растений в значительной степени подвержен влиянию разнообразных внутренних и внешних факторов. Он меняется в процессе онтогенеза растений, их сезонного развития и под влиянием многочисленных факторов окружающей среды (климатических, орографических, эдафических, биотических и т. д.). На накопление биологически активных соединений (БАВ) оказывают влияние географическая широта и долгота. Установлено, что в растениях южных широт накапливается больше эфирного масла и алкалоидов, в умеренной зоне больше флавоноидов, дубильных веществ, на севере больше аскорбиновой кислоты, жирных масел. В растениях южных широт накапливается больше эфирного масла и алкалоидов, в умеренной зоне -- больше флавоноидов, дубильных веществ, в северных районах повышено содержание аскорбиновой кислоты, жирных масел. Количество жирных масел увеличивается при удалении от берегов океана вглубь материка. Оказывает влияние и географическая долгота. Например, содержание прохамазуленов в ромашке аптечной уменьшается с продвижением с запада на восток. Степень высыхаемости жирных масел увеличивается по мере продвижения растений к северу, а интенсивность накопления эфирных масел - к югу. Количество тепловой, световой энергии, количество осадков и влажность окружающей среды также оказывают существенное влияние, на накопление различных групп БАВ. Например, повышенная температура воздуха способствует накоплению каротиноидов, а ее снижение уменьшает содержание углеводов и кардиогликозидов. Увеличение освещенности способствует накоплению витамина С, флавоноидов, эфирных масел. Повышение влажности способствует накоплению витамина С и каротиноидов, но избыток влаги действует отрицательно. Накоплению флавоноидов способствует умеренная влажность, уменьшение влажности способствует накоплению камедей. Химический состав лекарственных растений зависит от механической структуры, влажности, рН почвы, ее химического состава (эдафический фактор). Действие биологически активных веществ может быть активировано и ингибировано содержащимися в них микроэлементами. Окружающая живая природа также оказывает влияние на химический состав растений, и прежде всего сказывается влияние растительного сообщества -- фитоценотический фактор. Увеличению содержания алкалоидов в растениях способствуют высокая интенсивность и длительность солнечного освещения, повышенная температура воздуха при низкой его относительной влажности, богатые азотом и кальцием почвы (маки, крестовник плосколистный). При изучении влияния количества осадков, выпавших в течение вегетационного периода наблюдений, на накопление алкалоидов отмечено, что в наиболее влажном году содержание алкалоидов в надземных органах растения меньше, чем в более засушливые. В то же время колебания в содержании алкалоидов в подземных органах оказались незначительными. Растения, собранные в степных фитоценозах отличаются большим накоплением алкалоидов в надземных и подземных органах по сравнению с произрастающим в луговых фитоценозах. Выяснено, что с повышением температуры воздуха и уменьшением количества осадков содержание алкалоидов (чемерица даурская) повышается, что вероятно является содействием ослабления синтеза веществ и наоборот происходит приспособление к условиям экстремального климата и это связано с тем, что активизируется синтез алкалоидов, что, вероятно, повышает адаптивность видов. Количественный состав основных компонентов эфирного масла представителей рода Thymus L. Более изменчив, чем их соотношение. Это объясняется наличием внутривидовых химических таксонов растений - хеморас или хемотипов. Основными определяющими факторами синтеза фенольных веществ (родиола розовая) является сбалансированное, оптимальное для данного вида растения, сочетание уровня теплообеспеченности, освещенности, и количества осадков. В экстремальных экологических и погодных условиях (при остром водном дефиците) фенольные соединения тратятся на выполнение защитных функций, в связи, с чем происходит падение их общего уровня. В благоприятных условиях увлажнения продолжающийся во время генеративного развития активный синтез фенольных веществ в растениях преобладает над их расходом и поэтому их содержание остается стабильно высоким. жүктеу/скачать 46.61 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|