Изменение состава эфирного масла и уровня салициловой кислоты у растений Mentha piperita L. в онтогенезе (вторичные метаболиты в онтогенезе мяты)

Для эфирного масла растений рода Mentha L. характерно наличие органических летучих компонентов, то есть веществ, легко переходящих в газообразное состояние при изменении внешних условий и создающих особую атмосферу вокруг растений [5]. Физиологические функции этих веществ весьма разнообразны. Они связаны с защитой растений от биотических и абиотических стрессов, аллелопатическим взаимодействием растений, привлечением или отпугиванием насекомых. В состав этой группы входят многие терпеноиды, в первую очередь монотерпены и сесквитерпены, жирные кислоты, производные салициловой кислоты и ряд других компонентов [2]. На интенсивность эмиссии летучих веществ, особенно из листьев, сильно влияют абиотические факторы внешней среды, в первую очередь температура воздуха и почвы. Это можно рассматривать как часть программного ответа на нейтрализацию негативных последствий стресса. Испарение летучих компонентов масла корректирует влажность и температуру, стабилизирует среду, окружающую растение, нормализует обмен веществ [6]. Одним из индукторов устойчивости растений к различным стрессам выступает салициловая кислота (СК). Ее уровень в растениях, подверженных стрессу, повышается и сопряжен с содержанием активного кислорода [7]. СК является частью пускового механизма неспецифической антиоксидантной защиты.

В экспериментальных работах есть данные, указывающие на связь уровня эндогенной СК и экзогенных обработок этим веществом с выходом и качественным составом эфирного масла [3,4].

Целью представленной работы было выявление взаимосвязи уровня СК и количества эфирного масла, выделяемого листьями и соцветиями M. piperita , а также изменение содержания компонентов этого масла в процессе онтогенеза растения.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объектами исследования были взяты клон M. piperita , посадочный материал получен из Никитского ботанического сада (Украина, Крым), и два сорта, выведенные на основе M. piperita – Краснодарская 2 и Митчамская, более двадцати лет выращиваемые в условиях средней полосы России.

Для анализа брали листья и соцветия растений второго года вегетации в фазе вегетативного роста, массового цветения и отцветания. Эфирное масло получали методом гидродистилляции по Гинзбегру [1]. Качественный анализ эфирного масла проводили на базе сервисной лаборатории комплексного анализа химических соединений кафедры физической и органической химии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева методом хроматомасс-спектрометрии на аналитическом комплексе “Clarus 600M” фирмы “Perkin Elmer”. Для определения свободной СК применяли метод ВЭЖХ на изократической системе приборов “Стайер”, фирмы Аквилон.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Динамика общего содержания эфирного масла в процентах от сырого веса одинакова у обоих сортов и клона M. piperita . Как в листьях, так и в соцветиях максимум приходится на фазу цветения. В эту фазу на 1 см² нижней поверхности листьев, закончивших формирование, расположено в 4-7 раз больше железистых образований, чем на листьях, сформировавшихся в вегетативную фазу развития растений (рис. 1).

Кроме того, секреторные железы образуются на лепестках и чашелистиках цветков. Диаметр железок в фазу цветения также увеличивается. В фазу отцветания количество железок и их диаметр имеют тенденцию к увеличению, но эти изменения не столь существенны.

Однако объем эфирного масла в процентах к сырому весу сокращается, но уровень основного мажорного компонента эфирного масла M. piperita , монотерпеноида ментола возрастает до максимума на стадии отцветания (рис. 2А, табл.). Возможно, это связано с метаболизмом ментона, максимальное содержание которого в листьях отмечено на стадии вегетатив-

Рис. 1 . Количество желез на верхней и нижней сторонах M. piperita по фазам онтогенеза, шт/см². 1- сорт Краснодар-ская2, 2- сорт Митчамская, 3- клон M. piperita (Крым)

Рис. 2. А: Продуцирование эфирного масла органами M. piperita по фазам онтогенеза, % сырого веса. Б: Содержание салициловой кислоты в тканях органов M. piperita, мкг/г сырого веса. 1 - сорт Митчамская;

2 - сорт Краснодарская 2; 3 - клон M. piperita (Крым); I- вегетативная фаза, II- массовое цветение, Ш- отцветание

ного развития, а у соцветий - в начале цветения. В листьях и соцветиях на стадии отцветания его уровень 7-10 раз ниже. В соцветиях увеличение процентного содержания ментола в фазу отцветания может возрастать также в связи с превращением в него мажорного монотерпеноида пулегона, максимум которого в эфирном масле характерен для стадии цветения. В листьях этот терпеноид появляется только в фазу цветения в минорных количествах.

Следует отметить, что пулегон при стрессовых внешних воздействиях, а также при старении растительных тканей может превращаться в ментофуран. Возможно, увеличение его синтеза из пулегона в это

Таблица . Состав эфирного масла M. piperita по фазам онтогенеза, %

время связано со стабилизацией окружающей растение атмосферы и старением листьев. Так, у клона M. piperita ментофуран зафиксирован в листьях только в стадию отцветания. В день взятия проб при массовом цветении мяты была жаркая сухая погода (температура 25-27°С, относительная влажность 46-49%). В это время у сорта Митчамская отмечено максимальное содержание ментофурана. В листьях обоих сортов при отцветании возрастает уровень минорных сесквитерпенов, с фунгицидными свойствами - в—бурбонена и в—кариофилена. У клона их уровень почти не меняет -ся. В соцветиях всех изученных растений в-бурбонена не обнаружено, а уровень в-кариофилена при отцветании у клона M. piperita и сорта Митчамская снижается. По визуальным наблюдениям установлено, что в период отцветания на растениях мяты всех сортов и клонов появляется большое число листогрызущих насекомых, тли, грибной инфекции, а также насекомых, повреждающих формирующиеся семена. В составе эфирного масла в это время в листьях и соцветиях клона M. piperita , и листьях сортов, увеличивается уровень 1,8-цинеола, обладающего инсектицидным действием (табл.). Таким образом, на выход эфирного масла и его качественный состав влияют не только стадии онтогенеза, но и условия окружающей среды.

Наряду с терпенами, важную роль в регуляции продуцирования и состава эфирного масла играют салицилаты, которые через серию каскадных биохимических реакций активизируют гены протекторных механизмов. В итоге обеспечивается оптимальный окислительно-восстановительный гомеостаз клеток, транспорт ионов через плазмолемму, интенсивность фотосинтетических процессов [3]. У обоих сортов и клона M. piperita наибольшее содержание СК, как и выход эфирного масла, отмечено в тканях соцветий, то есть, органов, наиболее важных для формирования семян и возобновления растений (рис. 2Б). В тканях листьев уровень СК во все три стадии онтогенеза мяты был ниже, чем в соцветиях, также как и продуцирование эфирного масла. Следует отметить, что у сортов разница была более существенной, чем у клона M. piperita. Как отмечено выше, на стадии отцветания, когда активизируются биогенные стрессовые факто- ры, возрастает содержание отдельных компонентов эфирного масла, обладающих инсектицидным и фунгицидным действием. Наряду с этим, и в листьях, и в соцветиях всех изученных растений M. piperita в стадию отцветания отмечен максимальный уровень иммуномодулятора СК. Наибольшее содержание СК зафиксировано в тканях соцветий сортов Митчамская и Краснодарская 2.

Таким образом, установлено, что существует сопряженное изменение уровня индуктора устойчивости растений к стрессам, салициловой кислоты, и ряда компонентов эфирного масла, обладающих бактерицидными, фунгицидными и инсектицидными свойствами при воздействии на растение негативных биогенных и абиогенных факторов (температура, влажность воздуха, патогенные грибы и насекомые вредители).

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ 11-04-01820.

Сорт	клон M.piperita (Крым)			M.piperita, сорт Митчамская			M.piperita, сорт Краснодарская 2
Фаза онтогенеза	s	s S	s S о	s O’	s s	s S о	s O’	s s	S
листья
1,8-цинеол	2,12	6,07	7,49	4	0,12	6,57	3,3	3,43	4,1
ментон	24,49	9,93	2,48	38,03	8,34	2,88	35,92	12,61	5,34
ментофуран	-	-	0,68	0,37	1,05	0,4	-	-	-
ментол	20,59	65,31	68,85	40,65	67,44	66,91	39,86	34,88	36,65
пулегон	-	0,2	-	-	0,56	-	-	0,78	0,36
β-кариофилен	1,37	1,29	1,02	1,35	0,88	1,3	1,44	0,85	1,44
β-бурбонен	0,25	0,21	0,2	0,25	0,15	0,32	0,39	0,12	0,37
соцветия
1,8-цинеол		1,88	2,65		2,73	1,93		1,1	1,2
ментон		22,16	9,01		22,29	9,17		15,01	15,99
ментофуран		34,48	29,57		26,58	24,21		15,38	15,1
ментол		14,07	42,93		23,23	48,75		-	26,22
пулегон		18,13	3,33		12,07	2,58		42,49	7,65
β-кариофилен		0,61	0,46		0,98	0,6		0,37	0,5
β-бурбонен		-	-		-	-		-	-