Изучение влияния аланина на накопление фенольных соединений в листьях цикория обыкновенного (Cichorium intybus L.)
Автор: Маврина П.О., Адамов Г.В., Маланкина Е.Л.
Журнал: Овощи России @vegetables
Рубрика: Садоводство, овощеводство, виноградарство и лекарственные культуры
Статья в выпуске: 5 (73), 2023 года.
Бесплатный доступ
Цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.) является перспективным источником получения сырья для нужд как пищевой (корни), так и фармацевтической промышленности (листья). Одним из способов увеличения содержания биологически активных соединений в лекарственном растительном сырье является использование различных стимуляторов роста, к которым относятся аминокислоты. В статье приведены результаты экспериментального исследования, проводившегося в 2021-2022 годов по изучению действия раствора L-аланина и рацемической смеси аланина (DL) на накопление и качественный состав фенольных соединений (ФС) в листьях цикория обыкновенного. Было установлено, что применение аланина в разных концентрациях не оказало значительного влияния на увеличение содержания фенольных соединений, а также не повлияло на динамику их накопления. Применение растворов энантиомеров аланина не повлияло на качественный состав фенольных соединений, но привело к изменению соотношения гидроксикоричных кислот между собой. Установлено, что в течение вегетационного периода в листьях цикория изменяется процентное соотношение между основными фенольными соединениями - содержание хлорогеновой кислоты увеличивается пропорционально снижению цикориевой кислоты. Обработка L-аланином в концентрации 25 мг/л за период исследования на обоих сортах привела к наибольшему снижению содержания цикориевой кислоты по сравнению с другими вариантами. Отмечено, что общее содержание ФС выше в год с более теплой и засушливой погодой - в среднем на 0,7 %.
Цикорий обыкновенный, фенольные соединения, аминокислоты, аланин
Короткий адрес: https://sciup.org/140301911
IDR: 140301911 | DOI: 10.18619/2072-9146-2023-5-62-67
Текст научной статьи Изучение влияния аланина на накопление фенольных соединений в листьях цикория обыкновенного (Cichorium intybus L.)
Исследования последних лет показали, что аминокислоты могут оказывать значительное влияние, прямое или косвенное, на физиологические параметры растений в процессе их роста и развития. Использование аминокислот в процессе выращивания является эффективным способом улучшения качества растительной продукции, а также предотвращения его снижения при хранении. Экзогенное применение аминокислот на различных сельскохозяйственных культурах способствовало увеличению урожайности, вегетативной массы, повышению содержания основных элементов питания в растениях [1, 2]. Аминокислоты являются не только строительным материалом в процессе биосинтеза белков, но и выполняют регуляторные функции в растении. В последние годы большое значение в сельском хозяйстве приобретают хелатные комплексы аминокислот с микроэлементами, наиболее перспективными в данном направлении являются глицин и аланин, поскольку они имеют небольшую молекулярную массу, образуют стабильные хелатные комплексы и используются растением во многих биосинтетических процессах, положительно влияющих на урожайность. Показано, что аминокислоты действуют как осмолиты, в связи с чем играют важную роль в открытии устьиц, повышении активности некоторых антиоксидантных ферментов, сохранении целостности биомембран, а также транспорте ионов [3, 4]. Выявлено положительное действие L-аланина на ризогенез у мяты перечной [5]. Показано, что внекорневое применение растворов индивидуальных аминокислот или их смеси на растениях, находящихся в условиях теплового, вододефицитного или солевого стресса, обеспечивало улучшение физиологических характеристик растений по сравнению с контролем, что, в свою очередь, способствовало увеличению урожайности и биохимических показателей получаемой продукции [6]. Вода с растворенными в ней действующими веществами поглощается с поверхности листьев через устьица и кутикулу, попадая через межклеточное пространство в стадиях развития растений, может способствовать повышению устойчивости растений к неблагоприятным абиотическим факторам. В связи с этим представляет интерес изучение влияния обработок различными аминокислотами на количественное содержание биологически активных соединений, динамику их накопления и качественный состав.
Цикорий обыкновенный – техническая культура, корни которой используются для получения инулина и производства кофезаменителей, а также различных функциональных пищевых продуктов и биологически активных добавок. При этом, надземная часть данного растения представляет интерес для изучения в качестве лекарственного растительного сырья в перспективе разработки на её основе препаратов гепатопротек-торного и иммуномодулирующего действия [9, 10].
Цель данного исследования заключается в сравнительном изучении воздействия рацемической смеси и левовращающего изомера аланина на накопление вторичных метаболитов (фенольных соединений) в листьях цикория обыкновенного.
Материалы и методы
Опыт проводили в 2021-2022 годах в опытном лекарственном севообороте лаборатории агробиологии ФГБНУ ВИЛАР. В течение периода проведения исследования (июнь-октябрь) ежедневно проводили учет среднесуточной температуры и количества осадков для определения значений гидротермического коэффициента. Расчет коэффициента проводили по формуле:
где R – сумма осадков за период с температурами выше 10 °C; I- - сумма температур за тот же период. Полученные данные приведены на рис. 1.
R x 10
I- проводящую систему растения [7]. Аминокислоты хорошо растворимы в воде, при поступлении в растение они не только принимают участие в метаболизме, но и выполняют защитную функцию в условиях абиотического стресса, который, в свою очередь, влияет на накопление вторичных метаболитов [8].
Таким образом, использование аминокислот и препаратов на их основе в качестве некорневой обработки на плантациях лекарственных растений является перспективным направлением исследований. Использование аминокислот в качестве дополнения к основному внесению элементов питания, в частности на критических

Рис.1.Среднедекадные значения гидротермического коэффициента за период проведения исследования
Fig.1.10-daysaverage values ofthe hydrothermal coefficientfor the studyperiod
Table 1. Scheme of experiment study the effect of alanine on the content of phenolic compounds in the leaves of common chicory
L-аланин |
DL-аланин (рацемат) |
|
Год исследования: Сорта: 2021 год Ростовский, 2022 год Ярославский-1 |
0 мг/л (контроль |
|
10 мг/л |
||
25 мг/л |
Таблица 1. Схема опыта по изучению влияния аланина на содержание фенольных соединений в листьях цикория обыкновенного
В опыте использовались 2 сорта цикория обыкновенного – Ростовский и Ярославский-1. Растения цикория выращивали рассадным методом, 25-дневная рассада высаживалась в открытый грунт во 2 декаде июня. Схема посадки – 60×15 см. Через 20 дней проводили однократную некорневую обработку растворами аминокислот, в контрольном варианте использовали воду, схема опыта показана в таблице 1. Каждый вариант состоял из 3 повторностей по 15 растений. После обработки каждые 10 дней проводили отбор проб листьев, которые высушивали при температуре 35-38 °С. Отбирали неповреждённые вредителями и болезнями целые листья разного возраста – растущие и полностью сформированные. После высушивания пробы листьев каждого варианта измельчали до размера частиц, проходящих сквозь сито с отверстиями 0,5 мм. Измельченные пробы использовали для проведения дальнейшего анализа.
Количественное определение суммы фенольных соединений в пересчете на цикориевую кислоту проводили методом прямой спектрофотометрии по разработанной ФГБНУ ВИЛАР методике на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu, Япония) [11]. Каждый образец анализировали в трех повторностях.
Качественный состав фенольных соединений определяли методом ВЭЖХ-УФ-МС/МС с использованием системы LCMC-8040 (Shimadzu, Япония), включающей ультраэффективный жидкостный хроматограф Nex-era, тройной квадрупольный масс-спектрометр и диодноматричный детектор. Идентификацию веществ проводили на основании анализа характеристик УФ- и масс-спектров, их сравнением с индивидуальными соединениями, ранее полученными в ФГБНУ ВИЛАР, а также сопоставлением с данными литературы.
Статистическая обработка полученных результатов проведена с использованием программы Microsoft Excel.
Результаты и их обсуждение
На рисунке 2 показан схематичный график динамики накопления фенольных соединений в листьях цикория обыкновенного за период проведения исследования. Как видно из рис. 2, в онтогенезе цикория присутствуют два периода накопления фенольных соединений (ФС) – летний и осенний, между ними происходит значительное снижение содержания ФС. Это связано с биологическими особенностями растения – поскольку цикорий является двулетним видом, в первый год вегетации в условиях Московской области в 3 декаде августа происходит закладка генеративных почек, что приводит к перераспределению пластических веществ и отражается на синтезе вторичных метаболитов.
Общее содержание ФС в 2022 году было ниже по сравнению с 2021 годом в среднем на 0,7%. Это обусловлено различием погодных условий в периоды активного прироста вегетативной массы растений (рис. 1). Так, в июле и в конце сентября – начале октября в 2022 году сумма осадков была значительно выше по сравнению с 2021 годом, а температура воздуха в указанные периоды была ниже. Было установлено, что применение аланина в разных концентрациях не оказало значительного влияния на увеличение содержания фенольных соединений (табл. 2), изменений в динамике их накопления отмечено не было.
На рисунках 3 и 4 приведены ВЭЖХ-хроматограммы (ВЭЖХ-УФ-ДМД) спиртовых извлечений из листьев цикория. Фенольный комплекс листьев культивируемого цикория представлен фенолкарбоновыми кислотами, флавоноидами и следовыми количествами оксикумаринов [12]. Для наглядности на хроматограммах показаны данные об образцах разных сортов, полученных в разные годы исследования, обработанных растворами с разной концентрацией аминокислоты.

---Ростовский (2021) ---Ярославский (2021)
Рис.2.Динамика накопления фенольных соединений в листьях двух сортов цикория обыкновенного в 2021-2022 годах
Fig.2.Accumulation dynamics ofphenolic compoundsin the leaves oftwo varietiesofcommon chicoryin 2021-2022
Таблица 2. Содержание фенольных соединений в листьях цикория в период их максимального накопления (1 декада октября) Table 2. Phenolic compounds content in chicory leaves during their maximum accumulation (1st decade of October)
Погодные условия года (фактор А) |
Действующее вещество (д.в.) (фактор В) |
Концентрация д.в. (фактор С) |
Содержание суммы фенольных соединений, % ( ͞х ) |
|
сорт Ростовский |
сорт Ярославский-1 |
|||
С1 - контроль |
7,4481 |
7,5781 |
||
В1 (L-аланин) |
С2 (10 мг/л) |
7,0745 |
7,3780 |
|
А1 (2021) |
С3 (25 мг/л) |
7,5660 |
7,1351 |
|
С1 - контроль |
7,4481 |
7,5781 |
||
В2 (DL-аланин) |
С2 (10 мг/л) |
7,5398 |
6,9853 |
|
С3 (25 мг/л) |
7,1555 |
7,2571 |
||
С1 - контроль |
6,6308 |
6,4251 |
||
В1 (L-аланин) |
С2 (10 мг/л) |
6,5717 |
5,7793 |
|
до (2022} |
С3 (25 мг/л) |
6,1851 |
6,2817 |
|
С1 - контроль |
6,6308 |
6,4251 |
||
В2 (DL-аланин) |
С2 (10 мг/л) |
6,6230 |
6,3858 |
|
С3 (25 мг/л) |
6,4745 |
7,9165 |
||
НСР 05 ABС |
0,7156 |
0,5877 |
Было установлено, что применение растворов энантиомеров аланина не повлияло на качественный состав фенольных соединений, но привело к изменению соотношения гидроксикоричных кислот между собой (рис. 5). Различий по данным показателям между сортами цикория не обнаружено.
Как видно из рисунка 5, в 2021 году во всех вариантах по сравнению с контролем наблюдается увеличение содержания хлорогеновой кислоты за счет снижения цикориевой кислоты, при этом содержание кафтарововй кислоты и цикориина изменяется незначительно. В 2022 году подобное соотношение сохраняется только в вариантах с концентрацией аминокислоты 25 мг/л, тогда как варианты с 10 мг/л схожи по значениям с контролем. Как уже было сказано выше, погодные условия в период проведения исследования различались. Можно предположить, что при отсутствии стрессовых факторов, как в 2022 году, эффект от обработок возможен при использовании более высоких концентраций раствора аминокислоты (25 мг/л).
Цикориевая, хлорогеновая и кафтаровая кислоты являются основными фенольными соединениями в листьях цикория обыкновенного, на их долю приходится 50-60% общем профиле ФС. Данные соединения, а также

Рис.3.ВЭЖХ-УФ-хроматограмма (330 нм) спиртовых извлечений из листьев цикория – сорт Ростовский,2021 год Fig.3.Chromatogram (330 nm)ofalcoholextractsfrom chicory leaves- Rostovskyvariety,2021

Рис.4.ВЭЖХ-УФ-хроматограмма (330 нм) спиртовых извлечений из листьев цикория – сорт Ярославский-1,2022 год
Fig.4.Chromatogram (330 nm) ofalcohol extracts from chicoryleaves– Yaroslavskyvariety, оксикумарин цикориин, который составляет 1-2% от общего содержания ФС, обуславливают фармакологическое действие субстанций, полученных из листьев цикория – гепатопротекторное, противовоспалительное, анти-атеросклеротическое, иммуномодулирующее, антиоксидантное [13-16].
Установлено, что в течение вегетационного периода в листьях цикория изменяется процентное соотношение между основными фенольными соединениями (табл. 3). В начальный период роста (1 декада июля) отмечается высокое содержание цикориевой кислоты (> 80%), которое снижается к концу периода до 60-70%. Содержание хлорогеновой кислоты увеличивается пропорционально снижению цикориевой кислоты – с 9% до 20-30%. Содержание кафтаровой кислоты и цикориина изменяется незначительно. Данное соотношение в оба года исследования изменялось незначительно. В варианте с обработкой L-аланином в концентрации 25 мг/л за 2 года на обоих сортах было показано наибольшее снижение содержания цикориевой кислоты по сравнению с другими вариантами.
Хлорогеновая кислота является предшественником цикориевой [17] и, как видно из табл. 3, доля промежуточ-

Соотношение основныхдействующих веществе спиртовых извлечениях, % □ цикориевая кислота □ хлорогеновая кислота □ кафтаровая кислота Вцикориин
Рис.5. Соотношение основных действующих веществ в спиртовых извлечениях из листьев цикория в разные годы исследования на примере сорта Ростовский
Fig.5. The percentage ofthe main active ingredientsin alcoholextractsfrom common chicoryleaves in differentyearsofthe studyon the example ofthe Rostovskyvariety
Таблица 3. Соотношение основных фенольных соединений (%) в спиртовых извлечениях из листьев, отобранных в начале и конце вегетационного периода (2022 год)
Table 3. The ratio of the main phenolic compounds (%) in alcohol extracts from chicory leaves taken
Заключение
Анализ полученных экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что применение энантиомеров аланина в разных концентрациях не оказало значимого влияния на динамику накопления фенольных соединений и увеличение их содержания в листьях цикория обыкновенного. Отмечено, что в год с неблагоприятными погодными условиями (повышенная температура воздуха, дефицит осадков) общее содержание фенольных соединений было выше в среднем на 0,7%. Также было установлено, что использование энантиомеров аланина при- вело к изменению соотношения гидроксикоричных кислот в спиртовых извлечениях из листьев цикория, но не повлияло на качественный состав фенольных соединений. В течение вегетационного периода в листьях цикория изменяется соотношение между фармакологически значимыми фенольными соединениями. Содержание хлорогеновой кислоты увеличивается пропорционально снижению цикориевой кислоты. Обработка L-аланином в концентрации 25 мг/л за период исследования на обоих сортах привела к наибольшему снижению содержания цикориевой кислоты по сравнению с другими вариантами. Таким образом, использование аланина при выращивании цикория с целью повышения содержания фенольных соединений не является рациональным агротехническим приемом. Однако дальнейшее изучение влияния других аминокислот на содержание биологически активных веществ и продуктивность растений цикория, безусловно, представляет интерес, и следует обратить внимание на фенилаланин, как предшественник фармакологических значимых соединений цикория.
Об авторах:
Aboutthe Authors:
Polina O. Mavrina – Junior Researcher Department of Chemistry of Natural Compounds, ,
Grigoriy V. Adamov – Leading Researcher laboratories of atomic and molecular bioregulation and selection, ,
Elena L. Malankina – Doc. Sci. (Agriculture),
Professor, Chief Researcher Laboratories Botanical Garden, ,
Список литературы Изучение влияния аланина на накопление фенольных соединений в листьях цикория обыкновенного (Cichorium intybus L.)
- Abdelhamid M.T., Sadak M., Schmidhalter U. Effect of foliar application of aminoacids on plant yield and physiological parameters in bean plants irrigated with seawater. Acta Biológica Colombiana, 2015;20(1):140-152. https://doi.org/10.15446/abc.v20n1.42865.
- Samad A., Shaukat K., Ansari M., Nizar M., Zahra N. et al. Role of foliar spray of plant growth regulators in improving photosynthetic pigments and metabolites in Plantago ovata (Psyllium) under salt stress - A field appraisa. BIOCELL. 2023;47(3):523-532. https://doi.org/10.32604/biocell.2023.023704.
- Петухов Д.В., Изместьев Е.С., Сазанов А.В., Зайцев М.А., Товстик Е.В. Применение аминокислот и их хелатных комплексов с микроэлементами в питании растений (обзор). Теорeтическая и прикладная экология. 2022;(1):167-174. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-1-167-174. EDN TGQXRF.
- Haydon M.J., Cobbett C.S. Transporters of ligands for essential metal ions in plants. The New Phytologist. 2007;174(3):499-506. https://doi.org/10.1111/j.1469- 8137.2007.02051.x.
- Маланкина Е.Л., Терехова В.И., Зуйкова Е.Ю. Разработка технологических приемов размножения мяты перечной для органической культуры. Вестник КрасГАУ. 2022;3(180):10-16. https://doi.org/10.36718/1819-4036-2022-3-10- 16. EDN SZQRVJ.
- Khalesi A., Mousavi Mirkalaeia S.A., Modarres Sanavy S.A.M. et al. Effect of foliar application of amino acids on grain yield and physiological traits of chickpea under drought stress. Gesunde Pflanzen. 2023. https://doi.org/10.1007/s10343-022- 00821-0.
- Berry Z.C., Emery N.C., Gotsch S.G., Goldsmith G.R. Foliar water uptake: Processes, pathways, and integration into plant water budgets. Plant. Cell & Environment. 2019;42(2):410-423. https://doi.org/10.1111/pce.13439.
- Malankina E., Potschuev P., Malankin G., Zaitchik B., Ruzhitskiy A. Amino Acids for Medicinal Plants of the Umbellifer Family (Apiaceae). Zeitschrift fur Arznei - und Gewurzpflanzen. 2022.
- Маврина П.О., Сайбель О.Л., Маланкина Е.Л. Возможности использования листьев культивируемого цикория обыкновенного (Cichorium intybus L.) в качестве лекарственного растительного сырья (обзор). Овощи России. 2021;(4):105-110. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-4-105-110. EDN AQTNMH.
- Сайбель О.Л., Радимич А.И., Даргаева Т.Д., Маврина П.О. Вторичное сырье цикория и топинамбура - источник получения фенольных соединений. Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты / Сборник материалов XI Международного симпозиума. 2022. С.212.
- Сайбель О.Л., Даргаева Т.Д., Цицилин А.Н., Дул В.Н. Разработка методики количественного анализа биологически активных веществ и оценка динамики их накопления в зависимости от фазы вегетации Цикория обыкновенного (Cichorium intybus L.). Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2016;19(6):20-24. URL: https://bmpcjournal.ru/sites/default/files/private/bmfc-2016-06-05.pdf (дата обращения: 23.06.2023).
- Сайбель О.Л., Радимич А.И., Адамов Г.В., Даргаева Т.Д., Фадеев Н.Б., Зеленков В.Н., Лапин А.А. Химический состав фракций надземной части культивируемого цикория обыкновенного и их антиоксидантная активность. Химия растительного сырья. 2021;(4):165-173. https://doi.org/10.14258/jcprm.2021049316. EDN JZOTGD.
- Tsai K.L., Kao C.L., Hung C.H., Cheng Y.H., Lin H.C., Chu P.M. Chicoric acid is a potent anti-atherosclerotic ingredient by anti-oxidant action and anti-inflammation capacity. Oncotarget, 2017;8(18):29600-29612. https://doi.org/10.18632/oncotarget.16768.
- Adem Ş., Eyupoglu V., Sarfraz I., Rasul A., Zahoor A.F., Ali M., Abdalla M., Ibrahim I.M., Elfiky A.A. Caffeic acid derivatives (CAFDs) as inhibitors of SARSCoV-2: CAFDs-based functional foods as a potential alternative approach to combat COVID-19. Phytomedicine. 2020. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2020.153310.
- Сайбель О.Л., Даргаева Т.Д., Пупыкина К.А. Изучение желчегонной и гепатопротекторной активности травы цикория обыкновенного. Медицинский вестник Башкортостана. 2015;10(5):70-73. EDN VRFLLJ.
- Сайбель О.Л., Даргаева Т.Д., Пупыкина К.А., Петрова И.В., Фархутдинов Р.Р. Оценка антиоксидантной активности травы цикория обыкновенного (Cichorium intybus L.). Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2017; Т.2,2(114):85-88. https://doi.org/10.12737/article_59a614fcd18c42.95236968. EDN YMRKIN.
- Yang M., Wu C., Zhang T., Shi L., Li J., Liang H., Lv X., Jing F., Qin L., Zhao T.,Wang C., Liu G., Feng S., Li F. Chicoric Acid: Natural Occurrence, Chemical Synthesis, Biosynthesis, and Their Bioactive Effects. Frontiers in Chemistry. 2022. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.888673.