Элементный состав листьев дикорастущего женьшеня (Panax ginseng C.A. Mey.)

Введение. Дикорастущий женьшень, «корень-человек» (Panax ginseng C.A. Mey., сем. Araliaceae Juss.) – уникальное лекарственное растение. Широкий спектр лекарственных свойств женьшеня обусловлен разнообразием биологически активных веществ, накапливающихся в его клетках: полиацетилены, пептиды, полисахариды, эфирные масла, витамины, слизи, смолы, пектин, аминокислоты [1]. Главными действующими веществами женьшеня считаются тритерпеновые гликозиды – гинзено-зиды (сапонины) [1].

Известно, что лечебные свойства растений определяются не только их способностью синтезировать и накапливать в больших количествах биологически активные вещества, но и концентрировать целый ряд жизненно необходимых химических элементов. Многие лекарственные растения способны избирательно накапливать отдельные микроэлементы или группы из 5–10 элементов в количестве, значительно превышающем их средние (кларковые) величины и имеющем терапевтический эффект [2, 3]. Изучение содержания 20 элементов у более 200 видов лекарственных растений позволило выявить специфические особенности их накопления у трех групп видов, продуцирующих фенольные соединения, алкалоиды и сапонины [3, 4]. Исследование элементного состава лекарственных растений углубляет наши знания о природе их лечебных свойств, а также позволяет разрабатывать новые методы идентификации качества и происхождения лекарственного растительного сырья [3]. Особое значение имеет определение химических элементов-маркеров для идентификации географической принадлежности видов, рас и популяций редких и исчезающих растений, в том числе женьшеня. В случае нарушения целостности растений только химические или физические методы могут подтвердить незаконный сбор вида, занесенного в Красную книгу.

В настоящее время в научной литературе имеются некоторые данные по элементному составу корней растений женьшеня, культивируемых в России, Китае и Корее [4–6]. Сведения же по элементному составу растений дикорастущего женьшеня в литературе практически отсутствуют. Нашими исследованиями мы попытались в какой-то мере восполнить этот научный «пробел».

Цель работы . Выявление видовой специфичности элементного состава листьев дикорастущего женьшеня и первичная оценка уровня его пластичности.

Объекты и методы. Изучение элементного состава листьев женьшеня было выполнено на примере растений, полученных из природных местообитаний, находящихся в пределах Спасского и Хасанского административных районов Приморского края. Листья генеративных растений дикорастущего или таежного женьшеня были собраны в природных таежно-лесных местообитаниях Спасского (2009–2013 гг.) и Хасан-ского (1995 г.) районов Приморского края в ходе экспедиций лаборатории биотехнологии БПИ ДВО РАН. Кроме того, были отобраны образцы растений женьшеня на охраняемом участке типичного кедрово-широколиственного леса площадью 0,2 га (Protected forest area), расположенного на западном предгорье хребта Синий в Спасском районе. Здесь под пологом леса в продолжение 10–15 лет произрастает женьшень, перенесенный в молодом возрасте (5–7 лет) из природных таежных местообитаний. Мы называем его условно «лесным женьшенем» в отличие от «дикого, или таежного женьшеня» типичных природных местообитаний ( in situ ).

В исследовании использовали усредненную выборку гербарных образцов листьев генеративных четырехлистных лесных растений женьшеня возрастом 17–25 лет. Поскольку растения дикорастущего женьшеня сравнительно небольшие, а листья очень тонкие и легкие, то при отборе навески, необходимой для химического анализа, использовали усредненную пробу листьев 7–10 растений.

Элементный состав образцов определяли методом энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа. Пробы высушивали при 500С, измельчали в планетарной мельнице, 0,3 г (минимально допустимая навеска) запрессовывали в таблетку-излучатель (основа – 1,5 г борной кислоты). Спектры измеряли на приборе Shimadzu EDX-800 HS, время экспозиции 100 секунд в каждом энергетическом канале. Расчет концентраций производили по методу фундаментальных параметров с помощью программного комплекса спектрометра. Контроль правильности результатов анализа проводили с использованием стандартного образца состава травосмеси (Тр-1).

Использованный метод химического анализа позволил определить 16 макро- и микроэлементов элементов в составе листьев опробованных растений.

Результаты и обсуждение . Содержание элементов в листьях обследованных популяций женьшеня. Полученные экспериментальные данные позволили установить следующие особенности элементного состава листьев дикорастущего женьшеня Приморского края (табл.). Состав проанализированных химических элементов в листьях женьшеня, произрастающего в его типичных таежных местообитаниях, изменяется среди макроэлементов от 0,03–0,04 % (Fe) до 3–4 % (K) и от 20 мг/кг (Rb) до 120–130 мг/кг (Sr) у микроэлементов. Общий состав элементов можно представить следующим убывающим ранжированным рядом:

K>Сa>Mg>S>P>(Na>Si)>Al>Cl>Fe>Sr>Ti> >(Mn> Zn)>Cu>Rb.

Наблюдаются некоторые отличия в содержании элементов в листьях растений хасанской и спасской популяций. Так, в растениях спасской популяции не обнаружен титан, но отмечено 1,7–1,8-кратное превышение содержания марганца и фосфора и менее значимое (в 1,2– 1,3 раза) – калия, натрия, кальция. В то же время в пробах растений хасанской популяции установлена очень высокая концентрация цинка (в 3,5 раза выше проб Спасского района), а также повышенное содержание железа (в 1,4 раза) и магния (в 1,2 раза). Высокие значения коэффициента корреляции получены при сравнении содержания в образцах листьев из Спасского и Хасанского районов макроэлементов (r=0,97, p<0,05), корреляция отсутствовала при сравнении содержания микроэлементов. Существенные различия в содержании ряда элементов в листьях территориально разграниченных популяций природного женьшеня одного географического района свидетельствуют о перспективности дальнейшего поиска «элементных маркеров» для идентификации географического происхождения растений женьшеня, в частности незаконно добытых на территории Приморья.

Элементный состав листьев дикорастущего женьшеня в условиях природных местообитаний Хасанского и Спасского районов Приморского края и на охраняемом экспериментальном участке леса (Спасский район)

- содержание в сухом веществе листьев; ** - [2].

Сравнение листьев дикого и лесного женьшеня из Спасского района свидетельствует об их близком химическом составе. Отмечено лишь незначительное повышение содержания P, Al, Ca и Rb (1,3–1,4 раза) в типичных таежных растениях, а также Mg (1,6 раза) и Mn (1,3 раза) в растениях охраняемого лесного участка. Сходство элементного состава листьев таежного и лесного женьшеня подтвердил и выполненный корреляционный анализ. Высокие значения коэффициентов корреляции в содержании макроэлементов (r=0,94; p<0,05) и микроэлементов (r=0,97; p<0,05) в листьях таежного и лесного женьшеня позволяют решить и некоторые методические подходы к изучению этого редкого реликтового растения. В частности, при организации и проведении глубоких экологофизиологических исследований этого вида лес- ной женьшень с охраняемого участка леса может быть использован вместо дикого женьшеня, что в условиях таежных местообитаний практически невозможно.

Особенности элементного состава листьев женьшеня в сравнении с другими видами лекарственных растений. Элементный состав лекарственных растений активно изучается учеными в различных аспектах. В частности, на основе большой выборки видов исследована специфика элементного состава лекарственных растений, синтезирующих алкалоиды, фенольные соединения, сапонины [4, 7–9]. Сравнение наших данных по элементному составу листьев дикорастущего женьшеня с имеющимися в литературе для сравниваемых групп лекарственных растений показало, что наибольшее сходство по содержанию пяти наиболее физиологи- чески важных элементов (Al, Zn, Fe, Cu, Mn) женьшень проявляет с видами, продуцирующими сапонины. Женьшень, наряду с другими накопителями сапонинов, отличается от продуцентов алкалоидов и фенольных соединений более высоким содержанием Al, Zn, Fe и низким содержанием Mn. В то же время его специфика в группе видов, синтезирующих сапонины, проявилась в более высокой концентрации Cu (в 5 раз), а также Al, Zn, Mn (в 1,5–2 раза) при одновременно пониженном (до 2 раз) содержании Fe. Вместе с тем женьшень имеет близкое содержание Fe и Mn с алкалоидоносами. В целом же элементный состав листьев женьшеня по сравнению с данными, приведенными в работах М.Я. Ловковой с соав. [4, 7, 8], отличается от других лекарственных растений более высоким содержанием Cu, и Zn, низким содержанием Mn.

Второе направление исследований элементного состава лекарственных растений – сравнительный анализ представителей различных семейств. В частности, сравнение содержания 7 элементов (B, Zn, Fe, Na, Mg, Ca, K) у 79 видов растений, относящимся к 5 семействам, показало достоверные количественные различия в их содержании [10]. Авторами обнаружены значительные различия в содержании рассматриваемых химических элементов между следующими семействами растений: Zn – между Apiaceae и Fabaceae ; Fe и Na – Asteraceae и Rosaceae , Fe – Apiaceae и Rosaceae , а также Rosaceae и Lamiaceae ; Са – Asteraceae и Fabaceae , Asteraceae и Lamiaceae , а также Rosaceae и Lamiaceae . Женьшень как представитель сем. Araliaceae отличается, по нашим данным, от средних значений, приведенных в статье A. Arceusz с соавт. [10] для пяти сравниваемых семейств, более высоким содержанием железа (в 3–5 раз) и калия (в 1,5–2 раза).

Специфика элементного состава женьшеня по сравнению с другими видами Приморского края. Интересно отметить, что листья приморских популяций женьшеня более интенсивно накапливают Cu (в среднем в 9,5 раза), Fe и Zn (в 2,2 раза), а также K (до 1,5 раза) по сравнению с другими видами семейства аралиевых: (Kalopanax septemlobus (Thunb.) Koidz.), Aralia elata (Miq.) Seem., Eleutherococcus senticosus (Rupr. et Maxim.) Maxim., E. sessiliflorus (Rupr. et Maxim.) S.Y.Hu), типичных для лесных расти- тельных сообществ Южного Приморья [11]. В то же время содержание в них Mn почти в 2 раза ниже, чем в листьях указанных деревьев и кустарников. Близкие закономерности получены и при сравнении химического состава листьев женьшеня и лесного разнотравья природных фитоценозов Приморья. Листья «корня жизни» также обогащены Cu (до 10 раз), Zn (до 2 раз), Fe (до 1,5 раза) и несущественно (до 1,2 раза) – Mn и K [11]. Элементный состав листьев женьшеня резко отличается от такового у характерных представителей морских побережий Приморья. Сравнение с данными, приведенными в работе Н.М. Воронковой с соавт.[12], показало, что содержание Na у женьшеня в 10–35 раз ниже, а содержание K в 2–4 раза выше, чем у эу-галофитов (Suaeda heteroptera Kitag., Salicornia europaea L., Salsola komarovii Ilgin).

Выводы . Впервые получены данные по элементному составу листьев женьшеня из природных местообитаний Приморского края. Определено содержание 10 макро- и 6 микроэлементов у растений из двух частей ареала вида, территориально приуроченных к Спасскому и Хасанскому административным районам Приморья. Обнаружены существенные различия в содержании марганца, фосфора и цинка в листьях растений спасской и хасанской популяций, в то время как элементный состав листьев таежного и лесного женьшеня из Спасского района практически не отличался. В сравнении с другими лекарственными растениями элементный состав листьев дикорастущего женьшеня отличается высоким содержанием меди и цинка, низким содержанием марганца. Листья женьшеня более интенсивно накапливают медь, цинк и железо, чем другие аралиевые и представители лесного разнотравья природных фитоценозов Приморья.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности дальнейших исследований по разработке «элементных маркеров» для идентификации популяций, рас и разновидностей женьшеня. Для более полной характеристики видовой специфики элементного состава этого реликтового растения Приморья необходимы дальнейшие исследования с привлечением существенно большей выборки образцов из различных частей ареала вида.