Содержание некоторых групп соединений вегетативных органов Ornithogalum umbellatum (Hyacinthaceae)

Введение. При введении в культуру декоративных луковичных растений особое место занимают не только их биоморфологические особенности в новых условиях обитания, но и биохимические сведения о накоплении биологически активных веществ в вегетативных органах. Среди луковичных эфемероидов известен род Ornitogalum L., в котором около 300 видов, представленных шестью подродами [Агапова, 1977]. Нами интродуцирован птицемлечник зонтичный – Ornithogalum umbellatum L., очень полиморфный вид [Се-дельникова, 2002]. Полиморфизм этого вида обусловлен высокой степенью адаптации к крайне экстремальным условиям существования в природе. Сведений о биохимическом составе вегетативных органов и их изменчивости в литературе не обнаружено. Изучен состав запасных веществ у некоторых луковичных ин-тродуцентов [Седельникова, Кукушкина, 2009 а, б, 2013]. Обусловленность настоящего исследования связана с отсутствием данных о содержании запасных веществ в надземных и подземных органах птицемлечника зонтичного.

Цель работы. Изучение динамики накопления некоторых групп соединений в вегетативных органах Ornithogalum umbellatum для выявления возможностей их адаптации в условиях лесостепной зоны Западной Сибири .

Материалы и методы исследований. Исследования проводили в Центральном сибирском ботаническом саду (ЦСБС) СО РАН в течение 2010–2012 гг. с мая по сентябрь. Опытные растения выращивали с 1984 г. на интродукционном участке лаборатории декоративных растений, расположенном в юго-восточном районе Приобья г. Новосибирска. В работе использованы луковицы и листья Ornithogalum umbellatum L. – птицемлечника зонтичного из семейства Hyacinthaceae Batsch – гиацинтовых. В природе обитает в Европе и Северной Африке в степях и лесных лугах [Комендар, Мезев, 1986]. Это ранневесенний луковичный эфемероид, зимующий в условиях лесостепной зоны Западной Сибири [Седельникова, 2002].

Определяли количественный состав пектинов, протопектинов, катехинов, сахаров, крахмала, сапонинов и аскорбиновой кислоты в луковицах в течение вегетационного периода (май, июль, сентябрь). Пробы для анализа (навеска 5–10 г) брали в соответствии с фенофазами развития растений: вегетация и массовое цветение – II декада мая, летний покой – II декада июля, предзимье – III декада сентября. Использовали свежесобранное сырье. Пектиновые вещества определяли карбазольным методом; сахара по методу А.С.Швецова и Э.Х.Лукьяненко; катехины спектрофотометрическим методом; крахмал методом кислотного гидролиза; сапонины весовым методом (сырой сапонин) [Государственная …, 1968; Методы …, 1987; Киселева и др., 1991; Бородова и др., 1993; Кукушкина и др., 2003]. Определения проводили в трехкратной повторности.

Результаты исследований и их обсуждение. За годы исследования нами установлено высокое содержание аскорбиновой кислоты в листьях O. umbellatum в 2010–2011 гг. (86–89,6 мг%), а в более засушливый и теплый вегетационный период 2012 г. – 132,9 мг% (рис.1, а). Что касается содержания флавонолов, то их количество составляло от 1,6 % (2011г.) до 2,1 % (2012 г.). Однако в более теплом, умеренно увлажненном 2010 г. их значение было наибольшим и составляло 2,8 % (рис.1,б). Относительно накопления сахаров в надземных органах установлены сравнительно разные показания за годы исследования. Так, в теплый засушливый период 2012 г. наблюдали наибольшее содержание сахара (30,71%) по сравнению со слабозасушливым периодом 2011 г. (1,65 %). Содержание пектинов и протопектинов было сравнительно стабильным. Однако установлено, что протопектинов в 4 раза больше, чем пектинов. Содержание катехинов в 2011 г. было в 4–5 раз больше, чем в другие годы. По сапонинам стабильность наблюдали в 2011–2012 гг. (5,6–5,8 %), но в 2010 г. их содержание в листьях составляло 9,97 % (рис.2).

мг%

%

а                                 б             год

Рис. 1. Содержание аскорбиновой кислоты (а) и флавонолов (б) в надземных органах Ornithogalum umbel-latum в мае месяце: 1 – 2010 г.; 2 – 2011 г.; 3 – 2012 г.

%

□ Ряд1□ Ряд2□ Ряд3

вещества

Рис. 2. Содержание сахаров (1), пектинов (2), протопектинов (3), катехинов (4), сапонинов (5)

в надземных органах Ornithogalum umbellatum в мае месяце: ряд 1 – 2010 г., ряд 2 – 2011 г., ряд 3 – 2012 г.

В подземных органах за два года наблюдений (2010–2011 гг.) нами отмечено, что в луковицах весной, после зимнего покоя содержание аскорбиновой кислоты 6,4–14,4 мг%, а к предзимью оно снижается. Однако в засушливый период 2012 г. отмечено интенсивное накопление аскорбиновой кислоты в летний период относительного покоя (21,5 мг%) и понижение к предзимью (16,3 мг%). Содержание пектинов и протопектинов весной в 1,5 раза больше по сравнению с предзимьем. Причем количественное содержание протопектинов в 2 раза больше по сравнению с пектинами в течение всех вегетационных периодов. Только в июле 2010 г. их показания отличались незначительно. По содержанию катехинов отмечена стабильность во все годы наблюдений (0,02–0,04 %). Данные по количественным показаниям сапонинов позволили установить, что в теплый умеренно увлажненный (2010 г.) и засушливый (2012 г.) вегетационные периоды к предзимью их содержание в 2–3 раза больше в луковицах, чем весной. Однако при ранней теплой весне 2011 г. в мае месяце сапонинов обнаружено в 3 раза больше, чем в летне-осенний период (табл.).

Биохимические показатели веществ в луковицах Ornithogalum umbelatum в условиях Новосибирска за 2010–2012 гг.

Год	Месяц	Аскорбиновая кислота, мг%	Сахара, %	Пектины, %	Протопектины, %	Катехины, %	Сапонины, %
2010	Май	14,38	4,95	3,36	6,52	0,03	3,04
	Июль	14,68	0,86	3,34	3,95	0,03	7,35
	Сентябрь	5,69	2,54	2,75	5,42	0,04	10,55
2011	Май	6,43	9,72	2,75	7,41	-	49,18
	Июль	6,50	1,33	1,86	3,82	0,03	14,76
	Сентябрь	5,34	1,92	1,70	3,33	-	14,02
2012	Май	14,42	2,41	2,50	4,08	0,03	18,06

Июль	21,54	3,46	1,89	6,25	-	2,99
Сентябрь	16,31	4,26	1,89	3,76	0,02	9,35

По динамике содержания сахаров наблюдали их уменьшение к предзимью (последняя декада сентября) в 2 раза (2010 г.) и в 4,5 раза (2011г.). Однако в засушливый вегетационный период 2012 г. отмечено постепенное увеличение содержания сахара в луковицах O. umbelatum к осени в 1,5–2 раза (рис. 3). Относительно показаний по наличию крахмала установлена обратная зависимость. Так, в 2010 г. его количество возрастало в 5–6 раз в летне-осенний период по сравнению с весенним (рис. 4), в слабо засушливый 2011 г., наоборот, понижалось к предзимью в 2,5 раза. А в засушливый 2012 г. было стабильным (30–40%).

%

год

Рис.3. Содержание сахара в луковицах Ornithogalum umbelatum в разные вегетационные периоды:

1 – 2010 г.; 2 – 2011 г.; 3 – 2013 г. (ряд 1 – май, ряд 2 – июль, ряд 3 – сентябрь) %

о Ряд1

о Ряд2

о Ряд3

год

Рис. 4. Содержание крахмала в луковицах Ornithogalum umbelatum в разные вегетационные периоды: 1 – 2010 г.; 2 – 2011г.; 3 – 2012 г. (ряд 1 – май, ряд 2 – июль, ряд 3 – сентябрь)

Анализ результатов биохимического исследования состава луковиц и листьев O. umbelatum в период весенне-осенней вегетации позволил нам определить индивидуальные и общие закономерности. В луковицах и листьях обнаружено шесть общих компонентов: аскорбиновая кислота, сахара, пектины, протопектины, катехины и сапонины. В луковицах имеется крахмал, а в листьях – флавонолы. Их количественное содержа- ние зависит от весенне-летне-осеннего периода вегетации и метеорологических условий года наблюдений. Известно, что в летний период луковица O. umbelatum находится в вынужденном подземном покое, где происходят биоморфологические процессы формирования зачаточных генеративных органов [Седельникова, 2002]. Как показали наши данные, в летне-осенний период идет интенсивное накопление биохимических веществ (пектины, протопектины, сапонины, катехины), что повышает устойчивость и выживаемость генеративных и вегетативных органов в период зимнего покоя. Повышенное содержание крахмала в предзимье способствует морозостойкости луковиц O. umbelatum.

Выводы

• 1.    В луковицах O. umbelatum в 5–6 раз меньше аскорбиновой кислоты и сахара, чем в листьях в весенний период вегетации.

• 2.    Содержание крахмала, как полимера глюкозы, в подземных органах O. umbelatum составляло 25– 55 % к предзимью, а количественный состав сахаров уменьшался в 2–4,5 раза.

• 3.    Динамика накопления сапонинов, катехинов, пектинов, протопектинов в надземных и подземных органах связана с тепло- и влагообеспеченностью в период роста и развития O. umbelatum вегетационных периодов 2010–2012 гг.