Влияние антропогенного загрязнения среды на качественный состав эфирного масла душицы обыкновенной (Origanum vulgare L.)

Широкое использование эфирного масла лекарственных растений в ряде отраслей промышленности требует тщательного анализа его качественного состава. Известно, что под воздействием абиотического стресса (техногенного загрязнения, механических повреждений и т.д.) увеличивается общий выход эфирного масла на единицу веса и изменяется его компонентный состав [1-3]. Так, анализ эфирного масла пижмы обыкновенной из загрязненных районов промзоны выявил более 85% специфичных компонентов. Кроме того, масло содержало в 9 раз больше токсических компонентов по сравнению с эфирными маслами растений из чистых районов [1]. Изучение реакции хвойных растений на действие полютантов показало, что изменение содержания терпеновых соединений, в частности монотерпенов, позволяют считать их маркерами стрессовых метаболических процессов в растении [4].

Цель работы: изучение изменения содержания и состава эфирного масла душицы обыкновенной ( Origanum vulgare L.) под действием техногенного загрязнения.

Материалы и методы исследования . Для проведения исследования в 2012 г. в Дмитровском районе Московской области были заготовлены образцы сырья дикорастущей душицы обыкновенной из популяций на экологически

Кондратьева Вера Валентиновна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Олехнович Людмила Сергеевна, младший научный сотрудник чистой (№ 1) и загрязненной (№2 – у автомобильной трассы со средней и №3 – с высокой степенью интенсивности движения) территориях. Растения срезали в фазу бутонизации и начала цветения. Из подвяленного материала методом дистилляции получали эфирное масло. Состав эфирных масел определяли с помощью хроматографа Agilent Technology 6890 с масс-спектрометрическим детектором 5973, колонка HP-1 длиной 30 м, внутренний диаметр – 0,25 мм. Температура термостата программировалась от 500С до 2500С со скоростью 40С/мин. Температура инжектора 2500С, газ носитель – гелий, скорость потока 1 см3/мин. Перенос от газового хроматографа к масс-спектрометрическому детектору прогревался до 2300С. Температура источника поддерживалась на уровне 2000С. Электронная ионизация проводилась при 70 eV в ранжировке масс m/z от 29 до 450. Идентификация выполнялась на основе сравнения полученных масс-спектров с данными библиотеки NIST 05-WILEY (около 500000 масс-спектров). Анализ микроэлементов (Fe, Zn, Cu, Ni, Pb, Cd) проводили в воздушно сухом материале методом атомно-адсорбционной спектрометрии согласно ГОСТ 27262-97. Аналитическая повторность опытов 3-х кратная. Полученные результаты статистически обработаны и использованием стандартной программы Mirosoft Excel.

Количественное содержание отдельных минеральных элементов в надземной части O. vulgare L. отражает специфику поглощенных растениями загрязнений (табл. 1). Особенно отчетливо оно проявляется при сопоставлении вклада таких элементов как Cd , Pb, Cu и Zn.

Таблица 1. Содержание отдельных элементов в надземной части O. vulgare L. из экологически различающихся популяций, мг/кг воздушно-сухого материала.

Так, надземная часть душицы из чистой популяции содержит почти в 3 раза меньше кадмия и в 2 раза свинца по сравнению с загрязненными растениями, где их концентрация также различна и зависит от степени техногенной нагрузки. И хотя в образцах № 2 и № 3 содержание практически всех элементов возрастает, но накопления их выше ПДК не зафиксировано, что позволяет использовать траву душицы в фармакопеи для настоев и сборов.

Более чувствительных реакций влияния загрязнения окружающей среды на состояния растений является изменение содержания и состава эфирного масла. Проведенные исследования показали, что растения из экологически чистого района содержали 0,13% эфирного масла. Его содержание возросло (до 0,19%) в растениях популяции №2 и снизилось до 0,07% в популяции № 3. При среднем уровне загрязнения атмосферы включается механизм образования защитных, в том числе терпеноидных веществ, что обусловливает повышение их запасов. Их синтез обеспечивается преимущественно за счет утилизации находящихся в растении простых и сложных углеводов [3]. Растения популяции №2 (среднее загрязнение) на 46% богаче эфирным маслом по сравнению с растениями популяции №1. Активизация его биосинтеза связана с необходимостью противодействия растительного организма негативному воздействию внешних факторов. Однако потенциальные возможности адаптации организма не безграничны. Этим, в частности, можно объяснить снижение запасов эфирного масла в растениях сильно загрязненного района, что связано со снижением интенсивности биосинтеза фитоорганических веществ из-за загрязнения атмосферы. Не менее чувствительным индикатором аэротехногенного загрязнениям воздушной среды служит варьирование компонентного состава эфирного масла ассимиляционного аппарата растений. По-видимому, оно обусловлено некоторым изменением метаболизма, возникающим в растении под влиянием аэротехногенных выбросов. В составе эфирного масла душицы обыкновенной из 3 популяций обнаружено 136 компонентов, идентифицировано 34 (табл. 2).

Таблица 2. Состав эфирного масла надземной части O. vulgare L. из экологически различающихся популяций, % от суммы компонентов

Состав эфирного масла душицы обыкновенной из экологически чистой популяции (№ 1) представлен в основном монотерпенами (13) и сесквитерпенами (12 компонентов). Основными компонентами эфирного масла являются: монотерпены – цис-(21,83%) и транс- (13,22%) оци-мены, сабинен (7,87%), мирцен (4,66%); сесквитерпены – гермакрен D (10,69%), β-кариофиллен (9,59%), бициклогермакрен (4,41%) и α-кадинол (2,46%); кислородсодержащие компоненты – 1,8-цинеол (9,26%) и линалоол (2,84%). Характерный для эфирного масла душицы спатуленол появляется только в составе масла, полученного из воздушно-сухого материала растений – 3,46%.

В качественном составе эфирных масел растений из экологически неблагополучных популяций произошли изменения в сторону снижения содержания монотерпенов и производных терпенов и увеличения сесквитерпенов. Отмечалось перераспределение массовой доли в составе терпенов – загрязнение атмосферы вызвало рост содержания α-пинена, сабинена, лимонена, гермакрена D и β-кариофиллена, снижение – мирцена, транс-и цис-оцименов, 1,8-цинеола и линалоола. Помимо этого в составе масла растений из популяций № 2 и № 3 появились новые компоненты, такие, как камфен, борнеол, терпилен, кариофилленоксид и не обнаружены компоненты, характерные для эфирного масла душицы [5] – тимол и спатуленол.

Выводы: под влиянием абиотического стресса (загрязнения окружающей среды) у растений душицы обыкновенной наблюдалось увеличение на 46% содержания эфирного масла при средней степени нагрузки и снижение на 44% при высокой степени антропогенной нагрузки по сравнению с растениями из экологически чистой популяции. При этом надземная часть O. vulgare L. из загрязненных популяций содержала почти в 3 раза больше кадмия и в 2 раза свинца. В качественном составе эфирных масел растений из экологически неблагополучных популяций зафиксировано снижение содержания монотерпенов и их производных и увеличения сесквитерпенов. Кроме того, отмечено перераспределение массовой доли в составе терпенов: рост содержания α-пинена, сабинена, лимонена, гермакрена D, β-кариофиллена; снижение – мирцена, транс-и цис-оцименов, 1,8-цинеола, линалоола; появление новых компонентов – камфена, борнеола, терпилена, кариофилленоксида; отсутствие тимола и спатуленола.

Работа выполнена при поддержке программы ОБН РАН «Биологические ресурсы России: динамика в условиях глобальных климатических и антропогенных воздействий».