Химический состав корней и урожайность растений Angelica archangelica L. под влиянием сульфата кобальта

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОРНЕЙ И УРОЖАЙНОСТЬ РАСТЕНИЙ Angelica archangelica L. ПОД ВЛИЯНИЕМ СУЛЬФАТА КОБАЛЬТА

Р.М. Баширова, А.Ю. КаСьянова

Исследовали влияние сульфата кобальта на количественные и качественные признаки растений дудника дягилевого (Angelica archangelica L.). Определяли содержание в корнях дудника дягилевого аминокислот, метаболитов и макроэлементов, а также массу растений.

Summary

CHEMICAL CONTENT OF ROOTS AND PRODUCTIVITY OF Angelica archangelica L. PLANTS UNDER THE INFLUENCE OF COBALT SULPHATE

R.M. Bashirova, A.Yu. Kas'yanova

The influence of cobalt sulphate on quantitative and qualitative determinants of Angelica archangelica L. plants was investigated. The content of amino acids, metabolites and macroelements in the roots, and also the mass of plants were determined. It was shown, that application of cobalt sulphate as the solutions of various concentration (50 ml under every plant) result in the increase of plants mass and the content of coumarins, iron and zinc in the roots. The reliable reduction of content of isoleucine, proline and arginine, and the increase of leucine content in the roots were revealed. It was established, that the optimal dose of CoSO₄ for A. archangelica plants is 0,005 mg per one plant.

дудник дягилевый аминокислота метаболиты макроэлементы

Дудник дягилевый (Angelica archangelica L.) -- ценное лекарственное растение, экстракты которого входят в состав ряда пищевых добавок («Болюсы Хуато», «Гастритол», «Карвомин^R», «Ветримарин^R»), а также препаратов для лечения гинекологических и грибковых заболеваний, невралгии, артрита и др. (1, 2). В странах Юго-Восточной Азии зелень дудника используют для лечения анемии (3). Следует отметить, что A. archangelica культивируют практически во всех европейских странах; с 1 га получают до 1,2-2,2 т сырой массы корней. В Германии проводят селекцию на содержание эфирных масел, в других странах A. archangelica используют в качестве овощной культуры (4-6). Получить высокий урожай дудника дягилевого и сохранить при этом целебные свойства чрезвычайно трудная задача, так как повышение общей массы растений сопровождается снижением выхода физиологически активных веществ, содержание которых варьирует в зависимости от степени инсоляции, плотности посевов и т.д.

В связи c этим в задачу нашей работы входила фитохимическая оценка корней и урожайности растений A. archangelica под влиянием подкормки сульфатом кобальта.

Методика

Выбор в качестве микроудобрения сульфата кобальта (CoSO₄) был обусловлен следующими соображениями: ионы Со⁺⁺ оказывают влияние на гормональный обмен растений, ингибируя синтез этилена и пероксидазный распад индолилуксусной кислоты; кобальт -- кофактор некорриновых ферментов (метионинаминопептидазы, пролидазы, лизинаминомутазы, глюкозоизомеразы и др.); семена, полученные от растений, выращенных на карбонатных почвах, характеризуются низким содержанием кобальта, что предопределяет в дальнейшем дефицит этого элемента; CoSO₄ менее подвижен в почве, нежели CoCl₂ и Сo(NO₃)₂, что снижает скорость вымывания микроэлемента и создает более стабильные запасы ионов Сo⁺⁺ в зоне корней (7-9).

Исследования проводили в Кармаскалинском районе Башкирии. Почва -- чернозем выщелоченный среднесуглинистый; рассаду высаживали в мае по схеме 5050 см; CoSO₄ вносили в июне в виде растворов в концентрации 0,0001; 0,001 и 0,01 % (по 50 мл под каждое растение). Зависимость изучаемых показателей от дозы СoSO₄ оценивали в четырех вариантах опыта: I -- контроль; II, III и IV -- соответственно 0,005; 0,05 и 0,5 мг на одно растение.

В каждом варианте анализировали по 10 растений, произвольно отобранных из 50 образцов. Аминокислотный состав, содержание протеина, сахаров и макроэлементов определяли на инфракрасном спектрофотометре, содержание кумаринов в корнях -- методом прямого спектрофотометрирования хлороформных экстрактов корней при = 320 нм (экстракцию проводили в течение 2 сут); содержание кумаринов рассчитывали, исходя из коэффициента молярной экстинкции (10).

Результаты

Уже через 2 нед после подкормки растений СoSO₄ были отмечены морфологические изменения, свидетельствующие об активации обмена ауксинов.

Наиболее эффективным оказалось внесение 0,005 мг СoSO₄ в расчете на одно растение (II вариант опыта), вызвавшее почти 2-кратное увеличение сырой массы корней (табл.). Ко времени уборки урожая масса корней растений в вариантах опыта превышала аналогичный показатель в контроле в 2,5 раза. Эффект от внесения бульших доз был выражен в меньшей степени. В ряду возможных причин стимуляции процессов роста ионами Со⁺⁺ наиболее вероятной представляется дефицит этого элемента в высокогумусированных почвах. Хотя не исключено, что в растениях A. archangelica -- гиперконцентратора ионов железа -- могут накапливаться и близкие по свойствам к ионам Fe⁺⁺⁺ ионы Со⁺⁺, стимулирующие процессы роста.

Показатели количественных и качественных признаков растений Angelica archangelica L. под влиянием внесения сульфата кобальта в различных дозах

При минимальных дозах СoSO₄ снижалось содержание пролина в корнях растений A. archangelica, что может служить показателем устойчивости последних к абиотическим стрессам (11). Подтверждением нетоксичности выбранных нами доз СoSO₄, является стабильность содержания цистеина в корнях, реагирующего на воздействие тяжелых металлов (12).

Отток фотоассимилятов в корни во II варианте опыта существенно возрастал, что коррелировало с увеличением фотоассимилирующей поверхности в 3 раза (рис.) и накоплением кумаринов (см. табл.). Известно, что интенсивность синтеза сахаров обусловлена как участием ионов Сo⁺⁺ в регуляции активности фотосистемы II, так и повышением активности глюкозоизомеразы (13).

Растения Angelica archangelica через 2 мес после внесения в почву сульфата кобальта: I, II, III и IV -- соответственно контроль; 0,005; 0,05 и 0,5 мг СoSO₄ на одно растение.

Наибольшее содержание кумаринов в корнях отмечено также во II варианте опыта. Увеличение массы растения и в первую очередь корней можно объяснить активацией синтеза кумаринов, играющих большую роль в регуляции метаболизма (14).

Внесение CoSO₄ в минимальной дозе вызывало снижение концентрации фенилаланина, метионина, треонина, аргинина, серина, пролина, глицина и изолейцина в корнях растений. Аналогичные изменения обмена аминокислот под влиянием кумаринов были отмечены в культуре ткани моркови (15). Содержание лейцина в корнях повышалось на 73 % во II варианте опыта; внесение CoSO₄ в больших дозах не оказывало влияния на этот показатель (см. табл.). Внесение микроудобрения в дозе 0,005 мг способствовало увеличению содержания железа в корнях A. archangelica на 57 %, остальные дозы СoSO₄ были менее эффективными.

Таким образом, использование в качестве микроудобрения сульфата кобальта способствует увеличению не только массы корней A. archangelica, но и улучшению их качественного состава, стимулируя накопление железа и цинка и действующего начала кумаринов, причем оптимальной дозой является 0,005 мг СoSO₄ на одно растение. Следует отметить, что внесение СoSO₄ в дозах 0,005-0,5 мг на одно растение A. archangelica не представляет опасности для потребителя, так как даже в случае полной транслокации ионов Co⁺⁺ в растение, средняя масса которого ко времени уборки урожая составляет ?1000 г, потенциальная концентрация элемента в сырье не превысит 0,005 ПДК (16). С хозяйственной точки зрения наиболее важное значение имеет увеличение массы корней (в 2,2 раза), используемых в фармацевтической и ликероводочной промышленности. В полевых условиях целесообразно проводить предпосевное замачивание семян в растворах, содержащих микроэлементы (17).

ЛИТЕРАТУРА

1. Lansky E.P. Phytoestrogen supplement prepared from pomegranate seeds and a herbal mixture or coconut milk. Пат. 589140 США, МПК6 А61 К 35/78, № 777895. Опубл. 06.04.1999; НПК 424/195, 1. РЖ Химия, 2000, 00-09-190, 190 П.

2. Schхnfelder P. Angelicawurzel. DAB. Teedrogen und Phytopharmaka. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft. MBH Stuttgart, 1997: 62-65.

3. Han S.-B., ChoiE.-H., Chumg H.-W. e.a. Analysis of mineral contents of edible medicinal plants in Korea. Food Sci. Biotechnology, 2001, 10, 3: 225-230.

4. Bomme U., Hillenmeier G., R e i t e r H. Rinder Optimiertes Verfahren zur praxisnahen Wasserdampfdestillation дtherisher Цle aus frischen Pflanzenteil. Z. Arzn. Gew. Pfl., 2000, 5, 3-4: 132-144.

5. Pistrick K. Notes on neglected and underutilized crops. Current taxonomic overviews of cultivated plants in the families Umbelliferae and Labiatae. Genetic Resources and Crop Evolution, 2002, 49: 211-225.

6. Gagiotti M.R., Menghini A., Cenci C.A. e.a. Osservazioni bioritmiche e produttivitaґdi Angelica archangelica cultivate a differeni altitudini. Ann. Fac. Agr. Perudgia, 1984, XXXVIII: 297-300.

7. Lau O.L., Yang S.F. Inhibition of ethylene production by cobaltous ion. Plant Physiology, 1976, 58: 114-117.

8. Bandarian V., Ludwig M.L., Matthews R.G. Factors modulating conformational equilibria in large modular proteins: a case study with cobalamin-dependent methionine synthase. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 2003, 100(14): 8156-8163.

9. Tyler G., Zohlen A. Plant seeds as mineral nutrient resource for seedlings DA comparison of plants from calcareous and silicate soils. Annals of Botany, 1998, 81: 455-459.

10. Hauffe K.D., Hahlbrock K., Scheel D. Elicitor-stimulated furanocoumarin biosynthesis in cultured parsley cells: S-adenosyl-L-methionine: bergaptol and S-adenosyl-L-methyonine: xanthhotoxol O-methyltransferase. Z. Naturforschung, 1985, 41: 228-239.

11. Титов С.Е., Кочетов А.В., Коваль В.С. и др. Трансгенез как способ повышения устойчивости растений к абиотическим стрессам. Усп. совр. биол., 2003, 123, 5: 487-494.

12. Oven M., Grill E., Golan - Goldhirh A. e.a. Increase of free cysteine and citric acid in plant cells exposed to cobalt ions. Phytochemistry, 2002, 60, 5: 467-474.

13 .Hortchandani S., Ozdemir U., Nasr C. e.a. Redox characteristics of Schiff base manganese and cobalt complexes related to water-oxidizing complex of photosynthesis. Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 1999, 1, 48: 53-59.

14. Siatka T., Kaspranova M. YLIV auxinu produkci kumarinu v suspenzni culture Angelica archangelica L. Иeska a slovenska farmacie. Roиnik LII-Chislo, 2003, 4: 186-188.

15. Abenavoli M.R., Sorgona A., Sidari M. e.a. Coumarin inhibits the growth of carrot (Daucus carota L. cv. Saint Valery) cells in suspension culture. Plant Physiology, 2003, 160: 227-237.

16. Амосова Н.В., Тазина И.А., Сынзыныс Б.И. Фито- и генотоксическое действие ионов железа, кобальта и никеля на физиологические показатели растений различных видов. С.-х. биол., 2003, 5: 49-54.

17. Насибулина Т.А., Нуриев И.Ф., Костылев Д.А. и др. Влияние предпосевной обработки семян растворами микроэлементов на развитие Rhaponticum carthamoides. В сб.: Итоги биологических исследований. Уфа, 2003, 7: 226-229.

Размещено на Allbest.ru