Вміст хлорофілів і каротиноїдів у пагонах лохини високорослої (Vaccinium Corymbosum L.)

CONTENT OF CHLOROPHYLLS AND CAROTENOIDS IN SHOOTS OF HIGHBUSH BLUEBERRIES (VACCINIUM CORYMBOSUM L.)

Since photosynthetic pigments are not only important for plants in photosynthesis,they are also biologically active substances in therapeutic usage, the search for plants with their high content remains an urgent task of nutraceuticals, pharmacy and medicine. In this study, the shoots of Vaccinium corymbosum L. varieties Bluejay (early ripening) and Bluecrop (medium ripening) grown in the experimental area in the Lviv region of Ukraine in the phenological phases: in flowering, fruiting, after fruiting, in preparation for winter dormancy have been used. 100 % acetone, 80 % acetone and diethyl ether were used as extractants. The content of chlorophylls and carotenoids was determined spectrophotometrically at wavelengths corresponding to their absorption maxima and calculated by formulas Holm-Wettstein, Lichtenthaler, Wintermans and de Mots.

The findings of the study show that the content of chlorophyll a and b in the shoots of V. corymbosum depends on the extractant and the phenological phase of growth at which the plant material is collected. The best extractant was 100 % acetone, slightly worse 80 % acetone and diethyl ether, although in general the level of chlorophylls coincided. All of the extractants used were effective enough to remove carotenoids. The content of chlorophylls and carotenoids and their ratio in the shoots of investigated varieties of V. corymbosum is high and varies during the growing season: the highest content of chlorophylls is observed during flowering: 45.45±7.384 and 37.89±2.849 mg/100 g of dry weight in Bluejay and Bluecrop respectively. The content of carotenoids increases from the flowering phase to fruiting and remains at the same level long after its completion. The highest content of carotenoids was 5.49±0.451 and 5.73±0,143 mg/100 g of dry weight in Bluejay and Bluecrop respectively. It is assumed that the dynamics of chlorophyll content reflects the increase in the level of energy needs of the plant to ensure generative reproduction during the fruiting phase, followed by preparation for changes in temperature and insolation in winter. Some evidence of this may be the increase in the ratio of chlorophylls a/b during this period.

In our opinion, further research on the use of P as a medicinal raw material would be beneficial, taking into account the given results.

Key words: shoots of Vaccinium corymbosum, Bluejay, Bluecrop, chlorophylls, carotenoids.

Рослинні пігменти хлорофіли та каротиноїди є не лише відповідальними за поглинання, передачу і перетворення світлової енергії при фотосинтезі протягом вегетації, а й біологічно активними речовинами при терапевтичному застосуванні, оскільки проявляють антиоксидантну, імуномодулюючу, протипухлинну, протизапальну дію, знижують ризик серцево-судинних та вікових захворювань, діабету [2, 3, 8, 9]. Пошук рослин з високим вмістом хлорофілів і каротиноїдів залишається актуальним завданням нутрацевтики, фармації та медицини.

Vaccinium corymbosum L. (лохина високоросла) - багаторічний кущ родини Вересових (Ericaceae), походить з Північної Америки, де росте в болотистих регіонах півночі США та Канади. V. corymbosum має високу комерційну цінність і культивується у всьому світі в регіонах з відповідними кліматичними умовами завдяки їстівним плодам численних сортів, створених упродовж останнього століття. Пагони V. corymbosum використовують обмежено, хоча відома їх цінність у якості лікарської рослинної сировини (ЛРС) в інших видів Ericaceae. Тому метою роботи було дослідити вміст хлорофілів а і b та каротиноїдів у пагонах двох сортів Vaccinium corymbosum L. у різні фази вегетації, оцінити можливість їх використання в якості ЛРС.

Матеріал і методи досліджень

Збір рослинної сировини (РС) - пагонів Vaccinium corymbosum L. сортів Блуджей (раннього терміну дозрівання) і Блукроп (середнього терміну дозрівання) проводили на експериментальній ділянці ТОВ "Беррі Партнер" Львівської області України у фази цвітіння (I), плодоношення (II), восени після плодоношення (III), періоду підготовки до зимового спокою (IV). РС сушили на повітрі в темряві при температурі 22-24 °С і перед використанням подрібнювали до порошкоподібного стану.

Вміст хлорофілів і каротиноїдів визначали спектрофотометрично [1, 13]. Пігменти екстрагували, розтираючи РС у порцеляновій ступці окремо з ацетоном (80 і 100 %) та діетиловим ефіром (100,0-200,0 мг: 2-5 мл охолодженого екстрагенту) в умовах максимального затінення, після чого центрифугували при 5000 об/хв. протягом 10 хвилин. Надосадову рідину відбирали, а осад ресуспендували відповідним екстрагентом до знебарвлення. Усю надосадову рідину об'єднували і доводили відповідним екстрагентом до 25-50 мл. Оптичну густину екстракту визначали при довжинах хвиль, які відповідають максимумам поглинання хлорофілів a і b та каротиноїдів в екстрагенті, використовуючи екстрагент як розчин для порівняння. Концентрацію пігментів розраховували за наведеними рівняннями. Концентрацію хлорофілу a (хл a), хлорофілу b (хл b), суму хлорофілів a і b (хл a + b) та каротиноїдів розраховували за формулами.

При вилученні пігментів 100 % ацетоном оптичну густину (D) визначали при 662; 644; 440,5 нм, а концентрацію пігментів обчислювали за формулами Холма та Веттштейна [5, 11]:

Схл а, мг/л = 9,784 -D662 - 0,990 * D644,

Схл b, мг/л = 21,426 * D644 - 4,650 * D662,

Схл (а + b), мг/л = 5,134 * D662 + 20,436 * D644,

Скар, мг/л = 4,695-D440,5 - 0,268 * (Схл а + Схл b).

При вилученні пігментів 80 % ацетоном оптичну щільність визначали при 663, 646, 470 нм, а концентрацію пігментів обчислювали за формулами, запропонованими Ліхтенталером [7]:

Схл а, мг/л = 12,21 D663 - 2,81 * D646 Схл b, мг/л = 20,13 * D646 - 5,03 * D663 Скар, мг/л = (1000 * D470 - 3,27 хл а - 100 хл b) / 229

При вилученні пігментів 100 % діетиловим ефіром розрахунки вмісту хлорофілів та каротиноїдів проводили за формулами, запропонованими Вінтерманс, де Мотс (1965) [12] після вимірювання поглинання при 480, 642,5 та 660 нм:

Схл а, мг/л = 9,93 * D660 - 0.777 * D642,5

Схл b, мг/л = 17,6 * D642,5 - 2.81 * D660

Схл(а + b), мг/л = 7.12 * D660 + 16,8 * D642,2

Скар, мг/л = (1,000 * D480 - 0,52 * Схл а - 7,25 хл b)/226

Результати були перераховані та виражені в мг/100 г сухої маси РС. Вимірювали також суму хлорофілів а та b (Хл а+b), співвідношення вмісту хлорофілу а до хлорофілу b (Хл а/b), співвідношення каротиноїдів до суми хлорофілів а+b (Кар/Хл а+b). Усі процедури екстракції проводили в умовах слабкого світла, щоб уникнути деградації пігментів.

Статистичний аналіз проводили за допомогою Microsoft Office Excel (2007). Усі лабораторні експерименти проводили в триразовому повторенні, наведені дані - середнє ± стандартне відхилення (SD).

Результати досліджень та їх обговорення

Результати проведеного дослідження свідчать, що вміст хлорофілів а та b у пагонах V. corymbosum залежать від екстрагента та фенологічної фази росту, на якій відбирається РС. Найкращим екстрагентом виявився 100 % ацетон, дещо гіршим - 80 % ацетон і діетиловий ефір, хоча загалом рівень вмісту хлорофілів збігався (табл. 1, 2). Усі використані нами екстрагентами виявилися достатньо ефективними для вилучення каротиноїдів. Найбільше хлорофілів у пагонах Блукроп та Блуджей накопичується у фази цвітіння (I), дещо менше - у фазі плодоношення (II) та після неї (III), а вміст каротиноїдів зростає від фази I до III (табл. 1, 2). Вміст хлорофілів і каротиноїдів у пагонах V. corymbosum сорту Еліот, який ми дослідили раніше, у 2-3 рази вищий порівняно з сортами Блукроп та Блуджей [13]. Така динаміка вмісту хлорофілів очевидно відображає підвищення рівня енергетичної необхідності рослини для забезпечення генеративного відтворення у фазу плодоношення з наступною підготовкою до змін температурного режиму та інсоляції в зимовий період. Певним підтвердженням цього може слугувати зростання співвідношення вмісту хл a/b від фази I до III (табл. 1, 2), оскільки деякими дослідниками показано зв'язок між синтезом хлорофілів та рівнем інсоляції [6], а також з температурними коливаннями [4], хоча й для інших видів рослин.

Таблиця 1 Вміст пігментів та їх співвідношення у пагонах сорту Блуджей, мг/100 г сухої маси

Примітка: #р > 0,1; *р < 0,05; **p < 0,01; ***p < 0,001

Водночас, вміст хлорофілів та каротиноїдів, виявлений нами у пагонах лохини високорослої різних сортів та термінів дозрівання є достатньо високим для потенційного використання для здоров'я людини - добове споживання 100-300 мг хлорофілів виявило користь для відновлення різних порушень здоров'я, включаючи деякі види раку у людини [10].

Таблиця 2