ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ЛЕТУЧИХ ТЕРПЕНОИДОВ СОСНЯКОВ СРЕДНЕЙ СИБИРИ 

Химия растительного сырья. 1999. №2. С. 125–129
УДК 582.475.4:547.913
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ЛЕТУЧИХ
ТЕРПЕНОИДОВ СОСНЯКОВ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
 Р.А. Степень
Сибирский государственный технологический университет, Красноярск (Россия)
E-mail: repyakh@sibstu.kts.ru
Исследованы содержание и состав эфирного масла основных частей дерева и терпеноидов в воздухе под пологом
сосняков лесостепной зоны и их суточная, сезонная и возрастная изменчивость.
тальной базы Института леса СО РАН «ПогорельВведение
ский бор», расположенной в 39 км к северу от
Летучие терпеноиды играют важную роль в
Красноярска [3]. Летучие терпеноиды охвоенных
жизнедеятельности растений и создании фитоор-
побегов и стволовой массы (эфирное масло) выде-
ганического фона атмосферы, к которому в тече-
ляли гидродистиляцией, их выход определяли во-
ние тысячелетий адаптировался организм челове-
люметрически. Летучие терпеноиды воздушной
ка [1]. Они участвуют в синтезе хлорофилла, каро-
среды улавливали адсорбционным способом, их
тиноидов и других жизненно важных компонен-
концентрацию находили химическим путем [4].
тов. Существенна значимость терпеноидов в сре-
Компонентный состав выделенных препаратов
дообразовании и эволюции атмосферы [2]. Кроме
изучали методом ГЖХ.
того, эти соединения, благодаря своим потребительским свойствам, находят все более возрас-
Обсуждение результатов
тающий спрос в различных отраслях производст-
Эфирное масло сосны распределено примерно
ва. Поэтому несомненна актуальность изучения
в равном количестве между охвоенными побегами
летучих терпеноидов как в биомассе растений, так
и стволом, хотя его концентрация в этих частях
и в воздушной среде лесов.
дерева существенно различается. В стволе содер-
В работе обсуждаются результаты исследова-
жится 0.1–0.3% масла, в побегах его концентрация
ния содержания и состава летучих терпеноидов в
выше и расхождения
в выходе значительнее –
основных органах дерева и воздушной среде со-
0.5–1.2% от абс. сухого сырья. В годичной дина-
сняков лесостепной зоны Красноярского края,
мике накопления летучих терпеноидов в охвоен-
изменчивость этих показателей в компонентах
ных побегах проявляется два максимума: весен-
фитоценозов в зависимости от возраста древосто-
ний – в мае и основной – в сентябре. Начиная с
ев, времени года и суток.
октября и до конца марта доля масла постоянно
уменьшается. Затем после небольшого подъема
Экспериментальная часть
его содержание вновь снижается из-за
расхода
Основные исследования проводили в сосняках
пластических веществ на рост и развитие хвои и
бруснично-разнотравных естественного происхо-
формирование смоляных каналов. По завершении
ждения и в культурах на территории эксперимен-
этих процессов происходит накопление эфирного
126
Р.А. СТЕПЕНЬ
масла вплоть до достижения максимального уров-
монотерпеновых углеводородов, чем выделяемые
ня в сентябре.
гидродистилляцией масла. В теплые июльские дни
Насыщенность стволовой массы терпеноидами
последние составляют свыше 90% от суммарного
незначительна – около 0.2%. Ее варьирование по-
количества терпеноидов в экзометаболитах. Вес-
добно изменчивости эфирного масла в охвоенных
ной и особенно осенью их вклад уменьшается и
побегах: минимум отмечается в июне, максимум в
достигает к концу сентября 50–55%. Еще в боль-
сентябре. Пересчет полученных данных на био-
шей мере варьирует концентрация отдельных ин-
массу сосняка на 1 га показывает, что биологиче-
дивидуальных соединений. Содержание α-пинена
ские запасы летучих терпеноидов на одном и том
в течение сезона, даже судя по средним ежемесяч-
же участке леса в Красноярской лесостепи, на-
ным данным, различается примерно втрое [3].
пример, в приспевающем древостое изменяются
от 250–280 в июне до 350–390 кг/га в сентябре, то
есть увеличиваются в 1.5 раза. В связи с этим при
комплексной переработке биомассы с получением
эфирного масла важен вопрос о сроках заготовки
Таблица 1. Содержание компонентов эфирного
масла и терпеноидов воздушной среды
сосняков, %
Основные компоненты
древесного сырья.
Эфирное
Терпеноиды
масло побе-
воздушной
гов
среды
Летучие терпеноиды атмосферы, в основном,
α-пинен
26.3
33.5
поступают из охвоенных побегов. Их вклад в ор-
Камфен
7.8
13.3
ганическую фракцию воздуха из других органов
β-пинен
10.3
3.1
растения менее значителен. Так, в 10–15-летних
β-мирцен
6.9
4.4
11.3
9.4
14.4
8.3
3
сосняках ствол, сучья и корни экскретируют лишь
∆ -карен
до 10% суммарных терпеноидов. Характер сезон-
Лимонен + β-
ного варьирования концентрации терпеноидов в
фелландрен
атмосфере существенно отличается от ее измен-
Другие
чивости в биомассе. Максимальное содержание
этих соединений отмечается в конце июня – нача-
Всего монотерпеновых
углеводородов
11.1
76.8
83.1
Фенхон
4.4
1.5
Изофенхон
0.7
0.4
ся к концу августа, несколько повышается в пер-
γ-терпенеол
0.4
1.4
вой половине сентября и резко уменьшается в его
Борнеол
0.9
1.2
третьей декаде, когда концентрация веществ в 7–
Борнилацетат
2.7
1.6
10 раз ниже июльского уровня. Выделение терпе-
Терпинилацетат
0.8
0.6
ноидов наблюдается и в более поздние сроки, о
Другие
чем свидетельствует их обнаружение в лежащем
Всего кислородсодер-
ле июля. Затем их количество постоянно снижает-
на ветках снеге. Представление об эмиссии этих
веществ зимой подтверждается и литературными
сведениями [5].
Терпеноидная
фракция воздуха сосняков по
составу близка к эфирному маслу охвоенных побегов (табл. 1), что подтверждает представление
9.9
14.4
Лонгифолен
1.6
1.1
Кариофиллен
2.7
0.4
ε-муролен
0.6
0.1
β-бизаболен
4.1
0.3
α-муролен
4.3
0.2
жащих веществ
Другие
об этих органах как об основном источнике по-
Всего сесквитерпено-
ступления терпеноидов в атмосферу. Вместе с тем
вых соединений
терпеноидная фракция воздуха содержит больше
7.7
0.4
13.3
2.5
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ЛЕТУЧИХ ТЕРПЕНОИДОВ …
127
Вклад ∆3-карена, способствующего появлению
Характерной особенностью суточной динамики
дерматитов и аллергии [6], с мая по сентябрь из-
является повышение процентного содержания
менялся в пределах 5–18%.
более тяжелых кислородсодержащей и сесквитер-
Более значителен в фитоорганических выделе-
пеновой фракции в образцах, взятых в ночной пе-
ниях вклад кислородсодержащих терпеноидов.
риод. В летучих выделениях сосны их концентра-
Впрочем, их высокое содержание достигается
ция практически удваивается (табл. 2).
преимущественно за счет веществ, образующихся
Представляется, что такие изменения обуслов-
в результате окислительных превращений исход-
лены различной зависимостью скорости биосинте-
ных компонентов [7]. На долю этих соединений в
за терпеноидов разных классов от освещенности.
Возраст деревьев также оказывает существен-
некоторые жаркие дни приходится 10–13% от об-
ное влияние на содержание эфирного масла в ох-
щей массы экзометаболитов.
Сесквитерпеновых углеводородов в летучих
военных побегах и стволовой части. Биомасса по-
выделениях в течение всего исследуемого периода
бегов наиболее богата ими на стадии молодняков,
найдено меньше, чем в эфирных маслах. Это объ-
стволовая масса – подроста. При снижении или
ясняется трудностью их эмиссии в атмосферу из
увеличении возраста насыщенность летучими
растений, что, по-видимому, в значительной мере
терпеноидами растительных материалов умень-
обусловливается большей молекулярной массой и
шается. Вероятно, это связано с изменением ин-
меньшей летучестью сесквитерпеноидов.
тенсивности биохимических процессов, обуслов-
Компонентный состав эфирного масла охвоен-
ленных сменой ферментативных систем [9]. Тем
ных побегов изменяется в сезонной динамике ана-
не менее в ходе онтогенеза общие биологические
логичным образом. Изучение закономерностей его
запасы эфирного масла в биомассе сосняков по-
варьирования позволяет дать рекомендации для
стоянно повышаются. Их ежегодное накопление
приготовления на основе соснового масла препа-
в среднем составляет для подроста и молодня-
ратов для оздоровления атмосферы бытовых и
ков – 3–5 кг/га, для спелых и перестойных древо-
служебных помещений. Они должны содержать
стоев – 2–3 кг/га. При этом вклад эфирного масла,
меньше ∆3-карена и сесквитерпеноидов, оказы-
находящегося в охвоенных побегах и стволовой
вающих неблагоприятное влияние на человека [6,
части, характеризуется противоположной направ-
8]. Учитывая такое ограничение для приготовле-
ленностью. Если долевое участие масла стволов
ния санирующих препаратов предпочтительно
при старении фитоценоза возрастает, достигая 60–
использование
70% от общей суммы, то охвоенных ветвей, на-
легколетучей
монотерпеновой
фракции эфирного масла древесной зелени осен-
против, снижается.
С увеличением возраста древостоев уменьша-
не-зимней заготовки, обедненного ∆3-кареном.
Суточная изменчивость насыщенности лету-
ется и концентрация терпеноидов в воздушной
чими терпеноидами охвоенных побегов и воздуш-
среде под пологом леса. В атмосфере молодняков
ной среды сосняков характеризуется одинаковой
их
направленностью. Их минимальная концентрация
сравнению с приспевающими насаждениями. Еще
наблюдается глубокой ночью, максимальная – в
меньше концентрация терпеноидов в воздухе пе-
полдень. Однако, если в охвоенных побегах она
рестойных древостоев. Снижение их содержания
изменяется в 1.2–1.3 раза, то в воздушной среде –
обусловлено преимущественно изменением фи-
в 5–7 раз.
зиологического состояния и пространственного
Подобное варьирование
свойственно и для
компонентного состава сравниваемых продуктов.
содержится практически вдвое больше по
расположения охвоенных побегов в процессе онтогенеза.
Р.А. СТЕПЕНЬ
128
Таблица 2. Компонентный состав летучих
личия в варьировании вклада пиненов, в увеличе-
терпеноидов воздушной среды под пологом
нии их доли со старением древостоев. С учетом
сосновых древостоев в разное время суток, %
изменчивости концентрации летучих терпеноидов
Компоненты
под пологом леса следует отметить большую са-
День
Ночь
Сантен
1.8
3.4
нитарно-гигиеническую
Трициклен
1.6
3.1
перестойных насаждений.
α-пинен
36.6
29.2
Камфен
7.0
5.3
β-пинен
4.2
2.2
β-мирцен
5.9
4.6
∆3-карен
11.6
3.4
Лимонен
8.7
6.1
β-фелландрен
3.5
4.3
γ-терпинен
1.2
0.9
Терпенолен
0.1
0.2
82.2
66.5
Фенхон
1.9
1.6
рактеризуется существенным снижением содер-
Изофенхон
0.4
0.5
жания суммарных с одновременным повышением
Фенхол
0.2
0.1
доли кислородсодержащих и сесквитерпеноидных
Камфора
2.1
2.9
γ-терпенеол
2.0
2.4
Терпенеол
1.6
1.2
Изоборнеол
2.2
1.8
Борнеол
0.4
0.7
среде молодняков при практически неизменном
Борнилацетат
1.1
3.2
их компонентном составе в сосняках разного воз-
Х1,75
2.2
5.8
раста. Полученные данные по содержанию, соста-
Х1,87
1.2
3.9
ву и изменчивости летучих терпеноидов могут
Х2,03
0.3
1.3
быть полезны при оценке санитарно-гигиеничес-
Х2,23
0.5
2.1
кой роли сосновых насаждений, разработке рецеп-
Терпенилацетат
0.3
0.5
16.4
28.0
Лонгифолен
0.3
0.9
Кариофиллен
0.4
0.9
ний могут рассматриваться как объективная коли-
ε-муролен
0.1
0.7
чественная характеристика некоторых компонен-
β-гумулен
0.1
0.4
тов ресурсного и экологического потенциалов
β-бизаболен
0.2
1.2
леса.
α-муролен
0.3
1.4
1.4
5.5
Всего монотерпеновых углеводородов
Всего кислородсодержащих веществ
Всего сесквитерпеновых соединений
значимость спелых и
Заключение
Проведенные исследования позволили изучить
содержание и компонентный состав эфирного
масла охвоенных побегов и стволовой массы, а
также насыщенность терпеноидами атмосферы
сосняков. Максимальная концентрация эфирных
масел в течение сезона наблюдается в сентябре,
терпеноидных экзометаболитов и вклада в них
монотерпенов – в июле. Суточная динамика ха-
соединений в ночное время. Для возрастной динамики характерна максимальная концентрация терпеноидов в охвоенных побегах и в воздушной
тур препаратов для оздоровления воздуха и в производстве соснового эфирного масла. В теоретическом плане результаты проведенных исследова-
Список литературы
1. Кинтя П.К., Фадеев Ю.М., Акимов Ю.А. Терпеноиды растений. Кишинев, 1990. 151 с.
Компонентный состав эфирного масла и экзаметаболитов сосняков разного возраста различается незначительно. В основном наблюдаются раз-
2. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы.
Л., 1985. 264 с.
3. Степень Р.А., Чуркин С.П. Летучие выделения
сосны. Красноярск, 1982. 138 с.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ЛЕТУЧИХ ТЕРПЕНОИДОВ …
4. Федорова А.И., Степень Р.А., Чуркин С.П. Тер-
129
Т.В., Степень Р.А. Об окислении терпеновых соедине-
пеновые соединения в летучих выделениях и вегетатив-
ний // Лиственница и ее использование. Красноярск,
ных органах лиственницы сибирской // Лесоведение.
1978. С. 157–165.
1983. №6. С. 15–22.
5. Yokouchi Y., Hijikata A., Ambe Y. Seasonal variation of monoterpene emission rate in a pine forest // Chemosphere. 1984. Vol. 13, №2. P. 255–259.
6. Артюховский А.К. Санитарно-гигиенические и
лечебные свойства леса. Воронеж, 1985. 104 с.
7. Полудницина С.Э., Усольцева Л.П., Бараков
8. Полтавченко Ю.А. Эфирные масла хвойных деревьев Прибайкалья и генезис монотерпенов: Автореф.
дисс. … канд. Иркутск, 1974. 24 с.
9. Пасешниченко В.А. Биосинтез и биологическая
активность растительных терпеноидов и стероидов //
Итоги науки и техники. Биологическая химия. М., 1987.
Т. 25. С. 5–194.
Поступило в редакцию 14.05.1999.