ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ЛЕТУЧИХ ТЕРПЕНОИДОВ СОСНЯКОВ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
реклама
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: [email protected] 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.
