Биология и ресурсы алкалоидосодержащего вида aconitum septentrionale koelle в сообществах таежной зоны европейского северо-востока россии

На правах рукописи

ПАРШИНА Елена Ивановна БИОЛОГИЯ И РЕСУРСЫ АЛКАЛОИДОСОДЕРЖАЩЕГО ВИДА ACONITUM SEPTENTRIONALE KOELLE В СООБЩЕСТВАХ ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ 03.00.05 – ботаника 03.00.32 – биологические ресурсы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Володин Владимир Витальевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Денисов Николай Иванович кандидат биологических наук Ткаченко Кирилл Гавриилович

Ведущая организация: Институт биологии Уфимского научного центра РАН

Защита состоится 24 декабря 2009 г. в 1700 часов на заседании диссертационного со вета Д 004.007.01 в Учреждении Российской академии наук Институте биологии Коми науч ного центра Уральского отделения РАН по адресу: 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ГСП-2, ул. Коммунистическая, д. 28.

Факс: (8212) 24-01-63;

e-mail: [email protected] Адрес сайта Института: http//www.ib.komisc.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Коми научного центра УрО РАН по адресу: 167982, Республика Коми, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 24.

Автореферат разослан «_» 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук А.Г. Кудяшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На европейском северо-востоке России в таежной зоне произрас тает около 1000 видов сосудистых растений, а в тундровой зоне около 500. Из них примерно 100 видов применяются в официнальной медицине Российской Федерации (Мартыненко и др., 1994). Видовой состав лекарственных растений флоры этого региона исследован доста точно полно, но их биохимические и ресурсные характеристики практически не изучались.

Востребованность исследований по ботаническому ресурсоведению лекарственных растений в ранее не изученных регионах России обусловлена произошедшими в 90-х годах на терри тории бывшего СССР политическими, экономическими и территориальными изменениями, которые привели к тому, что местообитания многих ресурсных видов, в том числе и лекар ственных растений, оказались за ее пределами.

Известно, что продуцентами дитерпенового алкалоида лаппаконитина, входящего в со став антиаритмического средства «Аллапинин», являются виды рода Aconitum L. (сем. Ra nunculaceae). Сырьем для производства этого препарата исходно служила надземная часть Aconitum leucostomum Worosch., произрастающего во флоре Средней Азии. С 1995 г. дей ствует временная фармакопейная статья ВФС 42-2420-94 на использование подземных орга нов другого широко распространенного на территории России вида этого рода – Aconitum septentrionale Koelle. К настоящему времени проведены эколого-биохимические исследова ния и разработаны методические основы ресурсного использования A. septentrionale в при родных популяциях на Южном Урале и в Западной Сибири (Федоров, 2006;

Волкова, 2001).

На территории Республики Коми этот вид широко распространен, однако его морфологиче ские, популяционно-онтогенетические особенности, ресурсные характеристики, популяцион ную и сезонную изменчивость состава алкалоидов не изучали.

Работа выполнена в рамках проекта «Состояние ресурсов полезных растений европей ского Северо-Востока России: мониторинг и разработка биотехнологических подходов по рациональному использованию и воспроизводству» Программы Отделения биологических наук РАН «Биологические ресурсы России, оценка состояния и фундаментальные основы мониторинга» Цель работы: оценка эколого-биологических и ресурсных характеристик Aconitum septentrionale Koelle в природных популяциях на европейском северо-востоке России и выяв ление закономерностей в накоплении лаппаконитина в зависимости от факторов среды и фазы развития растений.

Задачи исследования:

1. Выявить типичные местообитания A. septentrionale, изучить фитоценотическую приуроченность вида и дать эколого-ценотическую характеристику сообществ с участием изучаемого вида.

2. Оценить состояние ценопопуляций A. septentrionale в таежной зоне европей ского северо-востока России.

3. Изучить особенности и характер изменчивости морфологических признаков растений A. septentrionale в различных типах сообществ.

4. Оценить плотность запасов сырья и ожидаемый выход лаппаконитина с едини цы площади в различных типах сообществ.

5. Дать принципиальную оценку возможности использования ресурсов A.

septentrionale в качестве лекарственного сырья и дать рекомендации по оптимизации загото вок в таежной зоне Республики Коми.

Научная новизна работы. Изучена фитоценотическая приуроченность и определена роль A. septentrionale в различных сообществах таежной зоны европейского северо-востока России. Показано, что на территории Республики Коми A. septentrionale образует ценопопу ляции, входящие в состав лесных и луговых фитоценозов. Для фрагмента ареала изучаемого вида впервые определены индекс толерантности и диапазон экологических условий местоо битаний. Установлено, что по отношению к почвенным условиям A. septentrionale является гемистенобионтным, к климатическим факторам – мезобионтным видом. Исследованы основные характеристики ценопопуляций изучаемого вида (численность, плотность, возраст ной спектр).

Изучены морфологические особенности вегетативных и генеративных органов A.

septentrionale. Впервые определен характер изменчивости морфологических признаков вида как по систематически значимым, так и не используемым при установлении видовой принад лежности близких видов рода Aconitum.

Впервые определена продуктивность A. septentrionale по биомассе надземных и под земных органов и выходу лаппаконитина, проведен биохимический анализ частей растения на содержание в них целевого вещества и выявлены закономерности в его накоплении в си стеме целого растения. Установлено, что наибольший запас сырья A. septentrionale наблюда ется в луговых сообществах, в которых ценопопуляции отличаются высокой плотностью особей и побегов, и растения характеризуются наибольшим габитусом. На основании данных по динамике содержания лаппаконитина и продуктивности даны рекомендации по ресурсно му использованию исследуемого вида. Показано, что в качестве дополнительного сырья воз можно использовать надземную массу, заготавливаемую в период цветения. Подземную часть растений, регламентированную Фармакопеей РФ, следует заготавливать в конце веге тации.

Практическая значимость работы. Дана ресурсная и биохимическая оценка пригод ности сырья A. septentrionale, произрастающего в таежной зоне европейского северо-востока России. В различных типах сообществ определена продуктивность и ожидаемый выход лаппаконитина из надземной и подземной части растений. Показано, что для получения лаппаконитина более предпочтительна заготовка надземной части растений в луговых сооб ществах.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на XIV и XV Всероссийских молодежных научных конференциях «Актуальные проблемы биологии и эко логии» (Сыктывкар, 2007, 2008);

Междисциплинарном международном симпозиуме «Народ ная медицина в системе культурной адаптации населения Европейского Севера: итоги и пер спективы междисциплинарных исследований» (Сыктывкар, 2007);

научно-практической кон ференции Сыктывкарского лесного института (Сыктывкар, 2006–2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть работ, в том числе одна статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, двух приложений. Общий объем - 186 страниц, из них основной текст 169 страниц, включая 18 таблиц, 25 рисунков и схем. Библиография включает 114 наимено ваний, в том числе пять на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В главе рассмотрены основные принципы и методы ботанического ресурсоведения и биохимических исследований лекарственных растений (Соболевская, Минаева, 1976;

Кляз ника, 1984;

Методика…, 1986;

Крылова, 1988;

Крылова и др., 1989;

Минаева, 1989;

Некрато ва и др., 1989;

Буданцев, 2005). Проведен анализ видового состава, степени изученности ре сурсов лекарственных растений на европейском северо-востоке России и их использования в Республике Коми (Котелина, Мартыненко, 1988;

Мартыненко и др., 1994;

Мартыненко, 1995). Дан краткий исторический обзор и современное состояние изученности алкалоидов и алкалоидосодержащих видов растений. Показано многообразие структур алкалоидов и раз личные схемы их классификации, основанные как на особенностях их химического строения (Орехов, 1965), так и учитывающие общность биогенеза в отдельных группах алкалоидов и филогенетические связи между растениями-продуцентами (Лазурьевский, Терентьева, 1975).

Обсуждены закономерности распространения алкалоидов в царстве растений и алкалоид ность региональных флор, изменчивость содержания алкалоидов в зависимости от эколого географических условий произрастания, особенности накопления алкалоидов и их возмож ная роль в растениях (Орехов, 1965;

Лазурьевский, Терентьева, 1975;

Юнусов, 1981;

Ловко ва, 1981;

Гозин, Яснецов, 1982;

Юнусов, 1997;

Чадин и др., 2004;

Лугманова, 2007;

Фефело ва, 2007).

Выявление связей между накоплением алкалоидов в растениях родов Aconitum L. и Delphinium L. и жесткостью климата (Федоров, 2003, 2006) позволяет пересмотреть устояв шуюся точку зрения о более высоком содержании алкалоидов в растениях «южных» флор и диктует необходимость учета всего спектра факторов среды, которые могут оказать влияние на содержание алкалоидов.

Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом настоящего исследования являются растения и ценопопуляции (ЦП) Acon itum septentrionale Koelle. В ходе экспедиционных исследований в период с 2006 по 2009 гг. в различных частях ареала A. septentrionale на территории Республики Коми была изучена ценопопуляция (ЦП): 1. Вычегодско-Мезенская равнина (юго-западный район, ЮЗ): ЦП 1 – сероольшаник аконитово-разнотравный;

ЦП 2 – пойменный вейниково-разнотравный луг;

ЦП 3 – осинник аконитово-разнотравный;

ЦП 4 – осинник таволговый;

ЦП 5 – крупнотрав ный лабазниково-аконитовый луг. 2. Южный Тиман (юго-восточный район, ЮВ): ЦП 6 – ель ник разнотравный;

ЦП 14 – сероольшаник аконитовый;

ЦП 15 – ельник крупнотравно-зла ковый. 3. Приполярный Урал (северо-восточный район, СВ): ЦП 7 – злаково-разнотравный луг;

ЦП 17 – смешанный разнотравный лес;

ЦП 18 – лиственничник травяной;

ЦП 19 – ивняк аконитово-разнотравный;

ЦП 20 – ивняк аконитовый;

ЦП 21 – ивняк разнотравный;

ЦП 22 – разнотравная луговина. 4. Северный Урал (юго-восточный-восточный район, ЮВВ): ЦП 8 – елово-кедровый крупнотравный лес;

ЦП 9 – елово-кедровый крупнотравный лес;

ЦП 10 – пойменный крупнотравный луг;

ЦП 11 – пойменный крупнотравный луг;

ЦП 12 – влажная злаково-разнотравная луговина;

ЦП 13 – осинник разнотравно-аконитовый.

В работе использовали также данные гербария Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Программа полевых исследований включала выявление местообитаний, выполнение геоботанических описаний, исследование популяционных характеристик, изучение морфоло гических признаков вегетативных и генеративных органов, определение продуктивности це нопопуляций A. septentrionale по биомассе надземных и подземных органов и ожидаемому выходу лаппаконитина. При полевых исследованиях применялась методика маршрутного эколого-флористического обследования. Геоботанические описания проводили согласно об щепринятым методикам (Воронов, 1973;

Нешатаев, 1987). Для определения фитоценотиче ской приуроченности использовали собственные геоботанические описания и литературные источники (Юдин, 1954;

Мартыненко, 1989;

Дегтева, 1992;

Флора и растительность…, 1997;

Леса…, 1999). При характеристике экотопа использовали шкалы Д.Н. Цыганова (1983):

увлажнения почв, переменности увлажнения почв, солевого режима, богатства почв азотом, кислотности почв, освещенности-затенения, термоклиматическую, криоклиматическую, ом броклиматическую шкалы и шкалу континентальности климата (Цыганов, 1983).

При изучении ценопопуляций учитывали такие параметры как возрастной состав, чис ленность и плотность особей, доля генеративных особей (Работнов, 1950;

Ценопопуляции…, 1976). Выделение возрастных состояний и изучение особенностей онтогенеза проводили с использованием работ Н.С. Михайловской (1976), Р.П. Барыкиной с соавт. (1976), Л.П. Рыси на и Г.П. Рысиной (1987), Л.А. Животовского (2001), Л.А. Жуковой (1995) и др.

Для изучения морфологических признаков A.septentrionale отбирали по 20–30 генера тивных растений на пробных площадях, заложенных в различных по экологическим услови ям растительных сообществах. У отобранных растений отмечали ряд количественных и каче ственных признаков стебля, листа, цветка, соцветия. Длину волосков и густоту опушения нижней части стебля определяли на высоте 5–10 см под бинокуляром МБС-9 с 4-х кратным увеличением в трехкратной повторности. Всего учитывали 37 параметров, из них 11 пара метров определяли расчетным путем. Для оценки внутривидовой и межпопуляционной из менчивости A. septentrionale были рассчитаны коэффициенты вариации (Сv) по 31 количе ственному морфологическому параметру. Уровень изменчивости признаков определяли по шкале С.М. Мамаева (1972).

Плотность запаса сырья, под которой понимается «совокупная сырьевая фитомасса рас тений с единицы площади» (Буданцев, 2007), определяли методом модельных экземпляров и учетных площадок (Методика…, 1986).

Для определения содержания лаппаконитина на пробных площадях отбирали случай ным образом (не ближе, чем в 20 м друг от друга) 10–15 генеративных растений, при этом отделяли надземную и подземную часть. Отбор образцов проводили в различных типах сооб ществ по фазам развития. Воздушно-сухой образец подземной или надземной части растений измельчали. 100 мг (точная навеска) образца экстрагировали 3 мл метанола в течение 24 ч, после чего подвергали центрифугированию (при 8 тыс. об./мин) в течение 40 минут для осво бождения от взвешенных частиц. Содержание лаппаконитина определяли методом ВЭЖХ на хроматографической системе Varian (США). Условия хроматографии: колонка Диасорб-130 С16Т (ЗАО БиоХимМак, Россия) 150· 4 мм,7 мкм;

элюент – 10 %-ый раствор метанола в мМ водном растворе бикарбоната аммония, скорость потока 1,5 мл/мин;

детектирование при длине волны 254 нм. В качестве стандарта использовали лаппаконитин, полученный из пре парата «Аллапинин» (ГУП «ПЭЗ ВИЛАР», г. Москва).

Статистическая обработка результатов была проведена на основе стандартного биомет рического анализа (Лакин, 1980;

Доспехов, 1972) и программного пакета Microsoft Excel и Statistica 3.0.

Глава 3. ЭКОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ACONITUM SEPTENTRI ONALE KOELLE В ТАЕЖНОЙ ЗОНЕ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРО-ВОСТОКА РОССИИ 3.1. Биология и фитоценология Aconitum septentrionale Koelle 3.1.1. Эколого-ценотическая характеристика сообществ с участием Aconitum septentrionale Koelle A. septentrionale – бореальный евросибирский вид. На европейском северо-востоке Рос сии он представляет собой элемент таежного высокотравья. Его ареал занимает северную часть европейской бореальной области: встречается на о. Колгуев, п-ове Канин, в Малозе мельской тундре (исключая ее северо-восточную часть), в Большеземельской тундре до побе режья не доходит, хотя вдоль рек продвигается далеко к северу (низовья рек Печора, Кара, Морею, Колва, Адзьва);

отмечается на Полярном Урале (верховья реки Уса), около Харбей ских и Падымейских озер. Южнее рек Уса, Цильма, Пеза встречается почти повсеместно. На территории Республики Коми A. septentrionale образует ценопопуляции, входящие в состав лесных и луговых фитоценозов. В качестве доминанта A. septentrionale выступает в ельниках травяных, содоминантом является в ельниках зеленомошных, сопутствующим видом – в ель никах папоротниковых и пихтарниках травяных. Заметную ценотическую и в большинстве случаев доминирующую роль играет в березняках травяных (с примесью ели и при повышен ном увлажнении) и в осинниках травяных. В пределах регионального ареала A. septentrionale также встречается и в составе кустарников, и на злаково-разнотравных, вейниковых лугах.

Нами выявлены местообитания A. septentrionale в Республике Коми и исследованы не которые вопросы экологии и фитоценологии этого вида, представляющие интерес для оценки его ресурсного потенциала на изучаемой территории.

На основе градации шкал Д.Н. Цыганова была определена экологическая валентность A. septentrionale для фрагмента его распространения в таежной зоне Республики Коми (Жу кова, 2004а, 2004б). Установлено, что A. septentrionale характеризуется высокой валентно стью (PEV) по отношению к континентальности климата (Kn = 0,73) и характеру освещенно сти местообитаний (Lc = 0,67);

средней – по отношению к фактору увлажнения почв (Hd = 0,35), солевому режиму почв (Tr = 0,42), термическому фактору (Tm = 0,47), криоклиматиче скому фактору (Сr = 0,60), омброклиматическому фактору (Om = 0,40). Таким образом, по отношению к факторам увлажнения почв, солевого режима, термическому, криоклиматиче скому и омброклиматическому факторам A. septentrionale выступает как мезовалентный вид (рис. 1). По отношению к факторам освещенности-затенения и континентальности климата характеризуется как эвривалентный вид.

Рис. 1. Характеристика экологической амплитуды Aconitum septentrionale Koelle (по шкалам Д.Н.

Цыганова (1983)): светлый цвет – значение шкал Д.Н. Цыганова;

серый – амплитуда экологического пространства вида;

черный – амплитуда экологического пространства изучен ных ценопопуляций Рассматриваемые ЦП характеризуются сравнительно узким диапазоном экологического пространства по рассмотренным экологическим шкалам (доля экологического пространства от 11,8 до 27,0 %). По совокупности почвенных условий наиболее полно A. septentrionale ре ализует свои возможности по отношению к фактору увлажнения почв (Kec.eff = 76,2 %) и ме нее – по отношению к солевому режиму (Kec.eff = 34,7 %). По отношению к климатическим факторам максимально реализует свои возможности по отношению к омброклиматическому режиму (Kec.eff = 44,6 %), наименее – к континентальности климата (Kec.eff = 15,2 %).

Анализ экологических шкал, характеризующих климатические факторы (Tm, Kn, Om, Cr), показал, что A. septentrionale реагирует на данные факторы как мезобионтный вид (It = 0,55). Для почвенных шкал It =0,38, что указывает на принадлежность A. septentrionale к ге мистенобионтам, по отношению к фактору освещенности выступает как гемиэврибионт. В пределах рассматриваемого фрагмента ареала A. septentrionale реализует свои потенциаль ные возможности не полностью (коэффициент экологической эффективности колеблется в пределах от 15,2 до 76,2 %) и приурочен к местам с проточным нормальным и умеренно переменным увлажнением. Произрастает на почвах бедных и достаточно обеспеченных азо том, имеющих кислую – слабокислую среду (pH от 4,5 до 6,5). Амплитуда экологического пространства ЦП A. septentrionale на данной территории не выходит за пределы диапазона экологического ареала вида по шкалам Д.Н. Цыганова (1983).

3.1.2. Онтогенез Aconitum septentrionale Koelle A. septentrionale представляет собой крупное многолетнее вертикально-корневищное партикулирующее травянистое растение (Рысина, 1973). Семена принадлежат к числу медленно прорастающих, тип прорастания – надземный. Для проростков характерно наличие двух длинночерешковых семядолей, с широкоовальными, сердцевидными в основании свет ло-зелеными пластинками и с небольшим «носиком» на верхушке. Ювенильные растения – вегетативно неподвижные, их надземный побег розеточный, моноподиальный, чешуевидные листья сменяются длинночерешковыми. Подземная часть представлена вертикальным слабо разветвленным, укороченным, эпигеогенного происхождения корневищем с коротким глав ным корнем и системой боковых и стеблевых придаточных корней. У вегетирующих расте ний (уже в 4–6 лет) обнаруживаются признаки единичной партикуляции подземных органов в виде небольших щелевидных углублений на поверхности. Виргинильные растения имеют крупные длинночерешковые листья, в количестве 4–5. В исследуемых ЦП высота растений (v) варьирует от 31,5 до 52,0 см, длина листовых пластинок – 8,0–10,0 см, ширина – 14–20 см.

Подземная часть представлена утолщенным, упругим и плотным осевым органом с системой многочисленных придаточных корней. С переходом растений в генеративную фазу монопо диальный рост главной оси сменяется симподиальным. Молодые генеративные растения имеют один цветущий побег и еще не партикулировавшийся (цельный) «стеблекорень». Дли на побега в исследуемых ЦП варьирует от 41,5 до 189,0 см, соцветий – от 11,5 до 93,0 см, че решковых листьев в количестве от 3 до 4 шт. Длина листовых пластинок варьирует от 8,5 до 26,8 см, ширина – от 19,0 до 52,0 см. Средневозрастные растения характеризуются наличием только генеративных побегов и имеют частично партикулировавшийся «стеблекорень». В исследуемых ЦП количество генеративных побегов на особи варьирует от 2 до 12 шт. Длина побега от 47,0 до 193,0 см, черешковых листьев обычно от двух до четырех. Длина листовых пластинок около 11,5 до 24,5 см, ширина – от 19,0 до 41,0 см. Для старых генеративных рас тений характерно прекращение образования генеративных побегов на части отделяющихся партикул «стеблекорня». Высота растений в исследуемых ЦП варьирует от 47,0 см до 87, см. Наличие ранней партикуляции затрудняет уловить переход растений в сенильное состоя ние. Субсенильные растения представляют собой полностью отделившиеся стареющие пар тикулы не образующие генеративных побегов. Сенильные растения представлены партику лами, несущими угнетенные вегетативные побеги с листьями виргинильного типа.

Базовый возрастной спектр A. septentrionale в Республике Коми нормальный (молодой), полночленный, двувершинный с доминированием виргинильных (33,7 %), молодых генера тивных (20,5 %) (рис. 2). Индекс восстановления и замещения больше единицы (Iв =1,49;

Iз=1,43), что свидетельствует в целом об устойчивости ЦП. Базовые спектры рассмотренных ЦП в трех районах РК характеризуются преобладанием (81,8 %) молодых нормальных ЦП, и присутствием в СВ районе двух зреющих ценопопуляций. Исследуемые ЦП представлены большинством онтогенетических состояний, с преобладанием виргинильных и молодых ге неративных (ЮВ), виргинильных (СВ) и в ЮЗ районе – ювенильных особей. В большинстве ЦП отсутствуют проростки (за исключением ЦП СВ района), и особи постгенеративной фракции (в СВ районе).

% 33, 20, 18, 15 14, 6, 5 2, 3, 1, p j im v g1 g2 g3 ss Возрастная группа Рис. 2. Базовый возрастной спектр ценопопуляций Aconitum septentrionale Koelle в Республике Коми Максимальная плотность особей (общая, без учета проростков) отмечена в ЦП СВ и ЮЗ районах (Р 0,05), в которых количество особей на учетных площадках достигает 11– шт. (5,55 ± 0,33 и 4,93 ± 0,29 шт./м 2;

Р 0,05). Высокая плотность генеративных особей и ре продуктивных побегов наблюдается в ценопопуляциях ЮЗ района (особей – 2,40 ± 0, шт./м2;

побегов – 6,33 ± 0,63 шт./м2), наименьшая (по числу особей g1-g3) – в ЦП ЮВ (1,70 ± 0,17 шт./м2, недостоверно по ЦП СВ района). Исследуемые популяции представлены особя ми молодого поколения (индекс возрастности от 0,087 (ЦП 19) до 0,31 (ЦП 2). Возрастные спектры ЦП луговых и лесных сообществ левосторонние, с доминированием в луговых – ювенильных (28,6 %) и средневозрастных генеративных (27,9 %), в лесных сообществах – виргинильных и молодых генеративных особей (38,9 и 20,7 %). Общая плотность (без учета проростков) и плотность генеративных особей в ЦП лесных и луговых сообществ одинакова (Р 0,05), однако плотность репродуктивных побегов в ЦП луговых сообществ выше, чем в лесных ЦП (Р 0,05). В целом, состояние исследуемых ЦП A. septentrionale в различных районах РК определено как стабильное – ЦП A. septentrionale на исследуемой территории способны к самоподдержанию.

3.2. Морфологические особенности Aconitum septentrionale Koelle Надземная часть генеративных особей достигает высоты от 41,5 до 219,0 см (Сv = 32, %). Стебли прямые, ребристые и покрыты в нижней части волосками длиной от 0,3 до 1, мм, количество волосков варьирует от 7 до 14 шт./мм 2. Вегетативные побеги несут от 2 до черешковых листьев. Листорасположение очередное, нижние листья черешковые (длина че решка от 11,0 до 91,0 см), верхние – короткочерешковые. Листья простые, темно-зеленые, крупные: длина листовых пластинок нижнего прикорневого листа варьирует от 7,0 до 26, см (Сv = 21,7 %), ширина – от 15,0 см до 53,0 см (Сv = 20,7 %). Ширина листовой пластинки больше ее длины (ОШлп=1,9). Длина боковых лопастей превышает длину центрального сег мента средней лопасти (в среднем в 2,3 раза). Листовые пластинки (нижнего прикорневого листа) глубоко рассеченные (ИР = 0,174), тройчато-раздельные. Соцветие – длинная (от 11, до 93,0 см, Сv = 36,8 %) брактеозная кисть. Цветки крупные, зигоморфные, располагаются на длинных изогнутых цветоножках, венчиковидной формы и состоят из пяти лепестков, верх ний лепесток имеет вид шлема. Высота шлема от 1,5 до 2,6 см (Сv = 10,4 %), форма кониче ско-цилиндрическая, его верхняя часть на конце изогнута под углом 3–50 (Сv = 42,7 %). В средней части шлем несколько сужен (ИСшл = 2,7) и, как правило, ширина шлема в верхней части не превышает его ширину в средней части (Р 0,05). Высота шлема больше его шири ны на уровне носика в 1,5 раза (ОШшл = 0,65) и почти вчетверо больше ширины в его средней и верхней части (Р = 0,00). Окраска цветков грязно-фиолетовая, в пределах пробных площа дей единично встречались особи, имеющие светлую окраску (ЦП 6, 8, 10, 11), доля таких растений составила 8,5 %. Плод многолистовка (Каден, 1950;

Флора…, 1976;

Рысина, 1973).

Семена темно-коричневой окраски, по форме трехгранные, поперечно-морщинистые. Длина семян в исследуемых ЦП варьирует от 2,7 до 3,5 мм, ширина – от 1,1 до 2,4 мм.

Для оценки внутривидовой изменчивости A. septentrionale были рассчитаны коэффици енты вариации (Cv) по 31 количественному морфологическому параметру растений из всех выборок, рассматриваемых как одна. В целом вариативность количественных морфологиче ских параметров A. septentrionale повышенная – 80,6 % исследованных признаков имеют ко эффициент вариации выше 21 %;

12,9 % параметров имеют средний коэффициент вариации.

Наиболее изменчивыми признаками являются: угол между крайними лопастями листовой пластинки;

длина побега, длина нерасчлененной части листовой пластинки, длина черешка листа 1-го порядка, олиственность побега, длина соцветия, изогнутость шлема, число пара кладиев и плотность соцветия. Минимальные значения коэффициента вариации выявлены для параметров: высота шлема, относительная ширина листа. Степень изменчивости морфо логических параметров A. septentrionale возрастает по направлению цветок – лист – соцветие + стебель.

Характер межпопуляционной изменчивости для всех исследованных признаков разли чен и изменяется в широких пределах от 5,1 % до 59,8 %. Общий характер варьирования признаков на уровне среднего и повышенный (соответственно 41,7 % и 36,8 % параметров).

Минимальные значения Cv по морфологическим параметрам для большинства ЦП выявлены для: Шшлн, ОШшл, Вшл, ОШлп;

максимальные значения – Ул, Ишл, Чпар, длины и плотности соцве тий.

Наиболее развитые вегетативные органы имеют растения луговых равнинных ЦП (ЛгР): побеги их более длинные, листовые пластинки крупные, стебли имеют более длинное, но менее густое опушение. Наиболее изменчивыми параметрами во всех типах сообществ яв ляются Ул, Днчл, Дс, Ишл, Чпар, Пс;

наименее – относительная ширина листа и высота шлема.

Наиболее изменчивыми являются параметры растений ЛгР, наименее – ЦП лесных предгор ных сообществ.

Растения ЦП луговых сообществ достоверно отличаются от представителей ЦП лесных сообществ по характеру репродуктивных органов: их соцветия более длинные, плотные и развитые (по значению Дс, ОДс и Чпар), цветки крупные (по значению Шшлсч, Шшлвч). Цветки растений ЦП лесных сообществ более изогнутые и относительно более узкие в средней части шлема. Изменчивость параметров репродуктивной сферы A. septentrionale выше в ЦП луго вых сообществ – 72,7 % признаков имеют повышенный Cv и 27,2 % низкий (в ЦП лесных со обществ - 36,4% параметров имеют Cv больше 21%, 54,5% – на уровне среднего). Общий ха рактер варьирования признаков вегетативной сферы – повышенный: в ЦП луговых сооб ществ 90,0 % признаков имеют коэффициент вариации выше 21 %, в лесных – 65,0 %.Наибо лее изменчивыми признаками в лесных ЦП являются Дс, Чпар, Ишл;

менее изменчивым – Вшл. В ЦП луговых сообществ на высоком уровне варьируют все параметры соцветия, а также Шшл сч, Шшлвч, Ишл, ИСшл, менее – ширина Шшлн, Вшл., ОШшл.

С высотой над уровнем моря в ЦП луговых сообществах проявляют увеличение (Р 0,05) параметры: угол листа, относительная длина центрального сегмента средней лопасти листовой пластинки, густота опушения нижней части стебля, индекс сужения шлема;

не про явили изменений: олиственность стебля, индекс рассеченности листовой пластинки, относи тельная ширина средней лопасти, относительная ширина основания центральной доли листа, относительная ширина листовой пластинки, относительная длина соцветия, ширина шлема на уровне носика и в верхней части, высота и относительная ширина шлема (остальные пара метры с высотой н. у. м. проявляют уменьшение). В ЦП лесных сообществ достоверно уменьшаются параметры: длина побега, число черешковых листьев, длина и ширина листо вой пластинки, длина нерасчлененной части листа, ширина основания средней лопасти, дли на черешка, индекс рассеченности листа, ширина шлема в средней и верхней части, относи тельная ширина шлема;

проявили увеличение – угол листа, олиственность стебля, относи тельная длина центрального сегмента средней лопасти, относительная ширина основания центральной доли средней лопасти, относительная ширина средней лопасти, длина опуше ния, высота шлема и индекс сужения шлема.

Наиболее изменчивы признаки вегетативной сферы растений в ценопопуляциях ЮВВ района – 90,0 % параметров имеют повышенный Cv, наименьшую вариабельность проявили растения ЦП ЮВ района. Изменчивость репродуктивных органов в различных районах срав нительно одинакова.

Во всех ЦП цветки растений имели интенсивную грязно-фиолетовую окраску. В ЦП 6, ЦП 8 и ЦП 10, ЦП 11 отмечены растения, имеющие светлую окраску. Доля таких растений составила 8,5 % (от общего числа).

Анализ морфологических параметров выявил полиморфизм растений, как по количе ственным, так и по качественным признакам, которые используются в качестве критериев в систематике близких к A. septentrionale видов (как по систематически значимым признакам, так и не используемых при разделении близких видов рода Aconitum) (Ворошилов, 1952): вы соте стебля, олиственности побега, длине и плотности соцветий, форме и размерам шлема цветков, опушенности нижней части стебля, форме листьев. Выраженность признаков зави сит от экологических и природно-климатических факторов.

Глава 4. РЕСУРСНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ACONITUM SEPTENTRIONALE KOELLE 4.1. Плотность запаса сырья Aconitum septentrionale Koelle по биомассе подземных и надземных органов Плотность запаса сырья подземных органов A. septentrionale в период бутонизации ва рьирует от 13,5 ± 1,5 (в ЮВ районе) до 28,9 ± 1,7 г/м 2 (в ЮЗ районе). Максимальные ее значе ния отмечены в конце вегетации, что составляет (в ЦП ЛгР ЮЗ района) 61,5 ± 3,6 г/м2. Среди исследуемых районов РК наиболее продуктивными являются ЦП луговых сообществ ЮЗ района (Р 0,05), в которых плотность запаса сырья A. septentrionale достигает в фазе буто низации максимальных значений (46,6 ± 2,9 г/м2). Среди лесных и древесно-кустарниковых сообществ высокая продуктивность отмечена в ЦП 18, ЦП 1, ЦП 20, в которых плотность запаса сырья на уровне 19,6–30,0 г/м2 (табл. 1).

Продуктивность надземной части A. septentrionale в различных сообществах РК измен чива и варьирует в сообществах различных районов от 41,9 ± 4,5 (ЦП СВ района) до 142, г/м2 ± 6,3 (в ЦП ЮЗ района). Наибольшие запасы сырья надземной части генеративных осо бей отмечены в луговых равнинных сообществах ЮЗ района (175,3 ± 8,7 г/м2 в фазе бутони зации и 235,2 ± 5,9 г/м2 в фазе цветения, Р 0,05) (рис. 3). Среди ЦП лесных (древесно-ку старниковых) сообществ высокой плотностью запаса сырья надземной фитомассы отличают ся (Р 0,05) ЦП 14, ЦП 1, ЦП 3, ЦП 20 (81–113 г/м2).

Таким образом, наибольшие запасы сырья подземной и надземной части A. septentri onale выявлены в луговых равнинных сообществах ЮВ района, отличающихся и высокой плотностью генеративных особей (в т. ч. и побегов) и наибольшим габитусом растений по сравнению с другими ЦП. Полученные результаты сопоставимы с имеющимися данными по плотности запаса сырья природных популяций A. septentrionale в Западной Сибири (Волкова, 2001).

Таблица Плотность запаса (сухого) сырья подземных органов (г/м2) генеративных растений Aconitum septentrionale Koelle в ценопопуляциях различных сообществ в период бутонизации Средняя Средний вес подземных численность Плотность запаса органов, Район № ЦП товарных сырья подземных ор ганов, г/м экземпляров, x,г Cv, % шт./м ЦП 14 2,20 ± 0,26 7,95 ± 0,59 38,9 17,5 ± 2, ЮВ ЦП 15 1,20 ± 0,17 6,91 ± 0,84 36,5 8,3 ± 1, ЦП 6 1,73 ± 0,12 8,30 ± 0,34 19,1 14,4 ± 1, ЦП 17 1,41 ± 0,17 7,92 ± 0,83 53,6 11,2 ± 1, ЦП 18 2,64 ± 0,38 7,42 ± 0,99 59,9 19,6 ± 3, ЦП 19 1,65 ± 0,24 5,79 ± 0,74 52,6 9,5 ± 1, СВ ЦП 20 3,00 ± 0,38 10,0 ± 1,0 46,7 30,0 ± 4, ЦП 21 2,25 ± 0,36 8,21 ± 0,95 50,6 18,5 ± 3, ЦП 22 1,35 ± 0,24 5,59 ± 0,67 39,9 7,5 ± 1, ЦП 2 2,30 ± 0,12 19,44 ± 0,96 19,0 44,7 ± 3, ЮЗ ЦП 5 2,46 ± 0,11 15,47 ± 0,59 17,1 38,7 ±2, ЦП 1 1,90 ± 0,14 15,26 ± 0,71 20,9 28,9 ± 2, ЦП 3 1,85 ± 0,11 6,81 ± 0,21 14,2 12,58 ± 0, г/м 180 151, 113, 106,3 112, 120 81, 60, 60 35, 27, 40 21, 14 15 6 17 18 19 20 21 22 2 5 1 ЮВ СВ ЮЗ №Ц / Район П Рис. 3. Плотность запаса сырья надземной фитомассы ценопопуляций Aconitum septentrionale Koelle в различных сообществах в период бутонизации 4.2. Содержание лаппаконитина в Aconitum septentrionale Koelle в зависимости от различных факторов Для изучения содержания и динамики лаппаконитина нами были проанализированы образцы различных частей растений A. septentrionale, отобранные в течение всего вегетаци онного периода из различных сообществ Республики Коми. Проведенный анализ образцов методом ВЭЖХ показал, что содержание лаппаконитина за период вегетации A. septentri onale в различных условиях произрастания варьирует от 0,09 до 2,47 %. Нами установлено, что содержание лаппаконитина в подземных органах растений A. septentrionale луговых рав нинных сообществ варьирует от 0,09 до 1,99 %. Максимальное средневыборочное его содер жание (ЦП 2) отмечено в начале вегетации (1,57 ± 0,42 %, при Р 0,05), наименьшее – в пе риод бутонизации (0,44 ± 0,15 %, Р 0,05). В подземных органах растений лесных равнин ных сообществ содержание вещества варьирует от 0,2 до 2,47 %, его средневыборочное со держание в период бутонизации (1,88 ± 0,36 %) и в конце вегетации (1,61 ± 0,28 %) выше (Р 0,05), чем у растений луговых равнинных сообществ в те же стадии сезонного развития.

Для выявления межпопуляционных различий был проведен сравнительный анализ дан ных содержания лаппаконитина в растениях A. septentrionale из горных популяций Припо лярного Урала с имеющимися в литературе данными содержания вещества в растениях при родных популяций Южного Урала (Федоров, 2006). Анализ показал, что подземные органы растений луговых сообществ горного пояса Республики Коми (ЦП 7) в период цветения со держат лаппаконитина достоверно больше, чем растения луговых равнинных территорий РК.

Однако эти значения сопоставимы (1,68 %, Р 0,05) с данными по содержанию вещества в растениях ЦП лесных равнинных сообществ на исследуемой территории (табл. 2). Содержа ние лаппаконитина в подземных органах A. septentrionale в его равнинных частях ареала со поставимы с имеющимися данными по содержанию лаппаконитина в центральной части Башкирского Предуралья, а его содержание в растениях ЦП луговых сообществ горной обла сти РК и в растениях лесных равнинных сообществ сопоставимы с содержанием вещества в высокогорных южно-уральских субпопуляций. Учитывая то обстоятельство, что в качестве источника сырья у A. septentrionale используются подземные органы, важным было выявить соотношение содержания лаппаконитина и биомассы подземных органов, однако достовер ной сопряженности между этими параметрами установить не удалось.

Содержание лаппаконитина в надземной части растений варьирует от 0,54 до 2,45 %, в т. ч. в надземной части растений луговых сообществ - от 0,54 до 1,47 % и его средневыбороч ное максимальное значение отмечено в период бутонизации (1,31 ± 0,59 %, Р 0,05). В фазе бутонизации содержание лаппаконитина в растениях лесных сообществ составило 1,92 ± 0,37 %, при этом разница между содержанием вещества в надземной части растений лесных и луговых сообществ, статистически недостоверна. Высокое содержание лаппаконитина в период бутонизации отмечено в стеблях растений (1,9 %), а в период цветения высокое со держание вещества наблюдается в листьях (1,67 %) и соцветиях (1,26 %).Отмечена высокая изменчивость содержания лаппаконитина в различных ЦП на всех стадиях сезонного разви тия растений (Cv 27,1–66,7%).

По данным продуктивности надземной и подземной фитомассы A. septentrionale и со держания вещества в разные фазы вегетационного развития растений ожидаемый выход лаппаконитина из надземной части растений, собранных в период цветения, оказывается по чти на порядок выше, чем из подземных органов, заготавливаемых в различные фазы разви тия растений (табл. 2). Полученные данные свидетельствуют о том, что для получения лаппаконитина более предпочтительно использование надземной части растений, заготавли ваемых в луговых сообществах в период цветения, чем подземные органы растений, регла ментированные в качестве растительного сырья в действующей фармакопейной статье. Ис пользование надземной части растений также предпочтительно и с позиций рационального природопользования и возобновления ценопопуляций. Подземную часть растений следует заготавливать в конце вегетации, когда их урожайность максимальна, а содержание лаппако нитина высокое.

Таблица Ресурсные характеристики Aconitum septentrionale Koelle Сообщества Плотность запаса сухого Содержание Ста- Выход лаппаконитина, г/м сырья, г/м2 лаппаконитина, % дия веге- подземных надземной подземная надземная подземная надземная тации органов фитомассы часть часть часть часть Лесные ФБ 20,6 ± 1,7 109,5 ± 3,0 1,88 ± 0,36 1,92 ± 0,37 0,39 ± 0,08 2,10 ± 0, ФО 30,0 ± 1,8 –* 1,61 ± 0,28 – 0,48 ± 0,09 – Луговые ФНВ 39,9 ± 2,7 8,2 ± 1,1 1,57 ± 0,42 0,54 0,63 ± 0,17 0,044 ± 0, ФБ 46,6 ± 2,9 175,3 ± 8,7 0,44 ± 0,15 1,31 ± 0,59 0,20 ± 0,07 2,30 ± 1, ФЦ 35,7 ± 1,9 235,2 ± 5,9 0,55 ± 0,18 1,13 ± 0,16 0,19 ± 0,06 2,65 ± 0, ФО 61,5 ± 3,6 – 0,99 ± 0,12 – 0,61 ± 0,08 – * Примечание: прочерк «–» означает отсутствие данных Таким образом, полученные данные о продуктивности ценопопуляций и ожидаемого выхода лаппаконитина позволяют рассматривать ресурсы A. septentrionale на европейском северо-востоке России как потенциальную базу для организации заготовок в природных по пуляциях.

ВЫВОДЫ 1. В таежной зоне европейского северо-востока России A. septentrionale произрастает на хорошо увлажненных почвах с проточным, умеренно переменным увлажнением, как на бед ных, так и на достаточно обеспеченных азотом почвах, имеющих кислую – слабокислую среду. Наибольшее ценотическое участие вид имеет в лесных сообществах. По отношению к почвенным условиям занимает гемистеновалентные позиции, а на климатические факторы реагирует как мезобионтный вид. Амплитуда экологического пространства ценопопуляций A. septentrionale на данной территории не выходит за пределы диапазонов экологического ареала по шкалам Д.Н. Цыганова (1983).

2. Базовый возрастной спектр A. septentrionale нормальный (молодой), полночленный, двувершинный с доминированием виргинильных и молодых генеративных особей. Анализ онтогенетической структуры выявил нормальные молодые и зреющие ценопопуляции. Воз растные спектры ценопопуляций луговых и лесных сообществ левосторонние, с доминирова нием в луговых – ювенильных и средневозрастных генеративных, а в лесных – виргиниль ных и молодых генеративных особей. Отмечена высокая генеративность ценопопуляций лу говых и лесных сообществ (33,0 и 53,1 %). Плотность генеративных особей в ценопопуляци ях обоих типов одинакова и составила 2,32 ± 0,18 в луговых и 1,91 ± 0,11 шт./м 2 в лесных со обществах. Состояние исследуемых ценопопуляций определено как стабильное.

3. Установлена высокая изменчивость морфологических признаков A. septentrionale из различных местообитаний. Анализ морфологических параметров выявил полиморфизм рас тений, как по количественным, так и по качественным признакам, которые используются в качестве критериев в систематике близких к A. septentrionale видов. Отмечено, что ценопопу ляции луговых равнинных сообществ отличаются наибольшим габитусом растений и большим числом репродуктивных побегов. Выраженность морфологических признаков определяется не только типом сообщества, но и зависит от природно-климатических факто ров.

4. Плотность запаса сырья A. septentrionale значительно варьирует в различных райо нах исследованной территории (надземной от 41,9 до 142,5 г/м2, подземной – от 13,5 до 61, г/м2). Наибольшая плотность запасов сырья отмечена в луговых равнинных сообществах, в которых ценопопуляции A. septentrionale отличаются высокой плотностью особей, и расте ния характеризуются наибольшим габитусом. Плотность запаса надземной фитомассы на лесных лугах составила 235,2 ± 5,9 г/м2, подземной (в конце вегетации) – 61,5 ± 3,6 г/м2.

5. Показано, что содержание лаппаконитина в подземной части растений A. septentri onale за период вегетации изменяется от 0,09 до 2,47 %, в надземной – от 0,54 до 2,45 %. В подземных органах растений лесных сообществ содержание вещества в период бутонизации и в конце вегетации выше, чем у растений луговых сообществ в те же периоды сезонного развития, а его содержание в надземной части растений ценопопуляций лесных и луговых сообществ сопоставимы. Связи между содержанием вещества и биомассой подземных орга нов не установлено.

6. Показано, что для получения лаппаконитина следует использовать надземную часть растений, заготавливаемую в луговых сообществах в период цветения. Использование над земной части растений предпочтительно с позиций рационального природопользования и возобновления ценопопуляций A. septentrionale.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

Паршина Е. И., Чадин И. Ф., Володина С. О., Канев В. А., Дегтева С. В., Володин В. В.

Фитоценотическая приуроченность и ресурсные характеристики Aconitum septentrionale (Ra nunculaceae) в подзоне средней тайги на северо-востоке европейской России // Растительные ресурсы, 2009. № 3. Вып. 3. С. 60 - 67.

В прочих изданиях:

Паршина Е. И. Продуктивность ценопопуляции Aconitum septentrionale Koelle в подзо не средней тайги (окрестности город Сыктывкар, Республика Коми) // Тр. Сыктывкарского лесного института. Сыктывкар: СЛИ, 2007. С. 148 - 154.

Паршина Е. И. Продуктивность и динамика содержания лаппаконитина в Aconitum septentrionale Koelle, произрастающем в окрестностях города Сыктывкар // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер. докл. Всерос. XIV молодежной науч. конф. (Сыктыв кар, 3–6 апреля 2007), Сыктывкар, 2007. C. 184 - 188.

Паршина Е. И. Эколого-морфологические особенности и ресурсная характеристика Aconitum septentrionale Koelle окрестностей г. Сыктывкар // Актуальные проблемы биологии и экологии: Матер. докл. Всерос. XV молодежной науч. конф. (Сыктывкар, 14–18 апреля 2008 г.), Сыктывкар, 2008. С. 228 - 230.

Паршина Е. И. Биолого-фитоценотическая характеристика Aconitum septentrionale Koelle окрестностей города Сыктывкар // Матер. докл. науч.- практич. конферен. проф.-пре под. состава Сыктывкарского. лесного инст-та «Февральские чтения» (Сыктывкар, 27– февраля, 2008), Сыктывкар: СЛИ, 2008. С.621 - 624.

Паршина Е. И. Оценка плотности запаса сырья подземных органов Aconitum septentri onale Koelle в таежной зоне Республики Коми и содержание в них лаппаконитина // Матер.

докл. науч.-практич. конферен. проф.-препод. состава Сыктывкарского. лесного инст-та «Научные чтения» (Сыктывкар, 24–28 февраля, 2009), Сыктывкар: СЛИ, 2009. С.352 - 356.

Паршина Е. И. Продуктивность Aconitum septentrionale Koelle,произрастающего в под зоне средней тайги европейского северо-востока России // Аграрная Россия: «Современные методы и подходы в биологии и экологии»: Матер. докл. Молодежной науч. школы-конфе ренции, Москва: ФОЛИУМ, 2009. С. 52.