Ekaterinburg, Ekaterinburg, Russian Federation
Russian Federation
Ekaterinburg, Ekaterinburg, Russian Federation
Opyt na temu «Perspektivy vozdelyvaniya immunostimuliruyuschih rasteniy na Srednem Urale» byl zalozhen v uchebno-opytnom hozyaystve «Uralec», na kollekcionnom uchastke lekarstvennyh rasteniy Ural'skogo GAU, raspolozhennom v Beloyarskom rayone Sverdlovskoy oblasti. V eksperimente izuchalis' 4 vida, otnosyaschiesya k gruppe immunostimuliruyuschih: zolotoy koren' (Rhodiola rosea L.), maraliy koren' (Rhaponticum carthamoides Willd.), shlemnik baykal'skiy (Scutellaria baicalensis Georgi), ehinaceya purpurnaya (Echinacea purpurea Moench). Rezul'taty, poluchennye v processe issledovaniya, pokazali, chto izuchaemye vidy dovol'no suschestvenno otlichayutsya po morfo-biologicheskim osobennostyam, fenologicheskoy ritmike, strukturnomu sostavu, produktivnosti nadzemnoy i podzemnoy biomassy. Iz izuchennyh rasteniy medlennoy ritmikoy razvitiya harakterizuetsya ehinaceya purpurnaya. Polnogo razvitiya, s formirovaniem zrelyh semyan, obladayuschih vysokoy laboratornoy vshozhest'yu (72–87 %), dostigayut maraliy koren' i shlemnik baykal'skiy. Luchshee sootnoshenie strukturnyh elementov v nadzemnoy biomasse imeet shlemnik baykal'skiy, u nego na dolyu dvuh frakciy s povyshennym soderzhaniem BAV (list'ya i socvetiya) prihoditsya 70,4 %. Po godam issledovaniya stabil'no vysokuyu produktivnost' nadzemnoy biomassy obespechivali maraliy koren' i ehinaceya purpurnaya (v srednem za 5 let – 24,6 t/ga i 24,0 t/ga sootvetstvenno). Suschestvenno nizhe – u zolotogo kornya i shlemnika baykal'skogo, u kotoryh produktivnost' v 3,2–3,9 raza nizhe, chem u maral'ego kornya. Naibol'shaya produktivnost' podzemnoy biomassy v 2018 godu (na pyatyy god issledovaniya) byla sformirovana v fitocenoze zolotogo kornya, ona dostigla 446,8 g v srednem na odno rastenie, ili 1787,2 g/m2.
zolotoy koren', maraliy koren', shlemnik baykal'skiy, ehinaceya purpurnaya, produktivnost' nadzemnoy i podzemnoy biomassy
Постановка проблемы
Несмотря на значительные достижения современной науки в области синтеза биологически активных веществ (БАВ), лекарственные растения не утрачивают своей значимости, потребность в лекарственном сырье с каждым годом только возрастает. По прогнозам специалистов, общая потребность в препаратах на основе лекарственных растений к 2020 г. возрастет на 4,8 % [8].
В эксперименте изучались 4 вида, относящиеся к группе иммуностимулирующих растений: золотой корень (Rhodiola rosea L.), маралий корень (Rhaponticum carthamoides Willd.), шлемник байкальский (Scutellaria baicalensis Georgi), эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea Moench).
Золотой корень (родиола розовая) – Rhodiola rosea L. – многолетнее травянистое растение, относится к семейству толстянковых (Crassulaceae DC). Встречается в горах Западной Европы (Альпы, Карпаты), Западной Сибири (Алтай, Саяны), Восточной Сибири (Якутия), на Дальнем Востоке, включая Сахалин и Камчатку. На Среднем Урале распространен в горных тундрах и на гольцах, каменистых склонах и осыпях в Ивдельском предгорном округе [2, 3]. Препараты родиолы обладают выраженным тонизирующим свойством, оказывают стимулирующее действие на умственную работоспособность человека, улучшают память и внимание [12]. Испытания последних лет показали противоопухолевую активность корня, антиоксидантное действие.
Маралий корень (левзея сафлоровидная) – Rhaponticum carthamoides – Willd. относится к семейству астровых (Asteraceae). Многолетнее травянистое растение, высотой от 0,5 до 1,8 м [4]. Естественные популяции распространены в Саянах, Алтае, Кузнецком Алатау, на востоке доходит до Байкала, на западе – до гор Восточного Казахстана. Промышленные заготовки маральего корня ведутся в основном на Горном Алтае. Препараты из левзеи обладают тонизирующим, иммуностимулирующим действиями; улучшают кровообращение; способствуют регулированию кровяного давления, оказывают сосудорасширяющее действие, увеличивают число сердечных сокращений [3]. Левзея успешно выращивается на садовых участках в качестве декоративного растения [1].
Шлемник байкальский – Scutellaria baicalensis Georgi – относится к семейству яснотковых (Lamiaceae Lindl.). Распространен в Забайкалье, Приамурье, на Дальнем Востоке [5, 9]. Растет в петрофитных степях, по склонам сопок, на щебнистых и каменистых обнажениях, реже на песчаных местообитаниях. Препараты из шлемника байкальского применяются в качестве антиаллергенного, антисклеротического, гипотензивного, общеукрепляющего, седативного и жаропонижающего средства. Установлена антибактериальная активность [11]. Издавна применяется в китайской, тибетской, японской медицине. В последние годы интенсивно изучается в научной медицине [7, 9, 14]. Декоративен [1].
Эхинацея пурпурная (рудбекия) – Echinаcea purpurea Moench – относится к семейству астровых (Asteraceae Dumort). Родина эхинацеи – юго-восточная приатлантическая часть Северной Америки. Растет на песчаных берегах рек, в прериях. В медицинских целях используются эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea), эхинацея парадоксальная (Echinacea paradoxa), эхинацея стимулирующая (Echinacea stimulata), эхинацея темно-красная (Echinacea аtropurpurea). В настоящее время эхинацея широко применяется в составе многих антиаллергенных препаратов и признана одним из наиболее эффективных иммуностимуляторов растительного происхождения [3, 6, 10]. Экстракты эхинацеи угнетают рост стафилококка, стрептококка, вирусов гриппа и герпеса, и некоторых болезнетворных грибов [13]. Декоративна, используется в ландшафтном дизайне: при создании рабаток, миксбордеров; карликовые формы эффектны в каменистых садах [1].
Методология и методы исследования
Опыт на тему «Перспективы возделывания иммуностимулирующих растений на Среднем Урале» был заложен в 2013 году в учебно-опытном хозяйстве «Уралец», на коллекционном участке лекарственных растений Уральского ГАУ, расположенном в Белоярском районе Свердловской области. Цель исследования – изучить особенности роста и развития иммуностимулирующих растений в природно-климатических условиях Среднего Урала. Задачи исследования сводились к определению морфо-биологических особенностей, прохождения фенологических фаз, продуктивности надземной и подземной биомассы.
Почва участка – чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый. Агрохимические показатели являются типичными для подобного типа почв Среднего Урала: мощность гумусового горизонта достигает 35–40 см, содержание гумуса – 7 %. Гумусовый горизонт обогащен обменными основаниями, 70 % из которых составляет кальций; рН сол. 5,0–5,5; ЕКО – 32–35 ммоль / 100 г; сумма обменных оснований 27–30 ммоль / 100 г; гидролитическая кислотность – 3–5 ммоль / 100 г. Предшественник – черный пар. В схему опыта включены четыре варианта: 1 – золотой корень (контроль); 2 – маралий корень; 3 – шлемник байкальский; 4 – эхинацея пурпурная. Во 2–4 вариантах использовался рассадный способ возделывания, хорошо зарекомендовавший себя в исследованиях по интродукции лекарственных растений, проводимых кафедрой растениеводства Уральского ГАУ [3–5]. В первом варианте (золотой корень) применялся вегетативный способ размножения: использовали корневища золотого корня пятилетнего возраста, которые разрезали на 7–9 отрезков, с таким расчетом, чтобы на каждом отрезке было по 4–5 почек возобновления. Посадку в открытый грунт проводили в начале мае: междурядье – 50 см, расстояние в рядке – 50 см (по 4 растения/м2). Морфо-биологические особенности, продуктивность надземной биомассы определяли в период массового цветения растений; подземную биомассу в эксперименте определяли в 2018 году, в конце вегетации (сентябрь – октябрь).
Результаты
Виды растений, выбранные для исследования, в значительной степени отличаются друг от друга по таким морфо-биологическим показателям, как высота; размер и форма листьев; тип, размер и окраска соцветий. Самые низкорослые растения были сформированы в фитоценозе золотого корня, у которого высота растений в среднем за 2014–2018 гг. наблюдений варьировалась от 29 до 42 см. Максимальную высоту имели растения эхинацеи пурпурной – 101–116 см, несколько ниже – у маральего корня.
В ходе эксперимента по годам исследования выявлены различия в интенсивности прохождения фенологических фаз. Активным ранневесенним отрастанием отличался золотой корень, который начинал вегетировать еще под покровом снега. Фазы – бутонизация и цветение проходят быстро. Массовое цветение наблюдалось в конце мая – первой декаде июня, плоды созревали в июле – августе, в период плодоношения формируется осенняя генерация побегов. Активное прохождение фенологических фаз отмечено также у маральего корня: переход в генеративную стадию наблюдался в конце мая – середине июня, довольно быстро наступала фаза цветения, массовое цветение – в конце июня – начале июля, фаза плодоношения – вторая – третья декады июля. Маралий корень в течение всех лет изучения формировал зрелые семена в периферийной части соцветий, в центральной части соцветия семена не вызревали. Следует отметить, что зрелые семена очень быстро осыпаются, потери семян могут достигать 35 % и более. У шлемника байкальского фаза массового цветения по годам исследования наступала в июле, семена созревали в августе – сентябре; зрелые семена образуются в нижних ярусах соцветия.
Из изученных растений самой медленной ритмикой развития характеризуется эхинацея пурпурная. Переход в генеративную стадию (начало бутонизации) отмечен в первой декаде июля; фаза начала цветения – во второй декаде июля, массовое цветение наблюдалось в конце июля – середине августа (прохождение фазы цветения крайне замедленное); плодоношение – в сентябре – октябре.
Таким образом, полного развития, с формированием зрелых семян, достигают два вида: маралий корень и шлемник байкальский. Золотой корень с третьего года начал формировать семена, которые отличались низкой лабораторной всхожестью. У эхинацеи пурпурной зрелые семена были сформированы в 2017–2018 гг. (на 4–5 годы наблюдений), причем зрелые семена были получены только на соцветиях, расположенных на побегах первого порядка.
Структурный состав надземной биомассы ежегодно определяли в фазе массового цветения, которая наступала у изучаемых видов в разное время: золотой корень – в конце мая – первой декаде июня; маралий корень – конец июня – первая декада июля; шлемник байкальский – вторая – третья декады июля; эхинацея пурпурная – конец июля – первая декада августа. Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что лучшее соотношение структурных элементов в надземной биомассе (в среднем за 5 лет) имеет шлемник байкальский: максимальное содержание соцветий – 25,1 %, на долю листьев и соцветий приходится 70,4 %, участие стеблей в структуре урожая минимальное – 29,6 %. Близкие результаты получены у маральего корня, у него на долю двух фракций с повышенным содержанием БАВ (листья и соцветия) приходится 65,2 %, а на долю стеблей – 34,8 %. Наибольшая масса листьев была сформирована у маральего корня (12,1 т/га), соцветий – у эхинацеи пурпурной (4,6 т/га). В целом все изученные растения отличаются довольно высоким участием листьев в структуре надземной биомассы.
Таблица 1
Структура продуктивности надземной биомассы иммуностимулирующих растений, 2014–2018 гг.
|
Варианты опыта (виды растений) |
Зеленая масса |
|||||
|
листья |
соцветия |
стебли |
||||
|
т/га |
% |
т/га |
% |
т/га |
% |
|
|
1 вариант – золотой корень |
3,1 |
49,8 |
0,9 |
13,7 |
2,3 |
36,5 |
|
2 вариант – маралий корень |
12,1 |
49,1 |
4,0 |
16,1 |
8,5 |
34,8 |
|
3 вариант – шлемник байкальский |
3,4 |
45,3 |
1,9 |
25,1 |
2,3 |
29,6 |
|
4 вариант – эхинацея пурпурная |
10,3 |
42,7 |
4,6 |
19,4 |
9,1 |
37,9 |
Table 1
Structure of productivity of above-ground biomass immunostimulating plants, 2014–2018
|
Variants of the experiment (plant name) |
Green mass |
|||||
|
leaves |
inflorescence |
stems |
||||
|
t/ha |
% |
t/ha |
% |
t/ha |
% |
|
|
Variant 1 – Rhodiola rosea |
3,1 |
49,8 |
0,9 |
13,7 |
2,3 |
36,5 |
|
Variant 2 – Rhaponticum carthamoides |
12,1 |
49,1 |
4,0 |
16,1 |
8,5 |
34,8 |
|
Variant 3 –Scutellaria baicalensis |
3,4 |
45,3 |
1,9 |
25,1 |
2,3 |
29,6 |
|
Variant 4 – Echinacea purpurea |
10,3 |
42,7 |
4,6 |
19,4 |
9,1 |
37,9 |
На величину надземной биомассы в эксперименте оказывают влияние, прежде всего, морфологические признаки, такие как высота растений и размеры листьев. По высоте растения распределились следующим образом: золотой корень – 29–42 см; маралий корень – 105–112 см; шлемник байкальский – 41–53 см; эхинацея пурпурная – 101–116 см. Самые низкорослые растения были сформированы в фитоценозе золотого корня, несколько выше у шлемника байкальского. У эхинацеи пурпурной, высота генеративных побегов была в 2,8–3,5 раза выше, чем у золотого корня. Из данных, представленных в таблице 2, видно, что в первые два года исследования более высокую продуктивность надземной биомассы формировал маралий корень, с 2016 года ведущую позицию начинает занимать эхинацея пурпурная.
Таблица 2
Продуктивность надземной биомассы иммуностимулирующих растений, 2014–2018 гг.
|
Варианты опыта (виды растений) |
Зеленая масса, т/га |
|||
|
годы наблюдений, |
||||
|
2014 |
2015 |
2016–2018 (среднее) |
2014–2018 (среднее) |
|
|
1 вариант – золотой корень |
4,9 |
5,7 |
8,4 |
6,3 |
|
2 вариант – маралий корень |
19,8 |
22,8 |
31,3 |
24,6 |
|
3 вариант – шлемник байкальский |
6,7 |
8,3 |
7,9 |
7,6 |
|
4 вариант – эхинацея пурпурная |
17,9 |
19,7 |
34,5 |
24,0 |
|
НСР05 NSR05 |
0,43 |
0,46 |
– |
– |
Table 2
Productivity of above-ground biomass immunostimulating plants, 2014–2018
|
Variants of the experiment (plant name) |
Green mass, t/ha |
|||
|
years of observations |
||||
|
2014 |
2015 |
2016–2018 (medium) |
2014–2018 (medium) |
|
|
Variant 1 – Rhodiola rosea |
4,9 |
5,7 |
8,4 |
6,3 |
|
Variant 2 – Rhaponticum carthamoides |
19,8 |
22,8 |
31,3 |
24,6 |
|
Variant 3 – Scutellaria baicalensis |
6,7 |
8,3 |
7,9 |
7,6 |
|
Variant 4 – Echinacea purpurea |
17,9 |
19,7 |
34,5 |
24,0 |
|
НСР05 NSR05 |
0,43 |
0,46 |
– |
– |
Низкие показатели были получены у золотого корня, в среднем за 5 лет наблюдений продуктивность надземной биомассы составила 6,3 т/га. Несколько выше – у шлемника байкальского – 7,6 т/га. В среднем за 2014–2018 гг. максимальную продуктивность надземной биомассы обеспечил маралий корень, она достигла 24,6 т/га, близкие результаты – у эхинацеи пурпурной. Математическая обработка полученных результатов показала, что продуктивность надземной массы у шлемника байкальского и золотого корня достоверно ниже, чем у эхинацеи пурпурной и у маральего корня.
Наибольшее содержание биологически активных веществ у изучаемых видов накапливается в корневых системах, которые обладают высокой лечебной эффективностью и широко используются в медицинской практике. По типу корневых систем изучаемые виды относятся к коротко-корневищным. Золотой корень – корневище клубневидное с большим количеством почек возобновления. Маралий корень – корневище деревянистое, утолщенное, многоглаво-разветвленное, от которого отходят многочисленные длинные жесткие корни диаметром 0,4–1,2 см. Шлемник байкальский – корневище многократно-разветвленное, переходящее в толстый, мясистый вертикальный корень, сильно скрученный вокруг своей оси, темно-бурый, на изломе лимонно-желтый. Эхинацея пурпурная: корневище многоглавое, разветвленное, с многочисленными тонкими мочковатыми корнями. Из таблицы 3 видно, что по продуктивности подземной биомассы в 2018 году лидирует золотой корень, у которого продуктивность подземной биомассы в среднем на одно растение достигла 446,8 г, а с 1 м2 – 1787,2 г. Значительно ниже, чем у других видов, продуктивность подземной биомассы была сформирована у шлемника байкальского: на 48,7 % ниже, чем у золотого корня, и на 42,3 % меньше, чем у маральего корня.
Таблица 3
Продуктивность подземной биомассы иммуностимулирующих растений (в среднем на одно растение), 2018 г.
|
Варианты опыта (виды растений) |
Подземная биомасса (свежесобранное сырье) |
|||
|
г/1 растение |
г/м2 |
отклонение от контроля (–) |
||
|
г/м |
% |
|||
|
1 вариант – золотой корень |
446,8 |
1787,2 |
– |
– |
|
2 вариант – маралий корень |
397,4 |
1589,6 |
197,6 |
11,1 |
|
3 вариант – шлемник байкальский |
229,3 |
917,2 |
870,0 |
48,7 |
|
4 вариант – эхинацея пурпурная |
308,7 |
1234,8 |
552,4 |
30,9 |
|
НСР05 NSR05 |
18,9 |
63,7 |
– |
– |
Table 3
The productivity of underground biomass immunostimulating plants (average per plant), 2018
|
Experience options (plant name) |
Underground biomass (fresh raw materials) |
|||
|
g/1 plant |
g/m2 |
deviation from control (–) |
||
|
g/m2 |
% |
|||
|
Variant 1 – Rhodiola rosea |
446,8 |
1787,2 |
– |
– |
|
Variant 2 – Rhaponticum carthamoides |
397,4 |
1589,6 |
197,6 |
11,1 |
|
Variant 3 – Scutellaria baicalensis |
229,3 |
917,2 |
870,0 |
48,7 |
|
Variant 4 – Echinacea purpurea |
308,7 |
1234,8 |
552,4 |
30,9 |
|
НСР05 NSR05 |
18,9 |
63,7 |
– |
– |
Обсуждение и выводы
Проведенное исследование дает основание сделать вывод о том, что возделывание иммуностимулирующих растений, произрастающих в естественных популяциях в других флористических регионах, отличающихся от Среднего Урала по комплексу природно-климатических условий, позволяет получать достаточно высокий выход как надземной, так и подземной биомассы.
Лучшее соотношение структурных элементов в надземной биомассе имеет шлемник байкальский, у него на долю двух фракций (листья и соцветия) с повышенным содержанием БАВ приходится 70,4 %. В целом все изученные растения отличаются довольно высоким участием листьев в структуре надземной биомассы.
Максимальную продуктивность надземной биомассы по годам исследования обеспечил маралий корень, в среднем за 2014–2018 гг. она достигла 24,6 т/га, близкие результаты получены у эхинацеи пурпурной. Наибольшая продуктивность подземной биомассы в 2018 году была сформирована в фитоценозе золотого корня, она составила 446,8 г в среднем на одно растение, с 1 м2 – 1787,2 г.
1. Abramchuk A. V., Kartasheva G. G., Karpuhin M. Yu. Sadovo-parkovoe i landshaftnoe iskusstvo. Ekaterinburg, 2013. 612 s.
2. Abramchuk A. V. Vliyanie ploschadi pitaniya na rost i razvitie rodioly rozovoy // Racional'noe ispol'zovanie prirodnyh i biologicheskih resursov v sel'skom hozyaystve: sbornik materialov mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii Ural'skogo GAU. 2014. S. 3-5.
3. Abramchuk A. V., Kartasheva G. G., Mingalev K. S., Karpuhin M. Yu. Lekarstvennaya flora Urala: uchebnik dlya agronomicheskih special'nostey vuzov. Ekaterinburg, 2014. 738 s.
4. Abramchuk A. V., Saraeva A. V. Elementy introdukcii adaptogennyh rasteniy // Molodezh' i nauka. 2016. № 6. S. 34-36.
5. Abramchuk A. V., Karpuhin M. Yu. Vliyanie regulyatorov rosta na biometricheskie harakteristiki shlemnika baykal'skogo (Scutellaria baicalensis Georgi) [Elektronnyy resurs] // Vestnik biotehnologii. 2018. № 3. URL: http://bio.beonrails.ru/ru/issues/2018/3/168.
6. Zagumennikov V. B., Smirnova E. V., Babaeva E. Yu. i dr. Vyraschivanie ehinacei purpurnoy (Echinacea purpurea Moench.) dlya polucheniya raznyh vidov lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya // Ovoschi Rossii. 2011. № 2. S. 30-32.
7. Manyahin A. Yu., Zorikova S. P. Dinamika nakopleniya i raspredelenie flavonoidov v organah shlemnika baykal'skogo (Scutellaria baicalensis Georgi) // Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra Rossiyskoy akademii nauk. 2013. T. 15. C. 744-747.
8. Filippova I. Rynok rastitel'nyh sredstv: problemy, perspektivy, prioritety // Remedium. 2016. № 7. S. 15-16.
9. Shevchuk O. M., Logvinenko L. A. Osobennosti razvitiya i antioksidantnye svoystva Scutellaria baicalensis Georgi pri introdukcii na Yuzhnyy bereg Kryma // Sbornik nauchnyh trudov Gosudarstvennogo Nikitskogo botanicheskogo sada. 2018. № 146. S. 128-134.
10. Haron M. H., Tyler H. L., Chandra S., Pugh N. D., Pasco D. S. Plant microbiome-dependent immune enhancing action of Echinacea purpurea is enhanced by soil organic matter content // Scientific Reports. 2019. No. 9 (1): 136.
11. Leach F. S. Anti-microbial properties of Scutellaria baicalensis and Coptis hinensis, two traditional Chinense medicines // Bioscience Horizons. 2011. Vol. 4. No. 2. Rp. 119-127.
12. Pham Li. Y., Pham V. Bui, Smith-Liu F., Zi X. Rhodiola rosea L.: an Herb with Anti-Stress, Anti-Aging, and Immunostimulating Properties for Cancer Chemoprevention // Current Pharmacology Reports. 2017. 3 (6). Pp. 384-395.
13. Schoop S., Suter R., Hudson A. Prevention of influenza virus induced bacterial superinfection by standardized Echinacea purpurea, via regulation of surface receptor expression in human bronchial epithelial cells Vimalanathan // Virus Research. 2017. No. 233. Pp. 51-59.
14. Tuan P. A., Kim Y. B., Arasu M. V. Molecular characterization of carotenoid biosynthetic genes and carotenoid accumulation in Scutellaria baicalensis Georgi // EXCLI. 2015. Vol. 14. Rp. 146-157.
