Биология и экология рода Gentiana L.: Приморский край тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат биологических наук Сунь Янь

• Сунь Янь
• кандидат биологических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Сунь Янь

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВИДОВ РОДА СЕЫПАМА Ь.

1.1. Классификация рода СепИапа.

1.2. Биология растений.

1.3. Химический состав.

1.4. Фармакология.

1.5. Культивирование.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И УСЛОВИЯ

ПРОИЗРАСТАНИЯ ГОРЕЧАВОК В ПРИМОРЬЕ.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Ботаническая характеристика и географическое распространение видов.

2.3. Методы исследования.

2.4. Природные условия в районах произрастания изучаемых видов в Приморском крае.

ГЛАВА 3. БИОЛОГИЯ СЕМЯН.

3.1. Микроструктура поверхности семян.

3.2. Эмбриогенез.

3.3. Покой семян.

3.4. Влияние экологических факторов на прорастание семян.

3.5. Особенности прорастания семян.

3.6. Хранение семян.

ГЛАВА 4. БИОЛОГИЯ ЦВЕТЕНИЯ И ОПЫЛЕНИЯ.

4.1. Микроструктура поверхности пыльцы.

4.2. Органогенез цветочной почки.

4.3. Фенология и динамика раскрытия цветка.

4.4. Особенности опыления.

ГЛАВА 5. ГИБРИДИЗАЦИЯ.

5.1. Число хромосом горечавок.

5.2. Гибридизация (7. М^ога и (7. БсаЬга.

ГЛАВА 6. ПОДЗЕМНЫЕ ОРГАНЫ: ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ, СПОСОБНОСТЬ К РЕГЕНЕРАЦИИ И НАКОПЛЕНИЮ САХАРОВ И

ГЕНЦИОПИКРИНА.

6.1. Строение корневища и его способность к регенерации.

6.2. Накопление Сахаров и генциопикрина.

6.2.1. Коэффициент усушки.

6.2.2. Динамика содержания генциопикрина.

6.2.3. Динамика накопления растворимого сахара.

6.2.4. Соотношение между содержанием растворимого сахара и генциопикрина.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биология и экология рода Gentiana L.: Приморский край»

Актуальность темы

Во многих древних странах или нациях в самой ранней их истории накоплен опыт использования природных ресурсов (преимущественно растительных) для лечения и сохранения здоровья. Эти ресурсы называются «национальным лекарством». Впрочем, с развитием фармации в европейской медицине «национальное лекарство» стало вытесняться и забываться. Сосед России - Китай - страна, в которой лекарственные средства народной медицины имеют давнюю историю, богатый опыт и своеобразную теоретическую систему. Горечавка относится к группе лекарственных растений китайской медицины.

В настоящее время на земном шаре в качестве лекарственных растений используются около 21 тыс. видов. Наиболее обширна группа лекарственных растений, применяемых в народной медицине, которые используются в традиционных медицинах: арабской, индийской, китайской, тибетской. Например, в тибетской медицине (в ее классическом варианте) применяют около 400 видов лекарственных растений, в китайской - не менее 2000 видов (Яковлев, Блинова, 2004).

Однако из-за активного сбора природного сырья в последние годы наблюдается снижение численности ценопопуляций или почти полное уничтожение некоторых видов лекарственных растений. Кроме того, дикорастущие растения в естественных ценозах подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов, что ставит на повестку дня задачу введения их в культуру для повышения производительности и качества сырья (Чэнь Синфу и др., 2000). Но культивирование часто вызывает регресс качества, загрязнение пестицидами, болезни и т. д. (Лю Ди, 1997). В то же время из-за того, что лекарственные растения происходят из районов с различным климатом и почвой, уровень содержания активных веществ и их качество оказываются неодинаковыми. Эти проблемы серьёзно влияют на производство сырья. Поэтому повышение качества лекарственного сырья — важная задача в народной медицине XXI века.

На Дальнем Востоке России флора имеет сложный состав, растительность представлена тайгой, лугами и болотами. Особые климатические условия, характер почв Дальнего Востока способствуют произрастанию здесь многих лекарственных растений. Во флоре российского Дальнего Востока насчитывается 4113 видов растений (аборигенные и адвентивные) из 939 родов и 158 семейств, а также 65 видов культурных растений из 23 родов (Кожевников, Пробатова, 2002). При богатстве и разнообразии дальневосточной флоры использование ее видового состава в официальной медицине составляет лишь 1,5%. Например, для Приморского края известно всего 77 видов растений, разрешенных Минздравом России для медицинского использования (Степанова, 1997).

Большинство видов растений дальневосточного региона близко по химическому составу и терапевтическому действию таковым, признанным официальной медициной. Однако формально использовать такие растения можно, только доказав сходство их фармакологических свойств. Для этого необходимо детальное изучение химического состава растений и их лечебного действия. Одной из главных проблем введения растения в официальную медицину является определение его точного систематического положения, так как в литературе часто встречаются сведения, которые не всегда позволяют отнести растения к тому или иному виду.

По количеству видов, используемых во всех разделах медицины, выделяется семейство Gentianaceae Juss. Однако многие его виды изучены недостаточно. Необходимость исследования дальневосточных представителей рода Gentiana L. обусловлена использованием этой группы растений в официальной и восточной медицинах в качестве основных источников гликозида генциопикрина.

В настоящее время род Gentiana включает 362 вида (Но, Liu, 2001), на Дальнем Востоке распространено лишь 34 вида этого рода, в Приморском крае - 8 видов (Харкевич, 1995; Лавренов, Лавренова, 1999), в их числе G. scabra Bunge, G. triflora Pall,, G. algida Pall, и G. macrophylla Pall. Они высоко ценятся как лекарственное сырье (Хапкин и др., 1989; Минаева, 1991, Фармакопея КНР, 2000, 2005). В медицине всегда использовались корни и корневища горечавок. G. scabra и G. triflora обильны на Дальнем Востоке, но в последние годы из-за интенсивного освоения лесных угодий, распашки лугов, увеличения площадей под пастбища и сенокосы и т. д. наблюдается тенденция сокращения численности популяций видов. G. scabra и G. triflora из-за чрезмерного сбора в Китае в 80-е годы XX века были включены в «Красную книгу» как растения охраняемые государством (Чжан Эньди, Чжэн Ханьчэнь, 2002). Однако в России эти два вида до сих пор ещё не охраняются.

Специальные исследования горечавковых Дальнего Востока начаты i сравнительно недавно, и поэтому литературные сведения о большинстве видов являются разрозненными и неполными.

Цель и задачи исследования:

Цель работы - изучить особенности биологии и экологии видов рода Gentiana L., произрастающих в Приморском крае, и оценить целесообразность введения их в культуру.

В соответствии с поставленной целью предстояло решить следующие задачи:

1. Проанализировать состояние изученности биологических и химических особенностей видов рода Gentiana, выделив обитателей Приморского края.

2. Изучить микроструктуру поверхности семян для идентификации видов и уточнения систематических особенностей.

3. Изучить биологию семян и условия их прорастания для ряда видов горечавок.

4. Изучить биологию цветения и опыления горечавок и выявить основных опылителей.

5. Уточнить число хромосом у наиболее массовых видов для возможного проведения гибридизации.

6. Изучить морфологические и биологические особенности подземных частей горечавок.

7. Изучить динамику накопления биологически активных и запасных веществ в различных органах растений.

Научная новизна

Изучение условий прорастания семян горечавок показало, что среди них главными являются тепло (+25 °С), свет и обработка раствором гиббереллина (100-150 мкг/мл).

Выявлено, что при прорастании семян горечавок у проростка на границе гипокотиля и корешка образуется кольцеобразное утолщение с сосущими волосками, такое же, как у водных растений, что может свидетельствовать о близости происхождения горечавок и водных растений. Это предположение усиливается наблюдением за развитием проростков горечавок, нуждающихся в избыточном количестве влаги.

Герметизация и хранение на холоду семян горечавок удлиняют срок их всхожести с одного (в обычных условиях) до семи лет.

Детальное изучение биологии цветения и опыления ряда видов горечавок, произрастающих в Приморском крае, позволило выявить, что главный способ опыления цветков - энтомофилия, при этом основными насекомыми-опылителями являются шмели. Установлен дополнительный тип опыления - автогамия, реализация которого проявляется в экстремальных погодных условиях и при малой активности опылителей.

Анатомическое изучение корневищ показало, что 2/3 их объема занято паренхимой флоэмы, что позволяет рассматривать ее как основное депо запасных веществ.

Практическое значение работы

Сравнение биологических особенностей растений горечавок в природе и культуре показало целесообразность их культивирования: отсутствие конкуренции с другими видами и необходимости добывать влагу из глубоких слоев почвы способствуют формированию коротких, массивных, хорошо разветвленных, легко регенерируемых, не глубоко расположенных корневищ.

Изучение динамики накопления генциопикрина, растворимых Сахаров в подземных частях растений и нарастания корневищ позволило установить оптимальные сроки сбора лекарственного сырья; у Gentianci scabra сборы подземных частей растений необходимо проводить весной - в начале лета (когда рост надземной части только начинаеся) и в октябре, у G. triflora - в конце второй декады июня и в конце второй декады октября.

Горечавки, произрастающие в Приморском крае, отличаются высоким содержанием генциопикрина в подземных частях (выше 5%), что повышает их фармакологические свойства как лекарственного сырья по сравнению с видами, произрастающими в Китае.

Результаты исследования могут быть использованы для разработки ; рекомендаций по организации контроля, охраны и рационального использования видов рода Gentiana.

Защищаемые положения

1. Сходство начальных этапов онтогенеза горечавок с таковыми у водных растений, а именно, наличие «кольца» и всасывающих гипокотильных волосков позволяет полагать, что горечавки в начале своей истории имели водных предков.

2. По трем важнейшим показателям: содержанию генциопикрина в растениях, коэффициенту усушки и количеству растворимого сахара определены оптимальные сроки сбора лекарственного сырья на юге Приморского края у двух массовых видов горечавок - Gentiana scabra и Gentiana triflora, относящиеся к началу-середине октября. В связи с созданием оптимальных условий при выращивании горечавок в культуре, получением массивных, неглубоко расположенных, способных к регенерации корневищ, более целесообразно получать лекарственное сырье не из диких, а из культивируемых растений.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на Научно-практической конференции «Биоморфологические исследования в современной ботанике» БСИ ДВО РАН (Владивосток, 18-21 сентября 2007 г.), на семинаре «Структурная организация растений», г. Владивосток, 6-9 октября 2008 г. БИС ДВО РАН», на семинарах кафедры общей экологии, а также ботаники и экологии растений ДВГУ.

Публикации

По теме диссертаций опубликовано 6 печатных работ.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 145 источников, в том числе 56 русскоязычных, 28 англоязычных и 61 китайский, и 6 приложений. Работа изложена на 124 страницах, иллюстрирована 32 рисунками и 14 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Экология», Сунь Янь

14. Результаты работы показывают целесообразность выращивания горечавок в культуре.