Понятие и характерные свойства, локализация эфирных масел в растениях, их роль и значение. Исследуемые виды роз, методы сбора и хранения материала, его микроскопическое исследование. Механизм выявления и обоснование крупных эфироносных структур.
Аннотация к работе
Многие растения имеют специфический запах, который нередко обусловливается наличием в них веществ, обладающих сильной летучестью и поэтому называемых эфирными маслами (Olea aetherea). Растения, содержащие эфирные масла (эфироносы), широко представлены в мировой флоре. В номенклатуре лекарственных растений всех времен и народов растения, содержащие эфирные масла, и сами эфирные масла всегда занимали значительное место. Из растений, имеющих экзогенные образования, больше эфирного масла получают от растений, имеющих железки, а не железистые волоски. Растения семейства яснотковых в процентном отношении более богаты эфирным маслом, чем растения семейства астровых, поскольку у первых эфирное масло продуцируется всеми 8 выделительными клетками, а в растениях семейства астровых из 8 клеток продуцирующими являются только 2 верхние[4].Микроскопическое исследование листьев роз подтвердило предположение о наличии эфироносных структур у некоторых видов. 2.У розы повислой и розы морщинистой обнаружены на нижней стороне листа железистые многоклеточные эфироносные структуры.
Введение
На протяжении многих тысячелетий, роза эфирномасличная и другие представители рода Rosa(Rosaceae), являлись не только источниками получения ценного эфирного розового масла, но и сырьем для медицинской, фармацевтической, парфюмерно-кометической и кондитерской промышленности. Однако, плантационное культивирование не обеспечивает все потребности в сырье, что значительно тормозит развитие ряда отраслей производства и встает вопрос о поиске альтернативных источников [1].
В Медицинском институте ПГУ на фармацевтическом факультете реализуется инновационный проект «ЛАРОШ», посвященный комплексному изучению как дикорастущих, так и интродуцированных видов и форм роз (шиповников). Цель проекта: создание новой лекарственной фитокомпозиции с использованием не только хорошо исследованых и давно применяемых в медицине и фармации лепестков и плодов роз (шиповников), но и листьев, практически не изученной и не введенной в фармакопею формы лекарственного сырья. Вместе с тем, листья могут потенциально обладать рядом лечебных свойств, являясь при этом гораздо более дешевым и доступным сырьем.
Наша работа является частью проекта, ее цель: выявить эфироносные структуры листьев трех видов роз (шиповников). Задачи: 1. Анализ литературных данных об эфироносных структурах.
2. Исследование поверхности листьев на предмет выявления крупных эфироносных структур.
3. Микроскопическое исследование листьев.
Новизна работы заключается в практически полном отсутствии литературных данных о микроструктуре листьев представителей рода Rosa.
1.Эфироносные структуры эфирный роза масло растение
1.1 Эфирные масла и эфирно-масличные растения
Многие растения имеют специфический запах, который нередко обусловливается наличием в них веществ, обладающих сильной летучестью и поэтому называемых эфирными маслами (Olea aetherea). С жирными маслами они имеют одно сходство - оставляют на короткое время жирные пятна на бумаге. Сам термин «эфирные масла» появился в середине XVIII века и, несмотря на свою неточность, сохранился до настоящего времени во всех странах.
Эфирные масла - летучие жидкие смеси ароматичных органических веществ, вырабатываемых растениями. В состав эфирных масел входят углеводороды, различные производные терпеноидных соединений и другие классы химических веществ. Растения, содержащие эфирные масла (эфироносы), широко представлены в мировой флоре. Особенно богаты ими растения сухих субтропиков [2].
Многие эфироносы издавна используются для лечебных, косметических и других целей. Старинные благовония являлись настоями душистых растений на маслах и жирах. Позднее ароматные воды стали получать перегонкой с водяным паром. Этот способ был известен еще в Древнем Египте. Ароматные воды широко использовались и в эпоху расцвета арабской медицины. Позднее алхимикам удавалось некоторые эфирные масла отделять от воды. На Руси в XVIII в. перегонку душистых растений с водой производили в поварнях (лабораториях), на аптекарских огородах (Лубны, Москва, Санкт-Петербург). В номенклатуре лекарственных растений всех времен и народов растения, содержащие эфирные масла, и сами эфирные масла всегда занимали значительное место.
Эфирные масла широко используются в других областях народного хозяйства и прежде всего для парфюмерно-косметических целей. Возникнув одновременно с фармацевтической промышленностью и пройдя вместе с ней долгий путь развития, эфирномасличная промышленность в конце XIX - начале XX столетия выделилась в самостоятельную область промышленного производств[3].
1.2 Локализация эфирных масел в растениях
Компоненты эфирных масел в растениях находятся большей частью в свободном состоянии, однако у некоторых растений они содержатся в форме гликозидов и освобождаются только в результате ферментативного расщепления последних.
Эфирные масла образуются во всех частях растений, но количественное распределение их по частям растения обычно неодинаково. Листья, цветки, плоды и корни (корневища) являются в большинстве случаев местом наибольшего образования эфирных масел.
В живых тканях растений эфирные масла в одних случаях диффузно рассеяны по всем клеткам ткани в растворенном или эмульгированном состоянии в цитоплазме или клеточном соке, в других они скапливаются в особых образованиях, обнаруживаемых под микроскопом.
Различают экзогенные и эндогенные выделительные (секреторные) структуры.
Экзогенные структуры (образования) развиваются в эпидермальной ткани и представляют собой железистые «пятна», железистые волоски и железки.
Железистые пятна - простейшие выделительные образования. Это мелкокапельные скопления эфирных масел сразу под кутикулой эпидермиса, вызывающие отслаивания (вздутие) кутикулы. Эфирное масло вырабатывается отдельными группами выделительных клеток - «пятнами», разбросанными в эпидермальной ткани. Такая локализация эфирных масел наблюдается в лепестках розы, ландыша, в листьях некоторых растений, в эпидермисе кроющих чешуй тополевых почек и т.д.
Железистые волоски состоят из одноклеточной или чаще многоклеточной ножки и «головки» шаровидной или овальной формы, которая образована одной или несколькими выделительными клетками.
Железки могут быть различного строения. Все они имеют очень короткую ножку и многоклеточные головки с разным количеством и расположением составляющих их железистых (выделительных) клеток. Так, например, у яснотковых головка чаще образована 8 клетками, расположенными розеткой. По мере образования эфирного масла общая кутикула этих клеток вздувается куполообразно, образуя резервуар с эфирным маслом. Железки астровых состоят из нескольких, чаще из 4 вертикально расположенных рядов клеток, по 2 клетки в каждом; верхние клетки функционируют в качестве выделительных, нижележащие же содержат хлоропласты и являются ассимилирующими клетками.
Эндогенные образования развиваются в паренхимных тканях. К ним относятся секреторные клетки, вместилища и ходы (канальцы).
Секреторные клетки могут встречаться одиночно (клетки-идиобласты) или же образуют в паренхиме слои. Клеточные стенки склонны к опробковению. Одиночные клетки, например, имеются в корневище аира, в паренхиме которого в месте соприкосновения нескольких (3-4) клеток располагается одна секреторная клетка. Типичным примером секреторных клеток, концентрирующихся в слой, могут служить клетки корней валерианы. В случае, если эфирное масло состоит из веществ, растворенных в клеточном соке или цитоплазме, «железистость» клеток может быть обнаружена только в ходе гистохимических реакций.
Вместилища представляют собой круглые или овальные полости, встречающиеся в мезофилле листа, кожуре плодов цитрусовых, в коре и древесине некоторых растений. Вместилища образуются двояким путем - схизогенным и схизолизигенным. При схизогенном формировании вместилища и межклетники «изливаются» выделения прилегающих секретирующих клеток, которые тем самым становятся вместилищем и эфирного масла. Межклеточное пространство далее расширяется и увеличивается в объеме за счет «раздвиганий» клеток. При схизолизигенном формировании вместилищ начальные этапы его образования сходны с описанными выше, но затем окружающие полость клетки разрушаются, в результате чего вся полость увеличивается в объеме. Функцию секреторных клеток взамен лизированных приобретают клетки, примыкающие к полости вместилища.
Вместилища, имеющие вытянутую форму, называются эфирно-масличными канальцами, или ходами. Последние, как и типичные вместилища, образуются схизогенно, или схизолизигенно.
Секреторные образования в некоторой степени могут служить систематическим признаком. У многих хвойных они представлены в виде ходов, расположенных во всех частях растения и выделяющих эфирные масла и смолу. У однодольных секреторные образования встречаются у ароидных, ирисовых, имбирных (секреторные клетки). Во всем разнообразии выделительные структуры представлены у двудольных. Существуют семейства, которые содержат только секреторные клетки (например, представители семейства перечных). Вместилища, разные по происхождению, имеются у членов многих семейств - рутовых, миртовых, зверобойных и др. Канальцы с эфирными маслами типичны для плодов зонтичных. Ходы и вместилища встречаются у зверобойных. Исключительно велико разнообразие железистых волосков и железок, которые порознь или при совместном сочетании могут характеризовать отдельные семейства (например, семейства яснотковых, астровых, валериановых).
Характер секреторных образований, их количество и размеры неразрывно связаны с количеством образующихся в растениях эфирных масел. Из растений, имеющих экзогенные образования, больше эфирного масла получают от растений, имеющих железки, а не железистые волоски. Растения семейства яснотковых в процентном отношении более богаты эфирным маслом, чем растения семейства астровых, поскольку у первых эфирное масло продуцируется всеми 8 выделительными клетками, а в растениях семейства астровых из 8 клеток продуцирующими являются только 2 верхние[4].
1.3 Значение эфирных масел для растений
Хотя эфирные масла весьма распространены в растительном мире, роль их для растительного организма и причины, вызывающие их образование, не вполне ясны. Скорее всего они выполняют у разных видов различные функции. В ряде случаев эфирные масла защищают растения от поедания животными и препятствуют заражению патогенными грибами и бактериями.
Запахи растений служат для привлечения опылителей-насекомых, что способствует опылению цветков.
Высказывалась мысль, что эфирные масла при испарении окутывают растение своеобразным чехлом, уменьшая теплопроницаемость воздуха, и тем самым предохраняют растение от чрезмерного нагревания днем и переохлаждения ночью, при этом отчасти может регулироваться и транспирация.
В настоящее время большинство специалистов считают, что эфирные масла являются активными участниками обменных процессов, протекающих в растительном организме. В пользу этого суждения, в частности, свидетельствует высокая реакционная способность терпеноидных соединений, являющихся основными компонентами эфирных масел.
Многочисленные данные свидетельствуют, что в различных органах одного и того же растения процессы образования эфирных масел могут идти по-разному, в результате они имеют разный химический состав.
Показано, что эфирное масло, образовавшись, не остается количественно и качественно неизменным: оно по мере развития растения и в связи с выполнением той или иной физиологической функции (увеличение ассимилирующей поверхности, цветение, образование семян, отложение запасных питательных веществ и т.д.) претерпевает изменения в своем составе. Такое изменение, например, наблюдается в эфирном масле плодов кориандра. По мере развития растения от стадии цветения до стадии зрелых плодов изменяется его запах (от неприятного «клоповного» до исключительно ароматного), увеличивается плотность и рефракция масла. Не менее примечателен и другой факт: эфирное масло листьев крымского розмарина, на протяжении всего года сохраняющее правое вращение, неожиданно в течение примерно 1 мес (причем ежегодно в одно и то же время - апрель - май) начинает вращать плоскость поляризации влево.
Стадии онтогенеза оказывают влияние и на количество эфирного масла. Значение его особенностей дает возможность выбрать такой момент в развитии растения, при котором можно собрать сырье с наибольшим выходом эфирного масла при нужном его качестве. Выход эфирного масла, будучи характерной величиной для данного вида (иногда расы и даже формы) растения и фазы его развития, тем не менее существенно зависит и от внешних факторов. Как известно, аромат растений обусловливается улетучиванием эфирных масел. Это улетучивание имеет разную интенсивность, зависящую как от интенсивности транспирации, так и от метеорологических условий (в большей степени) - суховеев, дождей, температуры воздуха [5,6].
2. Материалы и методы
2.1 Исследуемые виды роз
Объектом нашего исследования служили 3 вида роз (шиповников): роза щитконосная (Rosa corymbifera Borkh. s. l.), р. повислая (Rosa pendulina L.) и р. морщинистая (Rosa rugosa L). Роза щитконосная является местным видом, занесена в Красную книгу Пензенской области со статусом 3, и рекомендована для введения в культуру. А роза повислая и р.морщинистая-интродуцированные виды.
1. Роза щитконосная (Rosa corymbifera Borkh. s. l.). Синонимы: шиповник щитконосный или роза солнечная, шиповник солнечный.
Краткая характеристика. Листопадный кустарник 1,5-2,5 м высотой, с прямостоячими стеблями, покрытыми многочисленными толстыми и обычно крючковидно изогнутыми шипами. Листочки в числе 5-7, длиной 1-3 см, эллиптические или яйцевидные, обычно просто пильчатые, с обеих сторон или только снизу обильно покрыты простыми волосками. Цветки розоватые или белые, около 5 см в диаметре. Чашелистики перистонадрезанные (с развитыми боковыми дольками), при плодах обычно книзу отгибающиеся и быстро. Плоды продолговатые, оранжево-красные.
Распространение. Европейско - западноазиатский вид. В России: центр и юг европейской части. Растет на лесных полянах и опушках, по степным склонам. Цветет в июне - июле. Плодоносит в августе - сентябре, иногда обильно. Размножается семенами и иногда подземными побегами [7,8].
Листопадный кустарник до 2-3 м высотой. Побеги с немногочисленными шипами или вовсе без них, прямостоячие, в верхней части почти не ветвящиеся. Листья цветоносных побегов 9-12 см длины, разделенные на 7-9 листочков, каждый из которых до 3,5 см длиной, удлиненно-яйцевидной, удлиненно-эллилтической или яйцевидной формы, с пильчато-зубчатым или дважды-зубчатым краем. Верхняя поверхность листа гладкая или бархатистая, покрыта немногими волосками, обычно только по главной жилке. Цветки простые, 2-5 см в диаметре. Доли чашечки остаются при зрелых плодах, с листовидным расширением на верхушке. После цветения направлены вверх и обычно смыкаются. Плоды шаровидные, оранжевого или красного цвета.
Распространение. Широко рапространен в горных районах Центральной и Южной Европы. Растет в подлесках горных еловых и буковых лесов, на каменистых берегах рек. Цветет в июне, в течении 10 дней. Плоды созревают в последней декаде августа. Размножается семенами, зелеными черенками, полуодревесневшими черенками, порослью[8].
3. Шиповник морщинистый (Rosa rugosa L.).
Краткая характеристика. Кустарник с прямостоячими толстыми ветвями от 2 до 6 м в высоту, при благоприятных условиях образует густые непроходимые заросли. Старые ветви одревесневшие, коричневые и голые, в то время как молодые светло-зеленые и густо опушенные. Цветоносные побеги обильно покрыты шипами двух типов: 1) крепкими, с широким основанием, немного серповидно-изогнутыми или почти совершенно прямыми, едва опушенными, со временем голыми и 2) мелкими, игловидными шипиками. Средние листья цветоносных побегов 6-12 см длины; покрыт мягкими беловатыми волосками с примесью сидячих или стебельчатых железок. Прилистники широкие, сросшиеся с черешком, сверху голые, снизу бело-волосистые. Листочки в числе семи, реже пяти или девяти, от округло-эллиптических до удлиненно-эллиптических, преимущественно 2,5-3 см длины и 1,5-2 см ширины, сверху отчетливо-морщинистые, блестящие, снизу обильно опушенные, нередко почти серо-войлочные, с примесью железок, по краю просто-зубчатые.
Распространение. Растет на песчаных, глинистых и суглинистых почвах в прибрежной полосе моря, также по разным причинам переносится и хорошо приживается в более континентальных районах Дальнего Востока [9].
2.2 Сбор и хранение материала
Исследования проводились на растениях, выращенных в условиях Ботанического сада им. И.И. Спрыгина. Материал (листья роз) собирался в период почти полной зрелости плодов (начало сентября).
Консервация материала проводилась в 6%-м формалине в склянки из темного стекла.
2.3 Исследование с помощью бинокуляра
На предмет наличия крупных железистых структур проводилось исследование поверхности листьев с помощью бинокуляра Биомед МС-2ZOOM.
2.4 Микроскопическое исследование
Микроструктуру листьев изучали с помощью светового микроскопа
МИКМЕД-1 при 40- и 100 - кратном увеличении. Поперечные срезы готовились бритвой от руки по общепринятой методике [10,11]. Для обнаружения жирного и эфирного масла проводили качественную реакцию с суданом III Р. Описания микропрепаратов сверены в соответствии с современной методической и справочной литературой [12].
2.5 Фотографирование
Фотографирование микро- и макрообъектов проводили цифровыми фотокамерами NICONCOOLPIX 2500, Panasonic DMCFX100 c объективом Lumix 12 megapixels.
3. Результаты и обсуждения
На первом этапе эксперименальной части работы было проведено исследование поверхности листьев с помощью бинокуляра на предмет наличия крупных железистых волосков. Результаты занесены в таблицу1.
Таблица 1. Структуры поверхности листьв, исследуемых видов роз
№ п/п Виды Верхняя сторона листа Нижняя сторона листа Черешок листа
У всех исследуемых видов на нижней стороне листа и черешке имеются простые нежелезистые волоски, которые обильно, а у роз повислой и морщинистой - очень обильно, покрывают поверхности, создавая опушение листовой пластинки (опушение препятствует излишнему испарению воды листьями т.к.устьица расположены на нижней стороне листа). С верхней стороны листа-такие же волоски, в крайне небольшом количестве, имеются лишь у р. щитконосной, а у остальных видов - верхняя поверхность лишена трихом. Обнаружены, интересующие нас, головчатые железистые волоски, преимущественно на нижней стороне листа, а у р. морщинистой-еще и на черешке. Частота встречаемости таких волосков вдвое (не редко-втрое) меньше, чем обычных нежелезистых. Однако, такая закономерность типична для многих листьев эфироносных растений[13].
Микроскопическое исследование листьв обнаружило типичное расположение тканей листа, что видно на срезе (общий план) у розы щитконосной (рис. 1):
Рисунок 1. Роза щитконосная. Срез листа через центральную жилку. Ув.40-кратное
На данном срезе выделяются клетки мезофилла, содержащие различные включения - желтые, голубые, зеленовато-желтые, коричневые. Что мы связываем с проявлением в осенних листьях (материал собирался в начале сентября) различных пигментов, благодаря снижению маскирующего эффекта хлорофилла, который при снижении температуры и укорочении светового дня начинает разрушаться [14].Так, мы стали свидетелями внешне еще не проявившегося (листья при исследовании имели зеленую окраску), а начинающегося на клеточном уровне «’осеннего’’ окраса.
У листьев розы щитконосной при детальном рассмотрении срезов на 40- и 100-кратном увеличении, к сожалению, эфироносных структур обнаружено не было.
А у розы повислой удалось не только детально изучить строение головчатых железистых волосков (рис. 2), обнаруженных при бинокулярном исследовании, но и увидеть редкие звездчатые 5-тичленные и сосочковидные (рис. 3).
Рисунок 2. Роза повислая. Головчатый железистый и простые волоски. Ув.100-кратное
На рисунке 2 четко видно: железистый волосок имеет многоклеточные ножку и головку. Ножка состоит из 10 клеток, головка- из 12.
В члениках звездчатого волоска заметны окрашенные масла, в сосочковидных-их нет. Кроме поверхностных железистых и звевдчатых волосков у розы повислой в толще листовой пластинки других эфироносных структур не обнаружено.
Роза морщинистая имеет на поверхности листа головчатые железистые волоски (рис. 4,5), в мезофилле - железки (рис. 6).
Рисунок 4. Роза морщинистая. Головчатые железистые и простые волоски. Ув.40-кратное
Таким образом, из трех изученных видов роз - у двух видов (розы повислой и р.морщинистой) обнаружены поверхностные железистые эфироносные структуры, у розы морщинистой-еще и внутренние.
Вывод
1. Микроскопическое исследование листьев роз подтвердило предположение о наличии эфироносных структур у некоторых видов.
2.У розы повислой и розы морщинистой обнаружены на нижней стороне листа железистые многоклеточные эфироносные структуры. У розы морщинистой в мезофилле имеются секреторные железки.
3. Листья розы щитконосной лишены эфироносных структур.
Наше скромное исследование показало потенциальную возможность использования листьев некоторых видов роз в качестве сырья для получения дорогостоящего эфирного масла. Планируем дальнейшее изучение данной проблемы.
7. Красная книга Пензенской области Ч. I. Грибы, лишайники, мхи, сосудистые растения. Изд. второе Пенза: ИПК «Пензенская правда», 2013. 300 с. - 261 стр.