Факультет

Студентам

Посетителям

Химический состав и классификация летучих фитонцидов леса

На необходимость выяснения химической природы фитонцидов неоднократно указывал Б. П. Токин (1964, 1975), подчеркивая, что недостаточность наших сведений о химии фитонцидов — одна из причин медленного их внедрения в медицину.

Знание химической структуры фитонцидов, как отмечал В. Г. Дроботько (1964), позволит легче понять их фармакологическое действие на микроорганизмы и наиболее целесообразно использовать в практике. Однако до настоящего времени химический состав летучих фитонцидов различных древесных пород и растительных сообществ, в том числе и леса, несмотря на важность для медицины, сельского и лесного хозяйства, изучен слабо. Это в какой-то степени объясняется трудностями методического плана.

Приведем известные нам сведения о химической природе летучих и транспирационных выделений поврежденных и неповрежденных тканей древесно-кустарниковых растений.

Лиственные

1. Айлант высочайший — эфирное масло, сложные эфиры.

2. Береза бородавчатая — ацетилен и бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), формальдегид, спирты (метанол, этанол, попанол), оксикумарины, амины, аминокислоты.

3. Боярышник перистонадрезанный — амины.

4. Бузина красная — амины, спирты.

5. Волчеягодник — циклический сложный эфир.

6. Дуб черашчатый — бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол), эфирное масло, органические кислоты.

7. Жимолость татарская — амины (высокое содержание).

8. Ива белая — этилен, альдегид уксусный, этанол, соединения типа бензола.

9. Ива трехтычинковая — кумарин.

10. Ива бредина — аминокислоты.

11. Каштан конский — циклический сложный эфир.

12. Клен яеенелистньгй—бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол), кумарины.

13. Клен татарский — альдегиды (уксусный, пропаноловый), спирты, (этанол, пропанол), легкие углеводороды (следы).

14. Лещина обыкновенная — спирты.

15. Липа — ацетилен и этилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), парафиноидные соединения.

16. Лиственница сибирская — спирты, альдегиды.

17. Ломонос — протоанемонин.

18. Орех грецкий — производные нафтохинона.

19. Ольха серая — аминокислоты.

20. Рябина обыкновенная — спирты, парасорбиновая кислота.

21. Рябинник рябинолистный — аминокислоты.

22. Сирень венгерская — салициловый и другие альдегиды.

23. Сирень обыкновенная — спирты.

24. Скумпия — бутилен, альдегиды (уксусный, пропионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол).

25. Смородина черная — спирты.

26. Спирея иволистная — кумарины, аммиачные соединения.

27. Тополь Советский — изопрен, предельные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан).

28. Тополь китайский — предельные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан), спирты.

29. Тополь бальзамический — бутилен, спирты, салициловый и другие альдегиды, умбеллиферон.

30. Тополь Соеновского — спирты.

31. Тополь черный — этилен, этанол, уксусный и другие альдегиды.

32. Тополь — альдегиды, органические кислоты.

33. Черемуха обыкновенная — амигдалин, отщепляющий синильную кислоту; бензойный альдегид.

34. Черемуха виргинская — амигдалин, отщепляющий синильную кислоту; бензойный альдегид; спирты.

35. Черемуха маголебская — кумарины, умбеллиферон.

36. Черемуха Маака — амигдалин, отщепляющий синильную кислоту; альдегид бензойный.

37. Черемуха (вид неизвестен) — спирты, органические кислоты, альделиды.

38. Чубушник корончатый — кумарины.

39. Эвкалипт — эфирное масло.

40. Эвкалипт — цинеол, α-фелландрен, α-пинен, β-пинен.

41. Ясень зеленый — ацетилен, этилен, альдегиды (уксусный, пропионавый).

42. Ясень пушистый — бутилен, альдегиды (уксусный, пронионовый), спирты (метанол, этанол, пропанол).

Хвойные

1. Ель голубая — спирты.

2. Ель венгерская — альдегиды (следы).

3. Ель обыкновенная — терпеновые соединения (до 40 видов): α- и β-пинены, бизаболен, камфен, Δ3-карен, кариофиллен, с-антен, туйен, α- и β-фелландрены, фенхен, изофенхен, камфора, γ-пинен и терпинолен, борнилацетат, лонгифолен, β-гумулен; терпеновые спирты; органические кислоты; аминокислоты.

4. Ель сибирская — терпеновые соединения (до 42 видов); камфен, камфора, борнилацетат, трициклен, сантен, α- и β-пинены, мирцен, лимонен, α-мурален, кадинены и др.; терпеновые спирты (гераниол, цитронеллол, нерол и др.).

5. Лиственница — ацетилен, этилен; ацетон, скипидар; альдегиды (уксусный, пропионовый); спирты (метанол, этанол).

6. Можжевельник казацкий — сложные эфиры, органические кислоты, спирты, эфирное масло.

7. Можжевельник виргинский — см. Можжевельник казацкий.

8. Можжевельник обыкновенный — аминокислоты.

9. Пихта сибирская — терпеновые соединения (до 47 видов): α- и β-пинены, камфен, Δ3-карен, лимонен, кариофиллен, осмуролен, бизаболен, кадинены, камфора и др.; терпеновые спирты (борнеол и др.); борнилацетат.

10. Сосна обыкновенная — терпеновые соединения (до 38 видов): α- и β-пинены, камфен, Δ3-карен, мирцен, терпинолен, кариофиллен, муролены, кадинены, камфора и др.; терпеновые спирты (борнеол, гераниол, цитронеллол, линалоол, нерол); борнилацетат; органические кислоты, сложные эфиры, альдегиды (цитраль, ацетальдегид); аминокислоты.

11. Сосна сибирская — терпеновые соединения (до 42 видов): α- и β-пинены, сантен, камфен, лимонен, кариофиллен, муролен, бизаболен, кадинены и др.; борнилацетат, терпеновые спирты (гераниол, линалоол, цитронеллол, нерол).

12. Туя западная — спирты.

Химический состав летучих выделений изучен у представителей 12 хвойных и 42 лиственных пород. Указанный перечень химических веществ для каждой породы не является исчерпывающим и дает лишь частичное представление о сложном комплексе химических соединений, выделяемых древесными растениями в окружающую среду.

В составе летучих веществ и в конденсате транспирационной воды как хвойных, так и лиственных пород обнаружены эфирные масла, спирты, органические кислоты, альдегиды, сложные эфиры, а также непредельные углеводороды (ацетилен, этилен и др.). В выделениях хвойных дополнительно присутствуют различные монотерненовые и сеоквитерпеновые углеводороды, но не найдены предельные углеводороды (метан, этан, пропан и бутан), отмеченные в летучих выделениях некоторых лиственных пород.

Названные химические вещества встречаются в клеточном соке растений в свободном состоянии или же входят в состав гликозидов, эфирных масел и других соединений. Гликозиды клеточного сока представляют собой растворы некоторых сахаров, чаще всего глюкозы, со спиртами, альдегидами, фенолами и другими органическими веществами. В состав эфирных масел входят терпены, а также продукты их окисления — спирты, альдегиды и др. Окисление гликозидов и эфирных масел с участием энзимов может происходить в клетках при дыхании, когда активно поглощается кислород. Продукты их окисления (спирты, альдегиды, органические кислоты и др.) попадают в межклеточное свободное пространство, откуда могут переходить в окружающую среду в виде летучих выделений вместе с транспирационной водой или же вымываться атмосферными осадками.

Как показали исследования Г. А. Санадзе (1961), летучие органические вещества выделяются преимущественно через устьица, в меньшем количестве — через кутикулу листьев. В весенний период у молодых листьев покровные ткани тонки и нежны, поэтому количество летучих веществ, выделяющихся через кутикулу, заметно возрастает. Однако у большинства древесных растений фитонцидность достигает максимума примерно к началу июня.

При анаэробном дыхании, что в природе происходит очень часто, как отмечает М. В. Колесниченко (1976), при подтоплении пойм образуются летучие недоокисленные соединения (непредельные углеводороды, спирты, альдегиды и т. д.), которые выделяются наружу через чечевички побегов и корней. Т. В. Чиркова и Т. С. Гутман (1972) обнаружили выделение через чечевички ветвей ивы белой и тополя черного этилена, этанола и ацетальдегида.

Среди летучих органических веществ, выделяемых акацией белой и тополем Советским, Г. А. Санадзе идентифицированы предельные углеводороды (метан, этан, пропан и бутан). Их образование он объясняет реакцией восстановления карбоксилированной углекислоты атомарным водородом, который, в свою очередь, образуется на свету в результате фотохимической диссоциации молекул воды. Интенсивное выделение водорода обеспечивает восстановление углерода до очень высокого уровня.

Особую группу органических веществ составляют аминокислоты, витамины и сложные эфиры. Первые обнаружены в траспирационной воде некоторых хвойных и лиственных пород. По предложению М. В. Колесниченко (1976), это могут быть низкомолекулярные белки типа ферментов. Витамины, как известно, проявляют большую биологическую активность как внутри собственного растительного организма, так и вне его, во внешней среде. М. Н. Мейцель и Г. А. Медведевой (1948) выявлена значительная летучесть витамина В1 никотиновой и пара-аминобензойной кислот. Они делают вывод о том, что и микроорганизмы, и высшие растения в процессе своей жизнедеятельности выделяют в окружающую среду значительные количества летучих витаминов, в частности витамина В1, В. Т. Кахидзе и Г. А. Медведева (1956) установили выделение летучих витаминов цветками табака.

Сложные эфиры, представленные кумарином, оксикумарином и умбеллифероном, в растениях связаны в гликозиды и в заметных количествах освобождаются при их повреждении.

Все отмеченные органические вещества присущи выделениям как неповрежденных (с нормальным метаболизмом), так и поврежденных (с нарушенным метаболизмом) клеток и тканей растений. Однако в последнем случае активность продуцирования летучих веществ резко возрастает, так как свободный доступ кислорода к поврежденным растительным тканям приводит к значительному усилению окислительных и гидролитических процессов, что способствует изменению исходных метаболитов. Сложные органические соединения (гликозиды, эфирные масла и др.) интенсивно распадаются на более простые; в составе летучих выделений увеличивается содержание спиртов, альдегидов, органических кислот, обладающих повышенной летучестью.

По исследованиям С. С. Скворцова (1954, 1961), в условиях нарушенного метаболизма у измельченных листьев резко возрастает выделение альдегидов (в составе летучих выделений неповрежденных листьев им были обнаружены лишь следы этих веществ). Альдегиды могут окисляться до кислот, фенолы — до хинонов, при этом появляются флобафены. В листьях черемухи циангликозид амигдалин под влиянием фермента расщепляется на бензальдегид и синильную кислоту, которая оказывает сильное токсическое действие на живые организмы. При разрушении целостности растительных клеток увеличивается количество веществ, являющихся продуктами автолитического распада белков — пептидов, аминокислот, амидов кислот, амино — и аминопроизводных, индолопроизводных и аммиака. В тканях растений, инфицированных патогеном, также заметно увеличивается число фенольных соединений, в процессе ферментативного окисления которых в большом количестве образуются хиноны. Различия в интенсивности и составе летучих выделений целостных и поврежденных растений послужили основанием для подразделения летучих веществ на фитогенные, продуцируемые неповрежденными органами я тканями растений, и фитонциды, продуцируемые поврежденными органами и тканями растений.

Исходя из желания взять за основу единый термин «фитонциды» для обозначения биологически активных веществ, выделяемых растениями, мы будем пользоваться следующими терминами:

первичные фитонциды — летучие органические вещества, выделяемые неповрежденными растениями;

вторичные фитонциды — летучие органические вещества, выделяемые поврежденными растениями.

Первичные фитонциды можно подразделить на две группы: метаболические, не оказывающие влияния на физиологические процессы собственного растения (эфирные масла, спирты, альдегиды и др.), и биотические, влияющие на физиологические процессы собственного растения (некоторые витамины, аминокислоты, сложные эфиры, действующие как антиауксины: кумарин, умбеллиферон, эскулетин и др.).

По Б. А. Рубину (1961), роль антиауксинов внутри растительного организма сводится к торможению прорастания содержащихся в плодах семян, что достигается подавлением деятельности протеолитических ферментов. Вне растительного организма в повышенных концентрациях антиауксины (например, кумарины) подавляют развитие семян и пыльцы растений, стафилококков и животных клеток, а в малых дозах оказывают стимулирующий эффект. Имеются сведения о том, что кумарины обладают противоопухолевой активностью и влияют на состав крови.

Акад. Н. Г. Холодный (1949) на основании исследований пришел к выводу, что некоторые растения способны поглощать из воздуха и использовать летучие органические вещества типа сложных эфиров. Кумариновые соединения, относящиеся к сложным эфирам, были обнаружены в воздухе различных лесорастительных сообществ. В целом биотические фитонциды можно рассматривать в качестве компонентов тех летучих соединений, которые Н. Г. Холодный (1944) предложил называть атмовитаминами.

Вторичные фитонциды подразделяются на раневые, образующиеся в результате механических повреждений растительной ткани, и индуцированные (фитоалексины), появляющиеся в ответ на внедрение в растительную ткань патогенного организма. Раневые фитонциды характеризуются увеличением в летучих выделениях количества эфирных масел, моно — и сесквитерпенов, спиртов, альдегидов, органических кислот, а также продуктов ферментативного распада белков. В тканях, инфицированных патогеном, заметно увеличивается число фенольных соединений, в процессе окисления которых образуются хиноны. У некоторых растений в ответ на внедрение патогена повышается содержание терленоидных веществ и т. д. Вышеизложенное говорит о большой общности химизма раневых и индуцированных фитонцидов. Вместе с тем следует отметить и специфику образования индуцированных фитонцидов, которые возникают не столько под влиянием механических повреждений растительных тканей, нанесенных патогеном, сколько в результате серьезных нарушений метаболизма, вызванных токсинами патогенного организма. Свидетельством этого является образование галлов у многих древесных растений, пораженных насекомыми. Подобного не происходит под влиянием только механических повреждений. Это дает основание рассматривать индуцированные фитонциды (фитоалексины) как самостоятельную группу вторичных фитонцидов.

По биологическому назначению все фитонциды (первичные и вторичные) можно объединить в три большие группы:

1. Фитонциды сенсорного действия: аттрактанты — летучие вещества, привлекающие животных (эфирные масла, терпены — линея, лимонен и др.), и реппеленты — летучие вещества, отпугивающие животных.

2. Фитонциды, влияющие на рост и развитие организмов (непредельные углеводороды, органические кислоты, альдегиды и др.).

3. Фитонциды, участвующие в пищевых целях — атмовитамины, по Н. Г. Холодному (витамины, аминокислоты, сложные эфиры, спирты и др.).

Деление фитонцидов по биологическому назначению условное, поскольку, например, эфирные масла привлекают насекомых к цветкам (аттрактант), защищают растения от микробов и поедания животными (токсин), используются некоторыми микроорганизмами в качестве пищи (атмовитамины).

В лесу в период вегетации трудно найти дерево или кустарник с полностью неповрежденными листовым аппаратом, побегами или другими органами. Повреждения наносятся млекопитающими, птицами, насекомыми, грибами, микроорганизмами, а также при ветровале и буреломе, при рубках ухода и главного пользования, подсочке леса и т. д. В связи с этим в лесном воздухе наряду с первичными фитонцидами присутствуют и вторичные фитонциды. Другими словами, фитонциды леса представляют собой сложную смесь органических веществ как первичного, так и вторичного происхождения.

Кроме того, среди летучих веществ большую группу составляют неорганические соединения, выделяемые растениями вместе с парами транспирационной воды: ионы железа, кальция, магния, хлора, серы, меди, натрия, фосфора и калия, нитратного и аммиачного азота. Боярышник, спирея и бузина издают запахи аммиачных соединений. Указанные соединения играют важную роль в пищевых связях растений с растениями, растений с микроорганизмами и др.

К летучим выделениям растений примешиваются выделения животных и в первую очередь видов, связанных пищевыми цепями с определенными видами древесно-кустарниковой растительности (летучие выделения некоторых насекомых, обитающих на древесных породах, улавливаются даже на расстоянии десятков метров от заселенных ими деревьев).

Таким образом, изучая санитарно-гигиенические и терапевтические свойства растительных сообществ, следует иметь в виду, что помимо фитонцидов — биологически активных веществ фитогенного происхождения — в сложных взаимоотношениях организмов большая роль принадлежит и неорганическим соединениям, находящимся в составе летучих выделений растений, и телергонам животных, обитающих в изучаемом фитоценозе.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: