Введение в культуру перспективных видов эфирно-масличных растений в условиях сухо-степной зоны Центрального Казахстана

Министерство образования и  науки республики Казахстан

 

Карагандинский  государственный университет имени  Е. А. Букетова

 

Биолого-географический факультет

 

Кафедра ботаники

 

 

ФИО

 

Дипломная работа

 

 

Введение в  культуру перспективных видов эфирно-масличных  растений в условиях сухо-степной зоны

 Центрального  Казахстана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Специальность: 0108 – биология

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Караганда – 2009 г.

 

 

Министерство образования и  науки республики Казахстан

 

Карагандинский  государственный университет имени  Е. А. Букетова

 

Биолого-географический факультет

 

Кафедра ботаники

 

 

Допущена к защите                                                    

зав. кафедрой ботаники

кандидат биологических  наук

____________________ Г.П. Погосян 

«___» _______________ 2009 г.

 

 

 

 

дипломная работа

 

 

Введение в  культуру перспективных видов эфирно-масличных  растений в условиях сухо-степной  зоны

 Центрального  Казахстана

 

 

Специальность: 0108 – биология

 

 

 

Студентка гр. ….                                             …ФИО

 

 

Научные руководители:                                      доцент, к.б.н., ….

                                                                               ………………..

 

 

 

 

 

Караганда – 2009 г.

 

Оглавление 

	Стр.
Обозначения и сокращения	4
Введение	5
Глава 1 Обзор литературы	7
История изученности эфирно-масличных растений в Казахстане	7
1.2 Практическое использование эфирно-масличных растений	11
1.3 Итоги изучения дикорастущих и культивируемых эфирно-масличных растений на территории Центрального Казахстана	18
Глава 2 Почвенно-климатические условия опытного участка	20
Глава 3 Объекты и методика исследования	23
Глава 4 Экспериментальная часть	25
4.1 Морфология и биология  прорастания семян интродуцентов	25
4.2 Влияние различных условий на показатели качества семян исследуемых интродуцентов	32
4.3 Оптимизация сроков посева семенного материала в условиях сухо-степной зоны Центрального Казахстана	39
4.4 Особенности роста  и развития эфирно-масличных растений  в условиях Центрального Казахстана	41
4.5 Количественное накопление эфирных масел в надземных органах интродуцируемых эфирно-масличных растениях	51
Выводы
Список использованной литературы

 

 

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

цкм – центрально-казахстанский мелкосопочник

БАД – биологически активная добавка

% - процент

Г – грамм

Кг – килограмм 

Шт. – штук

Га – гектар

М- метр

См – сантиметр 

Ур.моря – уровень  моря

ЮК – Южный Казахстан 

СК – Северный Казахстан 

ЦК – Центральный  Казахстан 

ЮВК – Юго-Восточный  Казахстан 

ВК – Восточный  Казахстан

ЗК – Западный Казахстан 

ИБФ – ДГП «Институт  ботаники и фитоинтродукции» РГП  «Центр биологических исследований» КН МОН РК (г. Алматы)

АБС – ДГП «Алтайский ботанический сад» РГП «Центр биологических исследований» КН МОН РК (г. Риддер)

КБС – Карагандинский ботанический сад

ГБС – главный ботанический сад ДГП «Институт ботаники и  фитоинтродукции» РГП «Центр биологических исследований» КН МОН РК (г. Алматы)

ВИЛАР – Всесоюзный институт лекарственных и ароматических  растений (г. Москва)

СП – семенная продуктивность

ПСП – потенциальная  семенная продуктивность

Кпрод. – коэффициент  продуктивности

ЭМР – эфирно-масличные  растения

Отр. – отрастание

Бут. – бутонизация 

Цвет. – цветение

Плод. – плодоношение

 

 

Введение

 

Создание сырьевой базы для промышленности Республики Казахстан (фармацевтической, медицинской, пищевой, ликеро-водочной, парфюмерно-косметической и других) является очень актуальной задачей настоящего времени.

Так, указами Президента Республики Казахстан от 20 августа 1997 года за № 3621 «О государственной программе развития фармацевтической и медицинской промышленности» и от 6 января 2000 года за № 323 «Внесение изменений и дополнений в указ Президента РК от 20 августа 1997 года № 3621», в целях обеспечения планомерного снижения зависимости здравоох-ранения Республики от импорта лекарственных препаратов, предписывалось более полное использование собственных мощностей и создание новых фармацевтических производств на базе современных технологий.

Флора Казахстана, насчитывающая свыше 5000 видов, является богатейшим источником как непосредственно растений, так и биологически активных соединений, которые могут быть извлечены из растительного сырья.

Однако, производство лекарственных  средств, особенно растительного происхождения, должно базироваться на устойчивой сырьевой базе, что возможно при использованиии новых видов лекарственных и эфирно-масличных растений, которые будут служить заменителями фармакопейным видам; планомерном использовании дикорастущих полезных видов растений и отработке системы культивирования.

Важным источником практически  полезных веществ являются эфирно-масличные  растения, компоненты которых используются в пищевой, парфюмерно-косметической промышленности, а также обладают антимикробной, противовоспалительной, фунгицидной, ранозаживляющей, противовирусной и другими видами биологической активности.

Эфирные масла, выделяемые из ароматических растений, а также  их индивидуальные компоненты с античных времен используются человеком в  качестве лекарственных, антисептических, парфюмерных средств и средств защиты (репелленты, аттрактанты и другие). В настоящее время эфирно-масличная промышленность широко развита во многих странах мира. Мировое производство эфирного масла превышает 150 тысяч тонн. Среди стран, мировых производителей эфирного масла, доминируют Бразилия (40 %), США (20 %), Индия (15 %). Многие развивающиеся страны имеют значительный потенциал для производства эфирных масел. Так, 65 % от всего производства ароматических соединений приходится на развивающиеся страны, 35 % – на индустриально-развитые государства. Главными импортерами эфирных масел являются страны Европейского союза, США, Япония, Канада и Швейцария. При наличии богатого сырьевого потенциала эфироносов в Казахстане до настоящего времени не осуществляется их промышленное производство.

Однако, значительное число  дикорастущих видов в Казахстане произрастают в высокогорных и пустынных территориях, растут рассеяно или имеют незначительные ареалы. Бездумная, не основанная на научном подходе, эксплуатация природных зарослей может привести к сокращению биологического разнообразия растений.

В связи с этим, назрела  необходимость возделывания эфирно-масличных растений в культуре.

Целью работы являлось первичное интродукционное исследование перспективных эфирно-масличных растений (зизифора пахучковидная, мелиса лекарственная, душица обыкновенная) в условиях сухо-степной зоны Центрального Казахстана.

При выполнении цели последовательно  решались следующие задачи:

-изучить морфологию  и биологию прорастания семенного  материала эфирно-масличных растений;

-выявить зависимость  всхожесть и энергии прорастания  семенного материала интродуцентов от сроков хранения;

-определить оптимальные  сроки посева семенного материала  в условиях культуры Центрального Казахстана;

-выявить семенную  и сырьевую продуктивность эфирно-масличных растений;

-определить количественное  накопление эфирных масел у  исследуемых видов растений в  процессе развития;

-оценить успешность  интродукции эфирно-масличных растений.

Таким образом, осуществление  исследований в рамках данного научно-исследовательского проекта полностью соответствует приоритетам научно-технического и социально-экономического развития Казахстана.

Результаты исследований могут быть использованы в ботанике, сельском хозяйстве и фармакогнозии.

 

 

1 Обзор литературы

1.1 История  изученности эфирно-масличных растений  в Казахстане

 

Природная флора Казахстана насчитывает 5729 видов высших сосудистых растений, относящихся к 159 семействам и 1067 родам /1-10/. Значительная часть растений относится к полезным видам /11/. Среди многочисленных групп одной из самых больших является группа эфирно-масличных растений /12-18/.

Так, результаты анализа природной флоры Казахстана /11, 12, 19-24/ показали произрастание на территории республики 1025 видов эфирно-масличных растений, относящихся к 47 семействам и 240 родам (таблица 1).

 

Таблица 1 – Распределение  эфирно-масличных растений по семействам

 

Семейства	Число родов		Число видов
	Всего	% от общего числа	Всего	% от общего числа
1	2	3	4	5
Adiantaceae	1	0.4	1	0.09
Alliaceae	1	0.4	99	9.6
Apiaceae	75	31.3	222	21.7
Araceae	1	0.4	1	0.09
Aristolochiaceae	1	0.4	1	0.09
Aspidiaceae	1	0.4	7	0.7
Asteraceae	29	12.1	150	14.6
Betulaceae	2	0.8	15	1.5
Biebersteniaceae	1	0.4	2	0.2
Brassicaceae	13	5.4	41	4.0
Caprifoliaceae	2	0.8	9	0.9
Caryophyllaceae	2	0.8	28	2.7
Chenopodiaceae	2	0.8	4	0.4
Cupressaceae	1	0.4	7	0.7
Cyperaceae	1	0.4	7	0.7
Elaeagnaceae	1	0.4	2	0.2
Euphorbiaceae	2	0.8	8	0.8
Fabaceae	7	2.9	15	1.5
Gentiniaceae	1	0.4	1	0.09
Geraniaceae	1	0.4	6	0.6
Hypericaceae	1	0.4	7	0.7
Iridaceae	2	0.8	23	2.2
Lamiaceae	30	12.5	170	16.6
Liliaceae	3	1.3	3	0.3
Malvaceae	2	0.8	4	0.4

Продолжение таблицы 1

 

1	2	3	4	5
Moraceae	3	1.3	3	0.3
Oleaceae	1	0.4	2	0.2
Papaveraceae	1	0.4	1	0.09
Pinaceae	4	1.7	6	0.6
Poaceae	3	1.3	4	0.4
Polygalaceae	1	0.4	2	0.2
Polygonaceae	2	0.8	8	0.8
Primulaceae	1	0.4	2	0.2
Ranunculaceae	8	3.3	14	1.4
Resedaceae	1	0.4	2	0.2
Rosaceae	15	6.3	45	4.4
Rubiaceae	2	0.8	15	1.5
Rutaceae	2	0.8	5	0.5
Salicaceae	2	0.8	54	5.3
Saxifragaceae	1	0.4	2	0.2
Scrophulariaceae	1	0.4	6	0.6
Solanaceae	2	0.8	3	0.3
Thymelaeaceae	1	0.4	2	0.2
Valerianaceae	2	0.8	1	0.09
Verbenaceae	1	0.4	2	0.2
Violaceae	1	0.4	2	0.2
47	240		1025

 

Общее число видов  эфирно-масличных растений составляет 17,9 % от общего видового состава флоры  Казахстана; по доле родов этот показатель составляет 22,5 %, по доле семейства – 29,6 %. Значительное число семейств представлено не большим числом родов (от 1 до 8) и видов (от 1 до 15).

Ведущими семействами  являются Зонтичные (31,3 % от общего числа  эфироносов), Губоцветные (16,6 % от общего числа), Сложноцветные (14,6 % от общего числа), Луковые (9,6 % от общего числа), Ивовые (5,3 % от общего числа), Розоцветные (4,4 % от общего числа) и Крестоцветные (4,0 % от общего числа). Совокупная доля этих 7 семейств составляет 85,8 %, тогда как на долю остальных 40 семейств приходится - 14,2 % соответственно.

По числу видов на 1-ое место выходит семейство Apiaceae (222 вида), на 2-ое – сем. Lamiaceae (170 видов), на третье – сем. Asteraceae (150 видов), на 4-ое – сем. Alliaceae (99 видов), на 5-ое место – сем. Salicaceae (54 вида).

По числу родов картина  несколько меняется: лидирующие позиции  также удерживают 3 семейства (Зонтичные, Губоцветные, Сложноцветные), на 4-ую позицию выходит сем. Розоцветных, на 5-ую – сем. Крестоцветных.

Распределение эфирно-масличных растений по территории Казахстана происходит не равномерно. Так, наименьшее число  эфироносов произрастает в Западном Казахстане (225 видов), несколько больше в Северном Казахстане (281 вид). Третье место по числу видов занимает Южный Казахстан (387 эфироносов), четвертое - Центральный Казахстан (298 видов) /22, 24/. Доминирующие позиции удерживает Юго-Восточный (582 вида) и Восточный Казахстан (461 вид).

Сложившуюся систему распределения  эфирно-масличных растений можно  объяснить сложностью географических и рельефных факторов, которыми изобилуют территории Юго-Восточного и Восточного Казахстана, что, в свою очередь, приводит к разнообразию почвенных, экологических и микроклиматических факторов и, как следствие, к более широкому видовому разнообразию.

На территории Западного, Центрального и Северного Казахстана рельеф более сглаженный, почвенные, экологические и климатические условия более-менее выровнены по всей территории, что обедняет видовой состав флоры.

Стоит отметить и разную степень изученности эфироносов в Казахстане. Так, наиболее изученными регионами являются Южный и Юго-Восточный Казахстан /18, 20, 23/, несколько менее изученными – Восточный и Центральный Казахстан /19, 25/, практически не исследованными являются Северный и Западный Казахстан.

В природных условиях эфирно-масличные растения, как и  другая любая группа полезных видов, распространены не равномерно. Существует ряд объектов, широко распространенных как по Казахстану, так и в отдельных регионах /19/. Другие виды растут рассеяно, не образуют зарослей или являются редкими видами, сбор которых невозможен по ряду причин.

На территории Казахстана рядом исследователей проведена оценка распространения и сырьевых запасов эфирно-масличных растений /19, 20, 22, 23, 26, 27/. Выявлены промышленно-ценные заросли следующих видов: полынь белоземельная /26/, полынь однолетняя /28/, полынь беловатая /29-31/, тысячелистника благородного и обыкновенного /22/, душицы обыкновенной /19/, пижмы обыкновенной и северной, зизифоры пахучковидной, тимьяна ползучего, шалфея степного и эфиопского, котовника украинского и других. Так, было определено, что на территории Казахстана произрастает более 60 видов промышленно-ценных эфирно-масличных растений /19, 22/.

Существенный вклад  в изучение эфироносов Казахстана внес С.Н. Кудряшов /20/, им было проведено  обследование дикорастущих зарослей и  дано описание для более, чем 100 эфироносов. Для многих видов, в связи с их важным практическим значением, проведено интродукционное исследование /19, 22, 32-36/. Исследователем проведено введение в культуру 24 видов из различных семейств.

Большая работа по эфирно-масличным  растениям на территории Южного Казахстана проведена Н.В. Павловым /11, 18/, им осуществлены экспедиционные исследования хребтов Каратау, Таласский Алатау и горы Машат. Им были выделены 25 эфироносов, имеющих практическое значение.

С целью изучения дикорастущих эфирно-масличных растений в Институте ботаники, начиная с 1972 года, исследователями Л.Ф. Демидовской, В.Ю. Авериной, Р.А. Егеубаевой проведены фронтальные ботанические исследования горных районов Южного и Восточного Казахстана /19-23/. Поиски практические ценных эфирно-масличных растений позволили установить более 500 эфироносов, 80 (виды родов можжевельник, полынь, зизифоры, тимьяна и других) – имели практическую ценность.

Основные регионы, по которым обнаружены литературные источники, Юго-Восточный, Южный и Восточный Казахстан. Так, в Южном Казахстане проведено интродукционное исследование и промышленно выращиваются такие эфироносы /37/, как шалфей лекарственный, шалфей эфиопский, душица обыкновенная, душица мелкоцветковая, зизифора Бунговская, ромашка аптечная, мята перечная.

В Восточном Казахстане введены в культуры такие эфирно-масличные  растений /35/, как тысячелистник обыкновенный, тысячелистник благородный, тысячелистник Карелина, пижма северная, мята полевая, мята перечная, шалфей степной, душица обыкновенная, душица мелкоцветковая, зизифора пахучковидная, змееголовник Руша, полынь обыкновенная, полынь горькая, земляника, малина и другие.

Наибольшее число эфироносов было введено в культуру на территории Юго-Восточного Казахстана. Так, Р.А. Егеубаевой были интродуцированы такие виды, как полынь белоземельная /34/, мелисса лекарственная /20, 22, 23/, шалфей эфиопский, полынь заилийская, котовник кошачий, эхинацея пурпурная. Г.Н. Синициным и У.Х. Суюншалиевой /38-42/ проведено испытание в культуре зверобоя продырявленного, ромашки аптечной, зизифоры Бунговской, душицы обыкновенной, аянии щитковой, душицы мелкоцветковой, зизифоры Таттимбета, мята перечная, шалфей лекарственный.

Результаты исследования эфирно-масличных растений на территории Центрального Казахстана изложены в главе 1.3.

Изучение химического  состава дикорастущих эфирномасличных  растений Казахстана связано с именем академика НАН РК М.И. Горяева, который в послевоенные годы организовывал экспедиции в разные районы Казахстана и Средней Азии. В результате многолетних экспедиционных поисковых работ им собран обширный материал по сырьевым ресурсам эфирно-масличных растений, изучен химический состав эфирных масел многих видов растений, для большинства из них дана впервые физико-химическая характеристика /12/. По данным М.И. Горяева из 1054 эфирномасличных растений флоры бывшего Советского Союза наибольшее число относится к семействам: губоцветных - 187 видов, зонтичных – 177, сложноцветных – 177, розоцветных - 58, миртовых – 51, рутовых – 48, сосновых – 37, кипарисовых – 35, крестоцветных – 35.  В 77 семействах отмечаются эфирномасличные растения, большая их часть произрастает в Средней Азии, Крыму, на Кавказе, в Казахстане.

 

1.2 Практическое использование эфирно-масличных растений

 

Эфирные масла – летучие, в подавляющем большинстве жидкие маслянистой консистенции вещества, перегоняемые с водяным паром, находящиеся во многих растениях и обуславливающие их запах. Эфирные масла представляют собой смесь различных химических соединений, которые в основном являются производными терпенов С₁₀ Н₁₆ и сесквитерпенов С₁₅Н ₂₄ /18/. В состав различных эфирных масел входит от 5 до 100 и более компонентов, среди которых выделяются 1-3 доминирующих, которые и определяют «ноту» запаха. Так, в мятном масле это ментол, в лимонном – лимонен, в плодах тмина – карвон, аниса – анетол.

Значение эфирных масел для растений огромно: они служат для защиты растений от поражения грибами, вирусами, бактериями, вредителями, от поедания животными, для привлечения насекомых-опылителей, предохранения от перегрева днем и переохлаждения ночью, повышения энзиматических процессов /20, 22, 23/.

Содержание эфирных  масел колеблется от едва уловимых следов до нескольких процентов. Накопление их в различных органах – различно. Эфирные масла в разных растениях могут содержаться в цветках или лепестках, в цветочных почках и бутонах, плодах, семенах, оболочках плодов, листьях, во всей травянистой части растения, древесине, коре, корнях и корневищах.

Удельный вес эфирных  масел в большинстве случаев  легче воды.  В большинстве своем они бесцветные или желтоватые; эфирное масло из полыни горькой - кроваво-красноватое, из соцветий тысячелистника - синее, из бархатцев - вишневое.

Содержание эфирного масла в растениях, собранных  в разное время года и в разном возрасте сильно отличаются. В связи с этим и возникает вопрос, от чего зависит образование и накопление эфирных масел  в растении. Полученные данные свидетельствуют, что оказывает влияние широта, высота над уровнем моря, температура, водный режим, интенсивность солнечной радиации, свойства почв и удобрений. Одной из первой работ, указывающих на роль внешней среды в образовании эфирных масел, является докторская диссертация А.М. Бутлерова “об эфирных маслах” в которой он отмечает, что количество и качество эфирного масла в каждой особи изменяется в зависимости от возраста, почв и климатических условий /12/.

На интенсивное расходование эфирных масел указывает то, что  в летнее время содержание в отдельных органах сильно колеблется не только в различных фазах развития, но и в суточном цикле вегетации растения. Количественное изменение содержания эфирных масел происходит не только в сторону увеличения эфирных масел, но и в сторону уменьшения /51/.

Аналогичные результаты были получены и другими исследователями. Так, Хотиным А.А. и другими установлено что, содержание эфирного масла в отдельных органах сильно колеблется не только в разные фазы, но и в течение суток. Полученные результаты позволяют отметить, что  отдельные компоненты эфирных масел являются не экскретами, а биологически активными веществами и принимают активное участие в обмене веществ. Об этом свидетельствует широкая встречаемость некоторых типичных компонентов эфирных масел (гераниол, лимонен, фарнезол) не только у высших растений и микроорганизмов, но также у животных и человека.

Рихтером А.А. была установлена  и доказана, зависимость качественного и количественного содержания эфирного масла мяты перечной от воздействия внешних факторов. Количество осадков, выпавшее во время вегетационного периода мяты перечной (апрель-сентябрь) значительно отразилось на качественном составе эфирного масла /51/.

Любименко В. Н. с соавторами установили, что солнечный свет его продолжительность  и интенсивность являются в жизни  растений важными факторами, несомненно, влияющими на образование эфирных масел. Изучая влияние света на накопление эфирного масла у Ocymus basilicum L., отметил, что затемнение понижает выход масла по сравнению с экземплярами, выросшими в условиях нормального дневного освещения

Эфирно-масличные растения и выделяемые из них эфирные масла характеризуются наличием значительного числа фармакологической активности /11-18, 43-48/, что позволяет их использовать в медицинской, пищевой, фармацевтической, ликеро-водочной промышленности, в фито- и аромотерапии.

Наиболее широкое применение они  находят при производстве парфюмерно-косметической продукции: духов, туалетной воды, мыла, зубной пасты, порошков, кремов и др. Около 90 % всех получаемых эфирных масел используются парфюмерно-косметической промышленностью.

Издавна отмечено широкое применение эфирно-масличных растений в пищевой  промышленности. Так, к пряно-ароматическим и пищевым растениям относятся: полынь эстрагон, веточки и листья которой используют при приготовлении супов, салатов, мясных блюд, консервировании, а также при изготовлении настоек, напитков (тархун) /49/, анис, тмин, укроп, тимьян ползучий, мята, шалфей.

Важное значение имеют  эфирные масла в официальной  и народной медицине. Так, в состав препарата «Энатин» входит аирное и мятное эфирное масло; в препарат «Артемизол» - полынное, мятное и персиковое масло. Оба препарата обладают спазмолитическим, мочегонным и желчегонным действием. Эфирное масло полыни цитварной (дарминол) используется наружно в качестве болеутоляющего средства и в парфюмерии /47/.

В реестр лекарственных  средств, разрешенных к применению в Казахстане, включено 32 препарата отечественного и зарубежного производств, содержащих в своем составе эфирные масла и их отдельные компоненты, такие как ментол, тимол, камфора /52, 53/.

Ограниченное количество эфирных масел и их отдельных компонентов определяет спектр их фармакологического действия и область применения в медицине. В основном это средства антисептического (“Камистад”, “Септолете”, “Каметон”, “Пиносол”), противовоспалительного и ранозаживляющего действия, предназначенные для лечения заболеваний дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, ран и ожогов. Кроме того, широко используется местно-обезболивающее, отвлекающее и согревающее действие эфирно-масличных препаратов (“Броментол”, “Гэвкамен”, “Меновазин”, “Эвкамон”). Ряд препаратов содержащих эфирные масла, рекомендованы при почечно-каменной болезни, так как оказывают спазмолитическое, антибактериальное, умеренно мочегонное действие (“Спазмоцистенал”, “Уролесан”, “Холагол”) и т.д.

Основные компоненты эфирных масел находят определенное, но достаточно ограниченное использование (таблица 2). Так, линалилацетат, один из основных компонентов бергамотного, лавандового, шалфейного, жасминового эфирных масел, обладает выраженным спазмолитическим действием. Эвгенол – компонент эфирных масел базилика эвгенольного, гвоздичного – является стимулятором размножения клеток, тимол – компонент масел монарды. На его основе создана питательная среда для дифференциации микробов.