CC BY
122
Химия растительного сырья. 2011. №4. С. 245-249.
УДК 582.293.372:582.293.376:547.98
О СОДЕРЖАНИИ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ ЛИШАЙНИКОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
© Н.В. Загоскина1, Т.Н. Николаева1, П.В. Лапшин1, А.Г. Заварзина2, А.А. Заварзин3
1 Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, ул. Ботаническая, 35, Москва, 127276 (Россия), e-mail: [email protected] 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Ленинские горы, Москва, 119991 (Россия)
3Санкт-Петербургский государственный университет, Университетская наб.,
7-9, Санкт-Петербург, 199034 (Россия)
У 24 видов лишайников, относящихся к порядкам Peltigerales и Lecanorales, определено содержание фенольных соединений, извлекаемых из воздушно-сухого растительного материала экстракцией 96% этанолом. Установлено, что у представителей Peltigerales их содержание было в 3-6 раз выше, чем у представителей Lecanorales. Наибольшее накопление фенольных соединений отмечено у лишайников родов Peltigera, Solorina и Nephroma, для которых характерна и высокая продукция лакказ, участвующих в метаболизме этих вторичных метаболитов.
Ключевые слова: лишайники, Peltigerales, Lecanorales, фенольные соединения, лакказная активность.
Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №09-04-00570).
Введение
Лишайники представляют собой симбиотическую ассоциацию гриба (микобионта) и водоросли и/или цианобактерии (фотобионта) [1]. Наличие фотосинтезирующего партнера, особенности морфологического строения и метаболизма позволяют этим организмам произрастать в регионах с суровым климатом и заселять субстраты, практически лишенные органического вещества [2]. Лишайники доминируют в растительных сообществах тундровых и высокогорных зон, а также в некоторых олиготрофных местах умеренной зоны, в которых высшие растения не образуют значительной биомассы [3].
Известно, что многие лишайники синтезируют специфические вторичные метаболиты, так называемые лишайниковые вещества, которые относят к фенольным соединениям [4, 5]. Наиболее распространенными являются усниновая кислота и другие представители классов депсидов и депсидонов [6]. В структуре лишайниковых кислот, которые относят к фенольным соединениям, были обнаружены остатки (фрагменты) полизамещенных фенолов или фенолкарбоновых кислот [5].
Фенольные метаболиты лишайников обладают биологической активностью (противоопухолевой, антимикробной, антиоксидантной и др.), что позволяет успешно использовать их при лечении заболеваний различной этиологии [7-9].
Цель настоящего исследования - сравнительный анализ содержания фенольных соединений у ряда представителей лишайников, что, возможно, позволит использовать этот показатель в качестве одного из биохимических критериев их принадлежности к определенным ботаническим группам, а также свидетельствовать об их способности к синтезу биологически активных веществ фенольной природы - продуктов фармакологического значения.
Экспериментальная часть
Объектами исследования являлись талломы 24 видов лишайников, относящихся к порядкам
Peltigerales и Lecanorales (табл. 1).
* Автор, с которым следует вести переписку.
Таблица 1. Систематическое положение исследованных видов лишайников
Порядок Семейство Род Вид
Lecanorales Cladoniaceae Cladonia Hill ex P. Cl. arbuscula (Wallr.) Flotow
Nannf., 1932 Zenker, 1827 Browne Cl. gracilis (L.) Willd. Cl. rangiferina (L.) Wigg. Cl. stellaris (Opiz) Pouzar & Vezda Cl. uncinalis (L.) Wigg.
Parmeliaceae Cetraria Ach. C. aculeata (Schreb.) Fr.
Zenker, 1827 C. cucullata (Bell.) Ach. C. islandica (L.) Ach. C. nigricans Nyl. C. nivalis (L.) Ach.
Alectoria Ach. A. nigricans (Ach.) Nyl A. ochroleuca (Hoffm.) Mass.
Peltigerales Lobariaceae Lobaria (Schreb.) L. pulmonaria (L.) Hoffm.
Walt. Watson Chevall., 1826 Hoffm.
Nephromataceae Wetm. ex J.C. Nephroma Ach. N. arcticum (L.) Torss
David & D. Hawksw., 1991
Peltigeraceae Dumort., 1822 Peltigera Willd. P. aphthosa (L.) Willd. P. canina (L.) Willd. P. leucophlebia (Nyl.) Gyelnik P. malacea (Ach.) Funck P. neopolydactyla (Gyeln.) Gyeln. P. polydactylon (Necker) Hoffm. P. praetextata (Sommerf.) Zopf P. rufescens (Weiss) Humb. P. scabrosa Th. Fr.
* Solorina Ach. S. crocea (L.) Ach.
В соответствии с системой Brands; Eriksson [10, 11].
Растительный материал был собран в августе 2009 г. в районе горного массива Хибины, на плато Расвумчорр (Кольский полуостров, Мурманская обл., Россия). Сырье было высушено воздушно-теневым способом и хранилось при комнатной температуре без доступа света и влаги.
Фенольные соединения извлекали из измельченного сырья (навеска 50-100 мг) 96% этанолом (1 : 5) при 45 °С в течение 30 мин при периодическом перемешивании. Смесь охлаждали, центрифугировали (7000 об/мин, 5 мин) и надосадочную жидкость использовали для определения суммарного содержания спирторастворимых фенольных соединений спектрофотометрическим методом с реактивом Фолина-Дениса [12]. Калибровочную кривую строили по и-оксибензойной кислоте (Serva, Германия). Определения проводили в трех биологических и трех аналитических повторностях. Все результаты обрабатывали статистически, в таблицах представлены средние арифметические значения определений и их стандартные отклонения.
Лакказную активность определяли по по скорости окисления 2,2-азино-бис-(3-этилбензотиазолин-6-сульфоната) (АБТС) [13]; результаты представлены нами ранее [14].
Обсуждениерезультатов
Лишайники относят к царству грибы (Fungi), классу Lecanoromycetes (лихенизированные грибы) подкласса Lecanoromycetidae [1]. Исследованные нами виды входят в порядки Lecanorales и Peltigerales (табл. 1) и представлены кустистыми (Cladonia, Alectoria, Cetraria) и листоватыми (Nephroma, Peltigera) жизненными формами, произрастающими в основном эпигейно, за исключением Lobaria (эпифитно).
У большинства лишайников, относящихся к порядку Lecanorales, суммарное содержание фенольных соединений было относительно невелико, за исключением двух видов рода Alectoria, накапливающих в 3-4 раза больше этих вторичных метаболитов (табл. 2).
Представители рода Cladonia и Cetraria мало отличались по содержанию фенольных соединений, хотя у кладоний оно в большинстве случаев было выше. Подобные различия, вероятно, обусловлены особенностями фенольного метаболизма отдельных видов лишайников, что отмечалось ранее и у высших растений [15, 16].
Таблица 2. Суммарное содержание фенольных соединений (ФС) в различных видах лишайников
Порядок Род Вид Фотобионт ФС, мг/г*
Lecanorales Cladonia Cl. arbuscula Зеленая водоросль Tre- 0,72+0,03
Cl. gracilis bouxia 0,86+0,06
Cl. rangiferina 0,80+0,05
Cl. stellaris 0,86+0,06
Cl. uncinalis 0,57+0,03
Cetraria C. aculeata 0,36+0,02
C. cucullata 0,57+0,02
C. islandica 0,77+0,03
C. nigricans 0,63+0,02
C. nivalis 0,40+0,02
Alectoria A. nigricans 2,69+0,09
A. ochroleuca 2,27+0,08
Peltigerales Peltigera P. canina Цианобактерия Nostoc 2,77+0,09
P. malacea 2,44+0,06
P. neopolydactyla 2,69+0,09
P. polydactylon 2,61+0,08
P. praetextata 2,86+0,09
P. rufescens 2,60+0.07
P. scabrosa 2,77+0,08
P. aphthosa Зеленая водоросль Cocco- 2,52+0,09
P. leucophlebia myxa, цианобактерия 2,61+0,08
Solorina S. crocea Nostoc 3,86+0,15
Nephroma N. arcticum 2,85+0,12
Lobaria L. pulmonaria 1,76+0,07
■*--------------------------------
Воздушно-сухой массы таллома.
У лишайников порядка Peltigerales содержание фенольных соединений было в 3-6 раз выше, чем у лишайников порядка Lecanorales. Наиболее высокое их накопление отмечено у S. crocea, а наименьшее - у L. pulmonaria. Виды рода Peltigera практически не отличались по содержанию фенольных соединений, что может свидетельствовать о значительном сходстве в биосинтезе этих веществ.
Таким образом, изученные нами листоватые виды эпигейных лишайников, в том числе Peltigera, характеризуются значительно более высоким содержанием фенольных соединений, чем кустистые виды (Cladonia, Cetraria). Известно, что интенсивность биохимических процессов, происходящих в лишайниках, к числу которых относится и образование фенольных соединений, зависит от многих факторов, в том числе условий их произрастания (влажность, температура, интенсивность светового воздействия), а также от распределения фотобионта в талломе и его природы [17-19]. Вероятно, именно они и оказали влияние на способность лишайников к накоплению этих вторичных метаболитов. В частности, виды порядка Lecanorales произрастают в сухих местообитаниях, тогда как виды порядка Peltigerales - во влажных затененных участках и часто на мхах. Кроме того, фотобионтом Lecanorales является зеленая водоросль, в то время как у Peltigerales - цианобактерия, либо в качестве основного фотобионта, либо третьего компонента симбиоза (табл. 2).
Согласно ранним сведениям лишайники порядка Lecanorales могут накапливать значительные количества лишайниковых кислот, в то время как у Peltigerales содержание их невелико, и обнаружены они в основном в трехкомпонентных видах [6]. Это позволяет предположить, что особенности метаболизма лишайниковых кислот и растворимых фенольных соединений частично могут быть связаны с природой фотосимбионта. Виды, содержащие водоросль, характеризуются низким накоплением лишайниковых кислот, в то время как для цианолишайников и трехкомпонентных лишайников характерно высокое содержание фенольных соединений, чему в свою очередь может способствовать присутствие цианобактерий или независимый от фотобионта биосинтез этих соединений микобионтом.
Все это свидетельствует о том, что накопление фенольных соединений в этих симбиотрофных организмах в определенной степени служит их «визитной» карточкой, свидетельствующей о принадлежности к определенным порядкам и родам. О возможности использования этого показателя для оценки систематического положения высших растений сообщалось ранее [20, 21]. Кроме того, фенольные соединения защищают лишайники от повреждающего действия УФ-радиации и высоких интенсивностей света, проникновения мик-
роорганизмов, а также влияния других факторов [18, 19, 22]. Исходя из этих данных можно предположить, что виды лишайников с более высоким накоплением фенольных соединений будут проявлять большую устойчивость к стрессовым воздействиям биотической и абиотической природы, чем виды с низким уровнем этих веществ. Аналогичная закономерность уже отмечалась для клеток высших растений [23].
Следует отметить, что для микобионта лишайников характерна продукция лакказ, участвующих в метаболизме фенольных соединений. Наиболее активными продуцентами лакказ являются пельтигеровые лишайники, в то время как у леканоровых лишайников они образуются в небольших количествах [14, 24, 25]. Сопоставление данных по лакказной активности талломов и содержания в них фенольных соединений свидетельствует о наличии прямой корреляционной связи (рис.). Продукция лакказ характерна для большинства свободноживущих грибов, а также растений [26]. Для выявления роли лакказ в метаболизме простых форм фенольных соединений лишайниках требуются дополнительные исследования.
Корреляционная зависимость «суммарное содержание спирторастворимых фенольных соединений (ФС) - лакказная активность» для лишайников порядков Peltigerales (белые круги) и Lecanorales (черные круги)
Выводы
1. Для представителей порядка Peltigerales (Peltigera, Solorina, Nephroma) характерно относительно высокое суммарное содержание спирторастворимых фенольных соединений по сравнению с таковым отдельных представителей порядка Lecanorales (Cladonia, Cetraria).
2. Установлено наличие прямой корреляционной связи между содержанием растворимых фенольных соединений в лишайниках и их лакказной активностью.
Список литературы
1. Ботаника. Курс альгологии и микологии / ред. Ю.Т. Дьяков. М., 2007. 559 с.
2. Honegger R. Developmental biology of lichens // New Phytologist. 1993. V. 125. Pp. 659-677.
3. Nash T.H. Lichen biology. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2008. 486 p.
4. Hunack S. The significance of lichens and their metabolites // Naturwissenschaften. 1999. V. 86. Pp. 559-570.
5. Elix J.A. Biochemistry and secondary metabolites // Lichen biology/ Ed. T.H. Nash. Cambridge: Cambridge University Press, 1996. Pp. 154-180.
6. Huneck S., Yoshimura I. Identification of lichen substances. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 1996. 493 p.
7. Подтероб А.П. Химический состав лишайников и их медицинское применение // Химико-фармацевтический журнал. 2008. Т. 42. С. 32-38.
8. Rankovic B., Rankovic D., Marie D. Antioxidant and antimicrobial activity of some lichen species // Microbiology. 2010. V. 79. Pp. 809-815.
9. Shukla V., Joshi G.P., Rawat M.S.M. Lichens as a potential natural source of bioactive compounds: a review// Phytochemistry Reviews. 2010. V. 9. Pp. 303-314.
10. Brands S.J. (comp.) 1989-2005. Systema Naturae 2000. Amsterdam, The Netherlands. [http://www.taxonomy.nl/main/classification/2748.htm].
11. Eriksson O. E. (Hrsg.): Outline of Ascomycota - 2000. In: Myconet, Band 12, 2006. S. 1-82. [http://www.fieldmuseum.org/myconet/printed_v12_a.asp]
12. Запрометов M.H. Основы биохимии фенольных соединений. М., 1974. 250 с.
Содержание растворимых ФС, мг/г
13. Heinfling, A., Martinez, A.T., Martinez, M.J., Bergbauer, M., Szewzyk, U. Purification and characterization of peroxidases from the dye-decolorizing fungus Bjerkandera adusta // FEMS Microbiology Letters. 1998. V. 165. Pp. 43-5Q.
14. Заварзина А.Г., Заварзин A.A. Лакказная и тирозиназная активности у лишайников // Микробиология. 2QQ6. Т. 75. C. 63Q-641.
15. Коломиец Н.Э., Калинкина Г.И. Сравнительное исследование химического состава видов рода хвощ флоры Сибири // Химия растительного сырья. 2Q1Q. №1. С. 149-154.
16. Behmer ST, Simpson SJ, Raubenheimer D. Herbivore foraging in chemically heterogeneous environments: nutrients and secondary metabolites // Ecology. 2QQ2. V. 83. Pp. 2489-25Q1.
17. Collins C.R., Farrar J.F. Structural resistance to mass transfer in the lichen Xanthoria parietina // New Phytology. 1978. V. 81. Pp. 71-83.
18. Mikhailova I.N. Populations of epiphytic lichens under stress conditions: survival strategies // Lichenologist. 2QQ7. V. 39. Pp. 83-89.
19. Behmer ST, Simpson SJ, Raubenheimer D. Herbivore foraging in chemically heterogeneous environments: nutrients and secondary metabolites // Ecology. 2QQ2. V. 83. Pp. 2489-25Q1.
2Q. Минаева В.Г. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. Новосибирск, 1978. 255 с.
21. Rahiminejad M.R., Gornal R.J. Flavonoid evidence for allopolyploidy in the Chenopodium album aggregate (Ama-ranthaceae) // Plant Systematic and Evolution. 2QQ4. V. 246. Pp. 77-78.
22. Hyvarinen M., Koopmann R., Hormi O., Tuomi J. Phenols in reproductive and somatic structures of lichens: a case of optimal defence? // Oikos. 2QQQ. V. 91. Pp. 371-375.
23. Фенольные соединения: фундаментальные и прикладные аспекты / ред. Н.В. Загоскина, Е.Б. Бурлакова. М., 2Q1Q. 399 с.
24. Laufer Z., Beckett R.P., Minibayeva F.V. Co-occurrence of the multicopper oxidases tyrosinase and laccase in lichens in sub-order Peltigerineae // Annals of Botany. 2QQ6. V. 98. Pp. 1Q35-1Q42.
25. Lisov A.V., Zavarzina A.G., Zavarzin A.A., Leontievsky A.A. Laccases produced by lichens of the order Peltigerales // FEMS Microbiology Letters. 2QQ7. V. 275. Pp. 46-52.
26. Baldrian P. Fungal laccases: occurrence and properties // FEMS Microbiology Reviews. 2QQ6. V. 3Q. Pp. 215-242.
Поступило в редакцию 12 апреля 2011 г.
После переработки 13 сентября 2011 г.
