НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ БОТАНІЧНИЙ САД ім. М.М. ГРИШКА

ПАЛАМАРЧУК ОЛЕНА ПАВЛІВНА

УДК 582.794.1: 581.192

БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА ПОРІВНЯЛЬНА

ОЦІНКА ДІЮЧИХ РЕЧОВИН ВИДІВ РОДУ

PASTINACA L.

03.00.05 – ботаніка

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі медичної ботаніки Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка Національної академії наук України

Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Лебеда Андрій Пилипович

завідувач лабораторії медичної ботаніки Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук,

старший науковий співробітник

Протопопова Віра Вікторівна

провідний науковий співробітник відділу систематики та флористики судинних рослин Інституту ботаніки
ім. М.Г. Холодного НАН України

доктор біологічних наук,

старший науковий співробітник

Яворська Вікторія Казимирівна

завідувач відділу фізіології росту і розвитку рослин

Інституту фізіології рослин і генетики НАН України

Провідна установа: Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр Української аграрної Академії наук, м. Ялта

Захист відбудеться “____“ ___________ 2004 р. о ___ годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради К 26.215.01. при Національному ботанічному саду ім. М.М. Гришка НАН України за адресою: 01014, м. Київ, вул. Тімірязєвська, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України за адресою: 01014, м. Київ, вул. Тімірязєвська, 1.

Автореферат розісланий “___” ______________ 2004 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук Н.І. Джуренко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Пошук нових джерел рослинної сировини для забезпечення потреб окремих галузей народного господарства є однією з актуальних проблем сучасного ресурсознавства. Види роду Pastinaca L. становлять в цьому відношенні значний інтерес, оскільки здавна використовуються в харчовій промисловості та медицині як цінні продуценти біологічно активних речовин різнобічного механізму дії (Головкин и др., 2001). Потенційні можливості видів роду по насиченню біоресурсів кормових, овочевих, пряно-ароматичних, ефіроолійних, лікарських та ін. культур далеко не вичерпані. Проте, широке культивування і використання, зокрема в Україні, обмежено через монокарпічність і низьку схожість пастернаків та їх здатність викликати дерматити по типу опіків завдяки вмісту фотодинамічно- активних фурокумаринів (Сацыперова, 1968; Георгиевский и др., 1990). Наукові розробки різного напрямку стосуються, перш за все, видів P. sativa L. та P. sylvestris Mill., в той час коли дані щодо інших видів роду або зовсім відсутні, або недостатньо висвітлені. Відсутність загальноприйнятої системи роду (Heywood, 1986; Тахтаджян, 1987) постійно визначає необхідність пошуку нових вагомих діагностичних показників. Дослідження природно-видової диференціації роду традиційно ґрунтується переважно на карпологічних ознаках (Kozo-Poljanski, 1916), але окремі морфолого-анатомічні описи плодів, у більшості випадків, неповні, не завжди досконалі, містять ряд протиріч, що обмежує їх використання для діагностики таксонів роду. Все це зумовлює актуальність різнобічного комплексного критико-систематичного дослідження роду Pastinaca L. із застосуванням як класичних, так і сучасних методів і залученням нових діагностичних критеріїв і ознак, в тому числі хімічних, з метою вирішення спірних питань таксономії та систематики роду, оцінки його практичного потенціалу, відбору нових перспективних видів для інтродукції та направленої селекційної роботи і подальшого широкого впровадження в культуру в Україні.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відділі медичної ботаніки (з 2004 р. – лабораторія медичної ботаніки при відділі нових культур) Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України відповідно напрямку його науково-дослідних робіт та безпосередньо пов’язана з плановими дослідженнями за темами: “Пошук і вивчення резистогенних та імунокорегуючих рослин і розробка на їх основі фітокомпозицій” (номер державної реєстрації 01910002990) та “Вивчення лікувального потенціалу флори України з метою пошуку видів, перспективних для створення фітокомпозицій, здатних підтримувати природну рівновагу в умовах екологічного неблагополуччя” (номер державної реєстрації 0196U001593).

Мета і завдання досліджень. Мета роботи полягає у вивченні біоморфологічних особливостей, біологічної продуктивності, морфобіохімічного різноманіття видів роду Pastinaca L., їх порівняльної оцінки в різних аспектах, виявленні та відборі найбільш цінних та перспективних таксонів, пластичних при інтродукції в умовах Правобережного Лісостепу України, а також пошук шляхів їх комплексного та раціонального використання.

Для досягнення мети було поставлено ряд основних завдань:–

виявити і систематизувати індивідуальні карпоанатомічні ознаки видів роду;–

з’ясувати мінливість основних біологічних особливостей видів роду при інтродукції (проростання та схожість, фенологія, цвітіння та ін.);–

вивчити насіннєву продуктивність таксонів роду;–

дослідіти закономірності розподілу та накопичення фурокумаринів та ефірних олій протягом вегетаційного періоду в окремих органах видів роду;–

визначити вміст і склад фурокумаринів та ефірних олій в плодах видів і сортів;–

оцінити перспективність хімічного різноманіття діючих речовин таксонів роду в теоретичних і практичних аспектах.

Об’єкт дослідження. Біологічні та фітохімічні особливості роду Pastinaca при інтродукції в регіоні Лісостепу України.

Предмет дослідження. Види та сорти роду Pastinaca L.

Методи досліджень: описові, фенологічні, анатомо-морфологічні, лабораторні (біохімічні, оптичні, гравіметричні, мікробіологічні, фармакологічні), статистичні.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше використано комплексний підхід до вивчення таксонів роду Pastinaca L. в регіоні Правобережного Лісостепу України. Одержано оригінальні дані про біоморфологічне та біохімічне різноманіття видів роду Pastinaca в культурі. Вперше вивчено та відібрано найбільш перспективні для інтродукції в лісостеповій зоні України види й сорти. Проведено поглиблений порівняльний морфолого-анатомічний аналіз плодів 6 видів роду, що дало змогу виділити репрезентативні карпологічні ознаки, визначити їх таксономічну цінність.
В результаті вивчення морфологічних особливостей плодів пастернаків виділено комплекс ознак, який покладено в основу класифікації типів форм мерикарпіїв. Встановлено ряд екзо- і ендогенних факторів, які можуть спричиняти утруднене проростання і низьку схожість насіння, та опрацьовано умови їх подолання. Визначено строки настання та тривалість різних фенологічних фаз, особливості цвітіння і високу насіннєву продуктивність видів та сортів роду при інтродукції. Досліджено закономірності накопичення та розподілу діючих речовин (фурокумаринів, ефірних олій) в окремих органах рослин протягом вегетаційного періоду. Вперше визначено кількісний вміст та якісний склад діючих біологічно-активних речовин у
5 видів роду та 28 сортів. Виявлено ряд хемотаксономічних ознак у видів роду Pastinaca. Відібрано перспективні види та сорти з максимальним та мінімальним вмістом фотодинамічноактивних фурокумаринів для подальшої направленої селекційної роботи. Вперше дано порівняльну характеристику видів та сортів роду як ефіроолійних рослин та визначена їх антимікробна активність.

Практичне значення одержаних результатів досліджень. Отримані результати розширюють уявлення про біологічні та фітохімічні властивості представників роду Pastinaca. Виділено константні карпологічні діагностичні ознаки, які можуть бути використані в систематиці роду, при складанні дихотомічних ключів, написанні довідників, визначників рослин, а також при ідентифікації рослинної сировини. Відібрано перспективні види та сорти роду Pastinaca для направленої селекційної роботи з метою отримання рослин – продуцентів основних БАР (фурокумаринів та ефірних олій) з заданими властивостями й подальшим їх впровадженням в різних галузях народного господарства, в тому числі в медицині. Запропоновано умови для подолання стану органічного спокою та підвищення схожості насіння. Обгрунтовано і визначено перспективи подальшої інтродукції таксонів роду Pastinaca в регіоні Лісостепу України і їх різнобічного використання.

Особистий внесок здобувача. Робота виконана особисто автором і є самостійно завершеною науковою працею. Автору належить вирішальна роль у визначенні і формуванні мети та завдань досліджень, шляхів їх реалізації, плануванні та використа-нні експерименту. Опрацьовано та проаналізовано наукову літературу згідно теми дисертації, проведено експедиційні і стаціонарні досліди. Проведено фотографування рослин, лабораторні та експериментальні дослідження з використанням сучасних методів світової та електронної мікроскопії, біохімічного аналізу (газорідинної хроматографії), мікробіологічних та фармакологічних методів, тощо. Зроблено обробку та аналіз отриманих результатів, узагальнено експериментальні дані, самостійно сформульовано висновки за наслідками досліджень. Матеріали досліджень відображено в наукових працях (з 17 друкованих праць, 5 – одноосібних), де права співавторів не порушено. Внесок автора у спільних публікаціях складає не менше 85%. Викладені результати отримано здобувачем самостійно.

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень, основні положення та висновки дисертації апробовано на VIII-й конференції молодих вчених Всесоюзного НДІ лікарських рослин (Москва, 1987); на Республіканській науково-виробничій нараді „Лекарственные растения – народному хозяйству” (Каунас, 1986); на Пленумі по дерматології і венерології АМН СРСР (Харків, 1982); на конференціях по медичній ботаніці: II-ій республіканській (Київ, 1988), III-ій республіканській (Київ, 1992), IV-ій Міжнародній (Київ, 1997); на VI з’їзді фармакологів УРСР (Київ, 1995); на конференції „Фитонциды. Бактериальные болезни растений” (Київ-Львів, 1990); на Х Російському національному конгресі „Человек и лекарство” (Москва, 2003); на II-ій Міжнародній науково-практичній конференції „Гепатопротекторы в Украине – реалии и перспективы” (Харків, 2003), а також на засіданні відділу нових культур (з лабораторією медичної ботаніки) (Київ, 2004) та на вченій раді НБС НАН України.

Публікації. Основні результати дисертаційних досліджень висвітлено в
17 наукових роботах: 7 статей (5 – опубліковано, 2 – в друці) у провідних фахових виданнях, 1 рукопис депонований у ВІНІТІ, 3 статті – в збірниках наукових праць, матеріалах конференцій та 6 тез у виданнях Міжнародних, республіканських наукових конференціях, з’їзді, нараді, конгресі.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота (145 сторінок основного тексту комп’ютерного набору) містить перелік умовних скорочень, вступ, 5 розділів, висновки, список використаних літературних джерел (380 найменувань, в тому числі 80 – іншомовних) і додаток. Робота включає 22 таблиці, 50 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Сучасний стан роду Pastinaca в теоретичному і практичному аспектах

В розділі, який складається з чотирьох підрозділів, подано узагальнений огляд літератури про основні напрямки досліджень роду Pastinaca L. родини Селерових – Зонтичних (Apiaceae Lindley – Umbelliferae A.L. de Jussieu). Різнобічні аспекти знайшли відображення в багатьох наукових роботах дослідників, але, в цілому, рід вивчено недостатньо. Розглянуто історію і сучасний стан систематики роду Pastinaca, принципи родової і внутрішньовидової класифікації. Подано морфо-біологічну та систематичну характеристику роду, узагальнено дані стосовно карпологічних критеріїв його видів, поширення, інтродукції, введення в культуру та народно-господарське значення представників Pastinaca.

Рід Pastinaca, описаний К. Ліннеєм (1753), вважається філогенетично давнім родом, який сформувався в помірних широтах Європи і Азії в ксеромезофітних умовах. На теперішній час дискусійними залишаються багато питань щодо систематики роду, та, загалом, обсяг роду, його межі і місце в системі Apiaceae відносно визначені (Тахтаджян, 1987; Шнеер, 2000). До роду відносять (Черепанов, 1995) 7 видів, 3 з яких входять до складу флори України (Мосякін, Федорончук, 1999) і вид P. sativa L., для якого обґрунтовано запропонована внутрішньовидова (convar. sativa, convar sylvestre (Garsault.) Sazon.) класифікація (Сазонова, 1990), яка, на наш погляд, є досить вчасною і необхідною. Ареал роду охоплює Середню та Південну Европу, Сибір, Кавказ, Центральну Азію, його види зустрічаються в природі та широко культивуються в Америці, Канаді, Австралії (Бахарєва, 1988). Головними центрами більшості видів роду вважаються Кавказ і Центральна Азія (Манденова, 1959). Види роду – монокарпічні трав’янисті багаторічники або дворічники, рідше – однорічники. Інтродукційні дослідження видів роду Pastinaca в умовах Лісостепу України не проводились. Дані з інтродукції і культивування представлені для видів
P. sativa и P. sylvestris і охоплюють частіше окремі морфологічні, агротехнічні особливості, прийоми вирощування (Нікіфорова, 1980; Ткаченко, 1981; Кожухарь, 1977; Сазонова, 1990). Дані з фенології, морфо-біологічних особливостей, особливостей цвітіння та плодоношення, а також системний характер вивчення діагностичних карпологічних ознак для видів роду в літературі відсутні або висвітлені фрагментарно або частково відомі для P. sativa (Лабушева, 1974; Тюрина, 1978; Цимбал, 1969). Корисні ознаки представників роду обумовлені вмістом раціонально поєднаних БАР (Попова та ін., 2000; Растительные ресурсы СССР, 1988; Гаммерман та ін., 1990; Головкин и др., 2001), вивчення яких лише фрагментарно охоплює більшість таксонів і часто не має систематичного і прикладного характеру. На підставі аналізу літературних даних обґрунтована доцільність комплексного дослідження максимальної кількості таксонів роду. Особлива увага приділена всебічному вивченню карпологічних особливостей видів-інтродуцентів роду Pastinaca для оцінки їх невикористаних різнобічних потенційних можливостей.

Матеріали та методи досліджень

Матеріали та умови досліджень. В основу роботи покладено матеріали експериментальних досліджень, проведених у відділі медичної ботаніки НБС
ім. М.М. Гришка НАН України та на базі Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАНУ, КМАПО, Інституту мікробіології і вірусології, ІФТ АМН України.

Для досліджень було обрано 6 видів роду Пастернак (Pastinaca L): P. armena Fish. et Mey., P. clausii (Ledeb.) M.Pimen., P. pimpinellifolia Bieb., P. umbrosa Stev. ex DC., P. sylvestris Mill. та P. sativa L. (сonvar. sylvestre і сonvar. sativa) з різних регіонів України, країн ближнього і далекого зарубіжжя. Номенклатура таксонів наведена за Черепановим (1995); Мосякіним, Федорончуком (1999); Сазоновою (1990).

Біологічні та медико-біохімічні дослідження роду Pastinaca проводились в польових стаціонарних умовах на дослідних колекційних ділянках НБС ім. М.М. Гришка НАНУ, де налічувалось 6 видів і 31 сорт та в умовах різних лабораторій (електронно-мікроскопічній, біохімічній, мікробіологічній, фармакологічній та ін.) з використанням класичних і сучасних методів, обладнання. Мобілізацію вихідного матеріалу здійснювали шляхом залучення насіння з природи, різних ботанічних садів, інших закладів (ВІЛАР, ВІР), від колекторів та ін.

Стаціонарні досліди закладались у відповідності з існуючими методиками (Доспехов, 1985; Сацыперова, 1989) умовах Правобережного Лісостепу України. Район інтродукційних досліджень характеризується (Шиман, 1988; Собко, Гапоненко, 1996) помірно-континентальним кліматом з середньорічною t° 5-8°С і сумою опадів в середньому 600-700 мм на рік. Основним типом грунтів є темно-сірі опідзолені, що залягають на лесах і лесоподібних породах бурих середньо-суглинистих за механічним складом. Рослини вирощувались на вирівняному агрофоні, що дозволило достовірно їх порівнювати.

Методи досліджень. При вивченні індивідуальної біологічної неоднорідності насіння (проростання, глибина і тривалость спокою та ін.) були прийняті до уваги методи і термінологія, викладені в роботах Цингер (1958), Езау (1980), Попцова і ін. (1981), Ніколаєва (1992), Сациперової (1989, 1991) та за „Методическими указаниями по семеноведению интродуцентов” (1980). Фенологічні спостереження проводили за методиками, запропонованими Радою ботанічних садів СРСР (1975, 1987), Бейдемана (1974); за ходом цвітіння – Беспалової і Борисової (1963). При вивченні насіннєвої продуктивності використовували методики Вайнагія (1973, 1974); Тюріної (1985). Описи особливостей морфології рослин проводили за термінологіями Артюшенко і Ал.А. Федорова (1986, 1988, 1990); Федорончука (1983); Kapoor, Kaul (1967); Зіман, Мосякіна та ін. (2004). Вивчення особливостей внутрішньої морфології насіння проводили за методиками Пономаренко (1974); Паушевої (1988) з використанням світлооптичної мікроскопії; дослідження анатомічної структури поверхні плоду проводили методом скануючої електронної мікроскопії (Снігіревська, 1971; Heywood, 1968; Bagchi at all., 1989).

Вміст суми фурокумаринів визначали постадійно, із спиртового екстракту випареного елюату методом, який поєднує хроматографію в тонкому шарі оксиду алюмінію із спектрофотометрією (Георгієвський та ін., 1990; Краснов та ін., 1987) і газорідинною хроматографією (Громакова, 1983). Масову долю ефірних олій визначали методом гідродистиляції (ГФ XI, 1987; Горяев, 1962) з використанням удосконаленого прилада з приймачем Гінзберга (Гинзберг, 1932); час перегонки складає в середньому 180 хвилин. Аналіз та ідентифікацію фурокумаринового комплексу і компонентів ефірних олій здійснювали за допомогою газорідинної хроматографії з використанням аутентичних зразків (Кузнецова, 1970; Stahl, 1975).

Фотосенсибілізуючу дію комплексної субстанціі з плодів (ІБ) вивчали за методом Уілхелма (Паламарчук, Омельяненко, 2003). Оцінку бактерицидної і фунгіцидної дії ефірних олій здійснювали суспензіонно – контактним методом і методом серійних розведень (Зелепуха та ін., 1964; Бондаренко та ін., 1972).

Обробку результатів досліджень проводили статистичними методами (Доспехов, 1979; Зайцев, 1973, 1984;). Графічну обробку експериментального матеріалу виконано за допомогою програми „Microsoft Excel”.

Біоморфологічні особливості видів роду Pastinaca

Карпологічні критерії видів роду. Проведено перегляд традиційно відомих карпологічних ознак, їх комплексне системне дослідження та визначення і відбір суттєвих морфолого-анатомічних ознак плодів у видів роду Pastinaca. В результаті порівняльної оцінки 6 видів з макро- і мікроморфології плоду ми підтвердили і конкретизували ряд діагностичних і додаткових родових і видових ознак та виявили відмінності, які можливо розглядати в якості елементів міжвидової диференціації.

Виявлено специфічну мінливість морфолого-анатомічних ознак, найбільш стійкими і значимими з яких є: форма мерикарпіїв, форма і характер ребер (особливо бокових), форма і конфігурація секреторних каналів, а також їх орієнтація на поперечному зрізі, кількість рядів механічних волокон в перикарпії і їх орієнтація відносно осі мерикарпію, ступінь облітерації ендокарпію і паренхими, скульптура поверхні мерикарпію з комісурального і дорзального боку, рельєф периферичного шару мерикарпію, особливості і наявність епікутикулярних утворень, густота і розміщення продихів на поверхні перикарпію та ін. Виділено ряд репрезентативних карпологічних критеріїв, визначено їх таксономічну цінність.

На основі морфологічних особливостей мерикарпіїв видів роду достовірно виділено комплекс ознак, які покладено в основу класифікації типів їх форм. В межах роду нами описано 7 типів форм: від округлої (P. pimpinellifolia), широко-обернено-яйцевид-ної (P. armena) до еліпсоїдальної (P. umbrosa), оберненояйцевидної та, як виняток, яйцевидної (P. sativa сonvar. sylvestre) і до видовженої (або видовжено-еліпсоїдальної і видовжено-оберненояйцевидної (P. clausii, P. sylvestris) форми. Спостерігається індивідуальний розмах мінливості форми (рис. .) і довжини секреторних канальців мерикарпіїв, в градаціях якої має місце видова, генетично закріплена, специфічність. Скорельовані між собою, ці ознаки додатково конкретизують видові відмінності.

Всі вивчені види відрізняються також наявністю достатньо складної структури кутікули, яка, незалежно від епідерми, складає поверхневий рельєф у вигляді системи ниток і тяжів, зморшок, борозд, пластинок і інших елементів. Види P. pimpinellifolia, P. sativa, P. umbrosa характеризуються добре збереженими клітинами ендокарпію, де вони великі за розмірами і часто розташовуються у два ряди. Види P. pimpinellifolia і P. clausii об’єднує наявність добре розвинутої багатошарової паренхими в мезокарпії, а види P. sativa, P. armena, P. umbrosa, P. sylvestris, P. armena відрізняються найкрупні--ш-ими клітинами механічної тканини, найбільше число рядів якої (4–6) відмічено у P. armena.

В силу константності, виділені індивідуальні особливості видів можуть бути надійними діагностичними таксономічними ознаками. Анатомічні особливості плодів і топографія секреторних канальців підтвердили свою родову діагностичність, обумовили структурно – функціональні ознаки секреторної системи плоду кожного виду. Сукупність ряду виділених ознак передбачає їх використання для вирішення питань систематики, еволюції і філогенії роду, а також як показника оцінки в прикладних дослідженнях.

Типы форм мерикарпію: 1а – округла; 1а-1 – широко-оберненояйцевидна; 2б – эліпсоїдальна;
2б-1 – оберненояйцевидна; 2б-2 – яйцевидна; 3в – видовжено-эліпсоїдальна; 3в-1 – видовжено-оберненояйцевидна.

Особливості сезонного ритму розвитку інтродуцентів роду Pastinaca.

Проростання і схожість насіння. Відомо, що насінню пастернаків притаманна ознака стану органічного спокою, що обумовлює їх утруднене проростання та низьку схожість (Цингер, 1958; Ткаченко, 1981). Досліджено, що насіння видів роду Pastinaca слід віднести до типу насіння з комбінованим спокоєм, який поєднує в собі глибокий екзогенний (покриви перикарпію і спермодерми) та ендогенний спокій, що обумовлюється фізіологічним станом зародка та ендосперму. Цей стан зумовлюють характерні морфолого-анатомічні ознаки (розмір, маса, наявність цільного, нуклеарного типу, ендосперму – який займає основну частину насіння, і лінеарного типу, зародок займає лише невеличкий простір в мікропілярному кінці насіння – товщина покривів насіння і ін.) і біохімічні особливості (присутність інгібіторів проростання – жирних і ефірних олій та фурокумаринів в секреторних утвореннях екзо- та ендогенних шарів перикарпіїв). У інтродуцентів відмічено збільшення маси насіння, їх розмірів та структурних елементів. Мінливість ознак спостерігається при коефіцієнті варіації 43%. Кожний вид роду має свій індивідуальний механізм управління проростання в умовах інтродукції. При висіві свіжозібраного насіння проростання починається: у P. clausii – на 20–23 день, P. sylvestris – на 18–20, P. sativa – на 18–22, P. umbrosa – на 23–26, у P. armena – на 28–32 и P. pimpinellifolia – на 24–26 день. Встановлено, що для порушення періоду спокою і прискореного проростання насіння більшості видів пастернаків необхідна стратифікація при значній ступені вологості з температурним оптимумом +5°– +7°С. Найкращі результаті дає підзимова сівба (до середини листопаду), що забезпечує насінню природну стратифікацію. Використання легкої скарифікації відкриває доступ вологи та кисню до зародку, чим стимулює його ріст і проростання. При цьому, у P. armena, P. umbrosa, P. pimpinellifolia схожість збільшується на 12–15%. Використання біостимуляторів росту (параамінобензойна кислота) також значно активізує ріст зародка і збільшують польову схожість на 26–29% у видових і до 33% у сортових зразків (табл. 1.). Проростання насіння при цьому прискорюється і перші сходи з’являються через 10–12 (P. sylvestris,P. sativa) – 17–20 (P. armena) днів.

В сухому вигляді при t +10 – 12°С до 95% свіжозібраного насіння зберігає схожість протягом перших 1–2 років. Першими втрачають схожість P armena, P. umbrosa,
P. pimpinellifolia, у яких кількість пророслого насіння складає біля 20%. У P. clausii, P. sylvestris, P. sativa зберігається до 53% схожого насіння. Більш тривале зберігання насіння пастернаків, навіть при сприятливих умовах, приводить до повної втрати ними схожості.

Фенологія. За даними умовами інтродукції види Pastinaca – монокарпічні дворічники, які встигають пройти повний цикл розвитку, цвітуть і плодоносять
(в межах 70–75%), мають надземний тип проростання, утворюючи кожен рік розетку листків, наростаючи моноподіально. В перший рік за характером розвитку листків відрізняються P. sativa, P. sylvestris, P. umbrosa, у яких поряд з літньо-зеленими рослинами з’являються і осінньо-зелені. Перші сходи при підзимовій сівбі з’являються з середині березня до кінця квітня (після танення снігу) у P. sativa і
P. sylvestris. Інші види починають вегетацію з кінця квітня до початку травня
(P. umbrosa, P. clausii, P. pimpinellifolia) і з середини травня (P. armena). В середньому вегетація триває 145–152 дні. Серед сортозразків широкі межі варіювання притаманні фенофазі „цвітіння”, яка у P. sativa проходить з кінця травня, у інших видів – з 5–15 червня по серпень включно. Строки проходження рослинами цієї фенофази (зокрема, „початок цвітіння”) різні, що обумовлено видовою (сортовою) належністю. Так, у
P. sativa, P. sylvestris вони іноді збігаються, у P. clausii, P. pimpinellifolia, P. umbrosa, P. armena – іноді накладаються. Тривалість цвітіння однієї особини коливається з кінця червня по липень у P. armena і з кінця травня по серпень у P. sativa, P. sylvestris (рис. .). Строки тривалості цвітіння накладаються. Достигання плодів розпочина-ється з середини червня до початку липня у P. sylvestris, P. sativa (сonvar. sуlvestre, сonvar. sativa), з кінця червня – середини липня у P. clausii, P. pimpinellifolia,
P. umbrosa і з кінця липня до початку серпня у P. armena.

Надземна біомаса в перший рік розвитку у всіх видів-інтродуцентів роду Pastinaca складається з розетки листків, на долю якої у P. sativa, P. sylvestris, P.clausii, P. umbrosa припадає до 70% від всієї маси рослини. Варіювання лінійного росту надземної частини видів і сортів складає 10–18% і складає 30–40 см у P. armena,
P. pimpinellifolia, P. clausii, P. umbrosa і 45–70 см – у P. sylvestris, P. sativa (сonvar. sуlvestre, сonvar.sativa). На другому році висота репродуктивного пагону варіює, в залежності від виду, від 80–120 см у P. armena, P. pimpinellifolia до 120-160 см у
P. umbrosa, P. clausii і 180–210 см у P. sylvestris, P. sativa (сonvar. sуlvestre і, особливо, сonvar. sativa). Максимальних розмірів він досягає у фазі цвітіння. Репродуктивна частина пагону галузиться, в основному, до 3-го порядку.

Особливості цвітіння. Суцвіття – складний зонтик (діаметром 15–70 см в залежності від порядку зонтика на пагоні), який складається їз зонтичків, розташованих в зонтику в 3 яруси. Розкриття квіток в суцвітті проходить в акропетальній послідовності, а відцвітання – від периферичних зонтичків до центральних. Квітки всіх видів відрізняються протерандрією при ентомофільному запиленні всієї особини. Зонтики різного порядку мають квітки 3-х статевих типів: двостатеві, тичинкові, маточкові. Максимум квіток всіх типів знаходиться в центральному зонтику, основну масу яких складають двостатеві квітки. Їх число поступово зменшується в зонтиках I і II-го порядків. В зонтиках III-го порядку двостатеві квітки відсутні. Тичинкові квітки в центральному зонтику, в залежності від виду, складають 15–30%. В зонтику I порядку їх число збільшується до 46–50%, а в зонтиках II порядку – переважає. Маточкові квітки в центральному зонтику складають, в залежності від виду, 2–8%, поступово зменшуючи свою кількість в зонтиках II-го порядку і майже зовсім відсутні – у зонтиках III-го порядку. Двостатеві і маточкові квітки розташовуються з країв зонтичків (зигоморфні), тичинкові – в центральній частині (актиноморфні).

Насіннєва продуктивність у таксонів роду Pastinaca при інтродукції в лісостеповій зоні України достатньо висока (рис. .) за рахунок збільшення всіх її елементів: середньої кількості зонтичків в складному зонтику, насіннєвих зачатків і насінин на пагонах центральному і всіх порядків. Високим рівнем потенційної продуктивності володіють види P. sylvestris, P. clausii, P. sativa (сonvar. sуlvestre),
P. umbrosa, однак зав’язування насіння у P. umbrosa дещо знижене (до 70%) в порівнянні з іншими видами. Високі потенційні можливості також показали
P. sylvestris і P. sativa (сonvar. sуlvestre) з Узбекистану (6.1.), Хмельницької області (6.5.), Красноярського (5.2.), Приморського (5.1.) Країв. Обнасінення досягає високого рівня (75,2%) у P. pimpinellifolia, на відміну від P. armena, у якого рівень цього показника значно нижчий і складає 65%.

Майже серед всіх сортозразків (сonvar. sativa) відмічаються високі показники насіннєвої продуктивності. Так, обнасінення достатньо високих значень (77–81%) досягає у сортів груп „Студент”, „Полудлинный”, „Круглый”, на відміну від сортів груп „Местный”, „Королевский” (56–61%). Заниженість РНП по відношенню до ПНП у деяких видів і сортів обумовлена, на наш погляд, з одного боку, наявністю тичинкових квіток в зонтиках різних порядків, які не зав’язують плодів, з іншого – високою вологістю та рясністю опадів в період цвітіння.

Біохімічні особливості видів Pastinacа

Встановлено, що всі інтродуценти Pastinaca виявили високу здатність до продукування активних метаболітів – найбільш цінних діючих речовин пастернаків – фурокумаринів та ефірних олій. Досліджена закономірність розподілу і накопичення загального вмісту цих речовин і кількісного співвідношення їх компонентів, який коливається в значних межах протягом вегетаційного періоду та залежить від органу рослини та її видової і сортової належності.

Фурокумарини. Молоді листки I-го року містять до 0,5–0,6% фурокумаринів (травень-червень), накопичення яких в надземній частині поступово збільшується до кінця вегетації (липень-серпень) на 23–30% (рис. 4.).

По вмісту фурокумаринів в надземній частині відрізняються види P. pimpinellifolia (1,11–1,52%), P. clausii (0,98–1,30%), P. sylvestris (0,63–1,18%), відносно P. sativa (сonvar. sуlvestre) (0,67–1,28%). Значний рівень цих речовин припадає на генеративний період II-го року вегетації, особливо в фазу цвітіння та плодоношення, коли виявляється найбільший потенціал фурокумарино-сировинної маси: листки (червень-липень), плоди (липень-серпень). Перехід рослин всіх видів в фазу осіннього відмирання супроводжується поступовим зниженням в їх органах як сумарної кількості, так і окремих фурокумаринових сполук. Нарівні з P. sativa (1,62%) і більше накопичують фурокумарини плоди видів P. pimpinellifolia (2,1%), P. clausii (1,82%),
P. sylvestris (1,53%). Спостерігається тенденція коливання їх вмісту відносно зрілості плодів, яка має два піки, що відповідають більш значному їх накопиченню: період зелених (молочних) і стиглих плодів. При восковій зрілості рівень цих речовин знижується і поступово падає в плодах з зонтиками і зонтиках. Та для практичного використання більш придатні плоди восково-повної зрілості, коли ще нема їх осипання. Виявлено широкий діапазон відмін фурокумаринів в плодах видів
P. sylvestris (5.) і P. sativa (сonvar. sуlvestre) (6.) різного походження (рис. 4.), серед яких найбільший потенціал проявляють: 5.2. – 1,87% з Красноярського Краю, 5.5. – 1,83% з Харківської області, 6.2. – 1,68% з Грузії, 6.1. – 2,08% з Узбекистану, 6.4. – 1,82% з Киргизії. Найбільш потенційними продуцентами фурокумаринів є плоди сортозразків P.sativa (сonvar. sativa) груп „Круглый”– 6k1,7 (2,41–2,74%), „Лучший…”6k4 (2,28%), „Гернсейський – 6k5,15,16 (2,18–2,21–2,62%), „Студент” – 6k3,10 (2,25–2,36%), „Местний” – 6k30,31 (2,16–2,66%), „Королевский” – 6k17,20 (2,56–2,67%). Найменший рівень цих речовин накопичуює вид P. armena (0,22%) та сортозразки (сonvar. sativa) “Magnum Bonum” (6k26), “All American” (6k27), “Hollow Crown”-A (6k18), “Guernsay”-A (6k14), у яких він коливається в межах 0,63–0,97%.

Виділено і ідентифіковано 8 основних сполук, серед яких домінуючими, з найвищими кількісними показниками, є 4 фотодинамічноактивних фурокумарини – бергаптен, ксантотоксин, імператорин, ізопімпінеллін, а також остхол, що свідчить про високу генетичну обумовленість даної ознаки для пастернаків. Бергаптен міститься в усіх органах протягом всього періоду розвитку рослин. Найвища його концентрація, виявлена в плодах і зонтиках, зокрема, видів P. sylvestris і P. umbrosa (29,3 і 27,6%). Значний відсоток ксантотоксина знаходиться у верхній частині стебла з листками, в зонтиках. Найвищу концентрацію (від 30 до 40%) його знайдено в плодах видів P. pimpinellifolia, P. clausii і P. sativa. Імператорін і остхол в вегетативних органах і в зонтиках знайдено в слідових кількостях, в плодах – 7,3–13,7%, тоді, як ізобергаптена плоди містять 0,8–2,7%. Ізопімпінеллін і сфондин в межах 3–9% продукують плоди всіх видів.

Ефірні олії. Підвищене накопичення ефірної олії в корінні (0,31–0,94%) спостерігається наприкінці вегетації I-го року тоді, як в листках (0,04-0,12%) – в фазі цвітіння. В зонтиках кількість ефірної олії низька (0,02-0,05%), а зонтики різних порядків разом з плодами містять >1% ефірної олії. Плоди, особливо в період молочної зрілості, накопичують найбільшу кількість ефірної олії у видів P. clausii – 3,37%, P. sylvestris – 2,68%, P. pimpinellifolia – 3,63%, P. sativa – 2,35%, які є потенційними ефіроолійними продуцентами. В фазу воскової зрілості її вміст дещо знижується, а потім помітно зростає при достиганні плодів повної зрілості, що має значення при заготовлі плодів як сировини цільового призначення. Найбільш придатними слід вважати плоди восково-повної зрілості. Види P. sylvestris (5.) і P.sativa (сonvar. sуlvestre) (6.) різного походження та сортозразки P. sativa (сonvar. sativa) різняться широким діапазоном мінливості по накопиченню ефірної олії в плодах. Максимальна концентрація ефірної олії виявлена в плодах таксонів сonvar. sуlvestre: 5.2.(2,68-3,25%), 5.5. (2,48-3,19%), 6.1. (2,73-3,28%), 6.5. (2,45-3,03%) і сортозразках сonvar. sativa: „Лучший...”(6k4 – 2,8%), “Ранний круглый” (6k1 – 2,3%), “Студент” (6k10 – 2,6%), “Гернсейський” (6k5 – 2,5%). В межах 1,9-2,6% значна концентрація ефірної олії співпадає в сортозразках з максимумом накопичення фурокумаринів. Найменший вихід ефірної олії у сорта 6k28 – Tribut (0,8%).

У складі ефірної олії ідентифіковано 6 домінантних сполук: октил-бутірат (о-бт), октил-ацетат (о-ац), октанол (о-ол), гексил-бутірат (г-бт), октил-капроат (о-кт), бутіл-бутірат (б-бт), а також октеніл-бутірат, октеніл-ацетат і гексанол – в слідових кількостях. 5 перших сполук складають 85-90% від усього складу ефірної олії. Октил-бутірат максимально (>60–%), як і октанол (10–15%), накопичуються в фазу восково-повної і повної зрілості плодів, тоді, як октил-ацетат (>25–30%) збільшується в плодах молочної і молочно-воскової зрілості. Гексил-бутірат і октил-капроат зберігають концентрацію в плодах в межах 2-5% протягом всіх етапів їх зрілості. В зонтиках – 20-25% октил-бутірату, 3–4% октил-ацетату і до 0,5–0,8% октанола. У всіх сортозразків в ефірній олії в переважаючій кількості накопичуються октил-бутірат і октил-ацетат (рис. 5.).

Хемотаксономічні аспекти роду. В залежності від виду і сорту, плоди Pastinaca накопичують ряд константних і спорадично виникаючих сполук, що може вважатись надійною внутрішньо-родовою і видовою ознакою.

Притаманний видам Pastinaca поліморфізм мінливості карпоанатомічних ознак (форма і розміри мерикарпіїв, і їх секреторних канальців та ін.) проявляється в прямій залежності від карпохімічних критеріїв: в найбільш генетично розвинутих, секреторних вмістищах мерикарпіїв накопичення комплексу фурокумаринів і ефірних олій відповідає більш високому потенціалу їх продукування.

Види P. sylvestris і P. umbrosa виявили видову специфіку накопичення основних речовин. На відміну від P. sativa (сonvar. sуlvestre) та інших видів роду, яким притаманно накопичення значної концентрації в плодах ксантотоксина (25,6% і 26,2%) і октил-ацетата (9,2% і 10,9%), данним видам властиво накопичувати в переважній концентрації фурокумарин бергаптен (29,3% і 27,6%) і октанол (21,3% і 17,3%). Тим самим, P. sativa (сonvar. sуlvestre) за даними карпохімічних ознак підтверджує свій видовий таксономічний ранг.

Для виду P. sativa (сonvar. sativa), крім наявності основних компонентів, в сортозразках відмічено присутність міристицину (0,1-0,3%), в порівнянні з P. Sativa (сonvar. sуlvestre) та іншими видами, де ця речовина не зареєстрована, що відрізняє культурні форми від природних.

Для більшості видів характерно накопичення октил-капроата і гексил-бутірата (віще 3%) в переважаючій більшості останнього, тоді, як у P. armena кількість октил-капроата, навпаки, перевищує концентрацію гексил-бутірата.

Отримані біохімічні дані здатні підтвердити генетичну обумовленість карпохімічних критеріїв і їх значимість в систематиці і філогенії роду, забезпечуючи, тим самим, таксонам роду Pastinaca різнобічний потенціал використання в наукових і прикладних аспектах.

Можливості комплексного використання перспективних видів

Карпологічна специфіка мінливості біохімічних ознак в межах роду Pastinaca створює передумови для цільового селекційно-генетичного поліпшення його видів і сортів за ознакою сталості до накопичення різних фурокумаринів і ефірних олій з широким механізмом біологічної дії.

Цінність видів роду Pastinaca, потенційні можливості яких далеко не вичерпані, обумовлена їх здатністю в умовах інтродукціі підтримувати свій потенціал накопичувати високий рівень концентрації фотодинамічноактивних сполук (ксантотоксин, бергаптен, імператори, псорален) і бути сировинними продуцентами дефіцитних лікарських засобів. Фотосенсибілізуюча активність видів роду залежить від різних факторів, голов-ним з яких є концентрація в сировині суми активних діючих сполук (комплексу КФАФ).

Види P.pimpinellifolia,P. clausii, P. sylvestris, з потенціалом в межах 83-95% КФАФ можна рекомендувати в якості генетичних джерел цього комплексу для подальших селекційних досліджень.

Сортозразки P. sativa (сonvar. sativa) виявили максимальну концентрацію (90,0 – 95,0%) КФАФ від загального вмісту ідентифікованих фурокумаринів. Це російські і українські сорти: „Круглый местный” (6k7 – 95,0%), “Ранний круглый” (6k1 – 93,0%), “Студент” (6k3,10 – 91,8%), “Лучший…” (6k4 – 91,5%), а також сорти іноземного походження: 6k15,16,17,20,30,31 з КФАФ від 90,4 до 94,0%. Більше 30% з числа вивчених сортозразків сonvar. sativa накопичують в плодах біля 85% КФАФ.

Плоди сорту „Ранний круглый” використані в якості нового промислового джерела КФАФ (93,0%) для розробки субстанції (ІБ) фотосенсибілізуючої дії, як головного інгредієнта принципово нового комплексного дерматологічного препарату „Ізобероксан”, подібно існуючому „Бероксану”.

Плоди видів P. sylvestris, P. umbrosa і ряд сортозразків P. sativa (сonvar. sativa) в межах 60-70% накопичують фурокумариновий комплекс спазмолітичної дії – КСАФ (бергаптен, остхол, сфондин, ізопімпінеллін, імператорин), що обумовлює їх використання в якості потенційних джерел цих сполук для створення субстанції Б-2 нового лікарського засобу кардіологічного профілю подібно „Пастинацину”.

Вид P. armena і сортозразки сonvar. sativa, які накопичують в межах 40% (6k14 – 34,4%; 6k18 – 33,5%; 6k26 – 37,7%; 6k27 – 30,5%) комплекс малоактивних фото-сенсибілі-заторів – КМАФ і в межах 60% (6k14 – 60,1%; 6k27 – 63,5%; 6k18,19 – 58,5%; 6k26 – 55,7%) комплекс фурокумаринів з ослабленою фотосенсибілізуючою дією (КОФАФ), доцільно рекомендувати в якості реальних генетичних джерел продуктивних сортів і форм, придатних до застосування в овочівництві та кормовиробництві.

Оцінка антимікробної дії ефірних олій плодів видів роду Pastinaca, по відношенню до мікроорганізмів і патогенних грибів показала эфективність можливого використання перспективних таксонів, як потенційних джерел ефірноолійних продуцентів з видоспецифічними бактерицидними і фунгіцидними властивостями.

Висновки

Вперше використано комплексний підхід до вивчення роду Pastinaca в регіоні Правобережного Лісостепу України. Науково обгрунтовано і представлено наслідки багаторічних різнобічних досліджень. Отримані результати розширюють уявлення про біоморфологічне, біохімічне різноманіття видів роду Pastinaca і конкретизують перспективність потенційних можливостей.

1. Підтверджено і конкретизовано ряд таксономічних родових і видових ознак та виявлено відмінності, які можливо розглядати в якості діагностичних елементів при міжвидовій диференціації. Виділено репрезентативні карпологічні критерії видів, визначена їх таксономічна цінність. На основі морфологічних особливостей будови мерикарпіїв видів роду Pastinaca достовірно виділено комплекс ознак, які покладено в основу класифікації типів їх форм. В межах роду нами описано 7 типів форм (від округлої до видовжено-еліпсоідальної).

2. Анатомічні особливості плодів і топографія секреторних вмістищ підтвердили родову діагностичність, обумовили структурно-функціональні ознаки секреторної системи плоду кожного виду. Сукупність ряду виділених ознак передбачає їх використання в систематиці і як показника оцінки в прикладних дослідженнях.

3. Насіння видів роду Pastinaca слід віднести до типу насіння з комбінованим спокоєм, який поєднує в собі глибокий екзогенний (наявність покривів перикарпію і спермодерми, значна товщина клітин епідермального слою, присутність інгібіторів – жирних, ефірних олій, фурокумаринів