УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

НІКІТСЬКИЙ БОТАНІЧНИЙ САД – НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

КУТЬКО СЕРГІЙ ПРОХОРОВИЧ

УДК: 582.929.4(477.75)

БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ

(SALVIA OFFICINALIS L.) У ПЕРЕДГІРНОМУ КРИМУ

03.00.05 – ботаніка

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Ялта – 2005

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Нікітському ботанічному саду – Національному науковому центрі Української академії аграрних наук.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

Работягов Валерій Дмитрович,

Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр УААН, завідувач відділу нових ароматичних і лікарських культур.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Бугара Олександр Михайлович,

Таврійський Національний університет

ім. В.І.Вернадського Міністерства освіти і науки

України, завідувач кафедри фізіології рослин і біотехнології;

кандидат біологічних наук, доцент

Єна Андрій Васильович,

Південний філіал “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету Кабінету міністрів України, доцент кафедри ботаніки,

фізіології рослин і генетики.

Провідна установа: Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, м. Київ

Захист відбудеться “_31__” __січня___ 2006 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 53.369.01 Нікітського ботанічного саду – Національного наукового центру УААН за адресою: 98648, Україна, Крим, м. Ялта, Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр.

Факс: (0654) 33-65-50

Е-mail: .

C дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці НБС-ННЦ за адресою: 98648, Україна, Крим, м. Ялта, Нікітський ботанічний сад – Національний науковий центр.

Автореферат розіслано “6_” ___грудня__2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.б.н. Садогурський С.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вивчення біологічних особливостей лікарських рослин у нових умовах вирощування і створення промислових плантацій цих культур є актуальним у зв'язку з ростом потреб фармацевтичної промисловості у вітчизняній сировині. Перспективним, екологічно чистим регіоном для промислового вирощування лікарських, ефіроолійних і пряноароматичних рослин є Передгірна зона Криму.

Одним з культивованих видів для використання в медицині як фармакопейна рослина є шавлія лікарська . Використовують у вигляді настою як в'яжучий, бактерицидний і протизапальний засіб для полоскання горла і порожнини рота при стоматитах, компресів при гнійних виразках і ранах, опіках і обмороженнях. Внутрішньо – при хронічному бронхіті, ангіні і ларингіті тощо. Ефірну олію використовують для ароматизації зубних паст, порошків, створення парфумерних композицій, у миловарінні та косметиці.

У листі, крім ефірної олії, містяться смоли, дубильні речовини, флавоноїди, алкалоїди, а також тритерпенові кислоти – урсолова і олеанова (Муравйова, 1981; Мустяце, 1988; Работягов та ін., 2001).

Аналіз літературних даних показав, що повного комплексного дослідження Salvia officinalis L. не проводилось. Обмежена і кількість окремих оригінальних робіт з її біології, онтогенезу й особливо біохімії. В літературі головним чином висвітлюються питання агротехніки вирощування шавлії, проте вони носять загальний характер (Мустяце, 1988; Ілієва, 1971; Котуков, 1974). Не вивченою є проблема біологічної продуктивності. Тому створення сортів і гібридів шавлії лікарської з максимальним вмістом біологічно активних речовин у сировині є актуальною проблемою.

Розв’язанню поставлених завдань сприяє використання перспективних методів створення вихідного матеріалу, сучасних критеріїв його оцінки та ефективних засобів добору високопродуктивних генотипів, заснованих на глибокому та всебічному вивченні продукційного процесу і факторів середовища, що визначають рівень накопичення ефірної олії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались за тематичним планом НБС-ННЦ з 1998 по 2005 рр.

з проблеми № 02 0197U004319 “Залучити, вивчити і виділити перспективні для впровадження у виробництво види ефіроолійних, лікарських, пряноароматичних і барвних рослин, удосконалити методи селекції і створити високопродуктивні сорти” і за планом підготовки здобувача.

Мета і задачі досліджень. Мета даної роботи - дати комплексну характеристику біоморфологічних, анатомічних, біохімічних особливостей та утилітарних ознак шавлії лікарської для виділення перспективних її форм.

У зв’язку з поставленою метою потрібно було вирішити такі завдання:

? виявити особливості росту і розвитку шавлії лікарської, її насіннєве розмноження в умовах Передгірної зони Криму, дати ботанічну характеристику форм, оцінити екотипи за комплексом морфобіологічних ознак; виділити найперспективніші форми і рекомендувати їх для селекції;

? визначити компонентний склад ефірної олії в різних частинах рослини, вивчити динаміку її накопичення в онтогенезі, встановити кількісну залежність основних компонентів і масової частки ефірної олії від екологічних умов і віку рослин;

? встановити особливості вегетативних і репродуктивних органів у зв'язку з локалізацією ефірної олії;

? виявити основні структурні елементи продуктивності шавлії залежно від умов вирощування і дати оцінку їх впливу на продуктивність;

? визначити економічну ефективність і перспективи розширення виробництва шавлії лікарської.

Дослідження проводили на матеріалі, що вирощувався на території радгоспу “Радуга” консорціуму Укрфітотерапія (с. Лікарське) Сімферопольського р-ну АР Крим (1998-2003 рр.).

Об'єкт досліджень – процеси морфогенезу, біосинтезу ефірної олії та формування біологічної продуктивності Salvia officinalis L.

Предмет досліджень – біологічні, біохімічні особливості і господарсько-цінні ознаки шавлії лікарської сорту "Гінецей" різного віку і п'яти екотипів у Передгірній зоні Криму.

Методи досліджень: польовий – для реєстрації фенологічних фаз, визначення врожаю і продуктивності; морфологічний аналіз – для аналізу рослин з різними морфологічними ознаками; лабораторний – для визначення масової частки ефірної олії і її компонентного складу; розрахунковий – для визначення продуктивності однієї особини і рослин з одного гектара; порівняльний – для встановлення відхилень від стандартів рослин на господарсько-цінні ознаки, реакції рослин на зміну погодних умов року; математичний і статистичний – для оцінки вірогідності одержаних результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше виділено і дано ботанічний та біохімічний опис шавлії лікарської вузьколистої (var. angustifolia) і широколистої (var. latifolia) форм, а також рослин з білими (f. albus) і рожевими (f. roseus) квітками. Вперше вивчено біологічні особливості росту і розвитку шавлії лікарської в умовах Передгірної зони Криму. Досліджено онтогенез ефіроолійних залозок, визначено внутрішньовидову мінливість морфолого-анатомічних, господарсько-цінних і біохімічних ознак шавлії.

Визначено хімічний склад ефірної олії органів рослини (листки, стебла, суцвіття, корені). Вивчено динаміку накопичення ефірної олії у шавлії лікарській та її основних компонентів в онтогенезі. Вперше проведено порівняльне вивчення врожайності, продуктивності і компонентного складу ефірної олії рослин різного віку і показано перспективність вирощування шавлії не тільки як лікарської, а й як ефіроолійної рослини.

Вперше розроблено модель продуктивності шавлії лікарської, що ґрунтується на реакції генотипу на екологічні умови, визначено складові ознаки продуктивності і частку впливу генотипу та екологічних факторів. Визначено і математично обґрунтовано кількісні показники оптимальних і критичних умов формування врожаю і біосинтезу ефірної олії. Встановлено закономірності мінливості кількості і якості ефірної олії. На основі комплексних досліджень виділено перспективні високопродуктивні форми для введення в культуру і для подальшої селекції.

Практичне значення. Розроблено технологію вирощування шавлії лікарської в Передгірній зоні Криму. Визначено продуктивність, врожайність, а також оптимальні строки висіву насіння і глибину його закладки. Технологія вирощування шавлії лікарської застосовується у промислових насадженнях ТОВ "Радуга".

Порівняльне вивчення ритму росту і біології розвитку, насіннєвої і сировинної продуктивності та вмісту біологічно активних речовин дало змогу виділити конкретні форми з високими показниками господарсько-цінних ознак, які необхідні для створення високопродуктивних сортів. Встановлено оптимальні строки збору врожаю шавлії лікарської на сировину і на насіння в умовах передгірного Криму та перспективність її вирощування. Матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі Таврійським Національним університетом ім. В.І.Вернадського.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці і виконанні науково-дослідної програми, аналізі літературних джерел, закладанні та проведенні польових і лабораторних досліджень, обробці експериментальних даних, узагальненні і підготовці до друку матеріалів дисертаційної роботи, підготовці основних положень і висновків дисертації.

Апробація результатів досліджень. Результати досліджень доповідалися на засіданнях відділу нових ароматичних і лікарських культур (Ялта, 2001-2005 рр.), засіданні Вченої ради НБС-ННЦ (Ялта, 2005 р.), в Національному ботанічному саду ім. М.М.Гришка НАН України (2005 р.), а також на 6 наукових конференціях: XIV, XV міжнародних конференціях “Екологічні основи онтогенезу природних і культурних угруповань Євразії” (Херсон, 2002; Харків, 2003); міжнародній конференції “Сучасні питання створення і використання сортів і гібридів олійних культур” (Запоріжжя, 2002); міжнародній науково-практичній конференції “Ресурсознавство, колекціонування та охорона біорізноманіття” (Полтава, 2002), міжнародній науковій конференції “Проблеми і перспективи розвитку адаптивного землеробства в XXI сторіччі” (Херсон, 2004); міжнародній науковій конференції “Онтогенез рослин у природному і трансформованому середовищах. Фенолого-біохімічні й екологічні аспекти” (Львів, 2004).

Публікації. За матеріалами досліджень, наведених в дисертації, опубліковано 16 робіт, з них 5 - статті у виданнях, затверджених ВАК України як спеціалізовані за біологічним напрямком, 9 у матеріалах конференцій, 1 методична рекомендація, 1 монографія.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація викладена на 212 сторінках машинописного тексту, складається зі вступу, 7 розділів, висновків, рекомендації виробництву, списку використаних літературних джерел (224 найменування), 10 додатків, включає 31 рисунок, 52 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНЕ І ПРАКТИЧНЕ ВИВЧЕННЯ ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ

У розділі дається короткий аналіз результатів досліджень з питань систематики, біоекології, онтогенезу, фенології, фізіології та біохімії шавлії лікарської, а також даних про використання її в різних галузях народного господарства – медицині, харчовій і парфюмерно-косметичній промисловості. В результаті проведеного аналізу літературних даних виявлено, що недостатньо висвітлені біологія і біохімія шавлії лікарської, проте досить повно вивчено агротехніку її вирощування. Недостатньо вивчено питання біології цвітіння, запилення, ритми росту і розвитку, схожість і проростання насіння, біологічну продуктивність, вплив віку і фази розвитку рослин на вміст і компонентний склад ефірної олії. На основі цього аналізу розроблено програму досліджень на тему дисертації.

РОЗДІЛ 2. УМОВИ І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Експериментальна робота виконувалася на землях радгоспу “Радуга” консорціуму Укрфітотерапія (с. Лікарське) Сімферопольського району (1998-2003 рр.), які розташовані в Передгірній зоні Криму. Ґрунт – чорнозем передгірний міцелярно-карбонатний легкоглинистий плантажований слабоскелетний на червоно-бурих пліоценових глинах (Іванов, 1958; Половицький, Гусєв , 1987).

Дослідження проводилися на культурі шавлії лікарської (Salvia officinalis L.) насіннєвої популяції сорту “Гінецей” віком від одного до десяти років в виробничих посадках, а також в експериментах на модельних рослинах. Досліди проводилися на відкритих ділянках в екологічно вирівняних умовах на загальному агротехнічному фоні за загальноприйнятими методиками. Посівні якості насіння визначали згідно з “Методическими указаниями по семеноведению интродуцентов”. Насіння пророщували в чашках Петрі на вологому фільтрувальному папері при температурі 20-250С в триразовій повторності по 100 насінин у кожній. Польові досліди проводили на відкритих ділянках, засіяних шавлією лікарською. Вивчення ритму росту і розвитку проводили методом фенологічних спостережень (Голубев, 1986) на 25 модельних рослинах за методикою І.Н.Бейдемана (1974) з деякими змінами й доповненнями стосовно до культури. Протягом вегетаційного періоду у рослин відзначалися такі фенологічні фази: сходи (перша пара справжніх листків, третя пара справжніх листків), вегетаційний ріст, бутонізація, цвітіння (початок, масове, кінець), плодоношення, кінець вегетації, друге відростання пагонів.

Насіннєву продуктивність визначали за методом Т.А. Работнова (1950) і методичними вказівками по насінництву интродуцентів (1980).

Врожай сировини визначали шляхом дробового поділянкового обліку кожного зразка у фазі масового цвітіння рослин за методикою польових дослідів Б.А.Доспєхова (1979).

Анатомічні дослідження проводилися на свіжо зібраних зразках на світлових мікроскопах МБС-2, JENAMED. Розмір ефіроолійних залозок вимірювали за допомогою окулярмікрометра (ціна поділки 7,8 мкм) під мікроскопом JENAMED, при збільшенні окуляра 8х, об'єктива 40х.

Масову частку ефірної олії у рослинах визначали методом гідродистиляції за А.С.Гінзбергом на апаратах Клевенджера і перераховували на абсолютно суху масу рослинної сировини.

Вивчення складу ефірних олій проводили методом високоефективної газорідинної хроматографії (Овчинников, 1987; Плешков, 1985; Гринкевич, 1983) на кварцових капілярних колонках з рідкими фазами Carbowax-20М и SE-30 (30 м, вн. діам.0,25 мм). Умови аналізу: 500С, 3 град/хв. Для ідентифікації індивідуальних терпеноїдів використовували метод індексів утримання, а також метод добавок чистих речовин і сумішей відомого хімічного складу.

Проведена статистична обробка з обчисленням середнього арифметичного значення, стандартного відхилення, дисперсії, коефіцієнта варіації при рівні довірчої ймовірності р=0,95. Використовували методи кореляційного, регресійного, багатофакторного регресійного аналізів (Афіфі, 1982; Зайцев, 1973; Маркова, 1971).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

РОЗДІЛ 3. БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ НАВІННЯ ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ

Біологічні особливості і проростання насіння. Основними показниками посівних якостей насіння при вивченні процесу проростання є схожість, енергія, швидкість і дружність проростання.

Насіння шавлії лікарської починало проростати на третю добу, а на 10-у добу проросло 95% насіння. У польових умовах при висіві навесні (квітень) сходи з'явилися на 20-24 добу.

Нами відзначено, що в лабораторних умовах (t=200С) на 3-ю – 4-у добу насіннєва шкірка тріскається і з'являється корінець, який протягом першої доби досягає довжини 5,0±0,4 мм. Через добу він збільшується до 1,8±0,6 мм, і на ньому починає розвиватися система всмоктувальних волосків. Далі темп росту корінця знижується. Сім'ядолі в шавлії лікарської при проростанні цілком спорожняються. Гіпокотиль розвивається через дві доби вслід за корінчиком. На 6-у добу після початку проростання насіння він досягає 3,1±0,3 мм довжини, ще через добу – 4,5±0,4 мм. Далі темп росту гіпокотиля, як і корінця, сповільнюється.

Найважливішу роль у проростанні насіння відіграє температура. Оптимальною температурою для проростання насіння шавлії лікарської є +200С. Слід зазначити, що при температурі +150С насіння почало проростати на 5-у добу, тоді як при +20-250С – на 3-ю добу. При температурі +100С насіння шавлії лікарської почало проростати лише на 10-у добу.

Вплив термінів збереження на проростання насіння. Протягом першого року зберігання насіння шавлії лікарської енергія його проростання і схожість поступово підвищувалися, на другому році зберігання почали знижуватись і через 4 роки виявилися найменшими. Наші дані підтверджують результати досліджень Кошиміцу (Koshimisu T., 1936).

Проростання насіння залежно від маси, розмірів і розміщення в суцвітті. При вивченні якості насіння шавлії лікарської нами встановлено тісний кореляційний зв'язок між масою 1000 насінин, їх розмірами та схожістю, що виражається рівнянням множинної лінійної регресії: У=33,93+3,87Х1+5,69Х2 з коефіцієнтом детермінації R2=0,83. Множинний регресійний аналіз даних дозволяє говорити про частковий вплив кожного з факторів. Схожість насіння шавлії лікарської на 85% залежить від його маси і на 15% - від розмірів. Така залежність між параметрами дає змогу оцінити посівні якості свіжозібраного насіння шавлії лікарської і рекомендувати враховувати ці ознаки при доборі і оцінюванні посівного матеріалу роду Salvia..

РОЗДІЛ 4. БІОЛОГІЯ РОЗВИТКУ SALVIA OFFICINALIS L.

Ріст і розвиток рослин. Ріст і розвиток надземної частини шавлії лікарської починаються з появи над поверхнею ґрунту дрібних сім'ядольних листків серцеподібної форми (5 мм х 10 мм). Через 14-16 діб з'являються перші справжні округлої форми цільнокрайні листки розміром 10 мм х 10 мм. Розміри сім'ядольних листків до цього часу 5 мм х 8 мм. Ще через 5-10 діб з'являється друга пара справжніх листків 10 мм х 11 мм. Перша пара листків збільшується вдвічі. Третя пара листків з’являється через 8-11 діб після другої. Висота рослин у цей час складає 5,1±0,1 см. З появою третьої пари листків рослини починають інтенсивно рости. Четверта і наступні пари листків закладаються з інтервалом у 6-8 діб. Розташування листків у шавлії лікарської перехресно–супротивне. Одночасно з появою першої пари листків на ортотропному головному пагоні (1-го порядку) у пазухах сім'ядольних листочків закладаються пагони 2-го порядку. Надалі утворення 6-ї пари листів на головному пагоні збігається за часом з утворенням пагонів 3-го порядку, що з'являються на бічному пагоні 2-го порядку в пазухах першої пари листків. Однолітні рослини мали найбільший добовий приріст у другій декаді травня у фазі бутонізації. Середньодобова температура при цьому складала +22,70С. Далі ріст і розвиток рослин помітно знижувалися. Лише в окремих рослин однорічного віку спостерігали утворення генеративних пагонів і цвітіння. Масове цвітіння шавлії лікарської спостерігалося в третій декаді травня – першій декаді червня. Суцвіття утворювалися не на всіх пагонах, причому в процесі розвитку рослин відношення числа суцвіть до загального числа пагонів зменшувалося. На пагонах 2-го і 3-го порядків суцвіття були менші за своїми розмірами, ніж суцвіття 1-го порядку.

Коренева система шавлії лікарської на початковому етапі розвитку формується повільно, далі темпи її росту зростають. Через тиждень після появи сходів головний корінь (1-го порядку галуження) молодої рослини проникає на глибину 4,9±0,70 см і починає галузитися. Рослини до кінця першого року життя утворюють могутню кореневу систему з добре розвиненими бічними відгалуженнями 2-го, 3-го і 4-го порядків.

Загальна маса коренів у середньому склала 19,6±0,9 г. У перший рік життя глибина проникнення коренів досягає 56,2±7,0 см, діаметр поширення – 27,5±5,1 см.

Рослини другого року життя значно перевершували ріст і розвиток рослин першого року. У них було більше пагонів, суцвіть, листків, істотно збільшилися розміри суцвіть і площа листової поверхні, майже в п'ять разів збільшилася маса рослин. На другому році життя, так само як і на першому, суцвіття утворилися не на всіх пагонах. У дворічних рослин шавлії лікарської з'являються пагони 4-го порядку галуження, які в однорічних відсутні.

Ріст і розвиток шавлії лікарської на третьому році життя проходить за типом другого року життя. Шавлія лікарська 3-го року життя перевершувала ріст рослин другого року. Отже, шавлія лікарська – багаторічна трав’яниста рослина. Пагони першого порядку мають багаторічні здерев’янілі базальні частини, із бруньок поновлення яких розвиваються однорічні моноциклічні пагони. Пагони першого порядку перевершують ріст і розвиток пагонів вищих порядків. Як показали спостереження, видалення верхівкової бруньки або частини пагона першого порядку стимулює розвиток бічних пагонів. Головна роль кореня першого порядку з віком втрачається.

Морфологічні особливості вегетативних і репродуктивних органів шавлії лікарської. У Salvia officinalis L. дуже чітко простежується поступовість переходу між формами мінливості, що визначається різною мірою пластичності окремих ознак. У шавлії лікарської дуже пластичні величина річного приросту пагонів та інтенсивність їх галуження, розмір і форма листків, висота, опушеність і форма квітконосних стебел, опушеність країв і поверхні листків, розмір, форма й опушеність зубців трубки чашечки і віночка, жилкування листків тощо. У першій декаді квітня в шавлії відмічається початок вегетації і спостерігається інтенсивний ріст і розвиток рослин, що триває в середньому 20-25 діб. Порівняльне вивчення рослин показало, що початок вегетації у всіх рослин, не залежить від їх віку і відбувається майже в один і той же час (різниця 1-2 доби) при температурі повітря +50С. Далі спостерігається різниця в рості рослин залежно від їх віку. Інтенсивний ріст відмічається у рослин шавлії на третьому році життя, дещо сповільнений спостерігається ріст стебел у рослин четвертого року, ще повільніший у рослин п’ятого року життя. У рослин восьмого року життя ріст і розвиток вегетативних пагонів ще більш уповільнюється, а в рослин десятого року життя ріст пагонів найповільніший. Так, через 20 діб з моменту відростання висота рослин другого, третього і четвертого років життя досягала 28,9-33,1 і 34,6 см відповідно, тоді як у рослин 8-го року життя була 20,9 см, у рослин 10-го року життя була найнижчою – 16,3 см. Приріст вегетативного пагона в рослин 2-го, 3-го і 4-го років життя склав за той же час 16-20 см, у рослин 8-го року життя 9 см, а на 10 році життя лише 5 см. У рослин 3-го, 4-го року життя інтенсивність росту пагона -1 см/добу, 2-го року – 0,8 см/добу, 8-го року – 0,5 см/добу. Найнижчою була швидкість росту пагонів у рослин 10-го року життя – 0,25 см/добу.

Проведене нами порівняльне вивчення рослин шавлії у культурі різного віку показало, що найбільша висота відзначена в рослин 3-го і 4-го років життя (45 см), дещо менша у рослин другого року життя (41,6 см). Значно меншою була висота рослин 8-го року життя – 35,5 см і найнижчою у рослин 10-го року життя, що пов'язано із старінням і відмиранням кореневої системи.

Дослідженнями встановлено, що, незалежно від віку рослин, висота куща збільшується завдяки приросту вегетативних пагонів до фази повного відростання, а далі - за рахунок збільшення висоти квітконосних стебел.

При вивченні форми листкової пластинки шавлії лікарської виявлено, що в популяції зустрічаються рослини трьох форм - вузьколиста, широколиста і проміжна. Характер розподілу за формою листка такий: 80% проміжна, 7,5% - широколиста і 12,5% вузьколиста. Листя у шавлії лікарської черешкове, довгасте, видовжено- або широколанцетне з притупленою верхівкою, біля основи часто з однією або двома глибоко надрізаними лопатями (“вушками”). Край листка дрібногородчатий, поверхня пластинки рівномірно дрібновиїмчаста із-за сильно втисненої зверху й опуклої знизу густої мережі жилок 3-го і 4-го порядку. Листя сильно опушене. Більш опушене молоде листя, яке має сріблясто-біле забарвлення.

Рослини шавлії лікарської нами розділені на три групи: перша – рослини з вузькою формою листя, має гостру вершину біля основи клиноподібне, довжина листка 3,5-8,0 см, ширина - 1,5-2,5 см, площа листової пластинки в середньому 7,7±0,4 см2; друга - рослини із проміжною формою листя, мають широколанцетну форму з закругленою верхівкою й основою, іноді біля основи з двома маленькими лопатями, довжина листка 7,5-11,6 см, ширина -2,1-3,9 см, площа листкової пластинки в середньому 22,7±0,7 см2 ; третя - рослини із широкою формою листків, мають туповидну вершину і закруглену основу, іноді з однією або двома лопатями, довжина лискта 9,7-14,4 см, ширина - 3,6-4,5 см, площа листкової пластинки 38,2±0,9 см2.

Наведено дані з впливу віку рослин на параметри листової пластинки шавлії лікарської. Виміри проведено на рослинах різного віку, вирощених на тій самій ділянці, в однакових умовах, у фазі масового цвітіння, щоб уникнути впливу зовнішніх факторів. Аналіз даних показав, що найбільшу площу листкової пластинки (9,7±0,9 см2) мали рослини 4-го року життя, у них велика довжина і ширина листка. Трохи меншою була площа листкової пластинки у рослин 3-го року життя – 8,4±0,5 см2, відзначено менші довжину і ширину листка. Ще меншими були розміри листка у рослин 5-го, далі 8-го років життя і найменшу площу листка (5,5±0,3 см2 ) відзначено у рослин 10 року життя.

Онтогенез ефіроолійних залозок. Анатомія і локалізація ефіроолійних залозок. Дослідженнями встановлено, що у Salvia officinalis ефіроолійні залозки утво-рюються на самих ранніх етапах розвитку органу шляхом випинання епідермальних клітин і наступних один за одним їх мітотичних поділів. Внаслідок першого поділу виникають дві клітини – базальна, яка є ніжкою залозки й апікальна, з якою формується голівка, що проходить послідовно: одно-, дво-, чотири- і восьмиклітинну стадії розвитку. Мітози в апікальній частині залозки проходять асинхронно. У клітинах однієї ефіроолійної залозки спостерігалися цикли поділу, що ще не починались, незакінчені і що вже відбулися. Цитоморфологічна будова клітин залозки вказує на їх фізіолого-біохімічну активність. Локалізація залозок на досліджуваних органах у процесі диференціації рослини неоднакова. Максимальна кількість ефіроолійних залозок зосереджена на нижньому епідермісі листка, трохи менша – в міжребер?ях зовнішньої сторони чашечки квітки. Ще менша їх кількість міститься на нижній стороні листка, також на прицвітку і стеблі, незначна – на верхній зовнішній стороні віночка.

РОЗДІЛ 5. ОСОБЛИВОСТІ НАКОПИЧЕННЯ ЕФІРНОЇ ОЛІЇ В ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ.

Вивчення насіннєвої популяції рослин шавлії лікарської показало, що вони являють собою суміш особин і відрізняються великим поліморфізмом з різним виходом ефірної олії, серед яких є форми з високим вмістом ефірної олії.

Структурний аналіз органів рослин показав різний вміст ефірної олії (табл.1). Низький вміст її відзначено у коренях (0,019-0,025% на сиру масу або 0,04% на суху речовину), трохи вищий - знаходиться в стеблах (0,25-0,8% на суху масу), найвищий

Таблиця 1.

Вміст ефірної олії у Salvia officinalis (% на сиру масу/% на суху масу)

Частини рослини | Вік рослин, рік

2 | 3 | 4 | 5 | 8 | 10

корінь | 0,03±0,01

0,05±0,02 | 0,03±0,01

0,04±0,03 | 0,02±0,02

0,04±0,02 | 0,03±0,03

0,04±0,04 | 0,02±0,02

0,04±0,05 | 0,02±0,01

0,04±0,02

надземна маса | 0,35±0,04

1,35±0,11 | 0,40±0,04

1,43±0,14 | 0,42±0,05

1,57±1,13 | 0,41±0,04

1,52±0,13 | 0,40±0,38

1,30±0,10 | 0,38±0,03

1,22±0,11

стебло | 0,25±0,04

0,60±0,04 | 0,27±0,04

0,65±1,04 | 0,30±0,02

0,76±0,05 | 0,23±0,03

0,62±0,04 | 0,25+0,03

0,54±0,04 | 0,24±0,04

0,51±0,03

лист | 0.35±0,25

1,25±0,08 | 0,55±0,03

1,96±0,12 | 0,58±0,04

2,08±0,16 | 0,55±0,04

1,81±0,14 | 0,60±0,04

1,80±0,13 | 0,43±0,04

1,67±0,12

суцвіття | 0,32+0,04

1,28±0,10 | 0,37±0,04

1,35±0,15 | 0,31±0,04

1,34±0,12 | 0,31±0,91

1,32±0,11 | 0,35±0,01

1,15±0,11 | 0,39±0,03

1,04±0,13

- у суцвіттях (0,9-1,8% на суху масу), проте найбільший його вміст ефірної олії відзначено у листках – до 2,9% на суху масу. Дослідженнями встановлено, що кількісне співвідношення цих частин рослини в надземній масі сировини (середня проба сировини для аналізу) дуже впливає на загальну масову частку ефірної олії. Вміст ефірної олії в надземній масі шавлії становить в межах 0,29-0,55% на сиру масу або 0,68- 2,25% на суху речовину.

Виявлено, що квітконосний пагон є баластом у суцвітті, а його процентний вміст складає 53,2%, тим і пояснюється низький вміст ефірної олії. Нами встановлено тісний зв'язок між кількісним співвідношенням у сировині листків, стебел і квітів - чим більше у сировині листків і менше стебел, тим вища масова частка ефірної олії у рослині. В результаті досліджень визначено оптимальне кількісне співвідношення в надземній масі сировини листків і стебел (2,5:1), при якому вміст ефірної олії максимальний (табл. 2).

Таблиця 2

Залежність вмісту ефірної олії шавлії лікарської від співвідношення лист/стебло

Статистичні

харак-теристики |

врожай сировини з 1 рослини, г |

маса листків, г |

маса стебел, г |

індекс листок-стебло | масова частка

ефірної олії, %

на сиру масу | на суху масу

Х±Sх | 374,2±20,8 | 233,5±13,6 | 137,8±10,2 | 1,73±0,51 | 0,49±0,17 | 1,62±0,34

max-min | 231-

624 | 134-

340 | 95-

284 | 0,98-

2,78 | 0,30-

0,88 | 0,93-

2,33

V,% | 25,6 | 26,7 | 34,0 | 29,5 | 24,7 | 21,0

Встановлено тісний кореляційний зв'язок між масовою часткою ефірної олії та індексом лист/стебло, коефіцієнт кореляції r=0,943. Ця залежність описується таким лінійним рівнянням:

М=0,754+0,518 І,

де М- частка ефірної олії, % на суху масу, І– індекс лист/стебло.

В результаті досліджень визначено, що чим більша площа листкової пластинки і число листків на рослині, тим вища масова частка ефірної олії. Масова частка ефірної олії шавлії лікарської визначається кількістю ефіроолійних залозок та їх розміром. Нами встановлено зв'язок між масовою часткою ефірної олії, числом залозок і їх розміром. Виявлено залежність між числом залозок на 1 мм2 нижньої поверхні листка, величиною та масовою часткою ефірної олії в рослині. Показано, що чим більша кількість залозок на 1мм2 і більший їх діаметр, тим вищий вміст ефірної олії. Встановлену залежність ми описали рівнянням регресії:

У=-0,664+0,010Х1+0,133Х2

де: У – масова частка ефірної олії в листках, %; Х1 – діаметр залозок, мкм;

Х2 – число залозок на 1мм2.

Встановлено, що частка впливу числа залозок на нижній поверхні листка складає 80,4%, а діаметра залозок – 19,6%.

Подібну залежність нами виявлено і на квітках у шавлії лікарської. Чим більше число залозок на чашечці (на 1 мм довжини міжребер?я) і діаметр залозки, тим вища масова частка олії в рослині. В результаті досліджень встановлено, що масова частка ефірної олії залежить від віку рослин, а також виявлено взаємозалежність між перерахованими згаданими вище ознаками.

В процесі вивчення динаміки накопичення ефірної олії виявлено, що максимальна її кількість досягала у фазі масове цвітіння – до 1,8% на суху сировину. Далі у фазі кінець цвітіння спостерігається деяке зниження до 1,5%, а у фазі дозрівання насіння почалося помітне зниження вмісту ефірної олії до 1,3% на суху речовину. Зниження олії пояснюється посиленим ростом квітконосного пагона і збільшенням його маси в сировині, а квітконос є баластом, оскільки містить лише сліди ефірної олії. У фазі плодоношення продовжувалося подальше зниження вмісту ефірної олії до 1,14% на суху речовину. Як з'ясувалося, така закономірність характерна для рослин Salvia officinalas різного віку і не залежить від кількості років життя. Аналіз сировини рослин різного віку, проведений в один рік (2002 р.) наочно свідчить про це.

Вплив гідротермічних факторів на накопичення ефірної олії. При вивченні впливу погодних умов року на масову частку ефірної олії в рослинах шавлії лікарської аналіз вмісту ефірної олії в надземній масі сировини визначали щороку в один і той же час (3-11 жовтня) протягом 5 років (1998-2002 рр.). Для цих досліджень брали рослини тільки першого року життя. Як показало 5-річне вивчення, протягом періоду активної вегетації лімітуючі фактори середовища були різні. На основі дисперсійного аналізу одержано таке рівняння множинної лінійної регресії:

У=-2,29+0,074 Х1+0,002 Х2+0,002 Х3+0,0002 Х4+0,0001 Х5+0,0001 Х6,

де: У- масова частка ефірної олії, % на суху масу сировини,

Х1- середня температура повітря за період вегетації, Х2- сума опадів, мм,

Х3- відносна вологість повітря, %, Х4- сума активних температур >50С,

Х5- сума активних температур >100С, Х6- тривалість сонячного світла, година.

Найбільший вплив на масову частку ефірної олії має сума опадів за період вегетації, де показник питомої ваги впливу складає 42%, далі – сума активних температур >+50С, сила впливу яких складала 30,7%, далі сума активних температур >+100С (16,7%). Дещо менший вплив має середньодобова температура повітря за період вегетації (12,1%) і тривалість сонячного освітлення (5,1%). Таким чином, масова частка ефірної олії шавлії лікарської визначається генетичною основою рослини і зберігається або порушується залежно від умов середовища.

Порівняльне вивчення рослин шавлії лікарської різного віку за вмістом ефірної олії в надземній масі (нм.) і в стеблах (ст.) за фазами розвитку зображено графічно на рис.1. Масова частка ефірної олії в перерахуванні на суху речовину максимальна в рослин 4-річного віку. Проміжне положення за вмістом ефірної олії у надземній масі сировини займають рослини шавлії лікарської 2-го, 3-го, 4-го і 5-го років життя. Найнижчий вміст ефірної олії у 8-и і 10-и річних рослин.

На основі досліджень ми зробили висновок, що масова частка ефірної олії в надземній масі сировини шавлії лікарської незалежно від віку має однотипний характер мінливості за фазами розвитку. Мінімальний вміст ефірної олії спостерігається у фазі початок відростання з поступовим збільшенням за фазами розвитку до масового цвітіння і різким спадом у фазі кінець цвітіння. Необхідно відзначити, що зі збільшенням віку рослини дещо підвищується масова частка ефірної олії і найбільший вихід її нами відзначений у 4-річних рослин шавлії лікарської. Далі зі збільшенням віку рослини в міру старіння відбувається зниження масової частки ефірної олії і мінімум її відзначений у 10-річних рослин.

нм. – надземна маса; ст. – стебла; р. – рік.

Рис. 1. Вміст ефірної олії у надземній масі та стеблах Salvia officinalis L. різного віку за фазами розвитку.

РОЗДІЛ 6. ВИВЧЕННЯ КОМПОНЕНТНОГО СКЛАДУ ЕФІРНОЇ ОЛІЇ SALVIA OFFICINALIS L.

Внутрішньовидова мінливість складу ефірної олії У шавлії лікарської при насіннєвому розмноженні. Вивчення компонентного складу ефірної олії насіннєвої популяції шавлії лікарської показало, що внутрішньовидовий її склад з надземної маси досить різноманітний і складається з таких основних компонентів: ?- і ?–туйони, 1,8-цинеол, камфора, борнеол, ?- і ?–пінени, каріофілен і сесквітерпени. Виявлено 28 монотерпенових сполук, ідентифіковано 26 терпеноїдів. Аналіз ефірної олії показав, що в насіннєвому потомстві шавлії спостерігалася значна мінливість за складом ефірної олії. Основна частина рослин (75%) синтезувала туйон, камфору, цинеол, борнеол, пінен, камфен, мірцен і в незначних кількостях інші компоненти. Ця група рослин синтезувала, в основному, ?- і ?-туйон (50%), цинеол (до 8%), камфору (до 15%), борнеол (до 5%).

Вплив віку рослин на компонентний склад ефірної олії шавлії лікарської. Порівняльне вивчення біосинтезу терпеноїдов у рослин Salvia officinalis показало, що в міру старіння (8-и і 10-и річні рослини) відбувається зниження біосинтезу 1,8-цинеолу,. ?- туйону, ?- пінену, борнеолу. Так, масова частка ?- туйону мала максимум у 2-річних рослин (26,55%), а мінімум – 20,3% - у 10-річних рослин. Аналогічна картина спостерігається з біосинтезу борнеолу (табл. 3) Дещо інше спостерігається в накопиченні камфори – максимум (12,45%) відзначений у 4-річних рослин. Щодо 1,8-цинеолу, то за нашими даними у 2-річних рослин масова частка його в ефірній олії складала 12,35%, далі зі збільшенням віку рослин іде спад до 3,7% у 8-річних рослин і різким збільшенням до 12,6% у 10-річному віці. Домінуючими компонентами ефірної олії є туйони (42%), цинеол (21,6%), борнеол (11,4%), камфора (10,6%).

Таким чином, біосинтез камфори, ?-туйону і особливо сесквитерпенів у міру збільшення віку рослини (8-й рік життя) мають тенденцію до збільшення. Оптимальними за якісним складом ефірної олії є 4-річні рослини.

Динаміка біосинтезу компонентів ефірної олії у шавлії лікарської за фазами розвитку. Щодо динаміки біосинтезу окремих компонентів у надземній масі шавлії лікарської за фазами розвитку, для більшості рослин гістограми мали однотипний характер і істотної різниці не спостерігалось.

Гістограми за вмістом в олії ?- і ?-пінену, камфену, 1,8-цинеолу, мірцену, борнеолу, сесквітерпенів подібні. Так, наприклад, біосинтез вмісту 1,8-цинеолу в надземній масі змінювався за фазами таким чином: у фазі відростання його кількість була 11,8%, у фазі бутонізації знизився до 1,3%, різко зріс у фазі цвітіння, досяг максимуму у фазі кінець цвітіння (30,1%), а у фазі плодоносіння знизився до 6%. Аналогічно виглядає крива зміни ?-туйону, яка також досягає максимуму у фазі кінець цвітіння (30%). Біосинтез камфори мав трохи інший характер. Її вміст поступово знижувався до мінімуму у фазі масове цвітіння (6%), далі йде різке збільшення і максимум спостерігався у фазі дозрівання насіння (14,3%).

Таблиця 3

Компонентний склад ефірної олії шавлії лікарської різного віку, % (фаза – кінець цвітіння, сорт Гінецей, 2002 р.)

Компоненти | Вік рослин, рік

2 | 3 | 4 | 8 | 10

?-пінен | 1,3±0,70 | 1,3±0,09 | 2,1±0,1 | 0,7±0,11 | 0,1±0,01

камфора | 5,8±0,60 | 8,1±0,80 | 10,4±0,09 | 10,0±0,70 | 8,9±0,10

?-пінен | 3,9±0,08 | 3,8±0,10 | 4,3±0,08 | 2,4±0,13 | 0,7±0,03

мірцен | 0,6±0,01 | 0,5±0,01 | 0,3±0,08 | 0,7±0,07 | 0,2±0,08

1,8-цинеол | 21,6±0,25 | 12,0±0,20 | 17,6±0,20 | 16,9±0,48 | 10,9±0,44

цис-?-оцімен | 0,3±0,01 | 0,4±0,01 | 1,0±0,02 | 0,2±0,04 | 0,5±0,03

транс-?-оцімен | 0,1±0,01 | 0,2±0,01 | 0,5±0,01 | 0,2±0,03 | 0,1±0,02

?-туйон | 33,6±1,00 | 31,0±0,99 | 32,8±0,80 | 26,1±090 | 22,0±0,85

?-туйон | 7,9±0,80 | 9,8±0,75 | 9,4±0,70 | 15,3±1,00 | 16,1±0,75

борнеол | 7,1±0,58 | 11,5±0,9 | 3,1±0,10 | 2,6±0,15 | 3,6±0,10

борнілацетат | 2,0±0,02 | 1,4±0,15 | 0,9±0,10 | 0,5±0,09 | 1,3±0,10

камфен | 1,6±0,07 | 1,9±0,10 | 1,8±0,10 | 0,6±0,08 | 0,15±0,01

вірідіфлорол | 3,2±0,02 | 5,3±0,08 | 4,7±0,07 | 4,7±0,19 | 9,0±0,05

?-каріофілен | 5,3±0,03 | 5,8±0,05 | 4,4±0,06 | 4,0±0,03 | 11,1±0,04

?-гумулен | 2,1±0,02 | 2,5±0,02 | 3,1±0,23 | 2,1±0,02 | 4,8±0,02

каріофіленепок-сид | 0,7±0,03 | 1,2±0,05 | 2,0±0,05 | 0,8±0,01 | 1,1±0,04

гумулен-6, 7-епоксид | 0,3±0,01 | 0,7±0,03 | 2,4±0,02 | 0,6±0,01 | 0,6±0,01

Аналіз біосинтезу компонентів дав змогу виявити таку закономірність: динаміка накопичення ?-туйону знаходиться у протифазі з динамікою біосинтезу ?–туйону, борнеолу, сесквітерпенів. Так, наприклад, при збільшенні вмісту ?-туйону відбувається зниження ?–туйону, борнеолу і сесквітерпенів, що необхідно враховувати при селекції.

Вивчення компонентного складу ефірної олії шавлії лікарської у вегетативних і генеративних органах. Дослідження показали, що всі органи шавлії лікарської містять ефірну олію (табл. 4). Найбільша її кількість міститься в листках, дещо менше у суцвіттях, ще менше у стеблах і мінімальна у коренях рослин.

Домінантним компонентом є ?- і ? -туйони, масова частка яких склала 36,0%, далі йде 1,8-цинеол (до 21,6%). Спирт борнеол варіював від 2 до 15%, а є ?- і ? -пінени в сумі складали 3,8%. Сума сесквітерпенів знаходилася у межах 24%.

Таблиця 4

Компонентний склад ефірної олії в органах шавлії лікарської, 2002 – 2003 рр.

Компоненти | Органи рослин

Надземна маса | Лист | Стебло | Суцвіття | Корінь

?- пінен | 0,96 | 0,88 | 0,35 | 0,94 | 0,55

камфен | 1,15 | 0,97 | 0,40 | 0,80 | 0,28

?-пінен | 2,81 | 2,75 | 1,28 | 5,45 | 1,63

мірцен | 0,45 | 0,48 | 0,35 | 0,43 | 0,10

1,8-цинеол | 10,0 | 11,71 | 5,25 | 13,09 | 2,80

цис-?-оцімен | 0,34 | 0,86 | 0,18 | 0,26 | 0,10

транс-?-оцімен |