Разновидности абсорбционных спектров этанольных извлеченийиз листьев растений
2014 В.М. Колдаев
МГорнотаежная станция им. В.Л. Комарова ДВО РАН п. Горнотаежное
Аннотация
В данной статье рассмотрены закономерности соотношений содержания в зеленых листьях хлорофиллов и других пигментов. Зарегистрированы спектры поглощения экстрактов из листьев 45 видов растений 21 семейства. Эти спектры подразделяются на три основных группы по расположению наиболее высоких максимумом в средневолновом, длинноволновом ультрафиолете и в видимой части оптического диапазона. Относительное содержание хлорофилла и других пигментов оценивали по коэффициенту, равному отношению оптической плотности на длине волны 664 нм и оптической плотности на длине волны наибольшего максимума. Первая группа характеризуется низким, вторая средним и третья высоким содержанием хлорофилла в зеленых листьях по сравнению с другими пигментами.
В процессах утилизации энергии света в зеленых листьях кроме хлорофиллов в какой‑то мере участвуют также пигменты не хлорофилловой природы каротины, ксантофиллы и др. [3]. Для характеристики и анализа фотосинтетического аппарата представляет интерес относительное соотношение хлорофиллов по сравнению с другими пигментами, для определения которого широко используется абсорбционная спектроскопия спиртовых извлечений из листьев [1]. Однако фотометрические показатели экстрактов из листьев растений Приморья изучены недостаточно полно.
Цель работы – определение на основе спектрофотометрического анализа спиртовых экстрактов из зеленых листьев относительного содержания хлорофиллов по сравнению с другими хромофорами, что имеет практическое значение, например, при оценке состояния растительных ресурсов.
Материалы и методы
Для исследований использовали листья 45 видов растений из 21 семейства (см. табл.) во время цветения. При заборе материал рандомизировали двойной слепой пробой с использованием набора случайных чисел. Из каждого отобранного листа вида растения вырезали в средней трети по два квадрата 5?5 мм симметрично осевой линии. Вырезанные квадраты из трех листьев немедленно растирали в ступке с кварцевым песком и 10 мл 95% этилового спирта, добавляя углекислый магний, затем фильтровали во флаконы темного стекла. Все манипуляции выполняли в затененном помещении. Спектры регистрировали на цифровом спектрофотометре UV‑2051PC (Shimadzu, Япония), нормировали по наибольшему максимуму и обрабатывали по описанной ранее авторской методике [2]. Соотношение содержания хлорофиллов и других пигментов оценивали по относительному коэффициенту K = D(664)/D(λ max), где D(664) – нормированная оптическая плотность на аналитической длине волны 664 нм и D(λ max) – нормированная оптическая плотность на длине волны наибольшего максимума спектра поглощения.
Результаты и обсуждение
Зарегистрированные спектры поглощения экстрактов из листьев зеленых растений имеют вид многогорбых кривых с 6 – 8 максимумами разной высоты в ультрафиолетовом (УФ) и видимом диапазонах, расположение максимумов в синей, красной, а минимумов в зеленой областях согласуется с литературными данными [3]. Судя по полученным результатам, наиболее высокие максимумы (НВМ) в спектрах экстрактов из листьев разных растений попадают как в УФ, так и синий диапазон. В зависимости от длины волны НВМ зарегистрированные спектры можно подразделить на несколько групп. В первую группу включены спектры с НВМ в коротковолновой 235 – 290 нм (диапазон А), а во вторую – спектры с НВМ в длинноволновой 315 – 370 нм (диапазон B на рис.) УФ области.
Третья группа представлена спектрами с НВМ в видимой синей области 405 – 455 нм, или в диапазоне C. Наибольшая часть, или 42% исследованных спектров относится к первой группе, ко второй и третьей группам 35 и 23% соответственно (см. табл.). Характерным представителем 1‑й группы является спектр экстракта из листьев купальницы Лидебура с НВМ на волне 267 нм, 2‑й группы – спектр экстракта из листьев чабера садового, 330 нм и 3‑й группы – спектр экстракта из листьев клевера ползучего, 434 нм (см. рис.).
Рисунок 1 – Нормированные абсорбционные спектры этанольных экстрактов из листьев купальницы Лидебура (1), чабера садового (2) и клевера ползучего (3). A, B, C – диапазоны длин волн наибольших максимумов. По вертикали – оптическая плотность (D) в относительных единицах, по горизонтали – длина волны (λ) в нм.
Таблица – Диапазон (Д, в нм) наибольших максимумов, их длина волны (λ m), коэффициент K и его репрезентативный интервал (РИ) для абсорбционных спектров извлечений из листьев разных растений.
| Д | Растение | Семейство | λ m | K | РИ |
|---|---|---|---|---|---|
| A (235 – 290) | Береза маньчжурская (Betula mandshurica Nakai) | Betulaceae | 267 | 0,14 | 0,10 – 0,27 |
| Бобы черные (Vicia faba L.) | Fabaceae | 266 | 0,13 | ||
| Дайкон (Raphanus sativus Stank.) | Brassicaceae | 264 | 0,25 | ||
| Гречиха (Fagopyrum esculentum Moench) | Polygonaceae | 259 | 0,23 | ||
| Дицентра (Dicentra spectabilis Bernh.) | Fumariaceae | 262 | 0,19 | ||
| Душица обыкновенная (Origanum vulgare L.) | Lamiaceae | 286 | 0,10 | ||
| Жимолость Маака (Lonicera maackii Maxim) | Caprifoliaceae | 286 | 0,18 | ||
| Купальница Ледебура (Trollius ledebourii Rchb.) | Ranunculaceae | 267 | 0,20 | ||
| Лимонник китайский (Schisandra chinensis Baill.) | Schisandraceae | 268 | 0,16 | ||
| Люпин многолистный (Lupinus polyphyllus Lindl.) | Fabaceae | 264 | 0,37 | ||
| Майоран садовый (Majorana hortensis Moench.) | Lamiaceae | 287 | 0,31 | ||
| Недотрога обыкновенная (Impatiens noli-tangere L.) | Balsaminaceae | 237 | 0,25 | ||
| Недотрога Ройля (Impatiens roylei Walp.) | - “ - | 268 | 0,21 | ||
| Ревень пальчатый (Rheum rhabarbarum L.) | Polygonaceae | 271 | 0,18 | ||
| Сирень амурская (Syringa amurensis Rupr.) | Oleaceae | 281 | 0,26 | ||
| Сирень венгерская (Syringa josikaea J.Jacq.) | - “ - | 282 | 0,31 | ||
| Сирень персидская (Syringa xpersica L.) | - “ - | 251 | 0,19 | ||
| Черемуха азиатская (Padus asiatica Kom.) | Rosaceae | 282 | 0,23 | ||
| Яблоня лесная (Malus sylvestris P. Mill.) | - “ - | 285 | 0,13 | ||
| B (315 – 370) | Анис обыкновенный (Anisum vulgare Gaerth.) | Apiaceae | 332 | 0,22 | 0,28 – 0,45 |
| Брокколи (Brassica oleracea Plenck) | Brassicaceae | 331 | 0,31 | ||
| Горец раскидистый (Persicaria lapathifoliumт Gray) | Polygonaceae | 342 | 0,24 | ||
| Горчица сарепская (Brassica juncea (L.) Czern.) | Brassicaceae | 341 | 0,38 | ||
| Иссоп лекарственный (Hyssopus officinalis L.) | Lamiaceae | 327 | 0,32 | ||
| Крапива двудомная (Urtica dioica L.) | Urticaceae | 331 | 0,42 | ||
| Лапчатка гусиная (Potentilla anserina L.) | Rosaceae | 329 | 0,39 | ||
| Лопух большой (Arctium lappa L.) | Compositae | 331 | 0,38 | ||
| Овсяница даурская (Festuca dahurica Krecz.) | Poaceae | 335 | 0,46 | ||
| Патриния (Patrinia scabiosifolia Fisch. ex Link.) | Valerianaceae | 337 | 0,54 | ||
| Рапс «Карамбоза» (Brassica napus L.) | Brassicaceae | 332 | 0,50 | ||
| Расторопша пятнистая (Silybum marianum Gaertn) | Asteraceae | 332 | 0,23 | ||
| Тысячелистник азиатский (Achillea asiatica Serg.) | Compositae | 330 | 0,23 | ||
| Чабер садовый (Satureja hortensis L.) | Lamiaceae | 330 | 0,32 | ||
| Череда трехраздельная (Bidens tripartite L.) | Asteraceae | 326 | 0,27 | ||
| Щавель кислый (Rumex acetosa L.) | Polygonaceae | 333 | 0,41 | ||
| C (405 – 455) | Галинзога (Galinsoga parviflora Cav.) | Compositae | 434 | 0,58 | 0,46 – 0,64 |
| Горох посевной (Pisum sativum L.) | Fabaceae | 434 | 0,59 | ||
| Клевер ползучий (Trifolium repens L.) | - “ - | 434 | 0,61 | ||
| Лук скорода (Allium schoenoprasum L.) | Alliaceae | 434 | 0,63 | ||
| Лук слизун (Allium nutans L.) | - “ - | 435 | 0,56 | ||
| Настурция большая (Tropaeolum majus L.) | Tropaeolaceae | 434 | 0,60 | ||
| Пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski) | Poaceae | 434 | 0,58 | ||
| Редька посевная (Raphanus sativus L.) | Brassicaceae | 434 | 0,60 | ||
| Фасоль обыкновенная (Phaseolus vulgaris L.) | Fabaceae | 434 | 0,59 | ||
| Цуккини (Cucurbita pepo L.) | Cucurbitaceae | 434 | 0,59 |
Как известно, для спектров спиртовых извлечений из зеленых листьев максимум поглощения в районе 660 – 665 нм является обобщенным признаком хлорофиллов, а его высота, или оптическая плотность отображает их суммарное содержание [1]. Наиболее высокие максимумы поглощения в диапазонах, характерных для спектров 1‑ й и 2‑й групп показывают соответственно наличие и суммарное содержание не хлорофилловых пигментов листа. Отношение высот максимумов на аналитической длине волны 664 нм и на длинах волн НВМ, или коэффициент K дает представление о сравнительном с другими пигментами содержании хлорофиллов в листе. Полученные данные показывают, что коэффициент K для исследованных видов растений принимает индивидуальные значения (см. табл.).
В 1‑й группе для 84,2%, т.е большинства спектров коэффициенты K имеют низкие значения в, так называемом, репрезентативном интервале от 0,10 до 0,27. Однако следует заметить, что для спектров экстрактов из листьев немногих (15,8%) растений значения K выходят за верхнюю границу указанного интервала. Так, для спектров поглощения экстрактов из листьев люпина многолистного, майорана садового и сирени венгерской K превышает ее в 1,15 – 1,3 раза.
Для более половины (62,5%) спектров 2‑й группы коэффициент K принимает значения в репрезентативном интервале от 0,28 до 0,45, т.е. в среднем имеет более высокие значения по сравнению с коэффициентами для спектров 1‑й группы. Но указанная тенденция выполняется не строго, для части спектров (25%), экстрактов из листьев аниса обыкновенного, горца раскидистого, расторопши пятнистой и тысячелистника азиатского K в 1,16 – 1,27 раза меньше нижней границы, а для спектров экстрактов из листьев патринии скабиозолистной и рапса превышает в 1,1 – 1,2 раза верхнюю границу.
Для всех спектров 3‑й группы коэффициент K имеет наибольшие значения, в интервале 0,46 – 0,64, т .е. в среднем превосходит коэффициенты K первой и второй групп в 2,97 и 1,51 раза соответственно.
Таким образом, растения первой группы (A) характеризуются низким, второй (B) средним и третьей (C) относительно высоким содержанием хлорофиллов в зеленых листьях по сравнению с другими пигментами. Можно заметить, что коэффициент линейной корреляции между длиной волны НВМ и значениями K достигает 0,88 ± 0,07 (p < 0,001), т.е. чем короче длина волны НВМ тем меньше значения K, и, по‑видимому, или, другими словами, меньше доля хлорофилловой фракции среди хромофоров зеленого листа.
ВЫВОДЫ
1. Абсорбционные спектры экстрактов из зеленых листьев подразделяются на три группы по положению наиболее высоких максимумов в коротковолновом, длинноволновом ультрафиолете и в синей области оптического диапазона
2. Листья с НВМ спектров поглощения в средневолновом УФ в основном имеют низкое, в длинноволновом УФ среднее и в видимой области наибольшее относительное содержание хлорофиллов по сравнению с другими пигментами зеленого листа.
3. Отношение оптической плотности на длине волны, соответствующей красному пику хлорофилла (664 нм), к оптической плотности на длине волны НВМ в спектрах поглощения экстрактов из листьев, или коэффициент K может служить видовым признаком.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по
фотосинтезу. М.: Издательский центр Академия
,
2003. 256 с.
2. Колдаев В.М. Спектры поглощения экстрактов из лекарственных растений Приморья. М.: Спутник+
,
2013. 128 с.
3. Хелдт Г. В. Биохимия растений. М.: БИНОМ, 2011. 471
с.