Фенольные соединения и антиоксидантная активность Galinsoga parviflora (сем. Asteraceae) из разных мест обитания
Эстелла Бименьиндавьи,
Ольга Арнольдовна Тимофеева
Аннотация
Лекарственные растения синтезируют различные химические компоненты, обладающие широким спектром биологической активности, в т.ч. для профилактики и лечения множественных заболеваний. Однако на синтез и накопление данных веществ влияют условия места обитания, что сказывается на эффективности экстрактов лекарственных растений. Исследование влияния условий места обитания на биоактивные соединения в лекарственных растениях позволит выявить места с наилучшим растительным сырьем. Целью данного исследования было количественное определение фенольных соединений, а также антиоксидантной активности экстракта растения Galinsoga parviflora Cav., растущего в разных условиях окружающей среды Республики Татарстан (г Казань, Лаишевский и Верхнеуслонский районы) и Республики Бурунди (Киримиро, Мугамба, Имбо и Бурагане). Высокое содержание исследуемых веществ было обнаружено в их листьях, по сравнению с другими частями растений. Содержание флавоноидов колебалось в пределах от 4,19±0,25 до 1, 26±0,25 %, растворимых фенольных соединений - от 26,02±0,43 до 16,51±0,79 мг/г, а величина антиоксидантной активности - от 48,96±1,04 до 15,67±1,96 %. Установлено, что условия места обитания повлияли на содержание фенольных соединений и антиоксидантную активность. Растения, которые были собраны в Казани и регионе Мугамба показали высокое содержание фенольных соединений и антиоксидантную активность, по сравнению с другими регионами. По-видимому, большое содержание фенольных соединений в г. Казань связано с высокой антропогенной нагрузкой. Кроме того, растения произрастали на открытых местах с высокой освещенностью. Регион Мугамба расположен относительно высоко над уровнем моря +2000 м. В этих условиях меняется качественный состав света, увеличивается доля УФ-излучения.Можно полагать, что в отсутствии антропогенных факторов решающую роль в накоплении фенольных соединений играет освещенность и, в первую очередь, спектральный состав света.
Ключевые слова: Galinsoga parviflora, флавоноиды, кверцетин, растворимые фенольные соединения, антиоксидантная активность
Phenolic compounds and antioxidant activity of Galinsoga parviflora (family Asteraceae) from different habitats
Estella Bimenyindavyi, Olga A. Timofeeva
Abstract
Medicinal herbs synthesize various chemical components with a wide range of biological activity including the prevention and treatment of multiple diseases. However, the synthesis and accumulation of these substances are affected by the habitat conditions, which impact the effectiveness of herbal extracts. The study of the habitat conditions' influence on bioactive compounds of medicinal herbs will make it possible to identify places with the best plant materials. The aim of this study is to quantify phenolic compounds as well as the antioxidant activity of the Galinsoga parviflora Cav. ' extract growing in different environmental conditions of the Republic of Tatarstan (Kazan, Laishevsky and Verkhneuslonsky districts) and the Republic of Burundi (Kirimiro, Mugamba, Imbo and Buragane). A high content of the studied substances was found in their leaves in comparison with other parts of the plants. The results are as follows: 1) flavonoids - 4.19±0.25 to 1.26±0.25%; 2) soluble phenolic compounds - 26.02±0.43 to 16.51±0.79 mg/g; 3) value of antioxidant activity - 48.96±1.04 to 15.67±1.96%. It was found that the habitat conditions affected the content of phenolic compounds and antioxidant activity. Plants that were collected in Kazan and the Mugamba region showed a high content of phenolic compounds and antioxidant activity (in comparison with other regions). Apparently, the high content of phenolic compounds in Kazan is associated with a high anthropogenic load. In addition, the plants grew in open areas with high illumination. The Mugamba region is located relatively high above sea level +2000 m. Under these conditions, the qualitative composition of light changes and the share of UV radiation increases. It can be assumed that in the absence of anthropogenic factors, illumination and first of all, the spectral composition of light, plays a decisive role in the phenolic compounds' accumulation.
Keywords: Galinsoga parviflora, flavonoids, quercetin, soluble phenolic compounds, antioxidant activity
Введение
Галинсога мелкоцветковая (Galinsoga parviflora), относящаяся к семейству Asteraceae, является сорняком, который встречается как среди культурных растений, так в природных экосистемах. G. parviflora применяют в народной медицине в качестве средства от диареи [1], для лечения дерматологических заболеваний (экзема, лишай, герпес), незаживающих или кровоточащих ран, для облегчения зубной боли, также для лечения простуды и гриппа [2]. Как показали исследования, экстракт растения G. parviflora богат разнообразными вторичными метаболитами, такими как гликозиды, сапонины, флавоноиды, стероиды, дубильные вещества, алкалоиды [3], фенольные кислоты и др. Данные биоактивные соединения, как известно, по разным механизмам в синергии или индивидуально обеспечивают широкий спектр биологической активности антиоксидантной, антибактериальной, противогрибковой, противовирусной, антитромбоцитарной, противовоспалительной и др. [4, 5].
Эффективность экстракта обусловлена наличием в нем достаточного количества биоактивных веществ, которые, в свою очередь, зависят от множества разных факторов, таких, как вид растений, условия роста (географическое положение, климатические условия), время сбора и другие [6]. Это объясняет, почему растения, относящиеся к одному виду, накапливают разные количества веществ, в случае если они находятся в разных условиях обитания или собираются в разные периоды вегетации [7].
Данную работу осуществляли с целью количественного определения фенольных соединений, алкалоидов и антиоксидантной активности экстракта растений G. Parviflora, собранных из разных мест произрастания.
Материалы и методы. В эксперименте использовали надземную часть растений G. Parviflora, которые были собраны в Республике Татарстан (г Казань, Лаишевский и Верхнеуслонский районы) и Республике Бурунди (регионы Киримиро, Мугамба, Имбо и Бурагане).
Растения были собраны и высушены в тени до воздушно-сухого состояния, затем разделены на органы и измельчены до порошкообразного состояния. Измельченное растительное сырье было использовано для приготовления экстракта. Определение флавоноидов проводили на спектрофотометре при длине волны 430 нм в пересчете на кверецетин [8]. Растворимые фенольные соединения извлекали водой (навеска 50 мг в 1,5 мл) и проводили измерение с использованием реактива Фолина- Чокальте [9]. Антиоксидантную активность экстракта оценивали по его способности ингибировать аутоокисление адреналина in vitro и, тем самым, предотвращать образование активных форм кислорода [10]. Опыты проводили в 5 повторностях. Статическая обработка результатов была проведена с использованием Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение
Существуют данные об изменениях в содержании биологически активных веществ и терапевтических свойств в пределах видов растений, растущих в разных эколого-географических условиях обитания [11,12]. Мы определяли содержание фенольных соединений и антиоксидантную активность растений G. parviflora. Результаты отличались в зависимости от места сбора и органов растений при р < 0.05. Установлено, что независимо от места сбора листья содержат большее количество всех изучаемых групп фенольных соединений, по сравнению с другими частями растений.
Было показано, что условия места обитания влияют на содержание флавоноидов. Растения, произрастающие в г. Казань Республики Татарстан и в регионе Мугамба Республики Бурунди, накапливают большее количество флавоноидов в листьях (4,19±0,03 и 4,17±0,19 % соответственно), а самое низкое содержат растения из района Имбо (1,26 ±0,25%) (рис. 1).
Высокое суммарное содержание растворимых фенольных соединений обнаружено в растениях из Мугамба Республики Бурунди (26,02±0,43 мг/г), в то время как г Казань и Лаишевский район Републики Татарстан не отличались по содержанию этих веществ (24,53±0,51 и 24,48±0,08 мг/г соответственно) (рис. 2).
Рис. 1. Содержание флавоноидов в пересчете на кверцетин. Одинаковыми буквами обозначено отсутствие статистически значимых отличий между растениями и при р < 0.05.
Fig. 1. The content of flavonoids in terms of quercetin equivalent. The same letters indicate the absence of statistically significant differences between plants at р < 0.05.
Источник: составлено авторами по результатам исследований.
Source: compiled by the authors based on the results of research.
Рис. 2. Суммарное содержание растворимых фенольных соединений. Одинаковыми буквами обозначено отсутствие статистически значимых отличий между сортами при р < 0.05.
Fig. 2. Total content of soluble phenolic compounds. The same letters indicate the absence of statistically significant differences between plants at р < 0.05.
Эффективность лекарственных растений определяется содержанием в них разнообразных биологически активных веществ. Антиоксидантные свойства растений связаны с наличием в них различных антиоксидантных соединений, в том числе фенольных соединений. Они являются эффективными антиоксидантами, выполняющие важную роль в защите растений от различных стрессорных факторов, в том числе и абиотических, которые увеличивают образование активных форм кислорода, индуцируя окислительный стресс. В нашем исследовании растения, собранные в г. Казань Республики Татарстан и регионе Мугамба Республики Бурунди, проявили наибольшую антиоксидантную активность (48,96±1,04 и 56,25±1,80% соответственно), по сравнению с растениями из других исследуемых регионов. Низкую антиоксидантную активность проявили растения, собранные из района Имбо (15,67±1,96 %) (рис. 3).
Рис. 3. Антиоксидантная активность листьев G. Parviflora. Одинаковыми буквами обозначено отсутствие статистически значимых отличий между растениями при р < 0.05.
Fig. 3. Antioxidant activity of G. parviflora leaves. The same letters indicate the absence of statistically significant differences between plants at р < 0.05.
Источник: составлено авторами по результатам исследований.
Source: compiled by the authors based on the results of research.
фенольный антиоксидантный parviflora
Таким образом, растения G. parviflora, собранные в г. Казань и в регионе Мугамба, показали наилучшее содержание изучаемых веществ и высокую антиоксидантную активность. Вероятно, что на них влияли внешние и географические условия. Среди основных решающих факторов являются освещенность, высота над уровнем моря, антропогенные факторы, состав и влажность почвы. Растения из г. Казани были собраны с открытых мест, где освещенность была максимальная. Кроме того, растения на данном месте подвержены автотранспортным выбросам, поскольку были ближе к автомобильным дорогам, что вероятно влияло на увеличение содержания изученных нами фитохимических веществ. Наши результаты согласуются с результатами работы Немерешина О.Н. и др., 2004 и Дьякова Н. А. и др., 2020. Было показано, что растения, растущие в антропогенной нагрузке, накапливают большее количество флавоноидов, чем растения из экологически чистых мест [13,14]. Известно, что свет влияет на синтез и накопление всех вторичных метаболитов и, в частности, фенольных соединений растений. Он стимулирует экспрессию генов, участвующих в биосинтезе данных веществ [15]. Регион Мугамба характеризуется большой высотой над уровнем моря, минимальной средней температурой и максимальным количеством осадков, по сравнению с другими регионами Бурунди. Есть данные о том, что увеличение высоты над уровнем моря у некоторых растений позитивно коррелирует с накоплением фенольных соединений и антиоксидантных свойств [16]. Связано это, прежде всего, с условиями освещения, поскольку с повышением высоты над уровнем моря увеличивается доля УФ-излучения.
Заключение
Результаты нашего исследования доказывают, что экологические факторы (антропогенная нагрузка, освещенность, температура, высота над уровнем моря) места произрастания изменяют концентрацию фитохимического состава, что сказывается на качестве и эффективности экстрактов лекарственных растений и антиоксидантной активности. Это связано с тем, что в стрессовых условиях изменяется экспрессия генов или активность кодируемых ими белков, участвующих в метаболических путях. В отсутствии антропогенных факторов решающую роль в накоплении фенольных соединений играет освещенность и, в первую очередь, спектральный состав света.
В целом, город Казань Республики Татарстан и регион Мугамба Республики Бурунди оказались лучшими местами для накопления фенольных соединений в растениях G. Parviflora.
Список источников
1. Sanjukta R.K., Das S., Puro K., Ghatak S., Shakuntala I., Sen A. Screening of phytochemical and antibacterial property of some local herbs of Meghalaya // Indian Journal ofHill Farming. 2019. P. 27-32.
2. Samar A., Sara Z., Mohammad Y Ethnobotanical, phytochemical and pharmacological properties of Galinsoga parviflora (Asteraceae): A review // Tropical journal of pharmaceutical research. 2017. Vol. 16(12). P 3023-3033. http://dx.doi.org/10.4314/tjpr.v16i12.29 3033.
3. Ranjitha S., Suganthi A. Preliminary phytochemical analysis of Galinsoga parviflora (Cav) leaves and flowers // International Journal of Research in Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2017. Vol. 2(3). P18-20.
4. Anti-inflammatory activity and phytochemical profile of Galinsoga parviflora Cav / El ibieta S., Marlena D., Ustyna Ch., [et al.] // Molecules. 2018. Vol. 23(9). P1-15. https://doi.org/10.3390/molecules23092133.
5. Swati K., Anshul S., Madan S., Dindayal D. In-vitro anti-arthritic and anti-platelet activity of Galinsoga parviflora Linn // Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry. 2020. Vol. 9(1). P. 2197-2199.
6. Priyanka S., Anita P, Sandeep R., Anju R. Phytochemicals and antioxidants in leaf extracts of Ginkgo biloba with reference to location, seasonal variation and solvent system // Journal of Pharmacy Research. 2013. Vol. 7(9). P 804-809. https://doi.org/10.1016/j.jopr.2013.09.001.
7. Бименьиндавьи Э., Тимофеева О. А. Изменение содержания фенольных соединений и аскорбиновой кислоты в зависимости от места произрастания Chenopodium album, Bidens Pilosa // Агро- ЭкоИнфо. 2021. № 3(45). С.1-11. DOI 10.51419/20213318. - EDN HOCEVI.
8. Андреева В.Ю., Калинкина Г.И. Разработка методики количественного определения флавоноидов в Манжетке обыкновенной Alchemilla vulgaris l.s.l. // Химия растительного сырья. 2000. № 1. С. 85-88.
9. Методы определения редокс-статуса культивируемых клеток растений / Г.В. Сибгатуллина [и др.]. - Казань: Казанский (Приволжский) федеральный университет, 2011. 45 с.
10. Новый подход в оценке антиоксидантной активности растительного сырья при исследовании процесса аутоокисления адреналина / Е.И. Рябинина [и др.] // Химия растительного сырья. 2011. № 3. С. 117-121.
11. Роопші P., Sudip P, Stefano D. The influence of environmental conditions on secondary metabolites in medicinal plants: A literature review // Chem biodiversity. 2021. Vol. 18(11). P. 1-15. https://doi.org/10.1002/ cbdv.202100345.
12. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф. Влияние техногенного загрязнения на содержание флавонои- дов в растениях семейства норичниковых степного Предуралья // Вестник Оренбургского государственного университета. 2004. J№ 10(35). С. 123-126.
13. Дьякова Н.А. Экологическая оценка лекарственного растительного сырья воронежской области на примере цветков пижмы обыкновенной // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2020. №* 1. C. 19-26. doi.org/10.36906/2311-4444/20-1/04.
14. Geographical and environmental variation in chemical constituents and antioxidant properties in Roscoea procera wall / R. Sandeep, [et al.] // Journal of food biochemistry. 2016.Vol. 41(2). P. 1-11. https:/ /doi.org/10.1111/jfbc.12302.
15. Pawan S.R., Pooja S., Chandresh C. Influence of altitude on secondary metabolites and antioxidant activity of Coleus forskohlii root extracts // Research Journal of Medicinal Plants. 2020. Vol. 14(2). P. 43-52. https://doi.org/ 10.3923/ijmp.2020.43.52.