Горшкова Л.М. ,
Богданова А.С.
Глухівський
національний педагогічний
університет імені
Олександра Довженка
ДО ПИТАННЯ ВИВЧЕННЯ
ВИДІЛЬНИХ СТРУКТУР У КОНОПЕЛЬ
У процесі життєдіяльності рослинного організму формуються внутрішні та
зовнішні видільні структури, які містять продукти обміну речовин – біологічно
активних, токсичних,чужорідних, або надлишку води, солей та інше [1]. Виділення
метаболітів може відбуватися із метаболічно активних компартментів у клітини
менш активні або відбувається виведення речовин, які вже не використовуються у метаболізмі, із обміну [1].
Фізіологічні основи видільних структур вивчені недостатньо. Одна із причин
більш глибокого пізнання цього процесу зумовлена тим, що на відміну від
тваринних організмів, рослини не мають спеціалізованих секреторних структур і
видільна функція притаманна кожній клітині і тканині.
Класифікація рослинних виділень представлена в роботі О.А. Зауралова, Т.С.
Саламатової та інших вчених [5]. Отримані результати досліджень дають
можливість пояснити значення багатьох побічних продуктів метаболізму і
визначити їх певні фізіологічні функції.
Визначення механізму виділення речовин показує, що секреторний процес
досить активно відбувається у рослин за допомогою іонних насосів крізь
мембрани, або відбувається виділення кінцевих речовин в середину клітини, або
інші її компартменти. Можливі процеси, коли вся клітина перетворюється на
секрет. Доведено, що виділення речовин може здійснюватися із затратами енергії
АТФ [3].
Виділення у рослин конопель вивчалось на зразках посівних сортів - Cannabis sativa L. Особливу увагу приділяли біологічним
основам формування каннабіноїдних сполук в онтогенезі, динаміці накопичення цих
речовин чоловічими, жіночими та однодомними типами. На численному матеріалі
методами тонкошарової (ТГХ) та газорідинної (ГРХ) хроматографії було
встановлено, що вегетативні та генеративні органи рослин синтезували кінцеві
сполуки – каннабіноїди : каннабінол (КБН), каннабідіол (КБД), тетрагідроканнабінол
(ТГК), каннабіхромен (КБХ), та інші. Тетрагідроканнабінол найбільш біологічно
активна речовина, яка викликає психотоміметичні явища.
Результатами багатьох кількісних аналізів було доведено, що місцем
локалізації цих сполук є складні секреторні структури – залозисті трихоми або
волоски. Кожен волосок просочений продуктами обміну речовин – каннабіноїдами.
Нижнім розширеним кінцем волосок занурений у клітину епідерми. Верхня частина
закінчується голівкою, яка у одних у разі дотику відламується (головчато-
стебельчасті групи «б» і «в»), у інших - ні (головчато – стебельчасті групи
«а»). Покривні волоски каннабіноїдних сполук не містили [2].
Метою та завданням даної роботи є визначення механізму виділення речовин, а
також пояснення деяких процесів
накопичення природних фенолів – каннабіноїдів, як у клітинах тканин, так
і в залозистих волосках.
Матеріали та методи
Для вирішення поставлених питань були використані вегетативні та
генеративні органи дводомних та однодомних сортів конопель – Глухівські 10 та
ЮСО – 29. Для визначення вмісту каннабіноїдних сполук застосовували методи
тонкошарової хроматографії (ТШХ) та газорідинної хроматографії (ГРХ).
Мікроскопічний опис морфології залозистих і не залозистих волосків проводили на
стереоскопічних мікроскопах МБС – 10 та Х8 - 2610.
Результати досліджень та
обговорення
Поряд з описом морфологічних ознак залозистих волосків , розташованих на
вегетативних і генеративних органах рослин, проводилися аналізи з визначення
вмісту каннабіноїдних речовин.
Аналіз вмісту цих сполук на крупних листках рослин, визначених методом
тонкошарової хроматографії показав значну кількість біологічно активного
тетрагідроканнабінолу (ТГК) -8-10 балів, каннабідіолу (КБД) -3-6 балів,
каннабінолу (КБН) – 1-4 балів і каннабідіолової кислоти 1-6 балів (табл.1).
Таблиця 1
Вміст каннабіноїдних
сполук у крупних листках
|
Батьківські форми |
Пара листків |
Кількість х/ покривних волосків, штук
(1мм2) |
Вміст каннабіноїдів (бали) |
|||
|
КБД |
ТГК |
КБН |
КБДК |
|||
|
ЮСО-29 |
2 |
0,75 |
3 |
8 |
2 |
3 |
|
5 |
0,5 |
3 |
5 |
1 |
1 |
|
|
9 |
0,5 |
4 |
8 |
3 |
5 |
|
|
10 |
1,25 |
4 |
8 |
3 |
3 |
|
|
11 |
1,25 |
4 |
8 |
3 |
3 |
|
|
13 |
0,5 |
4 |
8 |
2 |
4 |
|
|
14 |
1,25 |
5 |
10 |
4 |
6 |
|
|
Глухівські 10 |
4 |
0,5 |
2 |
6 |
сліди |
сліди |
|
5 |
1,25 |
2 |
7 |
1 |
сліди |
|
|
9 |
1,25 |
4 |
10 |
3 |
3 |
|
|
10 |
1,25 |
5 |
10 |
3 |
3 |
|
|
11 |
2,25 |
5 |
10 |
4 |
5 |
|
|
12 |
2,25 |
6 |
10 |
3 |
4 |
|
|
13 |
1,75 |
4 |
10 |
2 |
3 |
|
|
14 |
2,25 |
5 |
10 |
2 |
3 |
|
|
15 |
2,50 |
5 |
10 |
2 |
3 |
|
|
х/
залозисті волоски відсутні |
||||||
Як свідчать результати аналізів, кількість каннабіноїдів збільшувалась починаючи з першої пари
листків, що було пов’язано з активними фізіолого – біохімічними процесами
рослин у період бутонізації і цвітіння. До початку дозрівання насіння кількість
визначених сполук поступово збільшувалась і на 14-15 парі листків була
найвищою.
Мікроскопічний перегляд та морфологічний аналіз поверхні листків конопель
показав наявність секреторних структур епідермального походження . Нижні
сторони листків були вкриті трихомами покривного типу. Залозисті трихоми були
відсутні (табл.1).
Генеративни органи рослин - квітки з пилком і насіння, містили невелику
кількість каннабіноїдних сполук, яка визначалась як «сліди».
На поверхні квіток, пилку та насіння були відсутні трихоми, як залозистого,
так і покривного типів [табл.2].
Таблиця 2
Вміст каннабіноїдних сполук у генеративних органах конопель, ЮСО-29
|
Каннабіноїди |
Органи, які аналізувалися х/ |
|
|
Квітки з пилком |
Насіння |
|
|
КБД |
слабі сліди |
сліди |
|
ТГК |
0 |
сліди |
|
КБН |
3 |
сліди |
|
КБДК |
5 |
сліди |
|
х/ залозисті і покривні волоски
відсутні |
||
Аналіз великої кількості оцвітин показав, що вони були вкриті волосками
різної морфологічної структури.
Описані залози, що відрізняються за морфологічними ознаками, були тісно
пов’язані з вмістом каннабіноїдних речовин і особливо ТГК [табл.3].
Таблиця 3
Залежність між
морфологічними ознаками залозистих волосків і вмістом каннабіноїдних речовин
(оцвітини) ГРХ
|
Номер рослини |
Кількість головчато-стебельчастих волосків на 1 мм2,
штук |
Склад каннабіноїдів (%) |
||||
|
КБД |
ТГК |
КБН |
||||
|
Група «в» |
Група «а» |
|||||
|
ЮСО-29 |
||||||
|
150 |
нема |
нема |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
431 |
нема |
нема |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
435 |
нема |
нема |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
133 |
нема |
нема |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
|
|
131 |
0 |
0,88 |
1,699 |
1,820 |
1,296 |
|
|
1386 |
0 |
0,80 |
0,703 |
1,716 |
1,402 |
|
Одержані результати свідчили, що на вегетативних і генеративних органах
сформована видільна структура, яка відрізняється як за ступенем спеціалізації,
так і за локалізацією їх у рослинному організмі. Залозисті волоски, які описані
на оцвітинах, були відсутні на крупних листках стебла, пилку, квітках та
насінні, але каннабіноїдні сполуки вони містили. Можливо, утворення
каннабіноїдів у цих органах пов’язане з окремими видільними клітинами,
розсіяними серед інших тканин. Враховуючи, що перелічені органи рослин містили
каннабіноїдні речовини, можна припустити, що «вмістилища» для каннабіноїдів
різноманітні за формою, величиною та, ймовірно, за походженням.
Ці результати дають підставу вважати, що каннабіноїди локалізовані як у
зовнішніх видільних структурах – залозистих волосках різної будови, так і у
внутрішніх.
Вважаємо за доцільне відмітити, що виділення речовин у рослин здійснюється
за участю різноманітних механізмів. Припустимо, що на рівні кожної клітини
секреторні процеси відбуваються завдяки мономолекулярній та гранулокринній
секреції. Секреторний процес на рівні клітини забезпечує синтез природних
фенолів - каннабіноїдів, а також виділення секрету. Можливо також, що на
клітинному рівні здійснюється процес секреції спеціалізованими секреторними
ідіобластами.
Висновки
1.
Видільні секреторні структури конопель у значній мірі спеціалізовані.
2.
Секрети виділень – природні феноли – каннабіноїдні
сполуки, локалізовані як у зовнішніх видільних структурах – залозистих волосках, так і у самих
клітинах.
Література:
1. Васильев А.Е. Функциональная
морфология секреторних клеток растений/
Васильев А.Е. – Л.: Наука, 1997. – 208 с.
2. Горшкова Л.М. Каннабіс / Горшкова
Л.М. – Глухів : РВВ ГДПУ, 2008.- 152с.
3. Левицкий Д.О. Кальций и
биологические мембраны./ Левицкий Д.О. –М.:
Высш. шк,
1990. – 213с.
4.
Рощина В.Д. Выделительная
функция высших растений. / В.Д.Рощина , В.В. Рощина , -М.:
Наука, 1489.- 213с.
5.
Саламатова Т.С. Физиология выделения веществ растениями. / Т. С. Саламатова, О.А.
Зауралов –
Л. Изд-во Ленинского университета, 1991. – 152 с.