Анатомическое строение язычкового цветка Echinacea purpurea (L.) Moench

В статье приведены результаты научных исследований по определению анатомического строения язычкового цветка Echinacea purpurea (L.) Moench, интродуцированного в условиях юга Казахстана. Для приготовления микропрепарата были взяты язычковые цветки растения, они пурпуровые, 2,5– 6 см длины, внутренние 4 мм длины. Пленки цветоложа ланцетно-шиловидные, 1–1,5 см длины, 1– 1,5 мм ширины, с прямой колючей верхушкой. Ранее нами были изучено анатомическое строение листа, стебля и корня эхинацеи пурпурной. Цель исследования — изучение анатомического строения язычкового цветка E. purpurea с выявлением характерных для данного вида диагностических признаков, необходимых для разработки эффективных и малотоксичных отечественных препаратов. Для полной диагностики лекарственного растительного сырья приведены сведения об анатомических особенностях генеративных органов исследуемого вида, которые можно видеть на микрофотографиях, сделанных компьютерной микрофотонасадкой. Выявлены следующие анатомические признаки, необходимые для идентификации сырья, т.е. это диагностические признаки, по которым органы растений можно отличить от аналогичных органов другого растения: очертание клеток верхней эпидермы прямолинейное, проекция их многоугольная, на нижней оно слабоизвилистое; устьица непогруженные, аномоцитного типа; строение мезофилла язычкового цветка — аэренхимное с хорошо выраженными межклетниками из лакуны; наличие пластинчатой колленхимы под абаксиальной эпидермой; проводящие пучки закрытые коллатеральные; расположение схизогенного типа секреторных вместилищ над проводящими пучками.

Введение

В настоящее время человечество во всем мире страдает от бурного роста и распространения вирусных заболеваний, уже известные виды вирусов мутируют, и организм человека не справляется с неизвестными агентами. Именно люди со слабым иммунитетом и множеством сопутствующих болезней очень тяжело переносят инфекцию, увеличиваются летальные случаи. В связи с этим значительно повысился спрос на лечебные препараты, которые укрепляют и повышают иммунитет человека.

В этом отношении на сегодняшний день самым популярным лекарственным растением является эхинацея пурпурная, препараты которой усиливают защитные функции органов и тканей за счет стимуляции воспроизводства иммунных клеток. Эхинацею пурпурную для лечебных целей начали использовать еще в XVIII в., это растение было завезено в Европу в XIX в., а в XX в. — в страны СНГ. У нас в Казахстане ее выращивают с конца XX века [1].

В роде Эхинацея насчитывается 5 видов, 2 из которых в диком виде произрастают в Мексике, а 3 — в Северной Америке. Эхинацея пурпурная изначально была описана К. Линнеем в 1753 г. вначале под названием Рудбекия пурпурная — Rudbekiа рurрureа L. В 1794 г. K. Mоench выделил эхинацею в отдельный род, использовав в качестве отличительных признаков наличие пурпурных или малиновых цветков, жестких колючих, шиловидно-заостренных прицветников. Название «эхинацея» произошло от слова «echinоs» — «колючий». В медицине используются 3 вида: Echinаceа рurрureа (L.) Mоench, E.раllidа (L.) (Nutt) и E.аngustifоliа (L.) Dc., относящиеся к обширному семейству Аsterаceаe. Дикорастущий вид эхинацеи пурпурной растет в Северной Америке, там она встречается в субтропической зоне, в смешанных и в лиственных лесах, на равнинах и горах [2].

Лекарственным сырьем являются все органы растений. Выращиванием эхинацеи пурпурной для заготовки больших запасов лекарственного растительного сырья занимаются на Украине и Северном Кавказе зональные опытные станции ВИЛАР, а также в Самарской и Белгородской областях [3].

Лечебное действие эхинацеи пурпурной связано с наличием в корнях и в траве многих биологически активных органических веществ, в частности, полисахаридов, алколоидов, глюкозы, инулина, сапонинов, микроэлементов. Содержание эфирных масел незначительно: в надземных органах (от 0,05 до 0,15 %, в подземных органах — 0,20 % [4].

Кроме этого, установлено, что эхинацея пурпурная содержит большое количество незаменимых аминокислот, входящих в состав белка, причем их количество равноценно с такими культурами, как горох, люцерна и вика, и поэтому ее выращивают в кормопроизводстве в качестве фитодобавки [5]. Благодаря долгому периоду цветения Echinаceа рurрureа перспективна как медонос при поздних сроках взятка.

Наличие в эхинацее макро- и микроэлементов способствует высокому проявлению иммуностимулирующей активности. В настоящее время учеными установлено, что такие микроэлементы, как литий, цинк, селен, марганец, кобальт, железо нормализуют функции иммунной системы. А именно эхинацея как раз богата этими элементами, причем особо важные три элемента, такие как цинк, кобальт и селен накапливаются во всех органах данного растения одновременно [6].

В настоящее время в научной медицине применяются более 50 препаратов эхинацеи, они преимущественно зарубежного производства. В связи с этим разработка отечественных иммуностимулирующих препаратов на основе эхинацеи стала актуальной задачей в области биологии, фармации и медицины. В народной медицине из сырья эхинацеи получают для внутреннего применения: различные как водные настои, так и отвары, спиртовые настойки, для наружного применения: мази, целебные масла, кремы [7].

Таким образом, лекарственные растения рода эхинацея являются объектами для комплексного всестороннего изучения в области биологии, агрономии, фармации с целью создания препаратов с иммунномоделирующей активностью.

Морфогенез по фазам онтогенеза Echinаceа рurрureа был изучен В.И. Меньшовой на Украине [8]. В условиях Среднего Урала морфобиологическая характеристика и биология цветения эхинацеи пурпурной и узколистной впервые изучены Е.С. Васфиловой, особенности водного режима — О.А. Ильинским [9, 10]. В предгорной зоне Заилийского Алатау рассмотрено индивидуальное развитие эхинацеи пурпурной в культуре [11].

На сегодняшний день трава эхинацеи пурпурной культивируется на ООО «Biritminvest» в Узбекистане.

Изучены морфологические особенности и разработаны агротехнические способы выращивания эхинацеи пурпурной в предгорной зоне юга Казахстана, что позволяет рассматривать возможность использования культурных зарослей в качестве сырьевой базы для фармацевтической промышленности.

Установлено, что в условиях Южного Казахстана E. рurрureа отличается высокой семенной продуктивностью, дает большой урожай сырья и, являясь перспективным лекарственным растением, выращивается в Сайрамском районе Туркестанской области в крестьянском хозяйстве Тажимахамат. Результаты научных исследований были внедрены в производство при создании различных лечебных напитков в АО «ВИЗИТ» [1].

Весьма важным моментом на пути обеспечения лекарственным растительным сырьем является обеспечение их качества, эффективности и безопасности на благо здоровья населения. С этой целью необходимо проводить микроскопию лекарственно-растительного сырья.

Микроскопический анализ — это самый необходимый метод для определения доброкачественности измельченного лекарственного сырья — резанного (дробленного), порошкообразного, в брикетах и других формах. Данный анализ основывается на использовании знаний структурных признаков растений для того, чтобы определить, как адаптационные признаки, проявляющие при интродукции растений, а также диагностические признаки, по которым можно определить анатомическое строение различных органов, необходимы для идентификации сырья [12].

Как известно, часть анатомических и морфологических признаков фенотипически изменчива. В определенных условиях произрастания они могут быть выражены или отсутствовать (опушение, окраска листьев, выраженность шипов, количество железок и т.д.). В связи с этим важно для офици- нальных видов установить константные признаки, способствующие четкому диагностированию сырья [13].

Ряд авторов изучали атомическое строение травы эхинацеи пурпурной. В частности, с использованием цифровой микроскопии в сравнительном плане изучены особенности анатомического строения листьев, язычковых и трубчатых цветков, плодов (так как небольшое их количество может присутствовать в сырье), стеблей эхинацеи пурпурной в Самарской области [14].

Проведено морфолого-анатомическое изучение надземных органов (лист, черешок, стебель) эхинацеи пурпурной, культивируемой в Узбекистане в Ташкентской области [15].

Ранее нами был проведен микроскопический анализ корневой и побеговой системы эхинацеи пурпурной, диагностическими признаками послужили длинные многоклеточные трихомы листа с шипиками, дорсивентральный с I-м рядом палисадной паренхимы мезофилл листа с крупными друзами в центре, стебель с участками колленхимы, чередующими с хлорофиллоносной паренхимой. В корне — расположение проводящих пучков прерывистыми и сплошными кругами, разделенных тан- гентальной паренхимой [16]. Анатомическое строение генеративных органов не изучено.

В связи с этим, для полной диагностики лекарственного растительного сырья впервые в Казахстане проведены исследования анатомического строения генеративных органов, в частности, язычковых цветков эхинацеи пурпурной. Поэтому проводимые нами исследования являются актуальными.

Методы и материалы

В Назарбаев Интеллектуальной школе химико-биологического направления создан Научнопроизводственный учебный центр, где проводили исследования растений рода Echinаceае.

Объектом исследования послужили язычковые цветки Echinаceа рurрureа, собранные в период активного цветения, — июль 2021 г.

Микроскопические признаки язычковых цветков E. рurрureа устанавливали в соответствии требованиями фармакопейных статей «Методы анализа растительного сырья», «Техника микроскопического и микроскопического исследования лекарственного растительного сырья» ГФ РК [17]. Для сохранности волосков эпидермиса исследуемого объекта некоторые положения были изменены, в частности, мы не проводили кипячение сырья в растворе едкого натрия.

Одновременно с морфологическим описанием был проведен метод фиксирования генеративных органов опытных образцов в 70 %-ном этиловом спирте с целью детального изучения анатомических параметров. Микропрепарат был изготовлен следующим образом: в фарфоровой чашке измельчили собранные язычковые цветки. Для просветления сырье кипятили, предварительно залив дистиллированной водой, затем, отлив воду, экспериментальные образцы настаивались на спирто-глицериновой смеси, взятой в равном соотношении. Непосредственно этап микропрепарирования проводился с выбора опытного образца небольших размеров, на предметное стекло предварительно капаем воду или глицерин, помещаем объект, накрываем его покровным стеклом и смотрим под микроскопом при малом и большом увеличении. Изучение проводили на двух срезах: парадермальных и поперечных. Поперечные срезы были сделаны через середину. Окрашенный метиленовой синью препарат заклеивали в глицерин-желатину [17].

Результаты и обсуждение

В ходе исследований изучаемых опытных образцов были идентифицированы следующие морфологические характеристики: во-первых, краевые язычковые цветки, имеющие двух-трехзубчатый отгиб, пестичные, бесплодные 2,5–6 см длины, а внутренние — 4 мм, снаружи опушенные, во- вторых, длина и ширина пленки цветоложа 1–1,5 см, форма ланцетно-шиловидная, с прямой колючей верхушкой. В сухом виде цвет сырья не меняется, он остается пурпурным.

На парадермальном срезе очертание клеток, как нижней (абаксальной), так и верхней (адаксаль- ной) эпидермы, прямолинейное. Проекция многоугольная на адаксиальном строении, имеет волнистую форму — на абаксиальном. Клетки адаксиальной эпидермы намного крупнее, чем абаксиальной (рис. 1). Эпидермальные клетки хлорофиллоносные, заполнены различными веществами. На абаксиальной стороне эпидермы встречаются простые длинные, 1–3-х клеточные трихомы.

На эпидерме встречаются устьица, они овальной формы и расположены поперечно к продольной оси листа. Замыкающие клетки устьиц непогруженные и встречаются редко только на абаксиальной стороне эпидермы. Устьица непогруженные, одинаковой длины, вокруг которых видны 4–6 около- устьичных клеток, т.е. аномоцитный тип (рис. 1).

98

Вестник Карагандинского университета

На поперечном срезе мезофилла язычкового цветка эпидермис покрыт складчатой кутикулой. Клетки адаксиальной эпидермы в виде конусовидных сосочков. Клетки абаксиальной эпидермы мелкие, округлые (рис. 2).

Серия «Биология. Медицина. География». № 2(106)/2022

99

Под адаксиальной и надабаксиальной эпидермой расположена паренхимная ткань — аэренхима с ветвистыми клетками и хорошо выраженными межклетниками из лакуны, которые состоят из 7–8 рядов. Между проводящими пучками и аэренхимной клеткой расположены секреторные вместилища схизогенного типа, которые имеют эпителиальные клетки. Секреторные вместилища крупные, они состоят из 5–6 эпителиальных клеток.

Проводящая система представлена коллатеральными закрытыми пучками, они многочисленные, с 6–10 сосудами. Причем главная жилка язычкового цветка на поперечном срезе паренхимная, и она выдается на нижней стороне эпидермы, под которой имеется механическая ткань в виде пластинчатой 2–3 рядной колленхимы, придающая устойчивость цветку.

Заключение

В результате изучения анатомического строения язычкового светка эхинацеи пурпурной были выявлены следующие диагностические признаки: очертание клеток как нижней, так и верхней эпидермы прямолинейное. Проекция многоугольная на адаксиальном строении, имеет волнистую форму — на абаксиальном, устьица непогруженные, аномоцитного типа, строение мезофилла язычкового цветка — аэренхимное с хорошо выраженными межклетниками из лакуны; наличие пластинчатой колленхимы под абаксиальной эпидермой; проводящие пучки закрытые коллатериальные; расположение схизогенного типа секреторных вместилищ над проводящими пучками. В связи с этим мы считаем, что выявленные признаки в анатомическом строении исследуемых образцов E. рurрureа могут быть рекомендованы с практической целью для идентификации лекарственного растительного сырья.

Выводы:

1. Впервые проведено морфолого-анатомическое изучение язычковых цветков E. рurрureа, культивируемых на юге Казахстана.
2. В результате исследования выявлены диагностически значимые признаки цветка E. purрureа, имеющего фармацевтическую ценность.
3. Полученные результаты могут быть применены для дополнения статьи «Микроскопия сырья Эхинацеи пурпурной» в Государственной фармакопеи РК.

Список литературы

1. Мамыкова Р.У. Интродукция лекарственных растений в предгорной зоне юга Казахстана / Р.У. Мамыкова. — Шымкент: Әлем, 2018. — С. 43–169.
2. Токарева Н. Панацея по имени эхинацея / Н. Токарева // Экология и жизнь. — 2002. — № 2. — С. 75, 76.
3. Порада А.А. Изучение видов рода эхинацея в условиях лесостепи Украины / А.А. Порада, Т.Н. Порада // С эхинацеей в третье тысячелетие: материалы Междунар. науч. конф. — Полтава, 2003. — С. 69–73.
4. Gerhensjn J. Рhytоchemicаl Аdарtаtiоns tо Stress / J. Gerhensjn. — NewYоrk, 1984. — Р. 273–302.
5. Архипенко Ф.М. Нетрадиционные кормовые культуры в ветеринарной медицине / Ф.М. Архипенко, В.Я. Плахотшок, О.В. Павлюк // Интродукция питательных и кормовых растений: материалы научн. конф. — Киев, 1994. — С. 19–21.
6. Burger R.А. Echinаceа induced cytоkine рrоductiоn, by humаn mаcrорhаges / R.А. Burger, А.R. Tоrres // Int. Immunорhаrmаcоl. — 1997. — Р. 371.
7. Бизунок Н.А. Фармакологические свойства эхинацеи / Н.А. Бизюнок // Рецепт. — 2008. — № 5 (61). — С. 42–49.
8. Меньшова В.А. Биология цветения и плодоношения интродуцированных на Украине видов рода Эхинацея / В.А. Меньшова // Охрана, изучение и обогащение растительного мира. — М.: Наука, 1989. — Т. 16. — С. 53–55.
9. Васфилова Е.С. Онтогенез Echinаceа рurрureа (L.) Mоench в Средний Урал / Е.С. Васфилова // Растит. ресурсы. — 2000. — Т. 10, Вып. 2. — С. 38–44.
10. Ильинский О.А. Особенности динамики водного режима Echinаceа рurрureа (L.) Mоench / О.А. Ильинский // Бюлл. ГБС. — 2004. — Вып. 186. — С. 233–241.
11. Сапарбаева Н.А. Жизненный цикл Эхинацеи пурпурной / Н.А. Сапарбаева // Докл. НАН Республики Казахстан. — 2010. — № 5. — С. 64–68.
12. Xiаn-Quо G. Аnаlysis оf аlkаmides in rооts аnd аchenes оf Echinаceа рurрureа by liquid chrоmаtоgrарhy-electrоsрrаy mаss sрectrоmetry / G. xiаn-quо, l.-l. Ze, B. Mаnthew, W. Liаn li-ghi // J. Сhrоmаtоgrарhy. — 1998. — Vol. 815. — Р. 205–211.
13. Рrоksh А. Structurаl аnаlysis оf а 4-о-methylglucurоnоаrаbinо(ylаn) with immunоstimulаting аctivity frоm Echinаceа Рurрureа / A. Рrоksh, H. Wаgner // Рhytоchem. — 1987. — Vоl. 26, No. 7. — Р. 1989–1993.
14. Куркин В.И. Анатомическое и морфологическое изучение травы эхинацеи пурпурной с помощью цифровой микроскопии / В.И. Куркин, А.С. Чепурнова, В.М. Рыжов, Л.В. Тарасенко, Г.Н. Суворова, Е.В. Авдеева // Фармация. — 2009. — № 2 (7). — С. 15–18.
15. Дусчанова Г.М. Структурные особенности вегетативных органов Echinаceа рurрureа (L.) Mоench в условиях интродукции / Г.М. Дусчанова, Н.К. Олимов, А.А. Мухитдинов, М.М. Курбонова // Фармацевт. журн. — 2017. — № 3. — С. 28–32.
16. Мамыкова Р.У. Echinаceа рurрureа (L.) Mоench вегетативтік мүшелерінің анатомиялық ерекшеліктері / р.у. Мамыкова // Хабаршы. — 2014. — № 2 (99). — Р. 287–290.
17. Государственная фармакопея Республики Казахстан. — Алматы: Жибек жолы, 2008. — Т.1. — С. 563–564.
18. Барыкина Р.П. Справочник по ботанической микротехнике (основы и методы) / Р.П. Барыкина, Т.Д. Веселова, А.Г. Девятов. — М.: Изд. Моск. гос. ун-та, 2004. — С. 66–68.