Известно, что представители рода эхинацея (Echinacea Moench) благодаря уникальному биохимическому составу используются для получения экстрактов, которые оказывают положительное воздействие на организм человека, животные и растительные объекты [7]. Установлено, что производные гидроксикоричных кислот, полисахариды, алкамиды, лектины и другие соединения, находясь в экстрактах, обусловливают их биологическую активность [6]. Ранее проведённые исследования подтверждают, что экстракты эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea (L.) Moench.) и эхинацеи бледной (Echinacea pallida (Nutt.) Nutt.) стимулируют прорастание семян, рост корней и надземной массы тест-объектов, обладают выраженной биологической активностью в гомеопатических разведениях [5, 6].

Вместе с тем, несмотря на определенный прогресс в изучении влияния компонентов эхинацеи пурпурной на семена и вегетирующие растения, остаются малоизученным их воздействие на элементы генеративной сферы, в частности, на мужской и женский гаметофиты. А ведь известно, что именно от их функционального состояния зависит уровень завязывания плодов, образование семян, проявление самонесовместимости [8].

Необходимо отметить, что в последние годы ведется активное изучение роли гидроксикоричных кислот и фенольных соединений в целом в половом процессе растений [2]. В частности, доказано, что индукция цветения у растений табака связана с биосинтезом de novo хлорогеновой и кофейной кислот [3]. Отмечено, что во время закладки цветочных почек у яблони наблюдается повышение содержания хлорогеновой кислоты [8].

Из белковых веществ, содержащихся в растениях, особо следует отметить лектины. Известно, что они участвуют в важных физиологических процессах в растении: в образовании клубеньков на корнях бобовых, опылении, транспорте пластических веществ, явлении иммунитета, клеточном узнавании и т.п. [9]. Установлено, лектины содержатся в различных органах эхинацеи пурпурной и их уровень изменяется во время вегетации [4].

Целью наших исследований было изучение влияния нативных экстрактов эхинацеи пурпурной и их составляющих в широком диапазоне концентрации (от 10 до 10–10 %) на прорастание пыльцы и длину пыльцевых трубок табака крылатого (Nicotiana alata Link. et Otto) – одного из самых распространенных объектов эмбрио­логических исследований [1]. Для этого использовали воздушно-сухие образцы корневищ с корнями эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea (L.) Moench) сорта «Зирка Мыколы Вавылова», культивируемой в Полтавской области.

Материал и методы исследования

Экстракцию сырья проводили в течение двух часов при соотношении сырья и физиологического раствора 1:10. После этого из вытяжек методом низкотемпературного этанольного фракционирования выделяли белковые компоненты (лектины). Другие соединения оставались в надосадочной жидкости (супернатант).

Пыльцу проращивали по методу И.Н. Голубинского в висячих каплях [1]. Контроль – дистиллированная вода. В исследуемых вариантах средой были полученные экстракты и их составляющие, которые изучались в концентрациях 10–10–10 %. Последовательность опыта – трехкратная. Пыльцу проращивали на рассеянном свету при комнатной температуре. Подсчет процента проросших пыльцевых зерен проводили в трех полях зрения при экспозиции 24 часа. Для определения длины пыльцевых трубок их зарисовывали с помощью рисовального аппарата Аббе, фотографировали цифровой камерой ТСА 3.0 с помощью микроскопа «Ломо» при увеличении в 100х. Энергию прорастания пыльцы вычисляли по методике В.И. Некрасова и О.М. Князевой [3]. Достоверность разницы между вариантами оценивали по t-критерию Стьюдента на 5 % уровне значимости.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе исследований было установлено, что нативные экстракты корневищ с корнями эхинацеи пурпурной и его составляющие влияют как на энергию прорастания пыльцевых зерен, так и на длину пыльцевых трубок.

Следует отметить, что во всех образцах прослеживается общая закономерность – полное ингибирование экстрактами и их составляющими прорастание пыльцы в концентрациях 10 и 1 %. Её прорастание происходило, начиная с концентрации 10–1 %, при этом все учитываемые показатели не превышали контроль. Повышение процента прорастания пыльцы относительно контроля было отмечено в вариантах, начиная с концентрации 10–2 % при действии нативного экстракта и экстракта без лектинов (супернатант), а также 10–3 % для лектинов.

Известен тот факт, что энергия прорастания пыльцы является наиболее интегральным показателем жизнедеятельности пыльцы. Как показали проведённые нами исследования, этот показатель значительно зависел от типа экстракта и его концентрации. Так, наиболее высокие показатели по отношению к контролю были присущи как выделенным лектинам, так и экстрактам без них. Нативный экстракт достоверно стимулировал энергию прорастания относительно контроля в диапазоне концентраций от 10–2 до 10–5 % на + 6,29–12,29 %. Что касается выделенных из экстракта лектинов, то увеличение энергии прорастания пыльцы имело место в концентрациях 10–3 и 10–4 % (на 8,21 и на 4,73 % соответственно), а у экстрактов без них – в диапазоне 10–4–10–7 % (от 2,76 до 14,61 %). Следует отметить, что для всех видов экстрактов концентрации 10–3 и 10–5 % являются наиболее оптимальными (таблица).

Экстракты корней с корневищами и их компоненты позитивно влияли на длину пыльцевых трубок. При этом наблюдалось увеличение показателей как их средней, так и максимальной длины.

Наиболее широкий диапазон позитивного действия на среднюю длину пыльцевой трубки был присущ экстрактам без лектинов, хотя следует отметить, что нативный экстракт и выделенные лектины также значительно стимулировали этот показатель.

Самые большие значения средней длины пыльцевых трубок при влиянии экстракта без лектинов было отмечено в концентрации 10–5 и 10–6 %, (на + 80 и + 44 % выше контроля соответственно). При действии нативного экстракта выраженное увеличение длины пыльцевых трубок по отношению к контролю отмечали в концентрации 10–5 % (до +67 %) (рисунок), а при влиянии выделенных лектинов в 10–5–10–7 % (от +11 до 30 %). Таким образом, наблюдается значительная стимуляция их роста. При этом высокой активностью характеризуются экстракты даже в значительных гомеопатических разведениях. Следует отметить, что подобная закономерность была отмечена и при изучении влияния экстрактов эхинацеи на стимуляцию ростовых процессов [5].

Очень важен и тот факт, что в условиях in vitro были получены пыльцевые трубки значительной длины, которые не уступают длине трубок in vivo. Так, экстракт корней с корневищами, а также его составляющие значительно стимулировал рост пыльцевых трубок, при этом их максимальная длина значительно превышала контрольные показатели в широком диапазоне концентраций. В опытах с нативным экстрактом максимально длинные пыльцевые трубки отмечались в концентрациях 10–3 %, 10–5 %, а также 10–7–10–9 % – до 1000 мк. Подобной активностью обладал экстракт без лектинов: наивысшее значение было при разведении до 10–5 % и составляло 1030 мк. Однако наивысшее действие на длину пыльцевых трубок оказали выделенные из экстракта лектины в концентрации 10–6 % – 1150 мк.

Влияние экстрактов корневищ с корнями эхинацеи пурпурной на прорастание пыльцы и длину пыльцевых трубок табака крылатого

Примечание. * – достоверно на уровне t0,05.

Длина пыльцевых трубок при влиянии нативных экстрактов корней с корневищами эхинацеи пурпурной в концентрации 10–5 % – справа, контроль – слева

Выводы

Установлено что экстракты корневищ с корнями эхинацеи пурпурной, а также их составляющие стимулировали прорастание пыльцы табака крылатого. Высокая биологическая активность экстракта обусловлена комплексным действием всех его составляющих. Наиболее оптимальными концентрациями нативного экстракта являются 10–3–10–5 %, при концентрации 10–3 и 10–4 % экстракты лектинов увеличивали энергию прорастания пыльцевых зерен, хотя увеличение длины пыльцевых трубок наблюдали при более высоких разведениях (10–6–10–10 %). В опытах с использованием экстрактов без лектинов средняя и максимальная длина пыльцевых трубок превышала контроль почти во всех исследуемых вариантах (10–2–10–10 %), а энергия прорастания в четырех из них (10–4–10–7 %).

Рецензенты:

Писаренко П.В., д.с.-х.н., профессор кафедры земледелия и агрохимии Полтавской аграрной академии, г. Полтава;

Калиниченко А.В., д.с.-х.н., профессор, Полтавская аграрная академия, г. Полтава.

Работа поступила в редакцию 19.02.2013.