XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Комплексная оценка фитохимических свойств юглона - природного нафтохинона.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Верхулевский Д.А. 1

---

1МАОУ гимназия №22

Поджунас Е.И. 1

---

1Детско-юношеский центр экологии, краеведения и туризма

Работа в формате PDF

384.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Одним из самых важных направлений в современной медицине можно назвать фитотерапию, ведь с каждым днем количество лекарственных растений всё повышается. Примером такого растения, используемого в народной медицине можно отметить греций орех, главным лечебным сырьём которого являются листья, незрелые плоды, оклоплодники. Препараты из этих частей растения обладают фитонцидными, протистоцидными и бактерицидными свойствами. Применяются они чаще всего для лечениягнойных и грибковых поражений кожи, заболеваний, вызванных простейшими микроорганизмами.

С химической точки зрения орех грецкий детально изучен для представления различными классами биологических соединений, в особенности фенольной природы, но эти свойства пагубно влияют на некоторые ферменты растительных клеток, что в свою очередь тормозит работу митохондрий и процесс дыхания, а также ингибирует фотосинтез. Также юглон пагубно влияет на устьица растения, тем самым иссушая его. В природе ореховые деревья способны угнетать рост многих растений вокруг себя, попадая на них воздушно-капельным путем. Токсичность юглона может сохраняться в течение многих лет после удаления дерева, он очень опасендля многих насекомых, однако некоторые из них, например бабочка Сатурния луна , способны детоксифицировать юглон до нетоксичного. Эти свойста и стали целью нашей работы.

Цель: Изучить фитохимические свойства юглона грецкого ореха.

Задачи:

1.Определить качественное содержания юглона в грецком орехе.

2.Провести качественную реакцию на содержание йода в грецком орехе.

3.Изучить общую токсичность юглона

Объекты исследования: Нафтохиноны, юглон.

Гипотеза: Содержание тёмного пигмента в родах juglansхарактеризуется большим количеством юглона, а не йода.

Глава 1. Литературный обзор

1.1Биологические и биохимические особенности юглона

Юглон - красновато-желтое кристаллическое органическое соединение C10H6O3, которое получают, в основном, из орехов; обладает фунгицидными и антибиотическими свойствами, является аллопатическим нафтохиноном, секретирующийся растениями семейства Juglandaceae. Он нерастворим в бензоле, но растворим в диоксане, благодаря которому кристализируется. Является красильным пигментом в иголках хны. Деревья грецких орехов вместе с другими членами семейства Juglandaceae (пекан, гикори) производят соединение под названием juglone.

Также юглон встречается в растениях семейства ореховые. Особенно его много в лузге черного и грецкого ореха. В растениях находится в виде гидроксида, но на воздухе окисляется и меняет цвет.[2]

Наибольшее количество юглона и гидроксиюглона (нетоксичный, бесцветный предшественник, превращающийся в активную форму juglone через окисление) находится в вегетативных почках, листьях, стеблях, ореховых оболочках и корнях растений. Черный орех и Серый орех – растения, известные садоводам как опасные для других представителей флоры. Пагубное воздействие ореховых деревьев на другие растения наблюдалось не менее двух тысячелетий назад. Древние цивилизации Греции и Рима, а также жители американского юга использовали грецкий орех, учитывая его цитотоксические свойства, чтобы легко заниматься рыболовством, учитывая токсичность юглона.

Однако юглон не был выделен из растения до 1850-х годов. Только в 1851 году А. Фогель-младший и К. Рейшауэр смогли выделить соединение из грецкого ореха. В то время соединение было названо нуцином. Затем юглон был синтезирован и охарактеризован впервые в 1887 году А. Бернссеном и А. Земпером.

В то время как на Виргинской сельскохозяйственной экспериментальной станции в 1921 году М.Т. Кук обнаружил, что на томатные растения в окрестностях роста черного орехового дерева отрицательно повлияли, особенно на их увядшие листья. Шнайдерхан обнаружил, что Juglans nigra и Juglans cinerea повреждают яблони в Вирджинии. Деревья, которые были в среднем в 11,9 метрах от деревьев грецкого ореха, были найдены мертвыми. Все деревья повреждены в их окрестностях в среднем около 14,3 метров. Кроме того, он обнаружил, что некоторые местные вариации яблони имеют тенденцию быть более устойчивыми к грецким орехам.

Растения производят юглон для защиты от вымирания. Многие растения (например, сахарный клен, сикомор, хлопчатник, и другие) производят аллелохимические вещества для усиления их выживания и размножения за счет подавления конкуренции. Когда одно растение пагубно влияет на другое путем производства и высвобождения химических соединений, растение «агрессор», как говорят, является аллелопатическим.

Одни из самых главных симптомов чувствительности к юглону в ландшафтных и садовых растениях- пожелтение и увядание листьев, особенно в жаркие сухие периоды , что в конечном итоге приводит к гибели растения. Увядание часто происходит быстро, даже при присутствии достаточной влажности почвы, оно может быть частичным или может охватывать всё растение. Симптомы также уменьшаются дополнительным поливом. Позже в течение сезона увядшее растение умирает, так каконо не способно реагировать на дополнительную влагу. Экспериментальные исследования показали, что юглон ингибирует дыхание растений, лишает чувствительные растения необходимой энергии и деления клеток, а также потребление воды и питательных веществ.

Чувствительные растения, расположенные под навесом грецкого ореха взаимодействуют с юглоном через прямой контакт с корнем. Накопление токсина в листьях и ореховых оболочках вероятнее в слабо аэрированных влажных почвах. Юглон плохо растворим в воде, и не очень далеко перемещается в почве. Хорошо дренированные и аэрированные почвы со здоровой популяцией микробов могут ускорить метаболическое разложение юглона. Там, где чувствительные растения могут выжить за пределами купола черного грецкого ореха, могут не переносить небольшие концентрации, где разлагающиеся корни из удаленного дерева все еще могут высвобождать вещество юглон. Его токсичность может сохраняться в течение многих лет после удаления дерева.

Возможно даже, что действие юглона увеличивается, когда дерево находится под стрессом. Сохранение хорошо политого дерева может облегчить выращивание восприимчивых растений под ним.

Концентрация юглона в дереве меняется в зависимости от сезона. Весной юглон концентрируется в основном в листьях, летом же концентрация его увеличивается в корнях растения. Концентрация вещества в стволе дерева увеличивается по мере созревания орехов.

Для безопасности восприимчивых растений они должны быть посажены на 15-25 метров от орехового дерева.

Дерево грецкого ореха исторически использовалось в области традиционной медицины. В Америке в начале 1900-х годов врачи назначали юглон для лечения различных кожных заболеваний.Юглон - это алелопатическое соединение, вещество, которое производится растением, чтобы стимулировать рост другого.Перед окислением, он существует в растениях, таких как грецкие орехи в виде бесцветного гидроксиюглона. Он быстро окисляется до юглона после воздействия воздуха. Свидетельство легкого разлагания гидроксиюглона, наиболее очевидно при изменении цвета корпусов грецкого ореха от желтого до черного после срывания.

Ряд растений и деревьев устойчивы к юглону, включая некоторые виды клена (Acer), березу (Betula) и бук (Fagus).

1.2. Лечебное сырьё

В настоящее время Юглон изучается из-за своих противораковых свойств. При исследованиях на грызунах было показано снижение вероятности опухолей кишечника у крыс, подвергшихся воздействию канцерогенов. Часто субстанцию юглона закупают для использования в текстильной промышленности, в качестве красителя разных видов тканей. В косметической промышленности юглон применяют как активный ингредиент красок для волос, шампуней, бальзамов, масок и многого другого. В пищевой промышленности юглон используют в качестве натурального консерванта продуктов.

Биологически активные добавки на основе юглона активно используются во многих странах в нетрадиционной медицине. Препараты выпускаются в основном в виде настоек, вытяжек бальзамов, сиропов, в качестве общетонизирующего средства, иммуностимулирующего, сахаропонижающего, противопаразитарного и гипотензивного средства. Мази с содержанием юглона применяются в основном как противовоспалительные. Препараты на основе юглона разрешены к наружнему и внутреннему применению.

Он имеет потенциал для использования в качестве нового гербицидного средства. Метаболические инженерные стратегии для использования juglone в качестве нового биологического гербицида затрудняются из-за недостатка знаний о его биосинтезе. Цель исследований биосинтеза юглона должна в результате позволить производить юглон в устойчивых, спроектированных системах растениеводства, обходя необходимость применения синтетических гербицидов.

Глава II. Материал и методы

Объектами исследования служили образцы сырья ореха грецкого листьев свежих и ореха грецкого листьев высушенных, заготовленных в Калининградской области. Заготовку проводили в стадии плодоношения. Изучали как свежее, так и высушенное сырье. Обитателей листового опада, возле деревьев грецкого ореха, и других деревьев, собирали с помощью почвенного, энтомологического сита, по стандартной методике. Дальнейшее определение почвенных обитателей осуществляли в лабораторных условиях, под бинокуляром levenhuk. Для проведения фитохимических исследований использовали и водно-спиртовые извлечения (1:10) из высушенных грецких орехов.

В исследованиях использовали качественные реакции на наличие нафтохинонов (реакция окрашивания с раствором натрия гидроксида 5 %). Качественная реакция на наличие в грецком орехе йода проводили с помощью раствора крахмала.

Глава III. Результаты и обсуждения

Обитатели листового опада грецкого ореха, и других деревьев (взятые как контрольная проба), были распределены по типам, по классам и трофическим группам. Представителей контрольной пробы было значительно больше, чем проба листового опада грецкого ореха. Самым многочисленным в контрольной пробе был тип Членистоногие- 92%. Обнаруженные беспозвоночные были распределены по 4-м трофическим группам - сапрофаги, копрофаги, детритофаги, зоофаги. Самая многочисленная группа была представлена зоофагами.

Таблица №1 Распределение беспозвоночных животных по трофическим группам листового опада (контроль).

Таблица №2 Распределение беспозвоночных животных по трофическим группам в листовом опаде грецкого ореха.

При изучении беспозвоночных обитателей грецкого ореха было зафиксировано значительно меньше обитателей. Группа копрофаги, вообще представлено не было. При сравнении обитателей листового опада грецкого ореха и других деревьев взятые как контроль, было выяснено, что состав и количество обитателей значительно, отличается. Можно, предположить, что скудность таксономического состава может подтверждать нашу гипотезу. (Это природный антибиотик, обладающий высокой бактерицидной активностью. Так как, листовой опад грецкого ореха, более скудный, чем у других деревьев, это связано с содержащемся в грецком орехе юглона, который подавляет рост растений и может оказаться своего рода оружием в «бактериологической войне» против других его зеленых соседей.) тоже не знаю. Соответственно, таксономический состав листового опада грецкого ореха значительно ниже, чем у других деревьев. Так как он очень токсичен для многих насекомых-травоядных. Это можно наблюдать на сравнительной диаграмме.(рисунок №1)

Для проведения фитохимических исследований использовали водные и водно-спиртовые извлечения (1:10) из ореха грецкого высушенных.После обработки, очистки в полученный экстракт добавляем спиртовой раствор щелочи, наблюдаем окрашивание раствора в малиновый цвет. Качественные реакции на наличие юглона(реакция окрашивания с раствором натрия гидроксида 5 %). Раствор приобретал розовую окраску, что говорит о его наличии в сырье. (рис 2, 3).

Качественная реакция на наличие в грецком орехе йода проводили с помощью раствора крахмала на водно-спиртовой вытяжке перегородок грецкого ореха. Так как зерна крахмала при взаимодействии с йодом приобретают синюю окраску, это можно наблюдать на рисунках 5, 6. Окрашивания вытяжки, при взаимодействии с крахмальным раствором, не произошло. Это доказывает нашу теорию. В грецком орехе йод не содержится в большом количестве.

Выводы:

1.Качественные реакции на наличие юглона (реакция окрашивания с раствором натрия гидроксида 5 %). Раствор приобретал розовую окраску, что говорит о его наличии в сырье юглона.

2.Качественная реакция на наличие в грецком орехе йода показала отрицательный результат. В грецком орехе йод не содержится в большом количестве.

3.При сравнении обитателей листового опада грецкого ореха и пробы- контроль, обнаруженные беспозвоночные были распределены по 4-м трофическим группам - сапрофаги, копрофаги, детритофаги, зоофаги. Самая многочисленная группа была представлена зоофагами. В исследуемой пробе грецкого ореха беспозвоночных, относящейся к группе копрофаги, не обнаружены.

Таксономический состав листового опада грецкого ореха значительно ниже, чем у контрольной пробы. Юглон токсичен для многих насекомых.

Список литературы

1. Ж.В. Дайронас, И.Н. Зилфикаров. Природные нафтохиноны:перспективы медицинского применения. – Щелково. 2011.252 с.

2. Г.И. Жунгиету, Л.А. Влад. Юглон и родственные1,4-нафтохиноны. – Кишинев: Штиинца, 1978. 94 с.

3. Ж.В. Дайронас, И.Н. Зилфикаров, А.В. Корочинский, В.В. Корочинская. Определение нафтохинонов в сырье и препаратеореха черного // Фармация. 2013. № 4. С. 12–14.

4. С.М. Ходжибаева, О.Ф. Филатова, А.А. Тыщенко. Новые аспектыполучения и контроля юглона // Химия природных соединений. 2000. № 3. С. 227–229.

5.Вторичные метаболиты растений: физиологические и биохимические аспекты (Часть 3. Фенольные соединения): Учебно-методическое пособие /Й.Р.Абдрахимова, А.И.Валиева – Казань: Казанский университет, 2012. - 40 с

6. Мамаев Б.М., Медведев Л.Н., Правдин Ф.Н. Определитель насекомых

Европейской части СССР, М: Просвещение, 1976 – 304 с.

7. Руководство по энтомологической практике/Под ред. В.П.Тыщенко. –

Л.:Изд-вл ЛГУ, 1983.-230 с

8.Душенков В. М., Макаров К. В,Д 86 Летняя полевая практика по зоологии беспозвоночных: Учеб.пособие для студ. высш; пед. учеб. заведений. - М.: Издательскийцентр «Академия», 2000. - 256 с.

Приложение 1.

Рисунок №2, №3 качественная реакция на наличие юглона.

Рис.4 Определение обитателей листового опада

Рис.5 Качественный анализ юглона в грецком орехе

Рис.6 Качественная реакция контрольной пробы и опытного образца.