Изменчивость березы повислой по содержанию бетулина и суберина в бересте
Покупка
Тематика:
Лесное хозяйство
Издательство:
Поволжский государственный технологический университет
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 144
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-8158-1708-1
Артикул: 786187.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В монографии приведены результаты исследований внутривидовой изменчивости березы повислой по содержанию бетулина и суберина в бересте в зависимости от различных факторов. Дана опенка ресурсного потенциала березовых лесов Республики Марий Эл.
Для научных работников, преподавателей, аспирантов и магистрантов соответствующего профиля, а также работников лесного хозяйства и природоохранных служб.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 05.04.06: Экология и природопользование
- 35.04.01: Лесное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
И. Ю. Трошкова Р. И. Винокурова ИЗМЕНЧИВОСТЬ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ БЕТУЛИНА И СУБЕРИНА В БЕРЕСТЕ Монография Йошкар-Ола ПГТУ 2016
УДК 630*81 ББК 37.11 Т 36 Рецензенты: доктор биологических наук, профессор МарГУ О. Л. Воскресенская; доктор сельскохозяйственных наук, профессор МарГУ С. И. Новоселов; доктор химических наук, профессор ПГТУ Ю. Б. Грунин Трошкова, И. Ю. Т 36 Изменчивость березы повислой по содержанию бетулина и суберина в бересте: монография / И. Ю. Трошкова, Р. И. Виноку- рова. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологиче- ский университет, 2016. – 144 с. ISBN 978-5-8158-1708-1 В монографии приведены результаты исследований внутривидовой изменчивости березы повислой по содержанию бетулина и суберина в бе- ресте в зависимости от различных факторов. Дана оценка ресурсного по- тенциала березовых лесов Республики Марий Эл. Для научных работников, преподавателей, аспирантов и магистран- тов соответствующего профиля, а также работников лесного хозяйства и природоохранных служб. УДК 630*81 ББК 37.11 ISBN 978-5-8158-1708-1 © Трошкова И. Ю., Винокурова Р. И., 2016 © Поволжский государственный технологический университет, 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ............................................................................................ 5 Введение .................................................................................................. 6 1. Внутривидовая изменчивость лесных древесных растений по содержанию экстрактивных веществ в древесине и коре ....... 8 2. Экстрактивные вещества бересты Betula pendula и методы их выделения ..................................................................... 19 3. Характеристика объектов и методы исследования ............... 30 4. Внутривидовая изменчивость Betula pendula по содержанию бетулина и суберина в бересте ............................. 46 4.1. Изменчивость накопления бетулина и суберина в бересте Betula pendula в зависимости от географической зональности ...................................................................................... 47 4.2. Межпопуляционные различия древостоев Betula pendula по содержанию бетулина и суберина в бересте ........................................................................................... 54 4.2.1. Сравнительный анализ содержания бетулина и суберина в бересте деревьев Betula pendula и Betula pubescens .................................................................... 62 4.3. Изменчивость Betula pendula по содержанию бетулина и суберина в бересте в зависимости от диаметра деревьев на одной пробной площади ............................................................ 64 4.4. Эндогенная изменчивость содержания бетулина и суберина в бересте деревьев Betula pendula .............................. 75 4.5. Сезонная динамика показателей содержания бетулина и суберина в бересте Betula pendula .............................................. 82 4.5.1. Изменчивость содержания бетулина и суберина в бересте Betula pendula на высоте ствола 1,3 м................... 90
5. Накопление бетулина и суберина в бересте Betula pendula при поражении грибами и в условиях антропогенного воздействия ............................................................ 94 5.1. Влияние поражения дереворазрушающими грибами на накопление бетулина и суберина в бересте Bеtula pendula ................................................................................... 95 5.2. Воздействие антропогенного фактора на содержание бетулина и суберина в бересте Betula pendula ............................ 104 5.3. Сравнительный анализ содержания бетулина и суберина в бересте деревьев Betula pendula, пораженных дереворазрушающей гнилью и испытывающих антропогенное воздействие .......................................................... 114 6. Оценка ресурсного потенциала берёзовых лесов по содержанию бетулина и суберина в бересте (на примере Республики Марий Эл) .................................................................... 116 Заключение .......................................................................................... 121 Библиографический список ............................................................... 123
ПРЕДИСЛОВИЕ В данной работе обобщены теоретические сведения, приведены и проанализированы полученные экспериментальные данные об осо- бенностях накопления экстрактивных веществ бетулина и суберина в бересте березы повислой, которая широко распространена в бере- зовых лесах европейской части России и на территории Республики Марий Эл. Установлены общие закономерности изменчивости березы по- вислой по содержанию бетулина и суберина в бересте и динамика его изменения, связанные с влиянием различных факторов: • географической зональности, • условий произрастания, • таксационных параметров деревьев, • особенностей их роста и развития, • местам расположения образца по высоте ствола, • сезона года. Предложены математические модели, описывающие выявленные закономерности. На основе экспериментальных исследований подготовлены ре- комендации по отбору бересты деревьев березы повислой с целью количественного получения веществ, представляющих значитель- ную ценность. Показано, что для количественного выделения изученных экс- трактивных веществ бересты березы повислой следует выбирать спелые древостои в период активного роста деревьев (апрель- август), оптимальный диаметр деревьев – 22-24 см. Полученные данные представляют интерес для разработки обос- нованных рекомендаций по оптимизации условий и сроков заготов- ки бересты с целью получения изученных веществ, а также могут использоваться в учебном процессе, научной работе аспирантов и магистрантов лесохозяйственного, биологического, экологического направлений.
ВВЕДЕНИЕ Лес является сложной многокомпонентной системой, структура которой складывается под действием многих факторов среды. Осно- ву лесных биогеоценозов составляет древостой, который во многом определяет развитие всех других компонентов. Вместе с тем, древо- стой является основным компонентом леса, широко используемым человеком в хозяйственной деятельности в свете решения проблемы рационального использования природных ресурсов. Проблема комплексной и эффективной переработки отходов лиственной древесины является одной из важнейших в лесном хо- зяйстве. Одним из таких отходов является кора, представляющая интерес как источник биологически активных веществ. В европейской части России широко распространены берёзовые леса, в формировании которых принимает значительное участие бе- рёза повислая (Betula pendula Roth). Наряду с большим лесовод- ственным значением, Betula pendula имеет важное промышленное применение. В результате окорки берёзовой древесины на деревообрабатыва- ющих и целлюлозно-бумажных предприятиях скапливается огром- ное количество берёзовой коры в качестве отходов. Береста, содер- жащая до 50 % экстрактивных веществ, извлекаемых органическими растворителями и щелочами (Кислицын, 1994), представляет нема- лый потенциальный интерес для химической переработки с целью получения новых продуктов и биологически активных веществ. Проблема утилизации бересты, содержащей ценные природные со- единения, является достаточно актуальной. Тритерпеновый спирт бетулин – основной компонент экстрак- тивных веществ, извлекаемых из бересты. Благодаря доступности сырья, простоте извлечения, ряду ценных свойств и низкой токсичности бетулин имеет многообразные возможности для применения в различных отраслях.
Наряду с бетулином из бересты извлекается суберин, липофиль- ное высокомолекулярное вещество из клеточных оболочек опроб- ковевших тканей. Продукты конденсации суберина используются для синтеза поверхностно-активных и пленкообразующих материалов. Систематизированных и детальных исследований изменчивости Betula pendula по содержанию бетулина и суберина в бересте не проводилось. Данная работа – попытка в какой-то мере восполнить этот пробел.
1. ВНУТРИВИДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЛЕСНЫХ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ПО СОДЕРЖАНИЮ ЭКСТРАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ДРЕВЕСИНЕ И КОРЕ При изучении организмов, относящихся к любой систематической группе, исследователь всегда сталкивается с высокой степенью разнообразия особей, составляющих биологический вид. Это свойство получило свое отражение в представлении о внутривидовой изменчивости организмов. У большинства древесных растений внутривидовая изменчивость проявляется особенно заметно. На основе многосторонних исследований по изменчивости древесных пород, проведенных С. А. Мамаевым (1967, 1973, 1974, 1975), разработано представление о формах и уровнях внутривидовой изменчивости основных лесообразующих видов. С. А. Мамаев (1973) выделил основные формы внутривидовой изменчивости: эндогенная, индивидуальная, экологическая, географическая. В пределах каждой формы изменчивости выделяют три основные категории изменчивости: 1) изменчивость структурных признаков; 2) изменчивость функциональных признаков (физиолого- биохимических свойств); 3) изменчивость качественных (химических) признаков (варьирование в содержании различных элементов и веществ в тканях растения).
Термин «химическая изменчивость» был предложен Н. Н. Ивановым и В. И. Ниловым (Мамаев, 1973). Проанализированы имеющиеся в литературе сведения относительно разных форм изменчивости в содержании отдельных групп экстрактивных веществ в древесине и коре некоторых древесных пород. Особое внимание уделено представителям рода Betula, которые вызывают всё больший интерес исследователей из-за содержащихся в бересте ценных экстрактивных веществ. Количество экстрактивных веществ в древесных тканях зависит от ряда факторов: • вида древесной породы, • возраста, • времени года, • места и условий произрастания. Классификация экстрактивных веществ основана на способе их последовательного выделения из растительного материала. Количественное содержание и состав извлекаемых веществ зависит от природы растворителя (хлористый метилен, дихлорэтан, эфир, бензол, спирт, смесь спирта с бензолом, ацетон и водно- ацетоновые смеси) (Долгодворова и др., 1975; 1977). Все экстрактивные вещества можно подразделить на три основные группы: • смолистые вещества, • углеводные компоненты, • фенольные соединения. Смолистые вещества древесных пород, или природные смолы, являются сырьем для канифольно-скипидарной промышленности. На их основе могут быть получены антиокислители и ан- типолимеризаторы масел, поверхностно-активные вещества и
эмульгаторы, а также лаки, лаковые пленки, пластификаторы и др. (Hannus, Pensar, 1973). Многие растительные фенольные соединения применяются в фармакологии и медицине (Барабой, 1976; Запрометов, 1993; Шасс, 1952). Экстрактивные вещества, выделяемые из различных органов представителей рода Betula, обладают ценными фармакологиче- скими свойствами (Государственная фармакопея СССР, 1989) и могут быть использованы в исходном или трансформированном виде в медицине, фармакологии и различных отраслях промыш- ленности. Betula pendula наряду с Betula pubescens занимают одно из первых мест среди древесных пород по своим лечебным свой- ствам (Синадский, 1973). Древесная кора служит объектом самостоятельного изучения, так как по химическому составу она значительно отличается от древесины (Никитин, 1960). Кроме того, различия между экс- трактивными веществами древесины и коры еще более суще- ственны (Химия древесины, 1982). Географическая изменчивость. Разнообразие условий про- израстания и большая протяженность территории обусловлива- ют географическую изменчивость химического состава расте- ний, определяющим фактором которой является климат, что нашло отражение в работе И.Л. Фуксмана с соавторами (Изме- нение содержания…, 1979). В работах ряда авторов (Иванов, 1961; Родин, Базилевич, 1965; Шарапов, 1954) показано дей- ствие климата на химизм растений, главным образом сельскохо- зяйственных. Влияние климатических факторов на химический состав дре- весины и коры деревьев выявлено при изучении видов с широким географическим ареалом. На нескольких десятках образцов дре-
весины некоторых хвойных и лиственных пород показано, что в сибирских породах содержание эфирорастворимых веществ больше, чем в породах, произрастающих в Ленинградской обла- сти (Хуторщиков, 1960). Подобные результаты получены И. П. Цветаевой с соавторами (Исследования…, 1960). Увеличение количества водорастворимых веществ с изме- нением географической широты хорошо прослеживается при исследовании древесины и коры лиственницы (Долгодворова и др., 1977). Однако в древесине Betula pendula происходит сни- жение количества водорастворимых веществ. В то же время массовая доля лейкоантоцианов в коре Betula pendula из различ- ных географических районов колеблется незначительно, коэф- фициент вариации не превышает 13 % (Содержание катехи- нов…, 1984). Исследователи (Черняева и др., 1987) изучали содержание липидных и фенольных компонентов в древесине и коре некоторых хвойных и лиственных пород от географической долготы. При этом установлено, что кора лиственных деревьев подвержена индивидуальной изменчивости в большей степени, чем географической. Аналогичные результаты получены Н. И. Никитиным с соавторами (Изучение химического состава…, 1949). Последние отмечают более заметные отличия в содержании отдельных компонентов древесины дуба в образцах с одной площади по сравнению с образцами, взятыми в разных географических условиях. При изучении химического состава различных древесных пород, в том числе Betula pendula, произрастающих на севере и юге Финляндии, показано заметное увеличение содержания экстрактивных веществ в древесине по мере смещения места произрастания деревьев к северу (от 55° до 61° с. ш.) (Экстрактив-
ные вещества…, 1965). Отмечено увеличение содержания экстрактивных веществ в побегах Populus deltoides при уменьшении светового дня (Можейко, Сергеева, 1957). В более жестких климатических условиях произрастания в лубе деревьев Betula pendula образуется большее количество смолистых веществ, которые играют значительную роль в адаптации древесных растений к пониженным температурам (Ермаков, 1975). В литературе имеются сведения о влиянии климатических условий на содержание липидов в тканях древесных растений (Иванов, 1961). Влияние места произрастания на количество липидов в древесине некоторых хвойных и лиственных пород подтверждено рядом исследователей (Богданова, 1974; Бурдэ, Козлов, 1960; Рычкова, 1958; Хуторщиков, 1959). В древесине Betula pendula из южной тайги Сибири и Урала содержится больше липидов (2,63 % и 2,59 % соответственно), чем в древесине этого вида из южной тайги европейского Севера (1,53 %). Карельская форма Betula pendula характеризуется также более высоким содержанием липидов (2,43 %) (Комшилов, Селиванова, 1962). Работы Л. В. Кониной с коллегами (Ветчинникова, 1983, 2003; Ветчинникова и др., 2000; Конина, 1978, 1979, 1980; Родионов и др., 1987; Содержание липидов…, 2004) посвящены изучению географической, сезонной, индивидуальной изменчивости Betula pendula и Betula pubescens по содержанию липидов и жирных кислот в почках и листьях. Индивидуальная изменчивость. Исследование индивидуальной изменчивости позволяет получить достаточно детальное представление о характере варьирования признаков в пределах популяции у видов древесных растений.
Доступ онлайн
В корзину