lastnosti vseh rastlinski organizmi in notranje strukture, ki so lastne posameznim vrstam, določa večplasten, nenehno spreminjajoč se vpliv okolju. Pomemben je vpliv dejavnikov, kot so podnebje, prst, pa tudi kroženje snovi in energije. Tradicionalno se za ugotavljanje lastnosti zdravil ali živil določajo deleži snovi, ki jih je mogoče analitično izolirati. Toda te posamezne snovi ne morejo pokriti vseh notranjih lastnosti, na primer zdravilnih in aromatičnih rastlin. Zato takšni opisi posameznih lastnosti rastlin ne morejo zadovoljiti vseh naših potreb. Za izčrpen opis lastnosti rastlinskih zdravilnih pripravkov, vključno z biološkim delovanjem, je potrebna celovita, celovita študija. Obstaja več metod za ugotavljanje kakovosti in količine biološko aktivnih snovi v sestavi rastline, pa tudi krajev njihovega kopičenja.
Luminescentna mikroskopska analiza temelji na dejstvu, da biološko aktivne snovi, ki jih vsebuje rastlina, dajejo svetlo obarvan sijaj v fluorescentnem mikroskopu in različne kemične snovi značilne so različne barve. Torej, alkaloidi dajejo rumeno barvo, glikozidi pa oranžno. Ta metoda se uporablja predvsem za identifikacijo območij kopičenja aktivnih snovi v rastlinskih tkivih, intenzivnost sijaja pa kaže na večjo ali manjšo koncentracijo teh snovi. Fitokemična analiza je zasnovan za identifikacijo kvalitativnega in kvantitativnega indikatorja vsebnosti aktivnih snovi v easteniju. uporablja za določanje kakovosti kemične reakcije. Količina aktivnih snovi v rastlini je glavni pokazatelj njene dobre kakovosti, zato se njihova volumetrična analiza izvaja tudi z uporabo kemične metode. Za preučevanje rastlin, ki vsebujejo aktivne snovi, kot so alkaloidi, kumarini,
glavone, ki ne zahtevajo preproste sumarne analize, temveč tudi njihovo ločitev na sestavine, imenujemo kromatografska analiza. Kromatografska metoda analize Prvič ga je leta 1903 uvedel botanik
barvo, od takrat pa so se razvile njene različne različice, ki imajo neodvisn
pomen. Ta metoda ločevanja mešanice g-zeetov na komponente temelji na razliki v njihovih fizikalnih in kemijske lastnosti. S fotografsko metodo, s pomočjo panoramske kromatografije, lahko naredite vidno notranjo zgradbo rastline, vidite linije, oblike in barve rastline. Takšne slike, pridobljene iz vodnih izvlečkov, se shranijo na filtrirnem papirju s srebrovim nitratom in reproducirajo. Metoda za interpretacijo kromatogramov se uspešno razvija. Ta metodologija je podprta s podatki, pridobljenimi z drugimi, že znanimi, preverjenimi metodami.
Na podlagi cirkulacijskih kromodiagramov se nadaljuje razvoj metode panoramske kromatografije za določanje kakovosti rastline glede na prisotnost koncentriranih hranil v njej. Rezultate, dobljene s to metodo, je treba podpreti s podatki iz analize stopnje kislosti rastline, medsebojnega delovanja encimov, ki jih vsebuje, itd. Glavna naloga nadaljnjega razvoja kromatografske metode analize rastlin bi morala biti najti načini vplivanja na rastlinske surovine med njihovo pridelavo, primarno predelavo, skladiščenjem in na stopnji neposrednega prejema dozirnih oblik, da bi povečali vsebnost dragocenih učinkovin v njih.
Posodobljeno: 2019-07-09 22:27:53
- Ugotovljeno je bilo, da je prilagajanje organizma različnim vplivom okolja zagotovljeno z ustreznimi nihanji funkcionalne aktivnosti organov in tkiv, centralnega živčnega sistema.
ZVEZNA AGENCIJA ZA IZOBRAŽEVANJE
DRŽAVNA UNIVERZA VORONEZH
INFORMACIJSKA IN ANALITIČNA PODPORA OKOLJSKIM DEJAVNOSTIM V KMETIJSTVU
Izobraževalni in metodični priročnik za univerze
Sestavil: L.I. Brekhova L.D. Stakhurlova D.I. Ščeglov A.I. Gromovik
VORONEZH - 2009
Potrdil Znanstveno-metodološki svet Fakultete za biologijo in tla - Protokol št. 10 z dne 04.06.2009.
Recenzent doktor bioloških znanosti, profesor L.A. Yablonsky
Učni pripomoček je bil pripravljen na Oddelku za pedologijo in upravljanje zemljišč Fakultete za biologijo in tla Državne univerze v Voronežu.
Za specialnost: 020701 - Tloslovje
Pomanjkanje ali presežek katerega koli kemični element povzroča motnje v normalnem poteku biokemičnih in fizioloških procesov v rastlinah, kar na koncu spremeni pridelek in kakovost rastlinskih proizvodov. Zato definicija kemična sestava Indikatorji kakovosti rastlin in proizvodov omogočajo prepoznavanje neugodnih okoljskih razmer za rast gojene in naravne vegetacije. V zvezi s tem je kemična analiza rastlinskega materiala sestavni del dejavnosti varstva okolja.
Praktični vodnik za informacijsko in analitično podporo okoljskim dejavnostim v kmetijstvo sestavljeno v skladu s programom laboratorijskih predavanj o "biogeocenologiji", "analizi rastlin" in "varstvu okolja v kmetijstvu" za študente 4. in 5. letnika oddelka za tla biološke in talne fakultete VSU.
METODA ZBIRANJA RASTLINSKIH VZORCEV IN NJIHOVE PRIPRAVE ZA ANALIZO
Odvzem rastlinskih vzorcev je zelo pomemben trenutek pri učinkovitosti diagnosticiranja prehrane rastlin in ocenjevanja dostopnosti talnih virov le-tem.
Celotno območje proučevanega pridelka je vizualno razdeljeno na več delov glede na njegovo velikost in stanje rastlin. Če se v setvi ugotovijo območja z izrazito slabšimi rastlinami, se ta območja označijo na terenski karti, ugotovi, ali je slabo stanje rastlin posledica entolije ali fitobolezni, lokalnega poslabšanja lastnosti tal ali drugega rastišča. pogoji. Če vsi ti dejavniki ne pojasnijo razlogov za slabo stanje rastlin, potem lahko domnevamo, da je njihova prehrana motena. To preverjajo rastlinske diagnostične metode. Vzemite pro-
iz rastišč z najslabšimi in najboljšimi rastlinami in tlemi pod njimi ter z analizami ugotavljajo vzroke za propadanje rastlin in njihovo prehranjenost.
Če setev ni enotna glede na stanje rastlin, je treba pri vzorčenju zagotoviti, da vzorci ustrezajo povprečnemu stanju rastlin na določenem odseku njive. Rastline s koreninami vzamemo iz vsakega izbranega niza po dveh diagonalah. Uporabljajo se: a) za upoštevanje prirastka in poteka nastajanja organov – bodoče strukture pridelka in b) za kemično diagnostiko.
V zgodnjih fazah (z dvema ali tremi listi) mora vzorec vsebovati vsaj 100 rastlin na 1 ha. Kasneje za žita, lan, ajdo, grah in drugo - najmanj 25 - 30 rastlin na 1 ha. Pri velikih rastlinah (odrasla koruza, zelje ipd.) odvzamemo spodnje zdrave liste vsaj 50 rastlinam. Za upoštevanje akumulacije po fazah in odvzema s posevkom se v analizo vzame celoten nadzemni del rastline.
pri drevesne vrste - sadje, jagode, grozdje, okrasne in gozdne - zaradi posebnosti njihovih starostnih sprememb, pogostosti plodov itd. Vzorčenje je nekoliko bolj zapleteno kot pri poljskih pridelkih. Ločimo naslednje starostne skupine: sadike, podivjane, cepljene dvoletnice, sadike, mlada in rodna (začenjajo roditi, v polni in bledeči rodnosti) drevesa. Pri sadikah je v prvem mesecu njihove rasti v vzorec vključena celotna rastlina, nato pa njena razdelitev na organe: liste, stebla in korenine. V drugem in naslednjih mesecih se izberejo popolnoma oblikovani listi, običajno prva dva po najmlajšem, šteto od vrha. Dve leti starim prostoživečim pticam vzamemo tudi prva dva oblikovana lista, šteto od vrha rastnega poganjka. Pri cepljenih dvoletnicah in sadikah, pa tudi pri odraslih, vzamejo srednje liste rastnih poganjkov.
pri jagode - kosmulje, ribez in drugi - so izbrani iz poganjkov trenutne rasti 3 - 4 listov iz 20 grmov, tako da v vzorcu
bilo je vsaj 60 - 80 listov. Odrasle liste vzamemo iz jagod v enaki količini.
Splošna zahteva je poenotenje tehnik vzorčenja, predelave in shranjevanja: jemanje popolnoma istih delov vseh rastlin glede na njihovo plastenje, starost, lokacijo na rastlini, odsotnost bolezni itd. Pomembno je tudi, ali so bili listi na direktnem soncu ali v senci, v vseh primerih pa je treba izbrati liste enako položene glede na sončno svetlobo, najbolje na svetlobi.
Pri analizi koreninskega sistema povprečni laboratorijski vzorec pred tehtanjem skrbno speremo v vodi. voda iz pipe splaknemo v destilirani vodi in posušimo s filtrirnim papirjem.
Laboratorijski vzorec zrnja ali semena se s sondo odvzame iz več mest (vreča, škatla, stroj), nato se ga v enakomerni plasti razporedi na papir v obliki pravokotnika, razdeli na štiri dele in iz dveh odvzame material. nasprotni deli do pravo količino za analizo.
Ena od pomembnih točk pri pripravi rastlinskega materiala za analizo je njegova pravilna fiksacija, če se analize ne predvidevajo v svežem materialu.
Za kemijsko oceno rastlinskega materiala glede na skupno vsebnost hranil (N, P, K, Ca, Mg, Fe itd.) vzorce rastlin posušimo do zračno suhega stanja v sušilniku pri
temperatura 50 - 60 ° ali na zraku.
Pri analizah, katerih rezultati bodo sklepali o stanju živih rastlin, je treba uporabiti svež material, saj venenje povzroči znatno spremembo sestave snovi ali zmanjšanje njene količine in celo izginotje snovi, ki jih vsebuje. v
žive rastline. Na primer, celuloza ni podvržena razgradnji, medtem ko se škrob, beljakovine, organske kisline in predvsem vitamini po več urah venenja razgradijo. To prisili eksperimentatorja, da opravi analize na svežem materialu v zelo kratkem času, kar pa ni vedno mogoče. Zato se pogosto uporablja fiksacija rastlinskega materiala, katere namen je stabilizirati nestabilne rastlinske snovi. Inaktivacija encimov je odločilnega pomena. So uporabljeni razne trike pritrjevanje rastlin glede na naloge poskusa.
Pritrditev trajekta. Ta vrsta fiksacije rastlinskega materiala se uporablja, kadar ni potrebe po določanju vodotopnih spojin (celični sok, ogljikovi hidrati, kalij itd.). Med predelavo rastlinske surovine lahko pride do avtolize tako močno, da se sestava končnega produkta včasih bistveno razlikuje od sestave vhodnega materiala.
V praksi se parna fiksacija izvede na naslednji način: znotraj vodne kopeli se obesi kovinska mreža, od zgoraj je kopel prekrita z gostim negorljivim materialom in voda segreva do hitrega sproščanja pare. Po tem se svež rastlinski material položi na mrežico v kopeli. Čas fiksiranja 15 - 20 min. Nato posušite rastline
vatsya v termostatu pri temperaturi 60 °.
Pritrjevanje temperature. Rastlinski material damo v kraft papirnate vrečke, zdrobljeno sočno sadje in zelenjavo pa ohlapno položimo v emajlirane ali aluminijaste kivete. Material hranimo 10 - 20 minut pri temperaturi 90 - 95 °. To inaktivira večino encimov. Po tem se listno-stebelna masa, ki je izgubila turgor, in plodovi posušijo v sušilniku pri temperaturi 60 ° z ali brez prezračevanja.
Pri uporabi te metode fiksacije rastlin je treba upoštevati dolgotrajno sušenje rastlinskega materiala v temi
temperaturah 80° in več pride do izgub in sprememb snovi zaradi kemijskih transformacij (termični razpad nekaterih snovi, karamelizacija ogljikovih hidratov itd.), pa tudi zaradi hlapnosti amonijevih soli in nekaterih organskih spojin. Poleg tega temperatura surovega rastlinskega materiala ne more doseči temperature okolice (sušilnice), dokler voda ne izhlapi in se vsa vnesena toplota preneha pretvarjati v latentno toploto uparjanja.
Hitro in nežno sušenje rastlinskega vzorca se v nekaterih primerih šteje tudi za sprejemljivo in sprejemljivo metodo fiksacije. S spretnim vodenjem tega postopka so lahko odstopanja v sestavi suhe snovi majhna. Posledica tega je denaturacija beljakovin in inaktivacija encimov. Sušenje se praviloma izvaja v sušilnih omarah (termostatih) ali posebnih sušilnih komorah. Material se veliko hitreje in bolj zanesljivo suši, če skozi omaro (komoro) kroži segret zrak. Najprimernejša temperatura za sušenje
šivanje od 50 do 60°.
Posušen material se bolje ohrani v temi in na hladnem. Ker so številne snovi, ki jih vsebujejo rastline, sposobne samooksidacije tudi v suhem stanju, je priporočljivo, da posušeno snov shranjujete v tesno zaprtih posodah (bučke z brušenimi zamaški, eksikatorji ipd.), do vrha napolnjene s snovjo, tako da v posodah ni več veliko zraka.
Zamrzovalni material. Rastlinski material je zelo dobro ohranjen pri temperaturah od -20 do -30 °, pod pogojem, da se zamrzovanje zgodi dovolj hitro (ne več kot 1 uro). Prednost shranjevanja rastlinskega materiala v zamrznjenem stanju je tako zaradi učinka ohlajanja kot dehidracije materiala zaradi prehoda vode v trdno stanje. Upoštevati je treba, da pri zamrzovanju
encimi se inaktivirajo le začasno, po odtajanju pa lahko v rastlinskem materialu pride do encimskih transformacij.
Obdelava rastlin z organskimi topili. Kot kvaliteta
Kot fiksirno sredstvo lahko uporabimo vreli alkohol, aceton, eter itd.. Fiksacija rastlinskega materiala po tej metodi se izvede tako, da se spusti v ustrezno topilo. Vendar pa s to metodo ne pride le do fiksacije rastlinskega materiala, temveč tudi do ekstrakcije številnih snovi. Zato se lahko taka fiksacija uporabi le, če je vnaprej znano, da se snovi, ki jih je treba določiti, ne ekstrahirajo s tem topilom.
Po fiksiranju se posuši vzorci rastlin zdrobimo s škarjami in nato v mlinu. Zdrobljen material presejemo skozi sito s premerom lukenj 1 mm. Hkrati se iz vzorca ne vrže nič, saj z odstranitvijo dela materiala, ki ni šel skozi sito pri prvem presejanju, s tem spremenimo kakovost povprečnega vzorca. Večje delce gredo skozi mlin in ponovno presejejo. Ostanke na cedilu zmeljemo v možnarju.
Iz tako pripravljenega povprečnega laboratorijskega vzorca se vzame analitski vzorec. Da bi to naredili, je rastlinski material, porazdeljen v tankem enakomernem sloju na list sijajnega papirja, diagonalno razdeljen na štiri dele. Nato dva nasprotna trikotnika odstranimo, preostalo maso pa ponovno v tankem sloju porazdelimo po celem listu papirja. Ponovno narišemo diagonale in spet odstranimo dva nasprotna trikotnika. To se izvaja, dokler na listu ne ostane količina snovi, ki je potrebna za analitski vzorec. Izbrani analitski vzorec se prenese v steklen kozarec z brušenim zamaškom. V tem stanju se lahko hrani za nedoločen čas. Masa analiznega vzorca je odvisna od količine in metodologije raziskave in se giblje od 50 do nekaj sto gramov rastlinskega materiala.
Vse analize rastlinskega materiala je treba opraviti z dvema vzporednima vzorcema. Samo podobni rezultati lahko potrdijo pravilnost opravljenega dela.
Z rastlinami je treba ravnati v suhem in čistem laboratoriju brez amoniakovih hlapov, hlapnih kislin in drugih spojin, ki bi lahko vplivale na kakovost vzorca.
Rezultate analiz je mogoče izračunati tako za zračno suhe kot za absolutno suhe vzorce snovi. V zračno suhem stanju je količina vode v materialu v ravnovesju z vodno paro v zraku. To vodo imenujemo higroskopna, njena količina pa je odvisna tako od rastline kot od stanja zraka: bolj ko je zrak vlažen, bolj je higroskopna voda v rastlinskem materialu. Za pretvorbo podatkov v suho snov je treba določiti količino higroskopske vlage v vzorcu.
DOLOČANJE SUHE SNOVI IN HIGROSKOPNE VLAGE V ZRAČNO SUHEM MATERIALU
Pri kemijski analizi se količinska vsebnost določene sestavine izračuna na podlagi suhe snovi. Zato se pred analizo določi količina vlage v materialu in s tem količina absolutno suhe snovi v njem.
Napredek analize. Analitski vzorec snovi se v tankem sloju razporedi na list sijočega papirja. Nato z lopatko z različnih mest odvzamemo majhne ščepce snovi, razporejene po listu, v steklenico, ki smo jo predhodno posušili do konstantne teže. Vzorec mora biti približno 5 g. Tehtič skupaj z vzorcem stehtamo na analitski tehtnici in postavimo v termostat, v katerem se vzdržuje temperatura 100-1050. Prvič v termostatu odprto steklenico z vzorcem hranimo 4-6 ur. Po tem času se steklenica iz termostata prenese v eksikator za hlajenje, po 20-30
minut, se steklenica stehta. Po tem se steklenica odpre in ponovno postavi v termostat (na isto temperaturo) za 2 uri. Sušenje, ohlajanje in tehtanje ponavljamo, dokler tehtanec ne doseže konstantne teže (razlika med zadnjima dvema tehtanjema mora biti manjša od 0,0003 g).
Odstotek vode se izračuna po formuli:
kjer je: x odstotek vode; c – teža rastlinskega materiala pred sušenjem, g; c1 - teža rastlinskega materiala po sušenju.
Oprema in posoda:
1) termostat;
2) steklenice.
Obrazec za beleženje rezultatov
Teža škatle s |
Teža škatle s |
||||||||
na tečajih |
|||||||||
do |
do |
Tečaj |
|||||||
po sušenju - |
|||||||||
sušenje- |
sušenje- |
po vysu- |
|||||||
šivanje, g |
|||||||||
DOLOČANJE "SUROVEGA" PEPELA Z METODO SUHEGA UPEPELJENJA
Pepel je ostanek, ki nastane po sežigu in žganju organskih snovi. Med zgorevanjem ogljik, vodik, dušik in delno kisik uhajajo, ostanejo pa le nehlapni oksidi.
Vsebnost in sestava elementov pepela rastlin je odvisna od vrste, rasti in razvoja rastlin, predvsem pa od talno-klimatskih in agrotehničnih pogojev njihovega gojenja. Koncentracija elementov pepela se bistveno razlikuje različne tkanine in rastlinskih organov. Tako je vsebnost pepela v listih in zelnatih organih rastlin veliko večja kot v semenih. V listih je več pepela kot v steblih,
Kemijska analiza rastlin za Zadnja leta prejela priznanje in široko uporabo v mnogih državah sveta kot metoda za preučevanje prehrane rastlin na terenu in kot metoda za določanje potreb rastlin v gnojilih. Prednost te metode je natančno določeno razmerje med indikatorji rastlinske analize in učinkovitostjo posameznih gnojil. Za analizo se ne vzame cela rastlina, temveč določen del, pogosteje list ali listni pecelj. Ta metoda se imenuje diagnostika listov.[ ...]
Kemična analiza rastlin se izvaja za določitev količine hranil, ki so vstopila vanje, na podlagi katerih je mogoče presoditi potrebo po gnojilih (metode Neubauerja, Magnitskega itd.), Za določitev indikatorjev hranilne in krmne vrednosti izdelkov (določanje škroba, sladkorja, beljakovin, vitaminov itd.) n) in za reševanje različnih vprašanj prehrane in presnove rastlin.[ ...]
Rastline smo v tem poskusu hranili z označenim dušikom 24 dni po kalitvi. Kot gnojilo smo uporabili amonijev sulfat s trikratno obogatitvijo z izotopom N15 v odmerku 0,24 g N na posodo. Ker je bil označeni amonijev sulfat, ki smo ga uporabili kot dognojevanje, razredčen v zemlji z navadnim amonijevim sulfatom, ki smo ga nanesli pred setvijo in ga rastline niso popolnoma porabile, je bila dejanska obogatitev amonijevega sulfata v substratu nekoliko nižja, približno 2,5. Iz tabele 1, ki vsebuje podatke o žetvi in rezultate kemična analiza rastline, sledi, da je teža rastlin ob izpostavljenosti označenemu dušiku od 6 do 72 ur praktično ostala nespremenjena, le 120 ur po uvedbi dodatka dušika pa se je opazno povečala.[ ... ]
Kemijski taksonomiji doslej ni uspelo razdeliti rastlin v velike taksonomske skupine na podlagi katere koli kemične spojine ali skupine spojin. Kemijska taksonomija izhaja iz kemijske analize rastlin. Do sedaj je bila največja pozornost namenjena evropskim rastlinam in rastlinam zmernega pasu, medtem ko je bilo sistematično preučevanje tropskih rastlin premalo. V zadnjem desetletju pa vse pridobiva večja vrednost predvsem biokemične sistematike, in sicer iz dveh razlogov. Eden od njih je priročnost uporabe hitrih, enostavnih in dobro ponovljivih kemijsko-analitskih metod za preučevanje sestave rastlin (te metode vključujejo npr. kromatografijo in elektroforezo), drugi pa enostavnost prepoznavanja organskih spojin v rastlinah; oba dejavnika sta prispevala k rešitvi taksonomskih problemov.[ ...]
Pri razpravi o rezultatih kemijske analize rastlin smo poudarili, da s temi podatki ne moremo ugotoviti vzorcev v spreminjanju vsebnosti zalogovnih proteinov v rastlinah ob različnih časih njihove žetve. Rezultati izotopske analize, nasprotno, kažejo močno dušikovo obnovo teh (beljakovin) 48 in 96 ur po uvedbi gnojenja z označenim dušikom.To nas sili k spoznanju, da so v resnici skladiščne beljakovine, pa tudi konstitucionalne In če se v prvem obdobju po žetvi sestava dušikovih izotopov skladiščnih proteinov ni spremenila, potem to ni podlaga za sklepanje, da so v teh obdobjih stabilni. eksperiment.[ ...]
Hkratne kemijske analize rastlin so pokazale, da se skupna količina beljakovinskega dušika tako v tem kot v drugih podobnih poskusih v tako kratkih časovnih obdobjih praktično sploh ni spremenila ali pa se je spremenila za relativno majhno količino (znotraj 5-10%). To kaže na to, da v rastlinah poleg tvorbe nove količine beljakovin poteka nenehno obnavljanje beljakovin, ki jih rastlina že vsebuje. Tako imajo beljakovinske molekule v rastlinah relativno kratko življenjsko dobo. Nenehno se uničujejo in ponovno ustvarjajo v procesu intenzivnega metabolizma rastlin.[ ...]
Te metode diagnosticiranja prehranjenosti s kemijsko analizo rastlin temeljijo na določanju bruto vsebnosti glavnih hranilnih snovi v listih. Izbrane vzorce rastlin posušimo in zmeljemo. Nato v laboratorijskih pogojih vzorec rastlinskega materiala upepelimo, nato pa določimo skupno vsebnost N, P205, KrO> CaO, MgO in drugih hranil. V vzporednem vzorcu se določi količina vlage.[ ...]
Tabela 10 prikazuje podatke o pridelku in podatke o kemični analizi rastlin za obe seriji poskusov.[...]
Vendar so bili pri vseh teh poskusih v analizo vključeni povprečni vzorci rastlin, kot se to počne pri običajnem določanju količine fosforja, ki ga rastline absorbirajo iz gnojil. Edina razlika je bila v tem, da količina fosforja, ki so ga rastline vzele iz gnojila, ni bila določena z razliko med vsebnostjo fosforja v kontrolnih in poskusnih rastlinah, temveč z neposrednim merjenjem količine označenega fosforja, ki je v rastlino prišel iz gnojila. . Vzporedne kemijske analize rastlin za vsebnost fosforja v teh poskusih so omogočile določitev deleža skupne vsebnosti fosforja v rastlini fosforja iz gnojil (označen) in fosforja, vzetega iz zemlje (neoznačen).
Že v začetku 16. stol. ugotovljena je bila pomembna resnica: zdravilne lastnosti vsako rastlino določa njena kemična sestava, to je prisotnost v njem določenih snovi, ki imajo določen učinek na človeško telo. Kot rezultat analize številnih dejstev je bilo mogoče identificirati nekatere farmakološke lastnosti in spekter terapevtskega delovanja številnih skupin kemičnih spojin, imenovanih aktivne sestavine. Najpomembnejši med njimi so alkaloidi, srčni glikozidi, triterpenski glikozidi (saponini), flavonoidi (in druge fenolne spojine), kumarini, kinoni, ksangoni, seskviterpenski laktoni, lignani, aminokisline, polisaharidi in nekatere druge spojine. Od 70 skupin trenutno znanih naravnih spojin nas pogosto zanima le nekaj skupin, ki imajo biološko aktivnost. To omejuje izbiro in s tem pospešuje iskanje naravnih kemikalij, ki jih potrebujemo. na primer protivirusno delovanje imajo le nekatere skupine flavonoidov, ksantonov, alkaloidov, terpenoidov in alkoholov; protitumorski- nekateri alkaloidi, cianidi, triterpenski ketoni, diterpenoidi, polisaharidi, fenolne spojine itd. Za polifenolne spojine je značilno hipotenzivno, antispazmodično, antiulkusno, holeretično in baktericidno delovanje. Mnogi razredi kemičnih spojin in posameznih kemikalij imajo strogo določen in precej omejen spekter biomedicinskega delovanja. Drugi, običajno zelo široki razredi, kot npr alkaloidi, imajo zelo širok, pester spekter delovanja. Takšne spojine si zaslužijo celovito medicinsko in biološko študijo, predvsem pa na področjih, ki nas zanimajo, priporočamo. Napredek v analizni kemiji je omogočil razvoj preprostih in hitrih metod (ekspresnih metod) za identifikacijo kemičnih spojin in posameznih kemikalij v razredih (skupinah), ki jih potrebujemo. Kot rezultat tega se je pojavila in široko uvedena v prakso iskalnega dela metoda množičnih kemičnih analiz, sicer imenovana kemični pregled (iz angleške besede screening - presejanje, sortiranje skozi sito). Pogosto se izvaja iskanje želenih kemičnih spojin z analizo vseh rastlin na proučevanem območju.
Metoda kemičnega presejanja
Metoda kemičnega presejanja v kombinaciji s podatki o uporabi rastline v empirični medicini in ob upoštevanju njenega sistematskega položaja daje najučinkovitejše rezultate. Izkušnje kažejo, da skoraj vse rastline, ki se uporabljajo v empirični medicini, vsebujejo vrste biološko aktivnih spojin, ki jih poznamo. Zato je treba iskanje snovi, ki jih potrebujemo, najprej namensko izvajati med rastlinami, ki so nekako odkrile svojo farmakološko ali kemoterapevtsko aktivnost. Ekspresna metoda lahko kombiniramo s predhodnim izborom perspektivnih vrst, sort in populacij na podlagi njihovega organoleptičnega vrednotenja in analize etnobotaničnih podatkov, kar posredno kaže na prisotnost za nas zanimivih snovi v rastlini. Podobno izbirno metodo je široko uporabljal akademik N. I. Vavilov pri ocenjevanju kakovosti izvornega materiala različnih koristne rastline ukvarjajo s selekcijo in genetskimi raziskavami. V letih prvih petletnih načrtov so na ta način v flori ZSSR iskali nove rastline, ki vsebujejo kavčuk.
Prvič v velikem obsegu kemična presejalna metoda pri iskanju novega zdravilne rastline je začel uporabljati vodja srednjeazijskih odprav Vsezveznega znanstvenoraziskovalnega kemijsko-farmacevtskega inštituta (VNIHFI) P. S. Massagetov. Preučevanje več kot 1400 rastlinskih vrst je omogočilo akademiku A. P. Orehovu in njegovim študentom, da so opisali približno 100 novih alkaloidov 19G0 in v ZSSR organizirali proizvodnjo tistih, ki so potrebni za medicinske namene in zatiranje škodljivcev. Inštitut za kemijo rastlinskih snovi Akademije znanosti Uzbekistanske SSR je pregledal približno 4000 rastlinskih vrst, identificiral 415 alkaloidov in prvič ugotovil strukturo 206 od njih. Odprave VILR so pregledale 1498 rastlinskih vrst Kavkaza, 1026 vrst Daljnega vzhoda, številne rastline Srednja Azija, Sibirija, evropski del ZSSR. Samo na Daljnem vzhodu je bilo najdenih 417 rastlin, ki vsebujejo alkaloide, vključno s polgrmovnico securinega, ki vsebuje nov alkaloid securinine - sredstvo strihninskega delovanja. Do konca leta 1967 je bila po vsem svetu opisana in ugotovljena struktura 4349 alkaloidov. Naslednja stopnja iskanja je poglobljena celovita ocena farmakološkega, kemoterapevtskega in protitumorskega delovanja izolirane posamezne snovi ali celotni pripravki, ki jih vsebujejo. Opozoriti je treba, da so v državi kot celoti in v svetovnem merilu kemijske raziskave daleč pred možnostmi globokega medicinskega in biološkega testiranja novih kemičnih spojin, ki jih najdemo v rastlinah. Trenutno je ugotovljena zgradba 12.000 posameznih spojin, izoliranih iz rastlin, na žalost mnoge od njih še niso bile predmet medicinskih in bioloških študij. Med vsemi razredi kemičnih spojin so alkaloidi seveda najpomembnejši; 100 od njih se priporoča kot pomembna zdravila, na primer atropin, berberin, kodein, kokain, kofein, morfin, papaverin, pilokarpin, platifilin, rezerpin, salsolin, sekurin, strihnin, kinin, citizin, efedrin itd. Večina teh zdravil se pridobijo kot rezultat iskanj na podlagi kemičnega presejanja. Zaskrbljujoč pa je enostranski razvoj te metode, ki se je v mnogih inštitutih in laboratorijih zreducirala le na iskanje rastlin, ki vsebujejo alkaloide.Ne smemo pozabiti, da poleg alkaloidov nastajajo tudi nove biološko aktivne rastlinske snovi, ki pripadajo v druge razrede kemičnih spojin se vsako leto identificirajo. Če je bila pred letom 1956 znana struktura samo 2669 naravnih spojin iz rastlin, ki niso bile povezane z alkaloidi, so v naslednjih 5 letih (1957-1961) v rastlinah našli še 1754 posameznih spojin. organska snov. Zdaj število kemičnih snovi z ustaljeno strukturo dosega 7.000, kar skupaj z alkaloidi tvori več kot 12.000 rastlinskih snovi. Kemični pregled počasi prihaja iz "alkaloidnega obdobja". Od trenutno znanih 70 skupin in razredov rastlinskih snovi (Karrer in sod., 1977) se izvaja le v 10 razredih spojin, ker ni zanesljivih in hitrih ekspresnih metod za ugotavljanje prisotnosti drugih spojin v rastlini. materialov. Vključevanje v kemijsko presejanje novih razredov biološko aktivnih spojin je pomembna rezerva za povečanje hitrosti in učinkovitosti iskanja novih zdravil iz rastlin. Zelo pomembno je razviti metode za hitro iskanje posameznih kemikalij, na primer berberina, rutina, askorbinske kisline, morfija, citizina itd. Največji interes za ustvarjanje so sekundarne spojine ali tako imenovane snovi specifične biosinteze. novih terapevtskih zdravil. Mnogi od njih imajo širok spekter biološkega delovanja. Na primer, alkaloidi so odobreni za uporabo v medicinski praksi kot analeptiki, analgetiki, pomirjevala, hipotenzivi, ekspektoransi, holeretiki, antispazmodiki, maternice, toniki centralnega živčnega sistema in adrenalinu podobna zdravila. Flavonoidi lahko okrepijo stene kapilar, znižajo tonus gladkih mišic črevesja, spodbujajo izločanje žolča, povečajo nevtralizirajočo funkcijo jeter, nekateri od njih imajo antispazmodične, kardiotonične in protitumorske učinke. Številne polifenolne spojine se uporabljajo kot hipotenzivi, antispazmodiki, antiulkusi, holeretiki in antibakterijska sredstva. Protitumorsko delovanje so opazili pri cianidih (na primer v breskevih pečkah itd.), Triterpen ketonih, diterpenoidih, polisaharidih, alkaloidih, fenolnih in drugih spojinah. Vse več zdravil nastaja iz srčnih glikozidov, aminokislin, alkoholov, kumarinov. polisaharidi, aldehidi, seskviterpenski laktoni, steroidne spojine. Pogosto se v medicini uporabljajo že dolgo znane kemikalije, pri katerih je bilo šele pred kratkim mogoče odkriti eno ali drugo medicinsko in biološko aktivnost ter razviti racionalno metodo za proizvodnjo zdravil. Kemični pregled omogoča ne le prepoznavanje novih obetavnih predmetov za študij, ampak tudi: - ugotoviti korelacije med sistematsko lego rastline, njeno kemično sestavo in biomedicinskim delovanjem;
- ugotoviti geografske in okoljske dejavnike, ki pospešujejo ali zavirajo kopičenje nekaterih učinkovin v rastlinah;
- ugotoviti pomen biološko aktivnih snovi za rastline, ki jih proizvajajo;
- prepoznati kemične rase v rastlinah, ki se med seboj dedno razlikujejo po prisotnosti določenih učinkovin.
Študij rastlinskih organov
Različni organi rastline se pogosto razlikujejo ne le po količinski vsebnosti aktivnih snovi, ampak tudi po kvalitativna sestava. Na primer, alkaloid sinomenin najdemo samo v semenu daurijske lune, citizin pa le v plodovih suličastega termopsisa, ki ga v prizemnih delih ni do konca cvetenja, medtem ko v termopsisu nadomestnega -cvetni citizin najdemo v velikih količinah v nadzemnih delih v vseh fazah razvoja rastline. Zato je za popolno sliko kemične sestave vsake rastline potrebno analizirati vsaj štiri njene organe: podzemne (korenine, korenike, čebulice, gomolji), liste in stebla (pri zeliščih liste). so vedno bogatejši z učinkovinami kot stebla, cvetovi (ali socvetja), plodovi in semena. Pri lesno-grmičastih rastlinah se učinkovine pogosto kopičijo v skorji stebel (in koreninah), včasih pa le v sejancih, nekaterih delih cveta, plodu in semenu.
Tudi kemična sestava vsakega rastlinskega organa se v različnih fazah njegovega razvoja močno razlikuje. Največjo vsebnost nekaterih snovi opazimo v faza brstenja, drugi - v faza polnega razcveta, tretji - med plodovnica in drugi, na primer, alkaloid triakantin najdemo v znatnih količinah le v cvetočih listih rožičevke, v drugih fazah razvoja pa ga praktično ni v vseh organih te rastline. Tako je enostavno izračunati, da je za identifikacijo, na primer, samo celotnega seznama rastlin, ki vsebujejo alkaloide, flore ZSSR, ki šteje približno 20.000 vrst, vsaj 160.000 analiz (20.000 vrst X 4 organi X 2 fazi). razvoja), kar bo zahtevalo približno 8000 dni dela 1 laboranta-analitika. Približno toliko časa je treba porabiti za določitev prisotnosti ali odsotnosti flavonoidov, kumarinov, srčnih glikozidov, taninov, polisaharidov, triterpenskih glikozidov in vseh drugih razredov kemičnih spojin v vseh rastlinah flore ZSSR, če so analize izvajajo brez predhodnega izločanja rastlin iz enega ali drugega razloga. Poleg tega imajo lahko isti organi v isti fazi razvoja rastline v eni regiji potrebne učinkovine, v drugi regiji pa jih morda nimajo. Poleg geografskih in okoljskih dejavnikov (vpliv temperature, vlažnosti, osončenosti itd.) lahko na to vpliva prisotnost posebnih kemijskih ras v določeni rastlini, ki se po morfoloških značilnostih popolnoma ne razlikujejo. Vse to zelo otežuje nalogo in zdi se, da so možnosti za dokončanje predhodne kemijske ocene flore ZSSR, še bolj pa celotnega sveta, zelo oddaljene. Vendar pa lahko poznavanje določenih vzorcev to delo zelo poenostavi. Prvič, ni treba pregledati vseh organov v vseh fazah razvoja. Dovolj je, da vsak organ analiziramo v optimalni fazi, ko vsebuje največje število preučevano snov. Prejšnje študije so na primer pokazale, da so listi in stebla najbogatejši z alkaloidi v fazi brstenja, lubje - med spomladanskim pretokom soka in cvetovi - v fazi njihovega polnega razcveta. Plodovi in semena pa lahko vsebujejo različne alkaloide in v različnih količinah v zrelem in nezrelem stanju, zato jih je treba, če je mogoče, dvakrat pregledati. Poznavanje teh vzorcev močno poenostavi predhodno kemijsko oceno rastlin. Popoln pregled vseh vrst- metoda je učinkovita, vendar je še vedno delo na slepo! Ali je mogoče brez izvedbe najpreprostejše kemijske analize ločiti skupine rastlin, ki domnevno vsebujejo enega ali drugega razreda kemičnih spojin, od tistih, ki teh snovi očitno ne vsebujejo? Z drugimi besedami, ali je mogoče na oko določiti kemično sestavo rastlin? Kot bo razloženo v naslednjem razdelku naše brošure, na splošno lahko na to vprašanje odgovorimo pritrdilno. Ker botanika preučuje precej različnih vidikov organizacije in delovanja rastlinskih organizmov, se v vsakem posameznem primeru uporablja svoj nabor raziskovalnih metod. Uporablja se v botaniki kot običajne metode(opazovanje, primerjanje, analiza, eksperiment, posploševanje) in mnoge
posebne metode (biokemijske in citokemične metode, svetlobne metode (konvencionalna, faznokontrastna, interferenčna, polarizacijska, fluorescenčna, ultravijolična) in elektronska (transmisijska, vrstična) mikroskopija, metode celične kulture, mikroskopska kirurgija, metode molekularne biologije, genetske metode, elektrofiziološke metode , metode zamrzovanja in čipiranja, biokronološke metode, biometrične metode, matematično modeliranje, statistične metode).
Posebne metode upoštevajo posebnosti ene ali druge ravni organizacije rastlinskega sveta. Torej, za preučevanje nižjih ravni organizacije se uporabljajo različne biokemijske metode, metode kvalitativne in kvantitativne kemične analize. Za preučevanje celic se uporabljajo različne citološke metode, predvsem metode elektronske mikroskopije. Za preučevanje tkiv in notranje strukture organov se uporabljajo metode svetlobne mikroskopije, mikroskopske kirurgije in selektivnega barvanja. Za preučevanje flore na populacijsko-vrstni in biocenotski ravni se uporabljajo različne genetske, geobotanične in ekološke raziskovalne metode. V taksonomiji rastlin pomembno mesto zavzemajo metode primerjalne morfologije, paleontološke, zgodovinske in citogenetske.
Asimilacija materiala iz različnih področij botanike je teoretična osnova za usposabljanje bodočih strokovnjakov kmetijskih kemikov in talologinj. Zaradi neločljive povezave med rastlinskim organizmom in okoljem njegovega obstoja so morfološke značilnosti in notranja zgradba rastline v veliki meri določene z značilnostmi tal. Hkrati sta smer in intenzivnost poteka fizioloških in biokemičnih procesov odvisni tudi od kemične sestave tal in njenih drugih lastnosti, kar na koncu določa povečanje rastlinske biomase in produktivnost rastlinske pridelave kot panoge. cela. Zato botanično znanje omogoča utemeljitev potrebe in odmerkov uporabe tal. različne snovi vpliva na pridelek gojenih rastlin. Pravzaprav vsak vpliv na tla z namenom povečanja donosa gojenih in divjih rastlin temelji na podatkih, pridobljenih v različnih delih botanike. Metode biološkega nadzora rasti in razvoja rastlin skoraj v celoti temeljijo na botanični morfologiji in embriologiji.
Po svoje rastlinski svet je pomemben dejavnik pri nastanku tal in določa številne lastnosti tal. Za vsako vrsto vegetacije so značilne določene vrste tal in ti vzorci se uspešno uporabljajo za kartiranje tal. Rastlinske vrste in njihove posamezne sistematske skupine so lahko zanesljivi fitoindikatorji prehranjevalnih (talnih) razmer. Indikatorska geobotanika daje taloslovcem in agrokemikom eno pomembnih metod za ocenjevanje kakovosti tal, njihovih fizikalno-kemijskih in kemijskih lastnosti,
Botanika je teoretična osnova kmetijske kemije, pa tudi uporabnih področij, kot sta pridelava poljščin in gozdarstvo. Trenutno je v pridelavo uvedenih približno 2000 rastlinskih vrst, vendar jih je razširjeno le neznaten del. Številne divje rastoče rastlinske vrste lahko v prihodnosti postanejo zelo obetavne kulture. Botanika utemeljuje možnost in smotrnost kmetijskega razvoja naravnih območij, izvajanje melioracijskih ukrepov za povečanje produktivnosti naravnih rastlinskih skupin, zlasti travnikov in gozdov, spodbuja razvoj in racionalno rabo rastlinskih virov na kopnem, sladkovodnih telesih in Svetovni ocean.
Za strokovnjake s področja agrokemije in pedologije je botanika osnovna osnova, ki omogoča globlje razumevanje bistva procesov nastajanja tal, vidijo odvisnost nekaterih lastnosti tal od značilnosti vegetacijskega pokrova in razumejo potrebe kulturnih rastlin po določenih hranilih.