Біологічні особливості шавлії лікарської (salvia officinalis l.) у передгірному Криму

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

НІКІТСЬКИЙ БОТАНІЧНИЙ САД - НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Біологічні особливості шавлії лікарської (salvia officinalis l.) у передгірному Криму

03.00.05 - ботаніка

КУТЬКО СЕРГІЙ ПРОХОРОВИЧ

Ялта - 2005

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Нікітському ботанічному саду - Національному науковому центрі Української академії аграрних наук.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор,

Работягов Валерій Дмитрович,

Нікітський ботанічний сад - Національний науковий центр УААН, завідувач відділу нових ароматичних і лікарських культур.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Бугара Олександр Михайлович,

Таврійський Національний університет

ім. В.І.Вернадського Міністерства освіти і науки

України, завідувач кафедри фізіології рослин і біотехнології;

кандидат біологічних наук, доцент

Єна Андрій Васильович,

Південний філіал “Кримський агротехнологічний університет” Національного аграрного університету Кабінету міністрів України, доцент кафедри ботаніки,

фізіології рослин і генетики.

Провідна установа: Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка НАН України, м. Київ

шавлія вегетативний селекція екотип

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Вивчення біологічних особливостей лікарських рослин у нових умовах вирощування і створення промислових плантацій цих культур є актуальним у зв'язку з ростом потреб фармацевтичної промисловості у вітчизняній сировині. Перспективним, екологічно чистим регіоном для промислового вирощування лікарських, ефіроолійних і пряноароматичних рослин є Передгірна зона Криму.

Одним з культивованих видів для використання в медицині як фармакопейна рослина є шавлія лікарська . Використовують у вигляді настою як в'яжучий, бактерицидний і протизапальний засіб для полоскання горла і порожнини рота при стоматитах, компресів при гнійних виразках і ранах, опіках і обмороженнях. Внутрішньо - при хронічному бронхіті, ангіні і ларингіті тощо. Ефірну олію використовують для ароматизації зубних паст, порошків, створення парфумерних композицій, у миловарінні та косметиці.

У листі, крім ефірної олії, містяться смоли, дубильні речовини, флавоноїди, алкалоїди, а також тритерпенові кислоти - урсолова і олеанова (Муравйова, 1981; Мустяце, 1988; Работягов та ін., 2001).

Аналіз літературних даних показав, що повного комплексного дослідження Salvia officinalis L. не проводилось. Обмежена і кількість окремих оригінальних робіт з її біології, онтогенезу й особливо біохімії. В літературі головним чином висвітлюються питання агротехніки вирощування шавлії, проте вони носять загальний характер (Мустяце, 1988; Ілієва, 1971; Котуков, 1974). Не вивченою є проблема біологічної продуктивності. Тому створення сортів і гібридів шавлії лікарської з максимальним вмістом біологічно активних речовин у сировині є актуальною проблемою.

Розв'язанню поставлених завдань сприяє використання перспективних методів створення вихідного матеріалу, сучасних критеріїв його оцінки та ефективних засобів добору високопродуктивних генотипів, заснованих на глибокому та всебічному вивченні продукційного процесу і факторів середовища, що визначають рівень накопичення ефірної олії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались за тематичним планом НБС-ННЦ з 1998 по 2005 рр.

з проблеми № 02 0197U004319 “Залучити, вивчити і виділити перспективні для впровадження у виробництво види ефіроолійних, лікарських, пряноароматичних і барвних рослин, удосконалити методи селекції і створити високопродуктивні сорти” і за планом підготовки здобувача.

Мета і задачі досліджень. Мета даної роботи - дати комплексну характеристику біоморфологічних, анатомічних, біохімічних особливостей та утилітарних ознак шавлії лікарської для виділення перспективних її форм.

У зв'язку з поставленою метою потрібно було вирішити такі завдання:

? виявити особливості росту і розвитку шавлії лікарської, її насіннєве розмноження в умовах Передгірної зони Криму, дати ботанічну характеристику форм, оцінити екотипи за комплексом морфобіологічних ознак; виділити найперспективніші форми і рекомендувати їх для селекції;

? визначити компонентний склад ефірної олії в різних частинах рослини, вивчити динаміку її накопичення в онтогенезі, встановити кількісну залежність основних компонентів і масової частки ефірної олії від екологічних умов і віку рослин;

? встановити особливості вегетативних і репродуктивних органів у зв'язку з локалізацією ефірної олії;

? виявити основні структурні елементи продуктивності шавлії залежно від умов вирощування і дати оцінку їх впливу на продуктивність;

? визначити економічну ефективність і перспективи розширення виробництва шавлії лікарської.

Дослідження проводили на матеріалі, що вирощувався на території радгоспу “Радуга” консорціуму Укрфітотерапія (с. Лікарське) Сімферопольського р-ну АР Крим (1998-2003 рр.).

Об'єкт досліджень - процеси морфогенезу, біосинтезу ефірної олії та формування біологічної продуктивності Salvia officinalis L.

Предмет досліджень - біологічні, біохімічні особливості і господарсько-цінні ознаки шавлії лікарської сорту "Гінецей" різного віку і п'яти екотипів у Передгірній зоні Криму.

Методи досліджень: польовий - для реєстрації фенологічних фаз, визначення врожаю і продуктивності; морфологічний аналіз - для аналізу рослин з різними морфологічними ознаками; лабораторний - для визначення масової частки ефірної олії і її компонентного складу; розрахунковий - для визначення продуктивності однієї особини і рослин з одного гектара; порівняльний - для встановлення відхилень від стандартів рослин на господарсько-цінні ознаки, реакції рослин на зміну погодних умов року; математичний і статистичний - для оцінки вірогідності одержаних результатів досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше виділено і дано ботанічний та біохімічний опис шавлії лікарської вузьколистої (var. angustifolia) і широколистої (var. latifolia) форм, а також рослин з білими (f. albus) і рожевими (f. roseus) квітками. Вперше вивчено біологічні особливості росту і розвитку шавлії лікарської в умовах Передгірної зони Криму. Досліджено онтогенез ефіроолійних залозок, визначено внутрішньовидову мінливість морфолого-анатомічних, господарсько-цінних і біохімічних ознак шавлії.

Визначено хімічний склад ефірної олії органів рослини (листки, стебла, суцвіття, корені). Вивчено динаміку накопичення ефірної олії у шавлії лікарській та її основних компонентів в онтогенезі. Вперше проведено порівняльне вивчення врожайності, продуктивності і компонентного складу ефірної олії рослин різного віку і показано перспективність вирощування шавлії не тільки як лікарської, а й як ефіроолійної рослини.

Вперше розроблено модель продуктивності шавлії лікарської, що ґрунтується на реакції генотипу на екологічні умови, визначено складові ознаки продуктивності і частку впливу генотипу та екологічних факторів. Визначено і математично обґрунтовано кількісні показники оптимальних і критичних умов формування врожаю і біосинтезу ефірної олії. Встановлено закономірності мінливості кількості і якості ефірної олії. На основі комплексних досліджень виділено перспективні високопродуктивні форми для введення в культуру і для подальшої селекції.

Практичне значення. Розроблено технологію вирощування шавлії лікарської в Передгірній зоні Криму. Визначено продуктивність, врожайність, а також оптимальні строки висіву насіння і глибину його закладки. Технологія вирощування шавлії лікарської застосовується у промислових насадженнях ТОВ "Радуга".

Порівняльне вивчення ритму росту і біології розвитку, насіннєвої і сировинної продуктивності та вмісту біологічно активних речовин дало змогу виділити конкретні форми з високими показниками господарсько-цінних ознак, які необхідні для створення високопродуктивних сортів. Встановлено оптимальні строки збору врожаю шавлії лікарської на сировину і на насіння в умовах передгірного Криму та перспективність її вирощування. Матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі Таврійським Національним університетом ім. В.І.Вернадського.

Особистий внесок здобувача полягає в розробці і виконанні науково-дослідної програми, аналізі літературних джерел, закладанні та проведенні польових і лабораторних досліджень, обробці експериментальних даних, узагальненні і підготовці до друку матеріалів дисертаційної роботи, підготовці основних положень і висновків дисертації.

Апробація результатів досліджень. Результати досліджень доповідалися на засіданнях відділу нових ароматичних і лікарських культур (Ялта, 2001-2005 рр.), засіданні Вченої ради НБС-ННЦ (Ялта, 2005 р.), в Національному ботанічному саду ім. М.М.Гришка НАН України (2005 р.), а також на 6 наукових конференціях: XIV, XV міжнародних конференціях “Екологічні основи онтогенезу природних і культурних угруповань Євразії” (Херсон, 2002; Харків, 2003); міжнародній конференції “Сучасні питання створення і використання сортів і гібридів олійних культур” (Запоріжжя, 2002); міжнародній науково-практичній конференції “Ресурсознавство, колекціонування та охорона біорізноманіття” (Полтава, 2002), міжнародній науковій конференції “Проблеми і перспективи розвитку адаптивного землеробства в XXI сторіччі” (Херсон, 2004); міжнародній науковій конференції “Онтогенез рослин у природному і трансформованому середовищах. Фенолого-біохімічні й екологічні аспекти” (Львів, 2004).

Публікації. За матеріалами досліджень, наведених в дисертації, опубліковано 16 робіт, з них 5 - статті у виданнях, затверджених ВАК України як спеціалізовані за біологічним напрямком, 9 у матеріалах конференцій, 1 методична рекомендація, 1 монографія.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація викладена на 212 сторінках машинописного тексту, складається зі вступу, 7 розділів, висновків, рекомендації виробництву, списку використаних літературних джерел (224 найменування), 10 додатків, включає 31 рисунок, 52 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНЕ І ПРАКТИЧНЕ ВИВЧЕННЯ ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ

У розділі дається короткий аналіз результатів досліджень з питань систематики, біоекології, онтогенезу, фенології, фізіології та біохімії шавлії лікарської, а також даних про використання її в різних галузях народного господарства - медицині, харчовій і парфюмерно-косметичній промисловості. В результаті проведеного аналізу літературних даних виявлено, що недостатньо висвітлені біологія і біохімія шавлії лікарської, проте досить повно вивчено агротехніку її вирощування. Недостатньо вивчено питання біології цвітіння, запилення, ритми росту і розвитку, схожість і проростання насіння, біологічну продуктивність, вплив віку і фази розвитку рослин на вміст і компонентний склад ефірної олії. На основі цього аналізу розроблено програму досліджень на тему дисертації.

РОЗДІЛ 2. УМОВИ І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ

Експериментальна робота виконувалася на землях радгоспу “Радуга” консорціуму Укрфітотерапія (с. Лікарське) Сімферопольського району (1998-2003 рр.), які розташовані в Передгірній зоні Криму. Ґрунт - чорнозем передгірний міцелярно-карбонатний легкоглинистий плантажований слабоскелетний на червоно-бурих пліоценових глинах (Іванов, 1958; Половицький, Гусєв , 1987).

Дослідження проводилися на культурі шавлії лікарської (Salvia officinalis L.) насіннєвої популяції сорту “Гінецей” віком від одного до десяти років в виробничих посадках, а також в експериментах на модельних рослинах. Досліди проводилися на відкритих ділянках в екологічно вирівняних умовах на загальному агротехнічному фоні за загальноприйнятими методиками. Посівні якості насіння визначали згідно з “Методическими указаниями по семеноведению интродуцентов”. Насіння пророщували в чашках Петрі на вологому фільтрувальному папері при температурі 20-25⁰С в триразовій повторності по 100 насінин у кожній. Польові досліди проводили на відкритих ділянках, засіяних шавлією лікарською. Вивчення ритму росту і розвитку проводили методом фенологічних спостережень (Голубев, 1986) на 25 модельних рослинах за методикою І.Н.Бейдемана (1974) з деякими змінами й доповненнями стосовно до культури. Протягом вегетаційного періоду у рослин відзначалися такі фенологічні фази: сходи (перша пара справжніх листків, третя пара справжніх листків), вегетаційний ріст, бутонізація, цвітіння (початок, масове, кінець), плодоношення, кінець вегетації, друге відростання пагонів.

Насіннєву продуктивність визначали за методом Т.А. Работнова (1950) і методичними вказівками по насінництву интродуцентів (1980).

Врожай сировини визначали шляхом дробового поділянкового обліку кожного зразка у фазі масового цвітіння рослин за методикою польових дослідів Б.А.Доспєхова (1979).

Анатомічні дослідження проводилися на свіжо зібраних зразках на світлових мікроскопах МБС-2, JENAMED. Розмір ефіроолійних залозок вимірювали за допомогою окулярмікрометра (ціна поділки 7,8 мкм) під мікроскопом JENAMED, при збільшенні окуляра 8^х, об'єктива 40^х.

Масову частку ефірної олії у рослинах визначали методом гідродистиляції за А.С.Гінзбергом на апаратах Клевенджера і перераховували на абсолютно суху масу рослинної сировини.

Вивчення складу ефірних олій проводили методом високоефективної газорідинної хроматографії (Овчинников, 1987; Плешков, 1985; Гринкевич, 1983) на кварцових капілярних колонках з рідкими фазами Carbowax-20М и SE-30 (30 м, вн. діам.0,25 мм). Умови аналізу: 50⁰С, 3 град/хв. Для ідентифікації індивідуальних терпеноїдів використовували метод індексів утримання, а також метод добавок чистих речовин і сумішей відомого хімічного складу.

Проведена статистична обробка з обчисленням середнього арифметичного значення, стандартного відхилення, дисперсії, коефіцієнта варіації при рівні довірчої ймовірності р=0,95. Використовували методи кореляційного, регресійного, багатофакторного регресійного аналізів (Афіфі, 1982; Зайцев, 1973; Маркова, 1971).

РОЗДІЛ 3. БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ НАВІННЯ ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ

Біологічні особливості і проростання насіння. Основними показниками посівних якостей насіння при вивченні процесу проростання є схожість, енергія, швидкість і дружність проростання.

Насіння шавлії лікарської починало проростати на третю добу, а на 10-у добу проросло 95% насіння. У польових умовах при висіві навесні (квітень) сходи з'явилися на 20-24 добу.

Нами відзначено, що в лабораторних умовах (t=20⁰С) на 3-ю - 4-у добу насіннєва шкірка тріскається і з'являється корінець, який протягом першої доби досягає довжини 5,0±0,4 мм. Через добу він збільшується до 1,8±0,6 мм, і на ньому починає розвиватися система всмоктувальних волосків. Далі темп росту корінця знижується. Сім'ядолі в шавлії лікарської при проростанні цілком спорожняються. Гіпокотиль розвивається через дві доби вслід за корінчиком. На 6-у добу після початку проростання насіння він досягає 3,1±0,3 мм довжини, ще через добу - 4,5±0,4 мм. Далі темп росту гіпокотиля, як і корінця, сповільнюється.

Найважливішу роль у проростанні насіння відіграє температура. Оптимальною температурою для проростання насіння шавлії лікарської є +20⁰С. Слід зазначити, що при температурі +15⁰С насіння почало проростати на 5-у добу, тоді як при +20-25⁰С - на 3-ю добу. При температурі +10⁰С насіння шавлії лікарської почало проростати лише на 10-у добу.

Вплив термінів збереження на проростання насіння. Протягом першого року зберігання насіння шавлії лікарської енергія його проростання і схожість поступово підвищувалися, на другому році зберігання почали знижуватись і через 4 роки виявилися найменшими. Наші дані підтверджують результати досліджень Кошиміцу (Koshimisu T., 1936).

Проростання насіння залежно від маси, розмірів і розміщення в суцвітті. При вивченні якості насіння шавлії лікарської нами встановлено тісний кореляційний зв'язок між масою 1000 насінин, їх розмірами та схожістю, що виражається рівнянням множинної лінійної регресії: У=33,93+3,87Х₁+5,69Х₂ з коефіцієнтом детермінації R²=0,83. Множинний регресійний аналіз даних дозволяє говорити про частковий вплив кожного з факторів. Схожість насіння шавлії лікарської на 85% залежить від його маси і на 15% - від розмірів. Така залежність між параметрами дає змогу оцінити посівні якості свіжозібраного насіння шавлії лікарської і рекомендувати враховувати ці ознаки при доборі і оцінюванні посівного матеріалу роду Salvia..

РОЗДІЛ 4. БІОЛОГІЯ РОЗВИТКУ SALVIA OFFICINALIS L.

Ріст і розвиток рослин. Ріст і розвиток надземної частини шавлії лікарської починаються з появи над поверхнею ґрунту дрібних сім'ядольних листків серцеподібної форми (5 мм х 10 мм). Через 14-16 діб з'являються перші справжні округлої форми цільнокрайні листки розміром 10 мм х 10 мм. Розміри сім'ядольних листків до цього часу 5 мм х 8 мм. Ще через 5-10 діб з'являється друга пара справжніх листків 10 мм х 11 мм. Перша пара листків збільшується вдвічі. Третя пара листків з'являється через 8-11 діб після другої. Висота рослин у цей час складає 5,1±0,1 см. З появою третьої пари листків рослини починають інтенсивно рости. Четверта і наступні пари листків закладаються з інтервалом у 6-8 діб. Розташування листків у шавлії лікарської перехресно-супротивне. Одночасно з появою першої пари листків на ортотропному головному пагоні (1-го порядку) у пазухах сім'ядольних листочків закладаються пагони 2-го порядку. Надалі утворення 6-ї пари листів на головному пагоні збігається за часом з утворенням пагонів 3-го порядку, що з'являються на бічному пагоні 2-го порядку в пазухах першої пари листків. Однолітні рослини мали найбільший добовий приріст у другій декаді травня у фазі бутонізації. Середньодобова температура при цьому складала +22,7⁰С. Далі ріст і розвиток рослин помітно знижувалися. Лише в окремих рослин однорічного віку спостерігали утворення генеративних пагонів і цвітіння. Масове цвітіння шавлії лікарської спостерігалося в третій декаді травня - першій декаді червня. Суцвіття утворювалися не на всіх пагонах, причому в процесі розвитку рослин відношення числа суцвіть до загального числа пагонів зменшувалося. На пагонах 2-го і 3-го порядків суцвіття були менші за своїми розмірами, ніж суцвіття 1-го порядку.

Коренева система шавлії лікарської на початковому етапі розвитку формується повільно, далі темпи її росту зростають. Через тиждень після появи сходів головний корінь (1-го порядку галуження) молодої рослини проникає на глибину 4,9±0,70 см і починає галузитися. Рослини до кінця першого року життя утворюють могутню кореневу систему з добре розвиненими бічними відгалуженнями 2-го, 3-го і 4-го порядків.

Загальна маса коренів у середньому склала 19,6±0,9 г. У перший рік життя глибина проникнення коренів досягає 56,2±7,0 см, діаметр поширення - 27,5±5,1 см.

Рослини другого року життя значно перевершували ріст і розвиток рослин першого року. У них було більше пагонів, суцвіть, листків, істотно збільшилися розміри суцвіть і площа листової поверхні, майже в п'ять разів збільшилася маса рослин. На другому році життя, так само як і на першому, суцвіття утворилися не на всіх пагонах. У дворічних рослин шавлії лікарської з'являються пагони 4-го порядку галуження, які в однорічних відсутні.

Ріст і розвиток шавлії лікарської на третьому році життя проходить за типом другого року життя. Шавлія лікарська 3-го року життя перевершувала ріст рослин другого року. Отже, шавлія лікарська - багаторічна трав'яниста рослина. Пагони першого порядку мають багаторічні здерев'янілі базальні частини, із бруньок поновлення яких розвиваються однорічні моноциклічні пагони. Пагони першого порядку перевершують ріст і розвиток пагонів вищих порядків. Як показали спостереження, видалення верхівкової бруньки або частини пагона першого порядку стимулює розвиток бічних пагонів. Головна роль кореня першого порядку з віком втрачається.

Морфологічні особливості вегетативних і репродуктивних органів шавлії лікарської. У Salvia officinalis L. дуже чітко простежується поступовість переходу між формами мінливості, що визначається різною мірою пластичності окремих ознак. У шавлії лікарської дуже пластичні величина річного приросту пагонів та інтенсивність їх галуження, розмір і форма листків, висота, опушеність і форма квітконосних стебел, опушеність країв і поверхні листків, розмір, форма й опушеність зубців трубки чашечки і віночка, жилкування листків тощо. У першій декаді квітня в шавлії відмічається початок вегетації і спостерігається інтенсивний ріст і розвиток рослин, що триває в середньому 20-25 діб. Порівняльне вивчення рослин показало, що початок вегетації у всіх рослин, не залежить від їх віку і відбувається майже в один і той же час (різниця 1-2 доби) при температурі повітря +5⁰С. Далі спостерігається різниця в рості рослин залежно від їх віку. Інтенсивний ріст відмічається у рослин шавлії на третьому році життя, дещо сповільнений спостерігається ріст стебел у рослин четвертого року, ще повільніший у рослин п'ятого року життя. У рослин восьмого року життя ріст і розвиток вегетативних пагонів ще більш уповільнюється, а в рослин десятого року життя ріст пагонів найповільніший. Так, через 20 діб з моменту відростання висота рослин другого, третього і четвертого років життя досягала 28,9-33,1 і 34,6 см відповідно, тоді як у рослин 8-го року життя була 20,9 см, у рослин 10-го року життя була найнижчою - 16,3 см. Приріст вегетативного пагона в рослин 2-го, 3-го і 4-го років життя склав за той же час 16-20 см, у рослин 8-го року життя 9 см, а на 10 році життя лише 5 см. У рослин 3-го, 4-го року життя інтенсивність росту пагона -1 см/добу, 2-го року - 0,8 см/добу, 8-го року - 0,5 см/добу. Найнижчою була швидкість росту пагонів у рослин 10-го року життя - 0,25 см/добу.

Проведене нами порівняльне вивчення рослин шавлії у культурі різного віку показало, що найбільша висота відзначена в рослин 3-го і 4-го років життя (45 см), дещо менша у рослин другого року життя (41,6 см). Значно меншою була висота рослин 8-го року життя - 35,5 см і найнижчою у рослин 10-го року життя, що пов'язано із старінням і відмиранням кореневої системи.

Дослідженнями встановлено, що, незалежно від віку рослин, висота куща збільшується завдяки приросту вегетативних пагонів до фази повного відростання, а далі - за рахунок збільшення висоти квітконосних стебел.

При вивченні форми листкової пластинки шавлії лікарської виявлено, що в популяції зустрічаються рослини трьох форм - вузьколиста, широколиста і проміжна. Характер розподілу за формою листка такий: 80% проміжна, 7,5% - широколиста і 12,5% вузьколиста. Листя у шавлії лікарської черешкове, довгасте, видовжено- або широколанцетне з притупленою верхівкою, біля основи часто з однією або двома глибоко надрізаними лопатями (“вушками”). Край листка дрібногородчатий, поверхня пластинки рівномірно дрібновиїмчаста із-за сильно втисненої зверху й опуклої знизу густої мережі жилок 3-го і 4-го порядку. Листя сильно опушене. Більш опушене молоде листя, яке має сріблясто-біле забарвлення.

Рослини шавлії лікарської нами розділені на три групи: перша - рослини з вузькою формою листя, має гостру вершину біля основи клиноподібне, довжина листка 3,5-8,0 см, ширина - 1,5-2,5 см, площа листової пластинки в середньому 7,7±0,4 см²; друга - рослини із проміжною формою листя, мають широколанцетну форму з закругленою верхівкою й основою, іноді біля основи з двома маленькими лопатями, довжина листка 7,5-11,6 см, ширина -2,1-3,9 см, площа листкової пластинки в середньому 22,7±0,7 см² ; третя - рослини із широкою формою листків, мають туповидну вершину і закруглену основу, іноді з однією або двома лопатями, довжина лискта 9,7-14,4 см, ширина - 3,6-4,5 см, площа листкової пластинки 38,2±0,9 см².

Наведено дані з впливу віку рослин на параметри листової пластинки шавлії лікарської. Виміри проведено на рослинах різного віку, вирощених на тій самій ділянці, в однакових умовах, у фазі масового цвітіння, щоб уникнути впливу зовнішніх факторів. Аналіз даних показав, що найбільшу площу листкової пластинки (9,7±0,9 см²) мали рослини 4-го року життя, у них велика довжина і ширина листка. Трохи меншою була площа листкової пластинки у рослин 3-го року життя - 8,4±0,5 см², відзначено менші довжину і ширину листка. Ще меншими були розміри листка у рослин 5-го, далі 8-го років життя і найменшу площу листка (5,5±0,3 см² ) відзначено у рослин 10 року життя.

Онтогенез ефіроолійних залозок. Анатомія і локалізація ефіроолійних залозок. Дослідженнями встановлено, що у Salvia officinalis ефіроолійні залозки утво-рюються на самих ранніх етапах розвитку органу шляхом випинання епідермальних клітин і наступних один за одним їх мітотичних поділів. Внаслідок першого поділу виникають дві клітини - базальна, яка є ніжкою залозки й апікальна, з якою формується голівка, що проходить послідовно: одно-, дво-, чотири- і восьмиклітинну стадії розвитку. Мітози в апікальній частині залозки проходять асинхронно. У клітинах однієї ефіроолійної залозки спостерігалися цикли поділу, що ще не починались, незакінчені і що вже відбулися. Цитоморфологічна будова клітин залозки вказує на їх фізіолого-біохімічну активність. Локалізація залозок на досліджуваних органах у процесі диференціації рослини неоднакова. Максимальна кількість ефіроолійних залозок зосереджена на нижньому епідермісі листка, трохи менша - в міжреберґях зовнішньої сторони чашечки квітки. Ще менша їх кількість міститься на нижній стороні листка, також на прицвітку і стеблі, незначна - на верхній зовнішній стороні віночка.

де: У - масова частка ефірної олії в листках, %; Х₁ - діаметр залозок, мкм;

Х₂ - число залозок на 1мм².

Встановлено, що частка впливу числа залозок на нижній поверхні листка складає 80,4%, а діаметра залозок - 19,6%.

Подібну залежність нами виявлено і на квітках у шавлії лікарської. Чим більше число залозок на чашечці (на 1 мм довжини міжреберґя) і діаметр залозки, тим вища масова частка олії в рослині. В результаті досліджень встановлено, що масова частка ефірної олії залежить від віку рослин, а також виявлено взаємозалежність між перерахованими згаданими вище ознаками.

В процесі вивчення динаміки накопичення ефірної олії виявлено, що максимальна її кількість досягала у фазі масове цвітіння - до 1,8% на суху сировину. Далі у фазі кінець цвітіння спостерігається деяке зниження до 1,5%, а у фазі дозрівання насіння почалося помітне зниження вмісту ефірної олії до 1,3% на суху речовину. Зниження олії пояснюється посиленим ростом квітконосного пагона і збільшенням його маси в сировині, а квітконос є баластом, оскільки містить лише сліди ефірної олії. У фазі плодоношення продовжувалося подальше зниження вмісту ефірної олії до 1,14% на суху речовину. Як з'ясувалося, така закономірність характерна для рослин Salvia officinalas різного віку і не залежить від кількості років життя. Аналіз сировини рослин різного віку, проведений в один рік (2002 р.) наочно свідчить про це.

Вплив гідротермічних факторів на накопичення ефірної олії. При вивченні впливу погодних умов року на масову частку ефірної олії в рослинах шавлії лікарської аналіз вмісту ефірної олії в надземній масі сировини визначали щороку в один і той же час (3-11 жовтня) протягом 5 років (1998-2002 рр.). Для цих досліджень брали рослини тільки першого року життя. Як показало 5-річне вивчення, протягом періоду активної вегетації лімітуючі фактори середовища були різні. На основі дисперсійного аналізу одержано таке рівняння множинної лінійної регресії:

У=-2,29+0,074 Х₁+0,002 Х₂+0,002 Х₃+0,0002 Х₄+0,0001 Х₅+0,0001 Х₆,

де: У- масова частка ефірної олії, % на суху масу сировини,

Х₁- середня температура повітря за період вегетації, Х₂- сума опадів, мм,

Х₃- відносна вологість повітря, %, Х₄- сума активних температур >5⁰С,

Х₅- сума активних температур >10⁰С, Х₆- тривалість сонячного світла, година.

Найбільший вплив на масову частку ефірної олії має сума опадів за період вегетації, де показник питомої ваги впливу складає 42%, далі - сума активних температур >+5⁰С, сила впливу яких складала 30,7%, далі сума активних температур >+10⁰С (16,7%). Дещо менший вплив має середньодобова температура повітря за період вегетації (12,1%) і тривалість сонячного освітлення (5,1%). Таким чином, масова частка ефірної олії шавлії лікарської визначається генетичною основою рослини і зберігається або порушується залежно від умов середовища.

Порівняльне вивчення рослин шавлії лікарської різного віку за вмістом ефірної олії в надземній масі (нм.) і в стеблах (ст.) за фазами розвитку зображено графічно на рис.1. Масова частка ефірної олії в перерахуванні на суху речовину максимальна в рослин 4-річного віку. Проміжне положення за вмістом ефірної олії у надземній масі сировини займають рослини шавлії лікарської 2-го, 3-го, 4-го і 5-го років життя. Найнижчий вміст ефірної олії у 8-и і 10-и річних рослин.

На основі досліджень ми зробили висновок, що масова частка ефірної олії в надземній масі сировини шавлії лікарської незалежно від віку має однотипний характер мінливості за фазами розвитку. Мінімальний вміст ефірної олії спостерігається у фазі початок відростання з поступовим збільшенням за фазами розвитку до масового цвітіння і різким спадом у фазі кінець цвітіння. Необхідно відзначити, що зі збільшенням віку рослини дещо підвищується масова частка ефірної олії і найбільший вихід її нами відзначений у 4-річних рослин шавлії лікарської. Далі зі збільшенням віку рослини в міру старіння відбувається зниження масової частки ефірної олії і мінімум її відзначений у 10-річних рослин.

РОЗДІЛ 6. ВИВЧЕННЯ КОМПОНЕНТНОГО СКЛАДУ ЕФІРНОЇ ОЛІЇ SALVIA OFFICINALIS L.

Внутрішньовидова мінливість складу ефірної олії У шавлії лікарської при насіннєвому розмноженні. Вивчення компонентного складу ефірної олії насіннєвої популяції шавлії лікарської показало, що внутрішньовидовий її склад з надземної маси досить різноманітний і складається з таких основних компонентів: б- і в-туйони, 1,8-цинеол, камфора, борнеол, б- і в-пінени, каріофілен і сесквітерпени. Виявлено 28 монотерпенових сполук, ідентифіковано 26 терпеноїдів. Аналіз ефірної олії показав, що в насіннєвому потомстві шавлії спостерігалася значна мінливість за складом ефірної олії. Основна частина рослин (75%) синтезувала туйон, камфору, цинеол, борнеол, пінен, камфен, мірцен і в незначних кількостях інші компоненти. Ця група рослин синтезувала, в основному, б- і в-туйон (50%), цинеол (до 8%), камфору (до 15%), борнеол (до 5%).

Вплив віку рослин на компонентний склад ефірної олії шавлії лікарської. Порівняльне вивчення біосинтезу терпеноїдов у рослин Salvia officinalis показало, що в міру старіння (8-и і 10-и річні рослини) відбувається зниження біосинтезу 1,8-цинеолу,. б- туйону, б- пінену, борнеолу. Так, масова частка б- туйону мала максимум у 2-річних рослин (26,55%), а мінімум - 20,3% - у 10-річних рослин. Аналогічна картина спостерігається з біосинтезу борнеолу (табл. 3) Дещо інше спостерігається в накопиченні камфори - максимум (12,45%) відзначений у 4-річних рослин. Щодо 1,8-цинеолу, то за нашими даними у 2-річних рослин масова частка його в ефірній олії складала 12,35%, далі зі збільшенням віку рослин іде спад до 3,7% у 8-річних рослин і різким збільшенням до 12,6% у 10-річному віці. Домінуючими компонентами ефірної олії є туйони (42%), цинеол (21,6%), борнеол (11,4%), камфора (10,6%).

Таким чином, біосинтез камфори, в-туйону і особливо сесквитерпенів у міру збільшення віку рослини (8-й рік життя) мають тенденцію до збільшення. Оптимальними за якісним складом ефірної олії є 4-річні рослини.

Динаміка біосинтезу компонентів ефірної олії у шавлії лікарської за фазами розвитку. Щодо динаміки біосинтезу окремих компонентів у надземній масі шавлії лікарської за фазами розвитку, для більшості рослин гістограми мали однотипний характер і істотної різниці не спостерігалось.

Компонентний склад ефірної олії шавлії лікарської різного віку, % (фаза - кінець цвітіння, сорт Гінецей, 2002 р.)

Склад ефірної олії зі стебел шавлії лікарської трохи відрізнявся від складу олії надземної маси. Основний компонент - б- туйон, масова частка якого становить близько 32%, в -туйон - 18%. Камфора і 1,8-цинеол - 7,51% і 5,25% відповідно. Сума сесквітерпенів складає 25%. Слід відзначити, що в стеблах знаходиться найнижчий вміст вуглеводнів - б-пінен, камфен, в-пінен і мірцен, спирт борнеол склав 3,31%.

Встановлено, що шавлія лікарська містить олію у всіх органах рослини (корінь, стебло, листки і суцвіття). Хімічний аналіз показав, що ефірна олія шавлії, вирощена у Передгірній зоні Криму, високоякісна і містить у своєму складі вуглеводні, спирти, кетони, складні ефіри борнілацетату. За допомогою газорідинної хроматографії встановлено 28 терпенових сполук. До складу олії також входять цинеол, туйон, пінен, камфен, борнеол, камфора тощо. Порівняльний аналіз ефірної олії виявив різницю в кількісних показниках сполук у різних органах рослин.

Кореляційний зв'язок між терпеноїдами.. Встановлений зв'язок у біосинтезі компонентів ефірної олії в Salvia officinalis у багатьох випадках виражається досить високими значеннями коефіцієнтів кореляції (r=0,95) Високий коефіцієнт кореляції між вмістом компонентів ефірної олії обмежує можливості добору відразу по кількох терпеноїдах серед насіннєвого потомства шавлії, оскільки виділення за одним компонентом буде супроводжуватися зміною вмісту інших, що може вплинути на якість ефірної олії. Виявлений високий ступінь зв'язаності характерний для біосинтезу мінорних терпеноїдів і свідчить про генетичну стійкість виду S. оfficinalis.

РОЗДІЛ 8. ЕКОНОМІКА ВИРОЩУВАННЯ ШАВЛІЇ ЛІКАРСЬКОЇ.

Результати перевірки дослідних даних у виробничих умовах підтвердили високу економічну ефективність вирощування шавлії лікарської. Так, у 2002 році в радгоспі “Радуга” шавлія однорічного віку вирощувалася на площі 54 га, а в 2003 році - на площі 25 га. Загальні витрати на вирощування 1 га склали 1326,23 грн., всього ж затрат на суму 1668,23 грн. Прибуток за реалізацію склав 4000 грн., (з 1 га - 2331,77 грн). Шавлія 2-х річного віку вирощувалася на площі 20 га. Усі витрати на вирощування і переробку сировини шавлії з 1 га складали 1266,85 грн.; прибуток від реалізації сировини становив 6000 грн. Радгосп одержав прибуток з 1 га вирощування шавлії 4733,15 грн., що в 2 рази більше, ніж при використанні рослин однорічного віку. Витрати на вирощування і переробку сировини шавлії 3-х річного віку з 1 га склали 1258,60 грн, прибуток від реалізації - 8000 грн. Проведені нами комплексні дослідження свідчать про те, що врожай наземної маси сировини, збір ефірної олії і компонентний склад терпеноїдів шавлії лікарської, що вирощується у Передгірній зоні Криму, рентабельний. Отже, враховуючи всі властивості і позитивні якості даної культури, ми рекомендуємо шавлію лікарську для вирощування не тільки як лікарську рослину, а й ефіроолійну. У результаті комплексних досліджень виділені високопродуктивні форми (табл. 5) за господарсько-цінними ознаками, що становлять великий інтерес для селекції.

Таблиця 5

Характеристика форм Salvia officinalis за господарсько-цінними ознаками

ВИСНОВКИ

Вивчення формоутворення шавлії лікарської дало змогу виділити з насіннєвої популяції вузьколисту форму (Salvia officinalis var.angustifolia), широколисту (Salvia officinalis var.latifolia), у якої відзначено дві форми: коротколисту (Salvia officinalis var.latifolia forma curvifolia) і довголисту (Salvia officinalis var.latifolia f. longifolia); за забарвленням квіток - 3 форми: особини з рожевими квітками (f. ruber), особини з білими квітками (f. albus) й особини з фіолетовими квітками (f. violaceus). Виділеним формам вперше дано морфологічний опис і біохімічна характеристика.

Встановлено, що схожість зрілого свіжозібраного насіння шавлії лікарської у лабораторних умовах дорівнює 95%, енергія проростання на 7 добу - 85%. Насіння має неглибокий фізіологічний спокій, високі показники схожості зберігаються до 3-х років.

Процеси росту та розвитку листової пластинки шавлії лікарської найбільш інтенсивно проходять у перші 20 днів вегетації, швидкість росту довжини листа дорівнює 3 мм на добу. Максимальну площу листя мали рослини п'ятого року життя (16500 см²), далі листова поверхня зменшувалась до 4000 см² у десятирічному віці, що необхідно враховувати при селекції на продуктивність.

Тривалість життєвого циклу шавлії в умовах Передгірного Криму дорівнює 120-130 днів, період від пробудження зимуючих бруньок до масового цвітіння - 80-90 днів, від початку вегетації до дозрівання насіння 110-120 днів, що відповідає сумі позитивних активних температур: до масового цвітіння 3043⁰С і до дозрівання насіння 5543⁰, що дозволяє успішно вирощувати шавлію.

Виявлено, що ефірна олія синтезується в усіх органах Salvia officinalis L. Найбільша її кількість у листах - до 2,5%, у суцвіттях - до 2,1%, у стеблах - до 1,0%, у корінні - до 0,15% на абсолютно суху речовину. Кількість ефіроолійних залозок корелює з масовою часткою ефірної олії (r=0,81), що дозволяє вести відбір високопродуктивних форм на ранніх етапах розвитку.

Встановлено, що високопродуктивні генотипи відрізняються високою ефективністю олієутворювального процесу (2,4-2,7%), що пов'язано з високим облистненням (1500-1600 шт.), переважанням кількості великих і молодих (дрібних) листків, а також високим ступенем галуження пагонів, більшою листовою поверхнею листків (13500-16000 см²).

Розроблена модель продуктивності шавлії, яка дає змогу визначити механізм накопичення ефірної олії і взаємодії системи продуктивності та її елементів з гідротермічними факторами. На продуктивність шавлії впливають як генотип (52,7%), так і фактори середовища (31,9%). Масова частка ефірної олії в найбільшій мірі обумовлена генотипом (78,9%). Рівняння регресії рекомендується використовувати при селекції на продуктивність.

Максимальна врожайність надземної маси відмічена у рослин 5-го року життя (240 ц/га), збір ефірної олії 98 кг/га. Встановлено кореляційний зв'язок між кількістю ефірної олії у рослині і надземною масою сировини (r=52), масою листків (r=0,77) і площею листкової поверхні (r=0,74).

Склад ефірної олії залежить від фази розвитку, віку, органу рослини. Аналіз компонентного складу ефірної олії дав змогу ідентифікувати 26 терпенових сполук, з них домінантними є б- і в- туйони, камфора, борнеол і 1,8-цинеол. Виявлено високий зв'язок між б- туйоном і борнілацетатом (r=0,69), в-туйоном і камфорою (r=0,74), б-піненом і в -піненом (r=0,75), б -піненом і 1,8-цинеолом (r=0,74) і ін., що свідчить про зв'язок у біосинтезі цих терпеноїдів і не дозволяють вести селекцію одночасно на максимальний вміст цих компонентів.