ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛИШАЙНИКА Lecanora argopholis

АННОТАЦИЯ

Лишайники, как уникальные симбиотические организмы, играют важную роль в экосистемах благодаря своей устойчивости к экстремальным условиям и способности синтезировать биологически активные вещества. Одним из таких лишайников является Lecanora  argopholis, известный своим широким ареалом и химическим разнообразием. Данная статья посвящена исследованию химического состава лишайника Lecanora argopholis, собранного в горных районах Узбекистана. Впервые были проанализированы микро- и макроэлементный состав, содержание витаминов и флавоноидов в образцах данного вида. Для определения элементного состава использовался метод индуктивно-связанной плазменной оптической эмиссионной спектрометрии (ICP-OES), что позволило выявить наличие таких элементов, как калий, кальций, магний, железо, цинк и медь.

При анализе витаминного состава было установлено присутствие пяти водорастворимых витаминов: B1, B9, B12, PP и C, а также флавоноидов робинин, рутин, гиполаэтин и гиперазид. Полученные данные свидетельствуют о возможных адаптивных механизмах лишайника к условиям окружающей среды, что делает его перспективным объектом для экологического мониторинга и биотестирования.

ABSTRACT

Lichens, as unique symbiotic organisms, play an important role in ecosystems due to their resilience to extreme conditions and their ability to synthesize biologically active compounds. One such lichen is Lecanora argopholis, known for its wide distribution and chemical diversity. This article presents a study of the chemical composition of Lecanora argopholis collected from mountainous regions of Uzbekistan. For the first time, the micro- and macroelement composition, as well as the content of vitamins and flavonoids in samples of this species, were analyzed. Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) was used to determine the elemental composition, revealing the presence of elements such as potassium, calcium, magnesium, iron, zinc, and copper.

The vitamin analysis identified the presence of five water-soluble vitamins: B1, B9, B12, PP, and C, along with flavonoids including robinin, rutin, hypolaetin, and hyperoside. The obtained data suggest possible adaptive mechanisms of the lichen to environmental conditions, making it a promising subject for ecological monitoring and biotesting.

Ключевые слова: Lecanora argopholis, микроэлементы, макроэлементы, витамины, флавоноиды.

Keywords: Lecanora argopholis, microelements, macroelements, vitamins, flavonoids.

ВВЕДЕНИЕ

Лишайник — это гибридная колония водорослей или цианобактерий, живущих в симбиозе с нитями нескольких видов грибов, а также с дрожжами и бактериями [1][2], и размещенная в коре или «взаимной» оболочкев форме мутуалистических взаимоотношений [3][4][5][6][7]. Лишайники стали теми организмами, с которых впервые началось использование термина «симбиоз» (как Symbiotismus [8]) в биологическом контексте. Они способны выживать в экстремальных климатических условиях, таких как арктические и альпийские зоны, а также влажные тропики. Лишайники являются источником различных биологически активных веществ, включая фенольные соединения и лихеновые кислоты, которые могут составлять до 10% сухой массы таллома. Эти соединения выполняют защитные функции, снижая воздействие ультрафиолетового излучения и других стрессовых факторов среды.

На сегодняшний день накоплено множество сведений о составе и биологической активности соединений, содержащихся в различных видах лишайников. Современные методы культивирования позволяют получать эти соединения в лабораторных условиях, что открывает возможности их промышленного использования, особенно в фармацевтике.

L. argopholis чаще всего встречается на силикатных породах, таких как гранит, и предпочитает солнечные участки. Этот вид распространён на всех континентах, включая Азию, Европу, Африку и обе Америки. В исследованиях азербайджанских учёных было установлено, что метанольный экстракт L. argopholis обладает выраженной антиоксидантной активностью.

В рамках настоящего исследования будут проанализированы основные биологически активные соединения, а также содержание витаминов и элементов в образцах L. argopholis, произрастающих на территории Узбекистана. Несмотря на широкое распространение данного вида в Азии, его химический состав в пределах Узбекистана до настоящего времени не изучался.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Образцы лишайника (рис. 1), собранные в естественных условиях горных районов Узбекистана, были доставлены в лабораторию в течение 4 часов после сбора.

Рисунок 1. Lecanora argopholis

Для определения элементного состава L. argopholis 0,1000 г высушенного образца помещали в тефлоновые контейнеры. Затем добавляли 3 мл очищенной концентрированной азотной кислоты (HNO₃) и 2 мл очищенного раствора перекиси водорода (H₂O₂). После герметичного закрытия автоклавы устанавливали в микроволновый реактор Berghof (модель Speed Wave Xpert или аналогичную установку). Разложение проводили по специально заданной программе, контролируемой устройством, с отображением параметров процесса (температура, давление, количество автоклавов) на ЖК-дисплее. Минерализация осуществлялась при температуре 50–230°C и давлении до 40 бар в течение 35–45 минут во влажной среде.

После охлаждения контейнеры вскрывали, содержимое переносили в мерные колбы объёмом 50 или 100 мл, тщательно промывая автоклавы 2–3 раза бидистиллированной водой. Объём доводили до метки, затем раствор перемешивали и помещали в пробирки автосамплера. В программу прибора вводили данные о расположении проб, массе образцов и степени разведения, что обеспечивало автоматический расчёт концентраций элементов.

Полученные растворы анализировали с использованием оптико-эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) Perkin Elmer Avio-200 или аналогичного оборудования. Сравнительный анализ проводился со стандартными образцами, содержащими макро- и микроэлементы, а также соли тяжёлых и редких металлов. Программа автоматически рассчитывала точность и стандартное отклонение (RSD), исходя из введённых параметров.

Для исследования флавоноидного профиля лишайника экстракцию проводили дважды с 70% этанолом при температуре 70–75°C в течение 3 часов, поддерживая интенсивное перемешивание. Соотношение растворителя к сырью составляло 82:18. Полученные экстракты фильтровали и объединяли. Аликвоту (1 мл) разводили 9 мл системы растворителей (ацетонитрил:ацетатный буфер, 70:30), затем центрифугировали и фильтровали через мембранный фильтр. Хроматографический анализ выполняли методом ВЭЖХ в режиме изократического элюирования с использованием диодно-матричного детектора (ДАД). Мобильная фаза состояла из ацетонитрила и буферного раствора. Спектры регистрировались в диапазоне 200–400 нм.

Условия хроматографирования: хроматограф Agilent Technologies 1260; подвижная фаза — ацетонитрил:буфер (30:70); pH=2,92; время анализа 15–20 мин.; объём инжекции — 5 мкл; скорость потока — 0,75 мл/мин; колонка — Eclipse XDB-C18, 5,0 мкм, 4,6×250 мм; детектирование на длинах волн 254, 320 и 381 нм.

Анализ водорастворимых витаминов проводили методом ВЭЖХ в градиентном режиме с использованием ДАД. Подвижная фаза состояла из ацетонитрила и буферного раствора. Спектральный анализ выполняли в диапазоне 200–400 нм. Условия: подвижная фаза — ацетонитрил:буфер при pH=2,92 с изменением соотношения: 4%:96% (0–6 мин), 10%:90% (6–9 мин), 20%:80% (9–15 мин), возврат к 4%:96% (15–20 мин); объём инжекции — 10 мкл; скорость потока — 0,75 мл/мин; колонка — Eclipse XDB-C18, 5,0 мкм, 4,6×250 мм; детектирование при длинах волн 272, 292, 254, 297 и 360 нм.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В таблицах 1 и 2 представлена количественная характеристика элементного состава (в мг/10 г сухой массы) лишайника L. argopholis. В выявленном профиле содержатся различные металлы, металлоиды и ключевые макро- и микроэлементы, такие как литий (Li), алюминий (Al), молибден (Mo), теллур (Te), селен (Se), сурьма (Sb), олово (Sn), стронций (Sr), калий (K) и другие.

Сравнительный анализ показал, что содержание большинства элементов в L. argopholis значительно превышает уровни, характерные для контрольного образца. Особенно высокие значения были зафиксированы для калия, кальция и магния. Такая концентрация элементов указывает на следующие особенности:

1. Потенциально высокая биологическая активность.
2. Высокая способность к накоплению элементов из окружающей среды (почвы, воздуха, воды).
3. Перспективность применения лишайника в целях биоиндикации и экологической рекультивации загрязнённых территорий.

В таблице 1 приводятся результаты определения макроэлементов в L. argopholis.

Таблица 1.

 Содержание макроэлементов в Lecanora argopholis

Установлено, что в составе L. argopholis содержание серы (1,855 мг/10 г), калия (33,021 мг/10 г) и фосфора (9,447 мг/10 г) отмечается как более высокое по сравнению с другими макроэлементами. Кальций, концентрация которого составляет 321,884 мг/10 г, выполняет важную структурную функцию, способствуя укреплению клеточных стенок лишайника. Значительное содержание кальция может свидетельствовать о его роли в минерализации тканей и повышении их устойчивости к внешним воздействиям. Натрий, обнаруженный в количестве 1,503 мг/10 г, участвует в поддержании осмотического баланса. Его относительно высокий уровень может указывать на адаптационные механизмы, обеспечивающие толерантность организма к условиям повышенной солёности среды.

В таблице 2 приводятся результаты определения микроэлементов в L. argopholis.

Таблица 2.

 Содержание некоторых микроэлементов в Lecanora argopholis

Для L. argopholis характерно повышенное содержание железый, составляющее 59,911 мг/10 г. Подобные различия могут быть обусловлены как экологическими условиями среды обитания, так и особенностями физиологии данного вида лишайников. Элементы, такие как марганец, железо и цинк, играют ключевую роль в активности ферментов и регуляции метаболических процессов. При этом выявленное соотношение указывает на относительно низкую способность данного вида к аккумуляции марганца.

Низкие уровни накопления микроэлементов в тканях L. argopholis свидетельствуют о его приспособленности к условиям с дефицитом минеральных веществ. Проведённое сравнение содержания микроэлементов — таких как Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Cr и Si — в контрольных пробах и в образцах лишайника показало количественные различия. Концентрации были выражены в миллиграммах на 10 граммов сухого вещества (мг/10 г).

На рисунке 2 показа диаграмма, отражающая содержание некоторых элементов в L.argopholis (mg/10g)

Рисунок 2. Содержание некоторых элементов в L. argopholis (mg/10g)

На диаграмме представлены данные о содержании некоторых элементов (Li, Ni, Mo, Sb, Sr, B, V) в лишайнике L. argopholis, измеренные в мг на 10 г. Все элементы присутствуют в очень низких концентрациях, что является характерным для лишайников. Накопление токсичных металлов, таких как Sb (0,145 мг/10 г), может свидетельствовать о техногенных загрязнениях в среде обитания лишайника. Умеренное содержание элементов, таких как Sr (0,607 мг/10 г) и B (0,155 мг/10 г), указывает на природные источники или их роль в поддержании клеточных функций. Накопление Li (0,162 мг/10 г) и V (0,154 мг/10 г) может быть связано как с природными, так и с техногенными источниками этих металлов.

В таблице 3 приведено содержание флавоноидов, выявленных в лишайнике L. argopholis.

Таблица 3.

 Содержание флавоноидов в Lecanora argopholis

L. argopholis содержит высокую концентрацию рутина (89,39 мг/100 г), что указывает на его важную роль в защите от окислительного стресса. Умеренное содержание гиперазида (30,64 мг/100 г) и робинина (1,94 мг/100 г) также поддерживает антиоксидантные и противовоспалительные свойства лишайника.

В таблице 4 приведено содержание витаминов, выявленных в составе лишайника L. argopholis.

Таблица 4.

 Содержание витаминов в Lecanora argopholis

L. argopholis содержит значительное количество витамина C (333,263 мг/100 г), витамина PP (0,409 мг/100 г),  и витаминов группы B, особенно B1, B9 и B12, что делает его ценным источником для поддержки иммунной системы и обмена веществ. Примечательно также высокое содержание витамина B9 (99,656 мг/100 г), что редко встречается среди растений. Между тем, недостаток витаминов В1 и В2 можно объяснить особенностями метаболизма этого лишайника.

Заключение

L. argopholis представляет собой перспективный объект для фитохимических исследований. Его адаптация к суровым условиям и богатый вторичный метаболизм открывают широкие возможности для использования в биомедицинской практике. Дальнейшие исследования, включая молекулярную идентификацию и биотехнологические подходы к культивированию, необходимы для раскрытия полного потенциала этого вида.

L. argopholis, произрастающий в Узбекистане, представляет собой уникальный объект для химического и биологического исследования, так как до настоящего времени его химический состав в этом регионе не был изучен. Этот лишайник, широко распространённый в Азии, обладает свойством изменять свои химические характеристики в зависимости от условий, таких как область произрастания, ультрафиолетовое излучение и продолжительность воздействия внешних факторов. Таким образом, данный вид имеет значительное экологическое значение.

Помимо этого, L. argopholis, произрастающий в Узбекистане, может быть использован для разработки антиоксидантных препаратов, экологических индикаторов и косметических продуктов. Однако наличие токсичных элементов требует дальнейших исследований для уточнения их источников и воздействия на химию лишайника.

Список литературы: