ФЛАВОНОИДНЫЙ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ РАСТЕНИЯ Astragalus ferganensis

АННОТАЦИЯ

В статье впервые проведено комплексное исследование элементного и флавоноидного состава растения Astragalus ferganensis (семейство Fabaceae), эндемика Ферганской долины Республики Узбекистан. Элементный состав надземных (стебли, листья, семена, оболочка семян) и подземных органов растения определён методом ICP-OES (индуктивно-связанная плазма с оптической эмиссионной спектрометрией). Всего идентифицировано 30 элементов, которые классифицированы по содержанию: – макроэлементы (>1000 мг/кг): Ca, K, Mg, Na, P; – мезоэлементы (50–1000 мг/кг): Fe, Si, S; – микроэлементы (10–100 мг/кг): Mn, Zn, B, Cu; – следовые элементы (1–10 мг/кг): Cr, V, Li; – ультрамикроэлементы (<5 мг/кг): Ba, Ni, Pb, Se, As, Co. Элементы Ag, Bi, Cd, Hg, Sb не обнаружены. Установлено доминирование в обеих частях растения макроэлементов Ca, K, Mg и микроэлементов Fe и Si. Флавоноидный состав надземной части изучен методом ВЭЖХ-ПДА. Впервые для вида количественно определены: – в стеблях и листьях: гиполеатин-7-O-β-D-гликозид – 1,202 мг/100 г, гиполеатин – 0,706 мг/100 г, гиперозид – 0,232 мг/100 г; – в семенах: гиперозид – 0,222 мг/100 г; – в оболочке семян: гиполеатин – 0,692 мг/100 г, гиперозид – 0,157 мг/100 г. Полученные данные свидетельствуют о высокой аккумулирующей способности Astragalus ferganensis по отношению к биогенным элементам и значительном содержании флавоноидов, что открывает перспективы использования вида в фармацевтической промышленности и созданию новых фитопрепаратов.

ABSTRACT

The article presents the first study of the elemental composition of underground and aboveground parts of Astragalus ferganensis (family Leguminosae), growing in the Fergana Valley of the Republic of Uzbekistan, using ICP-OES, and the flavonoid composition of aboveground parts using high-performance liquid chromatography (HPLC). 30 elements were identified and classified into macro-, micro-, essential, and heavy metal groups. In plant organs, the content of Ca, K, Mg, Na, P is relatively high (>1000 mg/kg), Fe, Si, S – high (50–1000 mg/kg), Mn, Zn, B, Cu – moderate (10–100 mg/kg), Cr, V, Li – low (1–10 mg/kg), Ba, Ni, Pb, Se, As, Co – very low (<1–5 mg/kg); Ag, Bi, Cd, Hg, Sb were not detected. Macroelements Ca, K, Mg and microelements Fe, Si predominate in both underground and aboveground parts. Additionally, in stems and leaves: hypolaetin-7-O-D-glucoside – 1.202 mg/100 g, hypolaetin – 0.706 mg/100 g, hyperoside – 0.232 mg/100 g; in seeds: hyperoside – 0.222 mg/100 g; in seed coats: hypolaetin – 0.692 mg/100 g, hyperoside – 0.157 mg/100 g.

Ключевые слова: Astragalus ferganensis, ICP-OES, макро- и микроэлементы, флавоноиды, ВЭЖХ, гиполеатин, гиперозид

Keywords: Astragalus ferganensis, ICP-OES, makro- va mikroelementlar, flavonoidlar, HPLC, gipolaetin, giperosid.

ВВЕДЕНИЕ. В настоящее время одной из важнейших задач медицины остаётся поиск и внедрение новых видов лекарственных растений натурального происхождения взамен синтетических препаратов. Среди растительного мира особое место занимает род Astragalus семейства Бобовые (Fabaceae). Данный род насчитывает 3270 видов, из которых около 120 произрастает в Европе, 150 – в Южной Америке, 500 – в Северной Америке и 1500 – в Азии [1-2]. На территории Узбекистана зарегистрировано 223 вида [3]. По жизненной форме растения рода Astragalus представлены однолетними и многолетними травами, полукустарниками и кустарниками [4].

В растениях этого рода обнаружены биологически активные вещества: алкалоиды, флавоноиды, тритерпеновые сапонины, азотсодержащие соединения (в том числе небелковые аминокислоты), гликозиды, фенольные кислоты и их эфиры, кумарины, высшие жирные кислоты, полисахариды, витамины B, C, E, PP, соли глицирризиновой кислоты, микроэлементы, дубильные вещества, эфирные масла и другие соединения [5–7]. В литературе указано, что только из корней Astragalus membranaceus было выделено более 200 соединений [8]. Кроме того, из стеблей и ветвей Astragalus dasyanthus выделяется камедь трагакант (анзират, анзарут), содержащая 60 % басорина, 8–10 % арабина и углеводы [9].

При изучении представителей рода Astragalus установлено, что они богаты как макро-, так и микроэлементами. В них обнаружены рубидий, марганец, медь, хром, кобальт, скандий, цезий, железо, молибден и цинк [6, 10]. В надземной части Astragalus albicaulis выявлено пять макроэлементов и 30 микроэлементов, среди которых в наибольшем количестве содержатся K, Ca, P, Mg и Fe; при этом количество токсичных элементов оказалось ниже нормативных показателей [11].

Содержание микроэлементов в корнях, стеблях и листьях Astragalus microcephalus и Astragalus lusitanicus исследовано методом дифференциальной импульсной полярографии [12]. В разных органах растений обнаружено 10 микроэлементов: Se, Mo, Cd, Pb, Cr, Zn, As, Cu, Fe, Ti. В корнях Astragalus microcephalus содержание селена составило 18,3 ± 1,5 мг/100 г, в стеблях – 5,5 мг/100 г, в листьях – 6,3 мг/100 г, что свидетельствует о преимущественном накоплении Se в корнях.

Наиболее часто выделяемыми соединениями из видов Astragalus являются флавонолы, среди которых преобладают кверцетин, кемпферол и их гликозиды [13]. В настоящее время циклоциверсиозид выделен из метанольного экстракта Astragalus sieversianus. Данный гликозид ранее был получен из Astragalus babatagi, Astragalus pterocephalus и Astragalus lastiostula [14]. Из различных органов Astragalus membranaceus и Astragalus mongholicus идентифицировано около 19 гликозилированных и негликозилированных флавоноидов [15].

Исследования последних лет подтвердили мировым научным сообществом, что экстракты растений рода Astragalus обладают выраженным противовоспалительным действием [16, 17, 18].

Приведённые данные свидетельствуют о богатстве растений рода Astragalus биологически активными веществами. На этом основании нами проведено исследование элементного и флавоноидного состава ранее не изученного вида Astragalus ferganensis.

Вид впервые обнаружен в Ферганской долине, благодаря чему получил соответствующее название. Высота растения 10–20 см, стебель тонкий, белого цвета. Листья непарноперистые, супротивные, листочки яйцевидные, длиной 2–6 см. Цветёт в мае, плодоносит в июне. Площадь распространения – преимущественно Ферганская долина. Astragalus ferganensis относится к редким, узкоареальным видам (рис. 1).

Рисунок 1. Astragalus ferganensis в период плодоношения

a) в естественной среде обитания        b) в гербарном виде

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Определение содержания элементов. Для проведения исследований был выбран период плодоношения растения. Из корней, стеблей, плодов и оболочек плодов Astragalus ferganensis были подготовлены образцы.

Образцы первоначально сушили в сушильном шкафу (VWR DRY-line, Германия) до постоянной массы. Из высушенных образцов на аналитических весах (FA220 4N) отбирали по 200 мг. Далее образцы подвергали минерализации в системе микроволнового разложения (MILESTONE Ethos Easy, Италия). В тефлоновую пробирку помещали навеску, добавляли 6 мл азотной кислоты и 2 мл перекиси водорода (H₂O₂). Минерализацию проводили в течение 20 минут при температуре 180°C до полного перевода в минеральную форму.

По окончании процесса полученный раствор переносили в мерную колбу на 25 мл и доводили дистиллированной водой до метки. Разбавленные растворы помещали в специальные пробирки автосемплера и анализировали на индуктивно-связанном плазменном оптико-эмиссионном спектрометре (Avio 200, Perkin Elmer, США, ICP-OES). Предел обнаружения элементов в растворе составил 10⁻⁹ г (табл. 1).

Определение содержания флавоноидов. Количественный анализ флавоноидов в надземной части растения проводили на высокоэффективном жидкостном хроматографе Agilent Technologies 1260 Infinity с диодно-матричным детектором (ДАД) [19]. В качестве подвижной фазы использовали смесь ацетонитрил – буферный раствор. Спектральные данные регистрировали в диапазоне 200–400 нм [20]. Условия хроматографирования:

Подвижная фаза: ацетонитрил – буферный раствор (35:75), pH = 2,92, время анализа 15–20 мин;

Объём вводимой пробы: 5 мкл;

Скорость потока подвижной фазы: 0,75 мл/мин;

Колонка: Eclipse XDB-C18, 5,0 мкм, 4,6 × 250 мм;

Детектор: диодно-матричный, длины волн 254, 320, 381 нм [21].

Хроматографический спектр, полученный при анализе образцов стеблей и листьев, представлен на рис. 2.

Рисунок 2. Хроматографический спектр стеблей и листьев Astragalus ferganensis

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

Анализ элементов. Полученные данные по химическим элементам первоначально были разделены на 4 группы: макроэлементы, микроэлементы, биогенные (жизненно важные) элементы и тяжёлые металлы, после чего проведён сравнительный анализ по органам растения.

Таблица 1.

Содержание выявленных элементов в органах растения Astragalus ferganensis (мг/10 г)

Содержание макроэлементов в органах растения Astragalus ferganensis представлено в виде диаграммы на рис. 2.

Рисунок 2. Диаграмма количественного содержания макроэлементов в органах растения Astragalus ferganensis

Из приведённой диаграммы видно, что наибольшее содержание кальция (Ca) наблюдается в стеблях с листьями и оболочке плодов (177,412 мг/10 г и 147,218 мг/10 г соответственно), тогда как калий (K) преобладает в корнях и семенах (215,587 мг/10 г и 132,289 мг/10 г). Во всех органах минимальное количество зафиксировано для серы (S).

Общее содержание макроэлементов составило:

• в корнях – 369,88 мг/10 г,
• в семенах – 337,3 мг/10 г,
• в оболочке плодов – 404,65 мг/10 г,
• в стеблях и листьях – 447,82 мг/10 г.

Наряду с этим был проведён анализ содержания микроэлементов в органах Astragalus ferganensis (рис. 3).

Рисунок 3. Диаграмма количественного содержания микроэлементов в органах растения Astragalus ferganensis

Во всех органах растения среди микроэлементов наибольшее содержание отмечено для кремния (Si), наименьшее – для селена (Se). Общее содержание микроэлементов составило:

• в корнях – 2,049 мг/10 г,
• в семенах – 0,732 мг/10 г,
• в плодах – 2,658 мг/10 г,
• в стеблях и листьях – 3,133 мг/10 г.

В рис. 4. изображено диаграммы количественного содержания жизненно важных элементов в органах растения Astragalus ferganensis.

Рисунок 4. Диаграмма количественного содержания жизненно важных элементов в органах растения Astragalus ferganensis

Среди элементов этой группы железо (Fe) во всех органах показало наивысшие значения. Максимальное содержание зафиксировано в оболочке плодов – 3,811 мг/10 г. Общее содержание жизненно важных элементов составило:

• в семенах – 1,635 мг/10 г,
• в корнях – 2,102 мг/10 г,
• в стеблях и листьях – 2,962 мг/10 г,
• в оболочке плодов – 4,908 мг/10 г.

В органах Astragalus ferganensis ртуть (Hg) не обнаружена. Мышьяк (As) выявлен в корнях (0,03 мг/10 г) и семенах (0,007 мг/10 г), но отсутствовал в стеблях с листьями и оболочке плодов. Свинец (Pb) и кобальт (Co) обнаружены во всех органах в минимальных количествах.

Анализ флавоноидов. Содержание флавоноидов в растении Astragalus ferganensis исследовано методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Полученные результаты обобщены в табл. 2.

Таблица 2.

Содержание флавоноидов, выявленных в органах растения Astragalus ferganensis

Согласно результатам исследований, в стеблях и листьях растения Astragalus ferganensis обнаружены следующие флавоноиды: гиполаэтин-7-O-β-D-гликозид – 1,202 мг/100 г, гиполаэтин – 0,706 мг/100 г, гиперазид – 0,232 мг/100 г; в семенах: гиперазид – 0,222 мг/100 г; в оболочке семян: гиполаэтин – 0,692 мг/100 г, гиперазид – 0,157 мг/100 г. Кверцетин во всех органах растения не обнаружен.

ВЫВОД. Впервые изучен элементный состав и количественное содержание флавоноидов растения Astragalus ferganensis. Проведённые исследования показали, что в стеблях и листьях растения высоко содержание макроэлементов K и Ca, а также микроэлементов Si, Zn, Mn. Кроме того, во всех органах растения выявлено высокое содержание жизненно важных элементов Fe и Cu.

В результате анализов установлено наличие в стеблях и листьях флавоноидов гиполаэтина-7-O-β-D-гликозида, гиполаэтина и гиперазида; в семенах – гиперазида; в оболочке семян – гиполаэтина и гиперазида.

На основании полученных данных сделан вывод о том, что в перспективе различные органы этого растения могут быть использованы для создания лекарственных препаратов или в качестве биологически активных добавок в медицинской практике.

Список литературы:

1. Rundel P.W., Huggins T.R., Prigge B.A., Rasoul Sharifi M. 2015. Rarity in Astragalus: a California perspective. – Aliso. 33(2): р.111–120. https://doi.org/10.5642/aliso.20153302.04
2. Durazzo A., Nazhand A., Lucarini M., Silva A.M., Souto S.B., Guerra F., Severino P., Zaccardelli M., Souto E.B., Santini A. 2021. Astragalus (Astragalus membranaceus Bunge): botanical, geographical, and historical aspects to pharmaceutical components and beneficial role. – Rend. Lincei Sci. Fis. Nat. 32(3): 625–642. https://doi.org/10.1007/s12210-021-01003-2
3. Y.J.Bahodirova, I.E.Mamatkulova “ASTRAGALUS PILETOCLADUS O‘SIMLIGINING DORIVORLIK XUSUSIYATLARI”. International scientific electronic journal. Volume 41. Issue-1. November 2023,  https://newjournal.org/new/article/view/9545
4. Monier M. Abd El-Ghani, Ashraf S. A. El-Sayed, Ahmed Moubarak, Rabab Rashad, Hala Nosier, Adel Khattab Biosystematic Study on Some Egyptian Species of Astragalus L. (Fabaceae)., Agriculture 2021, 11(2), р.125; https://doi.org/10.3390/agriculture11020125
5. Yang L.P., Shen J.G., Xu W.C., Li J., Jiang J.Q. 2013. Secondary metabolites of the genus Astragalus: structure and biological activity update. – Chem. Biodivers. 10(6): р.1004–1054. https://doi.org/10.1002/cbdv.201100444
6. Guo Z., Lou Y., Kong M., Luo Q., Liu Z., Wu J. 2019. A systematic review of phytochemistry, pharmacology and pharmacokinetics on Astragali radix: Implications for Astragali radix as a personalized medicine. – Int. J. Mol. Sci. 20(6): 1463. https://doi.org/10.3390/ijms20061463
7. Zhang Ch., Yang X., Wei J.R., Chen N.M.H., Xu J.P., Bi Y.Q., Yang M., Gong X., Li Z.Y., Ren K., Han Q.H., Zhang L.,Li X., Ji M.Y., Wang C.C., Li M.H. 2021. Ethnopharmacology, phytochemistry, pharmacology, toxicology and clinical applications of Radix Astragali. – Chin. J. Integr. Med. 27: р.229–240. https://doi.org/10.1007/s11655-019-3032-8
8. Ceter, T.; Karaman, S.; Aytac, Z.; Baser, B. Pollen morphology of the genus Oxytropis in Turkey. Bangladesh J. Bot. 2013, 42, р.167–174.
9. Sh.M.Muxtorova, V.U.Xo‘jayev. Astragalus dasyanthus l oʻsimligining tarkibi va xalq tabobatida qoʻllanilishi. “Journal of science-innovative research in Uzbekistan” jurnali, ISSN 2992-8869
10. Wang L., Xiong F., Yang L., Xiao Y., Zhou G. 2021. A seasonal change of active ingredients and mineral elements in root of Astragalus membranaceus in the Qinghai-Tibet Plateau. – Biol. Trace Elem. Res. 199(10): р.3950–3959. https://doi.org/10.1007/s12011-020-02486-0
11. Pozdnyakova T.A., Bubenchikov R.A. 2017. The study of elemental composition of the herb Astragalus albicaulis DC. –In: [Scientific forum: medicine, biology and chemistry. Proc. VI Sci. Conf.]. Moscow. V. 4(6). p. 55–60. (In Russian) https://elibrary.ru/item.asp?id=29837867&pff=1
12. Somer G., Çalişkan A.C. 2007. Selenium and trace element distribution in Astragalus plants: developing a differential pulse polarographic method for their determination.–Turk.J.Chem. 31(4): р.411–422. https://journals.tubitak.gov.tr/chem/vol31/iss4/3/  
13. Flavonoids from the Genus Astragalus: Phytochemistry and Biological Activity Viktor M. Bratkov, Aleksandar M. Shkondrov, Petranka K. Zdraveva, Ilina N. Krasteva, 2016 Pharmacognosy Reviews | Published by Wolters Kluwer – Mednow, DOI:10.4103/0973-7847.176550 
14. A.A.Janibekov. Astragalus o‘simliklari tarkibidagi kimyoviy birikmalar. ЭКОНОМИКА И НАУКА В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ. РАЗВИТИЕ НОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ. 26-b
15. Li Y., Guo S., Zhu Y., Yan H., Qian D.W., Wang H.Q., Yu J.Q., Duan J.A. 2019. Comparative analysis of twenty-five compounds in different parts of Astragalus membranaceus var. mongholicus and Astragalus membranaceus by UPLC-MS/MS.–J. Pharm. Anal. 9(6) р.392–399. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2019.06.002
16. Zhang, W., et al. (2013). Anti-inflammatory activity of isolated flavonoids from Astragalus complanatus via suppression of MAPK and NF-κB pathways. Inflammation Research, 62(3), р.295–305. DOI: 10.1007/s00011-012-0576-0
17. Luo, Y., Qin, Z., Hong, Z., & Zhang, X. (2015). Astragalus polysaccharides inhibit lipopolysaccharide-induced inflammatory responses in RAW264.7 macrophages. BMC Complementary and Alternative Medicine, 15, 468. DOI:10.1186/s12906-015-0971-4
18. Wang, D., et al. (2017). Protective effects of Astragalus saponins against LPSinduced inflammation in microglia via regulation of TLR4/NF-κB pathway. Neurochemical Research, 42(11), р.3373–3380. DOI: 10.1007/s11064-017-2369-5
19. Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование (Hydrangeaceae – Haloragaceae). Род Astragalus L. Л., – 1987. - С.109-125.
20. Верниковская Н. А. Дисс. Хроматографическое определение фенольных соединений флавоноидов в лекарственных растениях канд. хим. наук. – Краснодар: КубГУ, 2011. – 187 с
21. Валентина Андреевна Сагарадзе, Елена Юрьевна, Elena Kalenikova Бабаева. Определение флавоноидов в цветках с листьями боярышника методом ВЭЖХ со спектрофотометрическим детектированием. Химико-фармацевтический журнал. 2017. 51(4). -С.30-33. DOI: 10.30906/0023-1134-2017-51-4-30-33