Лабораторна робота 33

Тема: Накопичення фенольних сполук у органах квіткових рослин, мохах, лишайниках, як прояв захисної реакції на несприятливі умови середовища

Мета лабораторної роботи: Ознайомитися з методикою визначання груп фенольних сполук, що накопичуються у органах квіткових рослин, мохах, лишайниках, як захисна реакція на несприятливі умови середовища.

Теоретичне підґрунтя:

Фенольні речовини представляють собою велику і різноманітну групу ароматичних сполук, надзвичайно поширену в рослинному світі. На їх частку припадає до 2-3% маси органічної речовини, а в деяких випадках - до 10% і більше. В окремих органах рослин кількість фенолів різко зростає: у синьо-фіолетових пелюстках братків їх 33%, а у садових форм волошки до 24%.

До групи фенольних речовин відносяться флавоноїди (фізіологічно активні речовини багатьох плодів, ягід, овочів і дико зростаючих рослин). Вони діляться на катехіни (основні активні речовини чаю), лейкоантоціани (безбарвні речовини, що є попередниками флавоноїдних пігментів), флавони і флавоноли (жовті забарвники багатьох квіток), а також антоціани (сині, червоні, фіолетові пігменти). До полімерних фенольних сполук відносяться дубильні речовини (їх багато в корі дуба, верби), лігнін міститься у (деревині), меланіни (чорне забарвлення квіток і їх частин, а також поверхневих покривів комах). Халкони і аурони надають квіткам жовтий колір або відтінок слонової кістки.

Одним з можливих шляхів утворення фенольних речовин у складі рослин є їх біосинтез з вуглеводів, що утворюються в процесі фотосинтезу.

У рослинах фенольні речовини несуть захисну функцію. Вони накопичуються в органах рослин за несприятливих умов середовища. Прикладом цього може слугувати накопичення антоціану і почервоніння паростків, бруньок і молодих листочків у деревних рослин на півночі і у високогір’ях (особливо в період весняних заморозків), а також накопичення інших груп фенольних сполук в деревних рослин восени і зимою. Фенольні з'єднання грають велику роль в іммунітеті рослин до різних захворювань і пошкоджень комах. Іноді захисні феноли у здорових рослин відсутні та утворюються лише як відповідна реакція на дію збудником (фітоалексином). Фенольні з'єднання відіграють важливу роль при загоєнні механічних пошкоджень, при захисті клітин від проникаючої радіації, при появі вільних радикалів, мутагенів, окислювачів тощо. Так, у хвої сосну,ялинки підвищення вмісту фенольних речовин під впливом сірчаного газу спостерігалось за місяць до пошкодження хвої, тобто з'явилося як би передвісником видимих хлорозів і некрозів.

Флавоноїдні пігменти, що обумовлюють природний колір, плодів, ягід, листя, кори, покривної луски нирок забезпечують залучення тварин-обпилювачів. Ця група речовин виділяється в природне середовище з відмерлих залишків рослин і має велике значення в алелопатії.

Багато захисних фенолів, пройшовши генетичний відбір, стали невід'ємною властивістю рослин (наприклад, переважання червоношишкових форм хвойних в умовах півночі і гірських місць). В інших випадках вони з'являються у відповідь на несприятливі умови зі своїх попередників-лейкоантоцианів (безбарвних пігментів), які постійно містяться в листях і корі рослин. Так, при недоліку азоту листя картоплі починає продукувати антоціани.

Накопичення фенольних речовин під впливом несприятливих і стресових умов середовища забезпечує стійкість видів рослин. Ці речовини виконують роль захисних бар'єрів на шляху механічних, хімічних та термічних чинників середовища, а також від хвороботворчих дій. Зазвичай, деревна кора, оболонки насіння, плодів, ягід, картоплі і інші покривні тканини містять підвищену кількість фенольних сполук (дубильних речовин, флавоноїдів, фенолокислот) і утворюють захисний покрив, що оберігає клітини, які діляться (мерістеми апікальних частин камбію) і насіння (майбутні зародки життя) від пошкоджень, перешкоджають проникненню ціх вражаючих факторів вглиб тканин.

Фенольні глікозиди клітин мохів, лишайників попереджують їх гниття, а після відмирання сприяють утворенню торфу. Фенольні лишайникові кислоти пригноблюють розмноження багатьох бактерій і цвілі, тому багато лишайників практично стерильні і застосовувалися в північних госпіталях в період Великої Вітчизняної війни, як матеріал прокладки при перев'язуванні ран.

Багато фенольних речовин виконують фітонцидну роль. Катехіни, антоціани, фенолокислоти і дубильні речовини відносяться до антибіотиків рослинного походження. Фітонцидний (антибіотичний) ефект проявляють і прості феноли (пірокатехін, гідрохінон, пірогалол і їх окислені хинонні форми). Так, галлати (метилові і етилові ефіри галової кислоти), виділені з плодів клена, пригноблюють зростання туберкульозної палички, ряду видів цвілі і грибів, деяких бактерій, патогенних для рослин; володіють противірусною дією. Всім добре відома антибіотична дія фенольних з'єднань чаю, деяких забарвлених ягід, полину, календули і таке інше.

Таким чином, дослідження багатьох авторів показали, що основна функція фенольних речовин у складі рослин - захисна, вони накопичуються в органах рослин в несприятливих і стресових умовах середовища і можуть служити доброю ознакою біоіндикації. Зважаючи на велику різноманітність будови і фізико-хімічні властивості фенольних речовин, аналізи їх наявності дуже тривалі, багатоступінчасті і мало придатні для 2-4-годинної лабораторної роботи. На практиці широке застосування, в тому числі на виробництві, для порівняльного визначення вмісту фенольних речовин в рослинній сировині знайшли більш прості методи визначення суми фенольних з'єднань, які, втім, є лише приблизними і напівкількісними.

Оним із таких методів є метод визначення суми фенольних з'єднань за Левенталем в модифікації А. Л. Курсанова.

Матеріали і обладнання:

1) ступки з товкачами; 2) ваги торсіонні; 3) стаканчики на 100 мл; 4) водяна баня; 5) чашки випарні на 800-1000 мл, або стакани такого ж об'єму; 6) бюретки; 7) колби на 50 мл; 8) росчин індігокарміна (1 г індігокарміна розчиняють в 50 мл концентрованої сірчаної кислоти і доводять водою до 1 л). Можна приготувати і в менших об'ємах; 9) 0,1 нормальний розчин КМnО₄; 10)дистильована вода; 11) перемеленний рослинний матеріал (листя дуба, клена), зібраний в різних екологічних умовах.

Хід роботи:

Берем 1 -3 г сухого перемеленного або 4-10 г свіжого ростертого в ступці з битим склом рослинного матеріалу і нагріваємо його в стаканчику на 100 мл з 40 мл дистильованої води впродовж 15 хв на кипячій водяній бані при інтенсивному перемішуванні. Екстракт охолоджують, фільтрують і доводять водою до мітки в колбі на 50 мл.

Частину отриманого розчину екстракту (10 мл) переносять у порцелянову чашку для випаровування або у стакан об'ємом 800-1000 мл, додають 750 мл дистильованної води і 25 мл розчину індігокарміну. Суміш титрують 0,1 нормальним розчином КМnО₄ (3,16 г КМnО₄ в 1 л води) при енергійному перемішуванні. Титрування припиняють при появі в розчині золотисто-жовтого відтінку. Результат титрування перемножують на перелічувальний коефіцієнт для переведення мілілітрів 0,1 нормального КМnО₄ в міліграми фенольних сполук, що містяться в 10 мл взятого для титрування екстрату.

Для більшої точності паралельно проводять контрольне титрування, під час якого 10 мл екстракту замінюють 10 мл дістильованої води і отримане значення віднімають з даних основного визначення.

У звичайній лабораторній практиці найчастіше користуються перелічувальним рахунковим коефіцієнтом 4,16 (визначений для китайського таніну), проте, для аналізу листків чаю в нашій країні застосовується коефіцієнт 5,82, а в Індії - 4,62.

За аналогічною методикою можна визначити сукупний вміст фенолів у мохах, лишайниках і квітках рослин.

Контрольні питання до лабораторної роботи 33:

1. На які групи поділяються флавоноїди?

2. Які речовини відносять до полімерних фенольних сполук?

3. Який шлях утворення фенольних речовин?

4. Які існують приклади захисної реакції фенольних речовин?

5. Яку роль відіграють фенольні сполуки?

6. Яке застосування фенольних лишайникових кислот?

7. Які речовини відносять до антибіотиків,їх фітонцидна роль?

8. Яка основна функція фенольних речовин?

9. Метод визначення суми фенольних сполук за Левенталем?