Conservation, Mobilization and Study of Plant Genetic Resources

pdf-version

Collection of medicinal plants as a base for the training of specialists in the field of pharmacy

Одним из основных направлений деятельности ботанических садов является создание, поддержание и развитие коллекций живых растений (Скворцов, 1996). Они выделяются по различным критериям и очень разнообразны, например, систематические коллекции, коллекции древесных, декоративных, плодовых растений. Во многих ботанических садах существуют также специализированные коллекции лекарственных растений, функции которых разнообразны: научные исследования (например, изучение перспектив интродукции и дальнейшего возделывания видов данной группы в конкретных природно-климатических условиях региона); охрана видов лекарственных растений, относящихся к категории редких и угрожаемых; просветительская деятельность среди широких слоев населения. Немаловажным направлением может быть использование этих коллекций в образовательной деятельности, в частности, для подготовки специалистов с высшим и средним профессиональным образованием. В данной работе рассматривается использование коллекции лекарственных и пряно-ароматических растений Ботанического сада УрО РАН (г. Екатеринбург) для подготовки студентов фармацевтического факультета Уральского государственного медицинского университета – УГМУ (ранее – Уральская государственная медицинская академия) по специальности 33.05.01 – Фармация, квалификации «Провизор» и студентов Свердловского областного медицинского колледжа (СОМК) по специальности 33.02.01 – Фармация, квалификации «Фармацевт». Существование данной коллекции сыграло большую роль в организации Кафедры ботаники и фармакогнозии УГМУ (в настоящее время - Кафедра управления и экономики фармации, фармакогнозии). 

Авторы данной статьи на протяжении длительного времени (с 2005 г.) ведут курс «Фармакогнозия» на Фармацевтическом факультете УГМУ и летнюю учебную практику по фармакогнозии для студентов этого ВУЗа, а также для студентов СОМК. Фармакогнозия (pharmakon – лекарство, gnosis – знание) – наука о лекарственных растениях, лекарственном сырье растительного (реже животного) происхождения, о продуктах их переработки, а также о методах анализа растительного сырья и фитопрепаратов (Куркин, 2007). В данном случае имеются в виду официнальные растения, т. е. те виды, которые прошли всестороннее химическое, фармакологическое и клиническое изучение и используются в научной медицине. Значительная часть этих видов входит в Государственную Фармакопею Российской Федерации, XIV изд. (2018).

Возрастающая потребность в препаратах растительного происхождения и ухудшающаяся экологическая ситуация требуют подготовки компетентных специалистов в области рационального использования ресурсов лекарственных растений и получения высококачественных лекарственных средств на их основе. Целью курса фармакогнозии на фармацевтических факультетах является подготовка специалистов для решения профессиональных задач по многочисленным вопросам, касающимся лекарственных растительных средств, начиная с определения и описания лекарственного растения и заканчивая получением и контролем качества лекарственных препаратов из него. Особенностью преподавания курса фармакогнозии в Уральском государственном медицинском университете является то, что к учебному процессу привлечены высококвалифицированные кадры специалистов-биологов, сотрудников Ботанического сада УрО РАН, что позволяет, в частности, эффективно использовать в обучении студентов коллекцию лекарственных и пряно-ароматических растений открытого грунта (рис. 1, 2).

 В настоящее время коллекция насчитывает около 460 видов и небольшое число подвидов, форм и сортов. Ядро коллекции составляют официнальные для нашей страны виды, т. е. виды научной медицины, входящие в Государственный реестр лекарственных средств России: большинство из них входит в Государственную Фармакопею Российской Федерации (2018), а для других видов существуют отдельные нормативные документы. Помимо этого присутствуют виды, включённые в фармакопеи европейских стран (European pharmacopoeia ..., 2014) и виды народной медицины. Основное значение для подготовки провизоров имеют виды первой группы (официнальные). Они являются источниками лекарственного растительного сырья (ЛРС), причем у различных видов используются с лечебными целями разные органы. В связи с этим в фармакогнозии выделяют морфологические группы сырья (листья, травы, цветки и т. д.) (Избранные лекции ..., 2006; Фармакогнозия ..., 2013; Государственная Фармакопея ..., 2018 и др.). В нашей коллекции представлены виды, относящиеся к разнообразным морфологическим группам.

Fig. 1. Collection of medicinal and aromatic plants (fragment 1).

Fig. 2. Collection of medicinal and aromatic plants (fragment 2).

1. Листья: Catharanthus roseus (L.) G. Don, Cotinus coggygria Scop., Datura stramonium L., Digitalis grandiflora Mill., Digitalis lanata Ehrh., Digitalis purpurea L., Fragaria vesca L., Hyoscyamus niger L., Mentha × piperita L., Petasites hybridus (L.) Gaertn., B. Mey. & Scherb., Rosmarinus officinalis L., Salvia officinalis L.

2. Трава (надземные побеги различной длины, которая определяется соответствующим нормативным документом): Achillea millefolium L., Adonis vernalis L., Artemisia absinthium L., Astragalus falcatus Lam., Chelidonium majus L., Cichorium intybus L., Convallaria majalis L., Desmodium canadense (L.) DC., Digitalis ciliata Trautv., Echinacea purpurea (L.) Moench, Flueggea suffruticosa (Pall.) Baill., Glaucium flavum Crantz, Gratiola officinalis L., Hedysarum alpinum L., Hypericum maculatum Crantz, Hypericum perforatum L., Leonurus quinquelobatus Gilib., Macleaya microcarpa (Maxim.) Fedde, Melilotus officinalis (L.) Pall., Melissa officinalis L., Origanum vulgare L., Paeonia anomala L., Persicaria maculosa S. F. Gray, Plantago squalida Salisb., Potentilla argentea L., Ruta graveolens L.. Sedum maximum (L.) Suter, Solidago canadensis L., Stachys betoniciflora Rupr., Thalictrum minus L., Thermopsis lanceolata R. Br., Vinca minor L., Viola arvensis Murray, Viola tricolor L.

3. Цветки: Arnica chamissonis Less., Calendula officinalis L., Filipendula ulmaria (L.) Maxim., Helichrysum arenarium (L.) Moench, Lavandula angustifolia Mill., Matricaria chamomilla L., Tanacetum vulgare L., Verbascum densiflorum Bertol.

4. Плоды и семена: Ammi majus L., Ammi visnaga (L.) Lam., Brassica juncea (L.) Czern., Carum carvi L., Hippophae rhamnoides L., Humulus lupulus L., Juniperus communis L., Linum usitatissimum L., Pastinaca sativa L., Ribes nigrum L., Rosa majalis Herrm., Rosa rugosa Thunb., Rubus idaeus L., Schisandra chinensis (Turcz.) Baill., Sorbus aucuparia L., Trigonella foenum-graecum L., Viburnum opulus L.

5. Подземные органы (корневища, корни, клубнелуковицы и др.): Acorus calamus L., Althaea armeniaca Ten., Althaea officinalis L., Berberis vulgaris L., Bergenia crassifolia (L.) Fritsch., Bryonia alba L., Colchicum speciosum Steven, Dioscorea nipponica Makino, Eleutherococcus senticosus (Rupr. et Maxim.) Maxim., Filipendula vulgaris Moench, Glycyrrhiza uralensis Fisch., Helleborus purpurascens Waldst. & Kit., Inula helenium L., Ononis arvensis L., Persicaria bistorta (L.) Samp. (Bistorta officinalis Delarbre), Peucedanum morisonii Besser, Podophyllum peltatum L., Polemonium caeruleum L., Potentilla erecta (L.) Raeusch., Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin, Rheum tanguticum Maxim. ex Balf., Rhodiola rosea L., Rubia tinctorum L., Rumex confertus Willd., Sanguisorba officinalis L., Scopolia carniolica Jacq., Scutellaria baicalensis Georgi, Sinopodophyllum hexandrum (Royle) T. S. Ying, Valeriana officinalis L., Veratrum lobelianum Bernh.

Следует отметить, что у ряда видов (Althaea officinalis, Berberis vulgaris, Paeonia anomala) используются как надземные, так и подземные органы. В некоторых случаях у одного вида используются два или даже три типа надземных органов (например, трава и семена у Thermopsis lanceolata, Plantago squalida, листья, трава и цветки у Convallaria majalis и т. д.).

Кроме коллекционного участка, ряд официнальных видов присутствует в естественных фитоценозах на территории Ботанического сада: травянистые растения (как правило, сорные либо рудеральные) – Arctium lappa L., Capsella bursa-pastoris (L.) Medik., Matricaria discoidea DC., Plantago major L., Polygonum aviculare L., Taraxacum campylodes G. E. Haglund (Taraxacum officinale (L.) Weber ex F. H. Wigg.), Urtica dioica L.; древесные растения – Abies sibirica Ledeb., Betula pendula Roth, Pinus sylvestris L.

В ходе обучения студенты также знакомятся с живыми растениями из оранжерейных коллекций Ботанического сада (Aloe arborescens Mill., Bryophyllum pinnatum (Lam.) Oken (Kalanchoe pinnata (Lam.) Pers.), Catharanthus roseus (L.) G.Don, Coffea arabica L., Punica granatum L., виды Eucalyptus L’Héritier).

Таким образом, в Ботаническом саду представлено большинство видов научной медицины России.

Следует отметить, что ряд видов коллекции лекарственных и пряно-ароматических растений представлен в составе родовых комплексов. В данном случае наряду с широко используемыми полезными видами для исследования привлекаются виды близкие, но недостаточно изученные. В тех случаях, когда культивирование официнальных видов в новых природно-климатических условиях оказывается неудачным, большое значение может иметь успешное введение в культуру видов, филогенетически близких официнальным, проявляющих аналогичную фармакологическую активность.

Коллекция Ботанического сада включает не только виды местной флоры, но также большое число интродуцентов, т.е. видов, перенесенных в культуру в природно-климатические условия Среднего Урала из различных климатических зон (таежная, широколиственнолесная, степная зоны умеренного пояса, субтропический и тропический пояса) разнообразных типов местообитаний (леса, пойменные и суходольные луга, болота и др.), а также растений различных жизненных форм (деревья, кустарники, полукустарники, многолетние, двулетние и однолетние травянистые растения) и экологических групп (по отношению к увлажнению, свету и др.). Это дает возможность студентам составить более полное и широкое представление о биологическом разнообразии лекарственной флоры и морфологических особенностях растений, связанных с условиями среды обитания.

Часть официнальных видов коллекции относится к категории редких и сокращающихся в численности, входит в «Красную книгу Российской Федерации» (2008) (Dioscorea nipponica, Glaucium flavum, Rhaponticum carthamoides, Rhodiola rosea) и «Красную книгу Свердловской области» (2008) (Adonis vernalis, Digitalis grandiflora, Paeonia anomala), т. е. региона, в котором проводится обучение студентов. Интродукция и изучение этих видов имеет большое значения для сохранения биологического разнообразия. Кроме того, одним из важных условий использования растений в медицине является обеспеченная сырьевая база. Поэтому для официнальных растений, изучаемых в курсе фармакогнозии и относящихся к категории редких, очень важным является исследование возможности их широкого культивирования; это также позволяет снизить нагрузку на природные популяции данных видов, способствуя их сохранению.

На основе данной коллекции заготавливается большинство гербарных образцов лекарственных растений и образцов лекарственного растительного сырья, которые используются для проведения практических занятий в течение учебного года. Студенты знакомятся с диагностическими морфологическими признаками различных видов; изучают микропрепараты, приготовленные на основе цельного и измельченного лекарственного сырья, с целью выявления важнейших анатомо-диагностических признаков, позволяющих отличить официнальные виды от видов-примесей (т. е. растений, не обладающих лечебными свойствами) (Макро- и микроскопический ..., 2012); проводят количественный и качественный фитохимический анализ растительного материала. Все это способствует формированию у студентов знаний о лекарственных растениях и сырье растительного происхождения (ЛРС), их химическом составе, выработке навыков определения подлинности лекарственного растительного сырья. 

Во время летней учебной практики, которая проводится на базе коллекции лекарственных и пряно-ароматических растений, студенты получают первичные профессиональные умения и навыки, закрепляют и углубляют теоретические знания по фармакогнозии, приобретенные во время лабораторных занятий и изучения лекционного курса.

Задачами учебной практики являются:

– знакомство с дикорастущими официнальными лекарственными растениями в различных растительных сообществах и местообитаниях, а также с распространенными видами–примесями (донник белый, подорожник средний, ярутка полевая, яснотка белая и др.);

– определение и морфологическое описание видов официнальных дикорастущих и культивируемых лекарственных растений, выработка умений отличать их от видов-примесей по внешним морфологическим признакам в природных условиях, что способствует выработке навыков идентификации лекарственных растений как в гербаризированном, так и в живом виде;

– освоение навыков гербаризации лекарственных растений различных жизненных форм и оформления гербарных образцов;

– освоение рациональных приемов сбора, первичной обработки и сушки лекарственного растительного сырья, содержащего различные биологически активные вещества, как дикорастущих, так и культивируемых лекарственных растений.

Студенты непосредственно знакомятся с особенностями заготовки разнообразных морфологических групп лекарственного растительного сырья: весной – коры, у раннецветущих видов – цветков и травы; летом, во время учебной практики, – цветков, листьев, травы; осенью – плодов, семян, подземных органов (корней, корневищ, клубнелуковиц) большинства официнальных видов. В ходе учебной практики студенты самостоятельно готовят необходимые для учебного процесса гербарные материалы и образцы сырья.

Учебные планы курсов ботаники и фармакогнозии предусматривают как экскурсии по коллекции лекарственных и пряноароматических растений так и по Ботаническому саду, где в различные сезоны можно наблюдать разные фазы развития растений. При этом студенты знакомятся с живыми представителями практически всех изучаемых в курсе фармакогнозии видов, которые зачастую очень сильно отличаются по внешнему виду от гербарных образцов.

Студенты также знакомятся со спецификой работы по интродукции и культивированию растений и заготовке лекарственного растительного сырья, получают навыки возделывания основных видов культивируемых лекарственных растений, осваивают различные агротехнические приемы (посев, посадка, прополка, подкормка, уборка), проводят мероприятия по уходу за растениями.

Коллекция лекарственных и пряно-ароматических растений предоставляет широкие возможности для учебно-исследовательской и научно-исследовательской работы студентов. В частности, представляет интерес выяснение фармакологического статуса видов–примесей, т. е. видов близких по морфологическим признакам официнальным видам, встречающихся вместе с ними в природных фитоценозах, но не используемых как лекарственные растения в научной медицине. При более глубоком изучении они могут оказаться ценными в медицинском отношении. В качестве примера можно привести зверобой пятнистый (Hypericum maculatum Crantz), который еще относительно недавно (Кузнецова, 1987) рассматривался как возможная примесь к фармакопейному виду Hypericum perforatum L., но впоследствии был введен в Государственную Фармакопею. В родах Thymus L. и Mentha L. наблюдается массовое использование населением с лечебными целями почти всего комплекса местных видов, хотя официнальными в России являются лишь Thymus serpyllum L. и Thymus vulgaris L. в первом роде, Mentha × piperita L. – во втором. В то же время нет оснований для отрицания возможной ценности остальных видов как лекарственных. В частности, как отмечал А. И. Шретер (1980), отдельные формы мяты полевой содержат больше ментола, чем некоторые культивируемые сорта мяты перечной. Поскольку близкородственные растения часто имеют сходный химический состав и близкие лечебные свойства, они могут представлять интерес как в качестве аналогов официнальных видов, так и для селекции с целью усиления конкретных ценных признаков. 

Большое значение имеет исследование специфики накопления в растениях биологически активных веществ в условиях культуры (качественный состав, сезонная и возрастная динамика, распределение по органам растения и т. д.). На базе данной коллекции студентами выполнен ряд курсовых и дипломных работ такого характера.

Проведено фармакогностическое и фармакологическое исследование цветков и листьев лабазника вязолистного (Filipendula ulmaria (L.) Maxim.) (рис. 3), собранных в 11 природных популяциях на территории Свердловской области и в Ботаническом саду УрО РАН. Официнальным сырьем у данного вида являются только цветки. Представляет интерес изучение и листьев как возможного дополнительного источника сырья. Качественные реакции со спиртовыми и водными извлечениями из листьев F. ulmaria, показали, что они содержит такие биологически активные вещества, как флавоноиды, дубильные вещества, сапонины и кумарины. Количество флавоноидов в цветках, в пересчете на рутин, варьировало в естественных условиях обитания от 6,5±0,4 до 13,8±0,2 %. По данным исследователей из других регионов цветки лабазника содержат от 4.8 до 9.8 % этих биологически активных веществ. Таким образом, популяции лабазника вязолистного в Свердловской области являются высоко перспективными источниками лекарственного сырья «цветки». Для листьев содержание флавоноидов в пересчете на рутин колебалось от 2,4±0,1 до 5,3±0,1 %. В Ботаническом саду УрО РАН в условиях культуры содержание флавоноидов было ниже: в цветках – от 6,1±0,2 до 8,10±0,1 %, в листьях – от 1,9±0,1 до 3,0±0,01 %. 

В процессе обучения проведен сравнительный качественный анализ сырья на содержание различных групп природных соединений в ряде родовых комплексов по методикам А. И. Ермакова с соавторами (1972), Н. И. Гринкевич с соавторами (1983). Студентами изучены биологически активные вещества ряда видов рода Salvia L. В Государственный реестр лекарственных растений России входит три вида растений рода Salvia – S. officinalis (рис. 4), S. sclarea L. и S. aethiopis L., которые применяются в качестве противовоспалительных и антисептических средств, при заболеваниях верхних дыхательных путей, как вяжущие, кровоостанавливающие, повышающие секреторную активность желудочно-кишечного тракта средства. Многие другие виды этого рода используются в народной медицине, но недостаточно изучены; можно предположить их высокую фармакологическую активность.

Рис. 3. Лабазник вязолистный.

Fig. 3. Filipendula ulmaria (L.) Maxim.

Нами, совместно со студентами, впервые был проведен сравнительный анализ состава биологически активных веществ в надземной части в период цветения у восьми видов рода Salvia (S. coccinea Buc'hoz ex Etl., S. dumetorum Andrz. ex Besser, S. glutinosa L., S. sclarea, S. sylvestris L., S. tesquicola Klok. & Pobed., S. verticillata L. и S. viridis L.), культивируемых в Ботаническом саду УрО РАН. Фитохимический анализ показал, что все изученные виды содержат эфирные масла; флавоноиды (флавонолы); дубильные вещества конденсированные (S. сoccinea, S. sylvestris, S. tesquicola, S. viridis), гидролизуемые (S. dumetorum, S. sclarea), а также одновременно обе эти группы дубильных веществ (S. glutinosa, S. verticillata). Виды S. сoccinea, S. dumetorum, S. glutinosa, S. sclarea содержат тритерпеновые сапонины, а S. sylvestris, S. tesquicola, S. verticillata, S. viridis – стероидные сапонины. Установлено отсутствие алкалоидов в сырье всех изученных видов.

Рис. 4. Шалфей лекарственный.

Fig.4. Salvia officinalis L.

Представляет интерес род многоколосник Agastache Glayt. ex Gronov. В России виды этого рода неофицинальны, но в Белоруссии многоколосник морщинистый (A. rugosa (Fisch. & C. A. Mey.) Kuntze (рис. 5) входит в фармакопею и на основе его создан препарат «Агастацин», который оказывает гепатопротекторное, антитоксическое, антиоксидантное действие. Сырье многоколосников обладает высокой антиоксидантной, противовоспалительной и капилляропротекторной активностью, в связи с чем предложено его использование для производства лекарственных препаратов и биологически активных добавок к пище. Проведенный фитохимический анализ состава биологически активных веществ в надземной части в период цветения у четырех видов рода Agastache (A. foeniculum (Pursh) Kuntze (рис. 6), A. rugosa, A. urticifolia (Benth.) Kuntze, A. mexicana (Kunth) Lint & Epling) в условиях культуры в Ботаническом саду УрО РАН выявил в сырье A. foeniculum, A. mexicana, A. rugosa, A. urticifolia наличие флавоноидов: флавонов (только у A. foeniculum и A. rugosa), флавонолов, флавононов, халконов, ауронов. Помимо этого все четыре вида содержат гидролизуемые и конденсированные дубильные вещества, алкалоиды, эфирные масла. Также виды A. foeniculum и A. mexicana содержат тритерпеновые сапонины, а виды A. rugosa и A. urticifolia – стероидные сапонины.

Рис. 5. Многоколосник морщинистый.

Fig. 5. Agastache rugosa (Fisch. & C. A. Mey.) Kuntze.

Рис. 6. Многоколосник фенхельный.

Fig. 6. Agastache foeniculum (Pursh) Kuntze.

Таким образом, изученные нами виды родов Salvia и Agastache являются перспективными источниками биологически активных веществ и представляют интерес для разработки новых препаратов на основе лекарственного растительного сырья.

Результаты научно-исследовательских студенческих работ отражены в статьях, опубликованных в научных журналах (Васфилова и др., 2013; Воробьева, 2014).

Таким образом, коллекции лекарственных растений в ботанических садах могут эффективно использоваться для подготовки специалистов с высшим и средним профессиональным образованием в области фармации (провизоров, фармацевтов), являясь источником гербарных материалов и лекарственного растительного сырья, обеспечивая эффективное проведение летней учебной практики. Изучение курса фармакогнозии с использованием таких коллекций становится намного более наглядным, что приводит к развитию интереса к изучаемому предмету, способствует формированию у студентов более глубоких знаний о лекарственных растениях и их сырье. Коллекции лекарственных растений в ботанических садах дают возможность вести исследовательскую работу студентов по поиску и изучению новых перспективных видов. На материалах коллекции выполнен ряд студенческих научно-исследовательских работ, посвященных изучению особенностей накопления в растениях различных групп биологически активных веществ.