Сохранение и рациональное использование растительных ресурсов нашей планеты является проблемой межгосударственного уровня. Начавшийся процесс глобальных изменений климата ставит под угрозу сохранность естественной растительности и самой среды обитания человека. Сочетание общего потепления с другими экологическими стрессами и деятельностью человека может привести к быстрой гибели существующих экосистем, особенно в засушливых регионах, к которым относится большая часть территории Казахстана [1], в том числе Прибалхашье, расположенное в пределах Восточно-Северотуранской подпровинции Северотуранской провинции Ирано-Туранской подобласти Сахаро-Гобийской пустынной области в соответствии с современной схемой ботанико-географического районирования, предложенной Е.И. Рачковской, И.Н. Сафроновой, Е.А. Волковой [23].
Для разработки научной основы сбалансированного и бережного использования полезных растений пустынных территорий Прибалхашья необходимым и ключевым элементом исследований является анализ видового состава и степени изученности полезных растений региона в пределах долин рек Иле и Каратал, поскольку именно эта часть региона наиболее освоена в хозяйственном отношении и трансформация растительных сообществ как в количественном, так и в качественном отношении здесь наиболее ощутима [12]. В связи с этим такую актуальность, высокую научную и практическую значимость приобретают современные ботанические исследования хозяйственно-ценных растений пустынных территорий Прибалхашья, которые восполнят существующий пробел и положат начало систематическим ресурсным исследованиям полезных растений на всей территории Республики Казахстан.
Цель исследования – анализ видового разнообразия и степени изученности (интродукционного, фитохимического и интродукционного потенциала) полезных растений Прибалхашья в пределах долин рек Иле и Каратал.
Объекты изучения – дикорастущие полезные растения Прибалхашья в пределах Иле-Каратальского междуречья. Используемая методология: традиционные методики ресурсоведческих, интродукционных и фитохимических исследований.
Настоящая работа выполнялась по проекту: 0939/ГФ4 «Ресурсная характеристика некоторых хозяйственно-ценных растений (солодка, гармала, ревень) Прибалхашья» (2015–2017 гг.).
Результаты исследования и их обсуждение
В результате скрининга литературных, гербарных и материалов полевых исследований был установлен и проанализирован видовой состав флоры изучаемого региона. Анализ видового разнообразия Прибалхашья в пределах Иле-Каратальского междуречья показал, что в разных литературных источниках во флоре пустынных территорий Прибалхашья описано от 393 видов из 45 семейств до 458 видов из 66 семейств [2, 17, 22]. Более полный список флоры Иле-Балхашского региона, частью которого является изучаемая нами территория, представлен в монографии С.Г. Нестеровой, З.А. Инеловой «Флора пустынь Иле-Балхашского региона» [21] и включает 933 вида, относящихся к 368 родам и 82 семействам.
По нашим данным, предварительный список видового состава растений пустынных территорий Прибалхашья в пределах Иле-Каратальского междуречья насчитывает не менее 692 видов из 69 семейств из 309 родов. Установлено, что на долю 17 (25 %) ведущих семейств, содержащих свыше 10 видов растений (от 10 до 101), приходится 545 (77 %) видов из 235 (76 %) родов.
В спектре ведущих семейств по числу видов и родов первое место занимает с лидирующим р. Artemisia L. (22 вида) сем. Asteraceae (101), флористическая роль которого возрастает в аридных районах Средней Азии, на втором месте с крупными родами Atriplex L. (9) и Salsola L. (9 видов) – сем. Chenopodiaceae (66), распространенное в основном в пустынных областях Турана, на третьем месте с крупными родами Lepidium L. (7) и Stipa L. (7) семейства Brassicaceae (58) и Poaceae (58 видов), которым незначительно уступает сем. Fabaceae (54 вида), богатое видами р. Astragalus L. (24), относящееся к крупнейшим родам флоры Средней Азии.
Анализ полезных свойств растений пустынных территорий Прибалхашья, объединенных по характеру хозяйственного использования в 4 группы [8], показал, что наиболее представительны группы лекарственных (свыше 257 видов) растений, применяемых как в официальной, так и народной медицине, и кормовых (не менее 200 видов) растений. Группа технических растений насчитывает около 96 видов, группа пищевых – не менее 87 видов растений. По количеству лекарственных растений лидируют семейства Asteraceae (41 вид), Fabaceae (24 вида), Brassicaceae (17), Chenopodiaceae (14), Lamiaceae (12), Poaceae (11), Rosaceae (10), в остальных семействах менее 10 видов. Кормовыми видами богаты семейства Fabaceae (35 видов), Asteraceae (33 вида), Chenopodiaceae (32), Poaceae (31), Polygonaceae (11), Brassicaceae (10 видов), техническими – виды семейств Chenopodiaceae (15) и Polygonaceae (13), пищевыми – представители семейств Asteraceae (10 видов) и Polygonaceae (9). Таким образом, ценными лекарственными, кормовыми и техническими свойствами характеризуются в основном представители пяти ведущих семейств изучаемого региона: Аsteraceae, Fabaceae, Chenopodiaceae, Brassicaceae, Poaceae.
Детальный анализ особенностей интродукции пустынных растений Прибалхашья, приведенный в статье Л.М. Грудзинской [6], показал, что в условиях ботанического сада, расположенного в предгорной зоне Заилийского Алатау, испытано 108 (или 16 %) видов растений Прибалхашья и определена возможность выращивания 154 видов или 23 % от общего числа видов, произрастание которых известно в пределах пустынной зоны Прибалхашья по литературным данным. Это представители 102 родов, относящихся к 44 семействам. По жизненным формам преобладают травянистые многолетники (92 вида, 60 %), травянистых одно-двулетников 19 (12 %), кустарников 33 (22 %), деревьев – всего 9 видов (6 %).
По количеству испытанных в культуре пустынных растений Прибалхашья лидируют семейства Rosaceae – 10, Fabaceae – 11, Poaceae – 13, Asteraceae – 16 (видов), для 19 семейств испытано в культуре по одному виду, в остальных семействах количество интродуцированных видов варьирует от 2 до 9. Испытано в культуре по 2 вида из 6 семейств: Asphodelaceae, Caprifoliaceae, Elaeagnaceae, Malvaceae, Onagraceae, Zygophyllaceae, по 3 вида – из семейств: Apiaceae, Caryophyllaceae, Limoniaceae, Scrophulariaceae, по 4 вида – из семейств: Alliaceae, Iridaceae, Lamiaceae, Liliaceae, по 6 видов – из семейств: Chenopodiaceae, Ranunculaceae, Salicaceae, Tamaricaceae, 7 видов в сем. Brassicaceae, 9 видов в сем. Polygonaceae.
Среди испытанных видов полезных растений следует назвать пищевые (Brassica juncea, Daucus carota, Allium turkestanicum, Capparis spinosa); кормовые (Artemisia sublessingiana, Melilotus officinalis, Lotus corniculatus, Medicago falcata, M. sativa, Bromopsis inermis, Elytrigia repens, Poa bulbosa, Kochia prostratа); лекарственные (Alhagi pseudalhagi, Limonium gmelinii, Peganum harmala, Rheum tataricum, Tribulus terrestris, Zygophyllum fabago), технические (Apocynum lancifolium, Haloxylon aphyllum, H. persicum, Populus diversifolia, P. pruinosa, Tamarix elongata, T. gracilis, T. hispida, T. laxa), редкие (Ikonnikovia kaufmanniana, Ferula iliensis, Berberis iliensis, Goniolimon speciosum, Lonicera iliensis), луковичные и клубнелуковичные растения Прибалхашья (Allium suworowii, Rhinopetalum karelinii, Tulipa alberti, T. behmiana, T. buhseana). Большинство испытанных видов (53 %) успешно растут в условиях предгорной зоны Заилийского Алатау, проходят полный цикл онтогенетического развития и регулярно продуцируют полноценные семена. Интродукционные популяции этих видов в основном самовозобновляются семенным или вегетативным путем. Интродукция ряда видов с узкой экологической амплитудой (психрофиты, галофиты, гигрофиты) в условиях предгорной зоны Заилийского Алатау возможна только при создании соответствующих эдафических условий [6].
Проведенный литературный скрининг фитохимической изученности 692 видов пустынных территорий Прибалхашья в пределах долин рек Или и Каратал показал, что фитохимическими исследованиями в разные годы было охвачено около 207 (или 30 %) видов. У представителей ведущих семейств, насчитывающих от 22 до 101 видов, удалось выявить сведения по содержанию основных групп БАВ (флавоноидов и их производных, алкалоидов, терпеноидов). У видов семейств: Asteraceae, Polygonaceae, Rosaceae, Fabaceae, Euphorbiaceae, Tamaricaeae. наиболее изучены флавоноиды и их производные, чаще всего встречаются производные кверцетина, изорамнетина, кемпферола. У видов семейств Asteraceae, Lamiaceae, Rosaceae изучались терпены и их производные (моно-, ди-, сесквитерпены). Среди алкалоидоносных растений изучались представители семейств Ranunculaceae и Chenopodiaceae. Для ряда видов семейства Chenopodiaceae приводятся сведения о наличии пентациклических сапонинов (олеанового и урсанового типа) [7]. В последние десятилетия вновь активизировались работы по фитохимическому изучению отдельных видов сырьевых растений (гребенщик, цельнолистник, мордовник, цистанхе), произрастающих в пустынных регионах Прибалхашья [11, 13, 15, 27, 30, 31].
Анализ современных сведений по фитохимическому изучению объектов детального ресурсного исследования Rheum tataricum, Peganum harmala, Glycyrrhiza glabra, G. uralensis показал, что из корней ревеня татарского при использовании современных биотехнологических методов учеными выделен фермент – стильбен синтаза (STS, ЕС 2.3.1.95), участвующий в реакции образования резвератрола (3,5,4’-тригидроксистильбен), обладающего превентивными свойствами против некоторых видов рака и положительно влияющего на сердечно-сосудистую недостаточность [29, 33, 34, 35]. Китайскими исследователями показано ингибирующее действие выделенных из корней ревеня татарского антрахинонов на рост HeLa клеток [32].
Фитохимические исследования алкалоидсодержащих растений, проведенные АО МНПХ «Фитохимия», позволили выделить и идентифицировать из Рeganum harmala более десятка алкалоидов и получить их производные [26]. Синтезированные производные на основе доступного растительного алкалоида гармина могут быть применены при лечении заболеваний центральной нервной системы. Другие производные проявляют антимикробную и противоопухолевую активность, результаты которых подтверждены рядом патентов РК [10, 20, 24]. На основе гармина, выделенного из семян Peganum harmala, получены новые производные изоксазолового ряда, проведена оценка влияния синтезированных соединений на некоторые клеточные линии рака [36]. При детальном исследовании химического состава семян гармалы китайскими исследователями были выделены минорные вещества, производные гармина, индола, хиназолина и методом биотестирования определена их высокая ингибирующая активность на ацетилхолинэстеразы (AChE) и бутирилхолинэстеразы (BChE) [37].
Результаты фитохимических исследований видов солодки Glycyrrhiza L. обстоятельно отражены в монографии Г.А. Толстикова и др. [25], в которой приведен аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по проблеме современного состояния исследований солодки голой и солодки уральской, по изучению химического состава растений, фармакологической активности и применению в медицинской практике.
Анализ степени изученности ресурсного потенциала полезных растений пустынных территорий Прибалхашья в пределах долин рек Иле и Каратал (Иле-Каратальского междуречья) показал, что в 60–70-е годы прошлого столетия на территории Прибалхашья проводились фронтальные ботанические исследования, в том числе и ресурсоведческие. Активно изучались запасы сырья отдельных видов лекарственных, дубильных и технических растений: солодки, ревеня татарского, чия, тростника и др. [14, 16, 18, 19, 28].
Выполнены локальные исследования по сырьевой базе полыни белоземельной [9], некоторых видов рода Tamarix L. [3], Echinops albicaulis [5], Cistanche salsa в Южном Прибалхашье [4]. В то же время результатов современных систематических ресурсных исследований в пределах вышеупомянутого региона в доступной нам литературе не обнаружено. К настоящему времени данные о запасах сырья разного срока давности известны пока только для 10 (или 1,4 %) видов Прибалхашья.
Заключение
Таким образом, современная оценка видового разнообразия и степени изученности полезных, в том числе наиболее востребованных промысловых растений, пустынных территорий Прибалхашья восполнит существующий пробел и положит начало систематическим ресурсным исследованиям лекарственной флоры на всей территории Республики Казахстан.