Биологические особенности роста и развития валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного и пижмы обыкновенной в совместных посевах с однолетними культурами

По данным Всемирной организации здравоохранения, более 80% населения Земли применяют для лечения средства традиционной медицины, большую часть которых составляют экстракты и действующие вещества растений.

На долю препаратов, созданных на основе биологически активных веществ из высших растений, приходится не менее четверти всех лечебных средств в развитых странах и около половины от общего количества медикаментов в России.

Спрос на лечебные препараты растительного происхождения постоянно растёт. Вместе с ним растет спрос на лекарственное растительное сырье, и возрастают требования к его качеству.

Актуальность исследований. Возрастающий спрос на лекарственное растительное сырьё и высокие требования современной медицины к лекарственным средствам обязывают производителей применять конкурентоспособные и экологически безопасные технологии возделывания лекарственных растений с минимальными затратами ручного труда. Разработку таких технологий для многолетних лекарственных растений затрудняют некоторые биологические особенности их роста и развития в первый год вегетации.

Большинство из многолетних лекарственных растений сравнительно недавно введены в культуру или находятся в процессе окультуривания. Они ещё не утратили свойства дикорастущих мелкосемянных растений, которые проявляются в растянутости и неодновременности протекания различных этапов их виргинильного и генеративного развития (прорастания, появления проростков, укоренения всходов, плодообразования и созревания семян). Обладая небольшим запасом пластических веществ, семена многолетних лекарственных растений прорастают с поверхности почвы или с относительно небольшой глубины 0,2. 1,5 см. В условиях резких перепадов температуры и влажности почвы более 95% проростков, сформированных из мелких семян, погибают. Оставшиеся всходы формируют изреженные, сильно засорённые и низкоурожайные посевы, для восстановления и поддержания которых необходимы ручные прополки и применение гербицидов.

Трудоемкие и экологически небезопасные способы поддержания посевов мелкосемянных лекарственных растений в чистом от сорняков состоянии требуют системного подхода к созданию их промышленных плантаций, в том числе на основе биологически обоснованных и менее трудоемких совместных посевов с однолетними сельскохозяйственными и лекарственными культурами.

В качестве объектов исследований были взяты 3 многолетние лекарственные культуры, которые являются источниками разнообразных и широко востребованных в фармакологической практике видов растительного сырья, использующихся для производства фитопрепаратов седативного, противовоспалительного и желчегонного действия: валериана лекарственная — Valeriana officinalis L. (корни и корневища), зверобой продырявленныйHypericum perforatum L. (трава) и пижма обыкновенная — Tanacetum vulgare L. (соцветия).

Общая потребность отечественной медицины в лекарственном сырье представленных видов исчисляется тысячами тонн. Из сырья этих культур производят не один десяток препаратов, обладающих самыми разнообразными лечебными свойствами.

Препараты валерианы лекарственной применяют в качестве успокаивающего средства при бессоннице, нервном возбуждении, неврозах сердечно-сосудистой системы, сопровождающихся спазмами коронарных сосудов, при тахикардии и лечении нейродермитов. В комбинации с препаратами брома, сердечными и успокаивающими средствами их используют для лечения общих неврозов.

Корни валерианы входят в состав успокаивающего и желудочного сборов, кардиовалена, валидола, валокардина, корвалола, валокормида, валоседана и др. (Гаммерман, 1967).

Препараты зверобоя продырявленного обладают способностью стимулировать регенерацию тканейимеют вяжущие и противомикробные свойства. Из травы зверобоя получают препараты иманин и новоиманин, которые применяют при лечении ожогов II и III степени, гингивитов и стоматитов, а также при обработке свежих инфицированных ран.

Галеновые препараты зверобоя используют при дискинезиях желчных путей и желчного пузыря, холециститах, в начальных стадиях желчекаменной болезни, при гастритах с секреторной недостаточностью, метеоризме, болезнях почек, сопровождающихся задержкой жидкости в организме, а также как вспомогательное средство при мочекаменной болезни (Турова, Сапожникова, 1983).

Антимикробный препарат новоиманин применяют наружно при инфицированных ранах, панарициях, флегмонах, гидроденитах, заболеваниях уха, горла и носа, трофических язвах и ожогах. С помощью электрофореза препарат вводят при послеоперационных инфильтратах, лимфоденитах, аденофлегмонах, при некоторых формах остеомиелита, гнойных поражениях плевры и лёгких. Аэрозольные ингаляции новоиманина назначают при бронхитах, пневмотораксах, абсцессах лёгких, гнойных плевритах, ангинах, острых респираторных заболеваниях и обострениях хронического тонзиллита, в том числе и у детей (Атлас лекарственных растений России, 2006).

Пижма обыкновенная обладает желчегонными и фитонцидными свойствами, благодаря чему даёт положительные результаты при лечении лямблиоза (Григорьева, 1961), холецистита и гепатита (Гофман, Основин-Ломовицкая, 1959). Препарат, представляющий собой сумму флавоноидов из соцветий пижмы, произведенный в ВИЛАР под названием танацехол, разрешён в качестве желчегонного средства.

Цветочные корзинки пижмы входят в состав сбора для приготовления микстуры по прописи М. Н. Здренко. Эксперименты на животных показали, что настой из соцветий пижмы усиливает амплитуду сердечных сокращений, замедляет ритм сердца. Надземные части растения обладают также инсектицидными свойствами (Атлас лекарственных растений СССР, 1962).

Высокий и устойчивый спрос на экологически чистое растительное сырьё валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного и пижмы обыкновенной определили необходимость проведения исследований по усовершенствованию агробиологического направления в технологии возделывания этих культур, способствующего сокращению затрат ручного труда по уходу за посевами без увеличения «гербицидного прессинга» на растения.

Цели, задачи и методы исследований. Основная цель исследований заключалась в изучении биологических и экологически безопасных способов снижения трудоемкости возделывания многолетних лекарственных культур на основе их совместного произрастания под покровом однолетних сельскохозяйственных и лекарственных культур в первый год создания промышленной плантации.

Задачи исследований предусматривали:

— подбор однолетних сельскохозяйственных (вика, люпин безалкалоидный, овес, ячмень, озимая пшеница) и лекарственных растений (ромашка аптечная) с благоприятными биологическими, агротехнологическими и хозяйственными признаками, необходимыми для проведения совместных посевов с многолетними лекарственными растениями (биологическая совместимость в фитои агроценозе, хозяйственная ценность, почвоулучшающее воздействие, технологическая совместимость по срокам и способам посева и уборки и др.);

— онтогенетические исследования процессов роста и развития многолетних лекарственных растений в чистых посевах первого года вегетациипри их совместном произрастании с зерновыми, зернобобовыми и лекарственными культурамипосле уборки покровных культур и в переходящих плантациях длительного пользования;

— сравнительные учеты урожайности и стоимости растительного сырья и семян лекарственных, зерновых и зернобобовых культур по итогам одного, двух и трех лет культивирования растений в чистых и совместных посевах;

— биологические и экономические сроки окупаемости переходящих плантаций многолетних лекарственных культур, созданных на основе их совместных посевов с зерновыми, зернобобовыми и лекарственными растениями.

Научная новизна. Изучен онтогенез валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного и пижмы обыкновенной в совместных посевах с викоовсяной смесью, люпином однолетним, овсом, озимой пшеницей, ячменём и ромашкой аптечной при озимом, подзимнем и ранневесеннем сроках их посеваопределены продолжительность возрастных фаз, их хозяйственная ценность и условия перехода валерианы, зверобоя и пижмы к генеративному развитию при совместном произрастании с однолетними сельскохозяйственными и лекарственными культурами и после их уборкипредложен экономически обоснованный и экологически безопасный агрокомплекс по возделыванию многолетних лекарственных культур в совместных посевах с однолетними сельскохозяйственными и лекарственными растениями.

Практическая ценность. Результаты исследований послужили основой для разработки интенсивных технологий возделывания этих культур без затрат ручного труда на уходе за посевами. Предложенные технологии позволяют повысить в 1,5−2 раза эффективность использования пашни и снизить себестоимость производства лекарственного сырья и семенного материала.

Внедрение работы. Разработаны типовые технологические карты по возделыванию валерианы, зверобоя и пижмы в совместных посевах с однолетними сельскохозяйственными культурами и ромашкой аптечной.

По предложенной технологии в отделении ОПХ «Коренево» филиала ГУ ВИЛАР в Московской области созданы промышленные плантации зверобоя продырявленного и валерианы лекарственной на площади 2,7 га.

Связь темы диссертации с планом научных исследований.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с «Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований Всероссийского научно-исследовательского института лекарственных и ароматических растений (ВИЛАР) по научному обеспечению агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2003;2006 гг.».

Апробация работы^ Основные положения работы были доложены на Международной научной конференции, посвящённой памяти профессора А. И. Шретера (Москва, ВИЛАР, 2004), Международной научной конференции, посвящённой 75-летию создания ВИЛАР (Москва, ВИЛАР, 2006), на VII Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», Пущино, 2007.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 8 статей, освящающих основное содержание работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

Результаты онтогенетических и агротехнологических исследований, определяющие биологическую возможность и экономическую эффективность совместного выращивания многолетних лекарственных растений (валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного, пижмы обыкновенной) с однолетними зерновыми, зернобобовыми и лекарственными культурами: викоовсяной смесью, люпином безалкалоидным, овсом посевным, озимой пшеницей, ячменем и ромашкой аптечной в условиях Центральных районов Нечерноземной зоны РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 184 страницах машинописного текста и включает 25 таблиц, 4 рисунка и 26 фотографий. Состоит из введения, обзора данных литературы, 4 глав экспериментальных исследований, заключения, выводов, списка литературы и приложений на 55 страницах.

Список литературы

включает 156 наименований, из которых 45 на иностранных языках.

ВЫВОДЫ.

1. В условиях Центральных районов Нечерноземной зоны Российской Федерации установлена биологическая возможность и разработаны агротехнологические варианты совместного выращивания многолетних лекарственных растений (валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного, пижмы обыкновенной) с однолетними зерновыми, зернобобовыми и лекарственными культурами: викоовсяной смесью, люпином безалкалоидным, овсом посевным, озимой пшеницей, ячменем и ромашкой аптечной.

2. Многолетние лекарственные растения при совместном произрастании с быстроразвивающимися однолетними культурами не препятствовали их полноценному развитию и получению высокого урожая надземной массы, зерна или семян зерновых, зернобобовых культур и ромашки аптечной.

3. Однолетние сельскохозяйственные и лекарственные культуры замедляли, но не подавляли развитие совместно произрастающих с ними всходов валерианы, зверобоя и пижмы и после уборки надземной массы покровных культур обеспечивали технологическую возможность для механизированной обработки переходящих посевов многолетних лекарственных растений без применения гербицидов.

4. Многолетние лекарственные растения совместных посевов к концу первого года вегетации находились в различных фазах виргинильного периода развития: валериана лекарственная — в начале ювенильной фазызверобой продырявленный — в ювенильной фазе развития с переходом в имматурнуюпижма обыкновенная — в имматурной фазе развития с переходом в генеративный период. Со второго года вегетации все многолетние растения совместных посевов вступали в генеративный период развития и проходили фазы плодообразования и созревания семян.

5. Оптимальному пространственному размещению многолетних лекарственных растений в площади питания однолетних культур способствовали параллельные посевы. Они не требовали специализированного ухода за всходами валерианы, зверобоя и пижмы до уборки покровных культурбыли конкурентоспособны по отношению к сорнякам и способствовали получению высоких урожаев однолетних культур в год совместного посева и многолетних — в последующие 3−5 лет.

6. Сроки уборки однолетних культур в совместных посевах с многолетними растениями определяли, исходя из хозяйственной целесообразности и погодных условий, сложившихся на период уборки или по прогнозу. Ранние сроки уборки зерновых, зернобобовых культур и ромашки аптечной на зеленую массу и цветки были благоприятны для последующего развития многолетних растений в условиях устойчивого увлажнения и умеренных температур в послеуборочный периодпоздние сроки уборки на зерно и семена оказывались предпочтительнее в засушливые годы.

7. Установлены факторы, определявшие высокую биологическую, экологическую и экономическую эффективность совместных посевов валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного и пижмы обыкновенной с однолетними сельскохозяйственными и лекарственными культурами (по сравнению с их чистыми посевами). Совместные посевы способствовали:

— снижению затрат механизированного и ручного труда по рыхлению междурядий и проведению ручных прополок в рядках многолетних лекарственных растений в период от их посева до уборки однолетних культур;

— получению дополнительного урожая зерновых, зернобобовых культур и ромашки аптечной в первый год создания промышленной плантации;

— формированию равноценного и более высокого урожая корней валерианы со второго года вегетации, соцветий пижмы и травы зверобоя с третьего и последующих лет вегетации;

— увеличению производительности пашни в 1,5−2 раза;

— снижению гербицидного прессинга на растения.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

Совместные посевы валерианы, зверобоя и пижмы с однолетними зерновыми и зернобобовыми культурами осуществляют следующим образом. В «холостые» или вырезанные на расстоянии 45 или 60 см рядки однолетней культуры всевают многолетние лекарственные растения. Сразу же после уборки однолетних культур проводят обработку междурядий переходящих посевов многолетних растений, ориентируясь на параллельно расположенные им двух-трех строчные рядки жнивья.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведены сравнительные исследования виргинильного, генеративного и сенильного периодов развития валерианы лекарственной, зверобоя продырявленного и пижмы обыкновенной в чистых и совместных посевах с однолетними культурами: викоовсяной смесью, люпином безалкалоидным, овсом посевным, озимой пшеницей, ячменём и ромашкой аптечной.

Виргинильный период длился от начала прорастания семени до кущения или начала стеблевания растений, и включал в себя фазы проростка, всхода, ювенильного и имматурного растения.

Генеративный период (или время плодоношения) начинался закладкой в верхушечной почке зачатков соцветий и цветков и завершался потерей репродуктивной способности.

Сенильный (или старческий) период характеризовался полной потерей репродуктивной функции и постепенным отмиранием растения.

Основные различия в онтогенезе многолетних лекарственных культур в чистых и совместных посевах были связаны с 50.75 дневным пребыванием проростков и всходов валерианы, зверобоя и пижмы под покровом однолетних зерновых, зернобобовых культур и ромашки аптечной.

Онтогенез валерианы лекарственной в чистых и совместных посевах.

Ко времени уборки однолетних сельскохозяйственных культур большинство растений валерианы чистых посевов находились в ювенильной фазе развития и сформировали достаточно крупную розетку из 5−7 настоящих листьев. Перед уходом в зиму основная часть растений валерианы завершила виргинильный период развития и сформировала развитую корневую систему на основе имматурных материнских и дочерних растений.

Переход имматурных растений валерианы в генеративное состояние происходил в период с октября до конца первой декады ноября под воздействием пониженных температур и при критической массе корневищ с корнями не ниже 2,5−3 граммов. При повышенных температурах приземного слоя воздуха и пониженной влажности почвы в весенне-летний период растения с критической и меньшей массой запасающих органов оставались вегетативными. В чистых посевах валерианы таких растений было не более 10%.

При весеннем отрастании более 90% растений валерианы чистых посевов перешли в генеративный период развития и сформировали основной урожай семян. Омоложение генеративных растений в фазе массового стеблевания — бутонизации способствовало раннему пробуждению спящих почек и развитию из них крупных дочерних растений, но не задерживало отмирания материнского растения. В результате, лекарственное растительное сырьё валерианы чистых посевов второго года вегетации состояло не только из корневищ и корней, сформированных в последний год вегетации, но и включало в себя одревесневшие части материнских растений.

Растения валерианы, вышедшие из-под покрова однолетних культур после 45.60 дней совместного произрастания, находились в фазе укорененных всходов и имели тонкую вытянутую розетку листьев бледно-зеленой окраски с желтоватым оттенком. До ухода в зиму они прошли начальную фазу ювенильного развития. Завершение ювенильной фазы и переход ювенильных растений в имматурное состояние у большинства растений совместных посевов происходил весной и в начале лета следующего года.

В течение второго года вегетации растения валерианы совместных посевов активно кустились, имели минимальное количество генеративных побегов и по этой причине сформировали более качественную, чем в чистых посевах, корневую систему с крупными многоглавыми корневищами и многочисленными корнями с незначительным количеством отмерших частей материнских растений.

Доля крупных воздушно-сухих корневищ и корней в урожае валерианы, определяющих качество лекарственного растительного сырья этой культуры, в совместных посевах составляла 70.86%- в чистых омоложенных — 40.46%- в чистых не омоложенных — менее 25%.

Онтогенез зверобоя продырявленного и пижмы обыкновенной в чистых и совместных посевах.

Ко времени уборки однолетних сельскохозяйственных культур растения зверобоя и пижмы чистых посевов завершали ювенильную фазу виргинильного периода развития и, минуя имматурное состояние, вступали в генеративный период онтогенеза. В первый год вегетации зацветали и формировали плоды до 30−45% растений зверобоя и более 80% растений пижмы. Периоды цветения и формирования плодов у этих культур были растянуты и прекращались только с наступлением морозов.

В товарном отношении чистые посевы зверобоя и пижмы в первый год вегетации были малопродуктивны и позволяли получить не более 2.3 ц/га травы зверобоя и 3.4 ц/га соцветий пижмы.

В период совместного произрастания с однолетними сельскохозяйственными культурами и ромашкой аптечной до 95.97% растений зверобоя находились в фазе укорененных всходов и к концу первого года вегетации не успевали завершить ювенильную фазу развития. Лишь некоторые из растений до ухода в зиму кустились и переходили в имматурную фазу онтогенеза. Со второго года вегетации до 40.50% растений зверобоя совместных посевов становились генеративными, тогда как в чистых посевах зверобоя этот показатель был в 1,5−2 раза выше. С третьего года вегетации происходило выравнивание чистых и совместных посевов по урожайности лекарственного растительного сырья (травы).

Пижма совместных посевов после уборки однолетних культур развивалась интенсивнее, чем зверобой. Отдельные растения в первый год вегетации вступали в генеративный период развития, цвели и формировали плоды, но отличались малыми размерами вегетативных и генеративных органов. Остальные растения до ухода в зиму кустились, формировали компактный куст и вступали в имматурную фазу онтогенеза. Со второго года вегетации практически все растения пижмы чистых и совместных посевов становились генеративными и формировали высокий урожай соцветий и семян.

Устойчивость многолетних лекарственных растений к суточным колебаниям температуры и влажности на поверхности почвы зависела от фазы развития и условий их произрастания. Наименьшей устойчивостью к неблагоприятным погодным условиям обладали проростки и слабоукорененные всходы чистых посевов. Далее в порядке повышения устойчивости следовали: освобожденные от однолетних культур укорененные всходы и ювенильные растения совместных посевовукорененные всходы и ювенильные растения чистых посевовимматурные и генеративные растения чистых и совместных посевов.