ПРИРОДНЫЕ СМОЛЫ, СКИПИДАРЫ, ТАЛЛОВОЕ МАСЛО

ОСНОВЫ БОТАНИКИ И ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИИ

Догма Чирха о смолообразующем (резиногенном) слое в течение длительного времени господствовала над исследованиями, касавшимися выделения эфирных масел и смол. Частично устаревшие и ошибочные воззрения проникали также и в новейшую специальную литературу. Поэтому следует приветствовать, что Киссер после критического просмотра материала дал подробный обзор сведений в этой области [6]. Так как в данном труде вопрос о выделении экскрета можно осветить только кратко, то для более глубокого изучения мы рекомендуем обратиться к превосходному труду Киссера.

Смолы и эфирные масла, по меньшей мере, поскольку речь идет о классе терпенов и терпеноидов, большинство физиологов растений рассматривают как экскреты, т. е. конечные продукты обмена веществ растений. Они после своего отложения в самых различных местах для экскретов уже больше не участвуют в обмене веществ 1[4]. Но это не значит, что они не претерпевают еще некоторых химических изменений, например, путем окисления, самоокисления, ферментативного окисления с помощью оксидаз.

Это мнение нельзя распространить на все представители класса терпеноидов. Так, в главе «Биогенез» было указано на то, что терпеновые углеводороды сквален и ланостерин являются предварительными ступенями в синтезах стеринов. Стерины, в свою очередь, могут модифицироваться в растении различным образом путем отщепления и перегруппировки боковой цепи. Известно также, что каротины должны участвовать в процессах, которые связаны с изменением их структуры (ассимиляция, «мобилизация» при осеннем листопаде). В этой связи следует напомнить об их значении в животном организме (расщепление в печени в витамин А, физиологическая роль в зрительном пурпуре глаза). Однако до сего времени неизвестны такие случаи, чтобы отложившиеся очень гидрофобные терпеновые и терпе- ноидные смоляные кислоты вновь «мобилизовались». Все опыты подтверждают то, что речь идет об истинных экскретах. Сухов [26] на основе опытов по биосинтезу сосновых смол с радиоактивной двуокисью углерода пришел к выводу, что смола не является неизменяющимся конечным продуктом, что она продолжает изменяться; однако данные его опытов недостаточно четко подтверждают этот вывод.

Вопрос о значении смол для растения до сих пор не получил ясности. Многие гипотезы исходят из телеологического способа мышления. Так, часто указывалось (особенно Чирхом [28]), что смола, живица и каучук выделяются для залечивания ран. Однако Книп [8] доказал, что каучук не проявляет залечивающего раны воздействия.

Несомненно, что физиологическое объяснение более уместно, чем телеологическое. Многие смолы и смолоподобные вторичные растительные вещества откладываются в мертвой ядровой древесине (смоляные кислоты и пиносильвин в ядровой древесине сосны). С другой стороны, органы экскреции расположены так, что они больше не связаны с живой частью растения. Причиной смолообразования должно быть не залечивание ран, а особенность обмена веществ. Если обмен веществ становится особенно интенсивным, например после ранения, то у дерева вблизи раны дополнительно образуются новые смоляные ходы (виды Pinus и Picea). Некоторые деревья, у которых в нормальном состоянии нет смоляных ходов, образуют их после ранения.

например виды, из которых получают толуольскую, перуанскую и бензойную смолы, а также Abies pectinata.

Если появление смол связано с общим обменом веществ в растениях, то смолы должны образовываться в протоплазме. Чирх, напротив, предполагал, что терпены и смоляные кислоты образуются в особом резиногенном слое клеточной стенки [28]. Однако это мнение было опровергнуто многими исследователями (Швабах, Муллер, Дорман, Джансониус, Леман, Лееман[10] и др.). Против гипотезы Чирха направлены также результаты наблюдений Поповича [17] над тем, что в плазме филодендрона свободно выделяются капельки терпентина, которые затем через клеточную стенку переходят в канал для экскретов ( 32). В некоторых случаях экскреты отлагаются в тех самых клетках, которые их образуют. Однако они скапливаются не непосредственно в протоплазме, а в экскретных пузырьках с оболочкой, сросшихся со стенкой клетки. По мере того, как мешочек с экскретом увеличивается, количество протоплазмы уменьшается, а затем она совсем исчезает. Так как клеточная стенка выделительной клетки из-за отложения суберина покрывается коркой, то благодаря этому экскрет оказывается заключенным в двойной слой (оболочка пузырька и корковый слой) [7, 9, 10].

Чаще всего смолы выделяются в межклеточные полости. Такого рода «резервуары» экскрета в зависимости от вида их возникновения разделяют на шизогенные и лизигенные. Первые возникают в результате того, что клетки будущей выделительной ткани раздвигаются, межклеточное вещество растворяется. Лизигенный резервуар возникает благодаря резорбции клеток. Но это разделение, по-видимому, не имеет значения, так как лизигенный резервуар возникает над шизогенным. Ходы для экскретов (смоляные ходы) типичны для многих семейств (Pinaceen, Anacardiaceen, Hypericaceen, Guttifererr, Dipterocarp- aceen, Burseraceen и др.).

Смоляные ходы, являющиеся резевуарами экскрета, выложены эпителием из тонкостенных и плотно примыкающих друг к другу клеток. Этот клеточный слой выполняет двойную функцию: во-первых, он выделяет экскреты, а во-вторых, он герметически закрывает смоляной ход от межклеточной системы тканей. Большей частью вертикальные смоляные ходы связаны в единую систему внутреннего сообщения с помощью ходов, проходящих горизонтально. Таким образом, растение, у которого экскреция к наружным слоям затруднена, создает себе «внутренний внешний мир» (Фрей-Висслинг).

Так как смола хвойных деревьев имеет большое экономическое значение, то следует подробно сказать о вместилищах экскретов.

Смоляные ходы хвойных деревьев — это проходящие между клетками каналы, образовавшиеся путем раздвигания соседних клеток, число которых предварительно увеличилось путем деления (межклеточные полости). У смоляных ходов сосновой древесины эти клетки разбухают и при этом частично подавляют окружающие клетки паренхимы. Последние затем отмирают и после одревеснения образуют большей частью наполненный воздухом слой мертвых раздавленных клеток вокруг смоляного хода ( 33) [1, 12, 13].

Смола образуется внутри клеток, граничащих со смоляным каналом, и из них выделяется через стенку в межклеточную полость под таким высоким давлением секрета, что эпителиальные клетки расходятся и, наконец, сжимаются в узкие полоски, которые выстилают смоляной ход (Мюнх,  33). Смоляные ходы закладываются и образуются еще в камбии, и при одревеснении окружающей ткани они имеют вид цилиндрических трубок, наполненных живицей.

Загадкой является еще вопрос о том, каким образом живица поступает изнутри эпителиальных клеток в просвет смоляного канала через мембрану, пропитанную водой. Для подтверждения гипотезы о происходящих здесь эмугирующих процессах [16] до сего времени отсутствуют экспериментальные данные.

Количество вертикальных ходов сосны зависит от ширины годичных колец: оно тем больше, чем уже годичные кольца. У зрелой ели в среднем на поперечном сечении.имеется примерно 44 тысячи вертикальных смоляных ходов, в то время как на 1 см2 наружной поверхности самого внешнего годичного кольца у ели, лиственницы и сосны имеется около 60 горизонтальных ходов (Майр). У пихты почти полностью отсутствуют нормальные вертикальные смоляные ходы. По этому признаку ее можно отличать от ели, сосны, лиственницы и дугласовой пихты, рассматривая ее поперечное сечение. Смоляные каналы отсутствуют также у можжевельника, кипариса и кедра. Данные относительно смоляных ходов приводят Джакар [5] и Штамм [27].

Если у сосны из-за ранения открыты смоляные ходы, как это бывает при подсочке растущего дерева, то живица вытекает. Так как горизонтальные и вертикальные смоляные ходы связаны друг с другом на больших участках, то живица притекает к ране издалека. Усилие, с которым она выжимается в рану, довольно значительно. По опытам Зандерманна [21], живица в стеклянном капилляре шириной 1 мм, соединенным с отверстием раны, поднимается на высоту 3 м. Дальнейший подъем прекращается из-за кристаллизации и связанной с ней закупорки капилляра. Движущей силой для преодоления больших сопротивлений трению вязкой живицы в узких каналах является, по Мюнху [1], осмотическое давление клеток эпителия. Если смоляной ход открыт, то сжатые эпителиальные клетки всасывают из окружающей древесины воду и набухают до тех пор, пока не заполняют большую часть просвета смоляного хода и не выжмут из него живицу ( 33). Давление при этом, по Мюнху, может достигать свыше 100 атм. Смоляные ходы после опорожнения и закрытия смолой вновь наполняются ею, и через две недели они опять бывают заполнены. При повреждении камбия сосновая древесина сразу образует двух-трехкратное, по сравнению с нормальным количество патологических смоляных ходов на расстоянии нескольких метров от раны. Возможность подсочки растущих сосен основана на повторяющемся опорожнении и наполнении системы смоляных ходов, а также на усиленном образовании патологических смоляных ходов. Ель едва ли пригодна для подсочки из-за очень инертного истечения смолы. Экскрет, нормально находящийся в заболони, называют физиологической смолой, а вытекающий после ранения — патологической смолой. Биохимически такая классификация, по-видимому, не оправдана.

На истечение смолы влияют еще и особые физико-химические условия, которые исследовал Зандерманн [20]. Он старался найти объяснение того, что живица, выступающая сразу после ранения сосны, имеет жидковатую медообразную консистенцию, но уже спустя короткое время при выделении смоляных кислот она кристаллизуется в густую белую кашицу. Было уста- новлено, что кристаллизацию вызывают следы воды. В сосновой живице, полностью обезвоженной с помощью силикагеля, даже через год не наблюдалось никаких кристаллов, в то время как живица с 0,1% воды кристаллизовалась уже в течение от 8 часов до 3 дней. Причина этого в следующем: из компонентов живицы смоляные кислоты имеют сравнительно высокий диполь- ный момент (1,60x10 электростатических единиц) [18], в то время как дипольным моментом терпенов можно пренебречь. Это различие в дипольных моментах проявляется в том, что смоляные кислоты значительно более гидрофильны, чем терпентинное масло.

Следовательно, в то время как в обезвоженной живице молекулы смоляных кислот и терпенов распределены равномерно, молекулы смоляных кислот в присутствии капелек воды скапливаются на их поверхности и ориентируются. Это скопление и ориентация являются, однако, предпосылкой для кристаллизации смоляных кислот, которая начинается в этом месте. Следовательно, водяные капельки действуют в живице как зародыши кристаллов.

Это имеет значение и для растения. Поскольку вода, содержащаяся в живице (0,8—6%), примешивается к ней после ранения из поврежденных тканей и из окружающей атмосферы, то в смоляных ходах живица должна быть безводной. Это, видимо, необходимо для того, чтобы она не кристаллизовалась в системе смоляных ходов. Иначе живица была бы лишена возможности притекать к ране. Тут встает вопрос, какие возможности имеются у сосны для отложения обезвоженной живицы. Возможным объяснением было бы то, что, как и ранее описанные (стр. 97), выделительные клетки и смоляные ходы сосны выстланы гидрофобной мембраной с коркой, которая хотя и пропускает гидрофобный экскрет, но не пропускает воду (Зандер- манн).

Смоляные желваки (у бальзамической и дугласовой пихты) образуются путем скопления смолообразующих клеток и их обособления в отдельных местах смоляных каналов. Во время прироста дерева в толщину такие скопления часто теряют связь с каналами и разрастаются дальше самостоятельно. Смоляные галлы образуются в виде ненормальных смоляных резервуаров, если смола, выступающая под давлением из горизонтальных каналов, разрывает камбий, приподнимает и вспучивает кору. Так как смола остается в древесине, то это может привести к обесцениванию древесины. Тонкие, исходящие из сердцевины, наполненные смолой щели у лиственницы и дугласовой пихты в ядре комлевой части дерева называются смоляными трещинами. Их можно наблюдать при валке дерева, но они, вероятно, возникают у него в более раннем возрасте [1].

Наличие смоляных трещин и смоляных галл в некоторых тропических деревьях может привести к значительному уменьшению ценности продукции лесного хозяйства. Такие патологические резервуары со смолой встречаются чаще всего в древесине тола бранка (Gosweileroderrdron balsamiferum Harm) [23], которая настолько богата смолой, что смола при надрезе выходит из каналов ( 35).

Под воздействием ветра возникают трещины, проходящие поперек волокон, которые заполняются смолой ( 36). Смоляные галлы в ядровой древесине (возникшие в результате предыдущих ветровых трещин в камбии) могут привести к неприятному загрязнению пил и к обесцениванию древесины

Содержание смолы внутри ствола, однако зависит от высоты и от расположения в поперечном сечении ствола. В литературе часто имеются указания только на содержание экстракта. Однако следует учесть, что в экстракте находится значительное количество жирных масел и жирных кислот (см. раздел талловое масло, стр. 397).

Представление о распределении содержания -смолы по высоте ствола дает  62. В ядровой древесине в основании ствола содержание смолы выше всего. Этот факт и является основой для промышленности экстракционной канифоли, которая получает канифоль путем экстрагирования старых пней, у которых после отгнивания бедной смолой заболони остается только очень богатая смолой ядровая древесина (стр. 177). Относительно некото - рых сопутствующих смоле веществ из ядровой древесины хвойных деревьев и об их таксономическом значении сообщает Эрдтман [2, 3].

Интересно отметить то, что фенолы смол ядровой древесины, например пиносильвин сосны, количественно распределяются чрезвычайно различно. Так, скопление их может произойти у края ядра а, в центре ядра б. Иногда они равномерно распределяются по всему сечению ядра в (рис 3.8). В случае с фунгицид- ным и инсектицидным пиносильвином желательно распределение в. Такие деревья следовало бы использовать в лесном хозяйстве как перестойные (семенные), так как их семена, в случае унаследования этого свойства, дадут деревья с долговечным ядром (Эрдтман).

ЛИТЕРАТУРА

1.         Buns gen, М., u. Е. Munch: Ваи und Leben unserer Waldbaume. Jena

1927.  

2.         Erdtman, H.: Kapitel Extraneous Materials of Wood, in L. E. Wise u. E. C. Jahn: Wood — Chemistry — New York 1952.

3.         Erdtman, H.: Holz Roh- u. Werkstoff 11, 245 (1953).

4.         F r e y-W у s s 1 i n g, A.: Die Stoffausscheidung der hoheren Pflanzen. Berlin 1935.

5.         Jaccard, P.: Schweiz. Z. Forstwes, 90, 122 (1939).

6.         Kisser, J.: Die Ausscheidung von atherischen Olen und Harzen, in W. Ruh-Land: Handbuch der Pflanzenphysiologie. Bd. X.: Der Stoffwechsel sekundarer Pflanzenstoffe, S. 91—131. Berlin/Gottingen/Heidelberg: Springer 1958.

7.         Kisser, J.: Planta 2, 489 (1926).

8.         Kniep, H.: Flora (Jena) 94, 183 (1905).

9.         Leemann, A.: Dissertation Genf 1927.

10.       Leemann, A.:-Planta 6, 216 (1928).

11.       M а у r, H.: Das Harz der Nadelholzer, seine Entstehung, Verteilung Be- deutung und Gewinnung. Berlin 1894.

12.       Munch, E.: Botanisches Arch. 9, 195 (1924).

13.       Munch, E.: Naturwissenschaftliche Grundlagen der Kiefernharznutzung. Arb. biol. Reichsanst. Land- u. Forstwirtsch. Bd. X, H. 1 (1919).

14.       Najera у Angulo, F., и. M. P. R. Lamprecht: Resinacion con estimulantes quimicos, I, Madrid 1951.

15.       P a e с h, K.: Biochemie und Physiologie der sekundaren Pflanzenstoffe. Berlin/Gottingen/Heidelberg: Springer 1950.

16.       Pf ef f er, W.: Pflanzenphysiologie 1897, 85.

17.       Popov ici H.: C. R. Acad. Sci. Paris 184, 143, (1926); Bull. Histol. appl.

1928.  

18.       Sandermann, W.: Dissertation Leipzig 1936.

19.       Sandermann, W.: Cellulosechemie 21, 25 (1943).

20.       Sandermann, W.: Ber. dtsch. chem. Ges. 74, 1696 (1941).

21.       Sandermann, W.: Ber. dtsch. chem. Ges. 71, 2005 (1938).

22.       Sandermann, W.: Grundlagen der Chemie und chemischen Technologie des Holzes, S. 168. Leipzig 1956.

23a. Sandermann W., u. F. Fent: Holz Roh- u. Werkstoff 13, 292 (1955). 23b. Sandermann, W., и. H. H. Dietricus: Holz Roh- u. Werkstoff 17, 88 (1959); Umschau 1957, 197.

24.       Sieber, R.: Harz der Nadelholzer, Berlin.

25.       Sperlich, A.: Das tropische Parenchym, B. Exkretionsgewebe. Handbuch der Pflanzenanatomie, Bd. 4. Berlin 1939.

26.       Ssuchow, G. W.: Hydrolysen- u. holzchem. Ind. 9, Nr. 4, 17 (1956).

27.       Stamm, A. J.: agric. Res. 38, 23 (1929).

28.       Tschirch, А., и. E. Stock: Die Harze. Berlin 1933.

29.       Wienhaus, H. H. Ritter u. W. Sandermann: Ber. dtsch. chem. Ges. 69, 2202 (1936).