Геоинформационные технологии в изучении дикорастущих лекарственных растений пермского края
На правах рукописи
Турышев Алексей Юрьевич
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ИЗУЧЕНИИ ДИКОРАСТУЩИХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ ПЕРМСКОГО КРАЯ
15. 00. 02 – фармацевтическая химия, фармакогнозия
Автореферат диссертации на соискание учёной степени
кандидата фармацевтических наук
Пермь – 2007
Диссертационная работа выполнена в ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию» (ГОУ ВПО ПГФА Росздрава)
Научный руководитель: кандидат фармацевтических наук,
доцент Яковлев Алексей Борисович
Официальные оппоненты: доктор фармацевтических наук,
профессор Фурса Николай Сергеевич;
кандидат фармацевтических наук,
доцент Сухинина Татьяна Владимировна
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»
Защита диссертационной работы состоится 18.12.2007 г в 13 ч. на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП-277, ул. Ленина, 48.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Пермская государственная фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию», по адресу: 614070, г. Пермь, ул. Крупской, 46.
Автореферат разослан «__» ноября 2007 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета Д 208.068.01, к. ф. н., доцент Метелёва Е. В.
Актуальность темы. Современные информационные технологии во всем мире, в том числе и в России, разрабатывают, внедряют и используют в различных отраслях науки и практики. Геоинформационные технологии и системы обладают бльшими возможностями отражения, анализа и моделирования географических объектов и явлений, чем традиционные способы. Несомненный интерес в построении таких систем представляют лекарственные растения, имеющие территориальную привязку к определенным ландшафтам, типам почв, фитоценозам и т.д. До настоящего времени в фармации и в ресурсоведении лекарственных растений опыта создания геоинформационных систем (ГИС) практически не было.
Информация о количественной оценке сырьевой базы дикорастущих лекарственных растений (ДЛР) Пермского края, содержании биологически активных веществ в лекарственном растительном сырье (ЛРС) носит фрагментарный характер и, частично, устарела, что определяет необходимость их системного ресурсоведческого и химико-фармакогностического изучения. Создание геоинформационной системы по массиву полученных фармакогностических данных безусловно является актуальным для современной фармации.
Цель и задачИ исследования. Целью данной работы является изучение возможностей использования геоинформационных технологий в ресурсоведении ДЛР на примере Пермского края.
Для достижения поставленной цели нам необходимо было решить следующие задачи:
- Обобщить сведения о флористическом составе, географических и геоботанических условиях Пермского края.
- Изучить состояние лекарственной флоры Пермского края в целом и отдельных районов в частности.
- Дать сравнительную комплексную оценку состояния некоторых представителей ДЛР Пермского края.
- Разработать электронную базу данных и ГИС «Лекарственные растения» для эталонных районов Пермского края.
Научная новизна:
- Изучена и доказана возможность использования ГИС в лекарственном ресурсоведении.
- Выявлены ДЛР, объективно представляющие флору центральных и южных районов Пермского края, проведена их ресурсоведческая оценка. Осуществлен целенаправленный скрининг лекарственных растений по содержанию биологически активных и экстрактивных веществ и экологической чистоте.
- Проведена сравнительная комплексная оценка популяций ДЛР в районах южной тайги и Кунгурской лесостепи.
- На основе комплексной ресурсоведческой и фитохимической оценки состояния ценопопуляций ДЛР Пермского края впервые разработаны электронная база данных и ГИС «Лекарственные растения» для отдельных районов Пермского края.
Практическая значимость работы. ГИС «Лекарственные растения» передана Управлению по охране окружающей среды Министерства градостроительства и развития инфраструктуры Пермского края для организации действенного контроля за охраной и рациональным использованием дикорастущих лекарственных растений региона, что подтверждено актами внедрения.
Предложенный алгоритм создания ГИС «Лекарственные растения» и работы с ней, разработанный на примере ряда растений Пермского края, может быть использован в любом регионе для различных практически значимых растений, в том числе подлежащих охране.
Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры фармакогнозии ГОУ ВПО ПГФА Росздрава.
На защиту выносятся результаты:
- разработки ГИС «Лекарственные растения», созданной на основе ресурсоведческого изучения ДЛР Ильинского и Карагайского районов Пермского края.
- сравнительной комплексной оценки 5 видов лекарственного растительного сырья, собранного в южнотаежном геоботаническом районе (Карагайский район) и Кунгурской лесостепи (Кунгурский, Кишертский и Суксунский районы).
- разработки ГИС «Лекарственные растения», созданной на основе комплексной оценки состояния популяций ЛР.
Публикация материалов исследования и Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 17 работ. Основные результаты работы представлены на: межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава “Вузы и регионы”, Пермь, 2003 год; международной научно-практической конференции, посвященной 85-летию СПХФА, Санкт-Петербург, 2004 год; XI национальном конгрессе “Человек и лекарство”, Москва, 2004 год; на II Всероссийском съезде фармацевтических работников, Сочи, 2005год; юбилейной межвузовской научной конференции студентов и молодых ученых, посвященной 70-летию КГМУ “Молодежная наука и современность”, Курск, 2005 год; XI международной научно-практической конференции “Фармация и здоровье”, Пермь, 2005 год; XIII национальном конгрессе “Человек и лекарство”, Москва, 2006 год; 2-й международной Российско-Китайской конференции “Fundamental pharmacology and pharmacy – clinical practice”, Пермь, 2006 год; научно-практической конференции “Новая технологическая платформа биомедицинских исследований (биология, здравоохранение, фармация)”, Ростов-на-Дону, 2006 год.
Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена на кафедре фармакогнозии ГОУ ВПО ПГФА Росздрава в соответствии с планом научно-исследовательских работ. Номер государственной регистрации 01.9.10018875.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 215 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 37 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, 3 экспериментальных глав, выводов и списка литературы, включающего 143 источника, из них 12 – на иностранных языках.
В главе I представлены литературные сведения об использовании ГИС в различных отраслях хозяйства, о физико-географической характеристике, ботанико-географическом районировании, флористических и ресурсоведческих исследованиях в Пермском крае и его экологическом состоянии.
В экспериментальной части изложена характеристика объектов и методов исследования (глава II), сырьевой базы и ресурсного потенциала лекарственной флоры Ильинского и Карагайского районов Пермского края, а также принцип и возможности создания и использования ГИС «Лекарственные растения» (глава III), результаты фитохимического и экологического скрининга, сравнение популяций по ботанико-географическим районам, возможности включения в ГИС результатов оценки качества сырья (глава IV).
В приложения вынесены сведения по лекарственной флоре Пермского края, характеристике ресурсов ДЛР в исследуемых районах, таблицы с адресом расположения зарослей исследуемых видов, сравнительное описание типовых мест произрастания отдельных видов ДЛР и документы, подтверждающие практическую значимость проведенных исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Объектами исследования являлись:
- программный продукт ArcView 3.2.
- ДЛР, произрастающие на территории двух ботанико – географических районов Пермского края (южная тайга и островная Кунгурская лесостепь).
- ЛРС луговых и рудеральных растений, произрастающих в двух ботанико-географических районах с разной степенью антропогенной нагрузки, содержащие различные группы биологически активных веществ (5 видов ЛРС).
Сбор материала проводили в период 2004 – 2007 г.г. при обследовании лекарственной флоры административных районов Пермского края, выбранных в качестве «эталона»:
- в подзоне южной тайги – Ильинский и Карагайский районы;
- в Кунгурской лесостепи – Кунгурский, Кишертский и Суксунский районы.
На территории Пермского края произрастает (Овеснов….1997) более 100 видов дикорастущих лекарственных растений, что составляет всего лишь 6% от общей флоры. Из них повсеместно произрастают лишь 42 % (или 34 вида).
Всю лекарственную флору Пермского края можно разделить на 2 группы:
– ДЛР, произрастающие повсеместно, запасы сырья которых значительно превосходят потребности в них (одуванчик лекарственный, сосна лесная и др.).
– ДЛР, для которых необходимо как можно чаще отслеживать состояние зарослей ввиду увеличивающейся антропогенной нагрузки на окружающую среду и хозяйственного освоения и использования территорий (зверобой продырявленный, пижма обыкновенная, багульник болотный и др.). Именно они и представляют наибольший интерес для разработки ГИС «Лекарственные растения».
На 1 этапе нами были установлены ресурсоведческие характеристики представителей лекарственной флоры, представляющих интерес в качестве объектов заготовки ЛРС или охраны на территории Ильинского и Карагайского районов. Всего изучено 499 популяций 21 вида лекарственных растений.
Для данных видов устанавливали: адрес заросли (в том числе географические координаты) и основные ресурсоведческие характеристики.
Результаты ресурсоведческих исследований использовали для составления ГИС «Лекарственные растения» Ильинского и Карагайского районов, содержащей ресурсоведческие характеристики популяций изученных видов ЛР.
На 2 этапе проведено сравнительное изучение популяций 6 видов ДЛР, произрастающих на территории всех ботанико – географических районов в достаточном количестве и являющихся представителями луговой или сорной флоры: душица обыкновенная, зверобой продырявленный и з. пятнистый, пижма обыкновенная, полынь горькая, пустырник пятилопастной.
Для этих ДЛР на территории изученных районов устанавливали приуроченность к типичным местам произрастания, основные ресурсоведческие характеристики, заготавливали образцы сырья для последующего проведения анализа в соответствии с требованиями НД по основным показателям качества. Проведена оценка «сырьевой ценности популяций» и рассчитана «сырьевая ценность района» для конкретного вида ЛРС.
Исследовано 204 популяции ДЛР, проведен анализ 131 образца ЛРС.
Комплексная характеристика изученных популяций ДЛР использована для составления ГИС «Лекарственные растения» Карагайского, Кунгурского, Кишертского и Суксунского районов.
Изучение распространения и учета запасов сырья лекарственных растений проводили на конкретных зарослях по общепринятым методикам (Борисова … 1986).
Статистическую обработку результатов проводили в MS Exel 2007 по общепринятым методикам.
Об экологической чистоте судили по результатам анализа ЛРС на содержание тяжелых металлов и по радиационному фону ЛРС.
Количественное определение основных групп биологически активных веществ определяли, используя гравиметрические и спектрофотометрические методы. Содержание эфирного масла определяли методом гидродистилляции.
Изучение возможностей использования ГИС
при ресурсоведческих исследованиях ДИКОРАСТУЩИХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ подзоны южной тайги
В ходе обследования Ильинского и Карагайского районов установлены места произрастания 21 вида ДЛР.
Сводные данные по запасам сырья определяемых видов ЛРС представлены в таблице 1.
Наибольшую площадь в Ильинском районе занимают виды зверобоя, тысячелистник обыкновенный и душица обыкновенная, а наименьшую – череда трехраздельная, кровохлебка лекарственная, пустырник пятилопастной и малина обыкновенная.
Наибольшую площадь в Карагайском районе занимает багульник болотный, а наименьшую – хвощ полевой.
Учитывая нетипичность толокнянки обыкновенной и боярышника кроваво-красного для Карагайского района, их популяции рекомендовано взять под охрану.
Таблица 1
Сводные данные о площадях, занимаемых популяциями лекарственных растений Ильинского и Карагайского районов и запасах сырья
| № | Лекарственное растение, сырье | Ильинский район | Карагайский район | ||||
| S, га | БЗ, кг | ЭЗ, кг | S, га | БЗ, кг | ЭЗ, кг | ||
| 1. | Багульник болотный, побеги | – | – | – | 100,0 | 34096±8130 | 17836 |
| 2. | Боярышник кроваво-красный, плоды | – | – | – | 0,11 | 23,06±5,20 | 12,7 |
| 3. | Брусника обыкновенная, листья | 9,9 | 810±136 | 536 | 19,1 | 1346±219 | 908 |
| 4. | Горец перечный, трава | 0,9 | 3045±706 | 1633 | – | – | – |
| 5. | Душица обыкновенная, трава | 15,8 | 2534±324 | 1886 | 21,5 | 2919±417 | 2085 |
| 6. | Зверобой продырявленный, З. четырехгранный, трава | 19,9 | 3686±838 | 2010 | 7,9 | 827±191 | 445 |
| 7. | |||||||
| 8. | Крапива двудомная, листья | 6,2 | 1357±236 | 885 | 44,7 | 7214±1162 | 4891 |
| 9. | Кровохлебка лекарственная, корневища и корни | 0,5 | 166±35 | 96 | 20,1 | 7853±1302 | 5249 |
| 10. | Малина обыкновенная, плоды | 0,6 | 4,3±0,4 | 3,5 | 7,1 | 43±6 | 31 |
| 11. | Мать-и-мачеха обыкновенная, листья | 12,6 | 1616±333 | 950 | 20,8 | 3074±542 | 1990 |
| 12. | Можжевельник обыкновенный, плоды | 2,3 | 113±24 | 65 | 6,2 | 556±112 | 332 |
| 13. | Пижма обыкновенная, цветки | 13,9 | 2897±581 | 1736 | 17,9 | 2601±368 | 1867 |
| 14. | Полынь горькая, трава | 2,4 | 562±130,5 | 301 | 2,9 | 766±133 | 502 |
| 15. | Пустырник пятилопастной, трава | 0,5 | 68,5±16 | 36,5 | 11,1 | 2531±537 | 1457 |
| 16 | Толокнянка обыкновенная, листья | – | – | – | 0,02 | 0,18±0,03 | 0,12 |
| 17. | Тысячелистник обыкновенный, трава | 16,5 | 859±166 | 527 | 23,9 | 680±131 | 418 |
| 18. | Хвощ полевой, трава | 1,4 | 146±28,5 | 90 | 1,0 | 24,8±2,6 | 19,6 |
| 19. | Череда трехраздельная, трава | 0,2 | 8,6±2,5 | 3,6 | – | – | – |
| 20. | Черника обыкновенная, плоды | 14,2 | 215±60 | 95 | 38,5 | 545±78 | 389 |
| 21. | Шиповник, плоды | 3,2 | 354±74 | 206 | 13,6 | 743±119 | 505 |
Примечание: S – площадь, БЗ – биологический запас ЛРС, ЭЗ – эксплуатационный запас ЛРС
При разработке ГИС "Лекарственные растения" нами была использована топооснова Пермского края масштаба 1:200000, которая наиболее приемлема в связи с наибольшей распространенностью и достаточной информативностью.
Исходный вариант программы позволяет работать с топоосновой (электронной картой). Данные на электронную карту накладываются слоями. Основным слоем являются административные границы региона (в нашем случае – Пермского края) и его районов. Последующие слои (реки, населенные пункты, инфраструктура /дороги, теплотрассы, нефтегазопроводы/ и т.п.) можно добавлять к основе и варьировать.
Программа позволила создать ГИС «Лекарственные растения», содержащую информацию о лекарственных растениях, обнаруженных при выполнении исследования:
- Адрес зарослей, с указанием географических координат.
- Основные ресурсоведческие характеристики.
Рисунок 1. Фрагмент электронной карты – схемы
ГИС «Лекарственные растения». Ильинский район
Пермского края (М 1:550000), где
- – популяции душицы обыкновенной
(стрелкой обозначена популяция душицы № 21)
Благодаря этому стало возможным отобразить на электронной карте точное местоположение (географические координаты) конкретных зарослей (рисунок 1), а также «Паспорт места сбора сырья», который может быть представлен в 2 вариантах:
I вариант используется для редакционной правки и содержит, кроме ресурсоведческих характеристик, географические координаты описываемой точки (рисунок 2).
II вариант представляет собой «итоговый отчет» по конкретной популяции ДЛР (рисунок 3).
При выборе более мелкого масштаба происходит наложение точек местоположения популяций, расположенных на незначительном расстоянии, что затрудняет работу.
Благодаря возможностям ArcView GIS 3.2a менять масштаб изображения, данная проблема вполне разрешима.
В программе ArcView возможен поиск лишь по населенным пунктам, при условии «подключения» слоя «населенные пункты». Данная возможность позволяет получать наглядную информацию о наличии популяций лекарственных растений в окрестностях того или иного населенного пункта. Однако режим поиска в последнем варианте не всегда оправдывает себя, учитывая, что на территории отдельных административных образований могут встречаться несколько населенных пунктов, имеющих одинаковые названия.
Наличие в ГИС системы поиска или запроса, которые можно проводить по нескольким направлениям, имеет важное значение при работе с подобными программами.
Для облегчения работы пользователя нами создан простой интерфейс, открывающий широкие возможности работы с ГИС «Лекарственные растения», а также разработана и предложена для использования система, которая позволяет вести поиск требуемой информации по нескольким направлениям:
- вид лекарственного растения;
- приуроченность к административному району;
- ресурсоведческие характеристики популяций;
- растения, подлежащие охране.
Рисунок 2. Паспорт места сбора лекарственного сырья (вариант I)
(участок № 21)
Рисунок 3. Паспорт места сбора лекарственного сырья (вариант II)
(участок № 21)
Варианты поиска позволяют выделять из всего массива данных лишь требуемый результат.
Данная функция поиска позволяет создавать карты – схемы запасов сырья конкретного вида ДЛР.
Использование электронных карт – схем, на которых местоположение популяций указывается более точно с помощью географических координат, значительно эффективнее по сравнению с бумажными аналогами. Кроме того, электронные карты - схемы содержат больше информации, которая отражена более наглядно в виде паспорта популяции.
Кроме указанных возможностей, ГИС позволяет проводить обработку ресурсоведческих характеристик, например, выделять популяции ДЛР подлежащие охране или с определенным ВОЕЗ (рисунок 4), а также вычислять суммарную площадь обнаруженных популяций или общий запас сырья, который можно заготовить на данной территории, а также некоторые другие критерии (рисунок 5).
Рисунок 4. Фрагмент электронной карты – схемы ГИС «Лекарственные растения». Ильинский район (М 1:450000). Распространение популяций душицы обыкновенной имеющих ВОЕЗ более 50 кг /режим поиска/, где
- – популяции душицы обыкновенной (ВОЕЗ более 50 кг);
- – популяции душицы обыкновенной (ВОЕЗ менее 50 кг)
Рисунок 5. Возможная ежегодная заготовка ЛРС в Ильинском и Карагайском
районах, кг
В Ильинском районе заготовку сырья душицы, пижмы, зверобоя и некоторых других видов можно проводить в значительных количествах, тогда как запасы сырья череды трехраздельной обыкновенной и кровохлебки лекарственной несущественны.
В Карагайском районе максимальный объем заготовок сырья возможен в отношении побегов багульника болотного и листьев крапивы двудомной, а минимальный – для травы хвоща полевого.
Таким образом, использование ГИС – технологий в лекарственном ресурсоведении позволяет не только составлять рекомендации по рациональному планированию и использованию запасов сырья дикорастущих лекарственных растений на современном уровне, но и дает большие возможности для мониторинга популяций редких или исчезающих лекарственных растений.
разработка ГИС на основе комплексной оценки состояния популяций Лекарственных растений
Учитывая возможности информационных систем, нами была сделана попытка включить в разработанный ГИС данные не только ресурсоведческих исследований, но и результаты, полученные при оценке качества сырья. Это позволяет дать рекомендации по заготовке высококачественного ЛРС.
Учитывая приуроченность административных районов Пермского края к ботанико – географическим районам, их экологическое состояние, а также распространение на их территории лекарственных растений, исследование проводили:
- в Карагайском районе (южно-таежный ботанико-географический район);
- в Кунгурском, Суксунском и Кишертском районах (островная Кунгурская лесостепь).
Всего исследовано 204 популяции душицы обыкновенной, зверобоя продырявленного и з. пятнистого, полыни горькой, пустырника пятилопастного и пижмы обыкновенной.
Общие площади, занимаемые популяциями этих растений и суммарный ВОЕЗ сырья представлены в таблице 2.
Наибольшими запасами изученных видов ЛРС обладают Карагайский и Кишертский районы.
Таблица 2
Общие площади (S, га) и суммарный возможный объем ежегодной заготовки (ВОЕЗ, кг) сырья изучаемых видов ДЛР в районах исследования
| № | ЛРС | Южная тайга | Кунгурская лесостепь | ||||||
| Карагайский район | Кунгурский район | Кишертский район | Суксунский район | ||||||
| S, га | ВОЕЗ, кг | S, га | ВОЕЗ, кг | S, га | ВОЕЗ, кг | S, га | ВОЕЗ, кг | ||
| 1. | Трава душицы | 21,5 | 694,3 | 17,4 | 111,8 | 3,1 | 14,0 | 0,8 | 14,7 |
| 2. | Трава зверобоя | 7,9 | 109,1 | 7,9 | 100,5 | 31,5 | 206,0 | 5,6 | 83,4 |
| 3. | Трава полыни горькой | 2,9 | 167,1 | 7,3 | 268,0 | 35,4 | 787,0 | 4,2 | 79,6 |
| 4. | Трава пустырника | 11,1 | 485,6 | 1,4 | 84,4 | 4,3 | 200,0 | 6,3 | 234,0 |
| 5. | Цветки пижмы | 17,9 | 622,1 | 11,3 | 321 | 22,3 | 323 | 3,1 | 126,0 |
Анализ 131 образца 5 видов ЛРС (трава душицы, трава зверобоя, трава полыни горькой, трава пустырника, цветки пижмы) показал, что:
- радиационный фон всех образцов ЛРС находился в пределах среднего радиационного фона Пермского края (0,6 – 13 мкР/ч);
- по наличию тяжелых металлов и микробиологической чистоте все образцы сырья удовлетворяли требованиям нормативной документации (НД);
- по основным показателям качества (содержание действующих и экстрактивных веществ, влажность, содержание золы общей и золы, нерастворимой в 10% растворе кислоты хлористоводородной) 130 образцов ЛРС отвечают требованиям НД;
- образец травы душицы, заготовленный в окрестностях д. У.–Лог не отвечает требованиям ГФ XI (вып. 2, статья 55) по содержанию золы общей.
Таблица 3
Сравнительная оценка плотности запаса сырья (ПЗС, кг/га)
популяций ДЛР и суммы действующих (экстрактивных) веществ (%)
в районах исследования
| № п/п | Название сырья | Средняя ПЗС, кг/га | Группа БАВ | Средняя сумма действующих (экстрактивных) веществ, % | ||||
| Южная тайга | Кунгурская лесостепь | t | Южная тайга | Кунгурская лесостепь | t | |||
| 1. | Трава душицы | 119,19±±3,73 | 66,47± ±4,67 | 8,82 | Эфирное масло | 0,29± ±0,00 | 0,31±0,00 | 20,29 |
| 2. | Трава зверобоя | 89,58± ±2,32 | 104,93± ±3,03 | 4,02 | Сумма флавоно-идов | 4,94± ±0,01 | 4,19±0,01 | 92,73 |
| 3. | Цветки пижмы | 170,64±±3,59 | 221,71± ±16,99 | 2,94 | Сумма флавоно-идов и фенолкар-боновых кислот | 2,59± ±0,02 | 2,58±0,010 | 1,0 |
| 4. | Трава полыни горькой | 178,46±±8,18 | 131,081± ±4,43 | 5,09 | Сумма экстрак-тивных веществ | 33,68± ±0,40 | 32,13±0,33 | 2,96 |
| 5. | Трава пустырника | 179,15±±8,69 | 196,06± ±7,79 | 1,45 | Сумма экстрак-тивных веществ | 24,81± ±0,29 | 31,71±0,31 | 16,29 |
| Сумма иридоидов | 0,38± ±0,01 | 0,40±0,0047 | 2,18 | |||||
Сравнение средних значений ПЗС и суммы действующих (или экстрактивных) веществ (таблица 3) показало определенную зависимость этих показателей от ботанико-географических районов произрастания.
Результаты анализов, проведенных по основным показателям доброкачественности, были добавлены в ГИС в виде заключения о качестве ЛРС. Благодаря этому появилась возможность отражать на электронной карте-схеме расположение как популяций, пригодных для заготовки качественного ЛРС, так и мест, где сбор сырья проводить недопустимо. Обозначение требуемых популяций на карте-схеме происходит путем выделения контрастным цветом (аналогично тому, как это показано на рисунке 4).
Паспорт популяции аналогичен, представленному на рисунке 3, но, при этом, содержит заключение о соответствии требованиям НД (рисунок 6).
Рисунок 6. Паспорт популяции душицы обыкновенной в Суксунском районе
(участок №304)
Для сравнения популяций одного вида ЛР, произрастающих в разных условиях, нами использован "показатель сырьевой ценности популяции" (ПСЦП) (Яковлев А.Б… 1994). Этот показатель представляет собой произведение средних величин плотности запаса и биологической активности воздушно-сухого сырья и учитывает как количественную, так и качественную оценку сырья изучаемого вида. ПСЦП является «рейтинговым коэффициентом», который позволяет проводить мониторинг общего состояния ценопопуляции изучаемого вида, а также сравнивать состояние какой – либо популяции с другими ценопопуляциями данного вида.
Кроме того, нами введен еще один условный коэффициент, названный «показатель сырьевой ценности района» (ПСЦР), который представляет собой произведение суммарного ВОЕЗ сырья и среднего показателя содержания действующих веществ в данном районе и рассчитывается по формуле:
ПСЦР = ВОЕЗ * ДВ
| где | ПСЦР – показатель сырьевой ценности района, усл. ед.; |
| ВОЕЗ – суммарный возможный объем ежегодной заготовки воздушно-сухого сырья, кг; | |
| ДВ –содержание действующих веществ, %. |
Данный показатель позволяет сравнивать районы между собой по результатам комплексной оценки состояния зарослей ЛР, учитывающей не только запас сырья, но и содержания в нем действующих (экстрактивных) веществ. Это, в свою очередь, дает возможность вести более качественную специализацию районов.
Наиболее «ценные» популяции душицы обыкновенной (рисунок 7) расположены в Суксунском и Карагайском районах. Однако, учитывая, что ВЕОЗ травы душицы в Карагайском районе выше (таблица 2), мы считаем, что заготовку травы душицы рациональнее проводить на его территории.
Несмотря на то, что наиболее «ценные» популяции зверобоя продырявленного и з. пятнистого находятся в Кунгурском районе, заготовку травы зверобоя предпочтительнее проводить в Кишертском районе.
Наиболее «ценные» популяции пижмы обыкновенной расположены в Кунгурском районе. Однако, суммарный ВОЕЗ цветков пижмы (таблица 2) в Карагайском районе выше, чем в остальных районах, что повышает его «сырьевую ценность», поэтому мы рекомендуем проводить заготовку этого вида ЛРС именно в нем.
«Ценность популяций» полыни горькой снижается при продвижении на юг. Наиболее ценные популяции расположены в Карагайском районе, однако заготовку сырья полыни горькой наиболее рационально проводить в Кишертском районе, несмотря на низкий показатель ПСЦП.
Наиболее ценные популяции пустырника, как по содержанию экстрактивных веществ, так и по содержанию иридоидов, находятся в Кунгурском и Суксунском районах. Однако, в связи с тем, что наибольшую площадь и максисмальный ВОЕЗ пустырник пятилопастной имеет в Карагайском районе (таблица 2), именно здесь наиболее рационально проводить заготовку сырья.
Полученные результаты комплексной оценки популяций включены в ГИС «Лекарственные растения» и могут быть отражены в паспорте (рисунок 8).
Рисунок 8. Паспорт популяции душицы обыкновенной,
содержащий ПСЦП (Суксунский район)
Введение ПСЦР в ГИС расширяет возможности поиска и позволяет выделять из всего массива данных наиболее ценные популяции ДЛР.
Опыт, приобретенный в ходе проведения исследования по рассматриваемой проблеме, показал, что использование ГИС перспективно и открывает огромные возможности при изучении дикорастущей лекарственной флоры и использовании ресурсов ЛРС.
Геоинформационные системы открыли новые возможности фиксации популяций с учетом географических координат. Использование «координатной» привязки позволило более точно фиксировать заросли, что, в отличие от методов используемых ранее, снижает риск длительного их поиска. При этом облегчается задача охраны популяций редких видов ЛР.
ГИС позволяют систематизировать данные по каждой популяции в виде паспортов «места сбора сырья».
Благодаря встроенной системе «анализа данных» ГИС позволяют проводить мониторинг популяций исходя из данных динамики их развития.
Создание электронных карт запасов сырья ЛР позволяет более рационально организовать заготовку ЛРС. Различные варианты поиска популяций делают возможным выбор участка заготовки с учетом ресурсоведческих характеристик. Кроме того, внесенные нами данные по соответствию сырья требованиям НД позволяют расширить поиск и по показателям качества сырья.
ГИС позволяют вести специализацию районов по заготовкам ЛРС, основываясь не только на индексе локализации, который отражает ресурсоведческую характеристику обнаруженных популяций и несколько «устарел», но и по показателю ПСЦР. Данный показатель объективно отражает как количественную, так и качественную оценку состояния популяций.
Предложенный алгоритм создания и работы геоинформационной системы на модели ряда растений Пермского края может быть использован для любых практически значимых растений, в том числе растений, подлежащих охране.
Разработанная и изученная нами ГИС является универсальным «программным продуктом», позволяющим работать не только в конкретном регионе, но и в любой точке земного шара при наличии соответствующей топоосновы.
Общие выводы
- Изучена и доказана возможность использования ГИС в лекарственном ресурсоведении.
- В Пермском крае встречается более 100 видов дикорастущих лекарственных растений. Изучено состояние 599 популяций 21 вида ЛР в центральных и южных районах как наиболее освоенных.Разработана ГИС «Лекарственные растения» Ильинского и Карагайского районов Пермского края, включающая данные ресурсоведческого исследования лекарственной флоры этих районов: географические координаты и площадь зарослей, плотность запаса сырья, биологический и эксплуатационный запасы, возможный объем ежегодной заготовки.
- Разработана ГИС «Лекарственные растения» Карагайского, Кунгурского, Кишертского и Суксунского районов Пермского края, включающая ресурсоведческие, фитохимические и экологические характеристики 209 популяций лекарственных растений – источников лекарственного растительного сырья душицы обыкновенной, зверобоя продырявленного и з. пятнистого, пижмы обыкновенной, полыни горькой, пустырника пятилопастного.
- Сравнительная комплексная оценка ДЛР в районах южной тайги и Кунгурской лесостепи показала, что наиболее ценные популяции душицы обыкновенной и полыни горькой находятся в Карагайском районе (южная тайга), а зверобоя продырявленного, з. пятнистого, пижмы обыкновенной и пустырника пятилопастного – в Кунгурском районе (Кунгурская лесостепь).
- Созданная ГИС «Лекарственные растения» позволила выявить наиболее ценные районы в отношении изученных видов ЛРС. Установлено, что в Карагайском районе рациональнее вести заготовку травы душицы, траву пустырника и цветки пижмы. Сырье зверобоя и полыни горькой рациональнее заготавливать в Кишертском районе.
- Геоинформационные системы могут быть использованы в ресурсоведения дикорастущих лекарственных растений как инструмент для инвентаризации их популяций, мониторинга и отражения текущего состояния продуктивных зарослей, исчезающих зарослей, а также с целью охраны и организации рациональной заготовки лекарственного сырья.
- Предложенный алгоритм создания и работы геоинформационной системы на модели ряда растений Пермского края может быть использован для любых практически значимых растений, в том числе растений, подлежащих охране, в любом регионе, при наличии соответствующей топоосновы.
- Полученные результаты переданы для использования Управлению охраны окружающей среды Министерства градостроительства и развития инфраструктуры Пермского края.
Список работ, опубликованных по теме диссертации:
- Мониторинг дикорастущих лекарственных растений Пермской области / В.Д. Белоногова, А.Б. Яковлев, … А.Ю. Турышев [и др.] // Человек и лекарство: тез. докл. XI Рос. нац. конгр. – М., 2004. - С. 52.
- Актуальность использования геоинформационных технологий в лекарственном ресурсоведении // А.Ю. Турышев, А.Б. Яковлев, В.М. Томилова [и др.] // Мат. XI международной научно-практической конференции “Фармация и здоровье”. - Пермь, 2005. - С. 149.
- Турышев, А.Ю. Геоинформационный мониторинг дикорастущих лекарственных растений Ильинского района Пермской области / А.Ю. Турышев // Юбилейная межвузовская научная конференция студентов и молодых ученых, посвященная 70-летию КМЭУ «Молодежная наука и современность».- Курск, 2005.-С. 132.
- Перспективы использования дикорастущих лекарственных растений Пермской области / В.Д. Белоногова, А.Б. Яковлев, … А.Ю. Турышев [и др.] // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сб. науч. тр. Пятигор. гос. фармац. акад. – Пятигорск, 2005. - Вып. 60. - С. 8.
- Яковлев, А.Б. Перспективы использования современных технологий в лекарственном ресурсоведении / А.Б. Яковлев, А.Ю. Турышев, С.В. Пьянков // мат. II Всероссийского съезда фармац. работников. – Сочи, 2005.-С. 155.
- Яковлев, А.Б. Современные технологии в охране лекарственной флоры Пермской области. / А.Б. Яковлев, А.Ю. Турышев, С.В. Пьянков // Мат. XI международной научно-практической конференции “Фармация и здоровье”. - Пермь, 2005. - С. 150.
- Мониторинг дикорастущих лекарственных растений Пермского края / В.Д. Белоногова, Г.И. Олешко, … А.Ю. Турышев [и др.]// Новая технологическая платформа биомедицинских исследований (биология, здравоохранение, фармация): мат. науч.-практ. конф. (16-17 октября 2006 г., Ростов-на-Дону) [Тез. докл.]. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ, 2006.- С.84.
- Изучение запасов дикорастущих лекарственных растений Ильинского района Пермской области / В.Д. Белоногова, А.Б. Яковлев, … А.Ю. Турышев [и др.] // Мат. заочной международной конференции «Приоритеты фармацевтической науки и практики». Москва- М.: Изд-во РУДН, 2006.- С. 298-300.
- Мониторинг дикорастущих лекарственных растений Карагайского района Пермской области / В.Д. Белоногова, А.Б. Яковлев, … А.Ю. Турышев [и др.] // Человек и лекарство: тез. докл. XIII Рос. нац. конгр., Москва, 2006 год. – М., 2006. – С. 787.
- Мониторинг дикорастущих лекарственных растений Ильинского района Пермской области / В.Д. Белоногова, А.Б. Яковлев, … А.Ю. Турышев [и др.] // Человек и лекарство: тез. докл. XIII Рос. нац. конгр., Москва, 2006 год. – М., 2006. - С. 9.
- Medicinal plant of flora of the Perm edge in treatment of a heart failure / V.D. Belonogova, A.B. Yakovlev, … A.U. Turyshev [Etc] // 2-nd Russian – Chinese international scientific conference on pharmacology “Fundamental pharmacology and pharmacy – clinical practice”. Perm, Russian – 2006. p. 22.
- Коротков И.В. Ресурсы и оценка качества сырья полыни горькой и душицы обыкновенной, произрастающих в Пермском крае /И.В.Коротков, В.Д. Белоногова, А.Ю Турышев, Г.Н. Новоселова // Фармация. – 2007.- №5.- С. 16-18.
- Оценка качества сырья некоторых видов дикорастущих лекарственных растений Кунгурского и Кишертского районов Пермского края/ А.Ю. Турышев, А.Б. Яковлев, И.А. Жаркова [и др.]// Вестник Пермской государственной фармацевтической академии №2.-2007.- С. 303-310.
- Турышев, А.Ю. Перспективы использования геоинформационных технологий для оценки запасов травы душицы и травы пустырника в Карагайском районе Пермской области / А.Ю. Турышев, А.Б. Яковлев, В.Д. Белоногова // Новая технологическая платформа биомедицинских исследований (биология, здравоохранение, фармация): мат. науч.-практ. конф. (16-17 октября 2006 г., Ростов-на-Дону) [Тез. докл.]. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ, 2006.- С. 100.
- Турышев, А.Ю. Изучение запасов некоторых видов дикорастущих лекарственных растений Кунгурского и Кишертского районов Пермского края/ А.Ю. Турышев, А.Б. Яковлев, А.Н. Калашникова// Вестник Пермской государственной фармацевтической академии №2.-2007.- С. 297-303.
- Изучение возможности использования геоинформационных технологий в лекарственном ресурсоведении / А.Ю. Турышев, А.Б. Яковлев, В.Д. Белоногова [и др.]// Фармация. – 2007.- №1.- С.14-16.
- Систематический анализ лекарственной флоры Пермского края / А.Ю. Турышев, А.Б. Яковлев, А.А. Устинова [и др.]// Вестник Пермской государственной фармацевтической академии №2.-2007.- С. 292-297.
