Chemical composition of Lonicera species from Kazakhstan

CHEMICAL COMPOSITION OF LONICERA SPECIES FROM KAZAKHSTAN  S.V. Kushnarenko1, L.N. Karasholakova1,2, K.T. Abidkulova 2, G. Özek3, T. Özek3, K.H.C.Başer 3,4  *E­mail: svetlana_bio@mail.ru 1Institute of Plant Biology and Biotechnology, Almaty, Kazakhstan,  2Al­Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan,  3Anadolu University, Faculty of Pharmacy, 26470, Eskisehir, Turkey,  4King Saud University, College of Science, Department of Botany and  Microbiology, 11451 Riyadh, Saudi  Arabia Іntroduction The genus Lonicera (Caprifoliaceae) comprises of 200 species with 21 growing in Kazakhstan. The  genus includes shrubs with both climbing and non­climbing sprouts. The fruits of most species are  either  inedible  or  poisonous  (1).  The  present  work  aimed  to  investigate  two  Lonicera  species,  L.  iliensis  Pojark.  and  L.  altaica  Pall.  ex  DC  collected  in  different  vegetation  stages  for  chemical  composition  of  the  essential  oils.  These  species  belong  to  subsection  of  blue  honeysuckles  Caeruleae Rehd. (section Isika Rehd.), both of them have edible fruits (2­4).  Materials and Methods Plant collection sites leaves  during  Plant  Material:  The  flowers,  the  flowering and fruiting stage and fruits of two species of  honeysuckle  from  natural  habitats  have  been  collected  in  paper  bags  from  June  to  July  2012  (Fig.  1,  2).  Lonicera  iliensis  has  been  collected  in  the  Almaty  region (GPS coordinate: N 44°45'770'', E 076°49'689'',  397  m  above  sea  level);  аnd  L.  altaica  –  in  the  East  Kazakhstan region (N 50°23'646'', E 084°12'886'', 1100  m above sea level). Essential  Oil  Extraction:  The  dried  plant  material  was  subjected  to  hydrodistillation  using  Clevenger type apparatus to yield essential oils.  GC­FID and GC/MS Analysis: Qualitative and quantitative investigations of the essential oils  were  performed  by  gas­chromatography  with  flame  ionisation  detector  (GC­FID)  and  gas  chromatography coupled to mass spectrometry (GC/MS). The GC/MS analysis has been carried  out with HP­Innowax FSC column in conditions reported previously (5). Compounds Identification: Compounds of the essential oils were identified by comparison of  the chromatographic peaks retention times with those of authentic compounds analyzed under the  same  conditions,  and  by  comparison  of  the  retention  indices  (RI)  (as  Kovats  indices)  with  literature  data.  Comparisons  of  MS  fragmentation  patterns  with  those  of  standards  and  mass  spectrum database search were performed using the Wiley GC/MS Library (Wiley, New York,  NY, USA), MassFinder software 4.0, Adams Library, and NIST Library. Confirmation was also  achieved  using  the  in­house  “Baser  Library  of  Essential  Oil  Constituents”  database,  obtained  from  chromatographic  runs  of  pure  compounds  performed  with  the  same  equipment  and  conditions.  Lonicera iliensis  Lonicera altaica A b u n d a n c e 1 8 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 T im e - - > A b u n d a n c e 2 8 0 0 0 0 2 6 0 0 0 0 2 4 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 6 0 0 0 0 4 0 0 0 0 2 0 0 0 0 T im e - - > A b u n d a n c e 9 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 T im e - - > A b u n d a n c e 1 7 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 8 0 0 0 0 7 0 0 0 0 6 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 T i m e - - > T I C : G S 2 6 7 A . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 А T I C : G S 2 6 7 B . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 В T I C : G S 2 6 7 D . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 С A b u n d a n c e 1 7 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 0 1 3 0 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 T im e - - > A b u n d a n c e 4 0 0 0 0 0 3 8 0 0 0 0 3 6 0 0 0 0 3 4 0 0 0 0 3 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 2 8 0 0 0 0 2 6 0 0 0 0 2 4 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 6 0 0 0 0 4 0 0 0 0 2 0 0 0 0 T i m e - - > A b u n d a n c e 3 4 0 0 0 0 3 2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 2 8 0 0 0 0 2 6 0 0 0 0 2 4 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 1 4 0 0 0 0 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 6 0 0 0 0 4 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 T im e - - > A b u n d a n c e T I C : G S 2 6 8 A . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 E T I C : G S 2 6 8 B . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 F T I C : G S 2 7 3 A . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 G T I C : G S 2 6 7 C . D \ d a t a . m s T I C : G S 2 7 3 C . D \ d a t a . m s 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 D 5 5 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 4 5 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 3 5 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 2 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 1 5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0 T im e - - > 1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0 5 0 . 0 0 5 5 . 0 0 6 0 . 0 0 6 5 . 0 0 7 0 . 0 0 7 5 . 0 0 H Fig. 2 ­ Chemical compounds of essential oils for two Lonicera species:  А, E – flower; В, F – leaf blooming stage; С, G – leaf fruiting stage; D, H – fruit. ААА А C В D Fig. 1 – Flower and fruit of Lonicera iliensis (A, B) and Lonicera altaica  (C, D)   Table – Compounds of essential oils of  L. iliensis and L. altaica L. iliensis Leaf  Leaf  bloomi fruiting  stage L. аltaica Leaf  bloomi Leaf  fruiting  stage №  Compound* Flower 1 3,4­Dimethyl­5­pentylidene­2(5H)­ furanone β α α ­Damascenone ­Ionone Linalool (E,E)­2,4­Decadienal (E)­2­Decenal 2 Amyl furan (=2­Pentyl furan) 3 1,3,5­Tri­tert­butyl benzene# (E)­ 4 (E)­ 5 6 (E)­beta­Ionone 7 (E)­Geranyl acetone 8 Geranyl linalool 9 10 11 12 Hexanal 13 (Z)­3­hexenal 14 Pentadecanal 15  ­Cyclocitral 16  Tetradecanal 17  Hexadecanal 18 Octadecanal 19 Octanol 20 21 22 23 24 Phytol 25 Dimethyl tetradecane 26 Nonacosane 27 Tricosane 28 Pentacosane 29 Heptacosane 30 Dodecanoic acid (=Lauric acid) 31 Tetradecanoic acid (=Myristic acid) 32 Hexadecanoic acid (=Palmitic acid) 1­Octadecanol 1­Hexadecanol 6,10,14­Trimethylpentadecan­2­ol 1­Eicosanol 33 (Z)­9­Hexadecenoic acid (=  Palmitoleic acid) 34 Hexahydrofarnesylacetone 35 (E)­Nerolidol (E,E)­­Farnesene 36 37 Naphthalene 38 39 40 1­Methyl naphthalene 2­Methyl naphthalene (Z)­Octadec­9­en­18­olide ­2,5­epoxy­6,8­ megastigmadiene 41 ­ ­ 1.1 ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.1 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.5 ­ ­ 1.1 ­ 2.0 11.0 33.5 ­ ­ ­ 2.1 2.6 6.0 ­ 21.0 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ng  stage 1.7 ­ 2.6 1.2 3.3 ­ ­ ­ 2.2 ­ ­ 1.5 11.3 3.1 ­ ­ ­ ­ 1.8 3.3 ­ ­ ­ 13.5 ­ 21.3 ­ ­ ­ 1.0 1.8 2.5 ­ 2.5 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ Fruit Flower ­ ­ 2.5 ­ ­ ­ ­ ­ 1.4 ­ 1.3 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.7 ­ ­ ­ ­ 17.1 ­ ­ ­ 3.7 5.0 16.0 18,5 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.1 1.0 ­ ­ ­ ­   2.2 1.3 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.4 ­ ­ ­ ­ 4.8 4,9 25.8 3.8 1.3 ­ ­ ­ 5.2 ­ 15.0 ­ 2.1 ­ ­ ­ 1.4 ­ ng  stage 1.7 1.3 2.4 ­ ­ 3.4 1.5 2.9 4.4 1.2 ­ 2.5 11.6 2.2 ­ ­ ­ ­ ­ 2.7 1.0 ­ ­ 6.6 ­ 12.7 2.1 ­ ­ ­ ­ 6.2 ­ 1.4 1.6 ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.6 ­ 1.7 2.3 2.0 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.9 11.3 ­ ­ ­ ­ ­ 1.3 1.3 ­ ­ 5.2 ­ 28.4 ­ ­ ­ 4.0 5.6 6.8 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ Classes of  chemical  compounds of  essential oils  Furan ketone Furan Benzene derivate Rose ketone Oxygenated  monoterpenes Aldehydes Alcohols Phenylpropanoids Alkanes FA, FAE Oxygenated  sesquiterpenes Sesquiterpene  hydrocarbons Polycyclic  aromatic  hydrocarbon  Macrolide Nor­carotenoid Fruit ­ ­ 1.8 ­ ­ ­ ­   ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 1.0 1.0 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 2.2 2.5 3.9 1.8 4.9 52.5 ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ ­ 2.4 ­ ­ ­ ­ 4.1 1.6   2.7 ­ ­ ­ 11.3 14.6 1.2 1.4 ­ ­ 3.2 ­ ­ ­ 1.6 1.2 ­ ­ ­ ­ ­ 2.8 3.0 10.2 ­ ­ ­ ­ 4.3 3.6 2.3 ­ 1.1 TOTAL 83.0 74.6 73.4 67.2 71.3 69.4 72.6 71.6 *  ≥ 1%  # Tentative identification Reference 1. M.  Smolika,  I.  Ochmianb, J. Grajkowski, Genetic  variability  of  Polish and Russian accessions  of  сultivated blue honeysuckle (Lonicera caerulea), Rus. J. Genetics, 46(8), 960–966, 2010. 2. Flora of Kazakhstan, Alma­Ata: Nauka, 1965. 3. Arus L., Kask K., Edible Honeysuckle (Lonicera caerulea var. edulis) underutilized berry 33 crop in  Estonia, NJF Rep. 3 (1), 33–36, 2007. 4. Skvortsov, A.K. and Kuklina, A.G., Blue Honeysuckles: botanic study and prospects of cultivation  in the temperate European Russia, Moscow: Nauka, 2002. 5.  G.  Özek,  F.  Demirci,  T.  Özek,  N.  Tabanca,  D.E.  Wedge,  Sh.I.  Khan,  K.H.C..Baser,  A.  Duran,  E.Hamzaoglu,  Gas  chromatographic–mass  spectrometric  analysis  of  volatiles  obtained  by  four  different  techniques  from  Salvia  rosifolia  Sm.,  and  evaluation  for  biological  activity,  J.  Chrom.  A,  1217, 741–748, 2010. Fig. 3 ­ Classes of chemical compounds of essential oils for two Lonicera species:  А – flower, В – leaf blooming stage, С – fruit, D – leaf fruiting stage. Results and Discussion Depending on the plant species and used organ the extracted oils differed in color (from almost  colorless to yellow­green), and flavor (from weak herbal to rich perfume). Detected constituents  were  classified  as  monoterpenes,  sesquiterpenes,  alkanes,  phenylpropanoids,  fatty  acids,  aldehydes and  alcohols. Quantitative and qualitative diversity depending on species, organ and  phase  of  development  of  the  plants  have  been  detected  (Table,  Fig.  2).  A  high  abundance  of  alkanes (17.1­44.5%) was detected in the volatiles of all the L. iliensis organs investigated. In the  flowers,  leaves  at  blooming  stage  and  fruits  of  L.  altaica  alkanes  were  found  as  dominating  group. However, alkanes have not been detected in the leaf oil of L. altaica collected at fruiting  stage. Polycyclic aromatic hydrocarbons were the distinguishing characteristic in the volatiles of  L. altaica leaves at fruiting stage while oxygenated monoterpenes were in high percentages in the  leaves at blooming stage. The flowers of L. iliensis and L. altaica have been found to be rich with  oxygenated sesquiterpenes (21.0 % and 15.0%, respectively) with hexahydrofarnesyl acetone as  the major representatives.  The present work is the first contribution into chemistry of volatiles of Lonicera species growing  in Kazakhstan.   Acknowledgement: This research was carried out in scope of the project “Development of production biotechnology for biologically active preparations  of Kazakhstan species of honeysuckle”. This investigation was carried out in the framework of scientific and technical program 0.0585 ”Biotechnology  for creation of medicinal preparations, biological active supplements and specialized diet products and other materials on base of cultivated, introduced  and  wild  plant  species  of  Kazakhstan’s  flora”.  This  study  was  supported  by  the  Government  Grant  of  the  Ministry  of  Education  and  Science  of  the  Republic of Kazakhstan. Fig. 3 ­ Classes of chemical compounds of essential oils for two Lonicera species: А – flower, В – leaf blooming stage, С – fruit, D – leaf fruiting stage.Table – Compounds of essential oils of  L. iliensis and L. altaicaFig. 1 – Flower and fruit of Lonicera iliensis (A, B) and Lonicera altaica  (C, D)  Fig. 2 ­ Chemical compounds of essential oils for two Lonicera species: А, E – flower; В, F – leaf blooming stage; С, G – leaf fruiting stage; D, H – fruit.