Отправить статью по E-mail Анализ особенностей накопления макро- и микроэлеметов в траве пустырника пятилопастного флоры Воронежской области
- Авторы: Дьякова Н.А.1
-
Учреждения:
- Воронежский государственный университет
- Выпуск: № 4 (2022)
- Страницы: 24-32
- Раздел: Биологические науки
- URL: https://vestnik.nvsu.ru/2311-1402/article/view/106206
- DOI: https://doi.org/10.36906/2311-4444/22-4/03
- ID: 106206
Цитировать
Полный текст
Полный текст
Введение. Урбанизация – одна из основных социально-экологических проблем нашего времени. В процессе роста и становления городов природные экосистемы территорий, занимаемых ими и близлежащих к ним, постепенно изменяются, и формируется новая антропогенная среда со специфическими чертами техногенного влияния, характеризующегося изменением состава атмосферного воздуха, почв и водных объектов. Рост уровня загрязнения приводит к дестабилизации природной среды и существованию организмов в предельных режимах биологических возможностей. Антропогенное влияние способствует деградации растительных сообществ, сокращению ареала растений, уменьшению их обилия в различных ассоциациях и формациях, изменению фитохимического и минерального состава растительных организмов [1-3].
Воронежская область традиционно является важнейшим районом растениеводства и земледелия. Однако, освоение минеральных ресурсов, активная химизация в сельском хозяйстве, последствия Чернобыльской аварии актуализировали вопрос снабжения пищевой промышленностей безопасным и эффективным растительным сырьем. Некачественное растительное сырье и получаемые из него продукты являются важными источниками поступления различных элементов, в частности, токсичных, в организм человека [4-7]. Содержащиеся в растениях микроэлементы, образуют с биологически активными веществами комплексы органической природы, которые значительно эффективнее усваиваются в организме человека, чем препараты на основе неорганических соединений [8-10]. Поэтому при изучении элементного состава лекарственного растительного сырья (ЛРС) особый интерес представляют те виды, которые используются в виде комплексных фитопрепаратов, в которых фармакологический эффект высокомолекулярных веществ потенцируется действием элементов [11-13].
Ежегодно возрастающий интерес к препаратам на основе растительного сырья объясняется высокой терапевтической эффективностью таких лекарственных средств, а также, что наиболее важно, безвредностью и отсутствием побочных эффектов. Значительная доля заготовок лекарственных растений осуществляется в Центральной полосе России, отличающейся высокой плотностью населения, активной хозяйственной деятельностью, развитой сетью транспортных магистралей, большим количеством промышленных производств, интенсивными технологиями ведения сельского хозяйства. В данных условиях нарастает угроза заготовки растительного сырья в экологически неблагоприятных районах, а потому – становится актуальным выявление влияния антропогенного загрязнения на химический состав растений. Известно, что лекарственные растения содержат не только эссенциальные элементы, но и различные соединения антропогенного происхождения, среди которых наиболее распространенными являются тяжелые металлы [14-16].
Анализ данных литературы показал, что лекарственные растения Центрального Черноземья практически не исследованы на содержание элементов. Имеющиеся сведения о содержании элементов в ЛРС региона показали, что эти исследования проводятся в основном по нескольким элементам, что не позволяет определить полный химический состав ЛРС и описать специфику накопления в них различных элементов [6; 10; 17].
Одним из видов, сырье которого заготавливается от дикорастущих особей, является пустырник пятилопастной (Leonurus quinquelobatus Gilib.) – многолетнее, повсеместно встречающееся, травянистое растение, широко используемое в медицине и фармации в качестве седативного, гипотензивного, спазмолитического, кровоостанавливающего, мочегонного средства. Широкое фармацевтическое и медицинское применение данного ЛРС обусловлено не только высоким содержанием органических биологически активных веществ, основу которых составляют флавоноиды, иридоиды, алкалоиды, эфирное масло, дубильные вещества, горечи, витамин С, каротин, но богатым макро- и микроэлементным комплексом [6; 9; 18; 19].
Целью данного исследования стало изучение особенностей накопления макро- и микроэлементов в траве пустырника пятилопастного естественного фитоценоза Воронежской области.
Материалы и методы исследования. Заготовку травы пустырника пятилопастного осуществляли по фармакопейным правилам [20] в экологически чистом месте в естественной заросли, вдали от крупных городов, транспортных магистралей и промышленных предприятий, в период цветения растения (в июле 2020 г) в Воронежском государственном природном биосферном заповеднике имени В.М. Пескова в Рамонском районе г. Воронежа.
Траву пустырника пятилопастного срезали ножницами, сушили теневым способом. Также отбирали пробы верхних слов почв с места произрастания объекта исследования.
Из заготовленных образцов отбирались образцы для анализа, которые подвергались кислотному разложению смесью кислот с использованием систем микроволновой пробоподготовки. Навеску образца помещали во фторопластовый вкладыш и добавляли 5 мл смеси азотной и плавиковой кислоты. Автоклав с пробой во вкладыше помещали в микроволновую печь и разлагали пробу, используя программу разложения, рекомендованную производителем печи. Растворенную пробу количественно переносили в пробирку объемом 15 мл, троекратно встряхивая вкладыш с крышкой с 1 мл деионизованной воды и перенося каждый смыв в пробирку, доводили объем до 10 мл той же водой, закрывали и перемешивали. Автоматическим дозатором со сменным наконечником отбирали аликвотную часть 1 мл и доводили до 10 мл 0,5%-ной азотной кислотой, закрывали защитной лабораторной пленкой. Для контроля правильности определения использовался метод добавок. Рабочие стандартные растворы для этого готовили путем смешивания нескольких опорных многоэлементных стандартных растворов для масс-спектрометрии (“Perkin-Elmer”), содержащие разные группы элементов.
Микроэлементный состав проб изучали масс-спектроскопически на приборе “ELAN-DRC” с индуктивно связанной плазмой в соответствии с МУК 4.1.1483-03 «Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой».
Для оценки особенностей накопления элементов из почв в траве полыни горькой рассчитывали коэффициенты накопления по формуле:
где КН – коэффициент накопления тяжелого металла; СЛРС – концентрация тяжелого металла в лекарственном растительном сырье; Спочва – концентрация тяжелого металла в верхних слоях почвы [2; 4].
Содержание микро- и мактоэлементов в ЛРС и в образцах почвы проводилось по 60 элементам. Каждое определение проводили трижды, полученные результаты статистически обрабатывали при доверительной вероятности 0,95.
Результаты исследования и их обсуждение. Результаты, полученные при изучении элементного состава исследуемых образцов приведены в таблице.
Таблица. Содержание микро- и мактоэлементов в ЛРС и в образцах почвы
Элемент | Содержание в ЛРС, мкг/г | Доля в общем элементном комплексе, % | Содержание в почве, мкг/г | Коэффициент накопления |
Макроэлементы | ||||
Калий | 30612,1 | 52,72 | 10500 | 2,92 |
Кальций | 16905,4 | 29,11 | 19660 | 0,86 |
Натрий | 56,4 | 0,10 | 3300 | 0,02 |
Магний | 4018,9 | 6,92 | 4400 | 0,91 |
Фосфор | 4329,6 | 7,46 | 730 | 5,93 |
Всего | 55922,4 | 96,31 | 38590 | - |
Эссенциальные микроэлементы | ||||
Ванадий | 0,76 | 0,00131 | 78 | 0,01 |
Железо | 192,1 | 0,33083 | 19100 | 0,01 |
Кобальт | 0,56 | 0,00096 | 3,3 | 0,17 |
Кремний | 1498,6 | 2,58087 | 347000 | <0,01 |
Литий | 0,284 | 0,00049 | 8,5 | 0,03 |
Никель | 1,39 | 0,00239 | 2,3 | 0,60 |
Марганец | 60,3 | 0,10385 | 370 | 0,16 |
Медь | 6,47 | 0,01114 | 3,1 | 2,09 |
Молибден | 0,67 | 0,00115 | 0,87 | 0,77 |
Селен | 0,03 | 0,00005 | 8,5 | <0,01 |
Хром | 0,34 | 0,00059 | 4,2 | 0,08 |
Цинк | 27 | 0,04650 | 12 | 2,25 |
Всего | 1788,5 | 3,08 | 366590,77 | - |
Нормируемые токсичные микроэлементы | ||||
Кадмий | 0,034 | 0,00006 | 0,023 | 1,48 |
Мышьяк | 0,19 | 0,00033 | 0,9 | 0,21 |
Ртуть | 0,0041 | 0,000007 | 0,05 | 0,08 |
Свинец | 0,23 | 0,000396 | 4,0 | 0,06 |
Всего | 0,46 | 0,00079 | 4,97 |
|
Другие токсичные и малоизученные элементы | ||||
Алюминий | 191,4 | 0,329626 | 31100 | 0,01 |
Барий | 70,3 | 0,121070 | 290 | 0,24 |
Бериллий | 0,015 | 0,000026 | 2,0 | 0,01 |
Вольфрам | 0,0096 | 0,000017 | 0,78 | 0,01 |
Висмут | 0,001 | 0,000002 | 0,11 | 0,01 |
Гадолиний | 0,019 | 0,000033 | 3,0 | 0,01 |
Галлий | 0,069 | 0,000119 | 8,8 | 0,01 |
Гафний | 0,015 | 0,000026 | 1,6 | 0,01 |
Германий | 0,0087 | 0,000015 | 1,1 | 0,01 |
Гольмий | 0,007 | 0,000012 | 0,36 | 0,02 |
Диспрозий | 0,011 | 0,000019 | 2,0 | 0,01 |
Европий | 0,001 | 0,000002 | 0,65 | <0,01 |
Золото | 0,0032 | 0,000006 | 0,06 | 0,05 |
Иттербий | 0,005 | 0,000009 | 1,1 | <0,01 |
Иттрий | 0,069 | 0,000119 | 9,9 | 0,01 |
Лантан | 0,086 | 0,000148 | 18 | <0,01 |
Лютеций | 0,003 | 0,000005 | 0,16 | 0,02 |
Неодим | 0,11 | 0,000189 | 15,0 | 0,01 |
Ниобий | 0,029 | 0,000050 | 6,7 | <0,01 |
Олово | 0,42 | 0,000723 | 1,2 | 0,35 |
Празеодим | 0,021 | 0,000036 | 4,1 | 0,01 |
Рубидий | 5,68 | 0,009782 | 63 | 0,09 |
Самарий | 0,047 | 0,000081 | 3,2 | 0,01 |
Серебро | 0,028 | 0,000048 | 0,19 | 0,15 |
Скандий | 0,92 | 0,001584 | 50,0 | 0,02 |
Стронций | 65,2 | 0,112287 | 73,0 | 0,89 |
Сурьма | 0,031 | 0,000053 | 0,41 | 0,08 |
Таллий | 0,0069 | 0,000012 | 0,23 | 0,03 |
Тантал | 0,0017 | 0,000003 | 0,5 | <0,01 |
Теллур | 0,053 | 0,000091 | 0,1 | 0,53 |
Тербий | 0,005 | 0,000009 | 0,44 | 0,01 |
Титан | 19,2 | 0,033066 | 2400,0 | 0,01 |
Торий | 0,016 | 0,000028 | 5,4 | <0,01 |
Тулий | 0,003 | 0,000005 | 0,16 | 0,02 |
Уран | 0,0069 | 0,000012 | 1,2 | 0,01 |
Цезий | 0,019 | 0,000033 | 2,3 | 0,01 |
Церий | 0,18 | 0,000310 | 38 | <0,01 |
Цирконий | 0,36 | 0,000620 | 78 | <0,01 |
Эрбий | 0,0069 | 0,000012 | 1,2 | 0,01 |
Всего | 354,37 | 0,61 | 34183,95 | - |
Согласно данным, представленным в таблице, отмечается, что содержание микроэлементного комплекса составляет 4,4% в пересчете на абсолютно сухое сырье.
Масс-спектроскопически определено 59 элементов, условно разделенных на макроэлементы, содержащиеся в значительных количествах (более 0,1% массы тела); микроэлементы, содержание которых варьирует в пределах от 0,001% до 0,00001%. Среди микроэлементов особую группу составляют эссенциальные микроэлементы, для которых установлена роль в обеспечении жизнедеятельности. Токсичные и малоизученные микроэлементы включают элементы, для которых биологическая роль недостаточно изучена, многие из них обладают значительной токсичностью [12; 13].
Макроэлементы составляют 96,31% всего элементного состава травы пустырника пятилопастного (рис. 1). Основу макроэлементов составляет калий (более 30 мг/г), а также кальций (более 16 мг/г) (рис. 2). В целом, по содержанию макроэлементов можно выстроить следующий ряд убывания: калий > кальций > фосфор > магний > натрий.
Рис. 1. Содержание основных групп биологически значимых элементов в траве пустырника пятилопастного, мкг/г
Рис. 2. Содержание макроэлементов в траве пустырника пятилопастного, мкг/г
Рассчитанные коэффициенты накопления элементов из почв показали высокую способность травы пустырника пятилопастного к аккумуляции фосфора, а также калия, содержание которых в ЛРС значительно превышает их концентрацию в почвах. С заметной эффективностью, однако, менее 100% от содержания в грунте, накапливаются в изучаемом сырье магний и кальций. При этом натрий практически не накапливается в данном виде ЛРС (около 2% от содержания в почве переходит в траву пустырника пятилопастного).
Эссенциальные микроэлементы составляют 3,08% общего минерального комплекса травы пустырника пятилопастного. Среди них наибольшее содержание отмечено для кремния (более 1,4 мг/г), железа (более 0,1 мг/г). Ряд убывания содержания эссенциальных микроэлементов в сырье выглядит следующим образом: кремний > железо > марганец > цинк > медь > никель > ванадий > молибден > кобальт > хром > литий > селен. При этом показана высокая способность к аккумуляции из почв в траве пустырника пятилопастного меди и цинка (коэффициенты накопления больше 2,0). Эффективно переходит в состав ЛРС также никель и молибден. Кремний, отличающийся высокой концентрацией в составе ЛРС, накапливается в количестве менее 1% от содержания в почве произрастания вида. Остальные эссенциальные элементы имели также низкие коэффициенты накопления (не более 0,17).
Содержание нормируемых тяжелых металлов и мышьяка в траве пустырника пятилопастного соответствует требованиям нормативной документации [20]. На долю свинца, ртути, кадмия и мышьяка приходится 0,0008% общего минерального комплекса сырья (рис. 3).
Из данной группы элементов в ЛРС в наибольшей степени аккумулируется кадмий, а также – мышьяк, коэффициенты накопления составили 1,48 и 0,21 соответственно. Остальные элементы накапливаются из почв неактивно – рассчитанные показатели не превышают 0,08.
Рис. 3. Содержание нормируемых микроэлементов в траве пустырника пятилопастного, мкг/г
Доля токсичных и малоизученных элементов в общем минеральном комплексе травы пустырника пятилопастного составляет 0,61%. Наибольшее содержание отмечено для алюминия (191,4 мкг/г), стронция (65,2 мкг/г), бария (70,3 мкг/г), титана (19,2 мкг/г), рубидия (5,68 мкг/г). Выявлена способность к аккумуляции из почв в траве пустырника пятилопастного стронция, теллура, олова, бария, а также серебра (коэффициенты накопления составили 0,89, 0,53, 0,35, 0,24, 0,15 соответственно). Остальные элементы аккумулировались в изучаемом ЛРС не столь активно, коэффициенты накопления – менее 0,1.
Выводы. Результаты исследования показали весьма разнообразный макро- и микроэлементный состав травы пустырника пятилопастного, заготовленной в естественном фитоценозе Воронежской области. Выявлено, что содержание нормируемых токсичных тяжелых металлов и мышьяка не превышает предельно допустимых концентраций, установленных для оценки качества ЛРС.
Отмечено относительно высокое содержание, наряду с макроэлементами, кремния, железа, алюминия. Показана высокая способность травы пустырника пятилопастного к накоплению из почвы фосфора, калия, меди, цинка, кадмия, а также значительная возможность к аккумуляции кальция, магния, молибдена, никеля, стронция и теллура.
Полученные данные представляют интерес и могут служить основой для проведения дальнейших исследований с целью использования их результатов в медицинской и фармацевтической практике для создания лекарственных препаратов и биологически активных добавок для коррекции физиологических норм содержания элементов в организме человека.
Дополнительные файлы
