Индивидуальная изменчивость элементного состава надземной части Pulmonaria mollis Hornem Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 581.84.577:543.53

ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ PULMONARIA MOLLIS HORNEM.

© Д.С. Круглов

Новосибирский государственный медицинский университет, Красный проспект, 52, Новосибирск, 630091 (Россия) E-mail: [email protected]

Методом масс-спектроскопии определена концентрация 32 элементов в надземной части P.mollis Homem, в пределах промысловой заросли, в различные годы сбора и для растений, собранных в различных местах произрастания. Установлена зависимость содержания биогенных (B, K, P, V, Ca, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Na, Si, Zn) и абиогенных (Ag, Al, Ba, Br, Cr, I, Ni, Se, Sr, Ti, As, Bi, Cd, Hg, Pb, Sb, Th, U) элементов от исследуемых факторов и рассчитан коэффициент вариации их содержания. Показано, что вариация содержания элементов «кроветворного комплекса» (Co, Cu, Fe, Mn) и соотношения концентраций марганца и железа не отличается от изменчивости остальных биогенных элементов.

Ключевые слова: биогенный элемент, Pulmonaria mollis, кроветворный комплекс, токсикант.

Введение

Медуница мягкая - Pulmonaria mollis Hornem. (syn. P.mollissima A.Kerner - м.мягчайшая) сем. Boraginaceae - многолетнее травянистое растение, имеющее дизъюнктивный евро-азиатский ареал, охватывающий Западную и часть Восточной Сибири. Нашими исследованиями была установлена противоанемиче-ская активность суммарных извлечений из надземной части P. mollis [5], сравнимая с антианемическим эффектом современных синтетических пероральных препаратов на основе Fe(III)-гидрооксид-полимальтозного комплекса, широко применяемых для лечения железодефицитной анемии (ЖДА).

Общеизвестно, что фармакотерапия ЖДА базируется на введении в организм железа из состава железосодержащих лекарственных средств. Вместе с тем, на процессы метаболизма железа и кроветворения в целом влияют и другие микроэлементы, такие как Mn, Cu и Co, которые вместе с Fe относят к микроэлементам «кроветворного комплекса» [6].

В этой связи наличие указанных микроэлементов в лекарственном растительном сырье (ЛРС) существенно в фитотерапии ЖДА. В то же время в процессе онтогенеза микроэлементный состав любого растения претерпевает изменения, что является следствием протекания физиологических процессов в растительном организме. С позиций фитотерапии (ЖДА) вариации количественного содержания микроэлементного комплекса весьма существенны в силу очевидной дозозависимости терапевтического эффекта.

Цель настоящей работы - исследование изменчивости элементного состава надземной части P. mollis в зависимости от места произрастания растения и года сбора сырья.

Материалы и методы

Объектами исследования служили надземные части P. mollis, собранные в фазе цветения в различных местах ареала (табл. 1). Исследование изменчивости элементного состава растения в пределах промысловой заросли и в разные годы сбора проводились на образцах собранных в фазе цветения в «базовом» месте произрастания (поз. №4 в табл. 1) в 2003-2008 гг. Для определения вариации элементного состава растения в пределах промысловой заросли в базовом месте сбора были подготовлены 15 экземпляров растения, произрастающих в различных местах массива.

После сбора сырье доводилось в естественных условиях до воздушно-сухого состояния (влажность ~8%) и измельчалось до частиц, проходящих сквозь сито с размером ячейки 1 мм. Из измельченного сырья отби-

рались образцы для анализа, которые подвергались кислотному разложению смесью кислот с использованием систем микроволновой пробоподготовки [7]. Содержание микроэлементов определялось методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе «ЕЬА^БКС». Для контроля правильности определения использовался метод добавок [7].

Результаты и обсуждение

Анализируемые элементы были разделены с учетом их роли в физиологии растительного организма [8] на три группы:

- группа 1 - биогенные элементы: В, К, Р, V, Са, Со, Си, Бе, Mg, Мп, Мо, №, 81, 2п;

- группа 2 - элементы с преобладающим токсическим действием на растительный организм: Ag, А1, Ва, Вг, Сг, I, N1, Бе, Бг, Т1;

- группа 3 - элементы-токсиканты: А8, В1, Cd, Hg, РЬ, БЬ, ТИ, и.

Следует обратить внимание на то, что элементы Вг, I, Бе, Бг, Ва, Т1, Сг и Бг обладают, в отличие от растительного организма, биогенностью в животном организме [1].

В таблице 2 приведены результаты определения среднего содержания каждого элемента (X) по промысловой заросли, среднеквадратичного отклонения от среднего значения (с), доверительного интервала (т), рассчитанного с доверительной вероятностью Р =0,95 по 1-критерию Стъюдента [2] и коэффициент вариации содержания элемента в растении (Су). Коэффициент вариации рассчитывался по формуле С, =^'100

X

[2]. Наименьшее значение коэффициента вариации было установлено для содержания элементов 1-й группы - 24,0%, что значимо (с доверительной вероятностью Р =0,95) ниже чем вариация содержания элементов 2-й и 3-й групп - 59,6 и 79% соответственно. Вариации содержания элементов во 2-й и 3-й группах между собой значимо не различались.

Таблица 1. Характеристика мест произрастания объектов исследования

№№ Описание места сбора Координаты места сбора

пп широта долгота

1 Республика Адыгея, Майкопский район, 4 км на юго-восток от Майкопа. Дубовобуковый лес 44° 35' 40° 10'

2 Краснодарский край, Мостовской район, 2 км на запад от п. Псебай. Дубовобуковый лес 44° 08' 40° 48'

3 Новосибирская область, Венгеровский район, в 2,5 км на восток от п. Венгерово. Смешанный лес 55° 41' 76° 47'

4 Новосибирская область, Колыванский район, в 8 км на северо-запад от п. Катковский. Сосновый бор 12' ° 5 5 82° 42'

5 Новосибирская область, Искитимский район, в 6,5 км на северо-восток от п. Ургун. Заливной луг 54° 34' 83° 22'

6 Алтайский край, Тальменский район, 3,5 км на юго-восток от п. Наумово. Березовый околок 53° 44' 83° 29'

7 Новосибирская область, Тогучинский район, в 2 км на северо-восток от п. Лекарственное. Березовый околок 55° 00' 83° 42'

8 Томская область, Томский район, 1,5 км на северо-восток от п. Моряковский затон. Сосновый бор 56° 42' 84° 39'

9 Томская область, Томский район, 1 км на юго-запад от п. Коларово. Смешанный лес 56° 20' 84° 55'

10 Республика Алтай, Майминский район, 5,5 км на юго-восток от п. Манжерок. Смешанный лес 51° 49' 85° 50'

11 Кемеровская область, Гурьевский район, 6 км на северо-восток от п. Березовка. Смешанный лес 54° 13' 85° 55'

12 Республика Алтай, Шебалинский район, 3,5 км на юго-восток от п. Чемал. Смешанный лес 51° 24' 86° 04'

13 Алтайский край, Тогульский район, 6,5 км на север от п. Искиха. Смешанный лес 53° 34' 86° 08'

14 Кемеровская область, Осинникинский район, 3,5 км на юго-восток от п. Гавриловка. Смешанный лес 53° 22' 87° 08'

15 Красноярский край, Иланский район, 2 км на северо-восток от п. Иланский. Сосновый бор 56° 14' 96° 06'

Аналогичная закономерность была выявлена и при анализе результатов определения содержания элементов в сырье различных лет сбора (табл. 3). В этом случае средний коэффициент вариации оказался равным 34,6, 78,4 и 68,9%, а для растений различных мест произрастания (табл. 4) 40,9, 71,2 и 105,7% для элементов 1-й, 2-й и 3-й групп соответственно.

Выявленные закономерности позволили предположить, что зависимость содержания элементов в растении от исследуемых факторов различна для элементов разных групп. В этом случае закон распределения содержания измеряемого признака (в данном случае содержания элемента) должен быть различен для каждой совокупности (в данном случае выбранные группы элементов). Для подтверждения выдвинутой гипотезы был использован ранговый двухвыборочный критерий Вилкоксона [2].

Последовательное попарное сравнение выборок позволило сделать вывод о том, что с доверительной вероятностью Р=0,99 элементы, входящие во 2 и 3-ю группы, подчиняются одному закону распределения, а элементы 1-й группы имеют значимо отличный от них закон распределения.

Отдельно проведенное сравнение микроэлементов «кроветворного комплекса» не выявило значимого отличия в законе распределения относительно остальных элементов, входящих в группу 1, и в дальнейшем они не выделялись из указанной группы. Полученные результаты позволили сформировать объединенную группу (в нее вошли все элементы из 2 и 3-й групп) и для двух выборок провести расчет средних значений коэффициента вариации и его доверительного варианта и провести сравнение полученных данных по 1-критерию Стъюдента [2].

Таблица 2. Статистическая обработка результатов определения содержания микроэлементов в надземной части P.moШs в пределах промысловой заросли

Параметр Элемент X, мкг/г с, мкг/г т, мкг/г > С

Элементы группы 1

В 23,0 6,0 3,8 26,1

К 45900,0 13200,0 8393,1 28,8

Р 4179,0 583,0 370,7 14,0

V 1,05 0,25 0,16 23,8

Са 5900,0 766,0 487,1 13,0

Со 0,59 0,33 0,21 55,9

Си 12,7 2,2 1,4 17,3

Бе 228,0 57,0 36,2 25,0

Mg 1596,0 108,0 68,7 6,8

Мп 63,0 14,0 8,9 22,2

Мо 0,23 0,055 0,035 23,9

№ 103,0 33,0 21,0 32,0

Б1 3558,0 977,0 621,2 27,5

7п 27,9 5,5 3,5 19,7

Элементы группы 2

Ag 0,011 0,006 0,0038 54,5

А1 307,0 163,0 103,6 53,1

Ва 70,5 31,4 20,0 44,5

Вг 13,3 11,3 7,2 85,0

Сг 4,0 2,7 1,7 67,5

I 0,36 0,34 0,22 94,4

N1 1,0 0,4 0,3 40,0

Бе 1,5 1,25 0,79 83,3

Бг 37,8 6,8 4,3 18,0

Т1 14,0 7,8 5,0 55,7

Элементы группы 3

А8 1,81 1,52 0,97 84,0

В1 0,012 0,003 0,0019 25,0

Cd 0,12 0,05 0,032 41,7

0,003 0,002 0,0013 66,7

РЬ 0,62 0,11 0,07 17,7

БЬ 0,39 0,71 0,45 182,1

ТИ 0,048 0,031 0,02 64,6

И 0,01 0,015 0,01 150,0

Таблица 3. Содержание микроэлементов (мкг/г) в надземной части P.moШs в зависимости от года сбора сырья (в пересчете на абсолютно сухое сырье)

сбора Элемент'"^^^ 2003 2004 2005 2006 2007 2008 > С

Элементы группы 1

В 21,4 19,1 20,3 20,0 33,0 52,9 47,8

К 41643,0 44538,0 61350,0 38900,0 50872,0 41925,0 17,9

Р 6823,0 6301,0 5979,2 3892,0 3920,0 6427,0 23,5

V 3,5 4,1 2,5 0,79 0,79 0,57 75,5

Са 8810,0 11842,0 8663,8 6247,0 10631,0 4403,0 13,0

Со 0,19 0,155 0,4 0,34 0,24 0,24 34,6

Си 16,9 10,3 11,5 12,3 10,0 14,9 21,4

Ее 308,0 180,0 355,9 258,8 444,0 158,0 38,0

Mg 2009,0 2081,0 2400,0 1549,0 2008,0 1403,0 19,3

Мп 58,0 107,0 92,,0 76,6 118,0 50,1 32,3

Мо 0,58 0,47 0,33 0,24 0,34 0,21 38,9

Ыа 224,0 158,0 421,6 103,0 233,0 47,6 65,7

3325,0 4950,0 4950,3 3331,0 5922,0 3835,0 44,2

7п 35,9 33,6 27,9 26,2 27,0 31,2 12,9

Элементы группы 2

0,101 0,055 0,0092 0,0114 0,017 0,034 92,1

А1 561,0 381,0 256,0 475,0 684,0 116,0 56,7

Ва 76,0 206,0 70,4 81,8 0,35 28,6 48,9

Вг 147,5 95,0 37,7 24,2 5,9 2,71 96,2

Сг 2,5 2,0 8,1 6,84 2,5 0,8 82,8

I 2,04 6,19 5,65 2,39 8,3 0,73 121,4

N1 0,57 1,46 0,4 0,45 1,9 2,35 71,4

Бе 2,72 2,79 0,8 0,18 0,037 0,05 118,2

Бг 42,5 50,6 26,2 33,05 58,0 17,9 39,7

Т1 33,6 20,0 24,6 7,6 43,0 11,7 56,8

Элементы группы 3

А8 2,66 2,92 0,012 0,2309 0,005 1,58 108,9

В1 0,03 0,0192 0,011 0,0087 0,011 0,0051 64,3

са 0,13 0,13 0,4 0,089 0,1 0,11 75,0

0,023 0,009 0,019 0,0023 0,01 0,0059 66,7

РЬ 1,03 0,38 0,0059 0,679 1,21 0,65 65,2

БЬ 0,3 0,085 0,151 0,16 0,21 0,18 40,0

ТИ 0,081 0,03 0,13 0,052 0,11 0,018 62,3

и 0,034 0,0109 0,011 0,0078 0,024 0,0083 ,8 ОО 6

Анализ результатов, приведенных в таблице 5, подтверждает вывод о значимом различии между вариациями содержания биогенных (для растения) элементов и прочих исследуемых элементов. Средний коэффициент вариации содержания биогенных элементов имеет тенденцию к возрастанию с 24,0% для растений в пределах промысловой заросли до 40,9% для растений различных мест произрастания. Представляется наиболее вероятным, что различные условия произрастания в одном и том же месте в разные годы, обусловленные в первую очередь климатическими факторами, влияют на элементный гомеостаз растения и приводят к возрастанию вариации содержания биогенных элементов. В различных точках ареала помимо климатических факторов различен и состав почв, что еще более увеличивает коэффициент вариации. В то же время средний коэффициент вариации содержания небиогенных элементов составил 77,0±10,0% и практически не зависит от года сбора и места произрастания растений, что позволяет сделать вывод об отсутствии закономерного влияния климатических и почвенных факторов на содержание небиогенных для растения элементов. Можно также предположить, что их изменчивость определяется в первую очередь экологическими факторами, а само их накопление имеет преимущественно экзогенный характер.

1)

Л

&

нО

О

1)

8

&

о

д

н

о

о

л

д

1)

н

1)

д

о

1)

Он

1)

д

н

сз

Он

со

д

о

сЗ

н

о

1)

н

о

д

н

о

о

д

о

д

оа

сЗ

со

оа

Д

н

сз

д

>д

о

д

э

д

оа

оа

о

Ё

«и

1)

ч

Г)

О

&

в

<и

В

И

і

а

<и

Ч

О

О

ті-

СЗ

я

в

ч

н

о4 > и

■о

ч

со

-

о

СА

8

00 >! Є

о й о 2 о ч Г)

40

■О

ч

со

-

и / О / ^ / ^ /г. о/и / и / з / ^ / ч / п

■Г; 'Г; О, 40^ 0_ СМ^ Ч(. 40^ Ч(.

ос о" о" ос о" са" ОС 'П см" са"

^СЧП'ОГОіЛгніл^'О

<3 чОл 40, о' ос о"

Г) Г]

о О

СА 40 40 О ■п СА Чгі

40 с ■> гч О

40 40

- СО 00 О ггГ Ч„

' >п

* см ІЛ го ^ СА >П СМ

^ гчГ (> ^ Еч <4 гм"

О 00 О гн

ч

; г~-( со оо^ г/:

Н ос' 1ч хГ ЧО 1—н*4

; ^ о оо п (ч

чо

- О I ш ^ сч м

со" сэ ■X 00 со см Я,^Г

ч"1 о ч ч^ ч^ ^ и. со ^ со^ 40" ч ■X

ч 40 со ч ’ 1 со ■п сГ оо" сГ ч

<- о э

40

; о

■ П СА Г~-

^-Г

о о"

- СМ Ч-СО 40 Г) Г]

^ см О

со го

>" 00

ч

са

Г ^ сГ

н 40 (>

40

р-5

го

СЧ 40" ^ оо Ч

,---ч " ) -*-

О |у-, Ч

' • - оо ІГі - 40

<М °2 О О ^

§ го т

СА

о

40 ^ со ч 40

00 сГ ^ С 5

гч с-? ш со

00

ч

^ ч

г- > П Э 40

о

- СМ Ч 00 о

са

00 СО О 00 ^ СА

■о 04 о

■П 00

40 Ч

■п го

>ч_^

40 ч" ^ ГО

сэ ч ! СО 4 40 40 о со" 00 СО

о Гч1 ч гч <Г1 40 т

ч со ,—| 40 40 о ,—| ч ^ о сч ч

СА >П гчГ^

' О

Ч СА Ч. } <4 00

см ч‘ о ^ ч ч о ч о

40 Ч

-г о

^ Г~Г Ч

" >п СЧ

ГО

00 ГО

<4 £ гп £ оС 00

- 00 СА

г-Г Ч_

о о ч о

■п го

СА Ч

ГЯ П кГГО ^

00 к ГО «Л 00

° ^ 2 О

’ 1

л 40

'ч—^ ^ оо

со 40 -

' о> ^ ^ 2 го ^г

и К > п ГО гн (V) О ^ '

гп з ^ ^ ^ °° 2І гп ^;

м^о^^ооо^по

г го ГЯ.

5 ^

со

О, Г^( СА 00(1 ч<- О, 40(1 40(, 00 со 00 40 ^ ‘-О Г^-

^ГО^ГСА001_^040С040

4>л 40 ^

^ ОС О 40 СО О

Ш 1> ш ш

+ 00 00 ^ СО

Т<. 40 О 00 •хГ 0x1

£3 ОС 4о" °І ОО Г) ^

С-4 Ш

40

4 40>л^^-гн^0\40

й оо" аС <4 Ч 40^ ^

■ ^ 1Г| тг М О М О со >п

СОО^ ^ч- <—1

<м - ^ со 3 <м

СО СМ СА см

Ч о ^ п аС ГІ

О ГЧ

о

40^

- -хГ' 1—нЛ

^г

0“\

'2-0^

°і гя

1—нЛ ОС

о

о

00 О 00

Г-; Ог ' ігГ ОС ГА ГА

ч^г 40 СО

й оо" П П

' ^ 1/^ .—I 1—I

со Г~- >П СА

00

СА О г-Г ^-Г

Ч- о о о °^ ^ ^ ^00'' о ,4 (^4 СА 'П

^ о см ^г

40 СА СА СА

• 00 -хГ -хГ (^4 .4

- 00

^ СО СМ 00 "Л

ОХ) ’—< СЗ 5-н 5-Н ■ *Н ^ 5-Н -г^

<<ДИОы^О)йН

- Ч; о_ о_ ч со" о" 'X —нГ Ш 00 о о

40 00

ч ч ч

00 гчі СА

00 £] г-

ГООЙО

2 ГО .

о <Ч’

40 Ч 40 40 СО

СО 00

о

00 О СМ 40 40 см см ООСАО^н^нО^О ЧОСО’—і Ч ’—'’—1 ’—1 -0^0400^0

Г- 00 -хГ

’—1 с~- см

ОХ) X) X) ЛЗ ь-ч <ПОКРн“Н^

Таблица 5. Средний коэффициент вариации Су (%) и его доверительный интервал ш (%) для различных

групп элементов

Показатели По заросли По годам сбора По местам произрастания

Группа элементов с. шс с, Шс с, Шс

Группа 1 24,0 6,6 34,6 10,9 40,9 11,0

Объединенная группа 66,9 21,7 72,7 10,8 86,9 20,2

С позиций фитотерапии ЖДА важным является не только абсолютное содержание микроэлементов кроветворного комплекса, но и соотношение содержания Fe и Mn [3]. Рассчитанное среднее значение соотношения [Mn]/[Fe] составило 0,32±0,1 по растениям, собранным в пределах промысловой заросли, 0,28 ±0,07 для растений, собранных в одном месте произрастания в разные годы, и 0,2±0,05 для растений из разных мест произрастания. Ранее нами было установлено [4], что в течение фазы цветение содержание железа падает, а содержание марганца возрастает. Зависимость от длительности вегетации достаточно сильная, и влияние условий произрастания растений в различных местах ареала на скорость протекания фазы цветения может приводить к дополнительной вариативности соотношения Mn]/[Fe].

Заключение

В результате проведенных исследований были установлено, что содержание биогенных для растительного организма элементов B, K, P, V, Ca, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Na, Si, Zn в надземной части P.mollis зависит от года сбора сырья и места произрастания. Вариация содержания биогенных элементов по годам сбора и местам произрастания незначительно превышает изменчивость содержания элементов в пределах промысловой заросли, что связывается с влиянием в первую очередь климатических условий произрастания. Изменчивость содержания элементов кроветворного комплекса, определяющих антианемический эффект суммарных извлечений из сырья м.мягкой, так же, как и вариация соотношения концентраций марганца и железа не отличается от изменчивости остальных биогенных элементов.

Изменчивость содержания элементов с преобладающим токсическим действием на растительный организм (Ag, Al, Ba, Br, Cr, I, Ni, Se, Sr, Ti) и безусловных элементов-токсикантов (As, Bi, Cd, Hg, Pb, Sb, Th, U) практически не зависит от сроков сбора и мест произрастания растения и определяется в основном экологическими факторами, а само загрязнение растения ими носит экзогенный характер.

Выявленные закономерности позволяют сформировать обоснованные требования к сроку и местам сбора лекарственного растительного сырья P.mollis.

Список литературы

1. Витамины и микроэлементы в клинической фармакологии / под ред. В. А. Тутельяна. М., 2001. 560 с.

2. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных. М., 1980. 610 с.

3. Круглов Д.С., Ханина М.А. Параметрический подход к классификации лекарственных растений, применяемых в фитотерапии анемий // Фитофарм 2006: матер. X межд. съезда. СПб., 2006. С. 193-198.

4. Круглов Д.С., Ханина М.А., Куценогий К.П., Чанкина О.В., Савченко Т.И. Исследование динамики элементного состава надземной части Pulmonaria mollissima в онтогенезе // Журнал экспериментальной и клинической медицины. 2006. Вып. 1-2. С. 47-52.

5. Круглов Д.С., Ханина М.А., Третьякова О.В. Возможность применения медуниц в фитотерапии железодефицитной анемии // Человек и лекарство: матер. XV Российского национального конгресса. М., 2008. С. 646.

6. Ноздрюхина Л.Г., Гринкевич Н.И. Нарушение микроэлементного обмена и пути его коррекции. М., 1980. 280 с.

7. Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой: методические указания МУК 4.1.1483-03. М., 2003. 36 с.

8. Mengel K., Kirkby E.A. Principies of Plant Nutrition: Dordrecht. 2001. 849 p.

Поступило в редакцию 5 апреля 2009 г.