CC BY
0
DOI: 10.14258/j cprm.20230411994
УДК 631.81.033
МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ PATRINIA SCABIOSIFOLIA И PATRINIA RUPESTRIS
© О.Г. Зорикова, А.Ю. Маняхин*
Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН, пр. 100-летия Владивостока, 159, Владивосток, 690022 (Россия), e-mail: mau84@mail.ru
Антропогенная деятельность приводит к повышенному содержанию микроэлементов в ресурсах окружающей среды: воздухе, воде, земле и биоте. На аккумуляцию элементов влияют свойства элемента, характеристики окружающей среды, факторы организма-хозяина. Это обусловливает необходимость мониторинга растительного сырья, особенно в регионах, имеющих значительную сырьевую базу лекарственных растений, но активно подвергающимся антропогенному воздействию, к которым в настоящее время относится российский Дальний Восток. В статье приведены результаты изучения элементного состава растительного сырья патринии скальной и патринии скабиозолистной. Установлено, что сырье P. rupestris содержит 11-12 элементов, сырье P. scabiosifolia - 11-14 элементов в зависимости от района обитания, из них 8 эссенциальных, 4 условно эссенциальных. Однородный элементный состав травы и корней P. rupestris и P. scabiosifolia отражает генетическую близость исследуемых видов. Для большинства элементов оба вида проявляют свойства умеренного накопления и сильного захвата. Mn, Cr, Ni сохраняют постоянство концентрации на протяжении ареала, как для P. rupestris, так и P. scabiosifolia. Отмечено фолиарное поглощение Co, Br для обоих видов, и Ba для P. rupestris. Для P. rupestris и P. scabiosifolia в Приморье отмечается акропетальный тип накопления элементов, в материковых участках ареалов наблюдается обратная стратегия накопления элементов.
Ключевые слова: микроэлементы, аккумуляция, Patrinia scabiosifolia, Patrinia rupestris.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования
Российской Федерации (тема № 121031000120-9).
Введение
В настоящее время в связи с мощным воздействием антропогенного фактора актуальное значение имеет установление содержания элементов в сырье пищевых и лекарственных растений. Микроэлементы (МЭ) в естественной природе встречаются в формах, не доступных для живых организмов, и растения включают элементы в биогенный цикл.
Индивидуальный химический состав, избирательность в поглощении элементов, устойчивость к их избытку или недостатку в среде обитания растения приобрели в результате длительного эволюционного процесса. Ряд исследований показал, что специфичность аккумуляции химических элементов растениями фоновых автономных экосистем наиболее выражена на уровне жизненных форм - экобиоморф. Биогеохимическая специфика определяется региональными закономерностями биогенной миграции элементов, в свою очередь, обуславливая локальные фоновые концентрации элементов в растительности [1].
Почвенный покров Приморья сформирован при действии множества факторов, что определяет разнообразие естественных и антропогенных почвенно-геохимических свойств. Районирование по биогеохимическим зонам и провинциям относит Приморский край, как и Дальний Восток в целом, к провинции с
Зорикова Ольга Геннадьевна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, e-mail dvogtslmp@mail.ru
Маняхин Артем Юрьевич - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, руководитель лаборатории, e-mail mau84@mail.ru
крайне неравномерным распределением элементов, когда соотношение и концентрации МЭ изменяются в широких пределах, проявляя как недостаточность, так и избыток [2].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Система почва-растение является основным стартовым звеном цепочки, в котором формируется поток минеральных компонентов, потребляемый животными и человеком. Растения являются основным источником эссенцинальных и условно-эссенцинальных элементов, жизненно необходимых для функционирования организма. Поглощение и связывание МЭ растением происходит в следствие физических, химических, в том числе и многостадийных либо микробиологических модификаций, которые происходят как в почве, так и ризосфере, на поверхности раздела корня и почвы [3].
Значительна биологическая роль МЭ, они выступают как активаторы либо ингибиторы процессов роста и развития растений, влияют на процессы продуктивности, в частности, за счет участия в процессах фотосинтеза; активно связываясь с биологически активными субстратами - гормонами, витаминами, ферментами, выполняют роль ферментов и коферментов [4].
Загрязнение лекарственных растений токсичными металлами - широко распространенное явление. Согласно опубликованным данным, до 32% фитопрепаратов, поступивших на рынок из стран Юго-Восточной Азии, содержат незадекларированные токсичные металлы, в том числе свинец и ртуть в количествах, превышающих ПДК [5].
Исследуемые виды Patrinia scabiosifolia и P. Rupestris принадлежат к семейству Caprifoliaceae (Жимолостные), подсемейству Valerianoideae (Валериановые). P. scabiosifolia - многолетний летнезеленый травянистый толсто-длиннокорневищный симподиально нарастающий поликарпик с полурозеточным прямостоячим побегом. P. rupestris - многолетний летнезеленый травянистый тонко-длиннокорневищный симпо-диально нарастающий поликарпик с полурозеточным прямостоячим побегом [6].
Род Patrinia имеет длительную историю применения в традиционной медицине Китая и в качестве овощного растения в кухне стран дальневосточной Азии. В последние годы увеличилось количество публикаций, посвященных исследованиям биологической активности экстрактов и соединений видов рода Patrinia in vitro и in vivo. Основными активными ингредиентами рода являются тритерпеноиды, сапонины, иридо-иды, флавоноиды и лигнаны [7].
Так, известно применение P. scabiosifolia, P. rupestris и P. speciosa в качестве противоопухолевых трав в китайской медицине для лечения лейкемии, рака матки и шейки матки. В последнее время противоопухолевая активность видов рода Patrinia нашла подтверждение во многих исследованиях [8-11].
Известна и экспериментально подтверждена антивоспалительная, антибактериальная и антивирусная активность препаратов растений изучаемого рода, выявлен дозозависимый антиоксидантный эффект [11, 12].
При этом, как справедливо указывает в своем обзоре X. He с соавторами [7], не хватает исследований, посвященных стандартизации сырья. Исследований, раскрывающих элементную изменчивость сырья видов рода Patrinia, нами не обнаружено, хотя ареалы, занимаемые видами, в частности P. scabiosifolia, P. rupestris, достаточно обширны как в широтном, так и в долготном протяжении, охватывая зоны с различными рельефными, климатическими, эдафическими условиями.
Цель настоящей работы - изучить содержание элементов в почве обитания и их аккумуляцию сырьем Patrinia scabiosifolia Fish ex Link и Patrinia rupestris (Pall.) Dufr.
Экспериментальная часть
Пробы почвы и растительного материала отбирали в естественных популяциях на территориях, удаленных от промышленных центров с незначительной антропогенной нагрузкой: Приморский край, 10 км на юго-восток от пос. Врангель, перевал к бухте Тазгоу (1); мыс Каменского, юго-восточный склон -70°,окрест-ности п. Врангель (2); Хабаровский край, 12 км на северо-запад от пос. Полярный (3); правый берег р. Амур, склон -60-65° (4); Амурская обл. 10 км от пос. Мухинка, правобережная часть долины р. Зея (5); Республика Бурятия, 12 км на юго-восток от пос. Мухоршибирь, правобережная часть долины р. Хилок, склон -50° (6).
В каждом пункте собирали корневую и надземную (трава) части исследуемых растений Patrinia sca-biosifolia и Patrinia rupestris. Пробы отбирали в фазу полного цветения по 20 индивидуальных растений. Почвенные образцы брали в зоне ризосферы на глубине 5-7 см от поверхности. Индивидуальные растительные пробы объединяли по частям и видам, промывали бидистиллированой водой, высушивали до постоянной массы при температуре 60 °С. Аналитическая проба сырья измельчалась до размера частиц <1 мм. Количественное определение содержания элементов в образцах сырья и почв проводили рентгенофлуоресцент-ным методом с полным внешним отражением на рентгенофлуоресцентном анализаторе TXRF 8030C ("FEI
Company", Германия; Центр коллективного пользования института химии ДВО РАН). Время измерения -500 с, источники возбуждения - Moka и WLß, внутренний стандарт - Y концентрация 5 мкг/мл.
Рассчитывали Ax (коэффициент биологического поглощения) как отношение концентрации элемента в воздушно-сухой пробе к содержанию элемента в почве ; Ккб (коэффициент корневого барьера) - как отношение содержания элемента в корне к содержанию его в надземной части растения [13].
Обсуждение результатов
Результаты элементного анализа проб почв и растительного материала приведены в таблицах 1-6. Содержание валовых форм элементов сравнивали с ПДК и ОДК в почвах на территории РФ [14] и ПДК для почв ДВ [15]. Результаты анализа показали, что в почвенных пробах повышенное содержание отмечено для Cu (в случае б. Тазгоу), где превышение относительно ПДК ДВ составляет 83% и относительно ПДК/ОДК РФ 233 и 180% соответственно. Для остальных элементов превышения допустимых показателей в пробах почв не выявлено.
Элементный состав сырья P. rupestris и P. scabiosifolia в Приморье показал наличие в сырье условно-эссенциального элемента первого класса опасности - Pb, концентрация которого не превышает предела допустимого уровня, принятого для биологически активных добавок к пище на растительной основе (сухие формы) [16].
На основе результатов анализа рассчитали Ах (КБП) и составили ряды биологического накопления. Анализируя ряд P. rupestris (целое растение) в условиях морского побережья (1),
Ax: Fe (0.02)<Cu (0.07)=Pb (0.07)<Ti (0.20)<Mn (0.28)<Rb (0.6)<Zn (1.51)<Sr (5.66)<Cr (8.28)<Ni (1)
(11.1) (1)
Выделяя группу элементов накопления, к элементам интенсивного накопления относим Ni, среднего Zn, Sr, Cr и группу элементов захвата: интенсивного Ti, Mn, Rb и слабого Fe, Cu, Pb.
Аналогичный ряд для P. scabiosifolia (целое растение) (2)
Ax: Fe (0.03)<Pb (0.08)<Ti (0.19)<Mn (0.27)<Rb (0.94)<Zn (2.12)<Cu (2.87)<Cr (3.85)<Sr (4.55)<Ni (2)
(8.45) (2)
позволяет отнести к элементам среднего накопления Ni, Sr, Cr, Cu, Zn, элементам интенсивного захвата -Rb, Ti, Mn и слабого - Pb, Fe.
Для этого вида отмечается присутствие Cu в группе элементов среднего накопления, при этом показатели концентрации металла в сырье как P. rupestris, так и P. scabiosifolia имеет близкие значения (12.345 и 9.57 мг/кг соответственно), что объясняется значительной (в 55 раз) разницей содержания Cu в почвах (табл. 1) исследуемых площадок. Можно предположить, что выявленный уровень концентрации металла в сырье обоих видов является в условиях морского побережья физиологически необходимым.
Максимальный Ахв упомянутых условиях для обоих видов показал Ni, что возможно объясняется фазой заготовки сырья, как отмечено, этот элемент принимает активное участие в процессе цветения [4, 17].
Оценить распределение элементов в растении и выявить присутствие функционального барьера на границе корень-стебель позволяет коэффициент корневого барьера (Ккб), отраженный в таблице 2. В целом, для рассматриваемых элементов наблюдается безбарьерное поглощение и акропетальный тип накопления для обоих рассматриваемых видов. Корневой барьер у P. rupestris выявлен для Mn и Fe; у P. scabiosifolia для Ti, Fe, Ni, Cu, при этом Ккб у рассматриваемых видов варьирует от 1.04 до 1.76, исключение наблюдается для Fe в случае P. scabiosifolia, где Ккб=4.49, чего не наблюдается у P. rupestris. Возможно, это объясняется значительным превышением содержания элемента в почве м. Каменского (в 3.5 раза).
Обращает на себя внимание Co, обнаруженный в сырье обоих видов и в корне, и в траве, причем как для P. rupestris, так и P. scabiosifolia содержание элемента в надземной части несколько превышало таковое в корне (в 1.96 и 1.42 раз соответственно), при этом в почвенных образцах присутствие Co не выявлено даже в следовых количествах, что позволяет предположить фолиарное поступление элемента в растения.
Таблица 1. Накопление элементов и КБП (Ах) в сырье P. rupestris и P. scabiosifolia в условиях морского побережья Приморского края, мг/кг сух. массы
Элемент Почва (перевал б. Тазгоу) Р. rupestris (растение целое) Лх Почва (м. Каменского) Р. scabiosifolia (растение целое) Лх
Т1 118.11±5.996 25.787±1.129 0.2 790.513±158.103 151.679±3.235 0.19
Сг 2.383±0.303 19.719±2.376 8.28 5.021±0.485 19.33±1.366 3.85
Мп 185.58±8.69 51.008±0.753 0.28 400.962±3.208 107.31±31.621 0.27
Бе 14094.44±183.201 291.817±2.258 0.02 14355.737±2750.988 378.692±2.406 0.03
N1 2.985±0.523 36.18±1.376 12.12 2.09±0.324 23.107±0.826 11.1
Си 183.27±0.418 12.345±1.367 0.07 3.331±0.132 9.57±1.281 2.87
гп 21.97±1.152 33.135±1.180 1.51 18.972±6.324 40.183±2.478 2.12
ЯЪ 12.57±0.681 7.359±0.376 0.6 7.589±2.213 7.145±0.399 0.94
Бг 12.173±0.261 68.896±1.505 5.66 18.489±2.637 84.163±1.830 4.55
РЪ 22.569±1.178 1.631±0.753 0.07 25.296±6.324 1.9391±0.978 0.08
Со - 2.837±0.376 - 2.11±0.032
^ - - <3.162 -
Таблица 2. Накопление элементов в надземной и корневой частях сырья P. rupestris и P. scabiosifolia в условиях морского побережья Приморского края, мг/кг сух. массы
Элемент Р. rupestris (трава) Р. гирезМз (корни) Ккб Р. scabiosifolia (трава) Р. scabiosifolia (корни) Ккб
Т1 27.091±1.129 24.483±0.802 0.90 148.523±3.235 154.834±2.208 1.04
Сг 19.760±2.306 19.678±2.296 0.99 19.78±1.452 18.880±1.319 0.96
Мп 48.538±0.753 57.478±0.732 1.18 152.964±31.621 61.049±1.726 0.40
Бе 236.483±2.258 394.114±3.451 1.67 137.931±2.406 619.425±8.259 4.49
N1 47.095±1.646 25.254±1.968 0.54 34.237±1.089 28.771±0.989 0.84
Си 21.736±0.367 2.954±0.345 0.14 6.935±0.281 12.198±0.366 1.76
гп 52.724±2.305 10. 823±2.296 0.2 54.462±3.631 25.638±0.802 0.47
ЯЪ 8.273±0.376 6.445±0.460 0.78 7.474±0.399 6.816±0.401 0.91
Бг 73.372±1.505 64.419±1.156 0.88 87.728±1.830 80.597±1.203 0.92
РЪ 1.881±0.753 1.381±0.646 0.73 2.301±0.978 1.576±0.604 0.69
Со 3.753±0.376 1.920±0.403 - 2.478±0.032 1.741±0.315 -
P. rupestris и P. scabiosifolia проявляют свойства сильных накопителей следующих элементов: N1, 2п, Бг, Сг. Для обоих рассматриваемых видов наблюдается акропетальный тип накопления и безбарьерное поглощение элементов.
В пробах почвы и растительного сырья Хабаровского края в сравнении с Приморьем были дополнительно выявлены такие элементы, как Лб, Вг, Ва. Из них Ва относится ко второму классу опасности. Содержание валовых форм элементов сравнивали с ПДК и ОДК в почвах на территории РФ и ДВ. Анализ проб Хабаровского края показал, что превышения допустимых показателей в почве не отмечено. В обеих почвенных пробах Хабаровского края отмечаются сопоставимые концентрации исследованных элементов, что может свидетельствовать об отсутствии локальных загрязнений.
На основе результатов анализа рассчитали Ах (КБП) и составили ряды биологического накопления. Анализируя ряд P. rupestris (растение целое) (3),
Ах: Бе (0.1)<Т1 (0.19)<Мп (0.22)<Вг (0.28)<Си (0.29)<Лб (0.47)<гп (0.59) <ЯЬ (0.62)<Сг (1.17)<№ (3)
(3.48) ( )
Элементы среднего накопления: N1, Сг; группа элементов интенсивного захвата: Бе, Т1, Мп, Вг, Си, Лб, 2п, ЯЪ.
Для указанного вида как в Приморье, так и в Хабаровском крае штАх отмечается для Бе, а тах - для N1, приблизительно равные коэффициенты отмечены для Т1, Мп, ЯЪ.
Необходимо отметить, что при значительном расхождении Лх для Си и Сг в обоих регионах концентрация элементов в сырье приблизительно равна (табл. 1, 3).
Наблюдается фолиарное поглощение Со и Ва, что также частично совпадает с пробами из Приморья.
Для P. scabiosifolia (растение целое) получен следующий ряд (4).
Ax: Fe (0.21)<Cu (0.27)<Ti (0.30)<Mn (0.46)<As (0.73)<Rb (0.75)<Hg (0.9)<Pb (0.94)<Cr (1.67) < (4)
Sr (1.78)<Zn (1.94)<Ni (2.02) ( )
Рассматривая ряд коэффициента Aх (4), элементы можно разделить на две группы: интенсивного захвата (Fe-Pb) и среднего накопления (Cr-Ni).
В западных точках отбора почвенных проб также не выявлено превышения ПДК (табл. 5).
Рассматривая накопление элементов, можно отметить, что сохраняется приблизительное постоянство концентрации в сырье таких элементов, как Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn (для P. scabiosifolia) для всех обследованных районов (табл. 1, 3, 5).
Ряды биологического накопления (5, 6) показали, что наименьшие значения Ax показаны Fe, Mn, As, Ti для обоих видов и соответствуют группе интенсивного захвата. Также к этой группе относятся Zn, Cu, Rb, Cr в сырье P. rupestris, и Rb, Pb, Cr в сырье P. scabiosifolia. К элементам среднего накопления относятся Ni в обоих случаях и Zn, Ba, Cu, Sr для сырья P. scabiosifolia.
P. rupestris Ax: Fe (0.1)=Mn (0.1)<As (0.3)<Ti (0.4)<<Zn (0.5)<Cu (0.7)<Rb (0.8)=Cr (0.8)<Ni (2.2) (5)
P. scabiosifolia Ax: Fe (0.2)<As (0.3)=Mn (0.3)=Ti (0.3)=Rb (0.3)<Pb (0.33)<Cr (0.8)<Zn (1.4)<Ba (2.2) (6)
<Ni (2.6)<Cu (2.83)<Sr (2.9) ( )
Таблица 3. Накопление элементов в сырье и КБП (Ax) P. rupestris и P. scabiosifolia в Хабаровском крае, мг/кг сух. массы
Элемент Почва (р. Амур) P. rupestris (в целом) Ax Почва (п. Полярный) P. scabiosifolia (в целом) Ax
Ti 863.15±59.53 161.257±6.471 0.19 692.946±7.82 208.480±3.16 0.3
Cr 16.79±2.98 19.699±2.301 1.17 11.394±2.36 19.059±1.885 1.67
Mn 226.21±17.857 49.825±2.465 0.22 254.068±23.12 116.627±2.06 0.46
Fe 12411.45±982.24 1285.866±98.667 0.1 13968.814±831.448 2934.979±67.276 0.21
Ni 10.423±2.077 36.225±1.807 3.48 12.142±1.532 24.476±1.02 2.02
Cu 42.304±4.644 14.343±1.403 0.29 35.287±1.924 9.367±0.874 0.27
Zn 28.278±2.686 16.773±2.301 0.59 25.581±2.140 49.649±2.970 1.94
Rb 4.466±2.375 2.795±0.821 0.62 14.203±1.178 10.619±1.506 0.75
Sr 19.943±1.786 - 31.643±2.14 56.434±2.126 1.78
Pb - - <2.621 2.457±1.043 0.94
Hg <1.488 - 4.021±1.217 <3.631 0.9
As 5.655±1.191 2.634±0.301 0.47 4.499±1.135 <3.297 0.73
Br 7.143±0.893 <1.971 0.28 - -
Ba - 26.004±1.425 - -
Со - <3.279 - 8.502±2.408
Таблица 4. Накопление элементов в надземной и корневой частях сырья P. rupestris и P. scabiosifolia в условиях Хабаровского края, мг/кг сух. массы
Элемент P. rupestris (трава) P. rupestris (корни) Ккб P. scabiosifolia (трава) P. scabiosifolia (корни) Ккб
Ti 160.199±6.382 162.316±6.559 1.01 186.187±3.31 230.772±3.08 1.24
Cr 19.719±2.305 19.678±2.296 0.997 18.380±1.45 19.738±2.31 1.07
Mn 66.196±2.635 33.454±2.298 0.51 86.645±2.26 146.609±1.73 1.69
Fe 1882.985±131.735 688.747±65.598 0.37 1452.327±36.308 4417.631±98.244 3.04
Ni 43.571±1.646 29.224±1.968 0.67 23.237±1.089 25.715±0.989 1.11
Cu 25.026±1.646 4.101±1.068 0.16 6.535±1.089 12.198±0.659 1.87
Zn 22.724±2.305 10.823±2.296 0.48 54.462±3.631 44.836±2.308 0.82
Rb 3.293±0.658 2.296±0.984 0.697 10.529±1.815 10.219±1.319 0.97
Sr - - 38.032±1.615 74.836±2.637 1.97
Pb - - 1.389±0.118 2.824±0.637 2.03
Hg - - - 3.631
As 1.44 1.763 1.22 2.852 3.778 1.32
Br 1.317 2.624 1.99 - -
Ba 28.334±1.173 - - -
Со 2.471 1.013 - 9.802±2.637 7.262±2.178 -
Таблица 5. Накопление элементов в сырье Р. тиреяМя (Бурятия) и Р. scabiosifolia (Амурская обл.), мг/кг
сух. массы
Элемент Почва (Бурятия) Р. тиреяМя (растение в целом) Ах Почва (п. Мухинка) Р. scabiosifolia (растение в целом) Ах
Т1 Сг Мп Бе N1 Си гп Л8 яъ Бг ^ РЪ Вг Ва 504.440±6.548 18.529±2.509 413.05±5.121 14835.219±808.818 29.988±1.572 19.365±1.387 45.348±2.821 8. 428±1.149 10.83±0.84 15.92±1.08 6.896±1.637 115.84±6.613 15.442±2.619 47.251±2.464 2088.020±64.698 36.422±1.617 12.447±1.408 22.488±0.871 2.458±0.327 8.216±1.436 1.393 - 1.960 22.344±9.709 0.2 0.8 0.1 0.1 1.2 0.7 0.5 0.3 0.8 516.522±23.317 19.986±3.331 333.111±33.311 11059.293±1099.267 10.527±1.504 3.331 29.980±3.331 6.329±1.665 15.656±1.998 16.648±2.998 5.662±2.332 2.665±1.002 145.348±9.836 16.460±2.651 101.962±8.061 1817.641±113.381 26.825±2.368 9.436±2.457 43.050±1.591 1.847±0.404 4.150±0.656 47.482±2.905 2.106 1.877±0.935 0.629 5.907±0.332 0.3 0.8 0.3 0.2 2.6 2.83 1.4 0.3 0.3 2.9 0.33 2.2
Таблица 6. Накопление элементов и коэффициент корневого барьера в сырье Р. тиреяМя (Бурятия) и Р. scabiosifolia (Амурская обл.), мг/кг сух. массы
Элемент Р. тиреяМя (трава) Р. тиреяМя (корни) Ккб Р. scabiosifolia (трава) Р. scabiosifolia (корни) Ккб
Т1 Сг Мп Бе N1 Си гп Л8 яъ Бг ^ Ръ Вг Ва 48.523±3.235 14.233±1.941 44.641±2.264 1711.674±64.698 29.998±1.617 14.908±1.617 18.334±2.264 <1.617 7.440±1.204 1.318 1.941 21.804±4.233 183.162±9.991 16.651±3.297 49.860±6.660 2464.366±266.418 36.422±3.297 9.963±3.297 26.642±3.298 <3.298 8.992±1.665 3.8 1.17 1.1 1.44 1.2 0.66 1.45 2.04 1.21 120.315±9.024 12.332±2.707 102.267±9.024 1739.316±106.488 10.527±2.998 2.485±1.419 27.672±1.406 <1.504 5.715±0.602 54.142±3.008 2.106 1.328±1.504 0.632 9.625±1.203 170.382±10.648 20.587±3.195 81.641±7.099 1897.965±120.315 26.825±1.775 7.058±0.637 18.458±1.775 <2.129 2.485±0.709 40.821±2.839 1.749±0.365 2.349±0.370 1.42 1.67 0.8 1.09 2.6 2.84 0.67 1.42 0.44 0.75 1.32 0.24
Обращает на себя внимание предположительно фолиарное накопление Ва в случае Р. тиреяМя, Н и Вг для обоих видов (табл. 6).
Рассматривая накопление эссенциальных и условно-эссенциальных элементов в почвах по ареалу, можно выделить элементы различной степени захвата и накопления.
Для Мп наблюдается некоторое возрастание концентрации от Хабаровского края к Бурятии (от 226.21 до 413.047 мг/кг), тогда как в Приморье аналогичный перепад концентрации (185.58 - 400.96 мг/кг) наблюдается практически в одном районе. В сырье Р. тиреяМя концентрация элемента приблизительно равна во всех пробах (47.25-51.01 мг/кг), независимо от концентрации в почве. В сырье Р. scabiosifolia концентрация Мп несколько выше (101.962-116.627 мг/кг), но также сохраняет постоянство на протяжении ареала. КБП элемента для обоих видов не превышал 1 и, соответственно, Мп для каждого вида на протяжении всего ареала является элементом среднего накопления.
Показатели концентраций для Бе близки во всех пробах почвы (11059.293-14835.219 мг/кг), тогда как концентрация элемента в сырье изучаемых видов значительно расходится по ареалу. Для Приморского края отмечены минимальные концентрация и КБП (0.02-0.03 мг/кг) для обоих видов, что характеризует Бе как элемент слабого захвата. В Хабаровском крае концентрация Бе в сырье Р. scabiosifolia более чем в 2 раза превосходит аналогичный показатель Р. тиреяМя, что отражает КБП: 0.2 и 0.1 соответственно; также концентрации элемента в 4.4 раза для Р. тиреяМя и 7.8 раз для Р. scabiosifolia превосходят аналогичные показатели Приморья. Западные пробы почв и сырья показали результаты близкие к данным Хабаровского края.
Рассматривая концентрации и КБП для Сг, необходимо отметить низкое содержание элемента в почве Приморского края - в усредненной пробе 3.68 мг/кг - и возрастание его концентрации в более западных
Микроэлементный состав patrinia scabюsiюш и patrinia rupestris
283
регионах: 14.1 мг/кг - в усредненной пробе Хабаровского края, 19.98 и 16.8 - в пробах Амурской области и Бурятии. В сырье P. rupestris и P. scabiosifolia содержание Сг в Приморье и Хабаровском крае было приблизительно равным (19.059-19.719 мг/кг), несколько понижаясь к западным местообитаниям до 15.44 мг/кг в случае P. rupestris и 16.46 мг/кг - P. scabiosifolia. Колебания концентрации элемента в почвах и относительная стабильность содержания в сырье исследуемых видов отражаются на КБП. Для Приморья коэффициенты равны 8.3 P. rupestris и 3.9 P. scabiosifolia, что позволяет отнести Сг к элементам интенсивного накопления. Также среднее накопление Сг наблюдаем у P. scabiosifolia в Хабаровском крае, в остальных случаях для Сг отмечается интенсивный захват.
Относительно накопления N1 необходимо отметить практически постоянный уровень концентрации элемента в сырье: немногим более 36 мг/кг в пробах сырья P. rupestris и 23-26 мг/кг в случае P. scabiosifolia. Предполагается, что концентрация N1 выше 10 мг/кг для растения является избыточной или токсичной [4], однако авторы монографии «Микроэлементы в окружающей среде» [3] относят N1 «к самым подвижным элементам», легко переходящими из почвы в растение. Почвенные пробы показывают значительное расхождение в содержании элемента. Самое низкое содержание N1 наблюдается в почвах Приморья, около 3 мг/кг в обеих точках отбора проб. Соответственно, КБП принимает максимальные значения 12.1 в случае P. rupestris и 11.1 для P. scabiosifolia, что в данном случае позволяет отнести N1 к элементам энергичного накопления для исследуемых видов. В более континентальных районах содержание N1 в почве возрастает до значений, близких к 10-12 мг/кг, достигая максимального значения 29.99 мг/кг в пробах Республики Бурятия, соответственно, КБП снижается, и в этих случаях N1 относим к элементам сильного накопления.
Для 2п, который также относится к подвижным элементам, показатели аккумуляции в сырье P. rupestris только в Приморье превышает 1 (1.51), далее значения КБП - около 0.5. В случае P. scabiosifolia на всем протяжении территории исследования КБП превышал 1. Выявленные концентрации позволяют отнести 2п к элементам среднего накопления.
Также к эссенциальным элементам относится Со, которого не обнаружено ни в одной почвенной пробе. Несмотря на отсутствие элемента в почве, сырье как P. rupestris, так и P. Scabiosifolia, в условиях Приморского и Хабаровского краев содержит Со в концентрациях, близких к «нормальным» [4], что позволяет предполагать фолиарное накопление элемента. В пробах сырья Бурятии rupestris) и Амурской области scabiosifolia) элемент не накапливался (табл. 2, 4, 6).
Накопление условно-эссенциальных элементов показало в условиях Приморского края для обоих изучаемых видов интенсивное накопление 8г. В более континентальных пробах сырья P. rupestris при сопоставимых концентрациях элемента в почве 8г не обнаружен. Для P. scabiosifolia во всех пробах отмечается интенсивное накопление элемента.
К элементам среднего накопления относится Т1, для которого А;с во всех пробах принимает значения от 0.2 до 0.3, даже в условиях значительно низкой концентрации элемента в почве района б. Тазгоу.
Помимо того, что РЬ относится к условно-эссенциальным элементам, он является одним из приоритетных загрязнителей биосферы, вследствие чего подлежит обязательному контролю в растительном сырье. Предельно допустимая концентрация элемента в растительном сырье (для чая) равна 6 мг/кг [18], в изучаемом сырье максимальные значения концентрации РЬ составляют 2.46 в сырье P. scabiosifolia в Хабаровском крае, в почве определялось сопоставимое количество элемента и, как следствие, значение Ах около 1. Остальные значения концентрации РЬ в сырье P. scabiosifolia было около 2 мг/кг, несмотря на значительные расхождения в концентрации элемента в почве, которое максимально в Приморье (25.296 мг/кг). Это позволяет предположить, что данный уровень концентрации РЬ может быть видовой характеристикой.
В сырье P. rupestris РЬ обнаружен только в пробах Приморского края, где также наблюдаем максимальную концентрацию элемента в почве (22.569 мг/кг), при этом элемент относится к группе очень слабого накопления. В пробах Хабаровского края элемент отсутствует как в почве, так и в сырье, в Бурятии элемент присутствует в почве в невысокой концентрации и не переходит в сырье (табл. 1, 3, 5).
Присутствие Вг в почве выявлено только в береговых пробах р. Амур, где для P. rupestris Ах=0.28, что характеризует Вг как элемент среднего накопления. Также присутствие элемента отмечено в пробах сырья из Бурятии и Амурской области, что позволяет предполагать фолиарное накопление Вг растениями.
В пробах обнаружено присутствие следующих токсичных элементов: И§, Ая, Ва, Ве.
В Приморье Н обнаружена в почве м. Каменского, перехода элемента в сырье не выявлено. В Хабаровском крае элемент присутствует в почвенных пробах, но переходит в сырье лишь в случае P. scabiosifolia
(Лх=0.9), проявляя свойства среднего накопления. Для проб из Бурятии так же отмечаются свойства среднего накопления, в Амурской области выявлен фолиарный захват элемента.
Мышьяк относится к 1-му классу токсичности, не обладает выявленной функциональностью в качестве микроэлемента (МЭ в окружающей среде), хотя некоторые авторы рассматривают мышьяк как жизненно важный ультрамикроэлемент [19]. Различные формы элемента часто присутствуют в пробах окружающей среды в зависимости от физико-химического статуса экологической ниши, что обусловливает биодоступность металлоида. В почвахЛБ обнаружен в материковых пробах, при этом биологический переход в сырье Р. тиреяМя характеризуется как среднее накопление и в Хабаровском крае, и в Бурятии, Ах=0.47 и 0.3. Необходимо отметить, что концентрации элемента в сырье очень близки в обоих случаях (2.63 и 2.46 мг/кг соответственно). Близкие показатели наблюдаются в случае Р. scabiosifolia, где также отмечается среднее накопление элемента и концентрации в сырье 3.3 и 1.85 мг/кг соответственно, что вписывается в предел содержания мышьяка в растениях на незагрязненных почвах (0.001-5 мг/кг).
Из рассматриваемых элементов опасными для здоровья человека являются: ртуть, свинец, цинк (1-й класс); кобальт, никель, медь, хром (2-й класс): барий, марганец, стронций (3-й класс). Рассматривая способность к аккумуляции элементов 1- и 2-го классов опасности в сырье исследуемых растений, интенсивность накопления РЪ распределяется от очень слабого до среднего накопления; для 2п и Н§ выявлено среднее накопление, что согласуется с наблюдениями других авторов [3]. Интенсивное и среднее накопление Лх показывает для таких элементов, как Сг, N1, Бг, которые аккумулируются изучаемыми видами, как в корневой, так и в надземной частях растения. Среднее накопление показали оба вида для элементов 3-го класса опасности: Бг, Ва и Мп.
Различия элементного состава надземной и подземной частей растения определяются наличием корневого барьера, препятствующего транслокации элементов в надземные органы, что проявляются при расчете коэффициента корневого барьера (Ккб). Значения данного коэффициента выше единицы указывают на наличие корневого барьера при поглощении элементов растениями.
Выраженное проявление корневого барьера для большинства элементов наблюдается (рис. 1, табл. 7) в западной части ареала Р. тиреяМя, тогда как в восточных регионах наблюдается активная аккумуляция большинства элементов в надземной части растения. Равномерное распределение по тканям растения выявлено для Т1 и Сг в Приморье и Хабаровском крае, в Бурятии для Мп и Вг.
В случае Р. scabiosifolia в Приморском крае также наблюдается акропетальный тип накопления для большинства элементов (рис. 2, табл. 8), безбарьерное поглощение Т1 и Сг и выраженный корневой барьер для Бе и Си. Обратное соотношение аккумуляции элементов наблюдается в Хабаровском крае: выраженный корневой барьер для большинства элементов, безбарьерное накопление ЯЪ и Сг и акропетальное поглощение 2п. В Амурской области значительная часть элементов аккумулируется как в корневой, так и надземной части растения, безбарьерное поглощение отмечено для Бе и N1.
2,5
2
■ Тазгоу Амур Бурятия
1,5
ю х
1
0,5
О
Рис. 1. Коэффициент корневого барьера Р. тиреяМя
"П Сг Мп Ре N1 Си 1г\ 5г РЬ Аэ Вг
Микроэлементный состав paшмa scabюsif0lia и paшмa rupesшs
285
Таблица 7. Проявление корневого барьера P. rupestris
Ккб б. Тазгоу Амур Бурятия
>1 Мп, Бе Ая, Ва, Вг Сг, Мп, Бе, N1, 7п, ЯЬ, Ая
=1 Т1, Сг Т1, Сг Мп, Вг
<1 N1, Си, 7п, ЯЬ, Бг, РЬ Мп, Бе, N1, 7п, ЯЬ, Си Т1, Си
Рис. 2. Коэффициент корневого барьера P. scabiosifolia
Таблица 8. Проявление корневого барьера P. scabiosifolia
Ккб м. Каменского Полярный Мухинка
>1 Бе, Си Т1, Мп, Бе, N1, Си, РЬ, Ая Т1, Сг, Си, Ая, РЬ
=1 Т1, Сг, ЯЬ, Сг Бе, N1
<1 Мп, N1, гп, ЯЬ, Бг, РЬ гп Мп, гп, ЯЬ, Бг, Ва, Вг
Заключение
Проведенное исследование показало, что в почвах мест отбора проб растительного материала не обнаружено превышения ПДК тяжелых металлов.
Для большинства исследованных элементов оба вида проявляют свойства умеренного накопления и сильного захвата. Значимых отличий по содержанию микроэлементов между пробами из различных экото-пов не выявлено. Для некоторых элементов (Мп, Сг, N1) сохраняется постоянство концентрации на протяжении ареала, как для P. rupestris, так и P. scabiosifolia.
Отмечено фолиарное поглощение Со, Вг для обоих видов, и Ва для P. rupestris.
Для P. rupestris и P. scabiosifolia в Приморье отмечается акропетальный тип накопления элементов, в материковых участках ареалов отмечается Ккб>1 в Хабаровском крае для P. scabiosifolia, и в Бурятии - для P. rupestris.
Результаты исследования свидетельствуют о необходимости контроля содержания в сырье P. rupestris и P. scabiosifolia не только токсичных элементов, но и эссенциальных и условно-эссенциальных микроэлементов, которые в высоких концентрациях могут представлять опасность.
Список литературы
1. Уфимцева М.Д., Терехина Н.В. Оценка экологического состояния Центрального района Санкт-Петербурга на основе экофитоиндикации // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2017. Т. 62. №2. С. 209-217.
2. Кику П.Ф., Гельцер Б.И. Экологические проблемы здоровья. Владивосток, 2004. 226 с.
3. Микроэлементы в окружающей среде / под ред. М.Н.В. Прасада, К.С. Саджвана, Р. Найду. М., 2009. 816 с.
4. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск, 2001. 229 с.
5. Булаев В.М. Современная фитотерапия. М., 2011. 144 с.
6. Безделев А.Б., Безделева Т.А. Жизненные формы семенных растений российского Дальнего Востока. Владивосток, 2006. 296 с.
7. He X., Luan F., Zhao Z., Ning N., Li M., Jin L., Chang Y., Zhang Q., Wu N., Huang L. The Genus Patrinia: A Review of Traditional Uses, Phytochemical and Pharmacological Studies // The American Journal of Chinese Medicine. 2017. Vol. 45. N4. Pp. 637-666. DOI: 10.1142/S0192415X17500379.
8. Li Z., Tang Y., Zhu S., Li D., Han X., Gu G., Xing N., Ren J., Guo Z., Jiao W., Yan L., Xu Z., Zhang W. Ethanol extract of Patrinia scabiosifolia induces the death of human renal cell carcinoma 786-O cells via SIRT-1 and mTOR signaling-mediated metabolic disruptions // Oncology Reports. 2018. Vol. 39. Pp. 764-772. DOI: 10.3892/or.2017.6139.
9. Zhang M.Y., Sun G.D., Shen A.L., Liu L.Y., Ding J.Z., Peng J. Patrinia scabiosifolia inhibits the proliferation of colorectal cancer in vitro and in vivo via G1/S cell cycle arrest // Oncology Reports. 2015. Vol. 33. Pp. 856-860. DOI: 10.3892/or.2014.3663.
10. Sheng L., Yang Y., Zhang Y., Li N. Chemical constituents of Patrinia heterophylla Bunge and selective cytotoxicity against six human tumor cells // Journal of Ethnopharmacology. 2019. Vol. 236. Pp. 129-135. DOI: 10.1016/j.jep.2019.03.005.
11. Meng L., Chen S., Zhou L., Liu Z., Li S., Kang W. Chemical Constituents and Pharmacological Effects of Genus Patrinia: a Review // Current Pharmacology Reports. 2020. Vol. 6. Pp. 380-414. DOI: 10.1007/s40495-020-00240-7.
12. Lei, J.C., Yang C.X., Yang Y., Zhang W., Yu J.Q. Antioxidant and antitumour activities of extracts from Patrinia villosa and its active constituents // Journal of functional foods. 2015. Vol. 16. Pp. 289-294. DOI: 10.1016/j.jff.2015.04.037.
13. Афанасьева Л.В., Аюшина Т.А. Накопление и распределение микроэлементов в растенияхArctostaphylosuva-ursi // Химия растительного сырья. 2018. №3. С. 123-128. DOI: 10.14258/jcprm.2018033740.
14. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М., 2006. 15 с.
15. Голов В.И. Круговорот серы и микроэлементов в основных агроэкосистемах Дальнего Востока. Владивосток, 2004. 315 с.
16. Тутельян В.А. Химический состав и калорийность российских продуктов питания. М., 2012. 284 с.
17. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск, 2014. 192 с.
18. СанПиН 2.3.2.1078-01. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. М., 2002. 145 с.
19. Копылов Н.И., Каминский Ю.Д. Мышьяк. Новосибирск, 2004. 367 с.
Поступила в редакцию 13 октября 2022 г.
После переработки 20 февраля 2023 г.
Принята к публикации 29 августа 2023 г.
Для цитирования: Зорикова О.Г., Маняхин А.Ю. Микроэлементный состав Patrinia scabiosifolia и Patrinia rupestris // Химия растительного сырья. 2023. №4. С. 277-287. DOI: 10.14258/jcprm.20230411994.
Zorikova O.G., Manyakhin A.Yu.* MICROELEMENT COMPOSITION OF PATRINIA SCABIOSIFOLIA AND PATRINIA RUPESTRIS
Federal Scientific Center of the East Asia Terrestrial Biodiversity FEB RAS, av. 100-letiya Vladivostoka, 159,
Vladivostok, 690022 (Russia), e-mail: mau84@mail.ru
Anthropogenic activity leads to an increased content of trace elements in environmental resources: air, water, land and biota. The accumulation of elements is influenced by the properties of the element, the characteristics of the environment, and the factors of the host organism. This necessitates monitoring of plant materials, especially in regions with a significant raw material base of medicinal plants, but actively exposed to anthropogenic impact, which currently includes the Russian Far East. The article presents the results of studying the elemental composition of plant raw materials of Patrinia rupestris and Patrinia scabiosifolia. It has been established that P. rupestris raw material contains 11-12 elements, P. scabiosifolia raw material contains 11-14 elements, depending on the habitat, 8 of them are essential, 4 are conditionally essential. The homogeneous elemental composition of the grass and roots of P. rupestris and P. scabiosifolia reflects the genetic closeness of the studied species. For most elements, both species exhibit the properties of moderate accumulation and strong capture. Mn, Cr, Ni maintain a constant concentration throughout the range, both for P. rupestris and P. scabiosifolia. Foliar uptake of Co, Br for both species, and Ba for P. rupestris was noted. For P. rupestris and P. scabiosifolia, an acropetal type of element accumulation is noted in Primorye; in the mainland areas of the ranges, a reverse strategy of element accumulation is observed.
Keywords: trace elements, accumulation, Patrinia scabiosifolia, Patrinia rupestris.
* Corresponding author.
MHKPOanEMEHTHblH COCTAB Patrinia scabiosifolia h Patrinia rupestris
287
References
1. Ufimtseva M.D., Terekhina N. V. Vestnik SPbGU. Nauki o Zemle, 2017, vol. 62, no. 2, pp. 209-217. (in Russ.).
2. Kiku P.F., Gel'tser B.I. Ekologicheskiyeproblemy zdorov'ya. [Ecological health problems]. Vladivostok, 2004, 226 p. (in Russ.).
3. Mikroelementy v okruzhayushchey srede. [Microelements in the environment], ed. M.N.V. Prasad, K.S. Sajwan, R. Naid. Moscow, 2009, 816 p. (in Russ.).
4. Il'in V.B., Syso A.I. Mikroelementy i tyazhelyye metally v pochvakh i rasteniyakh Novosibirskoy oblasti. [Microelements and heavy metals in soils and plants of the Novosibirsk region]. Novosibirsk, 2001, 229 p. (in Russ.).
5. Bulaev V.M. Sovremennayafitoterapiya. [Modern herbal medicine]. Moscow, 2011, 144 p. (in Russ.).
6. Bezdelev A.B., Bezdeleva T.A. Zhiznennyye formy semennykh rasteniy rossiyskogo Dal'nego Vostoka. [Life forms of seed plants of the Russian Far East]. Vladivostok, 2006, 296 p. (in Russ.).
7. He X., Luan F., Zhao Z., Ning N., Li M., Jin L., Chang Y., Zhang Q., Wu N., Huang L. The American Journal of Chinese Medicine, 2017, vol. 45, no. 4, pp. 637-666. DOI: 10.1142/S0192415X17500379.
8. Li Z., Tang Y., Zhu S., Li D., Han X., Gu G., Xing N., Ren J., Guo Z., Jiao W., Yan L., Xu Z., Zhang W. Oncology Reports, 2018, vol. 39, pp. 764-772. DOI: 10.3892/or.2017.6139.
9. Zhang M.Y., Sun G.D., Shen A.L., Liu L.Y., Ding J.Z., Peng J. Oncology Reports, 2015, vol. 33, pp. 856-860. DOI: 10.3892/or.2014.3663.
10. Sheng L., Yang Y., Zhang Y., Li N. Journal of Ethnopharmacology, 2019, vol. 236, pp. 129-135. DOI: 10.1016/j.jep.2019.03.005.
11. Meng L., Chen S., Zhou L., Liu Z., Li S., Kang W. Current Pharmacology Reports, 2020, vol. 6, pp. 380-414. DOI: 10.1007/s40495-020-00240-7.
12. Lei, J.C., Yang C.X., Yang Y., Zhang W., Yu J.Q. Journal of functional foods, 2015, vol. 16, pp. 289-294. DOI: 10.1016/j.jff.2015.04.037.
13. Afanas'yeva L.V., Ayushina T.A. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2018, no. 3, pp. 123-128. DOI: 10.14258/jcprm.2018033740. (in Russ.).
14. Predel'no dopustimyye kontsentratsii (PDK) khimicheskikh veshchestv vpochve: Gigiyenicheskiye normativy. [Maximum permissible concentrations (MAC) of chemicals in soil: Hygienic standards]. Moscow, 2006, 15 p. (in Russ.).
15. Golov V.I. Krugovorot sery i mikroelementov v osnovnykh agroekosistemakh Dal'nego Vostoka. [Cycle of sulfur and microelements in the main agroecosystems of the Far East]. Vladivostok, 2004, 315 p. (in Russ.).
16. Tutel'yan V.A. Khimicheskiy sostav i kaloriynost' rossiyskikh produktov pitaniya. [Chemical composition and calorie content of Russian food products]. Moscow, 2012, 284 p. (in Russ.).
17. Titov A.F., Kaznina N.M., Talanova V.V. Tyazhelyye metally i rasteniya. [Heavy metals and plants]. Petrozavodsk, 2014, 192 p. (in Russ.).
18. SanPiN 2.3.2.1078-01. Sanitarno-epidemiologicheskiye pravila i normativy. Gigiyenicheskiye trebovaniya bezopas-nosti i pishchevoy tsennosti pishchevykh produktov. [SanPiN 2.3.2.1078-01. Sanitary and epidemiological rules and regulations. Hygienic requirements for food safety and nutritional value]. Moscow, 2002, 145 p. (in Russ.).
19. Kopylov N.I., Kaminsky Yu.D.Mysh'yak. [Arsenic]. Novosibirsk, 2004, 367 p. (in Russ.).
Received October 13, 2022 Revised February 20, 2023 Accepted Augus 29, 2023
For citing: Zorikova O.G., Manyakhin A.Yu. Khimiya Rastitel'nogo Syr'ya, 2023, no. 4, pp. 277-287. (in Russ.). DOI: 10.14258/jcprm.20230411994.
