CC BY
78
УДК 634.38.581 С.С. Богданов, А.В. Лазарев
НАКОПЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВЕГЕТАТИВНЫМИ ОРГАНАМИ ШЕЛКОВИЦЫ (MORUS ALBA L.)*
Экспериментально установлено различие в накоплении химических веществ вегетативными органами и семенами шелковицы. Доминируют C, O, Al, Ca, Mg, Si. В листе отсутствует Cu.
Ключевые слова: шелковица белая, стебель, лист, химические вещества.
S.S. Bogdanov, A.V. Lazarev CHEMICAL ELEMENT ACCUMULATION BY THE VEGETATIVE ORGANS OF A MULBERRY (MORUS ALBA L.)
The difference in the chemical substance accumulation by the vegetative organs and seeds of a mulberry is experimentally determined. C, O, Al, Ca, Mg, Si dominate. There is no Cu in a leaf.
Key words: white mulberry, stalk, leaf, chemical substances.
Шелковица белая (Morus alba L.) - многолетнее древесное растение, широко культивируемое в России. Листья очередные, простые. Цветки раздельнополые, мужские и женские, расположены на различных деревьях. У шелковицы белой соплодия белого, кремового, красного, темно-фиолетового или же практически черного цвета. У шелковицы черной они постоянно черные.
Шелковица культивируется на всех континентах земного шара. Ее выращивают в Средней Азии, на Кавказе и в целом на юге СНГ, в Белгородской [1] и Воронежской областях, на побережье Средиземного моря, во Франции, Болгарии, Сербии, Румынии, в Индии, Персии, Аравии, в Германии, на Филиппинских островах, в Австралии, Японии, Корее. Китай, Япония и Корея вместе образуют один крупнейший восточноазиатский центр происхождения большинства форм шелковицы [2].
Все части растения используют в народной медицине [3]. В лечебных целях в народной медицине используются соплодия, листья, корни. Экстракт обладает антибактериальной активностью по отношению к грамположительным бактериям [4]. В китайской медицине отвары, настойки, сок соплодий применяют при гипертонической болезни (для снижения кровяного давления), как ранозаживляющее, при заболеваниях сердечно-сосудистой системы [5].
Свежие плоды и сок - при раке. В Японии используют отвар с рисовой водкой при утомлении [6]. В Азербайджане используют почки при сахарном диабете [7,8].
Из встречающихся в природе элементов 81 обнаружен в организме человека. Из них 15 признаны жизненно необходимыми. Макро- и микроэлементы находятся в наиболее доступной и усвояемой форме, поэтому оказывают несомненный терапевтический эффект в лечении человека [9,10]. Следовательно, определение элементного состава вегетативных органов шелковицы является весьма актуальным.
Растения, являясь специфическими индикаторами изменений, происходящих в окружающей среде, фиксируют эти перемены изменением химического состава разных органов, биологических и анатомоморфологических признаков. Зафиксирована зависимость накопления веществ от климатических условий [11,12]. Причем показатели содержания этих вещества в различных органах существенно различаются. Содержание витаминов в различных частях Morus alba зависит также от фенологических фаз. Накопление различных химических элементов в листьях, семенах, стеблях в зависимости от антропогенного фактора является менее изученным. В связи с этим целью настоящего исследования является выявление уровня накопления химических элементов в побегах шелковицы в условиях Белгородской области.
* Работа выполнена при поддержке внутривузовского гранта ВКГ 089-10 (БелГУ).
Материал и методы
Morus alba L. была собрана в августе 2009 года в с. Мухоудеровка Алексеевского района Белгородской области [13], наиболее благополучном в экологическом отношении. Проведена полевая диагностика частей растения путем внешнего осмотра. Исследование содержания химических элементов проводилось на растровом электронном ионном микроскопе Quanta 2003-D с использованием метода рентгеноспектрального микроанализа.
Осуществлялся анализ энергодисперсионного спектра вегетативных частей растения при помощи методики EDAX.
Результаты и их обсуждение
Используемый рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) позволил определить элементный состав исследуемого материала по возбуждаемому в них характеристическому рентгеновскому излучению. Анализ распределения элементов был выполнен в качественном и количественном виде. Качественный анализ определил тип элементов, входящих в состав исследуемого участка образца. После качественного анализа провели количественный анализ в отдельно выбранных точках.
В результате проведенных исследований были получены спектры различных частей шелковицы (табл., рис. 1-4).
0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.80 3.20 3.60 4.00 keV
Рис. 1. Спектральный качественный состав верхнего листа шелковицы
На спектрах по горизонтальной оси показано распределение элементов по энергии, по вертикальной -распределение элементов по интенсивности. Буквы К, L (написанные после названия элемента) обозначают энергетические уровни, на которых расположены электроны элемента. Wt - массовая доля элемента, %; А1 - атомная доля элемента, %.
с
li I
1 Я Л1 1 Са
S к 4— Са
0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 2.40 2.60 3.20 3.60 4.00 keV
Рис. 2. Спектральный качественный состав нижнего листа шелковицы
Анализ содержания химических элементов стебля позволил сделать вывод: образующего всего элементов 10 (С, О, Мд, А1, Si, Са, Р, Э, К, Си). Ведущее значение занимают С, О, А1, Са (рис. 3, табл.).
Я °
О.60 1.20 1.80 2.40 3.00 3.60 4.20 4.80 5.40 кеУ
Рис. 3. Спектральный качественный состав стебля шелковицы В черешке листа больше всего накапливаются С, О, К. Медь отсутствует (рис. 4, табл.).
С
0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 кеУ
Рис. 4. Спектральный качественный состав черешка верхнего листа
Данные, полученные в результате анализа энерго-дисперсионного спектра побегов при помощи методики EDAX, позволяют сделать вывод, что лист, стебель отличаются по процентному содержанию всех входящих в них элементов. Химические элементы, входящие в состав шелковицы, оказались преимущественно идентичными химическим элементам, встречающимся в окружающей среде: С, O, Mg, А, Ca, P, Б, К, Си.
Причем эти элементы в разных частях растения присутствуют в различной концентрации (см. табл. 1).
Сводная таблица по химическому составу отдельных частей шелковицы, %
Химический элемент Стебель Черешок Лист Семя
Wt Wt Wt Wt
С 68,97 76,31 64,41 72,59 58,36 66,73 78,28 83,70
О 26,34 21,88 29,67 25,10 35,59 30,55 18,93 15,20
Мд 0,27 0,14 0,21 0,12 0,09 0,05 0,26 0,14
А1 1,43 0,71 1,20 0,60 0,13 0,07 0,67 0,32
а 0,07 0,03 0,16 0,08 3,95 1,93 0,04 0,02
р 0,18 0,08 0,16 0,07 0,12 0,05 0,65 0,27
Э 0,09 0,04 0,11 0,04 0,08 0,03 0,22 0,09
К 0,94 0,32 2,35 0,81 0,62 0,22 0,40 0,06
Са 1,13 0,38 1,74 0,59 1,05 0,36 0,18 0,03
Си 0,58 0,12 - - - - 0,26 0,05
Аналогичные анализы химического состава листа и черешка показали наличие 9 химических элементов: причем в наибольших концентрациях, кроме вышеуказанных, накапливаются еще Мд, Бі (см. рис. 3,4; табл.).
В результате сравнительного анализа можно сделать вывод, что на одном растении концентрация различных химических веществ в разных частях далеко не одинакова. Так, в семени и стебле доминирует по сравнению с другими частями растения только С: в стебле в весовых процентах - 68,97%, а атомных процентах - 76, 31%; в семени - 78,28 и 83,70 % соответственно. Лист по наличию Бі превзошел стебель на
3, 88 весовых %, на 1, 9 - атомных %. Это объясняется тем, что листья крапивоцветных, в том числе и шелковицы, покрыты волосками, которые пропитаны соединениями кремния. В основании волоска располагается цистолит, содержащий кальций [13, 14] (рис. 5).
Рис. 5. Простой волосок шелковицы с цистолитом
Заключение
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что шелковица достаточно хорошо адаптирована к антропогенным условиям произрастания. Известно, что все органы шелковицы подвержены воздействию изменения среды, особенно температуры. Однако установлено, что в условиях Белгородской области сохранились в различных районах высокорослые деревья шелковицы. Следовательно, она может размножаться как плодовая культура и с медицинским значением. Поэтому необходимо выяснить наличие микроэлементов, особенно тяжелых металлов. Данные, полученные в результате анализа энергодисперсионного спектра растения при помощи методики EDAX, позволяют утверждать, что лист, стебель, семя Morus alba L. отличаются по процентному содержанию всех входящих в них элементов. Анализ содержания химических элементов стебля позволил сделать вывод, что химические элементы, входящие в состав шелковицы, оказались преимущественно идентичными химическим элементам, встречающимся в окружающей среде. Всего обнаружено 10 элементов (C, O, Mg, Al, Si, Ca, P, S, K, Cu). Ведущее значение занимают C, O, Al, Ca (см. рис. 3, табл.). Следует отметить, что в семенах обнаружены все вышеуказанные элементы. Наибольшее количество характерно для углерода, кислорода, алюминия и фосфора.
Аналогичные анализы химического состава листа и черешка показали наличие 9 химических элементов, причем в наибольших концентрациях кроме вышеуказанных обнаруживаются еще Mg, Si. В побегах шелковицы не обнаружено тяжелых металлов, таких, как свинец, ртуть и др. Следовательно, шелковицу можно отнести к растениям-индикаторам экологической обстановки.
Благодарим за помощь в проведении анализов Центр коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».
Литература
1. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части России. - 10-е изд. - М.: Товарищество на-
учных изданий КМК, 2о0б. - 600 с.
2. Федоров А.И. Тутоводство. - М.: Гос. изд. сельхозлитературы,1954. - 408 с.
3. Мазнев Н.И. Энциклопедия лекарственных растений. - М.: Мартин, 2004. - 496 с
4. Nickell L.G. Antimicrobial activity of vascular plants // Econ. Bot. - 1959. - Vol. 13. - № 4. - Р. 281-318
5. Ибрагимов Ф.И. Ибрагимова В.С. Основные лекарственные средства китайской медицины. - М., 1860. - 411 с.
6. Слюнин Н.В. Туземные лекарства в народной медицине на Дальнем Востоке // Медицинские прибавления к морским сборникам. - 1889. - №1. - С. 37-82
7. Растительные ресурсы СССР. Цветковые растения, их химический состав, использование. - Л.: Нау-
ка, 1984. - С. 131-138
8. Алексеенко В.А. Химические элементы в окружающей среде и развитии организмов // Геохимия биосферы: мат-лы 2-го Междунар. совещ. - Новороссийск,1999. - С.106-111.
9. Кабата-Пендиас А., ПендиасХ. Микроэлементы в почвах и растениях. - М., 1989. - С.57-59.
10. Природные ресурсы и окружающая среда Белгородской области / П.М. Авраменко, П.Г. Акулов,
Ю.Г. Атанов [и др.]; под ред. С.В. Лукина. - Белгород, 2007. - 556 с.
11. Природные ресурсы и состояние Белгородской области: атлас / отв. ред. Ф.Н. Лисецкий; ред. В.А. Ха-
санов, Е.Г. Глазунов. - Белгород: БелГУ, 2005. - 170 с.
12. Растительное сырье СССР / под ред. М.М. Ильина. - М.-Л.: Изд-во Акад. наук СССР, 1949. - Т.1. - 574 с.
13. Лазарев А.В. Изучение плодовой шелковицы в условиях Белгородской области // Нетрадиционное растениеводство. Экология и здоровье: мат-лы XVII Междунар. симп. - Симферополь, 2008. - С. 260-262.
14. Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений: учеб. для вузов / Т.И. Серебрякова, Н.С. Воронин, А.Г. Еленевский [и др.]. - М.: Академкнига, 2006. - 543 с.
15. Лотова Л.И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений: учеб. - Изд. 3-е, испр. - М.: Ком-
Книга, 2007. - 512 с.
---------♦'-----------
УДК 630* 907.1 С.А. Чжан
ЗОНИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ДЛИТЕЛЬНОМУ ТЕХНОГЕЗУ
Проведены исследования состояния хвойных древостоев под воздействием длительного аэротех-ногенного загрязнения. Предложена наиболее оптимальная схема зонирования для лесных экосистем, подверженных длительному воздействию поллютантов, в районе г. Братска.
Ключевые слова: лесные экосистемы, поллютанты, зонирование, аэротехногенное загрязнение, картографический метод.
S.A. Chzhan
ZONING OF THE FOREST ECOSYSTEMS EXPOSED TO THE LONG-TERM TECHNOGENESIS
The research of the coniferous forest stand condition under the influence of long-term aerotechnogenic pollution are conducted. The most optimal scheme of zoning for the forest ecosystems being exposed to the long-term pollutant effect in the Bratsk Town area is offered.
Key words: forest ecosystem, pollutants, zoning, aerotechnogenic pollution, cartographic method.
Введение
В настоящее время не существует единого подхода к зонированию лесов, подверженных длительному аэротехногенному загрязнению. На основании обзора технической и научной литературы по данному вопросу следует отметить некоторые общие тенденции в подходе к зонированию воздействия промвыбросов на древостой. В основу положено сочетание содержания промвыбросов в атмосфере и состояния насаждений. В остальном расхождения довольно значительны.
