CC BY
17
ЭКОЛОГИЯ
Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2021. Т. 21, вып. 4. С. 478-487
Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2021, vol. 21, iss. 4, pp. 478-487 https://ichbe.sgu.ru https://doi.org/10.18500/1816-9775-2021 -21 -4-478-487
Научная статья УДК 574.24:615.322
Накопление тяжелых металлов и мышьяка лекарственным растительным сырьем лопуха обыкновенного, заготовленным в Воронежской области
Н. А. Дьякова
Воронежский государственный университет, Россия, 394006, г. Воронеж, Университетская пл., д. 1
Дьякова Нина Алексеевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии, Ninochka_V89@mail.ru, https://orcid. org/0000-0002-0766-3881
Аннотация. Воронежская область традиционно является важнейшим районом растениеводства и земледелия. Целью исследования являлось изучение загрязнения тяжелыми металлами лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере корней лопуха обыкновенного, заготовленных в урбо- и агроэкосистемах, испытывающих на себе различное антропогенное воздействие. Изучалось накопление тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия, никеля, меди, цинка, кобальта, хрома) и мышьяка в 51 образце сырья. Сравнивая данные по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона и содержание этих элементов в корнях лопуха обыкновенного, можно предполагать наличие значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикантов корнях лопуха обыкновенного, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. При этом данный вид лекарственного растительного сырья способен избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (медь и цинк). Таким образом, для лопуха обыкновенного в условиях антропогенной нагрузки происходит формирование эдафоти-па, формирующегося в результате действия отбора в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям.
Ключевые слова: Воронежская область, лопух обыкновенный, свинец, ртуть, кадмий, никель, медь, цинк, кобальт, хром
Для цитирования: Дьякова Н. А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка лекарственным растительным сырьем лопуха обыкновенного, заготовленным в Воронежской области // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2021. Т. 21, вып. 4. С. 478-487. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2021-21-4-478-487
Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0)
Article
Accumulation of heavy metals and arsenic with medicinal herbal raw material of common shovel harvested in Voronezh region
N. A. Dyakova
Voronezh State University, 1 University pl., Voronezh 394006, Russia
Nina A. Dyakova, Ninochka V89@mail.ru, https://orcid.orq/0000-0002-0766-3881
Abstract. The Voronezh region is traditionally the most important area of crop production and agriculture. The purpose of the research was to study the contamination with heavy metals of medicinal plant raw materials of the Voronezh region using the example of the roots of ordinary burdock, prepared in urbo- and agro-ecosystems, which have various anthropogenic effects on themselves. The accumulation of heavy metals (lead, mercury, cadmium, nickel, copper, zinc, cobalt, chromium) and arsenic in 51 samples of raw materials was studied. By comparing the heavy metal content in the upper soil layers of the region and the content of these elements in the roots of the bladder, it can be assumed that there are significant physiological barriers to the accumulation of ecotoxicants in the roots of the bladder, which is especially noticeable for elements such as lead, mercury, arsenic, cadmium, cobalt and chromium. At the same time, this type of medicinal vegetal raw material is able to selectively concentrate some heavy metals included in the active centers of enzyme systems (copper and zinc). Thus, for an ordinary bladder under conditions of anthropogenic load, an edaphotype is formed, which is as a result of selection in conditions of anthropogenic pollution of the external environment and the manifestation of adaptation to these conditions. Keywords: Voronezh region, ordinary bladder, lead, mercury, cadmium, nickel, copper, zinc, cobalt, chrome For citation: Dyakova N. A. Accumulation of heavy metals and arsenic with medicinal herbal raw material of common shovel harvested in Voronezh region. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2021, vol. 21, iss. 4, pp. 478-487. https://doi. org/10.18500/1816-9775-2021-21-4-478-487
This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0)
Введение
На сегодняшний день в медицинской и фармацевтической практике нашей страны применяется более 6 тысяч лекарственных препаратов на основе лекарственного растительного сырья. Значительный интерес к таким лекарственным средствам объясняется тем, что фитопрепараты обладают хорошим терапевтическим эффектом и относительной безвредностью. Большая доля заготовок фитосырья расположена в европейской части Российской Федерации, отличающейся значительной плотностью населения, высокой активностью хозяйственной деятельности, развитием транспортных магистралей. В связи с этим увеличивается угроза сбора растительного сырья в экологически неблагоприятных районах и возрастает актуальность выявления влияния антропогенного загрязнения на химический состав растений [1, 2].
Рудеральным видом, сырье которого заготавливается от дикорастущих особей, является лопух обыкновенный (Arctium lappa L.) -двулетнее, травянистое растение высотой 50150 см, обладающее выраженным потогонным, мочегонным, желчегонным действием. Широкое применение обусловлено богатым химическим составом корней лопуха обыкновенного, основу которого составляют водорастворимые полисахариды (до 44% инулина), горькие гликозиды, дубильные вещества, эфирные масла, каротин, органические кислоты, макро- и микроэлементы [3, 4]. При этом известно, что лопух обыкновенный хорошо накапливает фосфор, хром, медь, цинк [5].
Цель исследования - изучение загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере корней лопуха обыкновенного,
заготовленного в урбо- и агроэкосистемах, испытывающих на себе различное антропогенное воздействие.
Материалы и методы
Выбор районов для сбора образцов на территории Воронежской области обусловлен особенностями воздействия человека (табл. 1, рисунок): химические промышленные предприятия (23, 24, 28); теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) (27); атомная электростанция (АЭС) в г. Новово-ронеж (8); международный аэропорт им. Петра I (30); улица г. Воронежа (ул. Димитрова) (31); высоковольтные линии электропередач (ВЛЭ) (9); Воронежское водохранилище (29); малые города (г. Борисоглебск (25), г. Калач (26)); зона значительного месторождения никелевых руд (4); районы, находящиеся в зоне радиоактивного загрязнения после аварии на Чернобыльской АЭС (5-7); районы активного ведения сельского хозяйства (10-22); фон (для сравнения) - заповедные территории (1-3)). Также проводили отбор проб вдоль дорог разной степени загруженности: лесная зона (32) - трасса М4 «Дон», лесостепная зона (33)) - трасса А144 «Курск-Саратов», степная зона (34) - трасса М4 «Дон», проселочная автомобильная дорогая малой загруженности (35) и железная дорога (36).
Сбор лекарственного растительного сырья проводили согласно требованиям по заготовке: корни лопуха обыкновенного выкапывали в сухую погоду в конце апреля - начале мая, подвяливали на солнце, очищали от земли, затем разрезали на куски по 10-15 см и сушили при температуре 40°С.
Анализ образцов корней лопуха обыкновенного проводился на аналитическом комплексе на базе атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915МД по фармакопейным методикам [4].
-ь
00 о
Таблица 1 / Table 1
Средние значения концентрации тяжелых металлов и мышьяка в образцах лекарственного растительного сырья лопуха обыкновенного (Arctium lappa L.) Average values of concentration of heavy metals and arsenic in samples of medicinal plant raw materials of common burdock (Arctium lappa L.)
№ Район сбора / Area of collecting Содержание элемента, мг/кг / Element content, mg/kg
Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn
1 Воронежский биосферный заповедник / Voronezh biosphere reserve 0,59 0,004 0,04 0,26 2,16 2,32 3,53 7,84 29,08
2 Хоперский заповедник / Khopyor reserve 0,88 0,003 0,02 0,20 2,76 3,09 2,17 8,29 33,96
3 Борисоглебский район / Borisoglebsk district 0,63 0,003 0,03 0,14 2,08 2,67 3,21 9,52 35,74
4 с. Елань-Колено / village of Elan-Koleno 0,87 0,004 0,07 0,18 2,14 5,72 3,51 10,63 37,95
5 с. Нижнедевицк/ village of Nizhnedevitsk 1,14 0,004 0,12 0,17 1,05 4,96 4,60 8,84 25,63
6 г. Острогожск / city of Ostrogozhsk 2,17 0,005 0,11 0,25 2,94 6,76 5,37 11,60 45,74
7 г. Семилуки / city of Semiluki 1,86 0,004 0,14 0,27 3,15 5,23 6,17 9,34 44,17
8 г. Нововоронеж/ city of Novo Voronezh 1,74 0,005 0,02 0,19 1,86 3,90 3,12 6,46 26,83
9 ВЛЭ (Нововоронежский городской округ) / High-voltage power t ransmission lines (Novovoronezhsky city district) 2,08 0,004 0,12 0,34 3,78 6,10 3,93 7,75 32,05
10 Лискинский р-н / Liskinsky district 2,27 0,005 0,15 0,20 1,37 5,32 5,74 8,88 27,47
11 Ольховатский р-н / Olkhovatsky district 1,54 0,004 0,17 0,30 3,14 6,14 3,84 9,16 34,91
12 Подгоренский р-н / Podgorensky district 2,17 0,003 0,11 0,30 3,76 3,00 5,82 7,58 30,07
13 Петропавловский р-н / Peter and Paul district 2,72 0,003 0,10 0,17 1,57 3,24 6,54 8,59 29,58
14 Грибановский р-н / Gribanovsky district 2,56 0,004 0,15 0,31 4,20 3,52 7,40 10,64 36,90
15 Хохольский р-н / Hokholsky district 2,21 0,005 0,09 0,21 4,04 5,86 2,48 8,40 41,90
16 Новохоперский р-н / New Khopyor district 2,17 0,004 0,07 0,20 3,65 2,88 3,69 7,44 29,01
17 Репьевский р-н / Repyevsky district 2,08 0,005 0,17 0,28 4,15 4,16 4,06 9,35 31,02
18 Воробьевский р-н / Vorobyevsky district 1,12 0,005 0,10 0,16 3,78 3,09 5,26 8,49 21,04
19 Панинский р-н / Paninsky district 2,00 0,004 0,16 0,31 2,85 7,13 3,71 10,56 44,18
20 Верхнехавский р-н / Verkhnekhavsky district 2,16 0,004 0,15 0,36 2,74 5,32 6,20 9,38 39,39
21 г. Эртиль / city of Ertil 2,02 0,003 0,09 0,20 3,52 3,03 4,88 10,03 48,17
22 Россошанский р-н / Rossosh district 2,59 0,004 0,17 0,31 4,04 5,22 5,10 7,84 37,22
23 Вблизи ОАО «Минудобрения» (г. Россошь) / Near O.TSC «Minudobriya» (city of Rossoch) 4,11 0,005 0,22 0,60 4,57 13,36 12,52 12,24 76,37
24 Вблизи ООО «Бормаш» (г. Поворино) / Near LLC «Bormash» (city of Povorino) 4,88 0,005 0,27 0,81 5,94 10,27 9,53 15,00 62,01
25 г. Борисоглебск / city of Borisoglebsk 2,32 0,005 0,15 0,29 4,14 8,50 8,80 8,96 59,04
26 г. Калач / city of Kalach 2,73 0,005 0,12 0,25 3,12 9,38 7,05 9,45 55,39
27 Вблизи ТЭЦ «ВОЕРЭС» (г. Воронеж) / Near "VOGRES" Thermal Power Plant (city of Voronezh) 1,15 0,006 0,07 0,67 2,84 7,12 9,06 7,75 60,28
28 Вблизи ООО «Сибур» (г. Воронеж) / Near LLC "Sibur" (city of Voronezh) 3,81 0,006 0,08 0,42 3,51 9,20 6,29 9,22 70,36
О]
G?
"О QJ rH
3
О P" n
n $
3 2 3 a
СП
3 §
о
3 i)
Uj
X §
О
3 i)
(VI
о
(VI
г-н
rvj
О] Cr
3
3
Си
x:
X 3 Сг
Зс О
Й §
№ Район сбора / Area ol collecting Содержание элемента, мг/кг / Element content, mg/kg
Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn
29 Вдоль водохранилища (г. Воронеж) / Along the reservoir (city of Voronezh) 2,76 0,005 0,10 0,32 3,72 3,33 5,25 5,31 39,01
30 Вблизи аэропорта / Near the airport 4,44 0,004 0,15 0,40 3,91 4,87 4,36 9,63 28,69
31 Улица г. Воронеж (ул. Ленинградская) / city of Voronezh Street (Leningrad Str.) 3,11 0,005 0,11 0,47 3,12 7,46 13,85 12,25 67,37
32 Вдоль трассы M4 (Рамонский р-н) / Along the М4 route (Ramon district) 3,66 0,004 0,28 0,53 2,97 6,09 8,63 15,78 57,49
33 100 м от трассы M4 (Рамонский р-н) /100 m from М4 Route (Ramon District) 2,05 0,005 0,25 0,46 2,84 4,99 7,69 11,53 42,08
34 200 м от трассы M4 (Рамонский р-н) / 200 m from М4 Route (Ramon District) 2,01 0,004 0,08 0,41 2,08 3,80 4,51 8,90 36,84
35 300 м от трассы M4 (Рамонский р-н) / 300 m from М4 Route (Ramon District) 1,15 0,005 0,10 0,34 2,14 3,78 3,86 9,27 35,01
36 Вдоль трассы A144 (Аннинский р-н) / Along the А144 route (Anna district) 3,18 0,003 0,17 0,29 3,74 9,23 6,63 13,04 63,72
37 100 м от трассы A144 (Аннинский р-н) /100 m from the route A144 (Anna district) 2,89 0,004 0,12 0,27 3,12 7,07 7,80 11,55 55,17
38 200 м от трассы A144 (Аннинский р-н) / 200 m from the route A144 (Anna district) 2,01 0,004 0,12 0,23 2,98 6,31 6,31 9,75 41,05
39 300 м от трассы A144 (Аннинский р-н) / 300 m from the route A144 (Anna district) 1,52 0,003 0,04 0,18 2,94 5,38 3,85 9,59 32,98
40 Вдоль трассы M4 (Павловский р-н) / Along the М4 route (Pavlovsk district) 3,01 0,005 0,12 0,27 4,04 6,18 9,65 14,81 61,05
41 100 м от трассы M4 (Павловский р-н) /100 m from the M4 route (Pavlovsky district) 2,56 0,005 0,17 0,25 3,87 4,88 7,02 12,98 56,15
42 200 м от трассы M4 (Павловский р-н) / 200 m from the M4 route (Pavlovsky district) 2,08 0,005 0,12 0,21 2,98 3,94 7,67 10,64 51,59
43 300 м от трассы M4 (Павловский р-н) / 300 m from the M4 route (Pavlovsky district) 1,97 0,005 0,09 0,15 3,15 3,42 4,26 9,49 42,77
44 Вдоль нескоростной дороги (Богучарский р-н) / Along the non-high-speed road (Boguchar district) 2,01 0,003 0,07 0,31 2,70 4,79 3,52 9,75 45,84
45 100 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) /100 m from non-high-speed road (Boguchar district) 1,72 0,003 0,04 0,27 2,54 4,86 4,09 8,60 41,73
46 200 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) / 200 m from non-high-speed road (Boguchar district) 1,41 0,003 0,04 0,25 2,42 3,38 3,86 8,25 37,16
47 300 м нескоростной дороги (Богучарский р-н) / 300 m from non-high-speed road (Boguchar district) 1,38 0,003 0,04 0,20 2,16 3,60 4,78 8,09 37,39
48 Вдоль железной дороги / Along the railroad 3,09 0,004 0,22 0,43 3,82 7,35 9,63 16,62 53,04
49 100 м от железной дороги /100 m from the railroad 2,14 0,004 0,24 0,41 3,51 5,07 5,72 14,23 49,63
50 200 м от железной дороги / 200 m from the railroad 1,06 0,003 0,18 0,37 3,26 4,20 4,12 10,56 42,46
51 300 м от железной дороги / 300 m from the railroad 1,01 0,003 0,17 0,31 3,17 3,75 4,22 8,79 39,95
Среднее содержание элемента в сырье / Average element content of raw material 2,17 0,004 0,12 0,31 3,14 5,38 5,78 9,97 43,21
Предельно допустимая концентрация / Threshold limit value 6,0 0,1 1,0 0,5 -
IMHLUKAH I )ii ПАП ь
1АМЬИВСКАЯ 0БЛАС1 L
УСМЗН1:
MopflOBO
48-51
Землянг; Ртчонь j Краснслескый « 27-35 20 3uriM,t.2i
15 _ .7"^teriuEb
СемИлйки11'
5
Ннгнндеяии
- С I
n Uj < L I
fer ч ct-™nf
"Уваюь^'
г
Вемйлой! :
Н_ороне л
тяга
И.ГС^НП" 'iB I 'i. JOIMHrbf
g Рявчеека . I Ылронс^
17
Ж. 5еЬч»ыГ
Смаюе,-, РоШШ TuiCapu^-..
36-39 14 Гр.ЩмНОВСКИЙ
ApXOiifL'ilf.rL'i-
Троицкое
2 т л Поворчу'
Ana
Kc icHuue
Красное '
Але icete^i LLI]niiJuilUKAH UallALIL
raripne''
10
'■Ihckis
.Ьл&с.-.чодепй 24'
в^Острогожск К аменкл1"' Татарию
Ни кний Крлглйи
Б^гурлимовк-а
18
Scpofc-fbhi 1
16
В$инаев1и ¡р «
ж 40-43
12 ТГвшпвск ПаогфрйиаЛ
11
'"'Россошь
22-23
оКаЛвпва
NnrnMv.oa«ek- И-
"Урющ'-чс:!.
НонйшинеМй.
26
кйИЗ»
Ll ipjyi
! r-isi;ia
■Агеи;еезс: as
BUJlHI I pMUEKA! jbilAL Ь
• ., i ' 1цгрс,'Рс-ЮБгс 13
-'oL-tKpi'ii 4447
r; Jk .Ноеой?пэч Тэлы Вогляар 1 . ■137
F I H К <,K,W
-'Сдащеаеная
^МГДОНоКая
ivuril LliJITpV^JI .-U _
■ Серафимович
E3
en
ВОРОНЕЖСКАЯ US ПАС! Ь
Карта отбора образцов (обозначения см. табл. 1) (цвет online) Sampling card (designations see Table 1) (color online)
В образцах определяли концентрацию наиболее токсичных элементов: свинца, мышьяка, ртути, кадмия, никеля, цинка, кобальта, хрома и меди. Каждое определение проводили троекратно. Результаты исследований проверялись методами математической статистики.
Результаты и их обсуждение
Средние значения содержания тяжелых металлов и мышьяка в отобранных образцах корней лопуха обыкновенного представлены в табл. 1.
Содержание элементов так называемой «страшной троицы» - свинца, ртути, кадмия в отобранных образцах лекарственного растительного сырья лопуха обыкновенного не превышает установленных фармакопейной статьей норм [4].
Концентрация свинца в изучаемых корнях лопуха обыкновенного варьировала от 0,59 до 4,88 мг/кг. Все образцы соответствуют требованиям фармакопейной статьи по содержанию данного элемента. Наиболее высокие концентрации свинца отмечены в изучаемых образцах с территорий, расположенных вблизи промышленных предприятий ООО «Сибур», ООО «Бор-маш», ОАО «Минудобрения», вблизи аэропорта,
на улице г. Воронежа, вдоль трассы М4 и вдоль железнодорожного полотна. Сравнивая полученные значения с содержанием свинца в почвах районов, в которых производился сбор образцов (от 1,71 до 34,57 мг/кг) [5, 6], можно сделать вывод о малом накоплении металла корнями лопуха обыкновенного. Данный факт можно связать с низкой растворимость свинца в почвенном растворе, а также способностью его образовывать устойчивые комплексы с почвенными коллоидами, что делает элемент малодоступным для растения [7-10].
Содержание солей ртути в изучаемых объектах невысоко и колебалось от 0,003 до 0,006 мг/кг, что более, чем в десять раз меньше предельно допустимой концентрации, установленной фармакопейной статьей в 0,1 мг/кг. Концентрация ртути в почвах районов произрастания анализируемых корней лопуха обыкновенного значительно больше - от 0,01 до 0,24 мг/кг [6]. Ртуть способна образовывать прочные ртутьорганические комплексы в почвенном растворе с органическими и неорганическими кислотами, что делает ее малодоступной для растений [7, 8].
Концентрация кадмия в корнях лопуха обыкновенного, заготовленного на территории Воронежской области, варьировала от 0,02 до 0,28 мг/кг и не превышала предельно допустимой концентрации, установленной фармакопейной статьей в 1,0 мг/кг. Концентрация кадмия в почвах изучаемых территорий варьировала от 0,02 до 0,71 мг/кг [6]. Анализ полученных результатов показал наличие обратной пропорциональности между содержанием металла в почве и в изучаемом виде сырья. При низкой концентрации кадмия в верхних слоях почв, элемент накапливался примерно в такой же концентрации в корнях лопуха обыкновенного (например, для образцов контрольных зон), а при повышении содержания металла в почве степень его накопления в анализируемом сырье значительно снижалась (например, в образах, собранных вдоль автомобильных трасс М4 и А144) [11,12].
Концентрация мышьяка, который в небольших количествах является жизненно необходимым элементом, участвующим в обмене фосфора, варьировала в корнях лопуха обыкновенного от 0,14 до 0,81 мг/кг. Содержание элемента в почвах изучаемых территорий отмечена на уровне от 0,55 до 3,81 мг/кг [6], что говорит о невысоком уровне накопления растительным сырьем данного токсиканта, что, вероятно, связано с наличием физиологического барьера, препятствующего избыточному поступлению мышьяка, который в больших количествах вызывает замедление роста растения и клеточный плазмоз [11].
Концентрация никеля в корнях лопуха обыкновенного отмечена в диапазоне варьирования от 1,37 до 5,94 мг/кг. При этом накопление никеля в корнях лопуха обыкновенного нельзя считать значительным. Так, уровень его содержания в верхних слоях почв изучаемых территорий на порядки выше - от 2,23 до 98,25 мг/кг [6]. По-видимому, в данном случае происходит блокировка растением накопления избытка токсиканта, вызывающего подавление процесса транспирации, остановку роста и развития растения [11, 13].
Уровень накопления хрома в корнях лопуха обыкновенного Воронежской области составил 1,37-5,94 мг/кг и является также невысоким при сопоставлении с содержанием хрома в верхних слоях почв (от 2,53 до 45,16 мг/кг) [6]. При низком содержании хрома в почве заповедных территорий, элемент накапливался в растительном сырье достаточно эффективно. Однако на территориях, испытывающих значительное антропогенное воздействие (на улицах городов, вблизи промышленных предприятий, вблизи
транспортных магистралей), корни лопуха обыкновенного содержали хром в концентрациях, значительно более низких, чем содержание его в верхних слоях почв. Это объясняется тем, что хром является жизненно необходимым для растительного организма элементом, активизирующим ряд биохимических процессов и ферментов, но избыток его может вызывать повреждение корней, поэтому возможно предположить наличие физиологических механизмов блокирования избыточного накопления хрома [8, 14].
Уровень накопления кобальта в корнях лопуха обыкновенного Воронежской области составил 2,17-13,85 мг/кг. Концентрация кобальта в почвах области гораздо значительнее - от 1,84 до 21,78 мг/кг [6]. При избытке кобальта в почвенном растворе происходит торможение поглощения и транспортировки других жизненно важных элементов (железа, марганца). Вероятно, с этим связано развитие механизмов физиологического барьера, препятствующего чрезмерному накоплению данного металла [15, 16].
Для корней лопуха обыкновенного отмечена способность к накоплению меди. Так, при содержании металла в почвах изучаемых территорий на уровне от 3,30 до 65,38 мг/кг [6], концентрация его в лекарственном растительном сырье составляла 5,31-16,62 мг/кг. В ряде (в 22 из 51) образцов сырья лопуха обыкновенного, особенно произраставших на контрольных территориях и в условиях агробиоценозов, концентрация данного элемента в сырье выше, чем в почвах соответствующих районов. Медь - физиологически важный элемент, участвует в процессе фотосинтеза, активизирует углеводный и азотный обмены, повышает сопротивляемость растительного организма к инфекционным заболеваниям, увеличивает засухоустойчивость [12, 17, 18].
Корни лопуха обыкновенного активно накапливают цинк, содержание которого в образцах варьировало от 21,04 до 76,37 мг/кг, при концентрации металла в верхних слоях почв анализируемых территорий от 9,58 до 154,45 мг/кг [6]. Примерно в половине изученных образов концентрация металла в сырье лопуха обыкновенного оказалось выше, чем в почве мест произрастания. Достаточно высокая степень накопления элемента связана со значительной физиологической потребностью растения в данном элементе. Так, цинк активирует более 300 ферментов, участвует в образовании хлорофилла, является составной частью более 40 ферментов, активизирует метаболизм углеводов, протеинов, фосфатов, повышает устойчивость к патогенам, жаро- и засухоустойчивость. Для цинка, как и для меди, заметных физиологиче-
ских барьеров накопления элементов из почв лекарственным растительным сырьем лопуха обыкновенного не отмечено: при повышении концентрации металла в почве содержание его в лекарственном растительном сырье также заметно увеличивалось [6, 12, 18].
На основании полученных данных можно предполагать, что для лопуха обыкновенного в условиях антропогенной нагрузки происходит формирование экотипа, формирующегося под влиянием почвенно-грунтовых условий в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям. Аналогичное формирование эдафотипов с имеющимся выраженным физиологическим барьером к накоплению из почв токсичных элементов было отмечено и для других высших растений, заготовленных в различных с экологической точки зрения районах Воронежской области, - подорожника большого (на примере исследования листьев данного объекта), а также горца птичьего и полыни горькой (при изучении надземной части растений) [2, 19, 20].
Гипотеза о согласованности значений эксперимента проверялась путем анализа их распределения. Для данного рода исследований, связанных с оценкой выборочной дисперсии, наиболее часто используют Е-критерий Фишера [21], но при числе более двух он недостаточно эффективен, так как при этом в оценке участвуют только наибольшая и наименьшая дисперсии, в связи с чем для проверки однородности дисперсий применяют С-критерий Кохрена [22].
Оценка значимости исследуемых данных в целом осуществляется при помощи параметрического Е-критерия Фишера (^-распределения), который служит для определения достоверности различий между дисперсиями полученных результатов и показывает уровень однородности данных в выборках [23]. Для получения значений указанных критериев произведем расчет арифметического среднего - Хср; стандартной ошибки - Ях; дисперсии - Я2; стандартного отклонения (оно же среднеквадратиче-ское отклонение, коэффициент вариации) - Я (табл. 2).
Таблица 2 / Table 2
Внутригрупповая обработка значений содержания концентрации тяжелых металлов Intra-group treatment of heavy metal concentration values
Наименование исследуемых параметров/ Name parameters to be examined Хср S S2 Sx F F табл G G крит
Свинец / Lead 2,17235 0,94212 0,88759 0,13192
Ртуть / Mercury 0,00417 0,00086 7,4x10"7 0,00012
Кадмий / Cadmium 0,12313 0,06354 0,00403 0,00889
Мышьяк / Arsenic 0,30745 0,13408 0,01797 0,01877
Никель / Nickel 3,13784 0,8856 0,78428 0,12400 2,33 1,37 0,89 0,06
Хром / Chrome 5,37686 2,23428 4,99202 0,31286
Кобальт / Cobalt 5,78156 2,46112 6,05714 0,34462
Медь / Copper 9,97333 2,34972 5,52120 0,32902
Цинк / Zinc 43,2084 12,78726 163,514 1,79057
Представленный в табл. 2 анализ по выборке содержания тяжелых металлов в сравнении между собой показывает их статистическую незначимость Е > Етабл и С > Скрит, в большей степени зависящую от большого разброса параметров (различия размерности) содержания вещества, следовательно, для проведения более достоверной оценки целесообразно рассматривать сравнение содержания металлов по регионам (табл. 3).
Из анализа данных табл. 3 следует, что исследование параметров концентрации тяжелых металлов среди районов сбора сырья позволили
получить значения Е = 0,46 < Етабл = 1,38 и С = 0,048 < Скрит = 0,17, что обусловливает гипотезу об однородности данных, и подтверждает, результаты эксперимента статистически надёжны и не имеют случайных событий.
Заключение
Был проанализирован 51 образец корней лопуха обыкновенного, заготовленных в различных по уровню антропогенного воздействия районах Воронежской области, на предмет содержания тяжелых металлов и мышьяка. Сравнивая данные по содержанию тяжелых металлов в верхних сло-
Таблица 3 / Table 3
Межгрупповая обработка значений содержания концентрации тяжелых металлов Intergroup treatment of heavy metal concentration values
№ п/п Хср S S2 Sx № п/п Хср S S2 Sx
1 2,0930 2,6551 7,0495 0,93872 27 3,5833 3,7790 14,2807 1,33607
2 2,1766 2,7649 7,6446 0,97753 28 4,0670 3,8528 14,8439 1,36216
3 2,2854 3,1853 10,1462 1,12618 29 2,5994 2,2156 4,9088 0,78333
4 2,8905 3,7142 13,7956 1,31318 30 3,4705 3,2578 10,6132 1,15180
5 2,6105 3,2035 10,2621 1,13259 31 5,0469 5,5215 30,4869 1,95214
6 3,6506 4,0691 16,5579 1,43866 32 4,7430 5,3876 29,0258 1,90479
7 3,2705 3,3925 11,5090 1,19942 33 3,7269 4,1127 16,9146 1,45407
8 2,1619 2,2618 5,1157 0,79967 34 2,7243 3,0038 9,0227 1,06200
9 3,0130 2,8992 8,4053 1,02502 35 2,5806 3,1138 9,6959 1,10091
10 2,9919 3,2860 10,7980 1,16179 36 4,5354 4,7637 22,6925 1,68421
11 3,0368 3,2717 10,7037 1,15670 37 4,1030 4,2716 18,2463 1,51023
12 2,8429 2,7934 7,8031 0,98762 38 3,4643 3,6189 13,0963 1,27947
13 2,8666 3,1897 10,1742 1,12773 39 2,9379 3,3311 11,0963 1,17773
14 3,5980 3,8005 14,4439 1,34368 40 4,7606 5,2754 27,8302 1,86515
15 2,9119 3,0349 9,2108 1,07301 41 3,9669 4,4289 19,6155 1,56587
16 2,5130 2,5304 6,4027 0,89462 42 3,4556 3,8785 15,0424 1,37124
17 3,0319 3,1471 9,9043 1,11267 43 2,8169 3,1681 10,0371 1,12011
18 2,7506 3,0319 9,1924 1,07194 44 2,8941 3,2693 10,6886 1,15589
19 3,3405 3,7624 14,1553 1,33019 45 2,7654 2,9908 8,9448 1,05740
20 3,2893 3,3911 11,4998 1,19895 46 2,4516 2,7829 7,7445 0,98390
21 2,9716 3,3694 11,3530 1,19127 47 2,5316 2,8434 8,0850 1,00530
22 3,1593 2,8793 8,2903 1,01798 48 5,1455 5,8008 33,6498 2,05091
23 5,9531 5,8521 34,2465 2,06901 49 3,9155 4,7116 22,1989 1,66579
24 5,8381 5,4570 29,7787 1,92934 50 2,9691 3,5360 12,5033 1,25016
25 4,1456 4,0552 16,4444 1,43372 51 2,6779 2,9991 8,9944 1,06033
26 4,0131 4,0605 16,4875 1,43559
ях почв региона и содержание этих элементов в сырье лопуха обыкновенного, можно утверждать о наличии значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикан-тов в растении, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, лопух обыкновенный способен избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, такие как медь и цинк). На основании этого можно предполагать, что для лопуха обыкновенного в условиях антропогенной нагрузки происходит формирование экотипа, формирующегося под влиянием почвенно-грунтовых условий в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям. Аналогичное формирование эдафотипов
с имеющимся выраженным физиологическим барьером к накоплению из почв токсичных элементов было отмечено и для других высших растений, заготовленных в различных с экологической точки зрения районах Воронежской области, - подорожника большого (на примере исследования листьев данного объекта), а также горца птичьего и полыни горькой (при изучении надземной части растений) [2, 19, 20].
Список литературы
1. Дьякова Н. А., Сливкин А. И., Гапонов С. П. Сравнение особенностей накопления основных токсических элементов цветками липы сердцевидной и пижмы обыкновенной // Вестник ВГУ Сер. Химия. Биология. Фармация. 2017. № 1. С. 148-154.
2. Дьякова Н. А., Сливкин А. И., Гапонов С. П. Изучение накопления тяжелых металлов и мышьяка и оценка
влияния поллютантов на содержание флавоноидов у Polygonum aviculare (Caryophyllales, Polygonaceae) // Вестник Камчатского технического государственного университета. 2019. № 48. С. 71-77.
3. Государственная фармакопея Российской Федерации. Изд. XIV. Т. 2. М. : ФЭМБ, 2018. 1423 с.
4. Попп Я. И., Бокова Т. И. Содержание меди в лекарственных растениях, произрастающих в поймах рек Иртыша и Оби // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2016. № 3. С. 100-107.
5. Зайцева М. В., Кравченко А. Л., Стекольников Ю. А., Сотников В. А. Тяжелые металлы в системе почва-растение в условиях загрязнения // Ученые записки Орловского государственного университета. Сер. Естественные, технические и медицинские науки. 2013. № 3. С. 190-192.
6. Дьякова Н. А. Оценка загрязнения тяжелыми металлами верхних слоев почв урбо- и агроэкосистем Центрального Черноземья // Вестник ИрГСХА. 2019. № 95. С. 19-30.
7. Семенова И. Н., Сингизова Г. Ш., Зулкаранаев А. Б., Ильбулова Г. Ш. Влияние меди и свинца на рост и развитие растений на примере Anethum graveolens L. // Современные проблемы науки и образования. 2015. Вып. 3. URL: http://science-education.ru/ru/article/ view?id=19568 (дата обращения: 10.02.2020).
8. Немерешина О. Н., Гусев Н. Ф., Петрова Г. В., Шайхутдинова А. А. Некоторые аспекты адаптации Polygonum aviculare L. к загрязнению почвы тяжёлыми металлами // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 1 (33). С. 230-234.
9. Rai A., Kulshreshtha K. Effect of particulates generated from automobile emission on some common plants // Journal of Food, Agriculture & Environment. 2006. Vol. 4. P. 253-259.
10. Шигабаева Г. Н. Тяжелые металлы в почвах некоторых районов г. Тюмени // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2015. №1. С. 92-102.
11. Попп Я. И., Бокова Т. И. Содержание кадмия в лекарственных растениях, произрастающих в поймах рек Иртыша и Оби // Вестник КрасГАУ. 2017. № 3. С. 105-113.
12. Попп Я. И., Бокова Т. И. Содержание цинка, меди и кадмия в различных видах лекарственных растений, произрастающих в поймах рек Иртыша и Оби // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2017. № 1. С. 84-92.
13. Austenfeld F. A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. // Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde. 1979. № 6. S. 769-777.
14. Sharma D. S., Chatterjee C., Sharma C. P. Chromium accumulation and its effects on wheat (Triticum aestivum L. cv. HD 2204) metabolism // Plant. Sci. 1995. № 2. Р. 145-151.
15. Cataldo D. A., Wildung R. Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants // Environ Health Perspect. 1978. December 27. Р. 149-159.
16. Buszewski B., Jastrzebska A., Kowalkowski T. Monitoring of Selected Heavy Metals Uptake by Plants and
Soils in the Area of Torun // Poland Polish Journal of Environmental Studies. 2000. Vol. 9, № 6. P. 511-515.
17. Speak A. F., Rothwell J. J., Lindley S. J., Smith C. L. Urban particulate pollution reduction by four species of green roof vegetation in a UK city // Atmospheric Environment. 2012. Vol. 61. P. 283-293.
18. Gupta G. P., Kumar B., Singh S., Kulshrestha U. C. Deposition and Impact of Urban Atmospheric Dust on Two Medicinal Plants during Different Seasons in NCR Delhi // Aerosol and Air Quality Research. 2016. № 16. P. 2920-2932.
19. Дьякова Н. А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями подорожника большого // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 232-239. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-232-239
20. Дьякова Н. А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка травой полыни горькой // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 4. С. 445-453. https://doi. org/10.18500/1816-9775-2020-20-4-445-453
21. Мойзес Б. Б., Плотникова И. В., Редько Л. А. Статистические методы контроля качества и обработка экспериментальных данных. Томск : Изд-во ТГПУ, 2016. 119 с.
22. Бондарчук С. С., Бондарчук И. С. Статобработка экспериментальных данных в MS Exel. Томск : Изд-во ТГПУ, 2018. 433 с.
23. ПучковН. П. Математическая статистика. Применение в профессиональной деятельности : учебное пособие. Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2013. 80 с.
References
1. Dyakova N. A., Slivkin A. I., Gaponov S. P. Comparison of features of accumulation of the basic toxic elements flowers of a linden heart-shaped and tansies ordinary. VSU bulletin. Series: Chemistry, Biology, Pharmacy, 2017, no. 1, pp. 148-154 (in Russian).
2. Dyakova N. A., Slivkin A. I., Gaponov S. P. Study of accumulation of heavy metals and arsenic and assessment of the influence of pollutants on the content of flavonoids in Polygonum aviculare (Caryophyllales, Polygonaceae). Journal of Kamchatka Technical State University, 2019, no. 48, pp. 71-77 (in Russian).
3. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossijskoj Federacii. Izdanie XIV [State Pharmacopeia of the Russian Federation. Edition XIV]. Moscow, FEMB Publ., 2018, vol. 2. 1423 р. (in Russian).
4. Popp Y. I., Bokova T. I. Copper content in medicinal plants growing in the catches of the rivers Irtysh and Obi. Journal of the Oman State Agrarian University, 2016, no. 3, pp. 100-107 (in Russian).
5. Zaytseva M. V., Kravchenko A. L., Stekol'nikov Y. A., Sotnikov V. A. Heavy metals in a system the soil plant in the conditions of pollution. Scientists notes of Oryol State University. Series: Natural, Technical and Medical Sciences, 2013, no. 3, pp. 190-192 (in Russian).
6. Dyakova N. A. Assessment of contamination by heavy metals of upper soil layers of urban and agro-eco-
systems of the Central Black Earth. Journal of the Irkutsk State Agricultural Academy, 2019, no. 95, pp. 19-30 (in Russian).
7. Semenova I. N., Singizova G. S., Zulkaranaev A. B., Il'bulova G. S. Effects of copper and lead on plant growth and development as exemplified by Anethum graveolens L. Modern Problems of Science and Education, 2015, iss. 3. Available at: http://science-education.ru/ru/ article/view?id=19568 (accessed 10 February 2020) (in Russian).
8. Nemereshina O. N., Gusev N. F., Petrova G. V., Shajhut-dinova A. A. Some aspects of adaptation of Polygonum aviculare L. to pollution of the soil heavy metals. News of the Orenburg State Agrarian University, 2012, no. 1 (33), pp. 230-234 (in Russian).
9. Rai A., Kulshreshtha K. Effect of particulates generated from automobile emission on some common plants. Journal of Food, Agriculture & Environment, 2006, vol. 4, pp. 253-259.
10. Shigabayeva G. N. Heavy metals in soils of some districts of Tyumen. Bulletin of the Tyumen State University. Ecology and environmental management, 2015, no. 1, pp. 92-102 (in Russian).
11. Popp Y. I., Bokova T. I. Cadmium content in medicinal plants growing in the catches of the rivers Irtysh and Obi. Journal of Krasnoyarsk State Agrarian University, 2017, no. 3, pp. 105-113 (in Russian).
12. Popp Y. I., Bokova T. I. Content of zinc, copper and cadmium in various types of medicinal plants growing in the catches of the rivers Irtysh and Obi. Journal of Novosibirsk State Agrarian University, 2017, no. 1, pp. 84-92 (in Russian).
13. Austenfeld F. A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde, 1979, no. 6, S. 769-777 (in German).
14. Sharma D. S., Chatterjee C., Sharma C. P. Chromium accumulation and its effects on wheat (Triticum aestivum L. cv. HD 2204) metabolism. Plant. Sci, 1995, no. 2, pp. 145-151.
15. Cataldo D. A., Wildung R. Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants. Environ Health Perspect, 1978, December 27, pp. 149-159.
16. Buszewski B., JastrzebskaA., Kowalkowski T. Monitoring of Selected Heavy Metals Uptake by Plants and Soils in the Area of Torun. Poland Polish Journal of Environmental Studies, 2000, vol. 9, no. 6, pp. 511-515.
17. Speak A. F., Rothwell J. J., Lindley S. J., Smith C. L. Urban particulate pollution reduction by four species of green roof vegetation in a UK city. Atmospheric Environment,
2012, vol. 61, pp. 283-293.
18. Gupta G. P., Kumar B., Singh S., Kulshrestha U. C. Deposition and Impact of Urban Atmospheric Dust on Two Medicinal Plants during Different Seasons in NCR Delhi. Aerosol and Air Quality Research, 2016, no. 16, pp. 2920-2932.
19. Dyakova N. A. Accumulation of Heavy Metals and Arsenic in the Leaves of Plantago Major. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2020, vol. 20, iss. 2, pp. 232-239 (in Russian). https://doi. org/10.18500/1816-9775- 2020-20-2-232-239
20. Dyakova N. A. Accumulation of Heavy Metals and Arsenic by Medicinal Plant Raw Material of Bitter Hollow. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2020, vol. 20, iss. 4, pp. 445-453 (in Russian). https://doi. org/10.18500/1816-9775-2020-20-4-445-453
21. Mojzes B. B., Plotnikova I. V., Red'ko L. A. Statisticheskie metody kontmlya kachestva i obrabotka eksperimental'nyh dannykh [Statistical Methods of Quality Control and Processing of Experimental Data]. Tomsk, Izd-vo TGPU, 2016. 119 p. (in Russian).
22. Bondarchuk S. S., Bondarchuk I. S. Statobrabotka eksperimental'nyh dannyh vMSExel [Statistical Processing of Experimental Data at MS Exel]. Tomsk, Izd-vo TGPU, 2018. 433 p. (in Russian).
23. Puchkov N. P. Matematicheskaya statistika. Primenenie v professional'noj deyatel'nosti: uchebnoe posobie [Mathematical Statistics. Application in Professional Activities: Training Manual]. Tambov, Izd-vo TGTU,
2013. 80 p. (in Russian).
Поступила в редакцию 03.12.2020, после рецензирования 05.03.21, принята к публикации 08.03.21 Received 03.12.2020, revised 05.03.21, accepted 08.03.21
