CC BY
21
Труды Карельского научного центра РАН № 5. 2020. С. 70-79 DOI: 10.17076/eco1150
УДК 574.24:615.322
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МЫШЬЯКА ЦВЕТКАМИ ЛИПЫ СЕРДЦЕВИДНОЙ, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В АГРО-И УРБОЭКОСИСТЕМАХ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
Н. А. Дьякова
Воронежский государственный университет, Россия
Целью исследования являлось изучение загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком цветков липы сердцевидной, собранных в урбо- и агроэкосистемах Воронежской области, испытывающих на себе различное антропогенное воздействие. Методом атомно-абсорбционной спектрометрии на базе атомно-абсорб-ционного спектрометра МГА-915МД по фармакопейным методикам изучено накопление тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия, никеля, меди, цинка, кобальта, хрома) и мышьяка в 51 образце цветков липы сердцевидной. Все образцы соответствовали требованиям нормативной документации по содержанию нормируемых тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути) и мышьяка. сравнивая данные по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона с содержанием этих элементов в цветках липы сердцевидной, можно утверждать о наличии значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикан-тов в генеративных органах растения, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, что цветки липы сердцевидной способны избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, такие, как медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня; при значительном же содержании данных элементов в почвах растение физиологически блокировало их поступление в цветки. На основании этого можно предполагать, что для липы сердцевидной в условиях антропогенной нагрузки происходит образование эдафотипа, формирующегося в результате действия отбора в условиях техногенного загрязнения внешней среды и развития адаптаций к этим условиям. Результаты исследований показали, что цветки липы сердцевидной незначительно накапливают токсические элементы из почв, и это важно учитывать при планировании мест заготовки лекарственного растительного сырья и оценке его качества.
Ключевые слова: Воронежская область; цветки липы сердцевидной; свинец; ртуть; кадмий; никель; медь; цинк; кобальт; хром; мышьяк.
N. A. Dyakova. ACCUMULATION OF HEAVY METALS AND ARSENIC IN FLOWERS OF THE SMALL-LEAVED LIME GROWING IN AGRICULTURAL AND URBAN ECOSYSTEMS OF THE VORONEZH REGION
The aim of this study was to investigate the heavy-metal and arsenic contamination of lime tree flowers collected from urban and agricultural ecosystems in the Voronezh Region exposed to various human impacts. The accumulation of heavy metals (lead, mercury, cadmium, nickel, copper, zinc, cobalt, chromium) and arsenic was studied in 51 samples
of small-leaved lime tree flowers using atomic absorption spectrometry with MGA-915MD spectrometer and following pharmacopoeial techniques. All the samples met the regulatory requirements for the content of standardized heavy metals (lead, cadmium, mercury) and arsenic. Comparing the data on content of the heavy metals in the region's topsoil with their content in lime tree flowers, it can be argued that there are significant physiological barriers to the accumulation of the ecotoxicants in the plants' reproductive organs, which is particularly noticeable for elements such as lead, mercury, arsenic, cadmium, cobalt and chromium. Lime tree flowers proved to be capable of selectively concentrating some heavy metals involved in the active cores of enzymatic systems (e. g. copper and zinc) if their environmental content was below a certain vital level, and barring their inflow to flowers through physiological mechanisms if the content of the elements in the soil was high. One can therefore suppose that when small-leaved lime trees are exposed to human pressure, a peculiar edaphic type is formed as a result of selection under man-made environmental pollution and the development of adaptations to these conditions. The results of the studies showed that the accumulation of toxic elements from soils in flowers of small-leaved lime trees is minor, which is an important consideration when planning the harvesting of medicinal plant material and assessing its quality.
Keywords: Voronezh Region; small-leaved lime flowers; lead; mercury; cadmium; nickel; copper; zinc; cobalt; chromium; arsenic.
Введение
Урбанизация - одна из важнейших социально-экологических проблем современного мира. В процессе роста и становления городов природные экосистемы постепенно изменяются, при этом формируются новые антропогенные экосистемы со своими особенностями техногенного воздействия, характеризующимися изменением состава атмосферного воздуха, почв и водных объектов [Великанова и др., 2012, 2013].
Воронежская область традиционно является важным районом растениеводства, лесоводства и земледелия. Однако освоение минеральных ресурсов, активная химизация в сельском хозяйстве, последствия Чернобыльской аварии актуализировали вопрос снабжения разных видов промышленности безопасным и эффективным растительным сырьем. Некачественное растительное сырье и получаемые из него продукты являются источниками поступления различных экотоксикантов, особенно тяжелых металлов, в организм человека [Dyakova et al., 2015, 2018; Дьякова и др., 2018].
Цель исследования - изучение загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком цветков липы сердцевидной, собранных в урбо- и агро-экосистемах Воронежской области, испытывающих на себе различное антропогенное воздействие.
Объекты и методика
Объектом исследования были выбраны цветки липы сердцевидной (Tilia cordata Mill.) -
древесного растения, произрастающего в Воронежской области повсеместно. Выбор территорий для сбора образцов обусловлен особенностями воздействия человека (рис.; табл.): промышленные химические предприятия (рис., 23, 24, 28); теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) (рис., 27); атомная электростанция (рис., 31); высоковольтные линии электропередачи (ВЛЭ) (рис., 9); городское водохранилище (рис., 29); малые города с развитой инфраструктурой: Борисоглебск (рис., 25), Калач (рис., 26); зона крупного месторождения сульфидных медно-никелевых руд (рис., 4); районы, находящиеся в зоне загрязнения в результате аварии на Чернобыльской АЭС (рис., 5-7); районы активной сельскохозяйственной деятельности (рис., 10-22); в качестве сравнения (фона) - заповедные территории: Воронежский природный биосферный заповедник (рис., 1), Хоперский государственный природный заповедник (рис., 2, 3). Также проводили отбор верхних слоев почв вдоль и на удалении от дорог разной степени загруженности и в разных природных зонах: лесная зона (Рамонский район) (рис., 32-35) -трасса М4 «Дон», лесостепная зона (Аннинский район (рис., 36-39)) - трасса А144 «Курск - Саратов», степная зона (Павловский район) (рис., 40-43) - трасса М4 «Дон», проселочная автомобильная дорога малой загруженности (Бо-гучарский район) (рис., 44-47) и железнодорожные пути (Рамонский район) (рис., 48-51). Географические координаты точек отбора образцов приведены в таблице.
Анализ образцов цветков липы сердцевидной проводился с помощью атомно-абсорбци-онного спектрометра МГА-915МД по фармако-
ЛИПЕЦКАЯ, übilA'CTt
48-51
" Усмань
'■■- 1АМЫШСКАЯ OBJIACIIj ji <>' еМордово
В < > с'Нижнедеей5к
2 5 А .
ч > te
с Земляне* •юнь • 0Краснолесный
15 _ 27^®CorW60 20
7 '/л Семитки" В_оронех
Щучье с. 19 °Панмно
Эрт»ль21
оТокаревка
,?Жеряевка
о
Увароео;
Романовна
17
,Истобное 8 т Краснолипье ,, У рыв :,
Копанщце:
Красное01/
g сРогачеека :НоеоронвА
Садовое,-,
Козловка, Терно®ка~ 3Ростоши
Анна
36-39
'Архангельское
. бобров1*' 10
. ^'Лиски
6г'0ст рогожек U
iMAMIM1
Кксляй
Таловая13
Буурл
Гчбари
3
14 о Грнбановский
2&орисоглебск Тронукое . .,2 .»..Поборкно
Елань-Колено
4
с --
'CS
с
ц I / -I
л
'Новохсперск-16
Алексеевка г
Ь( III IJPUilUKAiI ÜЬЛАС lb
— . ^ тЭалуйки
Вейделевка
Jj! "'Щ&Щ.)
> Каменка0 Ч,'Татарина
« , 18
иоробъеска'-'
.14 12
40-43
Павловск
Подгоренский
11
^Ольховатка
щРоссошь и 22-23 о&Г
26
^Лозовое
'"'Калач
Старая' , Кри^ша
окалмгва Мотрофановка
13
еРовек^к» v 44-47
' \ /hi «Hoeo«5eftM «Талы Богучар Белолуцкз > .... _
Новоннхолаевскнй '"Урюпинск
■ Новоакнинский,
с Алексеевская
ВШИ (II ГАДСКАЯ l)L JI/ÄJJ I Ь J
mIMHIHH
50'
°Слащевская
.,Журавка
^ , п д , u • '' М,«гулинская
оНаркоека _•• ^Мешковская_, сераФ^ювич
39*,''
ЕЭ
40
80
ieo I"
ВОРОНЕЖСКАЯ ОБЛАСТЬ
Карта отбора образцов (цифровые обозначения расшифрованы в тексте) Map of sample taking (the legend is given in the text)
пейным методикам [Государственная..., 2018, с. 2370-2382]. В образцах определяли концентрацию свинца, мышьяка, ртути, кадмия - эти наиболее токсичные элементы нормируются в растительном сырье и продуктах питания. Также в верхних слоях почв изучено содержание никеля, поскольку в настоящее время в воронежской области рассматривается проект по добыче никеля открытым способом, что не может не повлиять на эколого-гигиениче-скую обстановку в регионе в силу доказанной для данного металла аллергенной и канцерогенной активности [А^е^е№, 1979; Дьякова и др., 2017]. Кроме того, в качестве изучаемых были выбраны такие токсичные металлы, как элемент 1 класса опасности цинк и элементы 2 класса опасности кобальт, хром и медь. Цинк имеет кумулятивный токсический эффект даже при незначительном его содержании; при отравлении им жалуются на раздражительность, бессонницу, желудочно-кишечное расстройство. Кобальт и его соединения вызывают одышку, токсически действуют на желудочно-кишеч-
ный тракт, а также на кожу, вызывая острые дерматиты. Соединения хрома оказывают на организм человека общее токсическое, аллергенное, канцерогенное действие, вызывают дерматиты и экземы при соприкосновении с кожей. Избыток меди приводит к цитотокси-ческим эффектам, чаще всего к циррозным поражениям печени, возникновению нервно-психических нарушений [Cataldo, Wildung, 1978; Buszewski et al., 2000; Schutzendubel, Polle, 2001].
Результаты и обсуждение
Содержание тяжелых металлов и мышьяка в образцах цветков липы сердцевидной, собранных на изучаемых территориях, представлено в таблице. Для наиболее токсичных элементов - ртути, кадмия, свинца и мышьяка - оно не превышает установленных норм и варьирует в диапазонах, значительно отличающихся от предельно допустимых концентраций (ПДК). Концентрация свинца в отобранных образцах
Содержание тяжелых металлов и мышьяка в образцах цветков липы сердцевидной (Tilia cordata Mill.) Heavy metal and arsenic content in small-leaved lime flowers (Tilia cordata Mill.)
№ п/п No. Район сбора Collecting area Географические координаты Geographical coordinates Валовое содержание элемента, мг/кг Gross element content, mg/kg
Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn
1 Воронежский биосферный заповедник Voronezh biosphere reserve 51°48'24" N, 39°32'28" Е 0,12 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 0,87 0,16 0,21 2,10 12,53
2 Хоперский заповедник Khopyor reserve 51 °18'02" N, 41 °52'41" Е 0,07 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 0,72 0,05 0,12 3,28 21,63
3 Борисоглебский район Borisoglebsky district 51 °30'46" N, 42°35'06" Е 0,13 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 0,56 0,19 0,08 1,53 17,43
4 с. Елань-Колено village of Elan-Koleno 51 °09'40" N, 41 °08'44" Е 0,11 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 0,91 0,11 0,28 4,27 23,69
5 с. Нижнедевицк village of Nizhnedevitsk 51 °32'46" N, 38°23'06" Е 0,09 0,002 0,02 0,02 1,12 0,26 0,30 0,86 28,52
6 г. Острогожск city of Ostrogozhsk 50°51'30" N, 39°05'49" Е 0,16 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 1,16 0,38 0,41 1,73 17,53
7 г. Сем и луки city of Semiluki 51 °42'12" N, 39°00'23" Е 0,10 0,002 OTC. n/d 0,02 0,98 0,41 0,34 2,18 24,73
8 г. Нововоронеж city of Novovoronezh 51 °16'24" N, 39°12'39" Е 0,13 OTC. n/d 0,01 0,02 0,47 0,20 0,17 3,51 10,53
9 ВЛЭ (Нововоронежский городской округ) High-voltage power transmission lines (Novovoronezhsky city district) 51 ° 1745" N, 39°14'36" Е 0,16 0,002 0,03 0,01 0,83 0,06 0,06 5,53 32,64
10 Лискинский р-н Liskinsky district 51 °09'43" N, 39°26'55" Е 0,09 0,002 OTC. n/d 0,02 1,14 0,43 0,18 2,64 18,64
11 Ольхо вате кий р-н Olkhovatsky district 50°17'30" N, 39°17'23" Е 0,14 OTC. n/d 0,01 0,01 1,24 0,39 0,32 0,69 26,62
12 Подгоренский р-н Podgorensky district 50°24'40" N, 39°40'12" Е 0,14 OTC. n/d OTC. n/d 0,02 0,79 0,28 0,20 1,58 17,27
13 Петропавловский р-н Petropavlovsky district 50°04'52" N, 40°55'07" Е 0,17 0,002 0,01 0,02 0,93 0,04 0,12 2,99 25,64
14 Грибановский р-н Gribanovsky district 51°26'51" N, 41 °59'33" Е 0,11 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 1,07 0,23 0,07 1,64 16,53
15 Хохольский р-н Khokholsky district 51°35'18" N, 38°47'34" Е 0,13 0,002 OTC. n/d 0,01 0,98 0,32 0,25 3,09 19,53
16 Новохоперский р-н Novokhopyorsky district 51°06'35" N, 41°36'50" Е 0,17 OTC. n/d OTC. n/d 0,01 0,79 0,08 0,32 1,72 13,62
17 Репьевский р-н Repyevsky district 51°05'28" N, 38°38'51" Е 0,14 OTC. n/d 0,01 0,01 0,91 0,28 0,10 2,05 24,61
Ыб
5П/
No.
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
табл.
Район сбора Collecting area
Географические координаты Geographical coordinates
Валовое содержание элемента, мг/кг Gross element content, mg/kg
Pb
Hg
Cd
As
Ni
Cr
Co
Cu
Воробьевский р-н Vorobyevsky district
50°38'53" N, 40°57'53" E
0,15
0,002
0,01
0,02
1,19
0,19
0,21
1,10
Панинский р-н Paninsky district
51°40'02" N, 40°06'57" E
0,12
OTC.
n/d
OTC.
n/d
0,01
0,68
0,32
0,25
3,52
Верхнехавский р-н Verkhnekhavsky district
51 °49'52" N, 39°55'00" E
0,18
OTC.
n/d
0,02
0,01
0,89
0,50
0,38
3,74
г. Эртиль city of Ertil
51 °49'43" N, 40°49'44" E
0,13
0,002
0,01
0,02
1,03
0,18
0,05
4,00
Россошанский район Rossoshansky district
50°12'46" N, 39°34'57" E
0,12
OTC.
n/d
0,01
0,02
1,11
0,07
0,16
2,85
Вблизи ОАО «Минудобрения» (г. Россошь) Near OJSC Minudobreniya (city of Rossoch)
50°08'53" N, 39°39'48" E
0,10
0,003
0,04
0,03
1,56
0,28
0,27
6,73
Вблизи ООО «Бормаш» (г. Поворино) Near LLC Bormash (city of Povorino)
51°14'50" N, 42°28'35" E
0,22
0,003
0,05
0,03
1,21
0,39
0,42
4,26
г. Борисоглебск city of Borisoglebsk
51 °22'34" N, 42°04'27" E
0,12
0,002
0,02
0,02
0,93
0,58
0,67
5,84
г. Калач city of Kalach
50°25'24" N, 41°01'10" E
0,15
0,002
OTC.
n/d
0,02
1,19
0,53
0,53
4,29
Вблизи ТЭЦ «ВОГРЭС» (г. Воронеж) Near ТРР VOGRES (city of Voronezh)
51 °37'49" N, 39°13'36" E
0,16
OTC.
n/d
0,04
0,03
1,08
0,64
0,78
5,42
Вблизи ООО «Сибур» (г. Воронеж) Near LLC Sibur (city of Voronezh)
51 °37'24" N, 39°14'35" E
0,18
0,003
0,03
0,03
0,95
0,48
0,88
4,87
Вдоль водохранилища (г. Воронеж) Along the reservoir (city of Voronezh)
51 °44'47" N, 39° 1341 "E
0,09
OTC.
n/d
OTC.
n/d
0,02
0,70
0,17
0,22
2,58
Вблизи аэропорта Near the airport
51 °48'35" N, 39°14'38" E
0,21
0,002
0,02
0,02
1,17
0,22
0,16
3,02
Улица Ленинградская г. Воронежа Leningradskaya St., city of Voronezh
51°39'36" N, 39°15'02" E
0,18
0,002
OTC.
n/d
0,03
0,89
0,99
1,04
1,44
Вдоль трассы М4(Рамонский р-н) Along М4 route (Ramonsky district)
51°51 '22" N, 39°12'56" E
0,24
0,003
0,05
0,02
1,13
1,08
1,21
9,89
100 м от трассы M4 (Рамонский р-н) 100 m from М4 Route (Ramonsky District)
51°51 '22" N, 39°12'56" E
0,13
0,002
0,05
0,03
0,95
0,60
0,74
4,50
200 мот трассы M4 (Рамонский р-н) 200 m from M4 Route (Ramonsky District)
51°51 '22" N, 39°12'56" E
0,09
0,002
0,03
0,02
0,84
0,23
0,21
3,75
300 мот трассы M4 (Рамонский р-н) 300 m from M4 Route (Ramonsky District)
51°51 '22" N, 39°12'56" E
0,09
0,002
0,01
0,01
0,81
0,21
0,23
3,90
Окончание табл. Table (continued)
№ п/п Район сбора Географические координаты Валовое содержание элемента, мг/кг Gross element content, mg/kg
No. Collecting area Geographical coordinates Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn
36 Вдоль трассы A144 (Аннинский р-н) Along A144 Route (Anninsky district) 51°29'28" N, 40°27'50" E 0,23 0,002 0,04 0,01 1,28 0,96 1,10 8,73 71,95
37 100 м от трассы A144 (Аннинский р-н) 100 m from A144 Route (Anninsky district) 51°29'28" N, 40°27'50" E 0,12 0,002 0,03 0,01 1,17 0,75 0,87 6,62 63,26
38 200 м от трассы A144 (Аннинский р-н) 200 m from A144 Route (Anninsky district) 51 °29'28" N, 40°27'50" E 0,08 0,002 0,03 0,02 0,98 0,68 0,55 4,44 48,55
39 300 м от трассы A144 (Аннинский р-н) 300 m from A144 Route (Anninsky district) 51 °29'28" N, 40°27'50" E 0,12 0,002 0,02 0,01 0,95 0,32 0,30 4,26 27,30
40 Вдоль трассы M4 (Павловский р-н) Along М4 Route (Pavlovsky district) 50°25'18" N, 40°08'05" E 0,20 0,002 0,04 0,02 0,94 0,89 1,05 7,58 74,44
41 100 мот трассы М4 (Павловский р-н) 100 m from М4 Route (Pavlovsky district) 50°25'18" N, 40°08'05" E 0,15 0,002 0,04 0,02 0,87 0,67 0,85 6,33 60,27
42 200 мот трассы М4 (Павловский р-н) 200 m from М4 Route (Pavlovsky district) 50°25'18" N, 40°08'05" E 0,17 0,002 0,03 0,01 0,85 0,45 0,63 6,47 37,42
43 300 мот трассы М4 (Павловский р-н) 300 m from М4 Route (Pavlovsky district) 50°25'18" N, 40°08'05" E 0,10 0,002 0,03 0,01 0,81 0,54 0,47 4,29 40,43
44 Вдоль нескоростной дороги (Богучарский р-н) Along the non-speed road (Bogucharsky district) 49°53'54" N, 40°32'48" E 0,16 0,002 0,04 0,02 0,87 0,64 0,75 6,17 53,14
45 100 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) 100 m from the non-speed road (Bogucharsky district) 49°53'54" N, 40°32'48" E 0,17 отс. n/d 0,03 0,01 0,76 0,25 0,32 2,63 27,75
46 200 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) 200 m from the non-speed road (Bogucharsky district) 49°53'54" N, 40°32'48" E 0,12 отс. n/d 0,03 0,01 0,56 0,15 0,34 2,72 21,04
47 300 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) 300 m from the non-speed road (Bogucharsky district) 49°53'54" N, 40°32'48" E 0,11 отс. n/d 0,01 0,01 0,56 0,23 0,23 2,53 22,72
48 Вдоль железной дороги Along the railroad 51°48'18" N, 39°34'13" E 0,09 отс. n/d 0,01 0,01 0,54 0,32 0,20 1,82 20,05
49 100 м от железной дороги 100 m from the railroad 51°48'18" N, 39°34'13" E 0,24 отс. n/d 0,05 0,02 1,02 1,18 1,32 8,37 75,85
50 200 м от железной дороги 200 m from the railroad 51°48'18" N, 39°34'13" E 0,14 отс. n/d 0,04 0,02 0,85 0,58 0,75 5,74 54,77
51 300 м от железной дороги 300 m from the railroad 51°48'18" N, 39°34'13" E 0,09 отс. n/d 0,01 0,01 0,76 0,32 0,42 3,55 32,00
Среднее содержание элемента в сырье Average element content in raw material 0,14 0,001 0,01 0,02 0,95 0,39 0,42 3,99 35,62
Предельно допустимая концентрация Maximum permissible concentration 6,0 0,1 1,0 0,5 - - - - -
сухого сырья составила 0,07-0,24 мг/кг, что в несколько десятков раз меньше ПДК свинца в растительном сырье, а также значительно меньше содержания данного элемента в верхних слоях почв изучаемых территорий, которое варьирует от 1,71 до 34,57 мг/кг [Дьякова и др., 2016а]. Полученные данные свидетельствуют о наличии физиологического барьера в растении, препятствующего накоплению мутагенного металла в генеративных органах.
Накопление ртути в цветках липы сердцевидной, собранных в урбо- и агробиоценозах Воронежской области, также оценивается нами как незначительное: концентрация элемента в сырье не превышала 0,003 мг/кг, что более чем в 30 раз ниже допустимой нормы. Концентрация ртути в растительном сырье также в десятки раз меньше, чем в почвах изучаемых районов [Дьякова и др., 2016а]. Для ртути описаны фитотоксические свойства, в частности, влияние на мейоз, в связи с чем, по-видимому, у растения эволюционно выработались биохимические механизмы препятствия накоплению металла в тканях цветка [Зайцева и др., 2013].
Концентрация кадмия в сухом растительном сырье липы сердцевидной варьировала от значений ниже пределов обнаружения до 0,05 мг/кг, что в 20 раз меньше ПДК. При этом содержание кадмия в верхних слоях почв рассматриваемых территорий в некоторых образцах превышало установленные нормативы и достигало значений 0,71 мг/кг [Дьякова и др., 2016а]. Для кадмия описано блокирующее воздействие на работу ферментных и антиокси-дантных систем, с чем, вероятно, и связано отсутствие данного элемента в тканях и органах цветка [Немерешина и др., 2012; Зайцева и др., 2013].
В десятки раз меньше ПДК в образцах цветков липы сердцевидной и содержание мышьяка, которое не превышало 0,03 мг/кг при его содержании в почвах изучаемых территорий в диапазоне от 0,55 до 3,81 мг/кг [Дьякова и др., 2016а]. Таким образом, отмечено отсутствие концентрирующей способности этого токсичного элемента у цветков липы сердцевидной.
Концентрация никеля в образцах варьировала от 0,54 мг/кг (в Богучарском районе) до 1,56 мг/кг (вблизи химического предприятия ОАО «Минудобрения»). Ранее установленное содержание никеля в верхних слоях почв этих территорий показало, что данный металл накапливается в цветках липы сердцевидной незначительно (концентрация никеля в почвах принимала значения от 2,23 до 98,25 мг/кг) [Дьякова и др., 2016б]. Вероятно, металл на-
капливается в минимальном физиологически важном количестве для стабилизации работы трансляционного аппарата, активации транса-миназы и аргиназы, но при значительном содержании никеля в окружающей среде его накопление физиологически блокируется, так как в избытке этот металл может активизировать конкурентное замещение в активных центрах некоторых ферментов-фосфатаз, угнетать процессы фотосинтеза и транспирации, вызывать редукцию цветка [А^е^е№, 1979; Немерешина и др., 2012].
Среднее содержание хрома в образцах цветков липы сердцевидной составило 0,39 мг/кг, концентрация его варьировала от 0,04 мг/кг (в Подгоренском районе) до 1,18 мг/кг (вдоль железной дороги). Данный уровень накопления элемента также можно оценить как низкий, поскольку его ранее выявленная концентрация в почве районов сбора сырья находилась в диапазоне от 2,53 до 45,16 мг/кг. Известно, что малые дозы хрома стимулируют активность ка-талаз и протеаз, повышают содержание хлорофилла и продуктивность фотосинтеза [Зайцева и др., 2013]. При этом значительному накоплению хрома, очевидно, препятствует некоторый физиологический барьер, потому что данный элемент, как любой другой тяжелый металл, при высоком содержании способен конкурентно замещать другие металлы в активных центрах ферментов. Результаты анализов позволяют отметить более высокое содержание хрома вдоль транспортных магистралей и на улице г. Воронежа, в связи с чем можно предположить значительную роль аэрозольного пути загрязнения цветков липы сердцевидной соединениями хрома от выбросов автомобильного и железнодорожного транспорта.
Кобальт является важным микроэлементом, влияет на образование азотистых веществ и углеводов, участвует в их транспорте из вегетативных органов в генеративные, интенсифицирует дыхание и фотосинтез, способствуя синтезу хлорофилла. Концентрация кобальта в изучаемых образцах находилась в диапазоне от 0,05 до 1,32 мг/кг, среднее значение -0,42 мг/кг. Его концентрация в почвах соответствующих территорий варьировала от 1,84 до 21,78 мг/кг, что позволило также отметить низкий уровень накопления кобальта данным видом сырья, вероятно, в силу наличия биохимических механизмов, препятствующих избыточному накоплению в генеративных органах тяжелых металлов, способных оказать влияние на процесс размножения. При этом значения содержания кобальта в образцах из заповедных зон и с территорий со значительной ан-
тропогенной нагрузкой отличались мало, несколько повышенное содержание данного металла отмечено в образцах, собранных вдоль автомобильных и железной дорог, где весомую роль в загрязнении сырья играли выбросы транспорта.
Медь также является важным микроэлементом для растения, она входит в состав ок-сидаз, пластоцианинов, церулоплазмина и регулирует большинство окислительно-восстановительных процессов [Schutzendubel, Polle, 2001; Немерешина и др., 2012]. Концентрация меди в образцах цветков липы сердцевидной находилась в диапазоне от 0,69 до 9,89 мг/кг, а среднее значение ее концентрации составило 3,99 мг/кг. В почвах изучаемых территорий концентрация меди варьировала от 3,30 до 65,38 мг/кг. Таким образом, медь тоже накапливается в цветках липы сердцевидной на определенном невысоком, необходимом для обеспечения жизненно важных процессов уровне, после чего ее поступление в ткани цветка блокируется растением. Однако загрязнение лекарственного растительного сырья в данном случае также возможно аэрозольным путем, поскольку для образцов, собранных вдоль крупных транспортных магистралей (вдоль железной дороги, автомобильных трасс М4 и А144), отмечено намного более высокое содержание данного металла, чем для других образцов, собранных в зонах активной хозяйственной деятельности человека со значительным содержанием меди в почве.
Концентрация цинка в отобранных образцах липы сердцевидной варьировала от 12,18 до 81,36 мг/кг, а среднее его содержание составило 35,62 мг/кг. В почвах изучаемых территорий она отмечена на уровне от 9,58 до 154,45 мг/кг. Таким образом, видно, что цинк в данном лекарственном растительном сырье до определенного уровня накапливается из почв достаточно активно, в некоторых образцах даже в концентрации, превышающей содержание элемента в почве. Это связано с важным физиологическим значением цинка как активатора до 30 ферментных систем в растительной клетке, он входит в состав активных центров ферментов ангидраз, дегидрогеназ, протеиназ и пептидаз [Schutzendubel, Polle, 2001; Немерешина и др., 2012].
Заключение
Проанализировано свыше 50 образцов цветков липы сердцевидной, собранных в различных по уровню антропогенного воздействия районах Воронежской области, на пред-
мет содержания тяжелых металлов и мышьяка. Во всех исследуемых образцах их концентрация оказалась соответствующей требованиям нормативной документации. Сравнивая данные по содержанию тяжелых металлов и мышьяка в верхних слоях почв региона с содержанием этих элементов в цветках липы сердцевидной, можно утверждать о наличии значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикан-тов в генеративных органах Tilia cordata Mill., что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, что цветки липы сердцевидной способны избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы (например, медь и цинк), входящие в активные центры ферментных систем, в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня; при значительном же содержании данных элементов в почвах растение также физиологически блокировало их поступление в цветки. На основании этого можно предполагать, что у липы сердцевидной в условиях антропогенной нагрузки происходит возникновение эдафотипа, формирующегося в результате действия отбора в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям. Результаты исследований показали, что цветки липы сердцевидной незначительно накапливают токсические элементы из почв, и это важно учитывать при планировании мест заготовки лекарственного растительного сырья и оценке его качества [Дьякова и др., 2017; Дьякова, 2020].
Литература
Великанова Н. А., Гапонов С. П., Сливкин А. И. Анализ экологического состояния почв и оценка поглощения тяжелых металлов лекарственными растениями (горцем птичьим и подорожником большим) в городе Воронеже и его окрестностях // Экология урбанизированных территорий. 2012. № 4. С. 102-106.
Великанова Н. А., Гапонов С. П., Сливкин А. И. Экооценка лекарственного растительного сырья в урбоусловиях г. Воронежа. LAP, 2013. 213 с.
Государственная фармакопея Российской Федерации. Изд. XIV. Т. 2. М.: ФЭМБ, 2018. С. 2370-2382.
Дьякова Н. А., Мындра А. А., Кукуева Л. Л., Великанова Л. А. Особенности загрязнения почв Центрального Черноземья тяжелыми металлами // Инновационные разработки молодых ученых - развитию агропромышленного комплекса: Мат. V Междунар. конф. Ставрополь: ВНИИОК, 2016а. С. 403-407.
Дьякова Н. А., Самылина И. А., Сливкин А. И., Гапонов С. П., Кукуева Л. Л., Мындра А. А., Шушуно-
ва Т. Г. Оценка экологического состояния образцов верхних слоев почв и корней одуванчика лекарственного, отобранных на территории Воронежской области // Вестник ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2016б.№ 2. С. 119-126.
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.
Дьякова Н. А., Сливкин А. И., Гапонов С. П. Оценка эффективности и безопасности лекарственного растительного сырья подорожника большого, собранного в Центральном Черноземье // Вестник ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2018. № 1. С. 124-131.
Дьякова Н. А. Экологическая оценка лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере цветков пижмы обыкновенной // Вестник НВГУ. 2020. № 1. С. 19-26. doi: 10.36906/2311-4444/20-1/04
Зайцева М. В., Кравченко А. Л., Стекольни-ков Ю. А., Сотников В. А. Тяжелые металлы в системе почва-растение в условиях загрязнения // Ученые записки ОГУ. Сер. Естественные, технические и медицинские науки. 2013. № 3. С. 190-192.
Немерешина О. Н., Гусев Н. Ф., Петрова Г. В., Шайхутдинова А. А. Некоторые аспекты адаптации Polygonum aviculare L. к загрязнению почвы тяжелыми металлами // Известия ОГАУ. 2012. № 1(33). С. 230-234.
References
D'yakova N. A., Myndra A. A., Kukueva L. L., Ve-likanova L. A. Osobennosti zagryazneniya pochv Tsen-tral'nogo Chernozem'ya tyazhelymi metallami [Features of soil pollution of the Central Black Earth region with heavy metals]. Innovatsionnye razrabotkimolodykh uchenykh - razvitiyu agropromyshlennogo kompleksa: Mat. V Mezhdunar. konf. [Inventions of young scientists - for the development of the agroindustrial complex: Proceed. V int. conf.]. Stavropol': VNIIOK, 2016а. P. 403-407.
D'yakova N. A., Samylina I. A., Slivkin A. I., Gapo-novS. P., Kukueva L. L., Myndra A. A., Shushunova T. G. Otsenka ekologicheskogo sostoyaniya obraztsov verkh-nikh sloev pochv i kornei oduvanchika lekarstvennogo, otobrannykh na territorii Voronezhskoi oblasti [Assessment of the ecological condition of samples of the top layers of soils and roots of the dandelion medicinal, selected in the territory of the Voronezh Region]. Vest-nik VGU. Ser. Khimiya. Biol. Farmatsiya [Proceed. Voronezh St. Univ. Ser.: Chem. Biol. Pharmacy]. 2016б. No. 2. P. 119-126.
D'yakova N. A., Slivkin A. I., Gaponov S. P. Sravnenie osobennostei nakopleniya osnovnykh toksicheskikh ele-mentov tsvetkami lipy serdtsevidnoi i pizhmy obyknoven-noi [Comparison of features of accumulation of the basic toxic elements flowers of Tilia cordata and Tanacetum vulgare]. Vestnik VGU. Ser. Khimiya. Biol. Farmatsiya [Proceed. Voronezh St. Univ. Ser.: Chem. Biol. Pharmacy]. 2017. No. 1. P. 148-154.
AustenfeldF. A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. // Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde. 1979. Bd. 142, h. 6. 769-777.
BuszewskiB., Jastrzebska A., Kowalkowski T. Monitoring of selected heavy metals uptake by plants and soils in the area of Torun // Poland Polish J. of Environ. Studies. 2000. Vol. 9, no. 6. S. 511-515.
Cataldo D. A., Wildung R. Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants // Environ. Health Perspect. 1978. December; 27. P. 149-159.
Dyakova N. A., Slivkin A. I., GaponovS. P., Myndra A. A., Samylina I. A. Analysis of the relationship between the accumulation of pollutants and principal groups of biologically active substances in medicinal plant raw materials using knotweed (Polygonum aviculare L.) and broadleaf plantain (Plantago major L.) leaves as examples // Pharm. Chem. J. 2015. Vol. 49, no. 6. 384-387. doi: 10.1007/s11094-015-1289-6
Dyakova N. A., Slivkin A. I., GaponovS. P., Myndra A. A., Samylina I. A. Estimated heavy-metal and arsenic contents in medicinal plant raw materials of the Voronezh region // Pharm. Chem. J. 2018. Vol. 52, no. 3. P. 220-223. doi: 10.1007/s11094-018-1797-2
SchutzendubelА., Polle А. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal and induced oxidative stress and protection by mycorrhization // J. Exp. Bot. 2001. Vol. 53, iss. 372. December 2. P. 1351-1365.
Поступила в редакцию 22.10.2019
D'yakova N. A., Slivkin A. I., Gaponov S. P. Otsenka effektivnosti i bezopasnosti lekarstvennogo rasti-tel'nogo syr'ya podorozhnika bol'shogo, sobrannogo v Tsentral'nom Chernozem'e [Assessment of efficiency and safety of medicinal vegetable raw materials of the Plantago major, collected in the Central Black Earth]. Vestnik VGU. Ser. Khimiya. Biol. Farmatsiya [Proceed. Voronezh St. Univ. Ser.: Chem. Biol. Pharmacy]. 2018. No. 1. P. 124-131.
D'yakova N. A. Ekologicheskaya otsenka lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya Voronezhskoi oblasti na primere tsvetkov pizhmy obyknovennoi [Environmental assessment of medicinal vegetable raw materials of the Voronezh Region on the example of the cost-mary]. VestnikNizhnevartovskogo gos. univ. [Bull. Nizhnevartovsk St. Univ.]. 2020. No. 1. P. 19-26.
Gosudarstvennaya farmakopeya Rossiiskoi Fede-ratsii [State pharmacopeia of the Russian Federation]. Edit. XIV. Vol. 2. Moscow: FEMB, 2018. P. 2370-2382.
Nemereshina O. N., GusevN. F., Petrova G. V., Shaikhutdinova A. A. Nekotorye aspekty adaptatsii Polygonum aviculare L. k zagryazneniyu pochvy tyazhelymi metallami [Some aspects of adaptation of Polygonum aviculare L. to soil pollution with heavy metals]. Izves-tiya OGAU [Proceed. Orenburg St. Agr. Univ.]. 2012. No. 1(33). P. 230-234.
Velikanova N. A., Gaponov S. P., Slivkin A. I. Ana-liz ekologicheskogo sostoyaniya pochv i otsenka po-gloshcheniya tyazhelykh metallov lekarstvennymi ras-
teniyami (gortsem ptich'im i podorozhnikom bol'shim) v gorode Voronezhe i ego okrestnostyakh [Analysis of the ecological state of soils and assessment of the absorption of heavy metals by medicinal plants (common knotgrass and broadleaf plantain) in the city of Voronezh and its vicinities]. Ekol. urbanizironannykh terr. [Ecol. of urban areas]. 2012. No. 4. P. 102-106.
Velikanova N. A., GaponovS. P., Slivkin A. I. Eko-otsenka lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya v ur-bousloviyakh g. Voronezha [Ecological assessment of medicinal vegetable raw materials in the urban conditions of the city of Voronezh]. LAP, 2013. 211 p.
Zaitseva M. V., Kravchenko A. L., Stekol'nikov Y. A., Sotnikov V. A. Tyazhelye metally v sisteme poch-va-rastenie v usloviyakh zagryazneniya [Heavy metals in the soil-plant system under pollution]. Uchenye zapiski OGU. Ser. Estestv., tekh. i med. nauki [Proceed. Orel St. Univ. Ser. Nat. Sci., Tech. Med.]. 2013. No. 3. P. 190-192.
Austenfeld F. A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde. 1979. Vol. 142, pt. 6. P. 769-777. (In German).
BuszewskiB., Jastrzebska A., Kowalkowski T. Monitoring of selected heavy metals uptake by plants
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ:
Дьякова Нина Алексеевна
доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии фармацевтического факультета, к. б. н.
Воронежский государственный университет Университетская площадь, 1, Воронеж, Россия, 394018 эл. почта: [email protected]
and soils in the area of Torun. Poland Polish J. of Environ. Studies. 2000. Vol. 9, no. 6. 511-515.
Cataldo D. A., Wildung R. Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants. Environ. Health Perspect. 1978. December; 27. P. 149-159.
Dyakova N. A., Slivkin A. I., GaponovS. P., Myn-dra A. A., Samylina I. A. Analysis of the relationship between the accumulation of pollutants and principal groups of biologically active substances in medicinal plant raw materials using knotweed (Polygonum avi-culare L.) and broadleaf plantain (Plantago major L.) leaves as examples. Pharm. Chem. J. 2015. Vol. 49(6). P. 384-387. doi: 10.1007/s11094-015-1289-6
Dyakova N. A., Slivkin A. I., GaponovS. P., Myn-dra A. A., Samylina I. A. Estimated heavy-metal and arsenic contents in medicinal plant raw materials of the Voronezh region. Pharm. Chem. J. 2018. Vol. 52(3). P. 220-223. doi: 10.1007/s11094-018-1797-2
SchutzendubelА., Polle А. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal and induced oxidative stress and protection by mycorrhization. J. Exp. Bot. 2001. Vol. 53, iss. 372. December 2. P. 1351-1365.
Received October 22, 2019
CONTRIBUTOR:
Dyakova, Nina
Voronezh State University 1 Universitetskaya Sq., 394018 Voronezh, Russia e-mail: [email protected]
