CC BY
62
-Ф-
УДК 582.96:581.5 + 615.322
ОСОБЕННОСТИ АККУМУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ЛИСТЬЯМИ PLANTAGO MAJOR L.
В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ
Б01: 10.24411/1728-323Х-2018-12073
И. В. Кравченко, ведущий научный сотрудник Научно-образовательного центра Сургутского государственного университета, kravinessa@mail.ru,
М. В. Филимонова, старший научный сотрудник Научно-образовательного центра Сургутского государственного университета, felis75@mail.ru, Л. Ф. Шепелева, д. б. н, профессор кафедры биологии и биотехнологии Сургутского государственного университета, shepelevalf@mail.ru,
Ю. В. Реутова, учитель химии муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 9», ylia_reutova@mail.ru
Получены данные по содержанию подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Mn, Cr, Ni) в зеленой массе подорожника большого (Plantago major L.) г. Сургута и Сургутского района Ханты-Мансийского автономного округа Югры и его аптечном сырье (ЗАО «Иван-Чай», Московская область). Определение содержания тяжелых металлов в фитомассе Plantago major проводили атомно-абсорбционным спектральным методом. В результате исследований было установлено широкое варьирование элементного состава листьев подорожника большого Сургутского района в зависимости от условий местообитаний. Проведено сравнение полученных материалов с литературными сведениями и составом аптечного сырья. Установлены достоверные различия между накоплением поллютантов в растениях Сибирского региона и аптечным сырьем. Установлено, что лекарственное сырье Plantago major более всего подвержено аккумуляции марганца.
Data on the content of mobile forms ofheavy metals (Cu, Pb, Cd, Mn, Cr, Ni) in the herbage of Plantago major (Plantago major L.) growing in Surgut and the Surgut District, Khanty-Mansi Autonomous Area-Yugra and its pharmaceutical raw materials (CJSC "Ivan-Chai", Moscow Region) were obtained. The determination of the content of heavy metals in the phytomass of Plantago major was carried out by an atomic and absorbtion spectral method. Based on the research findings, broad element structure variation of Plantago major leaves was observed in the Surgut District depending on habitats conditions. The comparison of the received materials with the references and composition of pharmaceutical raw materials was conducted. The significant differences between the accumulation of pollyutants in the plants of the Siberian Region and pharmaceutical raw materials were found. It was determined that medical raw materials of Plantago major are more exposed to manganese accumulation.
Ключевые слова: Plantago major L., тяжелые металлы, Сургутский район, аккумуляция, лекарственные растения.
Keywords: Plantago major L., heavy metals, the Surgut District, accumulation, medical plants.
В условиях постоянного техногенного прессинга на объекты окружающей среды (природную воду, снеговой покров, почву, растения) мониторинговые исследования лекарственного сырья на территории Ханты- Мансийского автономного округа Югры приобретают особую значимость. В связи с наличием в Северных регионах Западной Сибири развитой нефтедобывающей промышленности, уместно проводить контроль чистоты растительного сырья. Кроме того, на накопление тяжелых металлов растениями могут влиять природные факторы, характерные для нашего региона. Согласно исследованиям [1] в почвах таежной зоны Западной Сибири отмечено превышение предельно допустимых концентраций марганца, свинца, цинка, меди, никеля, что свидетельствует об их биологическом накоплении, сорбции на геохимическом барьере.
Влияние поллютантов на зеленую фито-массу растений обусловлено их аккумуляцией в листьях, стеблях, корнях [2]. Обладая высокой токсичностью, канцерогенными свойствами и способностью включаться в биологический круговорот веществ, тяжелые металлы способны аккумулироваться в органах человека и тканях растений [3, 4], причем аккумуляция элементов-загрязнителей зависит от экологических условий природной среды и является постоянно изменяющимся процессом [5, 6].
Высокие концентрации поллютантов (Сё, Си, РЬ, 2п) вызывают снижение содержания фотосинтетических пигментов, при этом у растений проявляются явные признаки хлорозов, некрозов, раннее опадение листьев [7], что сказывается на продуктивности ц енных видов.
-Ф-
Рис. Карта-схема отбора проб подорожника большого
Нормы содержания тяжелых металлов в дикорастущих хозяйственно-ценных видах растений ХМАО полностью отсутствуют. Поэтому в округе необходимо активно развивать данное направление научных исследований.
На основе элементного состава растительного сырья можно оценивать возможность использования растений в качестве биологически активных добавок (отваров, чаев) для улучшения качества жизни населения. Данные об уровне аккумуляции тяжелых металлов в органах растений могут быть использованы при м ониторинге окружающей среды.
Актуальность подобных исследований также связана с поиском «фоновых территорий» для сбора растительного сырья, заготовки ягод, грибов. В основном сбор растительного сырья населением происходит хаотично, в местах с сомнительными экологическими условиями.
Поэтому изучение элементного состава лекарственного сырья является задачей особой важности для экономического развития региона и оценки его экологических условий.
Цель исследования. Изучение содержания подвижных форм тяжелых металлов в листьях Plantago major L., произрастающего на территории г. Сургута и Сургутского района в условиях техногенной нагрузки.
Задачи исследования. Исследовать содержание подвижных форм тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Mn, Cr, Ni) в надземной части Plantago major с последующим сравнением полученных данных с аптечным контролем и литературными сведениями.
Материалы и методы исследования. Plantago major широко распространен на территории Ханты-Мансийского автономного округа, имеет ц ен-ное лекарственное значение. На его примере целесообразно рассматривать степень аккумуляции тяжелых металлов в природной среде, так как он произрастает в самых разных местообитаниях (вдоль дорог, в черте города, в лесу и т. д.). По данным некоторых европейских исследователей [8], этот вид обладает высокой способностью к накоплению Cd, Cu, Zn, Cr, Co.
Наличие разнообразных целебных свойств этого растения определяется содержанием многих биологически активных соединений (ферментов, фитонцидов, дубильных веществ, горечи, следов алкалоидов, полисахаридов, органических кислот, сапонинов), проявляющих противовоспалительную, противомикробную, спазмолитическую активность [9].
Содержание подвижных форм элементов (меди, никеля, кадмия, свинца, марганца, хрома) в надземной части Plantago major исследовали на территории г. Сургута и Сургутского района на мониторинговых площадках с различной степенью антропогенного воздействия. Одновременно содержание тяжелых металлов изучали в аптечном сырье подорожника большого (ЗАО «Иван-Чай», Московская область). Проводили сравнительный анализ полученных результатов с литературными данными по Сибирскому региону [10-12].
Сбор дикорастущих растений производился летом 2017 г. с пробных площадок (ПП) методом конверта (табл. 1, рисунок).
-Ф-
Таблица 1 Характеристика пробных площадок
Пробная площадка Характеристика территории
ПП 1 Санаторий «Юган», 17-й км автодороги Нефтеюганск—Тундрино, 300 м от д ороги, 150 м от протоки Юганская Обь
ПП 2 г. Нефтеюганск. Территория с рекреационной нагрузкой, 12-й мкр, СОШ № 9, газон
ПП 3 п. Сингапай. 300 м от протоки Чеускиной, 200 м от дороги. Нарушенный светлохвойный лес
ПП 4 Сургутский горнолыжный комплекс «Каменный мыс» — территория со значительной рекреационной нагрузкой
ПП 5 п. Барсово. 200 м от трассы Нефтеюганское шоссе, просека
ПП 6 г. Сургут. 37-й мкр. Лес светлохвойный, просека, 200 м от трассы Нефтеюганское шоссе
Собранное растительное сырье измельчали, высушивали до воздушно-сухого состояния. Пробы подвергали сухому озолению в муфельной печи при температуре 550 °С. После сжигания фарфоровые тигли вместе с золой взвешивали [13, 14].
Определение содержания тяжелых металлов (Мп, Си, РЬ, Сг, N1, Сё) проводили на атомно-
абсорбционном спектрометре МГА-915 МД в кислотных вытяжках растений [13, 14] в Научно -образовательном центре БУ ВО ХМАО-Югры «Сургутский государственный университет».
Статистическую обработку данных осуществляли с помощью стандартных статистических методов.
Результаты и обсуждение. Проведенный анализ содержания подвижных форм тяжелых металлов в листьях подорожника большого показал наличие значительного варьирования элементного состава в зависимости от условий местообитаний (табл. 2). Установлено, что концентрация м еди изменяется в следующих пределах — от 1,09 мг/кг (ПП 2) до 4,94 мг/кг (ПП 5), свинца — от 0,12 мг/кг (ПП 5) до 0,45 мг/кг (ПП 4), кадмия — от 0,02 мг/кг (ПП 3) до 0,08 мг/кг (ПП 4), марганца — от 6,21 мг/кг (ПП 6) до 17,22 мг/кг (ПП 4), хрома — от 0,26 мг/кг (ПП 5) до 1,68 мг/кг (ПП 6), никеля — от 0,03 мг/кг (ПП 1) до 0,42 мг/кг (ПП 4).
Сравнительный анализ содержания подвижных форм свинца, кадмия и никеля исследованных территорий с данными нормативной документации (табл. 2) показал отсутствие превышения по перечисленным элементам. Для остальных элементов нормативные данные отсутствуют.
Проведено сравнение содержания аккумулированных металлов в образцах подорожника большого, взятого с территорий ПП, с проанализированным аптечным сырьем (табл. 2). Это позволило установить достоверные различия в сторону повышения концентрации: свинца на ПП 4
Таблица 2
Содержание элементов (Cu, Pb, Cd, Mn, Cr, Ni) в листьях Plantago major, произрастающего на территории Сургутского района
Пробные площадки Тяжелые металлы (мг/кг)
Сц Pb Cd Mn Cr Ni
ПП 1 1,86 ± 0,01* 0,20 ± 0,01* 0,04 ± 0,001* 8,24 ± 0,29* 0,37 ± 0,03* 0,03 ± 0,00003
ПП 2 1,09 ± 0,02* 0,13 ± 0,01* 0,04 ± 0,001* 12,26 ± 0,40* 0,48 ± 0,01* 0,09 ± 0,001*
ПП 3 1,55 ± 0,06* 0,31 ± 0,01 0,02 ± 0,001* 10,99 ± 0,59* 1,55 ± 0,03* 0,22 ± 0,0009*
ПП 4 4,15 ± 0,14 0,45 ± 0,01* 0,08 ± 0,002 17,22 ± 0,34 1,09 ± 0,03* 0,42 ± 0,01*
ПП 5 4,94 ± 0,16 0,12 ± 0,01* 0,03 ± 0,001* 10,60 ± 0,38* 0,26 ± 0,002* 0,16 ± 0,009*
ПП 6 4,40 ± 0,17 0,18 ± 0,01* 0,02 ± 0,001* 6,21 ± 0,31* 1,68 ± 0,06* 0,14 ± 0,003*
Аптечный контроль 4,39 ± 0,12 0,30 ± 0,01 0,09 ± 0,002 17,08 ± 0,19 0,10 ± 0,004 0,05 ± 0,002
ПДК СанПин 2.3.2.1078-01 [15] — 6,0 1,0 — — 3,0
Усредненные литературные данные по Сибирскому региону [10—12] 12,72 0,53 0,078 15,84 0,87
Примечание: * — статистически достоверные различия с аптечным контролем (P > 0,95)
-Ф-
-Ф-
-Ф-
(в 1,5 раза), хрома — на всех ПП (максимум превышения в 16,8 раз на ПП 6), никеля — на всех площадках, кроме ПП 1 (максимальное превышение в 8,4 раз в точке ПП 4).
По сравнению с усредненными литературными данными [10, 11, 12] содержание меди в листьях подорожника оказалось ниже на территориях всех ПП (в 2,5 раза в точке ПП 5, в 11,7 раз в точке ПП 2). По содержанию свинца превышений не выявлено, данные по кадмию и марганцу вполне соответствуют литературным показателям для Сибирского региона. Содержание никеля в наших образцах оказалось значительно ниже, чем в целом по Сибири, что объясняется отсутствием металлургического производства в Сургутском районе.
Превышения содержания всех исследованных элементов в сравнении с данными нормативных документов СанПин [15] не обнаружено, их концентрация в растительном сырье Plantago major была значительно ниже ПДК на всех пробных площадках.
Ряд убывания содержания элементов в листьях подорожника выглядит следующим образом: Mn > Cu > Cr > Pb > Ni > Cd.
Листья подорожника большого, по данным нашего исследования, более всего подвержены аккумуляции марганца, что хорошо согласуется с литературными данными о содержании этого элемента в почвах [1].
Выводы. Элементный анализ листьев Plantago major Сургутского района обнаружил безопасные концентрации всех исследованных тяжелых металлов (Mn, Cu, Cr, Pb, Ni, Cd). Зеленая фито-масса Plantago major обладает хорошей аккумулирующей способностью по отношению к марганцу и в наименьшей степени накапливает кадмий. Целесообразно расширение ресурсной базы этого вида путем получения гигиенически чистой продукции на относительно чистых территориях. На исследованных пробных площадях допустим сбор листьев подорожника большого при условии строгого соблюдения правил заготовки лекарственного растительного сырья.
Библиографический список
1. Московченко Д. В., Бабушкин А. Г. Фоновое содержание форм тяжелых металлов в почвах Севера Западной Сибири // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. — 2015. — Том 1. № 3 (3). — С. 163—174.
2. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей / Отв. ред. Г. С. Розенберг. — М.: Наука, 2005. — 190 с.
3. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва — растение. — Новосибирск.: Наука, 1991. — 151 с.
4. Ярмишко Т. В. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. Учебное пособие. — С.-Пб.: НИИХ СПбГУ, 1997. — 210 с.
5. Бахнов В. К. Почвообразование: Взгляд в прошлое и настоящее (биосферные аспекты). — Новосибирск.: СО РАН, 2002. — 117 с.
6. Казанцева М. Н., Зенкова Е. Л. Влияние техногенного загрязнения г. Тюмени на репродуктивную способность сосны обыкновенной // Урбоэкосистемы: проблемы и перспективы развития. — 2008. — С. 94—95.
7. Алексеенко В. А. Цинк и кадмий в окружающей среде. — М.: Наука, 1992. — 197 с.
8. Великанова Н. А., Гапонов С. П., Сливкин А. И. Оценка экологического состояния почв и лекарственного растительного сырья (травы горца птичьего и листьев подорожника большого) по содержанию тяжелых металлов в городе Воронеже и его окрестностях // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. — 2012. — № 2. — С. 238—244.
9. Самылина И. А., Сорокина А. А., Пятигорская Н. В. Подорожник большой (Plantago major L.) // Фарматека. — 2010. — № 2. — С. 100—101.
10. Кириенко Н. Н., Терлеева П. С., Первышина Г. Г. Влияние автотранспортного загрязнения биотопа на биохимическую активность Arctium Lappa и Plantago major // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2009. — № 7. — С. 70—72.
11. Егорова И. Н., Мухамадияров Р. А. Содержание тяжелых металлов в листьях подорожника большого (Plantago major L.), произрастающего в Кемеровской области // Вестник Томского государственного университета. — 2009. — № 329. — С. 232—233.
12. Зубарева К. Э., Качкин К. В., Сиромля Т. И. Влияние выбросов автомобильного транспорта на элементный состав листьев подорожника большого // Химия растительного сырья. — 2011. — № 2. — С. 159—164.
13. ГОСТ 30178—96. Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. [Электронный ресурс]: / Режим доступа: http: // docload.spb.ru/Pages_gost/9123.htm. — Загл. с экрана.
14. Русак С. Н., Кравченко И. В., Филимонова М. В., Башкатова Ю. В. Экологическая биохимия растений: химические и биохимические методы анализа: Метод. рекомендации. — Сургут.: ИЦ СурГУ, 2012. — 24 с.
15. СанПиН 2.3.2.1078—01. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.
FEATURES OF HEAVY METALS ACCUMULATION IN PLANTAGO MAJOR L. LEAVES IN CONDITIONS OF MAN-CAUSED IMPACT
I. V. Kravchenko, Ph. D. (Biology), Surgut State University, leading research associate, Scientific and Educational Center, Institute of Natural and Technical Sciences, Surgut, Russia, kravinessa@mail.ru;
M. V. Filimonova, Ph. D. (Biology), Surgut State University, senior research associate, Scientific and Educational Center, Institute of Natural and Technical Sciences, Surgut, Russia, felis75@mail.ru;
L. V. Shepeleva, Ph. D. (Biology), Dr. Habil., Professor of the Chair of Biology and Biotechnology, Institute of Natural and Technical Sciences, Khanty-Mansy Surgut State University, Surgut, Russia, shepelevalf@mail.ru;
Yu. V. Reutova, Secondary Education School No. 9", teacher of chemistry, Nefteyugansk, Russia, ylia_reutova@mail.ru.
References
1. Moskovchenko D. V., Babushkin A. G. Background matter content of heavy heavy metal forms in the North Western Siberian soils // Bulletin of Tyumen State University. Ecology and environmental management. 2015. Volume 1. No. 3 (3). P. 163—174.
2. Wood plants and biological preservation of industrial pollutants / Chief Editor G. S. Rosenberg. М.: Nauka, 2005. 190 p.
3. Ilyin V. B. Heavy metals in the system soil — plant. Novosibirsk.: Nauka, 1991. 151 p.
4. Yarmishko T. V. Scotch pine and atmospheric pollution in the European North. Manual. SPB, NIIH, St. Petersburg State University, 1997. 210 p.
5. Bakhnov V. K. Soil formation: Glimpse into the past and future (biospheric aspects). Novosibirsk.: Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 2002. 117 p.
6. Kazantseva M. N., Zenkova E. L. Influence of technogenic pollution of Tyumen on reproductive ability of scotch pine // Urban ecosystems: problems and prospects of development. 2008. P. 94—95.
7. Alekseenko V. A. Zinc and cadmium in the environment. M.: Nauka, 1992. 197 p.
8. Velikanova N. A., Gaponov S. P., Slivkin A. I. Examination of the ecological state of soils and medical herbal raw materials (knot grass herbs and Plantago major leaves) via the content of heavy metals in Voronezh and its suburbs // Bulletin of VSU. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy. 2012. No. 2. P. 238—244.
9. Samylina I. A., Sorokina A. A., Pyatigorskaya N. V. Plantago major (Plantago major L.) // Pharmateka. 2010. No. 2. P. 100—101.
10. Kiriyenko N. N., Terleeva P. S., Pervyshina G. G. Influence of motor transportation biotope pollution on biochemical activity of Arctium Lappa and Plantago major // Bulletin of Krasnoyarsk State Agricultural University. 2009. No. 7. P. 70—72.
11. Egorova I. N., Mukhamadiyarov R. A. Content of heavy metals in the leaves of Plantago major (Plantago major L.) growing in Kemerovo region // Bulletin of Tomsk State University. 2009. No. 329. P. 232—233.
12. Zubareva K. E., Kachkin K. V., Siromlya T. I. Influence of motor transport emissions on the element structure of Plamtago major leaves // Chemistry of herbal raw materials. 2011. No. 2. P. 159—164.
13. GOST 30178—96. Raw materials and foodstuff. Atomic—absorbtion method of toxic elements determination. [Electronic source]: / Access mode: http: // docload.spb.ru/Pages_gost / 9123.htm. — Title from the screen.
14. Rusak S. N., Kravchenko I. V., Filimonova M. V., Bashkatova Yu. V. Ecological biochemistry of plants: chemical and biochemical methods of analysis: References. — Surgut.: Publishing House of Surgut State University, 2012. 24 p.
15. Sanitary Rules and Regulations 2.3.2.1078—01. Hygienic safety requirements and nutrition value of food products.
