CC BY
20
УДК 57.041:577.19:573.7
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-18043
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ АВТОТРАССЫ НА НАКОПЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ДИКОРАСТУЩИХ ПИЩЕВЫХ РАСТЕНИЯХ
С. С. Кузьмина, кандидат биологических наук, доцент, Северо-Восточный Федеральный университет им. М. К. Аммосова (СВФУ), sskuzmina@bk.ru, г. Якутск, Россия, М. И. Соловьева, кандидат биологических наук, доцент, Северо-Восточный Федеральный университет им. М. К. Аммосова (СВФУ), cmi79@mail.ru, г. Якутск, Россия
В статье представлены результаты изучения накопления аскорбиновой кислоты, флавоноидов, суммы низкомолекулярных антиоксидантов и микроэлементов в традиционных пищевых дикоросах полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris L.), щавель кислый (Rumex acetosa L.), собранных на прилегающих к федеральной автотрассе Р-504 Якутск—Магадан участках. Показано, что в растениях, собранных в центре поселка Нижний Бестях на расстоянии 200 м от автотрассы, наблюдается достоверное повышение содержания изученных биологически активных веществ в среднем на 20 % по сравнению с фоновыми значениями рекреационной зоны. В растениях, собранных на берегу озера в 8 км от поселка на участке водозабора на расстоянии 400 м от автотрассы, достоверных различий с фоновыми значениями не обнаружено. Содержание микроэлементов в растениях было выше в щавеле. При этом содержание всех элементов в обоих видах растений не превышает предельно допустимые концентрации для пищевых растений. Хотя можно отметить, что имеется превышение фоновых значений по Fe, Zn, Pb в условиях территории поселка (p < 0,05), по остальным микроэлементам есть такая же тенденция. Микроэлементы, содержащиеся в изученных растениях во всех исследованных условиях произрастания, образуют аккумулятивный убывающий ряд: Fe—Mn—Zn—Cu—Co—Pb—Cd.
The results of the study of the accumulation of ascorbic acid, flavonoids, the sums of low molecular weight antioxidants and trace elements in traditional food wild plants Artemisia vulgaris L. and Rumex acetosa L. are presented in the article. The plants grew along the Р-504 highway Yakutsk—Magadan. There is 20 % increase in the content of biologically active substances on an average as compared to the background values in plants from the center ofthe village of Nizh-ny Bestyakh at the distance of 200 m from the highway. In plants collected on the shore of the lake 8 km away from the village and at the distance of 400 m from the highway, no reliable differences were found. The content of microelements is generally higher in the plants of Rumex acetosa L. The content of all elements does not exceed the maximum permissible concentrations for food plants in both types of plants. Although it can be noted that there is an excess of background values for Fe, Zn, Pb in the conditions of the village (p < 0.05), for the rest of the microelements there is the same trend. The microelements in all samples under the studied growing conditions form an accumulative descending row: Fe—Mn—Zn—Cu—Co—Pb—Cd.
Ключевые слова: флавоноиды, аскорбиновая кислота, антиоксиданты, микроэлементы, пищевые растения, техногенная нагрузка, автотрасса.
Keywords: flavonoids, ascorbic acid, antioxidants, trace elements, food plants, industrial load, highway.
Введение. Дикорастущие пищевые растения всегда входили в пищевой рацион человека, были источниками витаминов и других биологически активных веществ, особенно на Севере, где сельскохозяйственные культуры не выращивались в силу суровых климатических условий. В старину якуты употребляли в пищу одних только травянистых растений около 50 видов, продукты растительного происхождения занимали важное место в рационе [1]. Многие дикорастущие пищевые растения распространены практически повсеместно и нередко в большом количестве. Среди них можно выделить полынь обыкновенную (Artemisia vulgaris L.) и щавель кислый (Rumex acetosa L.), которые в настоящее время население Центральной Якутии наиболее активно самостоятельно использует в пищу [2]. Полынь обыкновенная входит в состав национального кисломолочного продукта «Уэрэ ото». Этот вид кисломолочного продукта в республике в последнее время стал повседневным продуктом на продовольственном рынке. Вырабатывается на основе пахты или кефира с добавлением высушенных, отваренных и измельченных листьев полыни путем сквашивания в соответствии с требованиями ТУ. За счет полыни кисломолочный продукт заметно обогащается микроэлементами Fe, Си и витаминами С, Е, В^, РР, Р-каротином [3]. Дикорастущие растения, богатые биологически активными веществами, имеют не только пищевую ценность, но и оказывают эффективное профилактическое действие на организм человека в ц елом. Многочисленные литературные данные подтверждают, что на качественный и количественный состав биологически активных веществ (БАВ) в растениях оказывают влияние экологические условия произрастания. В крупных населенных пунктах Республики Саха (Якутия) основным антропогенным фактором воздействия на окружающую среду является техногенная нагрузка автотранспорта. В республике транспортная связь всех районов с центром осуществляется в основном по автотрассам. Прилегающие к автотрассе территории подвергаются загрязнению выбросами транспорта, одним из компонентов которых является свинец, наиболее опасный поллютант токсического действия на окружающую среду. Есть единичные работы, в которых показана связь накопления тяжелых металлов в кормовых травах и органах домашних животных с содержанием их
в почве в нескольких районах Якутии [4]. Однако в литературе нет информации об исследованиях в республике по выявлению эффектов воздействия техногенной нагрузки автотрасс на традиционно используемые в пищу растения прилегающих территорий. В связи с этим становится актуальным изучение накопления тяжелых металлов и биологически активных веществ в пищевых дикорастущих растениях прилегающих к автотрассе экосистем. В Центральной Якутии много крупных населенных пунктов расположено вдоль автотрассы Р-504. Поселок городского типа Нижний Бестях является наиболее густо заселенным активно развивающимся населенным пунктом, в 2018 году численность населения по данным Федеральной службы государственной статистики Росстат составила 4152 человека. Федеральная трасса Р-504 проложена посередине поселка, кроме того, с этой трассой на территории поселка стыкуются трасса федерального значения А-360 Невер—Якутск, а также автодорога республиканского значения Якутск—Амга. Рядом с поселком построена железнодорожная станция Нижний Бестях, в июле 2019 года началась постоянная эксплуатация железной дороги грузовой и пассажирской перевозкой. Целью нашей работы было изучение накопления БАВ и микроэлементов в дикорастущих пищевых растениях полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris L.) и щавель обыкновенный (Rumex acetosa L.), произрастающих в условиях техногенной нагрузки автотрассы.
Объект и методы исследования. Растения были собраны на участках, расположенных на разных расстояниях от автотрассы и отличающиеся уровнем антропогенной нагрузки: в 200 м от автотрассы (ул. Ленина) в центральной части поселка Нижний Бестях (сравнительно высокая антропогенная нагрузка); в 400 м от автотрассы на берегу озера Мааччыйа рядом с водозабором, расположенным в 8 км от поселка Нижний Бестях (сравнительно умеренная антропогенная нагрузка). Для получения данных в качестве фоновых показателей сбор растений был произведен из природного биотопа, испытывающего слабую антропогенную нагрузку, находящегося на территории туристической базы Усть-Буотама природного парка «Ленские столбы» (рекреационная зона, контроль). Сбор растений проводили в период массовой заготовки растительного сырья в конце июля, собирали надземную часть растений и сушили в соответствии с требованиями ГФ [5].
Определение содержания аскорбиновой кислоты, флавоноидов, суммы низкомолекулярных антиоксидантов в воздушно-сухих пробах фито-массы растений проведены спектрофотометричес-
кими м етодами на спектрофотометре ПЭ-5400 УФ в лаборатории биологического отделения Института естественных наук СВФУ. Содержание аскорбиновой кислоты определяли по реакции с K3[Fe(CN)6] и FeCl3 при X = 700 нм, сумму флавоноидов определяли по реакции с AICI3 при X = 400 нм в пересчете на рутин, содержание суммы низкомолекулярных антиоксидантов (НМАО) определяли по окислению FeCl3, количество которого затем регистрировали по интенсивности окраски с орто-фенантролином при X = 510 нм [6]. Анализ содержания микроэлементов был проведен методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе ААЗ Analyst 400 в Якутской Республиканской ветеринарно-испытательной л а-боратории.
Результаты и обсуждение. Во многих исследованиях показано, что содержание аскорбиновой кислоты и флавоноидов в растениях варьирует довольно в широких пределах в зависимости от различных факторов и условий среды произрастания. Авторами были получены данные о зависимости накопления флавонолгликозида рутина, суммы флавоноидов и аскорбиновой кислоты в некоторых растениях от солнечной инсоляции, среднемесячной температуры, суммы осадков в период вегетации [7], а также данные о зависимости накопления микроэлементов в лишайниках от антропогенных факторов и места произрастания в условиях Якутии [8]. Полученные нами результаты также свидетельствуют о влиянии условий произрастания, в частности антропогенной нагрузки, на накопление исследуемых БАВ. Видно, что содержание аскорбиновой кислоты в листьях полыни и щавеле, собранных на территории поселка Нижний Бестях, выше на 20 и 10 % соответственно по сравнению с растениями, произрастающими в условиях рекреационной зоны. Содержание флавоноидов также выше в обоих видах растений с территории поселка Нижний Бестях на 20 и 13 % по сравнению с контролем. В содержании низкомолекулярных антиоксидан-тов наблюдается такая же зависимость: в щавеле обыкновенном и полыни монгольской, собранных на территории поселка Нижний Бестях, выше на 17 и 25 % соответственно по сравнению с фоновым значением (табл. 1).
Антиоксиданты растений служат ингибиторами свободнорадикальных окислительных процессов, вызванных различными стрессовыми факторами среды, поэтому вполне закономерно, что содержание суммы НМАО в растительном сырье, собранном в местах с антропогенной нагрузкой, оказалась выше, чем в растениях с более благоприятными условиями произрастания. Содер-
жание флавоноидов, аскорбиновой кислоты и НМАО в растениях, собранных на береговой территории озера Мааччыйа, не показало заметных различий по сравнению с контрольными растениями. Это может указывать на схожесть условий произрастания по экологическим и антропогенным факторам среды. Для наглядности представления полученных данных об изменениях уровня низкомолекулярной антиоксидантной защиты в зависимости от интенсивности техногенной нагрузки мы использовали метод нормирования данных к контролю с фоновым значением. Аскорбиновая кислота и флавоноиды являются низкомолекулярными антиоксид антами, первым эшелоном защиты от воздействия токсичных соединений. Поэтому регуляция синтеза этих БАВ и суммарного содержания НМАО вносит большой вклад в общую антиоксидантную защиту растений. Как видно из таблицы 1, низкомолекулярная антиоксидантная защита в ц елом выше в исследованных видах растений с прилегающих к автотрассе территорий по сравнению с растениями с рекреационной зоны. Возможно, общая ан-тиоксидантная защита растений при адаптации к этим условиям повышается в основном за счет низкомолекулярных антиоксидантных систем.
Известно, что содержание микроэлементов в растениях показывает биогеохимическое состояние почв места произрастания, так как все химические элементы растений главным образом пос-
тупают из почвы, на которых они произрастают. Однако это не предполагает наличия прямой зависимости концентрации микроэлементов в тканях растений от их содержания в почве в связи с возможностью растений избирательно поглощать необходимые им элементы в соответствии с физиологическими и биохимическими потребностями. Это показано в работах по исследованию содержания тяжелых металлов в кормовых травах [4], полыни обыкновенной и сусака зонтичного [9] в условиях Якутии. Разные виды растений обладают не одинаковой способностью накапливать металлы. Причем это касается не только количества, но и соотношения их содержания в различных органах растений. Как видно из таблицы 2, содержание микроэлементов выше в целом в щавеле.
При этом содержание всех элементов в обоих видах растений не превышает предельно допустимые концентрации по СанПиН 2.3.2.1078—0.1 [3]. Количественное содержание РЬ и Сё в изученных растениях, произрастающих в двух прилегающих к автотрассе участках, не превышает имеющиеся нормативы для пищевых растений (ПДК для РЬ 6,0 мг/кг, ПДК для Сё 1,0 мг/кг). Хотя можно отметить, что имеется превышение фоновых значений по Бе, РЬ в условиях территории поселка (р < 0,05), по остальным микроэлементам есть такая же тенденция. Можно предположить, что при высоких концентрациях эле-
Таблица 1
Содержание биологически активных веществ в Artemisia vulgaris L. и Rumex acetosa L.
в зависимости от места произрастания
БАВ Единицы измерения Рекреационная зона (контроль) п. Нижний Бестях, 200 м от автотрассы Берег озера Мааччыйа, 400 м от автотрассы
Аскорбиновая кислота Флавоноиды Сумма НМАО Полынь обы мг/100 г нормированная к контролю мг/100 г нормированная к контролю мкг- экв/г нормированная к контролю кновенная (Artemisia 10,24 ± 0,12* 1 1,98 ± 0,11* 1 0,538 ± 0,011* 1 vulgaris L.) 14,43 ± 0,11* 1,4 2,47 ± 0,13* 1,2 0,646 ± 0,014* 1,3 9,71 ± 0,13 0,9 1,79 ± 0,12 0,9 0,549 ± 0,015 1,0
Аскорбиновая кислота Флавоноиды Сумма НМАО Щавель обь мг/100 г нормированная к контролю мг/100 г нормированная к контролю мкг - экв/г нормированная к контролю [кновенный (Rumex a 16,78 ± 0,15* 1 3,01 ± 0,11* 1 0,418 ± 0,021* 1 cetosa L.) 18,65 ± 0,12* 1,1 3,43 ± 0,12* 1,4 0,564 ± 0,013* 1,2 17,25 ± 0,27 1,0 2,83 ± 0,21 0,9 0,398 ± 0,022 0,9
* значимые различия (р < 0,05)
Таблица 2 Содержание микроэлементов в Artemisia vulgaris L. и Rumex acetosa L. в зависимости от места произрастания
* значимые различия (р < 0,05)
ментов в почве у растений включаются защитные механизмы (выработка корнями фосфатазы, увеличивающей концентрацию фосфора и т. д.), замедляющие поступление этих элементов в надземную часть растения, что регулирует их накопление в фитомассе растений при различных условиях произрастания. Кроме того, на подвижность тяжелых металлов в почве влияют кислотность, содержание гуминовых веществ и т. п. Поступление
токсичных веществ в составе атмосферного воздуха также регулируется защитными механизмами растений [10].
По интенсивности поглощения содержание микроэлементов в изученных растениях образует следующий убывающий ряд: Бе—Мп—2п—Си— Со—РЪ—Сё.
Заключение. Таким образом, при сравнительно высокой антропогенной, большей частью техногенной, нагрузке в условиях произрастания на территории в 200 м от автотрассы в центре поселка Нижний Бестях в полыни монгольской и щавеле обыкновенном наблюдается повышение содержания флавоноидов, аскорбиновой кислоты, суммы НМАО и микроэлементов по сравнению с фоновыми значениями рекреационной зоны. Это указывает на определенную значимость эффекта данной антропогенной нагрузки на многолетние растения. Повышение уровня антиоксидантной защиты является ответной реакцией растений для сохранения антиоксидантных-прооксидант-ных равновесий, дестабилизированных последствиями антропогенного воздействия в виде химического загрязнения воздуха и почвы, механического нарушения почв, изменение рельефа местности. В целом концентрация микроэлементов в щавеле и полыни обыкновенной в трех местах сбора находится в пределах ПДК и укладывается в диапазон содержания, при котором осуществляется нормальное функционирование растительных организмов. При сравнении с фоновыми значениями наблюдается достоверное превышение содержания Бе, 2п, РЪ в условиях поселка Нижний Бестях. Микроэлементы, содержащиеся в изученных растениях во всех исследованных условиях произрастания, образуют аккумулятивный убывающий ряд: Бе—Мп—2п—Си—Со— РЪ—Сё.
Микроэлементы Рекреационная зона п. Нижний Бестях, 200 м от автотрассы Берег озера Мааччыйа, 400 м от автотрассы
Пол Fe, мг/кг Mn, мг/кг Cu, мг/кг Co, мг/кг Zn, мг/кг Pb, мг/кг Cd, мг/кг ынь обыкнове 108,3 ± 2,3* 59,2 ± 3,3 4,12 ± 0,3 0,36 ± 0,05 25,4 ± 1,3* 0,25 ± 0,02* 0,18 ± 0,01 нная (Artemisia 151,1 ± 2,8* 58,7 ± 1,7 5,9 ± 0,8 0,42 ± 0,03 38,3 ± 1,2* 0,4 ± 0,01* 0,19 ± 0,01 vulgaris L.) 142,3 ± 2,1* 61,1 ± 4,5 5,4 ± 0,3 0,39 ± 0,11 30,5 ± 1,2* 0,29 ± 0,02 0,17 ± 0,01
Ща Fe, мг/кг Mn, мг/кг Cu, мг/кг Co, мг/кг Zn, мг/кг Pb, мг/кг Cd, мг/кг вель обыкнов 153,6 ± 4,3* 70,5 ± 4,2 3,85 ± 0,3 0,47 ± 0,02 32,9 ± 2,6* 0,36 ± 0,03* 0,27 ± 0,01 енный (Rumex 165,3 ± 5,4* 72,6 ± 2,6 4,31 ± 0,2 0,49 ± 0,03 45,4 ± 3,1* 0,62 ± 0,02* 0,34 ± 0,02 acetosa L.) 158,2 ± 5,8* 70,9 ± 2,1 3,89 ± 0,2 0,41 ± 0,02 41,8 ± 2,9* 0,45 ± 0,07* 0,28 ± 0,01
Библиографический список
1. Саввин А. А. Пища якутов до развития земледелия (опыт историко-этнографической монографии). — Якутск: ИГИ АН PC (Я), 2005. — 376 с.
2. Чирикова Н. К., Ефремова М. И., Федоров А. А. Применение пищевых растений в народной медицине Якутии // Евразийское научное объединение, 2016. Т. 1, № 3 (15). — С. 83—84.
3. Лебедева У. М., Абрамов А. Ф., Степанов К. М., Васильева В. Т., Ефимова А. А. Пищевая ценность национальных молочных продуктов с добавлением лесных ягод и дикорастущих пищевых растений Якутии // Вопросы питания, 2015. Т. 84, № 6. — С. 132—140.
4. Григорьева А. А., Миронова Г. Е. Аккумуляция тяжелых металлов в почве и кормовых травах Центральной Якутии // Вестник СВФУ, 2018, № 1 (63). — С. 5—12.
5. Государственная фармакопея СССР. — М.: Медицина, 1987. — Вып. 1. — 333 с.
6. Рогожин В. В. Методы биохимических исследований: учеб. пособие. — Якутск, 2009. — 116 с.
7. Кузьмина С. С., Попова А. С. Зависимость накопления флавоноидов и аскорбиновой кислоты в дикорастущих растениях Якутии от условий произрастания // Наука и образование, 2001, № 1. — С. 80—86.
8. Соловьева М. И., Кудинова З. А., Кузьмина С. С. Содержание микроэлементов в слоевищах лишайников родов Cladonia и Cetraria в зависимости от места произрастания // Наука и образование, 2007, № 7. — С. 118—122.
9. Васильева В. Т. Экология, биохимический состав и пищевая ценность полыни обыкновенной и сусака зонтичного в Центральной Якутии: автореферат дисс. ... канд. биол. наук: 03.00.16 / Якутский гос. ун.-т. им. М. К. Аммосова. — Якутск, 2006. — 18 с.
10. Ельчинова А. А., Шаталина Н. В., Стрижева Е. Н., Превышина Г. Г. Влияние экологических факторов на химический состав некоторых дикорастущих растений Красноярского края // Химия растительного сырья, 2002, № 3. — С. 53—56.
IINFLUENCE OF TECHNOGENIC LOAD OF THE HIGHWAY ON BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES AND MICROELEMENTS IN WILD FOOD PLANTS
S. S. Kuzmina, Ph. D. (Ecology), Associate Professor, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University, sskuzmina@bk.ru, Yakutsk, Russia,
M. I. Solovyova, Ph. D. (Ecology), Associate Professor, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University, cmi79@mail.ru, Yakutsk, Russia
References
1. Savvin A. A. Pishha jakutov do razvitija zemledelija (opyt istoriko-jetnografi cheskoj monografii) [The Yakut people diet before the development of agriculture: experience of historical and ethnographic monograph]. Yakutsk, IGI AN RS (Yakutia), 2005. 376 p. [in Russian]
2. Chirikova N. K., Efremova M. I., Fedorov A. A. Primenenie pishevyh rastenij v narodnoj medicine Yakutii [The use of food plants in traditional medicine of Yakutia]. Evrazijskoe nauchnoe obedinenie, 2016. Vol. 1. No. 15, P. 83—84 [in Russian]
3. Lebedeva U. M., Abramov A. F., Stepanov K. M., Vasileva V. T., Efimova A. A. Pishevaya cennost nacionalnyh molochnyh produktov s dobavleniem lesnyh yagod i dikorastushih pishevyh rastenij Yakutii [Nutritional value of national dairy products with the addition of wild berries and wild food plants of Yakutia]. Voprosy pitaniya. 2015. Vol. 84, No. 6. P. 132—140 [in Russian].
4. Grigor'eva A. A., Mironova G. E. Akkumulyaciya tyazhelyh metallov v pochve i kormovyh travah Centralnoj Yakutii [Accumulation of heavy metals in soil and forage grasses of Central Yakutia]. Vestnik NEFU. 2018. No. 1 (63). P. 5—12 [in Russian]
5. Gosudarstvennaja farmakopeja SSSR [The state pharmacopea of the USSR]. Moscow, Medicina. 1987. No. 1. 333 p. [in Russian]
6. Rogozhin V. V. Metody biohimicheskih issledovanij [Biochemical research methods]. Ucheb. Posobie. Jakutsk, 2009. 116 p. [in Russian]
7. Kuzmina S. S., Popova A. S. Zavisimost nakopleniya flavonoidov i askorbinovoj kisloty v dikorastushih rasteniyah Yakutii ot uslovij proizrastaniya [Dependence of the accumulation of flavonoids and ascorbic acid in wild plants of Yakutia on growing conditions]. Nauka i obrazovanie. 2001. No. 1. P. 80—86 [in Russian]
8. Solov'eva M. I., Kudinova Z. A., Kuzmina S. S. Soderzhanie mikroelementov v sloevishah lishajnikov rodov Cladonia i Ce-traria v zavisimosti ot mesta proizrastaniya [The content of microelements in the thalli of lichens of the genera Cladonia and Cetraria, depending on the place of growth]. Nauka i obrazovanie. 2007. No. 7. P. 118—122 [in Russian].
9. Vasil'eva V. T. Ekologiya, biohimicheskij sostav i pishevaya cennost polyni obyknovennoj i susaka zontichnogo v Centralnoj Yakutii: avtoreferat diss. ... kand.biol.nauk: 03.00.16 / Yakutsk. Gos. un-t im. M. K. Ammosova [Ecology, biochemical composition and nutritional value of common wormwood and umbrellas in the Central Yakutia: Thesis abstract for Ph. D. In Biology: 03.00.16. Yakut State University]. Yakutsk, 2006. 18 p. [in Russian]
10. Elchinova A. A., Shatalina N. V., Strizheva E. N., Prevyshina G. G. Vliyanie ekologicheskih faktorov na himicheskij sostav nekotoryh dikorastushih rastenij Krasnoyarskogo kraya [The influence of environmental factors on the chemical composition of some wild plants of Krasnoyarsk Krai]. Himiya rastitelnogo syrya, 2002. No. 3. P. 53—56 [in Russian].
