CC BY
81
УДК [615.32+581.192.1]:582.962
ВЛИЯНИЕ ВЫБРОСОВ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ЛИСТЬЕВ ПОДОРОЖНИКА БОЛЬШОГО
© К.Э. Зубарева1, К.В. Качкин1, Т.И. Сиромля2
1 Новосибирский государственный медицинский университет, Красный проспект, 52, Новосибирск, 630091 (Россия)
2Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, ул. Советская, 18,
Новосибирск, 690099 (Россия), e-mail: [email protected]
Представлены результаты определения элементного состава листьев подорожника большого (Plantago major L. -сем. Plantaginaceae), произрастающего на разном удалении от автотрассы. Получены данные о количественном содержании подвижной формы Cd, Cu, Fe, Mg, Mn, Pb, Sr, Zn в сухом веществе и водном извлечении из листьев растения. Выяснено, что содержание исследуемых химических элементов (ХЭ) находится в пределах допустимых концентраций. Определено, что в водное извлечение переходит в разы меньшее количество элементов-поллютантов, что говорит об их нахождении в растении в связанной малорастворимой форме. Содержание хлорофиллов увеличивается при удалении от дороги, количество водорастворимых полисахаридов изменяется слабо. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования листьев в качестве лекарственного растительного сырья.
Ключевые слова: подорожник большой, Plantago major, элементный состав, хлорофилл, полисахариды.
Введение
Подорожник большой (Plantago major L. - сем. Plantaginaceae) является ценным лекарственным растением. Его листья содержат большую группу биологически активных соединений: полисахариды, фла-воноиды, фенолкарбоновые кислоты, витамины C и K, дубильные вещества и др. [1]. Наряду с этим, P. major входит в состав повсеместно распространённого класса синантропной растительности Plantagi-netea majoris R.Tx. et Prsg. in R.Tx 1950, виды которого легко выдерживают высокую рекреационную нагрузку вследствие низкорослости и преобладающей розеточной жизненной формы [2].
Комитетом по охране окружающей среды Новосибирской области установлено, что приоритетным загрязнителем атмосферы города Новосибирска является автотранспорт (более 70% от валового выброса загрязняющих веществ). С работой автомобильного транспорта связано загрязнение растений в наибольших количествах тяжёлыми металлами, а именно свинцом, кадмием и цинком [3-5]. Увеличивающийся токсический прессинг, накапливаясь по цепочке питания, может негативно отражаться на здоровье человека.
Широкое распространение П. большого в нарушенных деятельностью человека местах обитания и его высокая ценность в качестве лекарственного сырья выводят на передний план вопрос о влиянии антропогенного воздействия на элементный состав листьев растения.
Цель нашего исследования - оценка качества и безопасности листьев подорожника большого, собранного на разном удалении от автотрассы, для использования в качестве лекарственного сырья.
Экспериментальная часть
Объектом исследования служили листья P. major, собранные в полевой сезон 2009 г. у посёлка Садовый Новосибирской области на федеральной трассе М53. Сбор производился с 21 по 25 июня 2009 года на трех площадках на расстоянии 10, 25, 50, 100, 200 м от дорожного полотна. Пробы лекарственного сырья отбирали с элементарных площадок размером 0,25-1 м2. Отбор проб для анализов проводили с помощью выделения средней пробы методом квартования в соответствии с ГОСТ 24.027.0-80. Допустимые отклонения в
* Автор, с которым следует вести переписку.
массе средней пробы не превышали ±10% согласно Государственной фармакопее XI (ГФ XI) [6]. Половина проб была помыта. Эксперименты проводили на высушенном сырье, в трехкратной повторности.
Определение содержания подвижной формы ХЭ, массовой доли общей золы и золы, нерастворимой в растворе 10% соляной кислоты, проводили по ГОСТ 13973.6-69. Водная вытяжка для определения водорастворимой формы ХЭ готовилась по методике, предложенной в ГФ XI [6]. Концентрацию ХЭ устанавливали методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе Квант-2. Количество полисахаридов измеряли гравиметрическим методом по ГФ XI [6]. Сумму хлорофиллов рассчитывали через определение оптической плотности спиртового экстракта на СФ-56 (Х=666 нм) [7].
Статистическая обработка данных осуществлялась по общепринятым методикам в среде Windows с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0. и Microsoft Excel. Были рассчитаны средние арифметические значения (M), стандартные ошибки средних арифметических (m), оценки значимости различий средних арифметических по критерию t Стьюдента. Для оценки степени связи между изучаемыми количественными признаками определялся коэффициент корреляции (r) [8].
Обсуждение результатов
Зольность. Одним из первоочередных параметров для оценки допустимости использования в качестве лекарственного сырья в ГФ XI [6] указана зольность растительного материала: общая зольность - не более 20 %; количество золы, нерастворимой в 10% HCl, - не более 6%.
Первому критерию удовлетворяют все исследованные нами образцы. Количество общей золы составляет от 11 до 14%, зависимость от расстояния от автотрассы не прослеживается, достоверная разница между вымытыми и немытыми образцами обнаружена только на расстоянии 10 м от дороги. Следовательно, судить о загрязненности исследуемого лекарственного сырья по данному параметру не представляется возможным.
Второму критерию удовлетворяют образцы, собранные на расстоянии от 50 м и далее (2,6-3,5%). Выявлена обратная корреляционная связь средней силы между данным параметром и расстоянием от дороги, достоверная разница между вымытыми и немытыми образцами также обнаружена лишь на расстоянии 10 м от дороги. Таким образом, данный показатель может служить критерием техногенного загрязнения сырья, и в придорожной полосе шириной до 50 м П. большой собирать не рекомендуется.
Элементный состав. Между содержанием ХЭ в мытых и немытых листьях П. большого достоверной разницы выявлено не было. Поскольку в промышленных масштабах лекарственное сырье заготавливается в естественном виде, мы сочли более целесообразным представить данные о содержании ХЭ в немытых растениях.
Анализ полученных результатов позволяет условно выделить 2 группы ХЭ:
1) поллютанты, количество которых в растениях снижается с удалением от дороги - Cd, Fe, Mn, Pb (табл. 1);
2) биофилы, количество которых в растениях увеличивается с удалением от дороги - Cu, Mg, Sr, Zn (табл. 2).
Таблица 1. Содержание подвижной формы элементов-поллютантов, мг/кг сухого вещества (M±m)
Расстояние от дороги, м Cd Fe Mn Pb
200 0,077±0,006 81±8 24,89±0,84 0,79±0,06
100 0,065±0,005 109±4 28,93±1,04 1,13±0,07
50 0,083±0,005 98±5 26,34±1,61 1,09±0,08
25 0,075±0,005 185±9 30,34±1,16 1,23±0,07
10 0,118±0,007 416±16 31,94±2,04 1,22±0,06
Коэффициент корреляции (г) -0,5 -0,65 -0,79 -0,95
Таблица 2. Содержание подвижной формы элементов-биофилов, мг/кг сухого вещества (M±m)
Расстояние от дороги, м Zn Cu Mg Sr
200 37,85±1,90 5,45±0,31 3361±115 69,2±5,1
100 41,96±1,81 5,11±0,31 3216±98 45,8±1,5
50 38,73±1,55 4,15±0,26 2474±94 29,2±1,2
25 36,12±2,23 4,24±0,23 2199±99 37,1±1,9
10 34,40±2,51 4,80±0,39 2218±116 47,2±2,2
Коэффициент корреляции (г) 0,45 0,78 0,87 0,80
Для всех поллютантов выявлена достоверная отрицательная корреляция между расстоянием от шоссе и их концентрацией в растениях. Максимальный коэффициент корреляции (-0,95) характерен для свинца, хотя с 1 января 2003 г. действует закон «Об ограничении оборота этилированного бензина в Российской Федерации».
Содержание поллютантов в листьях P. major находится в прямой зависимости от степени антропогенной нагрузки, наибольшее их количество отмечено на расстоянии 10 м от дороги. Элементы-поллютанты могут накапливаться в растениях из-за выбросов продуктов сгорания топлива. основным компонентом моторного топлива является нефть, которая содержит различные примеси, в том числе и ме-таллорганические соединения до 8% [9, 10].
Количество элементов-биофилов в листьях увеличивается с отдалением от дороги, т.е. в растениях, находящихся в более благоприятных экологических условиях. Основная физиологическая роль магния связана с его вхождением в молекулу хлорофилла. Также он входит в состав запасного вещества - фитина, который используется в энергетическом обмене и как источник фосфорной кислоты. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза [11]. Возможно, количество магния и меди в растениях придорожной зоне уменьшается из-за ингибирования фотосинтетических процессов. Концентрация подвижной формы стронция при удалении от дороги также растёт. При расчёте парной корреляции выяснилось, что стронций и магний являются в данных условиях синергистами (r=0,93). Концентрация цинка практически не меняется в зависимости от степени удаленности от автотрассы.
Количество химических элементов в водном извлечении. П. большой применяется в медицине как источник большого числа полисахаридов. ГФ XI рекомендует использовать водное извлечение из листьев П. большого, при этом извлекается максимальное количество полисахаридов. Этот факт выводит на передний план вопрос о содержании ХЭ в водном извлечении из листьев П. большого. Водорастворимые формы ХЭ легче переходят в пищевую цепь, т.е. обладают большей биодоступностью для организмов.
основные результаты определения элементного состава водного извлечения из листьев П. большого представлены в таблице 3.
Содержание Mg, Mn, Sr в водной и солянокислой вытяжках практически одинаково, т.е. основная часть их соединений находится в листьях в водорастворимой форме.
Cu, Fe, и Zn переходят в водный раствор в количествах, на порядок меньших, чем при экстракции 10% HCl. Количество Cd в придорожной зоне шириной 50 м составляет около 0,05 мг/кг, а количество Pb - около
0,2 мг/кг. В водном извлечении из листьев растений, собранных на расстоянии дальше 50 м, содержание этих элементов ниже чувствительности прибора (0,001 и 0,01 мкг/мл, т.е. 0,01 и 0,1 мг/кг соответственно).
Таким образом, элементы с преобладающим токсическим действием накапливаются в прочносвязанной форме. При экстракции водой тяжелые металлы слабо переходят в раствор, поэтому применение водного извлечения из листьев П. большого является достаточно безопасным для здоровья человека.
Сравнение содержания химических элементов с литературными данными. Одним из путей поступления элементов-токсикантов в организм человека являются лекарственные средства на основе растительного сырья. Однако содержание опасных ХЭ в лекарственных растениях, в том числе и дикорастущих, до сих пор не нормируется, поэтому для гигиенической оценки лекарственного растительного сырья мы использовали показатели, принятые для биологически активных добавок (БАД) на растительной основе. Полученные результаты представлены в таблице 4.
Таблица 3. Содержание водорастворимой формы ХЭ, мг/кг сухого вещества
Расстояние от дороги, м Cu Fe Mg Mn Sr Zn
200 0,48±0,02 3,5±0,2 2804±226 20,18±0,47 67,4±5,1 9,9±0,8
100 0,41±0,01 5,3±0,3 2357±130 17,27±1,26 57,7±3,3 10,3±0,9
50 0,53±0,01 5,6±0,4 1774±192 18,22±0,83 51,5±4,0 9,1±0,9
25 0,37±0,03 4,1±0,3 1818±15 14,55±0,88 52,6±3,7 10,5±0,8
10 0,24±0,01 10,0±0,5 1250±120 14,02±0,85 37,6±2,6 13,4±1,0
Коэффициент корреляции (r) 0,75 -0,61 0,94 0,87 0,89 -0,45
Таблица 4. Сравнение содержания ХЭ (мг/кг сухого вещества) в подорожнике большом с литературными
данными
Эле- мент Подвижная форма (min-max) Водорастворимая форма (min-max) ПДК СанПиН 2.3.2.560-2002 БАД на растительной основе(чаи) ПДК, обобщенный мировой материал [12] Допустимая суточная потребность ** человека, мг/сут
Cd 0,065-0,118 0,00-0,07 1,0 0,05-0,2 -
Cu 4,15-6,65 0,24-0,67 - 5-30 1,0-1,5
Fe 85-273 2,1-10,0 - - 20-30
Mg 1862-3883 1250-3098 - - 310-390
Mn 20,87-32,83 12,50-20,18 - 20-300 2,0-5,0
Pb 0,79-1,32 0,00-0,14 6,0 5-10 -
Sr 29,2-69,2 37,6-67,4 - - -
Zn 28,75-41,96 9,07-16,04 - 27-150 10-11
Примечание. - ПДК СанПиН 2.3.2.1078-01 БАД на растительной основе (чаи); - в таблице приведены дозы, реко-
мендуемые отделом по пищевым продуктам и питанию (Food and Nutrition Board - FNB) Института медицины США и Научным комитетом по пищевым продуктам (Scientific Commitee on Food - SCF) Европейского союза.
Как показывают приведенные данные, содержание всех ХЭ находится в пределах допустимых значений, принятых для биологически активных добавок к пище на растительной основе СанПиН 2.3.2.5602002. Данное сырьё может быть использовано в медицине. Этот факт, позволяет нам сделать вывод о безопасности по данному критерию листьев П. большого, собранного даже на расстоянии 10 м от дороги (на исследуемой территории). Возможно, это связано с высокой устойчивостью растения к антропогенной нагрузке. Растения с помощью защитных механизмов в состоянии ограничивать движение избыточных ионов из корней в надземные органы [13]. Способность растений ограничивать накопление тяжёлых металлов в употребляемых человеком органах весьма значительно проявляется на техногенно загрязненных почвах, что может значительно снизить остроту экологической ситуации [14].
Таким образом, наши данные позволяют отнести П. большой, произрастающий на данной территории, к растениям с высоким экологическим потенциалом. В дальнейшем возможно расширение ресурсной базы этого вида путем получения гигиенически чистой продукции на незначительно загрязненной территории. На данной территории допустим сбор листьев П. большого при условии строгого соблюдения правил заготовки лекарственного растительного сырья.
Содержание водорастворимых полисахаридов и суммы хлорофиллов. Известно более 10 лекарственных препаратов, в составе которых присутствуют листья П. большого: «Плантаглюцид», «Сок подорожника», «Экстракт подорожника», «Гастрокалм» и др. Основными действующими веществами большинства этих препаратов являются водорастворимые полисахариды. Содержание водорастворимых полисахаридов в листьях P. major должно быть не менее 12% [6].
В целом чувствительность полисахаридов к антропогенному воздействию в данных условиях низкая (г = -0,23). Содержание водорастворимых полисахаридов в листьях растений, произрастающих в местах наиболее интенсивного движения автотранспорта, почти одинаковое по сравнению с растениями, отобранными в экологически благоприятной зоне. Если судить по данному критерию о качестве и безопасности листьев, собранных в придорожной зоне, то заготовка сырья для получения водного извлечения вполне возможна.
Количество хлорофилла в листьях растения может служить индикатором состояния среды его обитания. Кроме того, этот пигмент широко используется как БАД. Обнаружено сходство в строении молекулы хлорофилла и гемоглобина, поэтому хлорофилл способен оказывать на кровь человека сходное с действием гемоглобина воздействие: повышать уровень кислорода, ускорять азотистый обмен.
Процентное количество хлорофилла определяли экстракцией высушенного растительного материала 98% этиловым спиртом спектрофотометрическим методом на длине волны 666 нм.
Таблица 5. Количество водорастворимых полисахаридов в листьях П. большого, %
Расстояние от дороги, м 10 25 50 100 200
Количество водорастворимых полисахаридов 15,5±0,2 14,7±0,8 15,8±1,3 15,3±0,5 15,8±1,1
Содержание хлорофилла, магния и меди в зависимости от степени удаленности от дороги
Количество хлорофилла в листьях растения коррелирует с количеством магния, поскольку магний входит в состав молекулы этого пигмента (рис.). Коррелирует с хлорофиллом и медь (г = 0,82). Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. При расчёте коэффициента парной корреляции выяснилось, что медь и магний - синергисты. Очевидно, что от оптимального соотношения этих металлов зависит скорость фотосинтеза и количество хлорофилла.
В процессе исследования влияния элементов на количество хлорофилла выяснилось, что содержание этого пигмента не зависит от количества РЬ, Бе, 2п, Мп и Са (г=0,2; 0,3; 0,4; 0,1 и -0,3 соответственно). Однако нами обнаружен антагонизм между хлорофиллом и кадмием (г=-0,63).
В целом чувствительность хлорофилла к антропогенному воздействию в данных условиях высокая (г=0,9). Можно сделать вывод, что содержание хлорофилла может служить индикатором загрязнения окружающей среды на исследуемой территории. Судя по данному критерию, сбор сырья для приготовления из листьев П. большого спиртового извлечения наиболее оптимален на расстоянии не менее 100 м от автотрассы.
Заключение
В результате исследований выявлено, что общий минеральный остаток листьев растений, собранных на разном удалении от автотрассы, отличается незначительно. Существует обратная связь между удалённостью от дороги и количеством золы, не растворимой в 10% соляной кислоте. Придорожной полосой, в которой не рекомендуется собирать П. большой, является 10-25 метров по данному показателю.
Влияние автомагистрали на элементный состав листьев П. большого обнаруживается, но благодаря высокой устойчивости данного растения к антропогенной нагрузке тяжелые металлы накапливаются в прочносвязанной форме и очень слабо переходят в водную вытяжку. Проведенная гигиеническая оценка выявила безопасность исследованного растительного сырья.
Листья П. большого для последующего приготовления водного извлечения рекомендуется заготавливать на расстоянии не менее 50 м от дороги, для получения более качественного спиртового экстракта -не менее 100 м.
Список литературы
1. Растительные ресурсы СССР: Цветковые растения, их химический состав, использование; Семейства Caprifoliaceae-Plantaginaceae. Л., 1990. Т. 5. 328 с.
2. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Наука о растительности (история и современное состояние основных концепций). Уфа, 1998. 413 с.
3. Ведина О.Т., Толеа С.И., Пайлик И.С. Цинк в сельскохозяйственных растениях придорожных экосистем // Тяжёлые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М., 1994. С. 4-16.
4. Ермохин Ю.И. Гужулев Э.П., Сницарь А.Е. Познай свой дом и помоги природе и себе. Омск, 1998. 264 с.
5. Красницкий В.М. Агроэкотоксикологическая оценка агроценозов : монография. Омск, 200. 68 с.
6. Государственная фармакопея СССР. Вып. 2. Общие методы анализа, лекарственное растительное сырье. 11-е изд. доп. М., 1989. 400 с.
7. Губин К.В., Ханина М.А. Методы выделения, качественного обнаружения и определения количественного содержания БАВ лекарственного растительного сырья. Новосибирск, 2009. 22 с.
8. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. 2-е изд. М., 1971. С. 93.
9. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва - растение. Новосибирск, 1991. 151 с.
10. Эрих В.Н., Расина М. Г., Рудин М. Г. Химия и технология нефти и газа. 3-е изд. Л., 1985. С. 76.
11. Сысо А.И., Яцков М.И., Даниленко А.А., Привалова О.Г., Смоленцев Б.А. Загрязнение тяжелыми металлами снегового покрова г. Новосибирска в 2003-2004 гг. // Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде. Семипалатинск, 2004. Т. 2. С. 409-415.
12. Пархоменко Н.А., Ермохин Ю.И. Агроэкологическая оценка действия тяжёлых металлов в системе почва -растение вдоль автомагистралей в условиях лесостепи Западной Сибири. Омск, 2005. 48 с.
13. Кузнецов Вл. В., Дмитриева Г. А. Физиология растений. М., 2005. 736 с.
14. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. М., 1989. 439 с.
Поступило в редакцию 7 июня 2010 г.
