Анализ особенностей накопления макро- и микроэлеметов в траве пустырника пятилопастного флоры Воронежской области
Автор: Дьякова Нина Алексеевна
Журнал: Вестник Нижневартовского государственного университета @vestnik-nvsu
Рубрика: Экология микроорганизмов, растений
Статья в выпуске: 4, 2022 года.
Бесплатный доступ
Исследования элементного состава дикорастущего сырья являются актуальными и значимыми в силу высокой эффективности и биологической доступности металлоорганических их форм, содержащихся в растениях. Цель данного исследования - изучение макро- и микроэлементного состава травы пустырника пятилопастного естественного фитоценоза Воронежской области. Заготовку сырья осуществляли в период цветения растения в Воронежском государственном природном биосферном заповеднике. Микроэлементный состав образцов изучали масс-спектроскопически на приборе “ELAN-DRC”. Выявлено, что содержание микроэлементного комплекса составляет 5,8%, определено 59 элементов. Макроэлементы составляют 96,31% всего элементного состава травы пустырника пятилопастного. Основа макроэлементов - калий (более 30 мг/г) и кальций (более 16 мг/г). Эссенциальные микроэлементы составляют 3,08% общего минерального комплекса. Среди них наибольшее содержание отмечено для кремния (более 1,4 мг/г), железа (более 0,1 мг/г). Содержание нормируемых тяжелых металлов и мышьяка в траве пустырника соответствует требованиям нормативной документации. На долю свинца, ртути, кадмия и мышьяка приходится 0,0008% общего минерального комплекса сырья. Доля токсичных и малоизученных элементов в общем минеральном комплексе травы пустырника пятилопастного составляет 0,61%. Наибольшее содержание отмечено для алюминия (191,4 мкг/г), стронция (65,2 мкг/г), бария (70,3 мкг/г), титана (19,2 мкг/г), рубидия (5,68 мкг/г). Показана высокая способность исследуемого вида к накоплению из почвы фосфора, калия, меди, цинка, кадмия, а также значительная возможность к аккумуляции кальция, магния, молибдена, никеля, стронция и теллура.
Центральное черноземье, пустырник пятилопастной, микроэлементы, макроэлементы, коэффициент накопления
Короткий адрес: https://sciup.org/14127126
IDR: 14127126 | DOI: 10.36906/2311-4444/22-4/03
Текст научной статьи Анализ особенностей накопления макро- и микроэлеметов в траве пустырника пятилопастного флоры Воронежской области
Дьякова Н.А. Анализ особенностей накопления макро- и микроэлеметов в траве пустырника пятилопастного флоры Воронежской области // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2022. № 4(60). С. 24-32.
Dyakova, N.A. (2022). Analysis of Features of Accumulation of Macro- and Microelements in Grass of Hollow of Five-Lobed Flora of Voronezh Region. Bulletin of Nizhnevartovsk State University, (4(60)), 24-32. (in Russ.).
Введение. Урбанизация – одна из основных социально-экологических проблем нашего времени. В процессе роста и становления городов природные экосистемы территорий, занимаемых ими и близлежащих к ним, постепенно изменяются, и формируется новая антропогенная среда со специфическими чертами техногенного влияния, характеризующегося изменением состава атмосферного воздуха, почв и водных объектов. Рост уровня загрязнения приводит к дестабилизации природной среды и существованию организмов в предельных режимах биологических возможностей. Антропогенное влияние способствует деградации растительных сообществ, сокращению ареала растений, уменьшению их обилия в различных ассоциациях и формациях, изменению фитохимического и минерального состава растительных организмов [1-3].
Воронежская область традиционно является важнейшим районом растениеводства и земледелия. Однако, освоение минеральных ресурсов, активная химизация в сельском хозяйстве, последствия Чернобыльской аварии актуализировали вопрос снабжения пищевой промышленностей безопасным и эффективным растительным сырьем. Некачественное растительное сырье и получаемые из него продукты являются важными источниками поступления различных элементов, в частности, токсичных, в организм человека [4-7]. Содержащиеся в растениях микроэлементы, образуют с биологически активными веществами комплексы органической природы, которые значительно эффективнее усваиваются в организме человека, чем препараты на основе неорганических соединений [8-10]. Поэтому при изучении элементного состава лекарственного растительного сырья (ЛРС) особый интерес представляют те виды, которые используются в виде комплексных фитопрепаратов, в которых фармакологический эффект высокомолекулярных веществ потенцируется действием элементов [11-13].
Ежегодно возрастающий интерес к препаратам на основе растительного сырья объясняется высокой терапевтической эффективностью таких лекарственных средств, а также, что наиболее важно, безвредностью и отсутствием побочных эффектов. Значительная доля заготовок лекарственных растений осуществляется в Центральной полосе России, отличающейся высокой плотностью населения, активной хозяйственной деятельностью, развитой сетью транспортных магистралей, большим количеством промышленных производств, интенсивными технологиями ведения сельского хозяйства. В данных условиях нарастает угроза заготовки растительного сырья в экологически неблагоприятных районах, а потому – становится актуальным выявление влияния антропогенного загрязнения на химический состав растений. Известно, что лекарственные растения содержат не только

эссенциальные элементы, но и различные соединения антропогенного происхождения, среди которых наиболее распространенными являются тяжелые металлы [14-16].
Анализ данных литературы показал, что лекарственные растения Центрального Черноземья практически не исследованы на содержание элементов. Имеющиеся сведения о содержании элементов в ЛРС региона показали, что эти исследования проводятся в основном по нескольким элементам, что не позволяет определить полный химический состав ЛРС и описать специфику накопления в них различных элементов [6; 10; 17].
Одним из видов, сырье которого заготавливается от дикорастущих особей, является пустырник пятилопастной ( Leonurus quinquelobatus Gilib.) – многолетнее, повсеместно встречающееся, травянистое растение, широко используемое в медицине и фармации в качестве седативного, гипотензивного, спазмолитического, кровоостанавливающего, мочегонного средства. Широкое фармацевтическое и медицинское применение данного ЛРС обусловлено не только высоким содержанием органических биологически активных веществ, основу которых составляют флавоноиды, иридоиды, алкалоиды, эфирное масло, дубильные вещества, горечи, витамин С, каротин, но богатым макро- и микроэлементным комплексом [6; 9; 18; 19].
Целью данного исследования стало изучение особенностей накопления макро- и микроэлементов в траве пустырника пятилопастного естественного фитоценоза Воронежской области.
Материалы и методы исследования. Заготовку травы пустырника пятилопастного осуществляли по фармакопейным правилам [20] в экологически чистом месте в естественной заросли, вдали от крупных городов, транспортных магистралей и промышленных предприятий, в период цветения растения (в июле 2020 г) в Воронежском государственном природном биосферном заповеднике имени В.М. Пескова в Рамонском районе г. Воронежа.
Траву пустырника пятилопастного срезали ножницами, сушили теневым способом. Также отбирали пробы верхних слов почв с места произрастания объекта исследования.
Из заготовленных образцов отбирались образцы для анализа, которые подвергались кислотному разложению смесью кислот с использованием систем микроволновой пробоподготовки. Навеску образца помещали во фторопластовый вкладыш и добавляли 5 мл смеси азотной и плавиковой кислоты. Автоклав с пробой во вкладыше помещали в микроволновую печь и разлагали пробу, используя программу разложения, рекомендованную производителем печи. Растворенную пробу количественно переносили в пробирку объемом 15 мл, троекратно встряхивая вкладыш с крышкой с 1 мл деионизованной воды и перенося каждый смыв в пробирку, доводили объем до 10 мл той же водой, закрывали и перемешивали. Автоматическим дозатором со сменным наконечником отбирали аликвотную часть 1 мл и доводили до 10 мл 0,5%-ной азотной кислотой, закрывали защитной лабораторной пленкой. Для контроля правильности определения использовался метод добавок. Рабочие стандартные растворы для этого готовили путем смешивания нескольких опорных многоэлементных стандартных растворов для масс-спектрометрии (“Perkin-Elmer”), содержащие разные группы элементов.
Микроэлементный состав проб изучали масс-спектроскопически на приборе “ELAN-DRC” с индуктивно связанной плазмой в соответствии с МУК 4.1.1483-03 «Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой».
Для оценки особенностей накопления элементов из почв в траве полыни горькой рассчитывали коэффициенты накопления по формуле:
КН
Слрс Спочва ,
где КН – коэффициент накопления тяжелого металла; СЛРС – концентрация тяжелого металла в лекарственном растительном сырье; Спочва – концентрация тяжелого металла в верхних слоях почвы [2; 4].
Содержание микро- и мактоэлементов в ЛРС и в образцах почвы проводилось по 60
элементам. Каждое определение проводили трижды, полученные результаты статистически обрабатывали при доверительной вероятности 0,95.
Результаты исследования и их обсуждение. Результаты, полученные при изучении элементного состава исследуемых образцов приведены в таблице.
Таблица
Содержание микро- и мактоэлементов в ЛРС и в образцах почвы
Элемент |
Содержание в ЛРС, мкг/г |
Доля в общем элементном комплексе, % |
Содержание в почве, мкг/г |
Коэффициент накопления |
Макроэлементы |
||||
Калий |
30612,1 |
52,72 |
10500 |
2,92 |
Кальций |
16905,4 |
29,11 |
19660 |
0,86 |
Натрий |
56,4 |
0,10 |
3300 |
0,02 |
Магний |
4018,9 |
6,92 |
4400 |
0,91 |
Фосфор |
4329,6 |
7,46 |
730 |
5,93 |
Всего |
55922,4 |
96,31 |
38590 |
- |
Эссенциальные микроэлементы |
||||
Ванадий |
0,76 |
0,00131 |
78 |
0,01 |
Железо |
192,1 |
0,33083 |
19100 |
0,01 |
Кобальт |
0,56 |
0,00096 |
3,3 |
0,17 |
Кремний |
1498,6 |
2,58087 |
347000 |
<0,01 |
Литий |
0,284 |
0,00049 |
8,5 |
0,03 |
Никель |
1,39 |
0,00239 |
2,3 |
0,60 |
Марганец |
60,3 |
0,10385 |
370 |
0,16 |
Медь |
6,47 |
0,01114 |
3,1 |
2,09 |
Молибден |
0,67 |
0,00115 |
0,87 |
0,77 |
Селен |
0,03 |
0,00005 |
8,5 |
<0,01 |
Хром |
0,34 |
0,00059 |
4,2 |
0,08 |
Цинк |
27 |
0,04650 |
12 |
2,25 |
Всего |
1788,5 |
3,08 |
366590,77 |
- |
Нормируемые токсичные микроэлементы |
||||
Кадмий |
0,034 |
0,00006 |
0,023 |
1,48 |
Мышьяк |
0,19 |
0,00033 |
0,9 |
0,21 |
Ртуть |
0,0041 |
0,000007 |
0,05 |
0,08 |
Свинец |
0,23 |
0,000396 |
4,0 |
0,06 |
Всего |
0,46 |
0,00079 |
4,97 |
Элемент |
Содержание в ЛРС, мкг/г |
Доля в общем элементном комплексе, % |
Содержание в почве, мкг/г |
Коэффициент накопления |
Другие токсичные и малоизученные элементы |
||||
Алюминий |
191,4 |
0,329626 |
31100 |
0,01 |
Барий |
70,3 |
0,121070 |
290 |
0,24 |
Бериллий |
0,015 |
0,000026 |
2,0 |
0,01 |
Вольфрам |
0,0096 |
0,000017 |
0,78 |
0,01 |
Висмут |
0,001 |
0,000002 |
0,11 |
0,01 |
Гадолиний |
0,019 |
0,000033 |
3,0 |
0,01 |
Галлий |
0,069 |
0,000119 |
8,8 |
0,01 |
Гафний |
0,015 |
0,000026 |
1,6 |
0,01 |
Германий |
0,0087 |
0,000015 |
1,1 |
0,01 |
Гольмий |
0,007 |
0,000012 |
0,36 |
0,02 |
Диспрозий |
0,011 |
0,000019 |
2,0 |
0,01 |
Европий |
0,001 |
0,000002 |
0,65 |
<0,01 |
Золото |
0,0032 |
0,000006 |
0,06 |
0,05 |
Иттербий |
0,005 |
0,000009 |
1,1 |
<0,01 |
Иттрий |
0,069 |
0,000119 |
9,9 |
0,01 |
Лантан |
0,086 |
0,000148 |
18 |
<0,01 |
Лютеций |
0,003 |
0,000005 |
0,16 |
0,02 |
Неодим |
0,11 |
0,000189 |
15,0 |
0,01 |
Ниобий |
0,029 |
0,000050 |
6,7 |
<0,01 |
Олово |
0,42 |
0,000723 |
1,2 |
0,35 |
Празеодим |
0,021 |
0,000036 |
4,1 |
0,01 |
Рубидий |
5,68 |
0,009782 |
63 |
0,09 |
Самарий |
0,047 |
0,000081 |
3,2 |
0,01 |
Серебро |
0,028 |
0,000048 |
0,19 |
0,15 |
Скандий |
0,92 |
0,001584 |
50,0 |
0,02 |
Стронций |
65,2 |
0,112287 |
73,0 |
0,89 |
Сурьма |
0,031 |
0,000053 |
0,41 |
0,08 |
Таллий |
0,0069 |
0,000012 |
0,23 |
0,03 |
Тантал |
0,0017 |
0,000003 |
0,5 |
<0,01 |
Теллур |
0,053 |
0,000091 |
0,1 |
0,53 |
Тербий |
0,005 |
0,000009 |
0,44 |
0,01 |
Титан |
19,2 |
0,033066 |
2400,0 |
0,01 |
Торий |
0,016 |
0,000028 |
5,4 |
<0,01 |
Тулий |
0,003 |
0,000005 |
0,16 |
0,02 |
Уран |
0,0069 |
0,000012 |
1,2 |
0,01 |
Цезий |
0,019 |
0,000033 |
2,3 |
0,01 |
Церий |
0,18 |
0,000310 |
38 |
<0,01 |
Цирконий |
0,36 |
0,000620 |
78 |
<0,01 |
Эрбий |
0,0069 |
0,000012 |
1,2 |
0,01 |
Всего |
354,37 |
0,61 |
34183,95 |
- |
Согласно данным, представленным в таблице, отмечается, что содержание микроэлементного комплекса составляет 4,4% в пересчете на абсолютно сухое сырье.
Масс-спектроскопически определено 59 элементов, условно разделенных на макроэлементы, содержащиеся в значительных количествах (более 0,1% массы тела); микроэлементы, содержание которых варьирует в пределах от 0,001% до 0,00001%. Среди микроэлементов особую группу составляют эссенциальные микроэлементы, для которых установлена роль в обеспечении жизнедеятельности. Токсичные и малоизученные
микроэлементы включают элементы, для которых биологическая роль недостаточно изучена, многие из них обладают значительной токсичностью [12; 13].
Макроэлементы составляют 96,31% всего элементного состава травы пустырника пятилопастного (рис. 1). Основу макроэлементов составляет калий (более 30 мг/г), а также кальций (более 16 мг/г) (рис. 2). В целом, по содержанию макроэлементов можно выстроить следующий ряд убывания: калий > кальций > фосфор > магний > натрий.
55922,4

30612,1
Рис. 2. Содержание макроэлементов в траве пустырника пятилопастного, мкг/г
другие токсичные и маизученные элементы нормируемые токсичные элементы эссенциальные микроэлементы макроэлементы
354,37 |
||
0,46 |
||
1 1788, |
||
Рис. 1. Содержание основных групп биологически значимых элементов в траве пустырника пятилопастного, мкг/г
Рассчитанные коэффициенты накопления элементов из почв показали высокую способность травы пустырника пятилопастного к аккумуляции фосфора, а также калия, содержание которых в ЛРС значительно превышает их концентрацию в почвах. С заметной эффективностью, однако, менее 100% от содержания в грунте, накапливаются в изучаемом сырье магний и кальций. При этом натрий практически не накапливается в данном виде ЛРС (около 2% от содержания в почве переходит в траву пустырника пятилопастного).
Эссенциальные микроэлементы составляют 3,08% общего минерального комплекса травы пустырника пятилопастного. Среди них наибольшее содержание отмечено для кремния (более 1,4 мг/г), железа (более 0,1 мг/г). Ряд убывания содержания эссенциальных микроэлементов в сырье выглядит следующим образом: кремний > железо > марганец > цинк > медь > никель > ванадий > молибден > кобальт > хром > литий > селен. При этом показана высокая способность к аккумуляции из почв в траве пустырника пятилопастного меди и цинка (коэффициенты накопления больше 2,0). Эффективно переходит в состав ЛРС также никель и молибден. Кремний, отличающийся высокой концентрацией в составе ЛРС, накапливается в количестве менее 1% от содержания в почве произрастания вида. Остальные эссенциальные элементы имели также низкие коэффициенты накопления (не более 0,17).
Содержание нормируемых тяжелых металлов и мышьяка в траве пустырника пятилопастного соответствует требованиям нормативной документации [20]. На долю свинца, ртути, кадмия и мышьяка приходится 0,0008% общего минерального комплекса сырья (рис. 3).
Из данной группы элементов в ЛРС в наибольшей степени аккумулируется кадмий, а также – мышьяк, коэффициенты накопления составили 1,48 и 0,21 соответственно. Остальные элементы накапливаются из почв неактивно – рассчитанные показатели не превышают 0,08.

Свинец0,23
Ртуть I 0,0041
Мышьяк0,19
Кадмий0,034
Рис. 3. Содержание нормируемых микроэлементов в траве пустырника пятилопастного, мкг/г
Доля токсичных и малоизученных элементов в общем минеральном комплексе травы пустырника пятилопастного составляет 0,61%. Наибольшее содержание отмечено для алюминия (191,4 мкг/г), стронция (65,2 мкг/г), бария (70,3 мкг/г), титана (19,2 мкг/г), рубидия (5,68 мкг/г). Выявлена способность к аккумуляции из почв в траве пустырника пятилопастного стронция, теллура, олова, бария, а также серебра (коэффициенты накопления составили 0,89, 0,53, 0,35, 0,24, 0,15 соответственно). Остальные элементы аккумулировались в изучаемом ЛРС не столь активно, коэффициенты накопления – менее 0,1.
Выводы. Результаты исследования показали весьма разнообразный макро- и микроэлементный состав травы пустырника пятилопастного, заготовленной в естественном фитоценозе Воронежской области. Выявлено, что содержание нормируемых токсичных тяжелых металлов и мышьяка не превышает предельно допустимых концентраций, установленных для оценки качества ЛРС.
Отмечено относительно высокое содержание, наряду с макроэлементами, кремния, железа, алюминия. Показана высокая способность травы пустырника пятилопастного к накоплению из почвы фосфора, калия, меди, цинка, кадмия, а также значительная возможность к аккумуляции кальция, магния, молибдена, никеля, стронция и теллура.
Полученные данные представляют интерес и могут служить основой для проведения дальнейших исследований с целью использования их результатов в медицинской и фармацевтической практике для создания лекарственных препаратов и биологически активных добавок для коррекции физиологических норм содержания элементов в организме человека.
Список литературы Анализ особенностей накопления макро- и микроэлеметов в траве пустырника пятилопастного флоры Воронежской области
- Дьякова Н.А. Оценка загрязнения тяжелыми металлами верхних слоев почв урбо- и агроэкосистем Центрального Черноземья // Вестник ИрГСХА. 2019. №95. С. 19-30.
- Куркин В.А. Фармакогнозия. Самара: Офорт, 2007. 1239 с.
- Гудкова А.А., Чистякова А.С., Сливкин А.И., Сорокина А.А. Сравнительное изучение минерального комплекса травы горца почечуйного (Polygonum persicaria L.) и горца войлочного (Persicaria tomentosa (Schrank) E.P. Bicknell) // Микроэлементы в медицине. 2019. Т. 20. №1. С. 35-42.
- Рудая М.А., Тринеева О.В., Сливкин А.И. Исследование элементного состава плодов облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.) различных сортов // Микроэлементы в медицине. 2018. Т. 19. №3. С. 49-59.
- Попов А.И. Фронтальный элементный анализ цветков пижмы // Фармация. 1993. Т. 32. №1. С. 51-53.
- Дьякова Н.А. Анализ накопления тяжелых металлов и мышьяка травой Leonurus quinquelobatus Gilib. // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2021. №2(54). С. 48–56. https://doi.org/10.36906/2311-4444/21-2/06
- Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементология – новый термин или новое научное направление? // Вестник ОГУ. 2005. №2. С. 4-8.
- Гравель И.В., Лёвушкин Д.В., Михеев И.В., Скибина А.А. Содержание макроэлементов в грудном сборе №4 // Традиционная медицина. 2021. Т. 3. №66. С. 19-26.
- Гравель И.В., Нгуен Т.Н.К., Алексеева Н.А., Тарасенко О.А. Изучение минерального состава сырья и водных извлечений двух видов мяты // Фармация. 2013. №3. С. 24-27.
- Гравель И.В., Иващенко Н.В., Самылина И.А. Микроэлементный состав спазмолитического сбора и его компонентов // Фармация. 2011. №1. С. 9-11.
- Загурская Ю.В. Систематика, морфология и лекарственные свойства растения Leonurus quinquelobatus Gilib // Успехи современного естествознания. 2014. №12. С. 56-59.
- Скальный А.В. Микроэлементы: бодрость, здоровье, долголетие. М.: Перо, 2019. 294 с.
- Скальный А.В., Скальная М.Г., Киричук А.А., Тиньков А.А. Медицинская элементология. М.: Наука, 2021. 199 с.
- Зайцева М.В., Кравченко А.Л., Стекольников Ю.А., Сотников В.А. Тяжелые металлы в системе почва-растение в условиях загрязнения // Ученые записки Орловского государственного университета. Серия: 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 тяжёлыми металлами // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. №1 (33). С. 230-234.
- Битюкова В.Р., Касимов Н.С., Власов Д.В. Экологический портрет российских городов // Экология и промышленность России. 2011. №2. С. 6–11.
- Федосеева Л.В., Попов Д.М. Количественное определение иридоидов в сырье пустырника // Фармация. 1997. №4. С. 18-21.
- Хишова О.М., Голяк Ю.А. Фармакологическое действие и применение в медицине пустырника // Вестник фармации. 2003. №4. С. 54-56.
- Парфенов А.А., Фурса Н.С. Аминокислоты травы пустырника пятилопастного // Фармация. 2007. №7. С. 6-7.
- Государственная фармакопея Российской Федерации. Т. 2. М.: ФЭМБ, 2018. 1513 с.