Экологическое состояние ромашки аптечной (Matricaria chamomilla L.), произрастающей на антропогенно преобразованных территориях

Актуальность

Глобальные изменения состояния окружающей среды оказывают влияние в том числе и на дикорастущие лекарственные растения, поэтому' уже с прошлого века лекарственное растительное сырье (ЛРС) стало объектом экологических исследований. При употреблении растительных лекарственных препаратов в организм человека поступает не только комплекс биологически активных веществ, но и целый спектр химических элементов (ХЭ), оказывающих на него комплексное воздействие. ХЭ участвуют в различных биохимических процессах, стимулируют и нормализуют обмен веществ, обладают высокой биологической активностью, однако потенциально токсичные соединения, в частности тяжелые металлы. в высоких концентрациях могут быть опасны для здоровья людей [2, 6]. Исследование элементного химического состава лекарственных растений не только имеет большое практическое значение, но и решает важную теоретическую задачу' - определение роли факторов окружающей среды в накоплении связанных и подвижных форм химических элементов растениями различных таксонов. Весьма актуальным становится изучение закономерностей содержания, накопления и распределения максимально широкого спектра ХЭ в лекарственных растениях различных регионов и создание базы данных по их элементному химическому составу. Также большую теоретическую и практическую значимость приобретают исследования ЛРС. произрастающего на антропогенно преобразованных территориях, что может позволить в дальнейшем расширить сырьевую базу дикорастущих лекарственных растений.

В настоящее время лекарственное растениеводство развивается весьма интенсивно, однако в некоторых случаях наблюдается снижение качества лекарственного растительного сырья (ЛРС) вследствие влияния на растения индустриальной и транспортной нагрузки, что особенно актуально для крупных городов и прилегающих к ним территорий [2. 14]. На территориях. испытывающих антропогенную нагрузку, зачастую является доминирующим семейство Asteraceae (или Compositae) [3, 7] - одно из самых больших семейств двудольных растений, включающее в себя несколько десятков тысяч видов. Многие виды данного семейства используются в качестве лекарственных растений как в народной, так и в официальной медицине, в том числе и Matricaria chamomilla L. (ромашка аптечная), входящая в фармакопеи более 25 стран мира [13]. Препараты ромашки аптечной оказывают спазмолитическое, противовоспалительное. противомикробнос. успокоительное действие, обладают антимутагенной активностью и снижают уровень холестерина [б].

Цель данной работы - исследовать содержание химических элементов в системе "почва - растение" и дать экологическую оценку лекарственного растительного сырья М. chamomilla, собранного на антропогенно преобразованных территориях Новосибирской агломерации.

Объекты и методы

Работы проводились на фоновых и антропогенно преобразованных территориях Новосибирской агломерации - г. Новосибирск. Новосибирский. Колыванский. Искитимский и др. районы. В качестве объектов исследования были использованы образцы почв (глубина отбора 0-20 см в основной зоне минерального питания) и растений М. chamomilla (цветки и корни части), отобранных в фазу цветения. Пробы почв и растений отбирали на фоновых и антропогенно преобразованных территориях по общепринятым методикам, на каждой площадке бралось не менее 5 индивидуальных проб почв и растений, из которых составлялась средняя проба.

Элементный химический состав почв и растений определяли после сухого озоления методом атомно-эмиссионной спектроскопии, содержание подвижной формы ХЭ в почвах - по РД 52.18.289-90. Все анализы выполнены в трех аналитических повторностях, данные приведены в пересчете на абсолютно сухое вещество. В качестве стандартов использованы образцы почв (СДПС-1. СЧТ-3, САДПП-09/3. САЧвП-05/2), травяной муки злаковой (гранулированной) (ТМЗг-01) и листа березы (ЛБ-1). Полученные результаты определения ХЭ в стандартах укладывались в их аттестованные значения. Общую зольность и количество юлы. не растворимой в 10% НО. определяли согласно Государственной фармакопее Российской Федерации (ГФ)|1].

Математическая обработка полученных результатов проводилась в программах SNEDECOR и STATISTICA 6.1 Нормальность распределения исследуемых ХЭ оценивалась по критериям Уилка-Шапиро. проверка гипотез о равенстве дисперсий в нормально распределенных выборках проводилась по критериям Кохрена. Поскольку для большинства исследуемых ХЭ было выявлено анормальное (логарифмическое) распределение данных, для их описания использовали медиану (Me) и доверительный интервал (ДИ)- Для оценки статистической значимости различий проводился не пара метрический дисперсионный анализ по методу Краскела-Уоллиса. Критический уровень значимости р во всех случаях принимался равным 0,05.

Результаты и обсуждение

Элементный химический состав почвенного покрова в разных регионах существенно отличается, что обусловлено влиянием на его формирование естественных особенностей территорий (геоморфологических. природно-климатических, ландшафтно-геохимических и др.), а также антропогенного воздействия. Более того, большие различия в содержании тяжелых металлов и неметаллов могут быть обнаружены на рядом расположенных небольших территориях, если местные почвы сформировались на почвообразующих породах. неодинаковых по гранулометрическому составу и/или литохимической основе [4]. В исследованных нами фоновых и антропогенно преобразованных почвах статистически значимой разницы валового содержания изучаемых ХЭ не обнаружено, что уже отмечалось для почв региона и ранее [7, 15]. Не наблюдается и существенных отличий от их фонового содержания в почвах НСО [5], хотя стоит отметить, что по среднему валовому содержанию многих ХЭ почвы Новосибирской области в целом отличаются от почв других районов Сибири и России - в них было обнаружено повышенное количество В, Mo, Be, As, Сг, Ni, Вг, Sn, Sr, Be и других редкоземельных ХЭ [И]

Информация о валовом содержании макро- и микроэлементов в почвах дает лишь общее представление об их количестве, но не раскрывает почвенно-геохимические и биогеохимические особенности изучаемых территорий, а также не позволяет оценить их доступность растениям. Наибольшее значение в минеральном питании растений имеют подвижные соединения ХЭ. которые характеризуют способность элементов мигрировать из почв в сопредельные среды, участвовать в формировании их потока в системе почва-растение, опасность для растений, животных и человека загрязнения почв и т.д. Их содержание зависит от вещественного состава почв, емкости катионного обмена, реакции почвенной среды и т.д., а для извлечения используется широкий спектр экстрагентов [9]. По ГН 2.1.7.2041-06 нормируется содержание в почве подвижной формы ХЭ, извлекаемой ацетатно-аммонийным буферным раствором (ААБ) с pH 4,8 В почвах юга Западной Сибири доля данной формы тяжелых металлов невелика и варьирует в широком диапазоне, зависит от типа почв и валового содержания элементов, количества физической глины и гумуса, реакции среды [И].

Изучение и оценка содержания подвижной формы макро- и микроэлементов в антропогенно преобразованных почвах вблизи промышленных центров и крупных автомагистралей не выявило в них статистически значимых отличий по сравнению с почвами фоновых территорий. Превышения ПДК подвижной формы ХЭ по ГН 2.1.7.2041-06 также не обнаружено, напротив, можно сделать вывод о недостаточной обеспеченности почв необходимыми элементами питания растений, что уже отмечалось ранее для почв региона [10].

Оценка исследованного нами ЛРС М. chamomilla по нормативам ГФ [1] показала отсутствие превышения допустимых значений общей зольности, содержания золы, нерастворимой в 10 % НС1, и концентрации нормируемых ХЭ. Содержание последних также соответствует требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, предъявляемым к ЛРС и БАД на растительной основе.

В элементном химическом составе цветков М. chamomilla, собранных на фоновых и антропогенно преобразованных территориях, не было обнаружено статистически значимых отличий; такая же ситуация сохранилась и при анализе подземных частей растений, поэтому' на рис. 1 представлены обобщенные результаты. Подобное явление вызвано высокой внутривидовой вариабельностью содержания ХЭ в пробах, что уже отмечалось ранее для сельскохозяйственных [8, 12] и ресурсных, в том числе лекарственных [7, 15] растений региона; и позволяет прийти к заключению о незначительном влиянии антропогенного фактора на содержание ХЭ в М. chamomilla, произрастающей на исследованной территории.

Элементный химический состав подземных органов растений имеет определенные отличия от надземной части (рис. 1), которые четко выявляются при расчете коэффициента корневого барьера Ккб (отношение содержания ХЭ в корнях к их концентрации в надземных органах), позволяющего оценить степень накопления ХЭ растениями (рис. 2).

Величина Ккб больше единицы указывает на наличие барьера при поступлении ХЭ в надземную часть растений. Не останавливаясь подробно на возможных механизмах данного явления, широко обсуждаемых в литературе, можно лишь отметить, что приводимые исследователями данные зачастую резко отличаются между собой и напрямую зависят от природы ХЭ, вадов растений, условий окружающей среды и т.д.

Исследованные нами растения М. chamomilla безбарьерно поглощают В, а также относящийся к токсичным элементам Cd; значение Ккб составляет как больше, так и меньше единицы для Mo, Zn и Со. Остальные исследованные ХЭ содержатся в цветках растений в меньшем количестве, чем в корнях, при этом Ккб значительно варьирует в разных точках, изменяясь в диапазоне от 1 до 10 (Си, РЬ, Мп, Ni) и более (Ге, Сг).

Рис. 1. Элементный химический состав А/. chamomilla. произрастающей на территории Новосибирской агломерации, мг/кг а.с.в. (1 (белые ромбы) - цветки. 2 (черные ромбы) - корни)

Рис. 2. Коэффициент корневого барьера растений А/. Chamomilla, произрастающих на территории Новосибирской агломерации

Дтя оценки степени перехода ХЭ из почвы в растения М. chamomilla были рассчитаны коэффициенты биологического поглощения А_х. Диапазоны их значений соответствовали элементам очень слабого и слабого захвата у Сг и Ее. среднего накопления и интенсивного захвата - у Со. Мп. Ni и РЬ. среднего и интенсивного накопления - В. Cd. Си. Мо и Zn.

Заключение

На территории Новосибирской агломерации антропогенные изменения окружающей среды не находят статистически значимого отражения в средних диапазонах элементного химического состава М. chamomilla. варьирующего в весьма широких пределах. Цветки М. chamomilla в целом соответствуют требованиям экологической безопасности, предъявляемым к лекарственному растительном) сырью. Таким образом, для данного вида растений подтверждена возможность использования исследованной растительной продукции антропогенно преобразованных территорий в лекарственных целях.