Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.)
Автор: Дьякова Нина Алексеевна
Журнал: Ульяновский медико-биологический журнал @medbio-ulsu
Рубрика: Общая биология
Статья в выпуске: 2, 2020 года.
Бесплатный доступ
Целью исследования являлось изучение загрязнения тяжелыми металлами лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере листьев крапивы двудомной, собранных в урбо- и агроэкосистемах, испытывающих различное антропогенное воздействие. Материалы и методы. Содержание тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия, никеля, меди, цинка, кобальта, хрома) и мышьяка изучалось в 51 образце листьев крапивы двудомной. Исследование проводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии на базе атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915МД по фармакопейным методикам. Результаты. Все образцы удовлетворяли требованиям нормативной документации по содержанию нормируемых тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути) и мышьяка. При сравнении данных по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона и в листьях крапивы двудомной можно отметить наличие значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикантов в генеративных органах растения, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, крапива двудомная способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня, и блокировать поступление данных элементов в листья при значительном их содержании в почвах. Можно предполагать, что для крапивы двудомной в условиях антропогенной нагрузки, проявляющейся в техногенном загрязнении внешней среды, в результате действия отбора и адаптации к этим условиям происходит формирование эдафотипа. Выводы. Листья крапивы двудомной незначительно накапливают токсические элементы из почв, что важно при планировании мест заготовки лекарственного растительного сырья и оценке его качества.
Воронежская область, листья крапивы двудомной, тяжелые металлы, мышьяк
Короткий адрес: https://sciup.org/14117563
IDR: 14117563 | DOI: 10.34014/2227-1848-2020-2-145-156
Текст научной статьи Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.)
Введение. На сегодняшний день в медицинской и фармацевтической практике нашей страны применяется более 6 тыс. лекарственных препаратов на основе лекарственного растительного сырья. Значительный интерес к таким лекарственным средствам обусловлен хорошим терапевтическим эффектом и относительной безвредностью фитопрепаратов [1, 2]. Большая доля заготовок фитосырья проводится в европейской части Российской Федерации, отличающейся значительной плотностью населения, высокой активностью хозяйственной деятельности, развитием транспортных магистралей. В связи с этим возрастает актуальность исследований, касающихся влияния антропогенного загрязнения на химический состав растений [3, 4].
Синантропным видом растений, сырье которого заготавливается от дикорастущих особей, является крапива двудомная ( Urtica dioica L.) – многолетнее, повсеместно встречающееся травянистое растение, обладающее выраженным кровоостанавливающим и поливитаминным действием. Богатый химический состав листьев растения, включающий каротиноиды, витамины группы В, К, С, хлорофилл, дубильные вещества, флавоноиды, большое количество органических и фенолкарбоновых кислот, обусловливает широкое применение крапивы двудомной в медицине и фармации. Способность накапливать фосфор, медь и цинк благодаря хорошо развитой разветвленной корневой системе определяет использование растения в качестве сырья для
высокопитательного удобрения в садоводстве, а также использование для очистки почв от тяжелых металлов [5–7].
Воронежская область является экономически значимым районом растениеводства и земледелия. При этом освоение минеральных ресурсов, активная химизация сельского хозяйства, последствия Чернобыльской аварии актуализировали вопрос снабжения пищевой промышленности безопасным и эффективным растительным сырьем. Некачественное растительное сырье и получаемые из него продукты являются источниками поступления различных экотоксикантов, в частности тяжелых металлов, в организм человека [8].
Цель исследования. Изучение загрязнения тяжелыми металлами лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере листьев крапивы двудомной, собранных в урбо- и агроэкосистемах, испытывающих различное антропогенное воздействие.
Материалы и методы. Выбор территорий Воронежской области для сбора образцов
обусловлен особенностями воздействия человека (рис. 1): химические промышленные предприятия – на рис. 1 обозначены числами 23, 24, 28; теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) – 27; атомная электростанция (АЭС) в г. Нововоронеж – 8; международный аэропорт им. Петра I – 30; улица г. Воронежа (ул. Димитрова) – 31; высоковольтные линии электропередач (ВЛЭ) – 9; Воронежское водохранилище – 29; малые города: г. Борисоглебск – 25, г. Калач – 26; зона значительного месторождения никелевых руд – 4; районы, находящиеся в зоне радиоактивного загрязнения после аварии на Чернобыльской АЭС, – 5–7; районы активного ведения сельского хозяйства – 10–22; фон (для сравнения) – заповедные территории – 1–3. Также проводился отбор проб вдоль дорог разной степени загруженности: лесная зона – 32 – трасса М4 «Дон», лесостепная зона – 33 – трасса А144 «Курск – Саратов», степная зона – 34 – трасса М4 «Дон», проселочная автомобильная дорога малой загруженности – 35, железная дорога – 36.
ЛИПЕЦКАЯ ОБ HALIL
ьивскля
5 u Нижнедевицк
48-51
Землянск Ремень лилукн Вороде <
/ рэснолесный
Щучье
dDTH^I
'Панино
°Рогачмка
ИЧИС гипяти
Истомное
. Ноеороне»
Красмолипье
УрЫБ
Красное ', -
К^панише
Ьсбрсв
1 о ” Лиски
®^0строголск
Мордово
Тскаревка эЖердеака
Садовое,, а 36-39 Ама ^^ ^^
Т аловая’-1
■ Уваров о.'
Романовке
Нижний' Кис пай
Гмлоека. ^^
Ростоши
ТрОИЩчО
Елань-Колено u 4 ччовоколерск-
Б угур линовка
Губари лтдановский
25 ор ис ог лесы
24Г,,эвор»**«о
Ное пни олаево ин
"Урюпинск
Каменка-
Алексеевка
БЫиЙГЙсКАЯ
. Таирино
40-43
12 'Паепювск
Подгоренсмм
Новоаннинский.
.Взятки ВейделекТа
^Ольховзгка
° Лозовое
Алексеевская
Роьен^ки
Бе ло луцк
22-23
г риуша
hоробелая
44-47
Талы ^окумар
Слащеве гая
Журавка ‘237
Кантедоро^ а
Мигу пинская
Марксы а
‘--.’РОСТОВ СКАЯ' ОБЛАЕТ Мец* овская
Вешенок а^
■ Серафимович
100 •»•
ВОРОНЕЖСКАЯ ОБЛАСТЬ
Рис. 1. Карта отбора образцов
Fig. 1. Sampling map
Таблица 1
Table 1
Содержание тяжелых металлов и мышьяка в образцах листьев крапивы двудомной ( Urtica dioica L.)
Heavy metals and arsenic concentrations in Urtica dioica L. leaf tissues
№ |
Район сбора Sampling area |
Валовое содержание элемента, мг/кг Gross content of elements, mg/kg |
||||||||
Pb |
Hg |
Cd |
As |
Ni |
Cr |
Co |
Cu |
Zn |
||
1 |
Воронежский биосферный заповедник Voronezh Biosphere Reserve |
0,40 |
0,007 |
0,01 |
0,09 |
1,58 |
1,74 |
0,19 |
5,13 |
17,83 |
2 |
Хоперский заповедник Khopyor Nature Reserve |
0,38 |
0,005 |
- |
0,07 |
2,56 |
2,21 |
0,34 |
7,78 |
23,86 |
3 |
Борисоглебский район Borisoglebsk district |
0,37 |
0,005 |
- |
0,05 |
1,79 |
1,03 |
0,08 |
7,30 |
32,75 |
4 |
с. Елань-Колено Village of Elan-Koleno |
0,43 |
0,007 |
- |
0,07 |
3,46 |
4,64 |
0,35 |
7,37 |
19,70 |
5 |
с. Нижнедевицк Village of Nizhnedevitsk |
0,52 |
0,007 |
0,02 |
0,05 |
1,27 |
3,86 |
0,26 |
6,29 |
27,09 |
6 |
г. Острогожск Ostrogozhsk |
0,50 |
0,007 |
0,01 |
0,08 |
2,54 |
5,12 |
0,10 |
6,70 |
23,06 |
7 |
г. Семилуки Semiluki |
0,48 |
0,007 |
0,01 |
0,10 |
3,73 |
4,17 |
0,91 |
7,36 |
39,06 |
8 |
г. Нововоронеж Novovoronezh |
0,36 |
0,006 |
0,02 |
0,06 |
1,90 |
2,73 |
0,67 |
8,31 |
26,35 |
№ |
Район сбора Sampling area |
Валовое содержание элемента, мг/кг Gross content of elements, mg/kg |
||||||||
Pb |
Hg |
Cd |
As |
Ni |
Cr |
Co |
Cu |
Zn |
||
9 |
ВЛЭ (Нововоронежский городской округ) High-voltage power transmission lines (Novovoronezhsky city district) |
0,39 |
0,006 |
0,01 |
0,12 |
4,76 |
4,14 |
1,20 |
8,53 |
34,86 |
10 |
Лискинский район Liskinskiy district |
0,47 |
0,008 |
0,02 |
0,06 |
1,12 |
3,85 |
1,05 |
6,26 |
19,08 |
11 |
Ольховатский район Olkhovatskiy district |
0,36 |
0,007 |
- |
0,11 |
3,86 |
5,16 |
0,11 |
7,31 |
34,72 |
12 |
Подгоренский район Podgorenskiy district |
0,40 |
0,006 |
- |
0,10 |
4,65 |
0,85 |
0,32 |
9,15 |
29,83 |
13 |
Петропавловский район Petropavlovskiy district |
0,44 |
0,007 |
0,01 |
0,07 |
1,03 |
1,86 |
0,06 |
10,75 |
36,60 |
14 |
Грибановский район Gribanovskiy district |
0,53 |
0,005 |
0,02 |
0,12 |
4,98 |
2,39 |
0,26 |
8,66 |
35,51 |
15 |
Хохольский район Hokholskiy district |
0,46 |
0,006 |
- |
0,09 |
5,23 |
4,30 |
0,43 |
11,52 |
32,01 |
16 |
Новохоперский район Novokhoperskiy district |
0,54 |
0,007 |
- |
0,11 |
3,10 |
0,96 |
0,09 |
9,31 |
25,17 |
17 |
Репьевский район Repyevskiy district |
0,29 |
0,007 |
- |
0,11 |
4,05 |
2,86 |
0,29 |
8,15 |
27,39 |
18 |
Воробьевский район Vorobyevskiy district |
0,32 |
0,007 |
0,01 |
0,07 |
4,84 |
1,53 |
0,32 |
11,95 |
27,53 |
19 |
Панинский район Paninskiy district |
0,46 |
0,006 |
0,02 |
0,11 |
4,23 |
6,73 |
0,23 |
8,08 |
36,63 |
20 |
Верхнехавский район Verkhnekhavskiy district |
0,43 |
0,007 |
0,01 |
0,12 |
3,95 |
4,16 |
0,37 |
11,57 |
38,20 |
21 |
г. Эртиль Ertil |
0,94 |
0,008 |
0,02 |
0,07 |
4,61 |
1,87 |
0,08 |
9,53 |
31,02 |
22 |
Россошанский район Rossoshanskiy district |
0,53 |
0,008 |
0,01 |
0,11 |
4,84 |
3,90 |
0,16 |
7,59 |
36,80 |
23 |
Вблизи ОАО «Минудобрения» (г. Россошь) The area near “Minudobreniya (Rossoch) |
0,45 |
0,008 |
0,01 |
0,25 |
6,35 |
13,80 |
2,87 |
12,08 |
57,98 |
24 |
Вблизи ООО «Бормаш» (г. Поворино) The area near “Bormash” (Povorino) |
2,76 |
0,009 |
0,03 |
0,10 |
8,89 |
8,42 |
0,98 |
13,64 |
48,71 |
25 |
г. Борисоглебск Borisoglebsk |
1,57 |
0,008 |
0,01 |
0,14 |
3,51 |
6,28 |
1,37 |
9,02 |
52,89 |
26 |
г. Калач Kalach |
1,55 |
0,006 |
- |
0,36 |
5,86 |
7,25 |
0,96 |
10,26 |
42,28 |
№ |
Район сбора Sampling area |
Валовое содержание элемента, мг/кг Gross content of elements, mg/kg |
||||||||
Pb |
Hg |
Cd |
As |
Ni |
Cr |
Co |
Cu |
Zn |
||
27 |
Вблизи ТЭЦ «ВОГРЭС» (г. Воронеж) The area near “VOGRES” Thermal Power Plant (Voronezh) |
0,68 |
0,009 |
0,01 |
0,12 |
2,45 |
5,93 |
1,52 |
8,74 |
41,03 |
28 |
Вблизи ООО «Сибур» (г. Воронеж) The area near “Sibur” (Voronezh) |
1,86 |
0,009 |
0,01 |
0,16 |
2,30 |
7,47 |
0,62 |
9,53 |
52,05 |
29 |
Вдоль водохранилища (г. Воронеж) Along the water storage reservoir (Voronezh) |
0,46 |
0,008 |
0,01 |
0,13 |
3,18 |
1,20 |
0,21 |
7,35 |
26,06 |
30 |
Вблизи аэропорта Near the airport |
0,89 |
0,009 |
0,01 |
0,16 |
3,39 |
3,62 |
0,59 |
8,34 |
24,76 |
31 |
Улица г. Воронеж (ул. Ленинградская) Leningrad Str. (Voronezh) |
1,43 |
0,009 |
0,02 |
0,16 |
4,24 |
5,53 |
3,51 |
12,70 |
49,07 |
32 |
Вдоль трассы М4 (Рамонский район) Along the М4 Route (Ramonskiy District) |
1,45 |
0,009 |
0,03 |
0,17 |
5,56 |
4,75 |
2,74 |
14,17 |
47,94 |
33 |
100 м от трассы М4 (Рамонский район) 100 m from М4 Route (Ramonskiy District) |
0,83 |
0,009 |
0,02 |
0,15 |
5,10 |
3,94 |
1,02 |
9,83 |
41,06 |
34 |
200 м от трассы М4 (Рамонский район) 200 m from М4 Route (Ramonskiy District) |
0,78 |
0,009 |
0,01 |
0,10 |
3,16 |
2,97 |
0,72 |
6,38 |
32,97 |
35 |
300 м от трассы М4 (Рамонский район) 300 m from М4 Route (Ramonskiy District) |
0,53 |
0,008 |
0,01 |
0,09 |
3,12 |
3,74 |
0,37 |
7,93 |
31,03 |
36 |
Вдоль трассы А144 (Аннинский район) Along А144 Route (Anninskiy District) |
1,83 |
0,009 |
0,02 |
0,13 |
4,70 |
7,35 |
2,53 |
10,86 |
52,05 |
37 |
100 м от трассы А144 (Аннинский район) 100 m from А144 Route (Anna district) |
0,56 |
0,009 |
0,01 |
0,11 |
4,18 |
5,28 |
1,54 |
6,39 |
43,50 |
38 |
200 м от трассы А144 (Аннинский район) 200 m from А144 Route (Anninskiy district) |
0,36 |
0,008 |
- |
0,07 |
4,34 |
4,85 |
0,86 |
7,92 |
39,59 |
№ |
Район сбора Sampling area |
Валовое содержание элемента, мг/кг Gross content of elements, mg/kg |
||||||||
Pb |
Hg |
Cd |
As |
Ni |
Cr |
Co |
Cu |
Zn |
||
39 |
300 м от трассы А144 (Аннинский район) 300 m from А144 Route (Anninskiy District) |
0,34 |
0,008 |
- |
0,07 |
4,12 |
5,62 |
0,73 |
5,86 |
37,40 |
40 |
Вдоль трассы М4 (Павловский район) Along the М4 Route (Pavlovskiy District) |
1,75 |
0,009 |
0,02 |
0,09 |
8,54 |
4,64 |
3,50 |
10,83 |
52,90 |
41 |
100 м от трассы М4 (Павловский район) 100 m from М4 Route (Pavlovskiy District) |
0,62 |
0,008 |
0,01 |
0,09 |
7,22 |
3,92 |
2,85 |
9,38 |
44,00 |
42 |
200 м от трассы М4 (Павловский район) 200 m from М4 Route (Pavlovskiy District) |
0,54 |
0,009 |
0,01 |
0,06 |
6,35 |
2,86 |
1,70 |
7,21 |
45,91 |
43 |
300 м от трассы М4 (Павловский район) 300 m from М4 Route (Pavlovskiy District) |
0,50 |
0,006 |
- |
0,06 |
5,35 |
3,59 |
0,75 |
7,37 |
39,27 |
44 |
Вдоль нескоростной дороги (Богучарский район) Along the non-high-speed road (Boguchar district) |
0,67 |
0,008 |
0,01 |
0,10 |
4,67 |
2,72 |
0,43 |
7,48 |
28,84 |
45 |
100 м от нескоростной дороги (Богучарский район) 100 m from low-speed road (Boguchar District) |
0,65 |
0,008 |
0,01 |
0,09 |
4,14 |
3,86 |
0,32 |
6,94 |
21,97 |
46 |
200 м от нескоростной дороги (Богучарский район) 200 m from low-speed road (Boguchar District) |
0,56 |
0,006 |
0,01 |
0,09 |
3,57 |
2,27 |
0,16 |
6,01 |
29,64 |
47 |
300 м от нескоростной дороги (Богучарский район) 300 m from low-speed road (Boguchar District) |
0,54 |
0,007 |
- |
0,06 |
3,52 |
1,60 |
0,07 |
7,04 |
26,93 |
48 |
Вдоль железной дороги Along the railroad |
1,89 |
0,009 |
0,03 |
0,18 |
5,12 |
4,84 |
0,26 |
14,20 |
47,05 |
49 |
100 м от железной дороги 100 m from the railroad |
0,86 |
0,009 |
0,02 |
0,16 |
4,56 |
3,61 |
0,15 |
13,82 |
45,92 |
50 |
200 м от железной дороги 200 m from the railroad |
0,78 |
0,008 |
- |
0,12 |
3,67 |
2,25 |
0,07 |
12,79 |
41,07 |
51 |
300 м от железной дороги 300 m from the railroad |
0,69 |
0,007 |
- |
0,10 |
3,73 |
1,30 |
0,12 |
9,03 |
36,08 |
№ |
Район сбора Sampling area |
Валовое содержание элемента, мг/кг Gross content of elements, mg/kg |
||||||||
Pb |
Hg |
Cd |
As |
Ni |
Cr |
Co |
Cu |
Zn |
||
Среднее содержание элемента в сырье Average concentration of elements content in raw materials |
0,70 |
0,007 |
0,01 |
0,11 |
3,83 |
4,01 |
0,83 |
8,98 |
36,27 |
|
Предельно допустимая концентрация [2] Maximum allowable concentration [2] |
6,0 |
0,1 |
1,0 |
0,5 |
- |
Анализ образцов листьев крапивы двудомной проводился на аналитическом комплексе на базе атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915МД по фармакопейным методикам [9]. В образцах определялась концентрация наиболее токсичных элементов: свинца, мышьяка, ртути, кадмия, никеля, цинка, кобальта, хрома и меди. Каждое определение проводилось троекратно. Данные, полученные в ходе исследований, статистически обрабатывались с помощью программы Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в образцах листьев крапивы двудомной, собранной на изучаемых территориях, представлено в табл. 1.
Содержание нормируемых фармакопейной статьей тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия) и мышьяка во всех образцах соответствовало требованиям [9]. Однако определяемые концентрации элементов достаточно
сильно варьировали в зависимости от места сбора образцов сырья.
Так, содержание свинца в листьях крапивы двудомной в среднем составляло 0,70 мг/кг, принимая значения от 0,29 мг/кг (для образца, собранного в Репьевском районе) до 2,76 мг/кг (для образца, собранного вблизи предприятия машиностроения ООО «Бормаш» в Повонин-ском районе). При этом концентрация свинца в почвах районов, в которых производился сбор образцов, составляла от 1,71 до 34,57 мг/кг [1]. Низкое накопление свинца в тканях листовой пластинки крапивы двудомной можно объяснить малой растворимостью соединений данного элемента, что может ограничивать его биодоступность для растения. Кроме того, возможно предположить наличие у растения физиологического барьера, препятствующего накоплению данного фитотоксиканта, вызывающего в большом количестве выраженное ингибирование процессов роста и развития растения [10].
Концентрация ртути в образцах крапивы двудомной варьировала в пределах от 0,005 до 0,009 мг/кг, что в 11–20 раз меньше установленных нормативной документацией предельно допустимых значений. Содержание элемента в почве исследуемых районов [1] значительно превышало его содержание в листьях растения. Это можно объяснить тем, что в почве ртуть образует малорастворимые соединения, которые достаточно прочно удерживаются почвенными коллоидами. Понижение фитотоксичности ртути также можно связать с наличием в растениях действующей системы инактивации токсикантов.
Содержание кадмия в сухом растительном сырье крапивы двудомной варьировало от значений ниже пределов обнаружения до 0,03 мг/кг, что в 30 раз меньше установленных фармакопейной статьей нормативов. При этом содержание кадмия в некоторых образцах верхних слоев почв рассматриваемых территорий превышало установленные нормативы и достигало значений 0,71 мг/кг. Низкую степень накопления кадмия в листьях крапивы можно объяснить тем, что кадмий является основным фитотоксичным элементом, нарушающим работу большинства ферментных и антиоксидантных систем, в связи с чем, вероятно, у растений в процессе эволюции вырабатывается механизм физиологической блокировки всасывания и проведения соединений элемента по тканям и органам растения, что является основой их выживания в условиях техногенного загрязнения окружающей среды данным элементом [11].
Содержание мышьяка в листьях крапивы двудомной также можно оценить как незначи- тельное: средняя концентрация данного элемента в сырье составляла 0,14 мг/кг, варьировала в диапазоне 0,05–0,36 мг/кг в зависимости от места сбора и не превышала предельно допустимых значений, установленных нормативной документацией (0,5 мг/кг). При этом содержание мышьяка в верхних слоях почв было гораздо значительнее – от 0,55 до 3,81 мг/кг в разных точках сбора образцов [1]. Объяснить низкое накопление мышьяка листьями крапивы двудомной можно также малой растворимостью и подвижностью соединений данного элемента в почве, что связано с их сорбцией на поверхности органическими и минеральными коллоидами. При высоком содержании мышьяка в почве возможно его токсическое действие на растительные организмы, проявляющееся в увядании листьев, замедлении темпов роста, клеточном плазмозе. Поэтому можно предположить наличие у крапивы двудомной эволюционно выработанных биохимических механизмов, тормозящих избыточное накопление мышьяка [11, 12].
Содержание никеля в изучаемых образцах листьев крапивы двудомной варьировало в диапазоне от 1,12 до 13,80 мг/кг, при этом концентрация металла в почве составляла от 2,23 до 98,25 мг/кг. Сопоставление концентраций данного элемента в образцах растительного сырья и в верхних слоях почв [1] позволило установить, что при низком содержании никеля в почве он достаточно эффективно накапливается растением. Это указывает на некоторую физиологическую потребность крапивы двудомной в данном элементе: никель необходим растительному организму для стабилизации работы трансляционного аппарата, акти- вации некоторых ферментов, например трансаминазы и аргиназы. Однако при повышенном содержании элемента в почве растение резко снижает эффективность его накопления, что, по-видимому, связано с токсическим действием избытка никеля, проявляющимся в угнетении процессов фотосинтеза и транспирации [11, 13].
Анализ накопления хрома в листьях крапивы двудомной также свидетельствовал о наличии физиологического барьера. Так, содержание данного металла в разных образцах сырья варьировало от 1,03 до 13,80 мг/кг, при этом его концентрация в верхних слоях почвы составляла от 2,53 до 45,16 мг/кг [1]. Хром является фитотоксичным элементом, его повышенные концентрации способствуют уменьшению размеров листьев, задержке их роста, изменению мезоструктуры листа [14].
Накопление кобальта в листьях крапивы двудомной также указывало на наличие физиологического барьера. Так, содержание соединений кобальта в сырье варьировало от 0,07 до 3,51 мг/кг, при этом концентрация элемента в почве составляла 1,84–21,78 мг/кг [1]. Наибольшие концентрации кобальта определялись в листьях крапивы двудомной, собранной вдоль дорог и на улице г. Воронежа. Это наводит на мысль об аэрозольном загрязнении сырья данным токсикантом от выбросов автомобильного транспорта, при этом всасывание металла из почвы и накопление его в вегетативных органах, вероятно, блокируется биохимическим путем. Начальная реакция растений на избыток кобальта - межжилковый хлороз молодых листьев, связанный с подавлением митоза [11, 13].
Содержание меди в листьях крапивы двудомной можно оценить как высокое - от 5,13 до 14,20 мг/кг. В почвах изучаемых территорий концентрация меди составляла 3,3065,38 мг/кг [1]. Концентрация металла в некоторых образцах сырья (например, в Борисоглебском районе, на территории Воронежского биосферного заповедника) превышала его содержание в почвах данных территорий, что позволяет говорить о концентрирующей способности крапивы двудомной в отношении меди. Медь повышает интенсивность фотосинтеза и образования хлорофилла, активизирует углеводный и азотный обмены. Но высокие концентрации меди приводят к замедлению развития растения, появлению бурых пятен на нижних листьях и их отмиранию. На территориях с повышенным содержанием элемента в окружающей среде (вблизи ООО «Бормаш», ОАО «Минудобрения», вдоль автомобильных дорог) концентрация меди в отобранном сырье была в 4–5 раз ниже, чем в почвах, что также указывает на наличие физиологического барьера, препятствующего избыточному накоплению данного элемента [10, 15].
В условиях эксперимента концентрирующая активность крапивы двудомной отмечена также в отношении цинка. Содержание элемента в листьях растения изменялось от 17,83 до 57,98 мг/кг при его концентрации в почвах от 9,58 до 154,45 мг/кг [1]. Полученные результаты показывают, что при низких концентрациях цинка в окружающей среде листья крапивы двудомной накапливают металл в превосходящих его содержание в почве концентрациях (что, например, отмечалось для Воронежского биосферного заповедника, Хоперского заповедника, Борисоглебского района и др.). Это объясняется необходимостью цинка для нормального протекания обменных процессов в растении. Его физиологическая роль заключается в активации многих ферментативных реакций - он является кофактором более 300 ферментов. Однако при загрязнении окружающей среды цинком срабатывают защитные механизмы, предотвращающие накопление металла в растении в избыточном количестве, обладающем токсическим действием. Данный факт отмечался для большого числа образцов листьев крапивы двудомной, в частности отобранных на территории городов (г. Калач, г. Борисоглебск, г. Воронеж), вблизи промышленных предприятий (ООО «Бормаш», ОАО «Минудобрения», ТЭЦ «ВОГРЭС», ООО «Сибур»), а также вдоль и на ближайшем удалении от крупных автомобильных дорог и железнодорожного полотна [6, 11, 17, 18].
Заключение. Таким образом, все образцы листьев крапивы двудомной, собранные в различных по уровню антропогенного воздействия районах Воронежской области и проанализированные на предмет содержания тя- желых металлов и мышьяка, оказались соответствующими требованиям нормативной документации. Сравнение данных по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона и в листьях крапивы двудомной позволило говорить о наличии физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикантов в листьях крапивы двудомной, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, что крапива двудомная способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (такие, как медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жиз- ненно важного уровня; при значительном же содержании данных элементов в почвах растение физиологически блокирует их поступление в листья.
На основании этого можно предполагать, что для крапивы двудомной в условиях антропогенной нагрузки, проявляющейся в техногенном загрязнении внешней среды, в результате действия отбора и адаптации к этим условиям происходит формирование эдафотипа.
Результаты исследований показали, что листья крапивы двудомной незначительно накапливают токсические элементы из почв, что важно при планировании мест заготовки лекарственного растительного сырья и оценке его качества.
Список литературы Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.)
- Дьякова Н.А. Оценка экологического состояния образцов верхних слоев почв и корней одуванчика лекарственного, отобранных на территории Воронежской области. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2016; 2: 119-126.
- Дьякова Н.А., Сливкин А.И., Гапонов С.П. Сравнение особенностей накопления основных токсических элементов цветками липы сердцевидной и пижмы обыкновенной. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2017; 1: 148-154.
- Дьякова Н.А. Эффективность и радиационная безопасность лекарственного растительного сырья подорожника большого, собранного в Центральном Черноземье. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018; 3 (24): 140-143.
- Дьякова Н.А., Сливкин А.И., Гапонов С.П. Оценка эффективности и безопасности лекарственного растительного сырья подорожника большого, собранного в Центральном Черноземье. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2018; 1: 124-131.
- Тринеева О.В., Сливкин А.И. Исследование микроэлементного состава листьев крапивы двудомной. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. Медицина. Фармация. 2015; 22 (219): 169-174.
- Сливкин А.И., Тринеева О.В. Исследования элементного состава лекарственного растительного сырья методом масс-спектрометрии (на примере листьев крапивы двудомной и плодов облепихи крушиновидной). Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2016; 1: 152-156.
- Куркин В.А. Фармакогнозия. Самара: Офорт; 2004. 1180.
- Великанова Н.А., Гапонов С.П., Сливкин А.И. Экооценка лекарственного растительного сырья в урбоусловиях г. Воронежа. LAMBERT Academic Publishing; 2013: 211.
- Государственная фармакопея Российской Федерации. Издание XIV. Т. 2. Москва: ФЭМБ; 2018. 1423.
- Семенова И.Н., Сингизова Г.Ш., ЗулкаранаевА.Б., Ильбулова Г.Ш. Влияние меди и свинца на рост и развитие растений на примере Anethum graveolens L. Современные проблемы науки и образования. 2015; 3. URL: http://science-education.ru/ru/artide/view?id=19568 (дата обращения: 10.11.2019).
- 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): 230-234.
- 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. Сер. Естественные, технические и медицинские науки. 2013; 3: 190-192.
- Austenfeld F.A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde. Bd. 142. 1979; 6: 769-777.
- Sharma D.S., Chatterjee C., Sharma C.P. Chromium accumulation and its effects on wheat (Triticum aestivum L. cv. HD 2204) metabolism. Plant. Sci. 1995; 2: 145-151.
- Buszewski B., Jastrzebska A., Kowalkowski T. Monitoring of Selected Heavy Metals Uptake by Plants and Soils in the Area of Torun. Poland Polish Journal of Environmental Studies. 2000; 6: 511-515.
- Cataldo D.A., Wildung R.E. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants. Environ. Health Perspect. 1978; 27: 149-159.
- Castanheiro A., DeWael K., Samson R. Urban green as indicator of metal pollution. 15th Castle Meeting New trends on Paleo, Rock and Environmental Magnetism. Dinant; 2016: 15-17.
- Castanheiro A., Samson R., DeWael K. Magnetic- and particle-based techniques to investigate metal deposition on urban green. Science of the Total Environment. 2016; 571: 594-602.