Особенности накопления макро- и микроэлементов листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.)

Автор: Дьякова Н.А.

Журнал: Ульяновский медико-биологический журнал @medbio-ulsu

Статья в выпуске: 2, 2022 года.

Бесплатный доступ

Исследования элементного состава дикорастущего сырья являются актуальными и значимыми в силу высокой эффективности и биологической доступности металлоорганических форм, содержащихся в растениях. Однако имеющиеся сведения о содержании элементов в лекарственном растительном сырье Воронежской области касаются лишь нескольких элементов, что не позволяет определить полный химический состав растений и описать специфику накопления в них всего комплекса минеральных веществ. Цель исследования - изучение особенностей накопления макро- и микроэлементов в листьях крапивы двудомной естественного фитоценоза Воронежской области. Материалы и методы. Заготовку сырья осуществляли в Воронежском биосферном заповеднике в период цветения растения. Микроэлементный состав образцов изучали масс-спектроскопически на приборе ELAN-DRC. Результаты. В листьях крапивы двудомной микроэлементный комплекс составляет 7,68 % в пересчете на абсолютно сухое сырье. В листьях крапивы двудомной выявлено 59 элементов. Из них 86,87 % составляют макроэлементы, основными из которых являются калий (более 26,5 мг/г) и кальций (более 26 мг/г). Эссенциальные микроэлементы составляют 12,68 % общего минерального комплекса растения. Среди них преобладают кремний (более 9,2 мг/г) и железо (более 0,3 мг/г). Содержание нормируемых тяжелых металлов и мышьяка соответствует требованиям нормативной документации. Доля токсичных и малоизученных элементов составляет 0,45 %. Наибольшее содержание отмечено для стронция (156,78 мкг/г), алюминия (128,4 мкг/г), бария (31,16 мкг/г), рубидия (21,5 мкг/г), титана (3,26 мкг/г), олова (1,35 мкг/г). Показана высокая способность листьев крапивы двудомной к накоплению из почвы фосфора, калия, магния, кальция, молибдена, меди, цинка, ртути, стронция и олова, а также значительная возможность аккумуляции никеля, хрома, марганца, кадмия, рубидия.

Еще

Крапива двудомная, микроэлементы, макроэлементы, лекарственное растительное сырье, коэффициенты накопления, воронежская область

Короткий адрес: https://sciup.org/14124533

IDR: 14124533 | DOI: 10.34014/2227-1848-2022-2-139-147

Текст научной статьи Особенности накопления макро- и микроэлементов листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.)

Введение. В настоящее время все большее внимание уделяется изучению содержания в лекарственном растительном сырье не только биологически активных веществ органической природы, но и веществ минерального происхождения, принимающих участие в различных биохимических реакциях и оказывающих влияние на ход жизненно важных процессов в организме. Описано участие макро- и микроэлементов в потенцировании фармакологического действия лекарственных

растительных препаратов и стимуляции биосинтеза вторичных метаболитов в растительном организме [1–3]. Микроэлементы, содержащиеся в растениях, образуют с биологически активными веществами комплексы органической природы, которые эффективнее усваиваются в организме человека, чем препараты на основе неорганических соединений. При изучении элементного состава лекарственного растительного сырья (ЛРС) особый интерес представляют те элементы, которые

используются в составе комплексных фитопрепаратов и усиливают их фармакологический эффект [4–6].

Известно, что лекарственные растения содержат не только эссенциальные элементы, но и различные соединения антропогенного происхождения, среди которых наиболее распространенными являются тяжелые металлы [7–9].

Анализ литературных данных показал, что элементный комплекс лекарственных растений Центрального Черноземья изучен мало [10, 11]. Сведения о содержании элементов в ЛРС региона касаются лишь нескольких элементов, что не позволяет определить полный химический состав растений и описать специфику накопления в них, как отдельно существующей геосфере, различных элементов [12–15].

Крапива двудомная ( Urtica dioica L.) – многолетнее, повсеместно встречающееся травянистое растение, обладающее выраженным кровоостанавливающим и поливитаминным действием и широко используемое в медицине и фармации. Его применение обусловлено богатым химическим составом листьев, в который входят каротиноиды, витамины групп В, К, С, хлорофилл, дубильные вещества, флавоноиды, большое количество органических и фенолкарбоновых кислот, а также макро- и микроэлементы [14, 16–18].

Цель исследования. Изучение особенностей накопления макро- и микроэлементов в листьях крапивы двудомной естественного фитоценоза Воронежской области.

Материалы и методы. Заготовку ЛРС осуществляли по фармакопейным правилам

[19] в Воронежском государственном заповеднике им. В.М. Пескова (Рамонский район Воронежской области) – экологически чистом месте, в естественной заросли в период цветения растения (июль 2020 г.). Листья крапивы двудомной срезали ножницами, сушили теневым способом. Также отбирали пробы почв с места произрастания объекта исследования. Образцы для анализа подвергали разложению смесью азотной и плавиковой кислот с использованием систем микроволновой пробо-подготовки. Растворенную пробу количественно переносили в пробирку объемом 15 мл, троекратно встряхивая вкладыш с крышкой с 1 мл деионизованной воды и помещая каждый смыв в пробирку, доводили объем до 10 мл деионизованной водой, закрывали и перемешивали. Автоматическим дозатором со сменным наконечником отбирали аликвотную часть 1 мл и доводили до 10 мл 0,5 % азотной кислотой, закрывали защитной лабораторной пленкой. Элементный состав ЛРС определяли методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе ELAN-DRC (PerkinEl-mer Life And Analytical Sciences, США) 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 рассчитывали коэффициенты накопления [11, 12].

Результаты. Результаты, полученные при изучении элементного состава исследуемых образцов, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Table 1

Результаты исследования образцов лекарственного растительного сырья и почв

Results of sample examination of herbal substances and soils

Элемент Element

Содержание в ЛРС, мкг/г Element content in herbal substances, μg/g

Доля элемента в общей массе минеральног о комплекса, % Element proportion in total mass of mineral complex, %

Содержание в почве, мкг/г Element content in soil, μg/g

Коэффициент накопления элемента в ЛРС Element accumulation factor in herbal substances, %

Макроэлементы Macroelement

Кaлий

Potassium

26 565

34,61

10 500

2,53

Элемент Element	Содержание в ЛРС, мкг/г Element content in herbal substances, μg/g	Доля элемента в общей массе минеральног о комплекса, % Element proportion in total mass of mineral complex, %	Содержание в почве, мкг/г Element content in soil, μg/g	Коэффициент накопления элемента в ЛРС Element accumulation factor in herbal substances, %
Кaльций Calcium	26 089,5	33,99	19 660	1,33
Нaтрий Sodium	105,9	0,14	3300	0,03
Мaгний Magnesium	9227,3	12,02	4400	2,10
Фoсфoр Phosphorus	4690,6	6,11	730	6,43
Всего Total	66 678,3	86,87	38 590	-
Эссенциальные микроэлементы Essential trace elements
Ванадий Vanadium	0,54	0,00070	78	0,01
Железо Iron	329,6	0,42941	19 100	0,02
Кобальт Cobalt	0,22	0,00029	3,3	0,07
Кремний Silicon	9278,7	12,08838	347 000	0,03
Литий Lithium	0,071	0,00009	8,5	0,01
Никель Nickel	1,68	0,00219	2,3	0,73
Марганец Manganese	90,76	0,11824	370	0,25
Медь Copper	5,83	0,00760	3,1	1,88
Молибден Molybdenum	7,69	0,01003	0,87	8,85
Селен Selenium	0,35	0,00046	8,5	0,04
Хром Chrome	1,49	0,00194	4,2	0,35
Цинк Zinc	17,52	0,02283	12	1,46
Всего Total	9734,46	12,68	366 590,77	-
Нормируемые токсичные микроэлементы Specified toxic trace elements
Кадмий Cadmium	0,012	0,00002	0,023	0,52
Мышьяк Arsenic	0,098	0,00013	0,9	0,11
Ртуть Mercury	0,0626	0,000081	0,05	1,25
Свинец Lead	0,44	0,000573	4,0	0,11
Всего Total	0,61	0,00080	4,97

Элемент Element	Содержание в ЛРС, мкг/г Element content in herbal substances, μg/g	Доля элемента в общей массе минеральног о комплекса, % Element proportion in total mass of mineral complex, %	Содержание в почве, мкг/г Element content in soil, μg/g	Коэффициент накопления элемента в ЛРС Element accumulation factor in herbal substances, %
Другие малоизученные и токсичные элементы Other under-investigated and toxic elements
Алюминий Aluminum	128,4	0,167281	31100	<0,01
Барий Barium	31,16	0,040596	290	0,11
Бериллий Beryllium	0,006	0,000008	2,0	<0,01
Вольфрам Wolframium	0,04	0,000052	0,78	0,05
Висмут Bismuth	0,008	0,000010	0,11	0,07
Гадолиний Gadolinium	0,008	0,000010	3,0	<0,01
Галлий Gallium	0,078	0,000102	8,8	0,01
Гафний Hafnium	0,003	0,000004	1,6	<0,01
Германий Germanium	0,016	0,000021	1,1	0,01
Гольмий Holmium	0,001	0,000001	0,36	<0,01
Диспрозий Dysprosium	0,006	0,000008	2,0	<0,01
Европий Europium	0,004	0,000005	0,65	0,01
Золото Gold	0,0014	0,000002	0,06	0,02
Иттербий Ytterbium	0,002	0,000003	1,1	<0,01
Иттрий Yttrium	0,045	0,000059	9,9	<0,01
Лантан Lanthanum	0,06	0,000078	18	<0,01
Лютеций Lutetium	0,001	0,000001	0,16	0,01
Неодим Neodymium	0,046	0,000060	15,0	<0,01
Ниобий Niobium	0,017	0,000022	6,7	<0,01
Олово Tin	1,354	0,001764	1,2	1,13
Празеодим Praseodymium	0,013	0,000017	4,1	<0,01
Рубидий Rubidium	21,5	0,028010	63	0,34
Самарий Samarium	0,01	0,000013	3,2	<0,01
Серебро Silver	0,015	0,000020	0,19	0,08
Скандий Scandium	0,65	0,000847	50,0	0,01

Элемент Element Содержание в ЛРС, мкг/г Element content in herbal substances, μg/g Доля элемента в общей массе минеральног о комплекса, % Element proportion in total mass of mineral complex, % Содержание в почве, мкг/г Element content in soil, μg/g Коэффициент накопления элемента в ЛРС Element accumulation factor in herbal substances, % Стронций Strontium 156,78 0,204254 73,0 2,15 Сурьма Stibium 0,032 0,000042 0,41 0,08 Таллий Thallium 0,0074 0,000010 0,23 0,03 Тантал Tantalum 0,008 0,000010 0,5 0,02 Теллур Tellurium 0,001 0,000001 0,1 0,01 Тербий Terbium 0,001 0,000001 0,44 <0,01 Титан Titanium 3,26 0,004247 2400,0 <0,01 Торий Thorium 0,011 0,000014 5,4 <0,01 Тулий Thulium 0,001 0,000001 0,16 0,01 Уран Uranium 0,003 0,000004 1,2 <0,01 Цезий Cesium 0,01 0,000013 2,3 <0,01 Церий Cerium 0,12 0,000156 38 <0,01 Цирконий Zirconium 0,134 0,000175 78 <0,01 Эрбий Erbium 0,003 0,000004 1,2 <0,01 Всего Total 343,82 0,45 34 183,95 - кобальт > селен > литий. Выявлена высокая способность листьев крапивы двудомной к аккумуляции из почв молибдена, меди и цинка (коэффициенты накопления составили соответственно 8,85, 1,88 и 1,07). Эффективно переходит в состав ЛРС также никель, хром и марганец. Кремний, отличающийся высокой концентрацией в ЛРС, накапливается в количестве, не превышающем 3 % от его содержания в почве произрастания вида. Остальные эссенциальные элементы имеют также низкие коэффициенты накопления (не более 0,07).

Содержание нормируемых тяжелых металлов и мышьяка в листьях крапивы двудомной соответствует требованиям Государственной фармакопеи [19], а также требованиям СанПиН 2.3.2.1078–01 для травяных чаев. На долю свинца, ртути, кадмия и мышьяка приходится 0,0008 % общего минерального состава сырья. Из данной группы элементов в листьях крапивы двудомной в наибольшей степени аккумулируется ртуть и кадмий (коэффициенты накопления 1,25 и 0,52 соответственно), мышьяк и свинец накапливаются из почв неактивно (0,11).

Доля токсичных и малоизученных элементов в общем минеральном комплексе листьев крапивы двудомной составляет 0,45 %. Наибольшее содержание отмечено для стронция (156,78 мкг/г), алюминия (128,4 мкг/г), бария (31,16 мкг/г), рубидия (21,5 мкг/г), титана (3,26 мкг/г), олова (1,35 мкг/г). Выявлена спо-

собность к аккумуляции из почв в листьях крапивы двудомной стронция и олова (коэффициенты накопления 2,15 и 1,13 соответственно). К элементам среднего захвата отнесены рубидий и барий. Остальные элементы аккумулируются в изучаемом ЛРС неактивно (коэффициенты накопления не более 0,1).

Заключение. Результаты исследования продемонстрировали богатый макро- и микро-элементный состав листьев крапивы двудомной, заготовленных в 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, таких микроэлементов, как кремний, железо, алюминий, стронций. Показана высокая способность листьев крапивы двудомной к накоплению из почвы фосфора, калия, магния, кальция, молибдена, меди, цинка, ртути, стронция и олова, а также значительная способность к аккумуляции никеля, хрома, марганца, кадмия, рубидия. Полученные данные могут служить основой для проведения дальнейших исследований с целью использования их результатов в медицинской и фармацевтической практике при создании лекарственных препаратов и биологически активных добавок для коррекции физиологических норм содержания элементов в организме человека.

Список литературы Особенности накопления макро- и микроэлементов листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.)

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., WildungR.Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants. Environ. Health Perspect. 1978; 27: 149-159.
Castanheiro A., De Wael 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.
Семенова И.Н., Сингизова Г.Ш., Зулкаранаев А.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/article/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 тяжелыми 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.
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 ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2018; 1: 124-131.
Дьякова Н.А., Самылина И.А., Сливкин А.И., Гапонов С.П., Кукуева Л.Л., Мындра А.А., Шушунова Т.Г. Оценка экологического состояния образцов верхних слоев почв и корней одуванчика лекарственного, отобранных на территории Воронежской области. Вестник ВГУ. 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 ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2017; 1: 148-154.
Дьякова Н.А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.). Ульяновский медико-биологический журнал. 2020; 2: 145-156.
Dyakova N., Gaponov S., Slivkin Al., Chupandina El. Accumulation of artificial and natural radionuclides in medicinal plant materialin the Central Black Soil Region of Russia. Advances in Biological Sciences Research. 2019; 7: 94-96.
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.
Государственная фармакопея Российской Федерации. Издание XIV. Т. 2. Москва: ФЭМБ; 2018. 1423.
Великанова Н.А., Гапонов С.П., Сливкин А.И. Экооценка лекарственного растительного сырья в урбоусловиях г. Воронежа. LAMBERT Academic Publishing; 2013. 220.

Еще

Статья научная