Ecological and hygienic studies of the roots of the dandelion of the medicinal synanthropic flora of central Russia

Full Text

Введение В силу ежегодно возрастающей техногенной нагрузки на окружающую среду увеличивается актуальность мониторинга эколого-гигиенических показателей качества экосистем. При этом растения из-за значительной зависимости от химического состава почв, воздуха, воды справедливо используются для изучения загрязнения окружающей среды [1-3]. Одуванчик лекарственный - Taraxacum officinale F.H. Wigg. - рудеральный синантропный полиморфный вид, распространенный практически по всей территории России, благоприятно реагирует на растительную дигрессию, интенсивно образует заросли [4; 5]. Данный вид имеет большое количество апомиктических форм с большим количеством биотипов, имеющих морфологические отличия. Одуванчик лекарственный неоднократно использовался в качестве объекта эколого-гигиенических исследований антропогенного загрязнения окружающей среды в силу высокой чувствительности к различным экотоксикантам [6-16]. Г.В. Воробьевым на основе измерения газообмена, тепловыделения и проницаемости мембран клеток корней одуванчика лекарственного разных популяций выявил, что при повышенном уровне метаболизма популяция более устойчива к антропогенному влиянию [8]. А.А. Ефремовым в сравнительном исследовании флоры естественных экосистем и урбоценозов Красноярского края показано, что содержание экстрактивных веществ в корнях одуванчика лекарственного естественных фитоценозов на 5 % и более превышает определяемый показатель в сырье урбоценозов [9]. Т.Н. Васильевой и Ю.А. Брудастовым на основе флоры г. Оренбург выявлены фиторемедиаторные свойства данного растительного сырья в отношении свинца и кадмия [10]. Е.О. Клинской на основе изучения корней одуванчика урбоценозов г. Биробиджан также доказана тесная корреляция между концентрациями свинца в почве и растении, что указывает на информативность данного биообъекта при эколого-гигиеническом исследовании почв [11]. С.С. Позняком доказана аккумуляция в корнях растения циркония, кобальта, олова, хрома [12]. И.Т. Караевой [13] показана аккумуляция в корнях одуванчика из почв цинка и марганца, П.К. Игамбердиевой [14] - марганца, меди, кобальта, хрома, а И.В. Гравель [15] - меди, кадмия, свинца, алюминия. А.И. Попов и И.Н. Егорова установили, что корни одуванчика способны аккумулировать цинк, никель, медь [16]. Таким образом, обзор ранее проведенных эколого-гигиенических исследований качества корней одуванчика лекарственного показал, что полученные результаты имеют разногласия. Цель исследования - эколого-гигиеническое изучение накопления токсичных элементов и БАВ в корнях одуванчика лекарственного, заготовленных на различных с точки зрения антропогенного воздействия территориях Центральной России. Материалы и методы Исследования проводились на основе Воронежской области как одного из репрезентативных регионов Центральной России [2; 3]. Для заготовки сырья были выбраны (табл. 1): заповедные (контрольные) зоны (1-3); территория разработки медно-никелевых месторождений (4); зоны загрязнения после аварии в Чернобыле (5-7); атомная электростанция (8); высоковольтные линии электропередач (ВЛЭ) (9); сельскохозяйственные поля (10-22); промышленные предприятия (23-24, 28); города (25-26, 31); теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) (27); городское водохранилище (29); аэропорт (30); дороги разной степени загруженности (32-51). Заготовку корней одуванчика лекарственного проводили осенью (в октябре). Корни выкапывали, очищали от остатков стеблей и листьев, отмывали от земли, сушили естественным образом. Концентрацию токсичных элементов определяли по ОФС.1.5.3.0009[8]. Измеряли содержание нормируемых элементов (ртуть, кадмий, свинец, мышьяк), а также некоторых других токсичных металлов (никель, цинк, кобальт, хром, медь). Содержание суммы водорастворимых экстрактивных веществ определяли по методикам ФС.2.5.0086.18[9], суммы гравиметрически осаждаемых водорастворимых полисахаридов - по ранее валидированной методике [17]. В эксперименте использовали отечественное оборудование: атомно-абсорбционный спектрометр МГА-915МД, спектрофотометр «СФ-2000», ультразвуковую ванну ГРАД-40. Определения проводили троекратно, статистическую обработку осуществляли при доверительной вероятности 0,95. С использованием корреляционного анализа по Пирсону проводили изучение взаимосвязи между содержанием токсичных элементов и БАВ. Для интерпретации рассчитанных коэффициентов корреляции использовали шкалу Чеддока [3]. Результаты и обсуждение Концентрация свинца в сырье (табл. 1) не превышала предельно допустимой концентрации (ПДК). В сырье контрольных территорий она составила 1,5-1,9 мг/кг, для сырья синантропной флоры - 1,0-4,8 мг/кг. Более ранние исследования показали, что содержание свинца в верхних слоях почв изучаемых территорий отмечается на уровне 1,7-34,6 мг/кг [18-20]. Невысокое накопление свинца в корнях одуванчика объясняется малой растворимостью его со единений в почвенном растворе. Также возможно наличие физиологического барьера, препятствующего накоплению токсичного элемента в растении. Известно, что клетки ризодермы высших растений способны вырабатывать слизь с высоким содержанием уроновых кислот, уменьшающих растворимость тяжелых металлов [2; 11]. Концентрация ртути составила 0,003-0,006 мг/кг, что в 15-30 раз меньше ПДК. Концентрация ртути в почвах территорий заготовки растительных образцов составляла 0,01-0,24 мг/кг [19]. Ртуть также образует прочные коллоидные соединения в почве [3; 8]. Кадмий в растительных образцах содержался в количестве 0,03-0,18 мг/кг, что не превышало ПДК и значительно меньше его концентраций в почвах (до 0,71 мг/кг) [20]. Низкий уровень аккумуляции кадмия, являющегося блокатором ряда ферментных систем, можно также связать с механизмом физиологического нормирования всасывания токсичных элементов [2; 21]. В трех образцах корней одуванчика отмечено превышение ПДК мышьяка (вблизи ТЭЦ «ВОГРЭС», ООО «БорМаш»). Концентрация мышьяка в почвах составляла 0,6-3,8 мг/кг [19]. Соли мышьяка также образуют малорастворимые коллоиды в почвенном растворе [21]. ПДК никеля, кобальта, хрома, цинка, меди в растительном сырье на настоящее время не нормированы. Никель, несмотря на высокую растворимость в почвенном растворе, незначительно накапливается в корнях одуванчика - 0,7-4,1 мг/кг (в почвах - 2,2-98,3 мг/кг). Известно, что высокие концентрации металла способствуют угнетению процессов транспирации и фотосинтеза [14; 18]. Концентрация кобальта составила 4,3-14,8 мг/кг (в почвах - 1,8- 21,8 мг/кг [20]), хрома - 3,1-14,0 мг/кг (в почвах - 2,5-45,2 мг/кг [20]). Таким образом, накопление никеля, хрома, кобальта блокируется растением, что является приспособлением его к вегетации в условиях загрязнения почв. Корни одуванчика активно накапливают медь и цинк. Концентрация меди в растительном объекте составила 4,1-14,6 мг/кг (в почве - 3,3-65,4 мг/кг [19]). Содержание цинка составило 20,2-97,5 мг/кг (в почве - 9,6-154,5 мг/кг [19]). Для ряда растительных образцов (контрольных территорий и агроценозов) отмечена более высокая концентрация меди и цинка в сырье, чем в почве. Известно, что медь участвует в углеводном и азотном обменах, процессе фотосинтеза [7; 16; 21]. Цинк активирует более 250 ферментов, необходим в биосинтезе хлорофилла [7; 15]. Но при высоких концентрациях цинка и меди в почвах урбоценозов темпы аккумуляции металлов снижались, что говорит о накоплении их в растении до физиологически необходимого уровня. Корреляционные исследования показали тесную положительную взаимосвязь между концентрациями в почве и растительном сырье цинка, хрома, кобальта, свинца, мышьяка, меди, никеля, а также заметную положительную взаимосвязь между данными показателями для кадмия, что подтверждает информативность одуванчика лекарственного как биообъекта при экологическом исследовании качества почв (табл. 2) [11]. Концентрация водорастворимых полисахаридов в корнях одуванчика (см. табл. 1) составила от 18,5 до 33,1 %. В сырье контрольных территорий отмечено их накопление на уровне 31,2-33,1 %. В образцах агроценозов несколько ниже - 19,6-29,6 %. В большей части образцов сырья одуванчика лекарственного урбоценозов накопление водорастворимых полисахаридов отмечено на уровне 20-30 %. Концентрация водорастворимых экстрактивных веществ составила 30,6-62,1 %. В семи образцах сырья урбоценозов содержание данной группы БАВ оказалось менее требуемых нормативной документацией 40 %. Эти же образцы корней одуванчика также характеризовались относительно низкими значениями концентраций водорастворимых полисахаридов. Рассчитанные для анализа влияния токсичных элементов на накопление БАВ коэффициенты корреляции (табл. 3) показали, что на накопление водорастворимых экстрактивных веществ и полисахаридов умеренное отрицательное влияние оказывали кадмий и никель. Таблица 2 / Table 2 Коэффициенты корреляции между содержанием токсичных элементов в почве и корнях одуванчика / correlation coefficients between concentrations of toxic elements in soil and dandelion roots Рb Нg Сd Аs Ni Сr Со Сu Zn 0,75 0,13 0,49 0,86 0,71 0,81 0,80 0,81 0,93 Источник: составлено Н.А. Дьяковой. Source: compiled by the N.A. Dyakova. Таблица 3 / Table 3 Коэффициенты корреляции между токсичными элементами и БАВ / correlation coefficients between toxic elements and biologically active substances БАВ / Biologically active substances Рb Нg Сd Аs Ni Сr Со Сu Zn Водорастворимые полисахариды / Water-soluble polysaccharides 0,22 -0,26 -0,33 0,07 -0,38 0,19 0,02 0,04 0,04 Экстрактивные вещества, извлекаемые водой / Extractive substances extracted by water -0,08 -0,14 -0,33 -0,14 -0,32 -0,15 -0,17 -0,17 -0,16 Источник: составлено Н.А. Дьяковой. Source: compiled by the N.A. Dyakova. Заключение На основе эколого-гигиенического исследования более 50 образцов корней одуванчика лекарственного различных урбоценозов Центральной России выявлено наличие физиологических барьеров, препятствующих аккумуляции избытка таких токсичных элементов, как мышьяк, свинец, кадмий, ртуть, кобальт, никель, хром, а также показано накопление в значительных количествах цинка, меди. Подчеркнута информативность одуванчика лекарственного как биообъекта при экологическом исследовании качества почв. Особенности аккумуляции тяжелых металлов необходимо учитывать при планировании мест заготовки корней одуванчика лекарственного и оценке качества сырья. Выявлено, что на накопление в корнях одуванчика водорастворимых полисахаридов и экстрактивных веществ умеренное отрицательное влияние оказывают кадмий и никель.

About the authors

Nina A. Dyakova

Voronezh State University

Author for correspondence.
Email: Ninochka_V89@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0766-3881
SPIN-code: 3477-0510

Doctor of Pharmaceutical Sciences, Associate Professor, Department of Pharmaceutical Technology

1 Universitetskaya Square, Voronezh, 394007, Russian Federation

References

Supplementary files