Распределение токсических и эссенциальных элементов в системе почва – растение на примере сichorium inthybus L

Распределение токсических и эссенциальных элементов в системе почва - растение на примере СоЬопит 1ММуЬиэ Ь.

В.С. Джура, соискатель, А.А. Машкова, соискатель, Оренбургский ГАУ; А.З. Каримова, соискатель,

Р.С. Евдокимова, соискатель, Оренбургская ГМА

Одной из главных проблем современности является загрязнение окружающей среды [1]. В некоторое время в биосферу поступает значительное количество разнообразных химических соединений — продуктов хозяйственной деятельности, большая часть которых скапливается в почве и растениях. Среди загрязнений особое место занимают тяжёлые металлы (ТМ). К тяжёлым металлам относится группа химических элементов, составляющих по массе более 40 атомных единиц, которые в оптимальных дозах имеют физиологическое значение для организмов. Среди них медь, кобальт, железо, цинк, молибден, марганец и некоторые др.

В зависимости от концентрации в природной среде ТМ доминируют как микроэлементы эс-сенциальные, так и токсические. Ряд химических элементов относят к тяжёлым и токсическим для организмов. Это ртуть, цинк, свинец, бериллий, хром и некоторые другие — элементы, которые считаются наиболее опасными загрязнителями окружающей среды наряду с такими металлами, как мышьяк, селен, теллур, уран [2,3].

Цель нашего исследования — определение содержания микроэлементов — меди и наиболее токсического элемента — свинца в почве и вегетативных органах дикорастущего лекарственного растения цикория обыкновенного (Сккогшт ШкуЬш L.), произрастающего в Бузукском бору — экологически чистой зоне Волго-Уральского региона.

Объекты и методы. В формировании элементного состава растений участвуют два ведущих фактора — генетический и экологический. В зависимости от обстоятельств их соотношение меняется [4]. На содержание микроэлементов в растениях влияют: 1) содержание элемента в почве; 2) количество биодоступной формы элемента в почве; 3) вид растения, фаза развития и распределение элемента по органам; 4) эволюция растений в данных геохимических условиях [1].

Для исследования содержания химических элементов нами были собраны растительное сырьё и почва на лесных полянах Бузукского бора (Оренбургская область; июль, 2012 г.).

Содержание тяжёлых металлов в объектах определяли атомно-абсорбционным методом, согласно ГОСТу [4] в межкафедральной анали-

тической лаборатории Оренбургского государственного аграрного университета.

Результаты исследования. Известно, что повышенные концентрации свинца и меди в растениях приводят к образованию активных форм кислорода, автоокислению и повышению скорости реакций Фентона и Хабера-Вейса. Указанный механизм является типичным для металлов с переменной валентностью (Си, Fe, Мп, Со и др.) и приводит к образованию высокотоксичных гидроксильных радикалов [2, 5]. Гидроксильный радикал инициирует перекисное окисление липидов, разрушение мембран, деградацию белков, повреждение ДНК и РНК [3, 6].

Содержание меди в корнях Сккогшт 1п1уЬи^и Бузулукского бора составляет 0,06 мг/кг, в тканях надземных органов (трава) — 0,175 мг/кг. При этом содержание меди в почве несколько ниже, чем в тканях Сккогшт ШкуЬт, что является свидетельством биоконцентрации эссенциаль-ного элемента меди. Медь — жизненно важный элемент, который входит в состав многих витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ, в тканевом дыхании и т.д.

Медь имеет большое значение для поддержания нормальной структуры костей, хрящей, сухожилий (коллаген), эластичности стенок кровеносных сосудов, лёгочных альвеол, кожи (эластин). Медь входит в состав миелиновых оболочек нервов. Действие меди на углеводный обмен проявляется посредством ускорения процессов окисления глюкозы, торможения распада гликогена в печени. Медь входит в состав многих важнейших ферментов, таких, как цитохромоксидаза, тирозиназа, аскорбиназа и др. Медь присутствует в системе антиоксидант-ной защиты организма, являясь кофактором фермента супероксиддисмутазы, участвующей в нейтрализации свободных радикалов кислорода. Этот биоэлемент повышает устойчивость организма к некоторым инфекциям, связывает микробные токсины и усиливает действие антибиотиков. Медь обладает выраженным противовоспалительным свойством, смягчает проявления аутоиммунных заболеваний (например, ревматоидного артрита), способствует усвоению железа [7].

Другой исследуемый нами металл — свинец — является токсическим веществом. Нами установлено, что содержание свинца в тканях надземных органов Сккогшт ШуЬш Бузулук-

ского бора составляет — 0,042 мг/кг, а в корне растения — 0,13 мг/кг. Следует отметить, что оба показателя превышают содержание свинца в почвенном покрове (табл., рис.).

Для свинца биогенные функции не установлены [2]. Избыточное содержание свинца в организме способно привести к развитию следующих заболеваний у человека:

— заболевание костной системы, кариес зубов, артропатия;

— развитие атеросклероза, повышение артериального давления;

— запор, боли в животе;

— истощение, потеря веса;

— почечная недостаточность, нефропатия;

— снижение способности к оплодотворению из-за пониженной активности сперматозоидов;

— снижение потенции;

— анемия, снижение иммунитета;

— развитие синдрома сатурнизма;

— уменьшение количества цинка, селена и кальция в организме.

Таким образом, результаты исследования свидетельствуют о различном распределении эссенциального элемента меди и токсического элемента свинца в надземных и подземных органах Сккогшт ШкуЬш (табл., рис.).

Как известно, с лечебной целью используют корни цикория. Из проведённого нами исследования видно, что содержание эссенциального элемента — меди в корнях растения ниже, чем в траве, в то время как содержание токсического элемента — свинца, наоборот, выше в корнях растения. Следовательно, при использовании цикория в качестве пищевого и лекарственного сырья необходимо предварительно проводить оценку содержания тяжёлых металлов в объектах.

Выводы.

1. Элементный химический состав растений можно рассматривать как отражение биогео-химической ситуации в месте произрастания.

2. Для рассматриваемых элементов — медь и свинец — наблюдается кумуляция их в растениях Сккогшт ШкуЬш.

3. Содержание меди в траве цикория выше, чем в корне, что объясняется тем, что медь является необходимым элементом для жизнедеятельности растений.

4. Содержание свинца в траве растения выше, чем в почве, и ниже, чем в корне, что указывает на

Содержание тяжёлых металлов в различных органах Cichorium inthybus, мг/кг

Местообитание Вид сырья Cu Pb

Бузулукский бор цикорий, трава 0,175 0,042

цикорий, корни 0,06 0,13

почва 0,113 0,021

0,2 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0

цикорий,трава цикорий,корни почва

Си И Pb

Рис. - Распределение свинца и меди в тканях СісЬогіит п^уЬиэ и почвенном покрове Бузулукского бора

необходимость дополнительных исследований с целью определения экологической безопасности лекарственного и пищевого растительного сырья. Литература

1. Боев В.М., Утенина В.В., Быстрых В.В. и др. Дисбаланс микроэлементов как фактор экологически обусловленных заболеваний // Гигиена и санитария. 2001. № 5. С. 68.

2. Немерешина О.Н. Шайхутдинова А.А.Оценка содержания тяжёлых металлов в тканях Polygonum aviculare L. на техногенно загрязнённых территориях // Экология и промышленность России. 2012. № 9. С. 46—49.

3. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф., Чуклова Н.В. и др. Особенности накопления эссенциальных и токсических элементнов в надземной части Linaria vulgaris L. на шламовом поле криолитового производства // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 131. С. 222—224.

4. ГОСТ 30692-2000. Атомно-абсорбционный международный стандарт определения тяжёлых металлов. Минск, 2000.

5. Гусев Н.Ф., Немерешина О.Н. К вопросу о содержании микроэлементов в сырье перспективных видов лекарственных растений Южного Предуралья // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 12 (62). С. 167-169.

6. SchUtzendUbel А., Polle А. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal and induced oxidative stress and protection by mycorrhization. / Andres SchUtzendUbel and Andrea Polle // Oxford Journals, Life Sciences, J. of Experimental Botany, Volume53, Issue 372. December 2, 2001. Pp. 1351-1365.

7. Зайцева В.Н., Гусев Н.Ф., Немерешина О.Н. К вопросу содержания микроэлементов в наземных органах Fragariaviridis (Duch.) Weston. оренбургского Предуралья // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. Т. 4. № 28-1. С. 240-241.