V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Урбанизация – одна из основных социально-экологических проблем нашего времени. Нарастающее техногенное воздействие на урбосистемы со стороны промышленных комплексов, а также ТЭЦ, автотранспорта приводит к сильному загрязнению почв вредными веществами, снижению способности к самовосстановлению почв и деградации растительности.

В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают процессы самоочищения, почва обладает этим свойствам в незначительной мере. Для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов почва является кумулятором. Загрязнение атмосферы, почвы и воды в ландшафтах вызывает тревогу не только потому, что оно может заметно снизить продуктивность растений, нарушить естественно сложившиеся фитоценозы, привести к нарушению нормальных процессов органогенеза, но и потому, что оно неизбежно ухудшает гигиеническое качество среды обитания человека, включая и гигиеническое качество получаемых продуктов. Поэтому знание природных концентраций элементов в растениях дает возможность судить о состоянии чистоты или загрязненности региона [1,2].

Еще в большей степени это касается лекарственных растений. Вместо ожидаемого положительного эффекта можно нанести человеческому организму вред при использовании загрязненного лекарственного сырья, которое используется не только как сырье для фармацевтической промышленности, но и непосредственно населением в качестве настоек, отваров и др.

Цель нашего исследования – определить содержание микроэлементов-биофилов (Na, Zn, Cu, Fe, Mg), тяжелых металлов (Hg) в дикорастущих лекарственных растениях щирице запрокинутой (обыкновенной) – Amaranthus retroflexus, райграсе пастбищном – Lolium perenne L. и горце птичьем – Polýgonum aviculáre.

Объект исследования – надземная часть (трава) Amaranthus retroflexus, Lolium perenne, Polýgonum aviculáre, собранная 2 июля 2012 года в городе Оренбург на улице Туркестанская в 3 метрах от дороги.

Одними из важнейших загрязнителей в условиях городской среды считаются тяжелые металлы. Повышенные концентрации тяжелых металлов в среде способны оказывать токсическое действие на клетки и ткани растений и других организмов. Причем величины нормального содержания элементов в живых организмах варьируют в зависимости от видовой принадлежности, а также от взятых для исследования органов и тканей [3, 4, 5].

Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях, в том числе дикорастущих, до сих пор не нормируется, поэтому многие исследователи для гигиенической оценки лекарственного сырья используют показатели, принятые для биологически активных добавок к пище на растительной основе СанПиН 2.3.2.1078-01 (2002). Следовательно, необходимо, используя полученные сведения по содержанию тяжелых металлов в региональных растениях, разработать алгоритмы определения качества и безопасности лекарственного растительного сырья по данному показателю.

Основными факторами, определяющими содержание микроэлементов в растениях, являются: содержание элемента в почве; относительное количество биодоступной формы элемента в почве; вид растения, фаза развития и распределение элемента по органам; эволюция растений в данных геохимических условиях и адаптация к ним.

Поэтому для экологического мониторинга тяжелых металлов в условиях городской среды обитания нами было определено их количественное содержание в надземных органах растений и почве города Оренбурга.

Определение содержания химических элементов в растениях производили атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре AAS-30 (Германия). В пробах определяли содержание шести элементов: цинк, медь, железо, магний, натрий, ртуть (табл. 1).

Таблица 1

Численные показатели содержания элементов в надземной массе Amaranthus retroflexus, Lolium perenne, Polýgonum aviculáre и почве

	- выраженная кумуляция элементов
	- наличие у растения слабого биологического барьера
	- концентрация элемента в контрольной зоне выше, чем в урбанизированной среде

Для биогенных элементов размах приемлемых концентраций в среде обитания растений очень широк, но для микро- и ультрамикроэлементов, относящихся преимущественно к группе тяжелых металлов, оптимальный или безвредный интервал концентрации узок [8].

Результаты исследований свидетельствуют о специфических особенностях обмена у исследуемых видов растений (диаграмма 1).

1. Кумуляция элементов:

• Щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus) – Fe;

• Райграс пастбищный (Lolium perenne L.) – Mg, Hg;

• Горец птичий (Polýgonum aviculáre) – Zn, Cu, Mg.

2. Наличие у растения слабого барьера:

• Щирица запрокинутая (Amaranthus retroflexus) – Zn, Cu, Mg, Na, Hg;

• Райграс пастбищный (Lolium perenne L.) – Zn, Cu,Fe, Na;

• Горец птичий (Polýgonum aviculáre) – Fe, Na, Hg.

Диаграмма 1

Указанные закономерности, объясняются биохимической ролью металлов в растениях и способами их поглощения и переноса. Цинк является эссенциальным элементом и входит в состав активных центров ферментов; принимает участие в белковом, углеводном и фосфорном обмене, синтезе витаминов и ауксинов [2]. Недостаток цинка приводит к повышению чувствительности клеток к окислительному стрессу [6]. Поэтому обеспеченность растений цинком определяет их устойчивость к засухе, гипер- и гипотермии [2].

Нами отмечена биоконцентрация меди, что объясняется биогенностью данного элемента. Медь входит в состав активного центра полифенолоксидаз – ключевых ферментов в биогенезе фенольных соединений, пигментов, витаминов, ауксинов, белков, сапонинов и алкалоидов [9]. Дегидратаза бутирил-КоА (фермент β-окисления жирных кислот) и аскорбатоксидаза также содержат в активных центрах ионы меди. Медьсодержащие белки пластоцианины участвуют в фотосинтезе [7].

Железо входит в состав цитохромов цепей переноса электронов, цитохрома Р450 и ферментов пероксидаз.

Выявлен физиологический барьер для ионов натрия, что характерно для одновалентных металлов в условиях засоления (соли натрия – компонент антиобледенительных смесей, применяемых в Оренбурге).

Физиологического барьера для магния не выявлено, т.к. данный элемент входит в состав активных центров ферментов многих классов, в частности ферментов фосфорилирования.

Таким образом,видоспецифичность представленных растений по отношению к тяжелым металлам заключается в том, что растения способны концентрировать необходимое для нормальной жизнедеятельности количество элементов. По этой причине в тех областях, где концентрация биофильных элементов в почве низкая, растения выступают как концентраторы, накапливая параллельно и тяжелые металлы. Элементный химический состав растений города Оренбурга можно рассматривать как отражение биогеохимической ситуации экологически загрязненного (урбанизированного) района с некоторыми нарушенными естественными биогеохимическими циклами элементов. Однако для многих рассматриваемых элементов в городской среде наблюдается кумуляция их в растениях (Mg, Fe, Zn, Cu, Hg), что может неблагоприятно сказываться на качестве препаратов, получаемых из данных растений. В исследованных нами дикорастущих растениях города Оренбурга кумуляция ртути наблюдается только для райграса пастбищного и его концентрация не превышает допустимый уровень, который составляет 0,1 мг/кг для БАДов на растительной основе.

Литература

1. Боев В.М. Дисбаланс микроэлементов как фактор экологически обусловленных заболеваний / В.М. Боев, В.В. Утенина, В.В. Быстрых, В.В. Утенин, С.В. Перепелкин, А.Г. Сетко, В.Ф. Куксанов // Гигиена и санитария. 2001. № 5. - С. 68.

2. Гладышев А.А. Естественное восстановление растительного покрова на шламовом поле криолитового производства / А.А. Гладышев, Н.Ф. Гусев, О.Н. Немерешина // Безопасность в техносфере 1(34)/2012 январь-февраль. Москва: Форум. – 2012. – С. 20-24.

3. Гусев, Н. Ф. К вопросу о содержании микроэлементов в сырье перспективных видов лекарственных растений Южного Предуралья. / Н.Ф.Гусев, О.Н. Немерешина // Вестник ОГУ, № 12 (62), декабрь, 2006. – с. 167 – 169.

4. Гусев, Н. Ф. Лекарственные растения Оренбуржья (ресурсы, выращивание и использование) / Н. Ф. Гусев, Г. В. Петрова, О. Н. Немерешина. – Оренбург: Издательский центр ОГАУ. – 2007. – 332 с.

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

6. Немерешина О.Н. Оценка содержания тяжелых металлов в тканях Рolygonum aviculare L. на техногенно загрязненных территориях / О.Н. Немерешина, А.А. Шайхутдинова // Экология и промышленность России. 2012. № 9. С. 46-49.

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

8. Немерешина О.Н. Некоторые аспекты адаптации Рolygonum aviculare L. к загрязнению почвы тяжёлыми металлами // О.Н. Немерешина, Н.Ф. Гусев, Г.В. Петрова, А.А. Шайхутдинова // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. Т. 33. № 1-1. С. 230-234.

9. Schützendübel А., Polle А. Plant responses to abiotic stresses: heavy metal and induced oxidative stress and protection by mycorrhization. / Andres Schützendübel and Andrea Polle // Oxford Journals, Life Sciences, Journal of Experimental Botany, Volume53, Issue 372. December 2, 2001. – Pp. 1351-1365.UDC 581.5 (504.5)

Код для цитирования: Скопировать