ECOLOGICAL ASSESSMENT OF MEDICINAL VEGETABLE RAW MATERIALS OF THE VORONEZH REGION ON THE EXAMPLE OF FLOWERS OF A TANSY ORDINARY

Full Text

Введение Урбанизация - важнейшая социально-экологическая проблема современного мира [2; 23]. В процессе роста и становления городов природные экосистемы территорий, занимаемых ими и близлежащих к ним, постепенно изменяются, при этом формируются новые антропогенные экосистемы со своими особенностями техногенного воздействия, характеризующегося изменением состава атмосферного воздуха, почв и водных объектов [3; 4]. Воронежская область традиционно является важнейшим районом растениеводства и земледелия. Однако освоение минеральных ресурсов, активная химизация в сельском хозяйстве, последствия Чернобыльской аварии актуализировали вопрос снабжения пищевой промышленности безопасным и эффективным растительным сырьем. Некачественное растительное сырье и получаемые из него продукты являются важными источниками поступления различных экотоксикантов, особенно тяжелых металлов, в организм человека [10; 15; 18; 29]. Цель исследования - изучение загрязнения тяжелыми металлами лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере цветков пижмы обыкновенной, собранных в урбо- и агроэкосистемах, испытывающих на себе различное антропогенное воздействие. Материалы и методы исследования Объектом исследования были выбраны цветки пижмы обыкновенной (Tanacetum vulgare L.). Пижма обыкновенная является многолетним травянистным синантропным растением, произрастающим в Воронежской области повсеместно [8; 9; 30]. Выбор территорий для сбора образцов цветков пижмы обыкновенной обусловлен особенностями воздействия человека (рис. 1, табл. 1): промышленные химические предприятия (рис. 1: 23, 24, 28); теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) (рис. 1: 27); атомная электростанция (АЭС) (рис. 1: 8); аэропорт (рис. 1: 30); улица г. Воронежа (ул. Ленинградская) (рис. 1: 31); высоковольтные линии электропередач (ВЛЭ) (рис. 1: 9); городское водохранилище (рис. 1: 29); малые города с развитой инфраструктурой (Борисоглебск (рис. 1: 25), Калач (рис. 1: 26)); зона крупного месторождения сульфидных медно-никелевых руд (рис. 1: 4); районы, находящиеся в зоне загрязнения в результате аварии на Чернобыльской АЭС (рис. 1: 5-7); районы активной сельскохозяйственной деятельности (рис. 1: 10-22); в качестве сравнения (фона) - заповедные территории - Воронежский природный биосферный заповедник (рис. 1: 1), Хоперский государственный природный заповедник (рис. 1: 2, 3). Также проводили отбор верхних слоев почв вдоль и на удалении от дорог разной степени загруженности и в разных природных зонах: лесная зона (Рамонский район) (рис. 1: 32-35) - трасса М4 «Дон»; лесостепная зона (Аннинский район) (рис. 1: 36-39) - трасса А144 «Курск-Саратов»; степная зона (Павловский район) (рис. 1: 40-43) - трасса М4 «Дон», проселочная автомобильная дорогая малой загруженности (Богучарский район) (рис. 1: 44-47) и железнодорожные пути (Рамонский район) (рис. 1: 48-51). Анализ образцов цветков пижмы обыкновенной проводился на аналитическом комплексе на базе атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915МД по фармакопейным методикам [5, c. 2370-2382; 17, c. 51-85). В образцах определяли концентрацию свинца, мышьяка, ртути, кадмия - эти наиболее токсичные элементы нормируются в растительном сырье и продуктах питания [13, c. 43-47; 14, c. 36-39]. Также изучено содержание в верхних слоях почв никеля, так как в Воронежской области в настоящее время рассматривается проект по добыче никеля открытым способом, что не может не повлиять на эколо-гигиеническую обстановку в регионе, поскольку для данного металла доказаны аллергенная и канцерогенная активность [24-26]. Кроме того в качестве изучаемых были выбраны такие токсичные металлы, как элемент 1 класса опасности - цинк и элементы 2 класса опасности - кобальт, хром и медь. Цинк имеет кумулятивный токсический эффект даже при незначительном его содержании; при отравлении им жалуются на раздражительность, бессонницу, желудочно-кишечное расстройство. Кобальт и его соединения вызывают одышку, токсически действуют на желудочно-кишечный тракт, а также на кожу, вызывая острые дерматиты. Соединения хрома оказывают на организм человека общее токсическое, аллергенное, канцерогенное действие, вызывают дерматиты и экземы при соприкосновении с кожей. Избыток меди приводит к цитотоксическим эффектам, чаще всего к циррозным поражениям печени, возникновению нервно-психических нарушений [27; 28; 31]. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в отобранных образцах цветков пижмы обыкновенной представлено в таблице 1. Рис. 1. Карта отбора образцов (цифровые обозначения расшифрованы в тексте) Таблица 1 Содержание тяжелых металлов и мышьяка в образцах цветков Tanacetum vulgare L. Место заготовки сырья Концентрация тяжелых металлов, мг/ кг Pb Hg Cd As Ni Cr Co Cu Zn Воронежский биосферный заповедник 0,12 отс. 0,02 0,02 2,02 0,14 0,16 3,74 18,50 Хоперский заповедник 0,10 отс. 0,03 0,03 1,78 0,25 0,16 5,36 19,60 Борисоглебский район 0,11 отс. 0,01 0,03 1,49 0,06 0,24 4,65 24,10 с. Елань-Колено 0,13 0,002 0,04 0,07 2,75 0,15 0,29 7,48 20,25 с. Нижнедевицк 0,17 отс. 0,02 0,03 2,19 0,19 0,17 8,58 25,26 г. Острогожск 0,14 0,003 0,02 0,07 2,71 0,11 0,26 9,60 27,59 г. Семилуки 0,17 0,002 0,04 0,06 1,93 0,43 0,20 9,85 25,75 г. Нововоронеж 0,12 0,003 0,01 0,09 1,69 0,37 0,11 3,40 19,50 ВЛЭ (Нововоронежский городской округ) 0,18 0,002 0,03 0,05 2,25 0,25 0,17 4,32 26,31 Лискинский р-н 0,19 0,003 0,03 0,08 1,82 0,33 0,29 8,52 18,40 Ольховатский р-н 0,12 отс. 0,02 0,09 1,79 0,29 0,19 6,53 20,11 Подгоренский р-н 0,20 отс. 0,03 0,05 2,37 0,18 0,30 8,50 19,53 Петропавловский р-н 0,18 0,003 0,04 0,04 2,12 0,27 0,15 9,13 22,50 Грибановский р-н 0,22 0,003 0,04 0,10 2,02 0,41 0,31 7,60 25,15 Хохольский р-н 0,18 отс. 0,03 0,02 1,84 0,19 0,21 8,31 25,91 Новохоперский р-н 0,20 0,003 0,04 0,06 2,12 0,20 0,24 5,89 19,36 Репьевский р-н 0,20 отс. 0,03 0,05 2,04 0,37 0,19 6,68 22,63 Воробьевский р-н 0,16 отс. 0,02 0,06 2,13 0,19 0,15 9,58 20,18 Панинский р-н 0,10 0,002 0,03 0,11 1,94 0,29 0,12 4,65 25,80 Верхнехавский р-н 0,18 0,003 0,04 0,09 1,85 0,32 0,19 8,42 19,37 г. Эртиль 0,17 0,002 0,02 0,07 1,78 0,41 0,20 6,79 24,91 Россошанский район 0,13 отс. 0,02 0,05 2,57 0,24 0,32 8,20 20,03 Вблизи ОАО «Минудобрения» (г. Россошь) 0,14 0,003 0,07 0,04 3,48 0,64 0,43 10,64 55,72 Вблизи ООО «Бормаш» (г. Поворино) 0,33 0,003 0,08 0,04 4,07 0,48 0,46 9,42 42,60 Окончание таблицы 1 г. Борисоглебск 0,17 0,003 0,06 0,03 2,22 0,52 0,32 8,49 33,08 г. Калач 0,20 0,003 0,05 0,09 3,60 0,63 0,39 8,70 40,90 Вблизи ТЭЦ «ВОГРЭС» (г. Воронеж) 0,19 0,003 0,06 0,04 1,76 0,87 0,53 9,52 41,72 Вблизи ООО «Сибур» (г. Воронеж) 0,18 0,002 0,03 0,04 1,68 0,59 0,50 10,15 48,94 Вдоль водохранилища (г. Воронеж) 0,22 отс. 0,04 0,03 2,49 0,35 0,19 5,19 24,81 Вблизи аэропорта 0,30 0,003 0,05 0,09 2,94 0,60 0,38 10,63 21,95 Ул. Ленинградская (г. Воронеж) 0,25 0,002 0,06 0,07 3,07 0,92 0,58 11,54 53,20 Вдоль трассы М4 (Рамонский р-н) 0,27 0,002 0,07 0,10 3,72 0,85 0,53 13,92 45,83 100 м от М4 (Рамонский р-н) 0,25 0,003 0,07 0,06 3,34 0,78 0,48 10,64 31,70 200 м от М4 (Рамонский р-н) 0,19 0,003 0,04 0,03 2,52 0,51 0,22 8,27 21,96 300 м от М4 (Рамонский р-н) 0,19 0,003 0,04 0,03 2,05 0,43 0,22 8,05 25,80 Вдоль трассы А144 (Аннинский р-н) 0,25 0,002 0,05 0,09 3,85 0,94 0,53 12,84 40,40 100 м от А144 (Аннинский р-н) 0,22 0,003 0,05 0,06 3,03 0,74 0,42 10,99 31,75 200 м от А144 (Аннинский р-н) 0,20 0,003 0,03 0,04 2,73 0,63 0,38 9,42 29,60 300 м от А144 (Аннинский р-н) 0,17 0,003 0,03 0,02 2,01 0,59 0,30 7,49 28,00 Вдоль трассы М4 (Павловский р-н) 0,27 0,003 0,06 0,06 2,85 0,83 0,48 10,97 42,07 100 м от М4 (Павловский р-н) 0,24 0,003 0,05 0,06 2,71 0,63 0,44 11,37 40,06 200 м от М4 (Павловский р-н) 0,21 0,003 0,04 0,03 2,23 0,62 0,46 8,50 36,62 300 м от М4(Павловский р-н) 0,20 0,003 0,04 0,02 1,72 0,62 0,39 8,36 25,74 Вдоль нескоростной дороги (Богучарский р-н) 0,17 0,003 0,03 0,04 2,14 0,35 0,34 8,99 32,08 100 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) 0,16 отс. 0,03 0,04 1,93 0,29 0,32 7,98 30,96 200 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) 0,16 отс. 0,02 0,02 1,72 0,25 0,33 8,26 27,63 300 м от нескоростной дороги (Богучарский р-н) 0,16 отс. 0,02 0,02 1,75 0,24 0,32 7,33 23,71 Вдоль железной дороги 0,25 0,002 0,03 0,12 2,85 0,84 0,58 12,80 49,04 100 м от железной дороги 0,19 0,003 0,03 0,10 2,73 0,64 0,38 9,52 32,10 200 м от железной дороги 0,14 0,003 0,02 0,07 2,01 0,38 0,32 8,10 26,09 300 м от железной дороги 0,14 0,002 0,02 0,04 2,00 0,27 0,34 8,35 23,57 Среднее значение 0,18 0,002 0,04 0,06 2,31 2,91 1,03 13,85 48,60 ПДК 6,0 0,1 1,0 0,5 - - - - - Результаты исследования и их обсуждение Концентрация свинца, кадмия, ртути и мышьяка в цветках пижмы обыкновенной не превысила предельно допустимых концентраций и оценивается крайне незначительно. Так, свинец в изучаемых образцах содержался в концентрации от 0,10 до 0,30 мг/кг, при этом его среднее содержание в почвах региона превышает указанные концентрации более чем в 30 раз [7]. Аналогичная картина наблюдается и для мышьяка: его содержание в отобранных цветках пижмы обыкновенной варьировало от 0,02 мг/кг до 0,12 мг/кг, при этом его содержание в верхних слоях почв Воронежской области фиксировалось в диапазоне 0,55-3,81 мг/кг [7], что также в десятки раз превышает содержание токсичного элемента в сырье. Концентрация ртути в цветках пижмы обыкновенной в отобранных образца находилась в диапазоне от 0 (ниже предела определения) до 0,003 мг/кг, что более чем в 20 раз меньше содержания элемента в почве [7]. Кадмий содержался в изучаемых образцах сырья в концентрации от 0,01 до 0,07 мг/кг, что также значительно меньше концентраций кадмия в верхних слоях почв региона, которые отмечаются на уровне 0,02-0,71 мг/кг [7]. Объяснить такое низкое накопление данных элементов, для которых широко описаны мутагенные и канцерогенные свойства, можно, по-видимому, наличием в растительном организме барьерных механизмов защиты транспорта токсикантов в ткани цветка, в котором протекает мейоз и образуются половые клетки [12; 16; 20-22]. Аналогичная картина отмечается по накоплению хрома и кобальта в цветках пижмы обыкновенной. Концентрация хрома в образцах варьирует от 0,06 до 0,94 мг/кг, а кобальта - от 0,11 до 0,58 мг/кг, при этом отличия в содержании данных элементов в образцах с территорий со значительной антропогенной нагрузкой и в контрольных (заповедных) образцах незначительны. Концентрация кобальта в верхних слоях почв исследуемых районов варьирует от 1,84 до 21,78 мг/кг, а содержание хрома - от 2,53 до 45,16 мг/кг, что в несколько десятков раз больше содержания данных элементов в изучаемом сырье [6; 7]. Очевидно, их накоплению также препятствуют некоторые барьерные механизмы, защищающие ткани цветка от воздействия тяжелых металлов, способных оказать влияние на процесс размножения [1; 16]. Концентрация никеля в цветках пижмы обыкновенной имеет достаточно высокие значения в сравнении с другими элементами. Его содержание в среднем составляет 2,31, при этом варьирует от 1,69 до 4,07 мг/кг. Среднее содержание никеля в верхних слоях почв данных районов - 13,07 мг/кг [7]. То есть данный элемент также неактивно накапливается в цветках пижмы обыкновенной, вероятно, в результате наличия биохимического барьера, препятствующего избыточному концентрированию металла, однако, в сравнении с другими элементами (хром, кобальт и др.), уровень содержания никеля в цветках пижмы гораздо выше. Возможно, это связано с неспецифическим действием данного тяжелого металла на ряд ферментов, в том числе стимулирующих синтез флавоноидов, источником которых и являются цветки пижмы обыкновенной [11; 16; 26]. Содержание меди в цветках пижмы обыкновенной варьирует в диапазоне от 3,40 до 12,84 мг. Сравнивая эти данные с содержанием меди в верхних слоях почв соответствующих территорий [7], видим, что при низком содержании элемента в почве медь накапливается в цветках пижмы, даже в концентрациях, превышающих содержание ее в почве, что указывает на важную биохимическую роль элемента в тканях цветка (медь входит в состав многих оксидаз, регулирует большинство окислительно-восстановительных процессов) [16; 19; 31]. При значительном содержании меди в верхних слоях почв и даже превышающем предельно допустимые концентрации, сырье с соответствующих территорий не накапливает данный металл, его уровень колеблется в районе 8-12 мг/кг, что, по-видимому, является физиологической нормой для цветков пижмы обыкновенной. Цинк содержался в изучаемых образцах цветков пижмы обыкновенной в концентрации от 18,50 до 49,04 мг/кг. Сравнивая полученные значения с данными по почвам [7], можно также отметить накопление элемента в концентрациях, превышающих содержание в верхних слоях почв, для районов, обедненных цинком (отмечено для контрольных территорий), что можно связать с важной биохимической ролью цинка (входит в состав ряда ферментов - РНК-полимеразы, карбоангидразы, дегидрогеназы и др., а также активирует такие ферменты как изомераза, трансфосфорилаза, дегидрогеназа, альдолаза) [6; 16; 21; 31]. При этом сырье, произраставшее на почвах, загрязненных данным металлом, накапливало цинк в значительно меньшей степени (в 2-3 раза меньше, чем его содержалось в почве), что, вероятно, также связано с наличием физиологического барьера. Заключение Конкретный вид растения может служить в биоиндикационных целях. Были проанализированы свыше 50 образцов цветков пижмы обыкновенной, собранных в различных по уровню антропогенного воздействия районах Воронежской области, на предмет содержания тяжелых металлов и мышьяка. Все исследуемые образцы оказались соответствующими требованиям нормативной документации. Сравнивая данные по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона и содержание этих элементов в цветках пижмы обыкновенной, можно утверждать о наличии значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикантов в генеративных органах Tanacetum vulgare L., что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, пижма обыкновенная способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, такие как медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня; при значительном же содержании данных элементов в почвах растение также физиологически блокировало их поступление в цветки. На основании этого можно предполагать, что для пижмы обыкновенной в условиях антропогенной нагрузки происходит формирование эдафотипа, формирующегося в результате действия отбора в условиях техногенного загрязнения внешней среды и проявления адаптации к этим условиям. Результаты исследований показали, что цветки пижмы обыкновенной незначительно накапливают токсические элементы из почв, что важно при планировании мест заготовки лекарственного растительного сырья и оценке его качества.

About the authors

N. A. Dyakova

Voronezh State University

Ph.D.

References

Supplementary files