Тяжелые металлы в лекарственных растениях

Обновлено: 04.10.2024

Работа посвящена изучению содержания тяжелых металлов (кадмий, никель, свинец, медь и цинк) в лекарственном растительном сырье, собранном в окрестностях г. Дубны и приобретенных в аптечной сети города. Исследовали 7 видов лекарственных растений: иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub), кровохлёбка лекарственная (Sanguisorba officinalis L.), липа сердцевидная (Tlia cordata Mill), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), таволга вязолистная (Filipendula ulmfria L. Maxim), зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.). Разложение растительных образцов осуществлялось с помощью микроволновой системы пробоподготовки МС-6. Содержание тяжелых металлов в составе лекарственных растений определяли с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии. В работе показано, что содержание токсичных тяжелых металлов (кадмий, свинец) в образцах лекарственных растений, собранных в окрестностях г. Дубны, не превышает предельно допустимые концентрации тяжелых металлов для лекарственного растительного сырья. Среднее содержание свинца, кадмия, цинка, меди и никеля в составе лекарственных растений в окрестностях г. Дубны значительно ниже усредненных значений для растительности на незагрязненных почвах. Наименьшее содержание в лекарственном растительном сырье отмечается для кадмия и свинца.

1. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 439 с.

2. Ильин Б.И. Тяжелые металлы в системе почва – растения. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1991. 151 с.

3. Батова Ю.В., Казнина Н.М., Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф. Состояние травянистой растительности и накопление тяжелых металлов растениями, произрастающими в условиях техногенного загрязнения почвы // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2014. Т. 19. № 5. С.1642–1645.

4. Попп Я.И., Бокова Т.И. Содержание цинка, меди и кадмия в различных видах лекарственных растений, произрастающих в поймах рек Иртыша и Оби // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2017. № 1 (42). С. 84–92.

5. Трубина М.Р., Воробейчик Е.Л. Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях в зоне аэротехногенного воздействия Среднеуральского медеплавильного завода // Растительные ресурсы. 2013. Т. 49. № 2. С. 203–222.

6. Егорова И.Н., Неверова О.А. Эколого-гигиеническая оценка Tussilago farfara L., произрастающей на породном отвале угольного разреза «Кедровский». Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 6 (38). С. 241–243.

7. Тринеева О.В., Сливкин А.И. Исследование микроэлементного состава листьев крапивы двудомной // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Медицина. Фармация. 2015. № 22 (219). С. 169–174.

8. Афанасьев И.А. Экологические аспекты заготовки и использования Tamarix ramosissima Led., Tamarix ramosissima Willd как лекарственного растительного сырья // Естественные науки. 2013. № 4 (45). С. 9–13.

9. Каплина С.П., Каманина И.З. Комплексная оценка экологического состояния г. Дубны Московской области // Экология урбанизированных территорий. 2017. № 2. С. 30–35.

10. Саканян Е.И., Ковалева Е.Л., Фролова Л.Н., Шелестова В.В. Современные требования к качеству лекарственных средств растительного происхождения // Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2018. Т. 8. № 3. С.170–178.

11. Терёшкина О.И., Самылина И.А., Рудакова И.П., Гравель И.В. Гармонизация подходов к оценке безопасности состава лекарственных растительных препаратов // Биомедицина. 2011. № 3. С.80–86.

13. Пименова М.Е., Шелепова О.В. Природное разнообразие содержания тяжёлых металлов в дикорастущих лекарственных растениях в сравнении с нормативами ПДК // Современные проблемы природопользования, охотоведения и звероводства. 2004. С. 155–157.

Полезные свойства лекарственных растений во многом связаны с содержанием в их составе макро- и микроэлементов, играющих важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Одна из причин положительного эффекта применения лекарственных растений в лечении человека и животных связана с наличием в их составе макро- и микроэлементов в наиболее доступной и усвояемой форме и в составе соединений, свойственных живой природе. Накопление макро- и микроэлементов в лекарственных растениях во многом зависит от экологических условий местообитания [1–3]. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами приводит к накоплению их в лекарственных растениях [4–6], что оказывает негативное воздействие на качество заготавливаемого сырья, поскольку поллютанты часто выступают в роли ингибиторов биохимических процессов, благодаря которым происходит образование различных органических соединений, в том числе биологически активных веществ. Кроме того, тяжелые металлы, поступающие с лекарственным сырьем в организм человека, могут взаимодействовать с белками, нуклеиновыми кислотами и другими молекулами, изменять активность ферментов, нарушать их биологические и транспортные свойства. В результате, вместо положительного эффекта, обогащенные тяжелыми металлами лекарственные растения могут принести вред.

Химический состав растений в значительной степени определяется содержанием тяжелых металлов в почвах, физико-химическими свойствами почв, такими как рН, гранулометрический состав, содержание органического вещества и другими, определяющими степень их доступности растениям, интенсивностью антропогенной нагрузки, а также видовыми особенностями растений, их возрастом и физиологической ролью тяжелых металлов [1]. В условиях возрастающей антропогенной нагрузки проблема экологической чистоты лекарственных растений становится особенно актуальной и требует повышения контроля над качеством растительного сырья с учётом загрязнения тяжёлыми металлов. Данному вопросу посвящены работы многих авторов [3, 7, 8]. В то же время актуальным остается контроль качества лекарственного растительного сырья, собранного в относительно чистых местах, не испытывающих техногенной нагрузки.

Цель настоящей работы: определить содержание тяжелых металлов 1-го и 2-го классов опасности (свинца, кадмия, цинка, меди и никеля) в составе лекарственного растительного сырья.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования были взяты лекарственные растения, собранные в окрестностях г. Дубны Московской области (рис. 1), а также приобретенные в аптечной сети. Лекарственные растения отбирались на естественных участках, не испытывающих антропогенной нагрузки. Почвы в местах сбора лекарственных растений сформированы на древнеаллювиальных и флювиогляциальных отложениях и характеризуются низким содержанием микроэлементов [9]. Всего было исследовано 7 различных видов лекарственных растений: иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub), кровохлёбка лекарственная (Sanguisorba officinalis L.), липа сердцевидная (Tília cordata Mill), тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), таволга вязолистная (Filipendula ulmfria L. Maxim.), зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), крапива двудомная (Urtica dioica L.).

Картосхема мест сбора растений в окрестностях г. Дубны Московской области

Пробоподготовку анализируемого растительного материала проводили в трехкратной повторности для каждой партии исследуемого сырья. Разложение растительных образцов осуществлялось с помощью микроволновой системы пробоподготовки МС-6. Данная система предназначена для разложения проб пищевых продуктов, продовольственного сырья, почв, биологических жидкостей и т.п. Навеска предварительно высушенного растительного материала измельчалась в фарфоровой ступке. Затем навеска взвешивалась на аналитических весах (около 0,2 г) и помещалась во фторопластовый контейнер для микроволновой системы. В контейнер с пробой добавляли концентрированную азотную кислоту (HNO3) 4 мл в качестве реагента и оставляли на 15 мин для протекания реакции. Контейнеры с пробами перемещались в микроволновую систему.

Разложение пробы проводилось в 2 шага: первый шаг при температуре 150 °С, давлении 18 атм 4 минуты, второй шаг при температуре 180 °С, давлении 24 атм 4 минуты. Разложенные пробы переносились в рабочий сосуд. Далее пробы фильтровали в мерные колбы на 50 мл и доводили до метки дистиллированной водой.

Образцы были проанализированы на содержание свинца, кадмия, цинка, меди и никеля с помощью атомно-абсорбционного спектрометра Квант-2А на лабораторной базе кафедры экологии и наук о Земле государственного университета «Дубна». Всего было проанализировано 19 образцов.

Результаты исследования и их обсуждение

В настоящий момент не существует утвержденных нормативов, регламентирующих содержание тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье [10, 11]. В связи с этим для оценки уровня содержания тяжелых металлов нами были использованы предельно допустимые концентрации (ПДК), приведенные в методике определения содержания тяжелых металлов и мышьяка в лекарственном растительном сырье и лекарственных растительных препаратах [12]. В данной методике из исследованных нами тяжелых металлов предложены ПДК для свинца и кадмия. В связи с отсутствием нормативной базы некоторые авторы [13] указывают в качестве наиболее близкого эталона ПДК для лекарственного растительного сырья ПДК, установленные для сухих овощей и фруктов [14].

Средняя концентрация тяжелых металлов в исследованных лекарственных растениях представлена в таблице. Результаты исследований показали, что содержание токсичных элементов, таких как кадмий и свинец, в образцах не превышает ПДК по тяжелым металлам, предложенные Государственной Фармакопеей [12]. Вместе с тем обращает на себя внимание тот факт, что у большинства исследованных растений содержание свинца, кадмия, меди и цинка превышает ПДК для сухих овощей и фруктов, что ставит под сомнение правомерность такого сравнения.

Средняя концентрация тяжелых металлов в лекарственном растительном сырье, мг/кг сухого вещества

Виды лекарственных растений и место их сбора

Иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub), г. Дубна (1), Ратмино

Иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub), аптечное сырье

Иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub), Кимрский р-он, (2) Шар

Иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub), г. Дубна (3), Кентавр

Кровохлёбка лекарственная (Sanguisorba officinalis L.), аптечное сырье

Железница скардская (Sideritis scardica), аптечное сырье

Липа сердцевидная (Tília cordata Mill), г. Дубна, (4) стадион «Наука»

Липа сердцевидная (Tília cordata Mill), г. Дубна, (5) Левобережная часть

Липа сердцевидная (Tília cordata Mill), аптечное сырье

Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), г. Дубна, (6) набережная р. Волги

Тысячелистник обыкновенный, Кимрский р-он, (7) Топорок

Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.), аптечное сырье

Таволга вязолистная (Filipendula ulmfria L. Maxim.), г. Дубна, (8) Кентавр

Зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), Кимрский р-он, (9) Ларцево

Зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), Кимрский р-он, (10) Топорок

Зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), аптечное сырье

Крапива двудомная (Urtica dioica L.), аптечное сырье

Крапива двудомная (Urtica dioica L.), Кимрский р-он, (11) Топорок

Верхний предел достаточной (нормальной) концентрации по [1]

Содержание свинца варьирует от 0,32 до 3,15 мг/кг, что не превышает предельно допустимую концентрацию по тяжелым металлам для лекарственного растительного сырья [12]. По мнению авторов [1], в природных условиях свинец присутствует во всех растениях, при этом его роль в метаболизме не установлена. Свинец был обнаружен только в половине исследованных лекарственных растений, во всех образцах лекарственных растений, кроме липы узколистной, приобретенных в аптечной сети, и в двух образцах лекарственных растений из окрестностей Дубны (иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium L. Holub) и таволга вязолистная (Filipendula ulmfria L. Maxim.). По данным [2] среднее содержание свинца в растениях на незагрязненных почвах составляет 4,1 мг/кг сухой массы, средняя величина для надземной части трав составляет 1,5 мг/кг. Высокое содержание свинца (3,15 мг/кг), но не превышающее средних значений в растениях на незагрязненных почвах наблюдалось в образце иван-чая узколистного из аптечной сети (таблица). Ни в одном образце липы сердцевидной свинец обнаружен не был.

Кадмий, как и свинец, находится ниже предела обнаружения почти в половине исследованных образцов лекарственных растений. Высокие концентрации кадмия на уровне ПДК для лекарственного растительного сырья были обнаружены нами в некоторых лекарственных растениях из аптечной сети. Это зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.) – 1,01 мг/кг, тысячелистник обыкновенный (Achillea millefolium L.) – 1,02 мг/кг. Повышенные концентрации кадмия, от 0,5 до 1 ПДК обнаружены в образцах кровохлебки лекарственной (аптечное сырье) – 0,87 мг/кг, иван-чая узколистного – 0,50 мг/кг (таблица). Среднее содержание кадмия в составе исследованных лекарственных растений, собранных в окрестностях Дубны, составляет 0,29 мг/кг, в растениях, приобретенных в аптечной сети – 0,69 мг/кг. По данным [2] содержание кадмия в надземной части трав на незагрязненных почвах составляет 0,64 мг/кг.

Содержание цинка в исследуемых лекарственных растения колеблется от 13,23 до 49,96 мг/кг. В соответствии с имеющимися нормативными документами содержание цинка в лекарственном растительном сырье и лекарственных растительных препаратах не регламентируется. Высокие концентрации цинка в лекарственных растениях, собранных в окрестностях Дубны обнаружены в образцах таволги вязолистной – 43,53 мг/кг и зверобоя продырявленного – 49,96 мг/кг, что выше среднего содержание цинка в надземной части трав на незагрязненных почвах, составляющего по данным [2] в среднем 33,1 мг/кг, но значительно ниже избыточных или токсичных концентраций, по мнению [1], составляющих 100–400 мг/кг сухого вещества.

Содержание меди в исследованном лекарственном сырье составляет от 3,33 мг/кг до 12,78 мг/кг, среднее содержание меди в составе лекарственных растений собранных в окрестностях Дубны – 7,17 мг/кг. Максимальное содержание меди, так же как и цинка, отмечается в образцах зверобоя продырявленного – 12,78 мг/кг и таволги вязолистной – 12,09 мг/кг (таблица). Среднее содержание меди в надземной части трав по данным [2] находится на уровне 8,6 мг/кг, избыточная или токсичная по [1] 20–100 мг/кг.

Так же как цинк и медь, никель был обнаружен во всех образцах лекарственных растений. Содержание никеля в лекарственном растительном сырье составляло от 0,06 до 10,41 мг/кг. Максимальная концентрация никеля (10,41 мг/кг) обнаружена в иван-чае узколистном, приобретенном в аптечной сети. Среднее содержание цинка в образцах лекарственных растений из аптечной сети составило 3,05 мг/кг, среднее содержание никеля в лекарственных растениях, собранных в окрестностях Дубны – 1,72 мг/кг, что значительно ниже для усредненных значений для надземной части трав (8,9 мг/кг по данным [2]).

Как известно, содержание химических элементов в лекарственных растениях определяется их видовыми особенностями и условиями произрастания, в том числе биодоступностью элемента. Как показали исследования, самые высокие аккумуляции из всех исследованных тяжелых металлов 1-го и 2-го классов опасности характерны для цинка. Максимальное его накопление отмечается у зверобоя продырявленного и таволги вязолистной. Наименьшее накопление цинка отмечается у железницы скардской, иван-чая узколистного и крапивы двудомной. Высокая степень накопления характерна также для таких жизненно необходимых элементов, как медь и никель. Максимальное накопление меди также отмечается у зверобоя продырявленного и таволги вязолистной. Максимальное накопление никеля характерно для иван-чая узколистного. Наименьшее содержание в лекарственном растительном сырье отмечается для кадмия и свинца. Среднее содержание свинца составляет 1,02 мг/кг, кадмия – 0,84 мг/кг. В липе сердцевидной не обнаружены такие тяжелые металлы, как кадмий и свинец. Никель обнаружен в минимальных количествах, в среднем 0,74 мг/кг. Вероятно, липа сердцевидная (Tília cordata Mill) практически не накапливает тяжелые металлы в соцветиях, которые используются как лекарственное сырье.

Как известно, содержание химических элементов в лекарственных растениях определяется их видовыми особенностями и условиями произрастания, в том числе биодоступностью элемента. Как показали исследования самые высокие аккумуляции из всех исследованных тяжелых металлов 1-го и 2-го классов опасности характерны для цинка. Максимальное его накопление отмечается у зверобоя продырявленного и таволги вязолистной. Наименьшее накопление цинка отмечается у железницы скардской, иван-чая узколистного и крапивы двудомной. Высокая степень накопления характерна также для таких жизненно необходимых элементов, как медь и никель. Максимальное накопление меди также отмечается у зверобоя продырявленного и таволги вязолистной. Максимальное накопление никеля характерно для иван-чая узколистного. Наименьшее содержание в лекарственном растительном сырье отмечается для кадмия и свинца. Среднее содержание свинца составляет 1,02 мг/кг, кадмия – 0,84 мг/кг. В липе сердцевидной не обнаружены такие тяжелые металлы, как кадмий и свинец. Никель обнаружен в минимальных количествах, в среднем 0,74 мг/кг. Вероятно, липа сердцевидная (Tília cordata Mill) практически не накапливает тяжелые металлы в соцветиях, которые используются как лекарственное сырье.

Выводы

В ходе исследования было установлено, что в половине обследованных образцов лекарственных растений свинец и кадмий, которые не являются физиологически важными элементами для растений, находятся ниже предела обнаружения. Содержание кадмия на уровне ПДК для лекарственного растительного сырья, рекомендуемых Государственной Фармакопией РФ, обнаружено в образцах зверобоя продырявленного и тысячелистника обыкновенного, приобретенных в аптечной сети. Содержание свинца не превышает предельно допустимых концентраций для лекарственного растительного сырья.

Содержание тяжелых металлов 1-го и 2-го классов опасности в проанализированных лекарственных растениях ниже, чем в растительности, произрастающей на незагрязненных почвах. Среднее содержание свинца, кадмия, цинка, меди и никеля в составе лекарственных растений, собранных в окрестностях Дубны, значительно ниже средних значений для лекарственных растений, приобретенных в аптечной сети города. Вероятно, это связано с тем, что почвы в местах сбора лекарственных растений характеризуются низким содержанием микроэлементов и, кроме того, не испытывают сильного антропогенного загрязнения. Исследованные лекарственные растения в окрестностях г. Дубны не представляют опасности с точки зрения накопления тяжелых металлов и могут быть рекомендованы для сбора и заготовки.

Защитные антимутагенные свойства БАВ из природных растительных компонентов на фоне тяжелых металлов в методике Форда-Хамертона

В статье рассматриваются исследования антимутагенных свойств травы растения Цикория Обыкновенного по снижению вредоносных воздействий кадмия в условиях загрязнения окружающей среды человека в клетках костного мозга млекопитающих.

К настоящему периоду на различных методиках доказана мутагенная активность большого количества тяжелых металлов. [1] Тяжелые металлы являются причиной развития мутагенных отклонений приблизительно в 70 % случаев. [2, 3] Мутационные повреждения зародышевых клеток приводят к спонтанным абортам и врожденным порокам развития и вызывают повышение частоты наследственных болезней в популяции. Поэтому важнейшим условием для сохранения генофонда является благоприятное воздействие на наследственный материал человека факторов окружающей среды. В связи с этим в современной литературе не раз рассматривался вопрос о поиске и изучении антимутагенов. [5] Такими антимутагенными средствами могут стать биологически активные добавки из лекарственных растений. Предполагалось, что их использование снизит риски развития онкологий, врожденных уродств, наследственных заболеваний, которые обусловлены мутациями. Лекарственные растения на сегодняшний день представляют немалый интерес, спрос на них в последние годы небезосновательно повысился, так как биологически активные вещества, содержащиеся в лекарственных растениях практически не вызывают аллергических реакций и побочных эффектов. Существует ряд удачных результатов исследований положительных влияний биологически активных растительных компонентов на процессы мутагенеза. [4] Данные результаты показывают нам востребованность в проведении подобных исследований. Именно поэтому нашей актуальной задачей на сегодняшний день является поиск средств из растения, которые было бы способно оказывать защитное профилактическое корректирующее воздействие на генетические структуры человека от мутагенных препаратов. В качестве такого растения нами был выбран Цикорий Обыкновенный.

Цели работы: провести серию экспериментов in vivo по выявлению эффективности модификации генетического эффекта кадмия с помощью биологически активного вещества Цикория Обыкновенного.

Материалы иметоды: в своей работе для реализации поставленных задач была использована методика Форда-Хамертона — культивирование клеток костного мозга млекопитающих. Тестирование проводилось на крысах линии Wistar. Эта методика используется в кариосистематике для определения систематического статуса изучаемого млекопитающего — количество хромосом, их форма является диагностическим признаком при определении животных. На клетках костного мозга млекопитающих, а именно на крысах испытываются генетические последствия лекарственных препаратов, пищевых добавок и т. д., анализируют и учитывают как число метафаз с аберрациями, так и общее число структурных нарушений хромосом. [5] Костный мозг млекопитающих является наиболее широко используемой моделью для исследования мутагенной активности химических соединений. Это связано с тем, что клетки костного мозга имеют высокую пролиферативную активность. Использование данной методики её ценность состоит в том, что полученные данные на клетках костного мозга млекопитающих можно экстраполировать на человека. [5]

В нашей работе исследовались следующие препараты:

Йодид кадмияCd×10– 5 М;
Настой травы цикория обыкновенного — травянистое многолетнее растение, содержит аскорбиновую кислоту, сахарозу, алкалоиды, гликозид интибин, пектины, смолы, витамины группы В, горечи лактуцин и лактукопикрин, гликозиды и полисахарид инулин. Очень сложное и не воспроизводимое искусственным путем сочетание биокомпонентов этой травы определило ее уникальные лечебные свойства.

Материалы исследования представлены в графиках 1–4:

Результаты исследований: рассматривалось 5 вариантов эксперимента. Из материалов графиков следует, что в негативном контроле мы получили 1.4±0.53 % хромосомных аберраций. В позитивном контроле № 1 йодид кадмия показал 4.8±0.96 % хромосомных аберраций, что в 3,4 раза больше по сравнению с негативным контролем. Следовательно, кадмий обладает выраженной мутагенной активностью, что не раз доказывали многочисленные исследования.

Настой цикория обыкновенного проявил выраженные антимутагенные свойства относительно негативного контроля, т. к. коэффициент защиты равен 28,57 %. Общий процент хромосомных аберраций составил 1±0,44 %.

В варианте предобработки терапевтической дозой БАВ цикория обыкновенного тяжелого металла кадмия наблюдается уменьшение процента хромосомных аберраций до 2,6±0,71 по сравнению с позитивным контролем № 1 и проявление высокого коэффициента защиты 45,83 %, что свидетельствует о антимутагенных свойствах цикория. Исходя из этого, мы видим, что настой цикория обыкновенного и в случае моновоздействия и в случае встречи с мутагеном проявляет выраженные защитные свойства, которые, вероятно, можно объяснить способностью флавоноидов цикория погашать свободные радикалы.

В варианте пост-обработки кадмием и настоем цикория наблюдается снижение процента хромосомных аберраций (3±0,76) на 1,8 % по сравнению с вар. 3 (4,8±0,96), коэффициент защиты составил 37,5 %.

1. Алекперов У. К. // Антимутагенез. Теоретические и прикладные аспекты / М.: Наука, 1984 г., 100 с.

2. Бадаляна Л. О. Наследственные болезни. / Под ред. — Ташкент, 1980.

3. Белоголовская Е. Г. / Изучение антимутагенной активности комбинаций аспартама и бета-каротина в эксперименте // Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук // Науч. р: д. м. н. профессор Дурнев А. Д., д. т. н. профессор Орещенко А. В. // МОСКВА — 2002.

4. Бочков Н. П. и др. // Мониторинг врожденных пороков развития / Росс. Вест. перинатол. — 1996. — № 2. — 20–26.

5. Бочков Н. П. Метод учета хромосомных аберраций как биологический индикатор влияния факторов внешней среды на человека (методические рекомендации). М., 1974, с. 34.

Основные термины (генерируются автоматически): костный мозг млекопитающих, негативный контроль, аберрация, клетка, коэффициент защиты, мутагенная активность, позитивный контроль, растение, цикорий.

Фитотоксичное действие тяжелых металлов при техногенном загрязнении окружающей среды

В работе описаны загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, распространение и аккумуляция металлов в природной среде и их негативные воздействия на растения.

The pollution plumbum producing plant is influence on heavy metals accumulation processing of plants. Theheavymetalswillbechangedofplantsgename.

Основными источниками антропогенного поступления тяжелых металлов в окружающую среду являются металлургические предприятия, тепловые электростанции, карьеры и шахты по добыче полиметаллических руд, транспорт, химические средства защиты сельскохозяйственных культур от болезней и вредителей, сжигание нефти и различных отходов и пр. Наиболее мощные ореолы тяжелых металлов возникают вокруг предприятий черной и особенно цветной металлургии в результате атмосферных выбросов. Действие загрязняющих веществ распространяется на десятки километров от источника поступления элементов в атмосферу. По приведенным ниже данным можно судить о размерах антропогенной деятельности человека: вклад техногенного свинца составляет 94–97 %(остальное природные источники)., кадмия-84–89 %процентов, меди-56–87 %, никеля-66–75 %, ртути -58 % [1,2].

Заметное загрязнение атмосферного воздуха и почвы происходит за счет транспорта, в том числе авиационного. Большинство тяжелых металлов, содержащихся в пылегазовых выбросах промышленных предприятий, как правило, более растворимы, чем природные соединения [3].

Тяжелые металлы - это группа химических элементов с относительной атомной массой более 40. Появление в литературе термина «Тяжелые металлы» было связано с проявлением токсичности некоторых металлов и опасности их для живых организмов. Однако в эту группу вошли и некоторые микроэлементы, жизненная необходимость и широкий спектр биологического действия которых неопровержимо доказаны. Влияние микроэлементов на жизнедеятельность животных и человека активно изучается и в медицинских целях. В настоящее время выявлено, что многие заболевания, синдромы и патологические состояние вызваны дефицитом, избытком и дисбалансом микроэлементов в живом организме и имеют общее название «микроэлементы».

Фитотоксичное действие тяжелых металлов проявляется, как правило, при высоком уровне техногенного загрязнения ими почв и во многом зависит от свойсв и особенностей поведения конкретного металла. Однако в природе ионы металлов редко встречаются изолированно друг от друга. Поэтому разнообразные комбинативные сочетания и концентрации разных металлов в среде приводят к изменениям свойств отдельных элементов в результате их антогонического воздействия на живые организмы [4].

Растительная пища является основным источником поступления ТМ организм человека и животных. По данным с ней поступают 40–80 % тяжелых металлов, и только 20–40 %. — с воздухом и водой. Поэтому от уровня накопления тяжелых металлов в растениях, используемых в пищу, в значительной степени зависит здоровье населения. Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах.

Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп: 1) Cd,Cs, Rb — элементы интенсивного поглощения; 2) Zn, Mo, Cu, Pb, Co, As –средней степени поглощения; 3) Mn, Ni, Cr –слабого поглощения; 4) Se, Fe, Ba, Te — элементы труднодоступные растениям.

Другой путь поступления тяжелых металлов в растения — некорневое поглощение из воздушных потоков. Поступление элементов в растения через листья (или фолиярное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями могут переносится в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ.

Свинец и кадмий относятся высокотоксичным металлам. В придорожных растениях количество свинца резко повышено, оно в 10–100 раз выше по сравнению с растениями, растущими вдали от дорог. Между содержанием свинца в растениях и расстоянием дерева от дороги существует доказуемая обратная зависимость. Свинец в достаточно высокой концентрации тормозит прорастание семян растений, замедляет рост корней в длину, а также образование корневых волосков. Листья отравленных свинцом растений становятся хлоротичными в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются молодые листья. Высокое содержание свинца в растениях негативно влияет на рост и развитие:

- снижается активность фотосистемы І и ІІ, причем фотосистема-ІІ более чувствительная к действию этого фитотоксиканта.

- оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла, т. е. на способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород.

- в хлорпластах растений наблюдается подавление образования АТФ;

- вызывает потерю тургора клетками растений;

- прекращается деление клеток корня;

- подавляется образования корнеплодов, урожайность культурных растений;

- снижается количество каротина и аскорбиновой кислоты;

Некоторые травянистые растения, чувствительны по отношению к свинцу: ячмень, овес, пшеница, картофель. Среди дикорастущих следует отметить смолевку, которая от высокого содержания свинца приобретает карликовую форму, листья и стебли становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными [5].

Главным загрязнителем окружающей среды кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того кадмий поступает в атмосферу при сгорании мусора и отходов. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автодорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости автодорог количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и опадают. Кадмий замедляет темпы роста растений. При внесении его в количестве 20 мг на 1 кг почвы урожай растения снижался на 50 %. По силе своего действия кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации кадмия в почве в количестве 30 мг/кг и выше. Большое количество кадмия поступает в почву при разработке и добыче цинковых руд. На таких почвах нельзя выращивать растения, ибо этот токсикант аккумулируется в тканях растений и может затем поступать в организм человека. Накопления кадмия происходит главным организм человека. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия — резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 % [6].

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить непосредственно из воздуха с оседающей на листья и хвою пылью и транслокации из почвы: доля тяжелых металлов в составе пыли на поверхности листьев вблизи источника составляет в среднем 30 проц. от общего содержания в них тяжелых металлов. В понижениях и с наветренной стороны это доля может доходить до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается.

Главным загрязнителем атмосферы кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов. Кроме того, кадмий поступает в окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при сжигании мусора и отходов. Из атмосферы кадмий поступает в почву. Загрязнение ее этим элементом носит устойчивый характер, поскольку из почвы он вымывается медленно. Большое количество кадмия обнаруживается в растения, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострад, количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются и становятся хлоратичными и опадают. По силе своего действия на растения кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мг/кг. Вблизи предприятий, выбрасывающих в атмосферу кадмий наблюдается резкое снижение урожайности и даже гибель культурных растений. Накопление кадмия происходит главным образом в корнях растений (риса, пшеницы), однако часть его достигает органов. Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия, резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 %. Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и поступлением его в растения.

Токсическое влияние оказывают на растения и другие металлы, загрязняющие природную среду, например бериллий, марганец, медь, хром, ванадий, цинк и др.

1. Кузнецов А. В. Контроль техногенного загрязнения почв и растений // Агрохимический вестник. –1997г. -№ 5, -С. 7–9

2. Минеев В. Г. Проблема тяжелых металлов в современном земледелии // Тяжелые металлы и радионуклиды. –М., 1994г. –С. 42–48

3. Бутовский Р. О. Тяжелые металлы как техногенные химические загрязнители и их токсичность для почвенных беспозвоночных животных //Агрохимия.-2005 г. -№ 4, -С 73–91.

4. Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. –Ленинград, 1987 г. –С. 141–144.

5. Зырин Н. Г. Тяжелые металлы в почвах и растениях в районе медеплавильного завода. –м., 1986г. –С. 81

6. Артомонов В. И. Растения и чистота природной среды. –М., 1986 г. –С. 27–31.

Основные термины (генерируются автоматически): металл, растение, кадмий, окружающая среда, почва, лист, организм человека, цветная металлургия, элемент, главный образ.

Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях

Введение

В современной медицине широко используются синтетические лекарственные средства. Их выпуск год от года возрастает. Но на протяжении всей истории человечества лекарственные растения применяются для лечения различных заболеваний. Используются они и в наши дни. [1, 2]. Опыт практической медицины показал, что можно разумно сочетать современные синтетические препараты и давно известные народные средства на основе лекарственных растений [3]. Во флоре Челябинской области насчитывается около 150 видов лекарственных растений [4].

Бурное развитие промышленности и широкое использование автотранспорта привело к значительному возрастанию уровня тяжелых металлов в окружающей среде. Тяжелые металлы обладают способностью к миграции и накоплению в пищевых цепях. В данном контексте необходимо учитывать содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях.

Цель настоящей работы — собрать информацию о лекарственных растениях и определить содержание тяжелых металлов в выбранных растениях.

В рамках поставленной цели были решены следующие задачи: (1) определить значение лекарственных растений в жизни человека; (2) проанализировать многообразие лекарственных растений Челябинской области; (3) осуществить сбор лекарственных растений, подготовить пробы, провести химический анализ на тяжелые металлы.

Объект исследования — лекарственные растения Челябинской области.

Предмет исследования — видовой состав и содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях. В работе были использованы такие методы как анализ литературы, полевые исследования, рентгенофлуоресцентный анализ. Гипотеза состояла в следующем: в лекарственных растениях, произрастающих у автомобильных дорог, содержатся больше тяжелых металлов, чем в растущих на экологически чистых территориях.

Экспериментальная часть

Сбор материала проводился на территории Центрального района города Челябинска на газонах вдоль автодорог и в глубине соснового леса (условно-чистая территория). Растения высушивались до воздушно-сухого состояния. Затем сухие образцы измельчали в ступке, а затем прессовали в форме таблетки диаметром ~4 см (Рис. 1). Образцы были проанализированы в лаборатории Центра нанотехнологий Южно-Уральского государственного университета с использованием рентгенофлуориметра Rigaku SuperMini200. При использовании метода РФА с образцом не происходит никаких химических изменений. Использовался полуколичественный метод анализа, содержание металлов представлено в виде массовых процентов оксидов элементов.

Результаты и их обсуждение

Был проведен элементный состав нескольких лекарственных растений — подорожника, клевера и тысячелистника, собранных в черте города Челябинске и в глубине соснового леса (Табл. 1).

Исследования показали, что растения, собранные в городе, содержат большее количество тяжелых металлов (марганца, железа, цинка, меди и хрома). Гипотеза подтвердилась — в лекарственных растениях, произрастающих у автомобильных дорог, содержатся загрязняющие потенциально токсичные металлы. Поэтому в таких местах нельзя заготавливать лекарственные растения.

Рис. 1. Таблетирование образцов

Результаты рентгенофлуоресцентного анализа, % масс.

Читайте также:

Тяжелые металлы в лекарственных растениях

Защитные антимутагенные свойства БАВ из природных растительных компонентов на фоне тяжелых металлов в методике Форда-Хамертона

Похожие статьи

Генетическая оценка безопасности действующего вещества.

Изучение цитотоксичности биологически активных соединений на.

Генотоксичность и оксидательный стресс, индуцированный при.

Исследование аскорбата лития на эмбриотоксичность.

Естественные источники ионизирующего излучения

Исследование апоптоза клеток белой крови и изменение.

Иммуногематологические критерии оценки иммунного ответа.

Влияние митофена на биохимические показатели сыворотки.

Фитотоксичное действие тяжелых металлов при техногенном загрязнении окружающей среды

Содержание тяжелых металлов в лекарственных растениях