К вопросу о специфике аккумуляции тяжелых металлов в одуванчике лекарственном

Образование и накопление в лекарственных растениях биологически активных веществ является динамическим процессом, изменяющимся в онтогенезе растения, а также зависящим от многочисленных факторов окружающей среды, в том числе антропогенных. Так, негативное воздействие на качество заготавливаемого сырья оказывает антропогенное загрязнение ареала дикоросов, поскольку полютанты часто выступают в роли ингибиторов основного процесса жизнедеятельности растений – фотосинтеза, благодаря которому происходит образование различных органических соединений, в том числе и биологически активных (Лотош, 2001; Пахарькова, 2001). К тому же ряд наиболее опасных загрязнителей – тяжелые металлы, обладающие высокой токсичностью, способны включаться в биологический круговорот и аккумулироваться в организме человека.

Так, поступление цинка в токсических концентрациях вызывает нарушение обмена углеводов, увеличение сахара в крови, что связано с нарушениями функций печени и поджелудочной железы. Данный полютант обусловливает жировую дегенерацию отдельных органов и параличи разных отделов центральной нервной системы. Также имеются данные об его канцерогенном действии (Трахтенберг, 1994).

В Красноярском крае произрастает около 100 видов лекарственных растений, примерно половина из них пригодна для заготовок в промышленном масштабе (Минаева, 1991). Однако в последние годы широко распространилась практика сбора растительного сырья на территориях, подвергающихся высокому антропогенному загрязнению. Особенно негативное влияние на окружающую среду оказывает металлургическое производство. Его доля в суммарных атмосферных выбросах полютантов в регионе составляет 25,2 %. Так, в 2006 году от металлургических предприятий в атмосферу поступило 122,5 тыс.т загрязняющих веществ, в том числе твердых – 29,6 тыс. т; жидких и газообразных – 92,9 тыс.т: сернистого ангидрида – 8,1 тыс.т, оксида углерода – 70,1 тыс.т, окислов азота – 11,6 тыс.т (Государственный доклад, 2007).

В городе Красноярске к металлургическим предприятиям относится ОАО «Красноярский алюминиевый завод». Атмосферные выбросы полютантов от данного предприятия составляют более 80 тыс.т (Государственный доклад, 2007). Среди них зарегистрировано и значительное количество тяжелых металлов (свинец, кадмий, цинк и др.). Поэтому представляется актуальным изучить особенности миграции тяжелых металлов в системе «почва-дикорастущее лекарственное растение».

Объектом нашего исследования служил одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg.). Одуванчик принадлежит к наиболее распространенным на земле растениям — он встречается на всех материках, легко приспосабливаясь к самым неблагоприятным условиям. Название «одуванчик» растение получило из-за семянок, которые легко сдуваются ветром. Его латинское родовое название впервые встречается у ученых XVI века Фухса и Геснера.

Одуванчик лекарственный — многолетнее травянистое растение, иногда достигающее 50 см высоты, со стержневым маловетвистым корнем. Листья собраны в корневую розетку, голые, продолговато-ланцетовидные, выемчато-перистонадрезанные с отклоненными книзу лопастями. Цветочная стрелка длинная, цилиндрическая, полая, наверху несет одну крупную корзинку с плоским цветоложем и золотисто-желтыми язычковыми цветками с хохолком. Цветочная корзинка окружена двойной листовидной зеленой оберткой. Перед дождем и на ночь для предохранения пыльцы от сырости одуванчик закрывает свои цветки. Плоды — серые или светло-бурые семянки с пушистым хохолком на длинной ножке, напоминающим парашют, который раскрывается только после созревания семянки. В одном цветке насчитывается до 200 семянок с парашутиками. Во всех частях растения содержится млечный сок.
Цветет с весны до глубокой осени. Лекарственным сырьем в медицинской практике служит корень одуванчика, который содержит тритерпеновые соединения, инулин, витамины С, А, РР, жирное масло, каучук, железо, кальций, фосфор и др. В народной медицине корни (иногда и трава) используются в качестве горечи для возбуждения аппетита и улучшения работы желудочно-кишечного тракта, как желчегонное при болезнях печени и слабительное при запорах, входят в состав противодиабетических сборов. Применяют одуванчик также как отхаркивающее, успокаивающее и снотворное средство, имеются сведения о том, что листья одуванчика использовались для обезвреживания укусов ядовитых змей. Наружно млечный сок одуванчика применяется для выведения мозолей и как косметическое средство для удаления угрей, веснушек и пигментных пятен. В научной медицине корень одуванчика допущен к применению как горечь для возбуждения аппетита и как желчегонное средство.

Исследования проводились с 2006 по 2008 гг. на базе лаборатории кафедры биоэкологии и фитоценологии и Испытательного центра по контролю качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Образцы почвы и растительного сырья отбирались в двух районах г. Красноярска, характеризующихся различной степенью антропогенного загрязнения. Первый район – зона сильного антропогенного загрязнения – северо-восточная часть (роза ветров в данном направлении) санитарно-защитной зоны ОАО «Красноярский алюминиевый завод», второй – зона условно экологически чистая – микрорайон Ветлужанка (контроль). Расстояние от автотрасс составляло не менее 500 м.

Классификация районов исследования основывалась на данных Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Красноярскому краю по экологической ситуации региона на 1. 01. 2007 года.

Сбор растительного сырья производился с 1 по 7 июня с 20 опытных участков в каждом районе исследования, одновременно отбирались образцы почвы на глубине от 0 до 20 см.

Отбор проб для проведения экспериментов производили с помощью выделения средней пробы методом квартования в соответствии с ГОСТ 24.027.0-80. Допустимые отклонения в массе средней пробы не превышали  10% согласно ГФXI (1987).

Содержание тяжелых металлов в образцах почвы и растениях определялся атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре AAS-30 фирмы Karl Ceis Jena. Анализ проводился в соответствии с ГОСТ 27996 – 88.

Извлечение подвижной формы тяжелых металлов из почвы проведено ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 по методу Крупского-Александровой.

Коэффициент биологического поглощения рассчитывался по формуле:

КБП=I_x./n_x ,

I_x - содержание элемента в золе растений;

n_x – содержание элемента в почвенном покрове.

Установлено существенное влияние антропогенной загрязненности биотопа на концентрацию тяжелых металлов в почве и растениях. Так, в санитарно-защитной зоне ОАО «КрАЗ», по сравнению с Ветлужанкой, содержится больше свинца и кадмия: в почве - в 2,2 и 2,4 раза, в растениях – в 5,2 и 1,9 раза. В почвенных образцах из условно экологически чистого района наблюдалось превосходство по концентрации цинка в 2,9 раза, меди – в 1,5 раза, железа – в 2,3 раза. Однако в растительном сырье, заготовленном в санитарно-защитной зоне предприятия содержание данных элементов выше, к тому же наблюдалось превышение ПДК по свинцу в 3,8 раза.

Для характеристики биологической активности одуванчика лекарственного рассчитан коэффициент биологического поглощения. Полученные результаты отражены в таблице 2.

На основании данных о КБП для количественного выражения общей способности вида к концентрации химических элементов рассчитан специальный показатель – биогеохимическая активность (БХА) исследуемого растения, который показывает суммарную степень поглощения всех определяемых в растении химических элементов, т.е. насколько активно растение поглощает химические элементы из почвы. Из табличных данных видно, что биогеохимиическая активность одуванчика лекарственного, произрастающего в зоне влияния металлургического предприятия (БХА 10,92) в 1,4 раза выше по сравнению с контролем (БХА 7,71).

Независимо от антропогенной загрязненности биотопа наибольшая концентрация свинца отмечалась в листьях (2,589 мг/кг – в первом районе исследований, 0,496 мг/кг – во втором), цинка и меди – в соцветиях, кадмия и железа - в корнях, а наименьшая: свинца – в соцветиях, кадмия, цинка, меди и железа – в стеблях одуванчика. Так, в растительном сырье, собранном вблизи ОАО «КрАЗ» содержание свинца в листьях по сравнению с корнями было выше в 1,28 раза, стеблями – в 1,65 раза, и соцветиями – 1,9 раза.

1. 
   В зоне сильного антропогенного загрязнения (санитарно-защитная зона ОАО «КрАЗ»), по сравнению с условно экологически чистой (микрорайон «Ветлужанка») содержится больше свинца и кадмия: в почве - в 2,2 и 2,4 раза, в растениях – в 5,2 и 1,9 раза.
   
2. 
   Одуванчик лекарственный обладает высокой способностью кумулировать определенные полютанты (кадмий, медь и цинк), что делает возможным использовать данный вид растений в качестве маркера почвенного загрязнения территории этими элементами.
   
3. 
   Независимо от антропогенной загрязненности биотопа наибольшая концентрация свинца отмечалась в листьях, цинка и меди – в соцветиях, кадмия и железа - в корнях, а наименьшая: свинца – в соцветиях, кадмия, цинка, меди и железа – в стеблях одуванчика.
   

1. 
   Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Красноярского края в 2006 году. – Красноярск,2007. – 232 с.
   
2. 
   Авессаломов И.А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов: Учебно-методическое пособие/ И.А. Авессаломов. – М.: Изд-во Московского университета, 1987. – 108с.
   
3. 
   Лотош, В.Е. Экология природопользования / В.Е.Лотош – Екатеринбург: Полиграфист, 2001.- 540 с
   
4. 
   Минаева, В.Г. Лекарственные растения Сибири.- 5-е изд., перераб. и доп.- Новосибирск: Наука, Сиб. Отделение, 1991.- 431 с.
   
5. 
   Пахарькова, Н.В. Оценка состояния древесных растений в условиях промышленного загрязнения воздуха / Н.В.Пахарькова, Г.А.Сорокина, Ю.С.Григорьев // Всероссийская научно-практическая конференция "Проблемы экологии и развития городов": Сборник материалов. Красноярск, 2001.- т.1 - С. 116-120
   
6. 
   Трахтенберг И.М. Тяжелые металлы во внешней среде: Современные гигиенические и токсикологические аспекты. / И.М.Трахтенберг. – Минск: Наука и техника, 1994.-286с.