Концентрация химических элементов в растениях может характеризовать несколько существенных аспектов. На этом основан биогеохимический метод поиска месторождений полезных ископаемых [1]. Предполагается, что уровни содержания элементов в растениях отражают колебания концентраций их в породах около корневой системы растений. Полученные данные также могут быть отражением биогеохимической ситуации экологически неблагополучных регионов [2]. Концентрация химических элементов в лекарственных растениях может превышать допустимые уровни ПДК для пищевых растений и БАД. При использовании растительного сырья в фитотерапиии или как продукта питания микроэлементный состав может существенно влиять на свойства сырья, а значит, на состояние живых организмов.
Цель исследования – оценка содержания и особенностей поглощения палладия лекарственным растением Scutellaria baicalensis Georgi, Lamiaceae (шлемник байкальский) из разных мест естественного произрастания и при интродукции.
Палладий используется в автомобильной промышленности, стоматологии и ювелирном деле. Проводятся исследования по созданию биоактивных препаратов палладия, обладающих противоопухолевой активностью [3]. Причем соединения палладия в экспериментах на животных показывают более высокую активность и более низкую токсичность, чем соединения платины. Геохимический барьер палладия механический. Некоторые соединения токсичны [4].
Таблица 1
Содержание палладия в некоторых растениях [6+; 7*; 8 **]
|
Вид |
Часть растения |
Палладий, г/т |
|
Abies sp.* Пихта |
ветви, кора |
0,005–0,010 |
|
Alnus crispa + Ольха кудрявая |
ветви листья |
0,044 0,042 |
|
Arctostaphilus nummularia** Толокнянка монетчатая |
побеги |
0,011 |
|
Betula papirifera + Береза бумажная |
ветви листья |
0,27 0,16 |
|
Eucalyptus sp. ** Эвкалипт |
листья |
0,0035 |
|
Lactuca virosa ** Латук компасный |
листья |
0,005 |
|
Quercus chrysolepsis ** Дуб золоточешуйчатый |
побеги |
0,040 |
|
Quercus lobata ** Дуб лопастной |
побеги |
0,011 |
|
Piсea mariana + Ель черная |
ветви хвоя |
0,016 0,16 |
|
Picea pungens ** Ель колючая |
побеги |
0,003 |
|
Pinus sp.* Сосна |
ветви, кора |
0,005–0,010 |
|
Pinus banksiana + Сосна Банкса |
древесина |
0,0052 |
|
Pinus radiata ** Сосна лучистая |
побеги |
0,0015 |
|
Pinus resinosa ** Сосна смолистая, красная |
побеги |
0,011 |
|
Populus fremontia ** Тополь Фремонта |
листья |
0,004 |
|
Prunus domestica ** Слива домашняя |
побеги |
0,005 |
|
Traogopogon porrifolias ** Козлобородник пореелистный |
листья |
0,008 |
Из всех металлов платиновой группы палладий обладает наибольшей биодоступностью, подвижен в окружающей среде и способен достаточно интенсивно поглощаться живыми организмами, в том числе и растениями [5]. Уровни накопления палладия в различных растениях колеблются в широких пределах (табл. 1).
Ранее нами в S. baicalensis было определено 26 элементов: Ag, As, Au, Ba, Br, Ca, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Fe, Hf, Hg, La, Lu, Na, Ni, Rb, Sb, Sc, Se, Sm, Th, U, Zn [9; 10]. Было установлено, что для естественных мест произрастания характерно накопление элементов в S. baicalensis в основном в корнях, для интродуцентов – чаще всего в листьях. Возможно, это связано с тем, что при интродукции происходит ускорение процессов в онтогенезе растений и физиолого-биохимические реакции организмов могут быть несколько иными, чем в естественных местообитаниях.
Материалы и методы исследования
S. baicalensis распространен в Восточном Забайкалье, Среднем Приамурье, Юго-Западном Приморье, а также в Монголии, Китае, Даурии, Маньчжурии, Японии. Растение содержит широкий спектр веществ, основными действующими веществами считаются флавоноиды, в частности – байкалин [11]. S. baicalensis рекомендован при лечении гипертонии I, II стадии, а также как вспомогательное средство при лечении онкологических заболеваний. Растение может также использоваться как декоративное.
Материал для исследований содержания палладия отбирался нами из естественных мест произрастания S. baicalensis: Приморский край (пп. Чернятино, Пограничный, Комиссарово), Амурская обл. (д. Семеновка, гг. Свободный, Благовещенск), Читинская обл. (г. Борзя, c. Карымская, пп. В. Ключи, Бишигино, Матусово, Ключевское, Тасуркай, Октябрьское), а также интродуцированного в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН, г. Новосибирск (ЦСБС). Пробы растительного материала и почвы брались в фенологические фазы цветения и созревания семян.
Определение палладия проводили в «Инновационном научно-образовательном центре «Золото – платина» при Томском политехническом университете инверсионно вольтамперометричесим методом [12]. Химик-аналитик З.С. Михайлова.
Результаты исследования и их обсуждение
Палладий определяется в почвах во всех исследованных местах произрастания S. baicalensis. Наибольшие содержания палладия отмечены в почвах Юго-Западного Приморья – 3,8–7,0 г/т. Содержание палладия в почвах Амурской обл. составило 0,7–1,3 г/т. В других местах произрастания S. baicalensis содержания палладия в почвах близки (0,27–0,51 г/т).
Палладий в S. baicalensis нами определен впервые. Установлено, что элемент содержится в различных частях растения в разных соотношениях (рисунок). В корнях S. baicalensis накапливаются повышенные концентрации палладия, и они нередко выше, чем в почве. Так, в растениях из Амурской обл. содержание палладия в корнях в 1,5–2 раза выше, чем в почвах, а корнях из пп. Тасуркай, В. Ключи, Карымская Читинской обл. в 2–3 раза выше, чем в почвах.
Содержание палладия (г/т) в Scutellaria baicalensis из разных мест произрастания
Наибольшие содержания палладия в корнях S. baicalensis из Пограничного – 2,9 г/т (Юго-Западное Приморье) и Амурской обл. (1,21–2,1 г/т). Близкие значения палладия в корнях растения из Чернятино (0,71 г/т), Комиссарово (0,61 г/т), Тасуркай (0,7 г/т), В. Ключи (0,71 г/т), Карымская (0,85 г/т). Наименьшие содержания отмечены в корнях S. baicalensis из Матусово (0,11 г/т), Ключевское (0,12 г/т) и ЦСБС (0,26 г/т). Было также установлено, что содержание палладия в корнях S. baicalensis увеличивается с возрастом растений. Так, содержание палладия в корнях растений в возрасте 1–2 лет при интродукции в ЦСБС составляет в среднем 0,29 г/т, 5–7 лет – 0,43 г/т.
Самое высокое содержание палладия в стеблях S. baicalensis из Чернятино (6,0 г/т) и Пограничного (5,0 г/т). В остальных местах произрастания S. baicalensis содержание палладия составляет 0,54–1,2 г/т, кроме Семеновки, где отмечаются самые низкие содержания палладия в стеблях растений – 0,065 г/т. Концентрация палладия в стеблях интродуцированных растений в условиях ЦСБС составляет в среднем 0,354 г/т. Содержание палладия в стеблях S. baicalensis из Юго-Западного Приморья может превышать содержание элемента в корнях в 5–6 раз. В большинстве мест произрастания растений из Читинской обл. и ЦСБС содержание палладия также выше в стеблях, чем в корнях. Растения из Амурской обл. накапливают палладий в основном в корнях.
Концентрация палладия в листьях S. baicalensis из разных мест произрастания изменяется в широком диапазоне. Наибольшая концентрация палладия отмечена в листьях S. baicalensis из Пограничного (2,3 г/т), при наименьшем значении в растениях из Семеновки (0,085 г/т). Содержание палладия в листьях S. baicalensis, интродуцированного в ЦСБС, не высокие (0,087–0,30 г/т).
В цветках S. baicalensis из трех исследованных местообитаний отмечается высокое содержание элемента: Пограничный – 3,7 г/т, Чернятино – 1,32 г/т, Свободный – 1,4 г/т. Интересно отметить, что содержание палладия в цветках растений почти в 2 раза выше, чем в листьях. В двух исследованных местообитаниях содержание палладия в семенах растений ниже по сравнению с цветками: Семеновка – 0,65 г/т, ЦСБС – 0,18 г/т.
Необходимо отметить, что нами не было выявлено четкой закономерности в концентрации элемента между надземной и подземной частями растений. В Амурской обл. палладия накапливается в корнях больше по сравнению с надземной частью (Благовещенск и Свободный – больше чем в 2 раза, Семеновка – в 7,8 раза, Карымская – в 2,4 раза). Для остальных естественных мест произрастания и интродукции характерно либо близкое соотношение палладия в корнях и надземной части (Приморье: Пограничный, Комиссарово; Читинская обл.: Борзя, В. Ключи; ЦСБС), либо палладий накапливается в основном в надземной части (Приморье: Чернятино – в 3,7 раза; Читинская обл.: Ключевское – в 3,4 раза, Матусово – в 7,8 раза). Возможно, это связано с возрастом исследованных растений или антиконцентрационными барьерами.
Для характеристики интенсивности поглощения элемента растением используют коэффициент биологического поглощения (КБП) – отношение содержания элемента в растении к содержанию элемента в горной породе или почве, на которой произрастает растение [13]. КБП палладия для S. baicalensis изменяется в широких пределах от 0,07 до 4,45 (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициент биологического поглощения палладия для Scutellaria baicalensis разных мест произрастания
|
Место сбора |
Коэффициент биологического поглощения |
||||
|
корень |
стебель |
листья |
цветки |
семена |
|
|
Юго-Западное Приморье |
|||||
|
Чернятино |
0,19 |
1,6 |
0,15 |
0,35 |
–* |
|
Пограничный |
0,47 |
0,81 |
0,37 |
0,60 |
– |
|
Комиссарово |
0,09 |
0,12 |
0,09 |
– |
– |
|
Амурская область |
|||||
|
Благовещенск |
1,59 |
0,46 |
0,75 |
– |
– |
|
Свободный |
1,83 |
0,83 |
0,63 |
1,22 |
– |
|
Семеновка |
1,62 |
0,05 |
0,07 |
– |
0,50 |
|
Читинская область |
|||||
|
Борзя |
0,72 |
0,92 |
0,85 |
– |
– |
|
Ключевское |
0,34 |
1,54 |
0,77 |
– |
– |
|
Тасуркай |
3,36 |
– |
– |
– |
– |
|
В. Ключи |
2,63 |
4,45 |
2,07 |
– |
– |
|
Матусово |
0,22 |
1,78 |
1,59 |
– |
– |
|
Карымская |
2,02 |
0,57 |
1,07 |
– |
– |
|
Новосибирская область |
|||||
|
ЦСБС |
0,97 |
1,21 |
0,83 |
0,44 |
0,41 |
Примечание. * – прочерк означает отсутствие данных.
Самые высокие показатели КБП, превышающие единицу, для всех частей растений отмечены нами для растений из В. Ключей и для корней из Тасуркай (Читинская обл.). КБП для корней растений из Амурской обл., стеблей растений Чернятино (Юго-Западное Приморье), Ключевское, Матусово (Читинская обл.), листьев Матусово приближается к 2. То есть в этих местообитаниях происходит накопление элемента растением. В других местах произрастания S. baicalensis КБП приближается или меньше единицы.
Заключение
Таким образом, в результате наших исследований было установлено, что палладий обнаруживается как в почвах, так и в различных частях Scutellaria baicalensis Georgi, Lamiaceae (шлемник байкальский) во всех исследованных местообитаниях (Юго-Западное Приморье, Амурская, Читинская обл. и интродуцированного в ЦСБС, г. Новосибирск). Содержание палладия в почвах установлено в пределах 0,27–7,0 г/т, в различных частях растения – 0,065–6,0 г/т. Нами не было выявлено явной закономерности в концентрации палладия в растении между его надземной и подземной частями. Для растений из Амурской обл. характерно концентрирование палладия в корнях. Для остальных мест произрастания характерно либо близкое соотношение палладия в корнях и надземной части, либо палладий накапливается в основном в надземной части. КБП палладия для S. baicalensis изменяется в широких пределах 0,07–4,45. КБП, превышающие единицу, отмечены нами для растений из Читинской обл. и для отдельных частей растений из Амурской обл. и Юго-Западного Приморья. В остальных местообитаниях КБП приближается или гораздо меньше единицы. Полученные данные могут быть использованы при биогеохимических методах поиска месторождений полезных ископаемых и в фитотерапии.
Работа выполнена в рамках государственного задания Центрального сибирского ботанического сада СО РАН № АААА-А17-117012610053-9.
При подготовке публикации использовались материалы биоресурсной научной коллекции ЦСБС СО РАН «Коллекции живых растений в открытом и закрытом грунте», УНУ № USU 440534.