МИКРОЭЛЕМЕНТЫ-БИОФИЛЫ И ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В РАСТИТЕЛЬНОМ СЫРЬЕ IRIS SIBIRICA L., ПОЛУЧЕННОМ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Основным биологическим аккумулятором минеральных веществ являются растения. Они поглощают минеральные вещества из почвы и других субстратов своей корневой системой и с помощью транспирационного тока воды обеспечивают ими ткани и органы (семена, плоды, листья, стебли) растительного организма. Минеральные  вещества, попадая в организм человека, выполняют функцию регуляторов основных процессов жизнедеятельности (Физиология растений, 2005). Начиная со второй половины 20-го века, началось активное исследование минерального состава лекарственных растений и выявление роли макро- и микроэлементов в жизнедеятельности организма человека (Ковальский, 1976; Ноздрюхина, 1983).

Для сохранения биоразнообразия и получения необходимого количества лекарственного растительного сырья, всё чаще используют методы биотехнологии, в частности культуру ткани и гидропоническое выращивание (патент РФ 2570623).

Цель настоящих исследований – определить содержание микроэлементов-биофилов (Fe, Mn, Zn, Cu), тяжелых металлов (Pb, Cd, Sb, Be, Hg, Cr, Ni) и As в сырье Iris sibirica L., выращенном в гидропонике сопряжённой с микроклональным размножением.

Элементный состав растений видоспецифичен, зависит от многих факторов окружающей среды и может варьировать в довольно широких пределах. Количество поглощенных веществ зависит от условий выращивания и от концентрации ионов в среде. В качестве объекта исследования в наших опытах использовали образцы растений- регенерантов I. sibirica сорт Cambridge и сорт Стерх, размноженные микроклонально. Растения-регенеранты I. sibirica в течение 30 пассажей выращивали на питательной среде с минеральной основой Мурасиге-Скуга (MS), дополненной 2-10 мкМ 6- бензиламинопурина и 1,0 мкМ нафтилуксусной кислоты.

Воздушно-сухие образцы корней, корневищ, листьев предварительно измельчали на мельнице и просеивали через сита. Для исследования использовали фракцию размером 0,15-0,63 мм. Исследование элементного состава проводили на атомно-эмиссионном ИСП-спектрометре Optima 7300 DV фирмы Perkin Elmer (США).

Результаты исследований свидетельствуют о специфических особенностях обмена у растений-регенерантов исследуемого вида ирис, что приводит к определённому уровню содержания биофильных элементов в тканях их органов. Отмеченные закономерности, по нашему мнению, можно объяснить не только биохимической ролью металлов в растениях, способами их поглощения и переноса, но содержанием в искусственной питательной среде.

Количественной мерой интенсивности накопления химических элементов растениями является коэффициент накопления (Кн - отношение содержание элемента в органах к содержанию в среде), отражающий степень биофильности элементов, а также интенсивность их вовлечения в биологический круговорот. На основе полученных данных Fe, Mn, Zn, Cu определены как элементы энергичного накопления (табл. 1).

Многолетние исследования доказали высокую эффективность гидропонического выращивания растений сопряжённого с микроклональным размножением. Размноженный в культуре ткани растительный материал освобождён от грибных и бактериальных инфекций, имеет более высокую силу роста в регулируемых условиях питания и факторов внешней среды, но при этом элементный состав и содержание тяжёлых, токсичных металлов в сырье на сегодняшний день не изучено.

Таблица 1. Коэффициент накопления (Кн) химических элементов в органах растений-регенерантов I. sibirica на питательной среде Мурасиге-Скуга

Примечание. Прочерк – нет данных.

Оценивая растения-регенеранты I. sibirica как источник получения лекарственного растительного сырья, отмечали особенность накопления микроэлементов в культуре in vitro. Так в листьях растений-регенерантов Cambridge содержание марганца в 10,7 раз больше, чем у интактных растений, а в корнях и корневищах превышение составляло в 3,1 раза. Такую тенденцию наблюдали и для I. sibirica сорт Стерх. Листья интактных растений содержали 18, 5 мг/кг Mn, а растений-регенерантов - 175,8 мг/кг, что в 9,5 раз больше. В корнях и корневищах интактных растений сорта Стерх определяли 15,8 мг/кг Mn, у растений-регенерантов - 108,4 мг/кг, превышение составило 6,8 раз.

Уровень содержания марганца у некоторых лекарственных растений Северного Алтая колеблется от 5 до 746 мг/кг (Ельчининова, 2008). Растения, концентрирующие марганец, применяют для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, для поддержания нормальных функций половых желез и опорно-двигательного аппарата, нервной системы.

Химические элементы растений в высоких концентрациях могут проявлять токсическое действие. Содержание микроэлементов в регенерантах I. sibirica сравнивали с допустимыми нормами в растениях. Изученные нами микроэлементы-биофилы Fe, Mn, Zn находились на уровне средних значений для растительности континентов, Cu - значительно ниже. Содержание тяжелых металлов Pb, Cd, Cr, Be, Ni и As не превышало нормального уровня в растениях, а для Sb необходимо провести дополнительные исследования. Так по данным О.А. Ельчининовой и её коллег (2008) содержание сурьмы в лекарственных растениях экологически чистого региона Северного Алтая находилось от 0,038 мг/кг до 6,6 мг/кг сухого вещества. Свинец в образцах I. sibirica не обнаружен (табл. 2).

Таблица 2. Содержание микроэлементов в растениях-регенерантах Iris sibirica L. и нормирование содержания, мг/кг сухого вещества

Примечание. Прочерк – нет данных. Среднее р.к. – средне в растительности континентов

В исследованных образцах I. sibirica сорт Cambridge и Стерх, концентрация Cu, Pb, Cd, Cr и As не превышала допустимый уровень для БАДов и чая на растительной основе (СанПин 2.3.2.560-96, СанПин 2.3.2.1078-01). Допустимые уровни токсичных элементов непосредственно для лекарственных растений в литературе нами не найдены.

Список литературы

1. Добровольский В.В. Биосферные циклы тяжёлых металлов и регуляторная роль почвы // Почвоведение. 1997. №4. С. 431-441.

2.  Ельчининова О.А., Рождественская Т.А., Черных Е.Ю. Микроэлементы-биофилы и тяжёлые металлы в лекарственных растениях Северного Алтая // В сборнике: Биоразнообразие, проблемы экологии Горного Алтая и сопредельных регионов: настоящее, прошлое, будущее. Материалы Международной конференции. 2008. С. 51-55.

3.      Ермаков И.П. Физиология растений. М., 2005, с. 637

 4.      Ковальский В.В. Геохимическая среда, здоровье, болезни /В кн.: Физиологическая роль микроэлементов. Рига, 1976.

5.      Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва-растение. Новосибирск, 1991. 151 с.

6.      Ноздрюхина Л.Р. Геохимическая среда, здоровье, заболевания сердечно- сосудистой системы // Сб. Биологическая роль микроэлементов. М., 1983. С. 182– 187.

7.      Патент №2570623 (РФ). Способ получения лекарственного растительного сырья лапчатки белой (Potentilla alba L) в условиях гидропоники / Л.И. Тихомирова, Н.Г. Базарнова / 2015.

8.      СанПин 2.3.2.560-96. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности продуктов. М., 1996.

9.      СанПин 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности продуктов. М., 2001.

10. Сосорова С.Б., Меркушева М.Г., Убугунов Л.Л. Содержание микроэлементов в лекарственных растениях разных экосистем озера Коктокельского (Западное Забайкалье) // Химия растительного сырья. 2016. №2. С. 53-59.