Анализ транссредовых переходов элементных токсикантов в цветки липы

Введение. Загрязнение лекарственного растительного сырья тяжёлыми металлами носит выраженный региональный характер и зависит от степени антропогенного воздействия и биологических особенностей растения.

Цель работы — изучение методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой транссредовых переходов элементных токсикантов в цветки липы с учётом влияния высокой антропогенной нагрузки Московского региона.

Материалы и методы. В качестве объектов исследования использовали 108 образцов, включающих в себя почву, листья и цветки дикорастущих и культивируемых деревьев липы сердцевидной и широколистной из 36 мест сбора с различным уровнем антропогенного воздействия. Переход элементных токсикантов из почвы в цветки липы оценивали напрямую, сравнивая валовое содержание элементов в цветках и сопряжённых почвах. Переход элементных токсикантов из атмосферы оценивали опосредованно, сравнивая содержание тяжёлых металлов в цветках липы с их содержанием в листьях.

Результаты. Установлено, что концентрации нормированных элементных токсикантов в цветках липы не превышают их ПДК для лекарственных растений, несмотря на существенное влияние техногенного фактора. Для оценки транссредовых переходов рассчитывали непараметрический коэффициент корреляции Спирмена между содержанием анализируемых элементов в морфологических частях липы и сопряжённых почвах. Обнаружено, что обогащение морфологических частей липы алюминием, ванадием, хромом, марганцем, железом, кобальтом, медью, цинком, стронцием, молибденом, барием и свинцом происходит через атмосферу; существует заметная связь между содержанием марганца, железа, мышьяка, молибдена и бария в земле и морфологических частях растения; никель, медь, цинк, кадмий и свинец переходят из окружающей среды в морфологические части липы незначительно, ртуть липой практически не поглощается.

Ограничения. Исследование проведено в течение одного вегетативного периода (июнь 2019 г.) на территории Москвы и Московской области.

Заключение. Цветки липы в большей степени являются концентраторами марганца, меди, стронция, молибдена, бария, чем листья, и, следовательно, могут быть использованы в качестве индикаторов загрязнения атмосферного воздуха этими элементными токсикантами.

Участие авторов:

Щукин В.М. — идея, планирование исследования, проведение измерения содержания элементов методом ИСП-МС, анализ литературы, написание текста;

Блинкова Е.А. — пробоподготовка, графическое оформление результатов исследования;

Швецова Ю.Н. — сбор, обработка и систематизация данных;

Кузьмина Н.Е. — интерпретация результатов исследования, написание и доработка текста;

Лутцева А.И. — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБУ «НЦЭСМП» Минздрава России № 056-00003-20-00 на проведение прикладных научных исследований (номер государственного учёта НИР AAAA-A18-118021590049-0).

Поступила: 28.07.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 10.03.2022

1. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды Российской федерации в 2015 году». Доступно: https://www.mnr.gov.ru/gosdoklad-eco-2015

2. Черногаева Г.М., Зеленов А.С. Комплексная оценка состояния окружающей среды Московского региона и его природных объектов по данным Росгидромета. В кн.: Геоэкологические проблемы Новой Москвы. М.; 2013: 33-7.

3. Кульбачевский А.О. Доклад «О состоянии окружающей среды в городе Москве в 2019 году»; 2020. https://www.dpioos.ru/eco/ru/report_result/o_456535

4. Волгин А.В., Волгин Д.А. Содержание тяжёлых металлов-загрязнителей в антропогенно слабонарушенных почвах Московской области. Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Естественные науки. 2013; (4): 32-40.

5. Яковлева О.В. Фитотоксичность ионов алюминия. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2019; 179(3): 315-31. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2018-3-315-331

6. Мартынова М.О., Козырев К.М., Албегова Ж.К. К вопросу современных представлений влияния алюминия на живые организмы. Современные проблемы науки и образования. 2014; (2): 302.

7. Гравель И.В. Необходимость оценки безопасности лекарственного растительного сырья по содержанию экотоксикантов. Ведомости научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2012; (2): 37-9.

8. Веселова Д.В. Колесникова Н.В., Чудилова Г.А., Степанова Э.Ф., Русинова Т.В. Иммуностимулирующее действие экстракта цветков липы в эксперименте in vitro. Биофармацевтический журнал. 2019; 11(3): 17-20.

9. Темирбулатова А.М., Степанова Э.Ф., Веселова Д.В., Лежнева Л.П. Исследования по расширению спектра использования экстрактов родиолы розовой, липы сердцевидной и астрагала эспарцетного в медицинской практике. Научные результаты биомедицинских исследований. 2019; 5(1): 84-93. https://doi.org/10.18413/2313-8955-2019-5-1-0-6

10. Nageswara Rao R., Talluri M.V. An overview of recent applications of inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) in determination of inorganic impurities in drugs and pharmaceuticals. J. Pharm. Biomed. Anal. 2007; 43(1): 1-13. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2006.07.004

11. Balaram V. Recent advances in the determination of elemental impurities in pharmaceuticals - status, challenges and moving frontiers. Trends Analyt. Chem. 2016; 80(80): 83-95. https://doi.org/10.1016/j.trac.2016.02.001

12. Щукин В.М., Жигилей Е.С., Ерина А.А., Швецова Ю.Н., Кузьмина Н.Е., Лутцева А.И. Валидация методики определения ртути, свинца, кадмия и мышьяка в лекарственном растительном сырье и лекарственных средствах на его основе методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Химико-фармацевтический журнал. 2020; 54(9): 57-64. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2020-54-9-57-64

13. Мамиева Е.Б., Ширнина Л.В. Липа мелколистная как биоиндикатор загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами. Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2017; (1): 34-40. https://doi.org/10.17238/issn2071-2243.2017.1.34

14. Alatou H., Sahli L. Using tree leaves and barks collected from contaminated and uncontaminated areas as indicators of air metallic pollution.Int. J. Phytoremediation. 2019; 21(10): 985-97. https://doi.org/10.1080/15226514.2019.1583723

15. Безуглова О.С., Околелова А.А. О нормировании содержания мышьяка в почвах. Живые и биокосные системы. 2012; (1): 1-11.

16. Касимов Н.С., Власов Д.В. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах российских городов (по данным ежегодных докладов Росгидромета. Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2018; (3): 14-22.

17. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton, FL, USA: CRC Press/Taylor & Francis Group; 2010. https://doi.org/10.1017/S0014479711000743

18. Nikiforova E.M., Kosheleva N.E. Dynamics of contamination of urban soils with lead in the eastern district of Moscow. Eur. Soil Sci. 2007; 40(8): 880-92.

19. Гржибовский А.М. Корреляционный анализ. Экология человека. 2008; (9): 50-9

20. do Nascimento Júnior A.L., Paiva A.D.Q., Souza L.D.S., Souza-Filho L.F., Souza L.D., Fernandes Filho E.I., et al. Heavy metals distribution in different parts of cultivated and native plants and their relationship with soil content.Int. J. Environ. Sci. Tech. 2020; 18(1): 225-40. https://doi.org/10.1007/s13762-020-02859-x

21. Неверова О.А. Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды. Биосфера. 2009; 1(1): 82-92.

22. Дьякова Н.А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка цветками липы сердцевидной, произрастающей в агро- и урбоэко-системах Воронежской области. Труды Карельского научного центра Российской академии наук. Серия: Экологические исследования. 2020; (5): 70-9. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2021-21-4-478-487

23. Terekhina N.V., Ufimtseva M.D. Leaves of trees and shrubs as bioindicators of air pollution by particulate matter in Saint Petersburg. Geogr. Environ. Sustain. 2020; 13(1): 224-32. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2019-65

24. Кайгородов Р.В., Тиунова М.И., Дружинина А.В. Загрязняющие вещества в пыли проезжих частей дорог и в древесной растительности придорожных полос городской зоны. Вестник Пермского университета. Серия: Биология. 2009; (10): 141-6

25. Tomašević M., Aničić M., Jovanović L., Perić-Grujić A., Ristić M. Deciduous tree leaves in trace elements biomonitoring: A contribution to methodology. Ecol. Indic. 2011; 11(6): 1689-95. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2011.04.01

26. Chizzola R. Metallic mineral elements and heavy metals in medicinal plants. Med. Aromat. Plant Sci. Biotechnol. 2012; 6(1): 39-53.

27. Šijačić-Nikolić M., Stanković D., Krstić B., Vilotić D., Ivetić V. The potential of different lime tree (Tilia spp) genotypes for phytoextraction of heavy metals. Genetika. 2012; 44(3): 537-48. https://doi.org/10.2298/GENSR1203537S