Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Микроэлементы в жизнедеятельности организмов могут играть как положительную, так и отрицательную роль. При использовании лекарственных растений важно знать не только количественный и качественный состав их действующих веществ, но и микроэлементный состав. Растения в процессе своего развития могут избирательно накапливать в повышенных концентрациях ряд элементов, в том числе и золото. Механизм воздействия золота на организм человека и его биологическая роль до конца не изучены. Благодаря уникальным физико-химическим, биологическим и биохимическим свойствам наночастицы золота могут быть использованы для доставки противоопухолевых, противовоспалительных, антимикробных средств в терапевтических и диагностических целях [10].

Знания об элементном составе растений могут быть также применены в геологии при поиске месторождений полезных ископаемых биогеохимическим методом и выявления антропогенно измененных территорий [3, 9]. При этом химический и микроэлементный состав растений позволяет вести поиски локальных объектов вплоть до отдельных рудных тел. Древесные и травянистые растения, произрастающие над золоторудными месторождениями и рудными зонами, могут накапливать золото, нередко даже в аномально высоких концентрациях (таблица).

Содержание золота в растениях, произрастающих на золоторудных месторождениях

Сцинтилляционным эмиссионным спектральным анализом (с.э.с) было показано, что большинство золота в золе растений, отобранных над золоторудными месторождениями, находится в растениях в свободном состоянии [3]. Однако золото, находящееся в растениях в коллоидном состоянии, с.э.с.-анализом не регистрируется. Золото в ионной или коллоидной формах перемещается в почвах за счет циркуляции воды и в результате абсорбции усваивается корнями растений [4]. Было установлено, что скорость перемещения золота в растениях прямо пропорциональна скорости испарения влаги с их поверхности. При этом наибольшая скорость передвижения золота и его концентрация растениями наблюдается весной.

Цель исследования – изучить содержание золота в шлемнике байкальском (Scutellaria baicalensis Georgi, Lamiaceae) из естественных мест произрастания и при интродукции.

Шлемник байкальский – многолетнее травянистое лекарственное растение. Имеет монголо-даурско-маньчжурский тип ареала. В России встречается в Восточном Забайкалье, Среднем Приамурье, юго-западном Приморье. Основными действующими веществами растения являются флавоноиды. Настойки из корней шлемника издавна применяются в тибетской, китайской, дальневосточной народной и официальной медицине как гипотензивное, седативное средство, а также как антимутагенное, ингибирующее образование метастазов средство при лечении онкологических заболеваний [2, 7]. Установлено влияние ряда микроэлементов (алюминия, бария, кобальта, хрома, меди, железа, марганца, молибдена) на накопление флавоноидов в шлемнике байкальском [5]. Определено также, что надземная часть шлемника байкальского является умеренным накопителем алюминия, бария, хрома, меди, железа, марганца, реже ванадия, причем для железа и марганца наблюдаются случаи сверхконцентрирования.

Материалы и методы исследования

Материал отбирался из естественных мест произрастания: Приморский край (Чернятино, Пограничный, Комиссарово), Амурская область (Семеновка, Свободный, Благовещенск), Читинская область: Карымский район (Ключи, Бишигино, Матусово, Карымское), Борзинский и Приаргунский районы (Борзя, Ключевское, Тасуркой, Октябрьское), а также интродуцированный в Центральном сибирском ботаническом саду СО РАН (г. Новосибирск). Сбор материала производился во время цветения и после созревания семян. Отбор образцов растений и почвы производился вне рудных месторождений и вдали от населенных пунктов, в местах, незагрязненных техногенными отходами.

Образцы растений промывались дистиллированной водой, высушивались при 80 °С в течение двух суток, после чего истирались в агатовой ступке. Озоление материала не проводилось, т.к. при этом образуются комплексные легко летучие соединения золота с углеродом, что приводит к занижению результатов анализов. Определение золота (85 анализов) из почвы и различных частей растения производилось нейтронно-активационным методом в НИИ ЯФ при Томском политехническом университете (аналитик В.И. Резчиков) из навески 50 г воздушно-сухого сырья. Чувствительность НАА n•10–9 мас. %.

Результаты исследования и их обсуждение

Исследование уровней накопления золота в почвах и в разных частях шлемника из естественных мест произрастания и при интродукции показало, что золото в тех или иных количествах установлено во всех проанализированных пробах.

Содержание золота в почвах изменяется в широком диапазоне. Наименьшие средние содержания золота отмечены для Приморского края (16,6 мг/т) и ЦСБС (18,9 мг/т). Самое высокое среднее содержание золота в почвах отмечено в Карымском районе Читинской области (172,8 мг/т), здесь можно выделить д. Ключи – 302 мг/т и с. Матусово – 448,0 мг/т. В Амурской области и Борзя-Приаргунском районе Читинской области содержание золота в почвах составило 30,0 и 38,6 мг/т соответственно.

По уровням накопления золота в разных частях шлемника (корнях, стеблях, листьях, семенах, чашечках) можно отметить некоторые закономерности. Для растений из Приморского края, Амурской области, Борзя-Приаргунского района Читинской области наблюдается тенденция к несколько большему накоплению золота в корнях и коре корня. Для растений из Карымского района Читинской области содержания золота в коре корня и цветках близки. Содержание золота в шлемнике, интродуцированном в ЦСБС, в 2–3 раза выше в чашечках и цветках, чем в других частях растений. Не всегда большие содержания золота в почвах дают повышенные концентрации его в растении.

Для характеристики отношения содержания какого-либо элемента в организме к содержанию его в окружающей среде определяют коэффициент биологического накопления (КБН). В естественных местах произрастания шлемника КБН золота для разных частей растения много меньше единицы. Для Приморского края, Амурской области и Борзя-Приаргунского района самый низкий КБН отмечен для верхних частей стебля в пределах от (0,13; 0,44; 0,02 соответственно). Для корня КБН золота для этих местообитаний несколько выше (0,26; 0,27; 0,10 соответственно). Для коры корня растений Борзя-Приаргунского района КБН составил 0,24. Для растений из популяций шлемника Карымского района КБН на порядок ниже: 0,005 для верхней части стебля и не превышает 0,07 для остальных частей растения, кроме цветков, где он повышается до 0,38. И только для надземной части растений из ЦСБС КБН близок к единице и даже превышает её: нижняя часть стебля – 0,73, цветки – 0,92, чашечки – 1,19). Для остальных частей интродуцированных растений КБН золота изменяется в пределах от 0,09 для средней части стебля до 0,37 для верхней части стебля. КБН для корней растений из ЦСБС – 0,13, для коры корня – 0,33.

Низкие концентрации золота в шлемнике, возможно, свидетельствуют о том, что растение обладает антиконцентрационным барьером, не допускающим накопление элемента выше токсичных для данного растения концентраций [1, 3]. Также установлено, что кальций выполняет роль элемента-антагониста по отношению к золоту и другим элементам [8]. Аномальные концентрации кальция в почвенных водах уменьшают миграцию золота, что влияет на его накопление растениями.

Содержание золота в корнях шлемника изменяется в пределах 1,3 до 11,4 мг/т, и оно для природных местообитаний чаще несколько выше, чем для других частей растения (рисунок).

Нужно отметить, что исследованные особи шлемника из естественных мест произрастания имели возраст более 20 лет, растения, интродуцированные в ЦСБС, были более молодыми (возраст до 7 лет).

Корни шлемника из разных мест произрастания имеют близкие средние содержания золота – 3,5–8,1 мг/т. В молодых корнях интродуцированных в ЦСБС растениях концентрация золота в 2–3 раза ниже, чем в старых корнях растений природных местообитаний. Установлено, что золото накапливается в коре корня в 2–3 раза больше, чем в остальной части корня, средние содержания – 6,2–12,8 мг/т. При этом уровень накопления золота в корнях шлемника имеет, вероятно, определенный предел и не зависит от содержания его в почвах.

Содержание золота (мг/т) в шлемнике байкальском из разных мест произрастания

Уровни накопления золота в разных частях стебля шлемника различны (рисунок). Так, в нижней части стебля содержание золота у интродуцированных растений из ЦСБС достигает значений, близких к содержанию золота в почвах и в 5,7 раза выше, чем в корнях. В средних частях стебля концентрация золота несколько ниже, чем в корнях, и близка для разных мест произрастания (3,2–4,1 мг/т), кроме шлемника из ЦСБС, где его содержание в 1,5–2 раза ниже. В верхней части стебля из разных мест произрастания содержание золота уменьшается до 0,8–2,2 мг/т, кроме шлемника из ЦСБС, где содержание его увеличивается.

Концентрация золота в листьях шлемника из различных мест произрастания близка к содержаниям его в средних частях стебля, кроме шлемника из Борзя-Приаргунского района, где содержание его уменьшается до 1,1 мг/т, а для молодых растений из ЦСБС содержание золота повышается до 15,9 мг/т.

Содержание золота в цветках шлемника из разных мест произрастания изменяется в широких пределах от 3,6 до 17,2 мг/т. Наиболее высокие концентрации золота в цветках растений из п. Матусово Карымского района Читинской области (14,5 мг/т) и интродуцированного в ЦСБС (17,2 мг/т).

Самые высокие содержания золота для разных местообитаний и в разных частях растений установлены для чашечек шлемника интродуцированного в ЦСБС (до 22,4 мг/т, максимальные значения до 46,9 мг/т). Это в 9,4 раза больше, чем в корнях шлемника. Довольно высокое содержание золота около 6,8 мг/т в чашечках шлемника, произрастающего в районе п. Семеновка Амурской области. Семена шлемника также накапливают золото около 4 мг/т.

Заключение

Таким образом, проведенное исследование показало, что золото в шлемнике байкальском (Scutellaria baicalensis Georgi, Lamiaceae) накапливается во всех частях растения. Его концентрация в растении не всегда зависит от уровня его содержания в почве.

Низкие концентрации золота в шлемнике, возможно, свидетельствуют о том, что растение обладает антиконцентрационным барьером, не допускающим накопление элемента выше токсичных для данного вида концентраций.

Не было выявлено общей закономерности в накоплении золота по разным частям растения. Наблюдается только тенденция к уменьшению содержания золота от корней к стеблям, листьям, семенам, чашечкам для шлемника из естественных мест произрастания (возраст растений свыше 20 лет). А для шлемника, интродуцированного в ЦСБС (возраст растений до 7 лет), накопление золота происходит в наземной части растения, особенно в цветках и чашечках. КБН для природных местообитаний ниже единицы. У молодых интродуцированных растений из ЦСБС КБН близок к единице и даже превышает ёе (цветки, чашечки).

При использовании растений в качестве лекарственных средств необходимо учитывать их микроэлементный состав. Дальнейшее изучение влияния микроэлементов, в том числе золота, на организм человека и интерпретация полученных данных требует всестороннего анализа и комплексного подхода.

Сведения об элементном составе, в том числе о золоте, шлемника байкальского могут использоваться в геологии при поиске месторождений полезных ископаемых биогеохимическим методом.

Работа выполнена при финансовой поддержке Государственного задания «Наука» № 3805.