ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТЫСЯЧЕЛИСТНИКА АЗИАТСКОГО ACHILLEA ASIATICA SERG. В УСЛОВИЯХ ХАЙБУЛЛИНСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

Насретдинова Диля Ринатовна

студент 5 курса, кафедра экологии СиБГУ, г. Сибай

E-mail: cool.dila@mail.ru

Ягафарова Гульсина Азатовна

научный руководитель, канд. биол. наук, доцент СиБГУ, г. Сибай

Одним из мощнейших источников поступления токсикантов в окружающую среду являются отходы горнодобывающей промышленности. Интенсивная разработка месторождений в Башкирском Зауралье привела к образованию обширных техногенных земель, загрязнению в регионе как почв, так и растений. Тяжелые металлы попадают на поверхность почвы, включаются в почвообразовательный процесс, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи живых организмов [8]. По этим причинам представляется актуальным комплексная оценка содержания тяжелых металлов в системе «почва-растения».

Башкирское Зауралье славится обилием лекарственных трав. Анализ имеющихся данных показывает, что лекарственные растения региона недостаточно исследованы на содержание токсичных веществ. Особенно мало сведений о распределении тяжелых металлов по различным органам растений. В связи с усилением техногенных загрязнений, остро возникает необходимость проведения контроля качества и экологической чистоты лекарственного растительного сырья. Воздействия техногенных загрязнений на лекарственные растения обусловливают накопление различных токсикантов, в том числе тяжелых металлов, в тех частях растений, которые используют в качестве лекарственного сырья.

Одним из важнейших лекарственных трав, используемых в народной и традиционной медицине, является широко распространенный в Башкирском Зауралье тысячелистник азиатский — Achillea asiatica Serg., имеющий обширный диапазон лечебного действия. Ведущими биологически активными веществами тысячелистника азиатского являются антоцианиды и сесквитерпеновые лактоны, обладающие противовоспалительной, противоаллергической и антибактериальной активностью [1; 14]. Растение широко используется как кровоостанавливающее, ранозаживляющее, антиаллергическое, маточное, аппетитное, желчегонное, сердечное средство в научной медицине. Находит применение в ветеринарии, в пищевой, ликеро-водочной, парфюмерной промышленности. Его исследование с целью определения экологической чистоты сырья, а также выяснения характера накопления специфических загрязнителей Хайбуллинского района в данном лекарственном растении тысячелистника азиатского делает актуальным.

Целью данной работы является выявление особенности распределения меди, цинка, марганца, железа, свинца и кадмия в различных органах тысячелистника азиатского и определить влияние геохимических особенностей почв на морфологические показатели тысячелистника азиатского Achillea asiatica Serg. в условиях Хайбуллинского района Республики Башкортостан.

Тысячелистник азиатский перспективный источник физиологически активных веществ, среди которых наиболее значимы сесквитерпеновые азулены.

Растение нашло широкое применение в башкирской народной медицине. Экстракт и настой используются как гемостатическое при внутренних кровотечениях. Настой тысячелистника ускоряет свертываемость крови, стимулирует тромбоцито- и эритропоэз. По силе действия на процессы свертывания крови 0,5 % настой тысячелистника превосходит раствор хлорида кальция в концентрации 1:2000 — 1:5000.

В стоматологической практике настой травы используют для полоскания кровоточащих десен, а также при стоматите и гингивите.

Экстракты тысячелистника азиатского обладают выраженным антигрибковым действием. Одним из главных компонентов, определяющих антифунгальный эффект эфирных масел, является туйон. Экстракт травы и сок тысячелистника действуют протистоцидно на парамеций, бактериостатически на золотистый и белый стафилококки, угнетают дрожжеподобные грибы, вызывающие молочницу.

Правда, американские фармакологи предупреждают, что настои и отвары из этого растения могут спровоцировать выкидыши, поэтому не разрешается их применение во время беременности [2].

Исследования проводились в летний период 2012 года в Хайбуллинском районе РБ. Нами было изучено накопление и распределение меди, цинка, железа, марганца, свинца и кадмия в различных органах широко применяемого лекарственного растения тысячелистника азиатского и почв под ним на 5 изолированных ценопопуляций с разными почвенно-климатическими условиями в степной зоне. Для оценки внутри- и межпопуляционной изменчивости признаков в каждой ценопопуляции отбирались по 30 особей в генеративном состоянии, у которых измерялось по 7 биоморфологических параметров вегетативных и репродуктивных органов.

Образцы растительного материала отбирались параллельно на тех же пробных площадях с образцами почв в сухую погоду. Сбор, сушка и подготовка образцов к химическому анализу проводились по стандартной методике.

Содержание в растительном сырье кислоторастворимых подвижных форм распространенных в регионе металлов, а также концентрации этих металлов в отдельных органах растений, также образцы почв были определены и проанализированы методом атомной абсорбции в Центральной лаборатории СФ ОАО «УГОК» г. Сибай (аттестат аккредитации № РОСС RU.0001515358). Для выявления аккумуляции исследуемого металла в тысячелистнике азиатском нами использован коэффициент биологического накопления (КБН). Статистическая обработка полученных данных проведена с помощью пакетов статистических программ Exel 2003 и Statistica 6.0.

Анализ литературных и собственных материалов показал, что почва как основа экотопа в значительной мере определяет макро- и микроэлементный химический состав произрастающих на ней растений [6]. Многие авторы отмечают видовые различия в характере металлоаккумуляции у растений [4]. Миграция металлов в системе «почва-растение» определяется типом почв, свойствами, характером почвообразующих пород, а также спецификой вида растений, погодными условиями.

Хайбуллинский район отличается аномальным содержанием меди в почвах. Результаты наших исследований показывают, что в условиях ценопопуляции № 5, содержание данного элемента превышает предельно допустимую концентрацию в 17 раз (рис. 1), принятую за 3 мг/кг [9].

Рисунок 1. Содержание кислоторастворимой подвижной формы меди в почве Achillea asiatica Serg

Рисунок 2. Содержание кислоторастворимой подвижной формы меди в органах Achillea asiatica Serg

Тем не менее, концентрация меди в органах тысячелистника азиатского не выходит за рамки токсичной концентрации, установленной для лекарственных растений на уровне 20 мг/кг сухой массы [3], за исключением ценопопуляции № 5 (в корнях — 23,5 мг/кг).

Содержание меди в органах Achillea asiatica Serg., уменьшается в ряду: корни → листья → соцветия → стебель. В ценопопуляциях № 3 и 5 уменьшается в ряду корни → листья → стебель → соцветия (рис. 2). Подземные органы вида являются барьером в транспортировке меди в надземные части растения. Интенсивность поглощения элемента снижается с увеличением его концентрации в почвах. Этот феномен можно объяснить тем, что в растении имеются регуляторные механизмы поступления меди в зависимости от потребностей организма: при низком содержании металла они способствуют транспортировке элемента из почвы в растение, а при высоком, наоборот, блокируют систему «почва-растение» [11].

Рисунок 3. Содержание кислоторастворимой подвижной формы цинка в почве Achillea asiatica Serg

Во всех ценопопуляциях наблюдается повышенное содержание цинка в почве, превышающую предельно допустимую концентрацию цинка, установленную в пределах 23 мг/кг [9].

Как видно по рисунку №3 концентрация цинка в органах тысячелистника азиатского не превышает предельно допустимую концентрацию, равную 50 мг/кг [13].

Рисунок 4. Содержание цинка в органах Achillea asiatica Serg

Распределение цинка по органам тысячелистника азиатского представляет другую картину: листья → корни → стебель→ соцветия (рис. 4), то есть подземные органы не защищают растение от избыточного поступления элемента.

Рисунок 5. Коэффициент биологического накопления цинка в органах Achillea asiatica Serg

Коэффициент биологического накопления цинка в органах растения в основном меньше 1, что свидетельствует о том, что вид не является концентратором цинка (рис. 5).

Рисунок 6. Содержание кислоторастворимой подвижной формы железа в почвах исследуемого региона

Результаты наших исследований показывают, что концентрация железа превышает фоновый показатель, равный 3800 мг/кг [12] во всех ценопопуляциях.

Содержание подвижной формы Mn (рис. 7) в почвах исследуемой территории наблюдается превышение предельно допустимой концентрации, принятой за 500 мг/кг [5].

Рисунок 7. Содержание кислоторастворимой подвижной формы марганца в почвах исследуемой территории

Рисунок 8. Содержание кислоторастворимой подвижной формы свинца в почвах исследуемой территории

Как видно, по рисунку № 8, концентрация свинца в почве во всех ценопопуляциях не превышает предельно допустимую концентрацию, принятую за 60 мг/кг [13].

Рисунок 9. Содержание кислоторастворимой подвижной формы свинца в почвах исследуемой территории

Нормальное содержание свинца в надземных органах трав составляет, по данным исследователей от 1,5 мг/кг до 40,0 мг/кг сухой массы [7]. По рисунку № 9 видно, что во всех ценопопуляциях концентрация свинца не выходит за пределы нормы. Максимальное накопление данного металла наблюдается в корнях, это связано с его барьерной ролью в поступлении тяжелых металлов надземные органы исследуемого растения.

Рисунок 10. Содержание кислоторастворимой подвижной формы кадмия в почвах исследуемой территории

Результаты анализов показали, что концентрация кадмия в почве превышает предельно допустимую концентрацию, равную 1 мг/кг [13] в ценопопуляциях № 1 и 4(рис. 10).

Наибольшее количество меди, марганца, железа, свинца и кадмия сосредоточено в корнях, что является доказательством барьерной роли подземных органов в передвижении ТМ в надземную часть растения. Исключением является цинк, который содержится в листьях большем количестве, чем корневой системе.

Концентрация многих ТМ минимальна в соцветиях тысячелистника азиатского. Низкое их содержание объясняется тем, что репродуктивная фаза наступает относительно поздно и соцветия соответственно меньше по времени, чем вегетативные органы, подвергаются воздействию избыточной концентрации элементов. Ослабленное поступление ТМ в репродуктивные органы указывает на их прочное закрепление или надежную изоляцию в корневой системе растений [15].

Элементы, присутствующие в почвах, всегда имеют комплексное действие на растение и при этом усиливают или ослабляют действие друг друга. Отмечена положительная корреляция между содержанием кислоторастворимой подвижной формы меди и марганца в соцветиях (r = 0,94; р = 0,05). Корреляционный анализ показал отрицательное влияние на высоту стебля содержание цинка в корнях (r = –0,95; р = 0,05); также содержание железа в соцветиях связано обратной зависимостью с диаметром стебля и количеством корзинок (r = –0,89; р = 0,05 и r = –0,88; р = 0,05 соответственно). Обнаружена отрицательная корреляция между концентрацией железа, свинца в почве и содержанием меди в стеблях (r = –0,93; р = 0,05 и r = –0,94; р = 0,05 соответственно). Положительное влияние свинца на некоторые признаки Achillea asiatica Serg. можно объяснить тем, что этот элемент содержится в почвах Хайбуллинского района в небольшом количестве, поэтому оказывает стимулирующее действие на растение.

Таким образом, почвы Хайбуллинского района характеризуются большим диапазоном содержания в них тяжелых металлов. Повышенная концентрация меди в почвах не всегда связано с развитием горнорудной промышленности и объясняется наличием естественных аномальных провинций с повышенным фоном данного элемента. Особенности почв региона способствуют уменьшению подвижности тяжелых металлов, связывают их, образуя малоподвижные формы, что препятствует передаче их растениям.

Концентрация кислоторастворимой подвижной меди, цинка и железа в почве выходит за пределы нормы во всех ценопопуляциях. Также содержание кадмия в почве превышает ПДК в ценопопуляциях № 1 и 4. Содержание свинца во всех почвах изученных ценопопуляций ниже ПДК.

Содержание меди в органах Achillea asiatica Serg., уменьшается в ряду: корни → листья → соцветия→ стебель. В ценопопуляциях № 3 и 5 уменьшается в ряду корни → листья → стебель → соцветия. Распределение цинка по органам тысячелистника азиатского представляет другую картину: листья → корни → стебель → соцветия, то есть подземные органы не защищают растение от избыточного поступления элемента.

Список литературы:

1. Аминева А.А. Тысячелистник азиатский — Achillea asiatica Serg. в Зауралье: автореферат дисс. на соиск. уч. степени канд. биол. наук. — Уфа: РИО Башкирского Государственного Университета, 2003. — 79 с.
2. Аминева A.A., Ягафарова Г.А. Тысячелистник азиатский //Журнал «Ватандаш», 2005. № 7. — С. 195—197.
3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. — JL: Агропромиздат, 1987. — 142 с.
4. Алексеева-Попова Н.В. Накопление цинка, марганца, железа в растениях при разном уровне меди в среде //Растения в экстремальных условиях минерального питания. — Л.: Наука, 1983. — С. 54—64.
5. Гукалов В.Н., Блюченко И.С.,Демченко М.М. Динамика валового и подвижного марганца в системе агроландшафта // Экологический вестник Северного Кавказа. Т. 2, № 2, 2006. — С. 55—75.
6. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. — Новосибирск: Наука, 1991. — 151 с.
7. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. — 439 с.
8. Коршиков И.И. Адаптация растений к условиям техногено-загрязненной среды. Киев: Наукова думка, 1996. — 239 с.
9. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. — М.: ЦИНАО, 1992. — 61 с.
10. Почвы Башкортостана. Т. 1: Эколого-генетическаяагропроизводственная характеристика / Ф.X. Хазиев, А.X. Мукатанов, Г.А. Кольцова, И.М. Габбасова, Р.Я. Рамазанов/ Под ред. Ф.X. Хазиева. — Уфа: Гилем, 1995. — 384 с.
11. Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения //Физиология растений, 2001. — Т. 48, выпуск4. — С. 606—630.
12. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др., Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекериса. — М.: Колос, 2000. — 536 с.
13. Чулджиян Х., Кирвета С. и др. Тяжелые металлы в почвах и растениях // Экологическая кооперация. Вып. 1. Братислава, 1988. — С. 5—24.
14. Юсубов М.С., Калинкина Г.И. Дрыгунова Л.А. и. др. Химический состав эфирного масла тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium.L.) и азиатского (Achillea asiatica Serg.) //Химия растительного сырья, 2000, № 3. — С. 25—32.
15. Austenfeld F.A. Zur phytotoxizität von nickel — und kobaltsalzen in hydrokultur bei Phaseolus vulgarisL. // Z. Pflanzenernähr. Bodenkunde. 1979. Bd. 142, H. 6. S. 769—777.