Элементный состав лишайников P. Cetraria АСН. Из различных регионов России Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 528.29-119.2 Э45

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ЛИШАЙНИКОВ Р. CETRARIA ACH.

ИЗ РАЗЛИЧНЫХ РЕГИОНОВ РОССИИ

© С.Э. Вершинина , К.Е. Вершинин2, О.Ю. Кравченко1, Е.П. Чебыкин2, Е.Н. Воднева

1 Иркутский технический университет, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074 (Россия)

2Лимнологический институт СО РАН, ул. Улан-Баторская, 3, Иркутск, 664033 (Россия) E-mail: [email protected]

Представлены результаты определения элементного состава растительного сырья двух видов лишайников р. Cetraria Ach. Было установлено содержание 60 химических элементов в образцах, собранных в 2006-2007 гг. в различных регионах России. Установлено, что содержание токсических элементов не превышает предельно допустимых концентраций; лишайниковое сырье может быть рекомендовано для использования в фармацевтическом и пищевом производствах.

Ключевые слова: лишайники, элементный анализ, растительное сырье.

Введение

В настоящее время для расширения сырьевой базы лекарственного и пищевого растительного сырья крайне необходимо изучение некоторых незаслуженно малоисследованных объектов. К таковым относятся лишайники. Целью нашего исследования явилось исследование элементного состава талломов двух видов лишайников р. Cetraria, собранных в различных регионах России.

Лишайники рода Cetraria Ach. (сем. Parmeliaceae) широко распространены на территории Северной Евразии: они произрастают в различных экотопах на севере Европейской России, в Сибири и на Дальнем Востоке [1]. Лишайники являются ценным кормовым сырьем [2-5], используются в фармацевтическом производстве [5, 6] и хотя в научной медицине не применяются, описано получение из них ряда лекарственных препаратов [7]. В народной медицине Cetraria используется в качестве лечебного средства при заболеваниях дыхательных путей, как противоцинготное средство, для лечения туберкулеза легких, сердечно-сосудистых заболеваний [7-10]. В последнее время значительно возрос интерес к лекарственным средствам растительного происхождения в связи с их более мягким по сравнению с синтетическими препаратами действием, меньшими побочными эффектами [11].

Существуют довольно немногочисленные и разрозненные сведения о содержании тех или иных элементов в составе лишайников [12-16]. Содержание большинства микроэлементов в лишайниках в основном выше, чем у мохообразных, папоротников, хвойных, кустарников и трав [12].

Лишайники обладают уникальной способностью извлекать из окружающей среды и накапливать в своем слоевище различные химические элементы. Установлено, что Co, Ni, Mo, Au присутствуют в лишайниках в тех же концентрациях, что и в высших растениях, а содержание Zn, Cd, Sn, Pb намного выше [13, 17, 18]. Таким образом, накопление токсичных элементов талломами лишайников проходит довольно активно. Опубликованы сведения о низком содержании некоторых микроэлементов в слоевищах лишайников Западного Таймыра [19]. Элементный состав лишайников лесотундры Кольского полуострова показывает значительное содержание K, P и Ca, Si и Al [18]. Подмечено, что лишайники тундровой зоны способны аккумулировать большее количество минеральных веществ по сравнению с лишайниками редколесий [20].

* Автор, с которым следует вести переписку.

Ранее полученные данные о содержании химических элементов в талломах Cetraria islandica немного-числены и разрознены [15, 16]. Результаты исследования элементного состава талломов Cetraria laevigata Rassad. получены впервые.

Экспериментальная часть

Для проведения химического анализа талломов Cetraria islandica и C. laevigata были отобраны усредненные образцы с типичных местообитаний в различных регионах России. Районы сбора являются потенциальными местами заготовки сырья. Готовое лишайниковое сырье было собрано, высушено и стандартизировано в соответствии с ГОСТ 13727-68.

Высушенные образцы объемом 50 мг обрабатывали концентрированной азотной кислотой (67%, 0,7 мл) с добавлением 0,3 мл 30% перекиси водорода в одноразовых полипропиленовых пробирках объемом 15 мл с закручивающейся крышкой. Сначала пробирки помещали на 15 минут в ультразвуковую ванну, а затем, после окончания реакции, в пробирки добавляли еще 0,3 мл 30% H2O2 и нагревали в сушильном шкафу при температуре 60 оС в течение суток. Объемы растворов в пробирках затем доводили до 10 мл дистиллированной водой, центрифугировали (10000 g), супернатант отделяли и вносили внутренний стандарт индия (In = 16 ppb).

Подготовленные растворы образцов анализировали методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 ce (ЦКП «Ультрамикроанализ», Лимнологический институт СО РАН) в рамках полуколичественного анализа (погрешность определения металлов может достигать ± 30%, а неметаллов и элементов вблизи пределов обнаружения - более 30%).

Результаты и обсуждение

Исследованный материал был собран в разных регионах РФ. Образцы Cetraria islandica: № 2 - Читинская область, хр. Кодар, исток р. Лев. Сыгыкта, 1800 м над ур. м.; № 3 - Читинская область, хр. Кодар, верховье р. Лев. Сыгыкта, исток р. Оленья, ложбина на плато 1850 м над ур. м.; № 4 - Иркутская область, хр. Хамар-Дабан, среднее течение р. Слюдянки, 1000 м над ур. м.; №5 - Иркутская область, хр. Хамар-Дабан, ур. Мамай; № 7 - Республика Карелия, оз. Кереть; № 9 - Иркутская область, хр. Хамар-Дабан, вблизи пика Черского, 2000 м над ур. м.; №10 - Республика Коми, 30 км севернее Сыктывкара.

Образцы Cetraria laevigata: №1 - Республика Бурятия, Тункинская долина, вблизи п. Аршан; №6 - Магаданская область, окрестности Магадана, левый берег р. Колымы; №8 - Читинская область, хр. Кодар, верховье р. Прав. Халлас, 1800 м над ур. м.; №11 - Иркутская область, хр. Хамар-Дабан, вблизи п. Порожистый по течению ручья Лев Поперечный; №12 - Иркутская область, хр. Хамар-Дабан, среднее течение р. Слюдянки, 800 м над ур. м.; №13 - Магаданская область, окрестности Магадана, правый берег р. Колымы.

В собранных образцах талломов лишайников р. Cetraria обнаружено 60 элементов; из них 27 макро- и микроэлементов и 33 редких элемента. Результаты элементного анализа лишайникового сырья приведены на рисунках 1-3 и в таблицах 1-3. Содержание большинства элементов в изученных образцах различается и, вероятно, находится в некоторой зависимости от субстрата, на котором обитает лишайник. В образцах отмечено большое количество Si (рис. 3), возможно, в связи с тем, что представители р. Cetraria произрастают в основном на скалах и каменистых россыпях. Также все образцы отличаются высоким содержанием калия и кальция (>2000 ppm).

Образцы лишайника Cetraria laevigata, собранные на территории Читинской области, отличаются самым высоким содержанием следующих элементов: Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Mn, Fe и некоторых других (рис. 1 и 3, табл. 1).

Самое низкое содержание K, Ca, S и Cl наблюдается в образце лишайника Cetraria islandica, собранного в Республике Карелия (рис. 1, табл. 1).

Из-за отсутствия предельно допустимых концентраций (ПДК) содержания токсичных элементов для лекарственного растительного сырья в качестве ориентировочного критерия экологической чистоты был использован ПДК для чая, принятый в России (Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов СанПиН 2.3.2.560-02).

Установлено, что содержание некоторых токсических элементов в исследованных образцах лишайников р. Cetraria значительно меньше обозначенных в СанПиНе ПДК (табл. 1-3). Так, содержание Pb, As и Сd меньше предельно допустимого в разы (рис. 2, табл. 1), Hg - в десятки раз, для Cu разница достигает сотни раз.

Рис. 1. Содержание К и Са (ppm) в талломах Cetraria islandica (слева) и C. laevigata (справа)

Рис. 2. Содержание Zn, Sr, Cd, Ba, Pb (ppm) в талломах Cetraria islandica (слева) и C. laevigata (справа)

Рис. 3. Содержание Na, Mg, Al, Si, Fe (ppm) в талломах Cetraria islandica (слева) и C. laevigata (справа)

Таблица 1. Содержание микро- и макроэлементов (ppm) в талломах Cetraria islandica и C. Laevigata

№ образца Cetraria islandica

2 3 4 5 7 9 10

P 360 340 310 300 230 320 330

S 140 95 100 130 95 130 91

Cl 140 110 200 180 48 140 170

Cr 1 0,38 0,48 0,62 0,77 0,39 0,28

Mn 16 20 54 49 58 48 140

Co 0,16 0,17 0,17 0,11 0,074 0,12 0,072

Ni 0,61 0,41 0,5 0,83 0,8 0,38 0,54

ты н Cu 1,2 1,3 1,6 2 1,9 1,8 1,3

ен ме As 0,35 0,29 0,28 0,36 0,39 0,3 0,18

е л m Br 1,5 1,7 1,3 0,99 1,2 1,3 2,3

Rh 0,00043 0,00023 0,00034 0,00022 <0.00021 <0.00021 0,0003

Ag 0,013 0,014 0,014 0,018 0,025 0,0092 0,0095

Sn 0,041 0,042 0,035 0,084 0,13 0,034 0,05

Sb 0,0042 0,0061 0,009 0,011 0,033 0,0065 0,0098

I 0,43 1,8 0,22 0,48 0,6 0,13 0,36

Hg 0,011 0,012 0,0093 0,014 0,021 0,011 0,012

Bi 0,011 0,012 0,012 0,019 0,02 0,012 0,0083

Окончание таблицы І

Cetraria laevigata

wwpooj_i,ci 1 6 8 11 12 13

P 310 280 1100 240 190 270

S 120 110 160 130 95 62

Cl 220 140 270 130 90 120

Cr 0,74 0,27 1,6 0,72 0,58 0,27

Mn 21 35 340 28 55 200

Co 0,17 0,075 0,26 0,16 0,12 0,063

Ni 0,84 0,25 0,95 0,71 0,46 0,25

ты н Cu 1,6 0,81 1,9 1,7 1,3 0,71

ен ме As 0,28 0,11 0,43 0,35 0,2 0,1

е л m Br 2 3,7 1,7 1,3 1 1,6

Rh 0,00055 0,00023 0,00071 0,00023 0,00024 <0.0002

Ag 0,014 0,011 0,017 0,017 0,0063 0,011

Sn 0,046 0,12 0,059 0,056 0,035 0,014

Sb 0,0071 0,012 0,014 0,0089 0,0063 0,0098

I 0,42 0,26 0,23 0,39 0,14 0,14

Hg 0,019 0,024 0,012 0,018 0,0074 0,0079

Bi 0,015 0,0074 0,013 0,021 0,011 0,0055

Таблица 2. Содержание редких элементов (ppm) в талломах Cetraria islandica

№ образца 2 3 4 5 7 9 10

Li 0,38 0,37 0,28 0,21 0,19 0,22 0,14

Be 0,043 0,031 0,0094 0,012 0,0039 0,0076 0,0033

Sc 0,19 0,19 0,14 0,14 0,11 0,14 0,075

Ti 14 13 15 8,5 9,4 15 3,7

V 0,4 0,41 0,48 0,31 0,69 0,45 0,21

Ga 0,26 0,17 0,12 0,15 0,088 0,11 0,048

Ge 0,029 0,014 0,0076 0,008 0,009 0,0055 0,0027

Se 0,31 0,14 0,08 0,059 0,11 0,058 0,068

Rb 7,1 8,7 13 13 7,4 9,7 8,5

Y 2,6 0,68 0,11 0,13 0,08 0,087 0,036

Zr 0,14 0,15 0,16 0,16 0,23 0,098 0,048

Nb 0,049 0,046 0,039 0,019 0,023 0,033 0,0074

Mo 0,034 0,019 0,018 0,018 0,029 0,016 0,0083

Cs 0,15 0,22 0,4 0,73 0,16 0,24 0,16

ты La 5,0 1,5 0,17 0,17 0,16 0,15 0,062

нт е Ce 6,9 2,8 0,33 0,34 0,3 0,3 0,12

еме Pr 0,88 0,3 0,041 0,043 0,036 0,037 0,015

Nd 3,2 1,1 0,16 0,17 0,14 0,14 0,055

Sm 0,49 0,19 0,033 0,033 0,026 0,029 0,011

Eu 0,036 0,018 0,0073 0,0074 0,0054 0,0066 0,003

Gd 0,65 0,23 0,036 0,039 0,029 0,033 0,013

Tb 0,074 0,025 0,0044 0,0048 0,0033 0,0038 0,0014

Dy 0,37 0,13 0,024 0,026 0,017 0,019 0,0077

Ho 0,071 0,023 0,0043 0,0054 0,003 0,0034 0,0014

Er 0,18 0,059 0,011 0,014 0,0075 0,0091 0,0037

Tm 0,022 0,0076 0,0016 0,0018 0,001 0,0012 0,0005

Yb 0,12 0,042 0,0098 0,011 0,0055 0,0074 0,0028

Lu 0,015 0,0057 0,0014 0,0017 0,00096 0,0011 0,00039

Ta 0,0026 0,0026 0,0017 0,0014 0,0017 0,0024 0,00063

W 0,0073 0,0056 0,0087 0,0078 0,032 0,0018 0,0016

Tl 0,00024 <0.0002 - 0,0053 0,013 - 0,0004

U 0,085 0,052 0,013 0,015 0,017 0,011 0,0012

Таблица 3. Содержание редких элементов (ppm) в талломах Cetraria laevigata

№ образца 1 б 8 11 12 13

Li 0,33 0,17 0,б8 0,24 0,27 0,18

Be 0,0088 0,003б 0,022 0,012 0,011 0,0043

Sc 0,17 0,079 0,32 0,15 0,13 0,12

Ti 14 2,9 27 11 7,3 2,9

V 0,51 0,13 0,87 0,4 0,27 0,097

Ga 0,12 0,042 0,23 0,13 0,09 0,04б

Ge 0,01 0,002б 0,014 0,01 0,00б3 0,0024

Se 0,082 0,043 0,075 0,078 0,0б2 0,02

Rb б,0 1,б 8,0 8,1 9,8 3,б

Y 0,18 0,07 0,24 0,18 0,18 0,033

Zr 0,13 0,053 0,35 0,18 0,15 0,043

Nb 0,038 0,0037 0,051 0,02б 0,02 0,0043

Mo 0,034 0,011 0,031 0,019 0,015 0,013

Cs 0,15 0,051 0,21 0,15 0,24 0,1б

ты La 0,24 0,11 0,57 0,2б 0,2 0,0б7

т н ен Ce 0,47 0,21 1,0 0,52 0,38 0,14

ме е Pr 0,057 0,02б 0,13 0,0бб 0,048 0,018

л m Nd 0,23 0,1 0,49 0,2б 0,19 0,071

Sm 0,044 0,022 0,09 0,052 0,04 0,014

Eu 0,01 0,0057 0,02 0,01 0,0087 0,0041

Gd 0,052 0,025 0,099 0,059 0,048 0,015

Tb 0,00б5 0,0031 0,011 0,007б 0,00б3 0,0017

Dy 0,03б 0,015 0,053 0,038 0,035 0,008

Ho 0,007 0,0027 0,009б 0,0073 0,007 0,0014

Er 0,019 0,0071 0,02б 0,018 0,018 0,0034

Tm 0,002б 0,00091 0,0033 0,0025 0,0025 0,00042

Yb 0,017 0,0049 0,02 0,01б 0,01б 0,0028

Lu 0,0024 0,00075 0,0029 0,0022 0,0022 0,00038

Ta 0,0025 0,00042 0,0021 0,0017 0,0015 0,00038

W 0,0091 <0.00021 0,033 0,0085 0,005б -

Tl 0,00бб - 0,0019 <0.0002 0,0053 -

U 0,021 0,00085 0,034 0,02 0,015 0,0009б

Выводы

В образцах исследованного лишайникового сырья обнаружено 60 элементов; из них 27 макро- и микроэлемента и 33 редких элемента.

Содержание токсичных элементов в исследованных образцах лишайников р. Cetraria не превышает предельно допустимых концентраций.

Список литературы

1. Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР. М., 1980. 339 с.

2. Александрова В.Д. Кормовая характеристика растений Крайнего Севера // Тр. НИИ полярного земледелия, животноводства и промыслового хозяйства. Сер. Оленеводство. 1940. Вып. 11. C. 29-39.

3. Андреев В.Н. Прирост кормовых лишайников и приемы его регулирования // Тр. БИН АН СССР. Сер. III. Геоботаника. Л., 1954. Вып. 9. C. 11-74.

4. Смирнова З.Н. Кормовые лишайники Крайнего Севера СССР: краткий определитель. Л, 1962. 72 с.

5. Курсанов А. Л., Дьячков Н.Н. Лишайники и их практическое использование. М.; Л, 1945. 56 с.

6. Карев Г.И., Кочевых В.П. О содержании аскорбиновой кислоты в кормовых лишайниках тундры // Ботанический

журнал. 1962. Т. 47. №11. C. 1686-1688.

7. Сафонова М.Ю., Саканян Е.И., Лесиовская Е.Е. Cetraria islandica (L) Ach.: химический состав и перспективы применения в медицине // Растительные ресурсы. 1999. Т. 35. №2. С. 106-115.

8. Amason, T., R. J. Hebda, and T. Johns. Use of plants for food and medicine by native реор^ of eastern Canada // Canadian Journal of Botany. 1981. 59 (11). Р. 2189-2325.

9. Современная фитотерапия / пер. с болг. София, 1988. 503 с.

10. Телятьев В.В. Целебные клады. Иркутск, 1991. 398 с.

11. Растительные лекарственные средства. Киев. 1985. 280 с.

12. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. М., 2002. 336 с.

13. Аржанова В.С., Скирина И.Ф. Значение и роль лихеноиндикационных исследований при эколого-геохимической оценке состояния окружающей среды // География и природные ресурсы. 2000. №4. С. 33-40.

14. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Хожина Е.И. Распределение радионуклидов и микроэлементов в лишайниковом покрове регионов Западной Сибири // Геология и геофизика. 2005. Т. 46. №2. С. 206-216.

15. Свирко Е.В., Страховенко В.Д. Тяжелые металлы и радионуклиды в слоевищах лишайников в Новосибирской области, Алтайском крае и Республике Алтай // Сибирский экологический журнал. 2006. №3. С. 385-390.

16. Reimann C., Caritat R. Chemical Elements in the Environment, Berlin-Heidelberg. 1998. 398 р.

17. Блюм О.Б. Швидкисть вгграчання водного запасу в кущистих та листуватых лишайниюв мезо- та ксеротичних мщевиростань // Украинский ботанический журнал. 1965. Т. 22. №1. C. 26-33.

18. Игумнова З.С., Шамурин В.Ф. Водный режим лишайников и мхов в тундровых сообществах // Ботанический журнал. 1965. Т. 50. №5. C. 702-709.

19. Вайнштейн Е.А. Некоторые вопросы физиологии лишайников. Минеральное питание // Ботанический журнал. 1982. Т. 67. №5. С. 561-571.

20. Манаков К.Н. Элементы биологического круговорота в лесотундровых ландшафтах Кольского полуострова // Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Л., 1971. С. 207-212.

Поступило в редакцию 1 апреля 2008 г.

После переработки 1б января 2009 г.