CC BY
27
№ 12 (54)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
декабрь, 2018 г.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ PEROVSKIA ABROTANOIDES KAR., ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ НА ТЕРРИТОРИИ КАДЖИ-САЙСКОГО УРАНОВОГО ХВОСТОХРАНИЛИЩА
Кыдыралиева Бермет Улановна
мл. науч. сотр. Кыргызско-Турецкого Университета «Манас»,
Кыргызская Республика, г.Бишкек E-mail: bermet. kidiraliyeva@manas. edu.kg
Курманбекова Гулбубу Токтосуновна
д-р биол. наук, профессор Кыргызско-Турецкого Университета «Манас»,
Кыргызская Республика, г.Бишкек E-mail: [email protected]
Чекиров Кадырбай Бекбалаевич
канд. биол. наук, доцент Кыргызско-Турецкого Университета «Манас»,
Кыргызская Республика, г.Бишкек E-mail: [email protected]
Озйигит Ибрахим Илкер
PhD, профессор Кыргызско-Турецкого Университета «Манас»,
Кыргызская Республика, г.Бишкек E-mail: [email protected]
Доган Илхан
PhD, доцент Измирского Технологического Института,
Турецкая Республика, г.Измир E-mail: ilhandogan@iyte. edu. tr
Солак Али Осман
PhD, профессор Кыргызско-Турецкого Университета «Манас»,
Кыргызская Республика, г.Бишкек E-mail: ali. solak@manas. edu. kg
THE MINERAL COMPOSITION OF SOME PEROVSKIA ABROTANOIDES KAR. ORGANS GROWING ON THE TERRITORY OF KADJI-SAI URANIUM TAILING POND
Bermet Kydyralieva
research assistant, Kyrgyz-Turkish Manas University,
Kyrgyzstan, Bishkek
Gulbubu Kurmanbekova
associate professor, Kyrgyz-Turkish Manas University,
Kyrgyzstan, Bishkek
Библиографическое описание: Минеральный состав Perovskia abrotanoides Kar., произрастающей на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. Кыдыралиева Б.У. [и др.]. 2018. № 12(54). URL: http://7universum. com/ru/ nature/archive/item/6613
№ 12 (54)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
декабрь, 2018 г.
Kadyrbai Chekirov
associate professor, Kyrgyz-Turkish Manas University,
Kyrgyzstan, Bishkek
Ibrahim Ilker Ozyigit
professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, Kyrgyzstan, Bishkek
Ilhan Dogan
associate professor, Izmir Institute of Technology,
Turkey, Izmir
Ali Osman Solak
professor, Kyrgyz-Turkish Manas University, Kyrgyzstan, Bishkek
АННОТАЦИЯ
Было проведено исследование территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища и измерены дозы радиации в данной местности. Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) определено количественное содержание кальция, магния и калия в образцах листьев, стеблей и корней перовскии полынной (Perovskia abrotanoides Kar.), произрастающей на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища. Установлено, что несмотря на высокое содержание всех трех исследуемых элементов в почве непосредственно над хвостохранилищем, в органах растения кальций находится в пределах нормы, а магний и калий - ниже допустимых значений.
ABSTRACT
A study was conducted on the territory of the Kaji-Sai uranium tailing and radiation doses were measured in the area. Quantitative content analysis of calcium, magnesium and potassium in samples of leaves, stems and roots of Perovskia abrotanoides Kar. growing on the territory of Kadji-Sai uranium tailing pond was performed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Despite the high content of all three studied elements in the soil directly above the tailing dump, calcium in the plant organs is within the normal range, and magnesium and potassium are below acceptable values.
Ключевые слова: минеральные элементы; перовския полынная; урановое хвостохранилище; ИСП-МС.
Keywords: mineral elements; Perovskia abrotanoides Kar; uranium tailing pond; ICP-MS.
Введение. Геохимические условия Иссык-Кульской котловины, находящейся на территории современного Кыргызстана, определяют повышенное содержание урана в почве и водах данного ареала, что является основой для выделения Иссык-Кульской котловины как естественной урановой биогеохимической провинции [5]. Для использования данной особенности местности с 1948 по 1969 гг. на южном берегу озера Иссык-Куль функционировал горнорудный комбинат по переработке урановой руды [3], производственные отходы которого были захоронены. Биомониторинг территории образованного хвостохранилища, содержащего опасные радиоактивные и химические элементы, точнее, изучение его влияния на растение семейства Губоцветных - перовскию полынную (Perovskia abrotanoides Kar.) стало целью данного исследования.
С течением времени в результате разрушения защитных барьеров уранового отвала, в котором не последнюю роль играет антропогенный фактор, происходят размыв и распыление уран-содержащей горной массы [2], что приводит к поступлению радиоактивных и химических элементов в растения аэральным и почвенным путями, соответственно,
при непосредственном загрязнении надземных частей растения и в процессе минерального питания растений [3].
Уран, который является основным компонентом отходов, захороненных в хвостохранилище Каджи-Сай, является актинидным тяжелым металлом, химически токсичным и радиоактивным [8]. В микроколичествах (10-5-10-6%) данный элемент обнаруживается во всех тканях растений, животных и человека [1], но при накоплении в достаточных количествах он может стать токсичным для них всех [15].
Как упоминалось ранее, одним из опасных свойств урана является радиоактивность. Экологические риски радиоактивных веществ давно привлекают внимание общественности во многих странах [1; 2; 3; 8; 14]. Согласно источникам литературы и данным собственных исследований, уровень радиации в поселке Каджи-Сай и прилегающей территории относительно невелик - 1830 мкР/час [3], а непосредственно над хвостохрани-лищем в местах особенно выраженных эрозионных процессов достигает до 200-300 мкр/ч. Однако, по данным Б.К.Калдыбаева [3], в некоторых местах разрушенного изолирующего слоя хвостохранилища
№ 12 (54)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
декабрь, 2018 г.
радиационный фон достигает до 1300 мкР/час, а верхний предел допустимой мощности дозы составляет около 50 мкР/час. Несмотря на это, ландшафт, а также поверхность уранового отвала не лишены растительности. Растения используются в качестве репрезентативной биоты для биологической оценки экологических рисков, таких как ионизирующая радиация, из-за их неподвижности [14]. В настоящее время антагонизм минеральных элементов и радионуклидов является актуальной темой современных исследований [10].
В районе Каджи-Сая, несмотря на угнетение ряда растений, наблюдается пышное развитие некоторых видов растений, в том числе перовскии полынной (Perovskia abrotanoides Kar.) из семейства губоцветных (Labiatae) [3]. Из литературных источников известно, что разные виды растений данного семейства содержат различные классы соединений, такие как эфирные масла, фенолы, флавоноиды и др. [13]. В народной медицине данное эфиромасличное растение применяется в качестве антисептического, антимикробного, седативного и обезболивающего средства, обладает фунгицидной активностью [4; 6; 13]. Основным компонентом эфирного масла, которое содержится в надземных органах растения, является камфора (до 26%), из-за чего растение востребовано и используется в фармацевтической промышленности [4].
Цель работы. В данном исследовании были проведены анализы на определение минерального состава перовскии полынной, произрастающей на
территории Каджи-Сайского уранового хвосто-хранилища, для изучения распределения химических элементов в некоторых органах растения при влиянии разного количества радиационных доз.
Материалы и методы. Были взяты образцы растений (Perovskia abrotanoides Kar.) - листья, стебли, корни - и почвы из четырех условных станций, непосредственно над Каджи-Сайским урановым хвостохранилищем и на различной степени удаленности от него. Также, в качестве контрольной группы, были взяты образцы из станции, удаленной от хвостохранилища на 10 км. Координаты и высота станций были определены с помощью 12-канального устройства GPS Garmin eTrex, а уровень радиации с помощью радиометрического дозиметра СРП 68-01.
Анализы на количественное содержание кальция (Ca), магния (Mg) и калия (К) в образцах были проведены методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).
Результаты и обсуждение Измерение дозы радиации Доза радиации на контрольной станции, удаленной от уранового отвала на расстояние 10 км, показывает значения от 16 до 19 мкР/час, в то время как на первой станции, которая находится непосредственно над хвостохранилищем от 36 до 100 мкР/час. При осмотре поверхности хвостохранилища были выявлены места выраженной эрозии почвы, и измерения в данных местах показали до 300 мкР/час. Результаты измерений радиации на пяти станциях показаны в нижеследующей таблице:
Таблица 1.
Результаты измерении радиации и географические данные станции
№ станции № измерений Координаты GPS Высота, м Доза радиации, мкР/час
1-ая станция (территория над хвостохранили-щем ) 1 42.153995N 77.217800E 1716 36-38
2 42.154186N 77.217722E 1710 40-42
3 42.153632N 77.217969E 1720 60-100 (в местах выраженной эрозии почвы 200-300)
1 42.152630N 77.219471E 1745 25
2-ая станция 2 42.152032N 77.219475E 1755 16-17
3 42.153347N 77.219629E 1733 18-21
1 42.156696N 77.216006E 1682 20-21
3-ая станция 2 42.157282N 77.216018E 1677 18-19
3 42.156398N 77.216226E 1684 19-21
1 42.164050N 77.213854E 1646 17-19
4-ая станция 2 42.164558N 77.214250E 1648 17-18
3 42.163846N 77.213546E 1648 18-20
5-ая станция (контрольная) 1 42.158614N 77.153580E 1618 18-19
2 42.158314N 77.153589E 1621 17-19
3 42.158012N 77.153588E 1623 16-18
Определение минеральных элементов образцов растений и почвы
Кальций. Нормальные значения кальция составляют 7000-15000 мг/кг сухого вещества (далее СВ) в почве [12], но в городах могут достигать 53 800 мг/кг [7]. По сравнению с контрольной группой
содержание Са выше на других станциях, но ниже нормальных границ, за исключением 1-й станции (рис.1). Допустимое содержание Са в растениях составляет от 1000 до 5000 мг/кг СВ [11]. Значения Са находятся в пределах нормы для разных частей растения (рис.2).
№ 12 (54)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
декабрь, 2018 г.
Рисунок 1. Концентрация кальция в почве на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища
Рисунок 2. Концентрация кальция в листьях, стеблях и корнях перовскии полынной
(Perovskia abrotanoides Kar.)
Магний. Содержание магния в почве на всех станциях, кроме 1 -й, выявлено в одинаковом количестве, что и на контрольной станции (рис.3), в пределах допустимой нормы - 300-8400 мг/кг СВ [9]. На 1-ой же количество магния выше нормальных лимитов. Результаты анализа растений показали, что содержание Mg ниже нормального уровня на всех
станциях (допустимое содержание - 15000-35000 мг/кг СВ) [11]. В образцах стеблей и листьев, количество магния меньше, чем в контрольных образцах. При анализе корней выявлено низкое содержание на 1-й и 2-й, но повышенное - на 3-й и 4-й станциях (рис.4).
Рисунок 3. Концентрация магния в почве на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища
Perovskia abrotanoides Kar. - Mg (мг/кг СВ)
1231.5 1285.7 2237.S 2698.3 3506.3 828.8 533.8 627.9 1443.7 1548.2 411.9 542.8 3348.2 3004.0 2895.2
Рисунок 4. Концентрация магния в листьях, стеблях и корнях перовскии полынной
(Perovskia abrotanoides Kar.)
Калий. Нормальные значения калия составляют ниже допустимых пределов и почти одинаково на 5000-25000 мг/кг СВ в почве [16]. Содержание К всех станциях, за исключением 1-й (рис.5).
№ 12 (54)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
декабрь, 2018 г.
Нормальный уровень К варьируется от 20 000 до 50 000 мг/кг СВ в растениях [11]. На рисунке 6 видно низкое содержание К в стеблях по сравнению с контрольной станцией и повышенное - на 1 -й
станции в листьях. На всех станциях во всех частях растения (кроме листьев на 1-ой станции) уровень К ниже нормальных пределов.
Рисунок 5. Концентрация калия в почве на территории Каджи-Сайского уранового хвостохранилища
Рисунок 6. Концентрация калия в листьях, стеблях и корнях перовскии полынной
(Perovskia abrotanoides Kar.)
Выводы. На 2 - 4-ой и на контрольной станциях наблюдается низкое содержание минеральных элементов в почве (за исключением магния). При этом, на 1 -й станции, где расположено хвостохранилище заметно увеличение содержания в почве всех трех исследуемых элементов в несколько раз. На 1 -ой станции наблюдаются повышенные по сравнению с остальными станциями дозы радиации, и уровень излучения здесь намного выше нормы. Высокое содержание калия, кальция и магния в почве на 1 -ой станции при довольно низком содержании на
остальных станциях, в совокупности с высокой дозой радиации может являться следствием техногенной загрязненности.
Судя по корневым и листовым показателям, происходит вынос элементов осадочными и грунтовыми водами с 1-ой на 3-ью и 4-ую станции, так как 2-ая станция находится на более высоком уровне, чем 1-ая. Также, низкое поглощение магния растениями при его нормальных значениях в почве может быть обусловлено антагонизмом с возможными тяжелыми металлами.
Список литературы:
1. Барановская Н.В., Игнатова Т.Н., Рихванов Л.П. Уран и торий в органах и тканях человека // Вестник Томского государственного университета. - 2010. - № 339. - С. 182-188.
2. Воробьев А.Е., Чекушин А.В., Тушев О.В. Проблемы радиационной безопасности Республики Кыргызстан // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2000. - № 11. - С. 1623.
3. Калдыбаев Б.К. Эколого-биогеохимическая оценка современного состояния природно-техногенных экосистем Прииссыккулья: Дис. канд. биол. наук. - Бишкек, 2012. - С. 38, 69, 131.
4. Рогова Н.А., Шалпыков К.Т., Джорупбекова Ж.Д. Ресурсы сырья и компонентный состав эфирного масла перовскии полынной (Perovskia abratanoides Karel) в условиях Иссык-Кульской котловины // Фундаментальные исследования. - 2014. - Т. 7. - № 8. - С. 1595-1599.
5. Современное состояние иссык-кульской урановой радиобиогеохимической провинции / Б.М. Дженбаев и др. // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2013. - Т. 53. - № 4. - С. 432-440.
6. Фармакогностическое описание перовскии полынной (Perovskia аbrotanoides Karel) / А.Р. Усупбекова и др. // Вестник КГМА им. ИК Ахунбаева. - 2014. - № 4. - С. 158-161.
7. Alekseenko V., Alekseenko A. The abundances of chemical elements in urban soils. Journal of Geochemical Exploration. 2014. V. 147. P. 245-249.
№ 12 (54)
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
декабрь, 2018 г.
8. Asie A. et al. Chemical toxicity and radioactivity of depleted uranium: the evidence from in vivo and in vitro studies. Environmental research. 2017. V. 156. P. 665-673.
9. Barker A.V., Pilbeam D.J. Handbook of plant nutrition. CRC press, 2007. V. 117. P. 415-416.
10. Gromova V.S. Effect of soil radiation pollution on the plant content of 137Cs and biogenic elements. Gigiena i sanitariia. 2010. No. 2. P. 42-44.
11. Hawkesford M. et al. Functions of macronutrients. In «Marscher's mineral nutrition of higher plants». 3rd edn (Ed. P Marschner). 2012. P. 135-189.
12. Kacar B., Katkat A.V. Plant Nutrition. Nobel Publication No. 849. Science and Biology Publication Series. Ankara. 2007. P. 125-130.
13. Pourhosseini S.H. et al. Genetic and Chemical Diversity in Perovskia abrotanoides Kar. (Lamiaceae) Populations Based on ISSR s Markers and Essential Oils Profile. Chemistry & biodiversity. 2018. V. T. 15. No. 3. P. 1-14, e1700508.
14. Ryu T.H. et al. Transcriptome-based biological dosimetry of gamma radiation in Arabidopsis using DNA damage response genes. Journal of environmental radioactivity. 2018. V. 181. P. 94-101.
15. Saric M.R., Stojanovic M., Babic M. Uranium in plant species grown on natural barren soil. Journal of Plant Nutrition. 1995. V. 18. No. 7. P. 1509-1518.
16. Unver I., Anac D. Toprak Bilgisi ve Bitki Besleme. Anadolu University Press, Eskishehir. Second Edition. 2013. P. 201-211.
