РЕЗЮМЕ. Химический состав всех растений представлен компонентами как органического, так и минерального происхождения. Минеральный комплекс влияет на организм человека, включает разнообразные макро-, микро-, ультрамикроэлементы, а также токсичные соединения. Синюха голубая давно разрешена к медицинскому использованию, однако до настоящего времени нет данных, дающих целостное представление о минеральном составе растения.
Цель исследования – изучение элементного состава растительного сырья синюхи голубой, культивируемой в Воронежской области.
Материалы и методы. Объекты исследования – высушенные образцы травы синюхи голубой первого и второго года вегетации, образец корневищ с корнями синюхи голубой второго года вегетации, заготовленные, согласно правилам сбора, от культивируемых растений в г. Боброве Воронежской области, а также почвы с места произрастания растений. Минеральный состав исследуемых объектов изучали методом хромато-массспектроскопии с индуктивно связанной плазмой.
Результаты. Методом хромато-масс-спектроскопии определено количественное содержание 43 элементов. Макроэлементы составляют значительную часть минерального комплекса растительного сырья синюхи голубой, присутствуют в количестве 92–95% в траве независимо от срока сбора сырья и 85,38% – в корневищах с корнями синюхи. Микроэлементы в траве синюхи содержатся в количестве 7,09 и 6,16% для первого и второго года вегетации соответственно. Токсичные элементы находятся в количестве 0,03 и 0,009% от общего содержания минеральных компонентов в траве синюхи, заготовленной в первый и второй годы жизни растения, соответственно и 0,013% – в корневищах с корнями синюхи.
Выводы. Установлены различия в аккумуляции элементов в зависимости от морфологической части растения, а также года вегетации. Показано, что все исследуемые органы синюхи голубой включают в себя высокое содержание калия, кальция и кремния. Элементами сильного накопления в траве синюхи являются фосфор, калий, кальций, ртуть. В корневищах с корнями к сильно накапливаемым элементам относятся фосфор, цинк, стронций. Согласно действующей нормативной документации на лекарственное растительное сырье, содержание тяжелых металлов и мышьяка в растительном сырье синюхи не превышает установленных значений. Показана зависимость содержания некоторых элементов в растении от их содержания в почве, что необходимо учитывать при культивировании и заготовке растительного сырья синюхи голубой.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: синюха голубая, минеральные компоненты, элементный состав, хромато-массспектроскопия, распределение по Перельману.
Для цитирования: Чистякова А.С., Болгов А.С., Шестакова Г.Ю., Гудкова А.А. Элементный состав травы и корневищ с корнями синюхи голубой, культивируемой в Воронежской области. Микроэлементы в медицине. 2025;26(1):45−53. DOI: 10.19112/2413-6174-2025-26-1-45-53.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время все больше заметна тенденция к возрождению интереса к растениям,
выпавшим по разным причинам из поля зрения
ученых. К подобным растениям относится синюха голубая, корневища с корнями которой являлись востребованными в качестве отхаркивающего и седативного средства до середины XX
века (Мальцева и др., 2010; Атаввулаева, Кароматов, 2018), далее растение было незаслуженно забыто. В наши дни, кроме подземных органов,
внимание исследователей привлекает трава синюхи голубой, входящая в состав биологически
активных добавок седативного действия. Известно, что все органы растения имеют богатый
химический состав, включающий в себя тритерпеновые сапонины, фенольные соединения, органические кислоты и др. (Шестакова и др.,
2021). По мере изучения растения выявляются
новые соединения в его составе, а также дополнительные фармакологические эффекты.
Химический состав всех растений представлен компонентами как органического, так и минерального происхождения. Минеральный комплекс способен проявлять собственное влияние на организм человека, включает разнообразные макро-, микро-, ультрамикроэлементы, а также токсичные соединения. Информация о составе и количественном содержании отдельных элементов позволяет предположить безопасность использования растительного сырья в медицинских целях (Лужанин и др., 2023). Элементы из почвы поглощаются растительным организмом неодинаково и концентрируются разными морфологическими частями по-разному, в зависимости от фазы вегетации растения, места его произрастания. Они вступают в биохимические процессы в растительном организме, влияют на синтез органических веществ, находятся в комплексах с последними в виде солей, что показывает значимость и актуальность исследования элементного состава растительного сырья.
Цель работы – изучение элементного состава растительного сырья синюхи голубой, культивируемой в Воронежской области.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектом в работе выступали два высушенных образца синюхи голубой травы и один образец синюхи голубой корневищ с корнями. Первый образец травы заготовлен на первый год
жизни растения в июне 2020 года, второй образец собирали во время цветения растения в июне
2021 года. Корневища и корни выкапывали на
второй год жизни растения в начале сентября
2021 года. В работе использовали растения,
культивируемые на частном участке в г. Боброве
Воронежской области. Выращивание синюхи голубой проводили без использования минеральных удобрений в экологически чистом месте.
После сбора образцы травы подвергали высушиванию в тени, образцы подземных органов, тщательно очистив от земли, высушивали в камерной сушилке при температуре 55 0
С. Растительное сырье хранили в картонных коробках в сухих
помещениях (ГФ РФ XIV, 2018; Санитарноэпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.3.2.1078-01, 2002).
Минеральный состав исследуемых объектов изучали методом хромато-масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой с использованием системы «ELAN-DRC». Пробоподготовку осуществляли согласно МВИ N 002-ХМС-2009 «Методика выполнения измерений массовых долей 62 элементов в почвах, донных отложениях, горных породах и сплавах цветных металлов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой», а также МУК 4.1.1483-03 «Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавок методом массспектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой» (Колосова, Тринеева, 2022). Перед проведением эксперимента, образцы травы и корневищ с корнями синюхи голубой подвергали измельчению до размера частиц сырья 0,5–1 мм. Точные навески образцов сырья синюхи голубой помещали в патрон из фторопласта и добавляли смесь плавиковой и азотной кислот, затем подвергали кислотному разложению с помощью систем микроволновой пробоподготовки. Пробу троекратно промывали деионизированной водой. Аликвоту отбирали автоматическим дозатором (1,0 мл), доводили до 10 мл азотной кислотой и использовали для определения элементного состава. Правильность определения контролировали с помощью метода добавок. Для получения рабочих стандартных растворов смешивали нескольких опорных многоэлементных стандартных растворов для масс-спектрометрии (Perkin-Elmer). стандартные растворы готовили путем смешивания нескольких опорных многоэлементных стандартных растворов для масс-спектрометрии (Perkin-Elmer) или аналогичные, содержащие разные группы элементов. Используемые референс-стандарты для анализа почв: почва дерново-подзолистая ГСО 5360- 90, ООКО-153, почва дерново-подзолистая супесчаная ГСО 2498-83-2500-83, СДПС-1, СДПС-2, СДПС-3. Для анализа проб растительного происхождения использовали ГСО состава травосмеси (Тр-1), ГСО 8922-2007, ГСО состава элодеи канадской (ЗК-1), ГСО 8921- 2007, ГСО состава листа березы (ЛБ-1), ГСО 8923-2007 (Гудкова 2019; Колосова и др. 2023).
Для математического расчета коэффициента биологического накопления минеральных компонентов в сырье синюхи голубой анализировали также и почву с места культивирования растений. Образцы почвы отбирали в момент заготовки растительного сырья, высушивали до постоянной массы, просеивали через сито с диаметром отверстий 0,50 мм (Гудкова, 2019; Дьякова, 2022; Дунилин, 2023).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В результате проведенного исследования в
изучаемых объектах определили 43 элемента (табл. 1 "Элементный состав травы и корневищ с корнями синюхи голубой" в приложенном pdf-файле). Сравнивая содержание элементов в изучаемых
объектах, выявили варьирование их количества в
зависимости от времени заготовки сырья. Макроэлементы составляют значительную часть минерального комплекса растительного сырья синюхи
голубой, они присутствуют в траве (в пересчете на
абсолютно сухое сырье) независимо от срока сбора
сырья в количестве 92–95%, в корневищах с корнями синюхи – 85,38%. Микроэлементы в траве
синюхи содержатся в количестве 7,09 и 6,16% для
первого и второго года вегетации соответственно.
Токсичные элементы находятся в количестве 0,03 и 0,009% от общего содержания минеральных компонентов в траве синюхи, заготовленной в первый и второй годы жизни растения соответственно, и 0,013% – в корневищах с корнями синюхи.
Минеральный комплекс синюхи голубой включает в себя также такой класс элементов, как лантаноиды цериевой группы, содержание которых в траве растения составило 0,001%, в подземных органах 0,01%. Лантаноиды в малых количествах перспективны к использованию в качестве антигипертензивных, гипогликемических и гипохолестеринэмических, гепатопротекторных, антикоагулянтных, противоопухолевых средств, способны влиять на ферментативную систему (Pałasz , Czekaj, 2000; Andreea Cârâc, 2017; Qize Zhang et al., 2021; Скобин и др., 2019).
Анализируя отдельные макроэлементы в корневищах с корнями синюхи, следует отметить, что в подземных органах в 11 раз выше содержание Na, в 1,5 раза Mg и в 1,2 раза P, чем в траве растения, заготовленной на втором году жизни. Однако количество K и Ca значительно ниже, чем в надземной части (на 64 и 12% соответственно). Суммарное содержание микроэлементов в корневищах с корнями синюхи голубой значительно выше, чем в траве, и составляет 21,6%.
Необходимо отметить, что как надземная, так и подземная части синюхи голубой включают в себя высокое содержание макроэлементов, особенно K (2,4 и 2,7% от массы сухого сырья для травы первого и второго года вегетации и 0,99% для подземных органов) и Ca (1,6 и 1,7% от массы сухого сырья для травы первого и второго года вегетации и 1,5% для подземных органов). Из микроэлементов преобладает Si (0,21 и 0,24% от массы сухого сырья для травы первого и второго года вегетации и 0,44% для подземных органов).
Поскольку все минеральные компоненты в растениях находятся в легко усваиваемой форме (в виде комплексов с органическими соединениями и минеральных водорастворимых солей), растительное сырье синюхи голубой может быть расценено в качестве дополнительного источника элементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Ежедневная потребность организма человека в кремнии составляет 20–30 мг в пересчете на SiO2. Кремний, содержащийся в растениях, образует комплексы с лигнином, входит в состав клеточных стенок (Колесников, 2001; Гинс, 2017), благодаря чему увеличивается его всасываемость (Зеленков и др., 2016). Кремний участвует в синтезе коллагена, костной ткани, укрепляет стенки капилляров, участвует в липидном обмене (Гинс, 2017), в иммунных реакциях, входит в состав митохондрий (Колесников, 2001). Содержащийся в растении в большом количестве кальций отвечает за формирование костной ткани, эластичность мышц, здоровье кожных покровов, положительно воздействует на сердечно-сосудистую и нервную систему (Михеева, 2013). Калий отвечает за нормальное проведение электрических импульсов внутри клетки, поддержании осмотического давления, кислотно-основного и водного баланса организма (Погожева и др., 2020).
При оценке доли некоторых элементов в сумме минеральных компонентов в растительном сырье синюхи, выявлено, что в траве синюхи голубой, независимо от года вегетации, элементы присутствуют в равных долях с преобладанием K и Ca (рис. 2 "Доли наиболее важных элементов в минеральном комплексе синюхи голубой" в приложенном pdf-файле).
Доли Ca и Sr в сумме элементов надземных и подземной части растения сходны, но на Ca в корневищах с корнями синюхи приходится большая часть (20,9% от всей суммы элементов). Кроме того, в растительном сырье и почвах с места культивирования синюхи голубой обнаружены элементы, содержащиеся в количествах менее 0,001 мкг/кг (Be, Ga, Tl, W, Au, а также, принадлежащие к классу лантаноидов: Er, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Yb, Tm, Eu, Lu).
В результате оценки коэффициента биологического накопления элементов травой и подземными органами синюхи голубой, зависимости между содержанием элементов в растительном сырье и почвах установлено не было. Выявлено, что к элементам сильного накопления в траве синюхи голубой относятся P, K, Ca и Hg (табл. 2 "Распределение элементов по их способности к накоплению в растительном сырье синюхи голубой" в приложенном pdf-файле). В корневищах с корнями энергично накапливается Hg, а к сильно накапливаемым элементам относятся P, Zn и Sr. Подобное различие в накоплении ртути между подземными и надземными органами растения может быть объяснимо способностью тканей надземной части растения к поглощению паров ртути из атмосферного воздуха (Гордеева и др., 2012).
К элементам слабого накопления и среднего захвата для травы первого года заготовки относятся Mg, Cu, Zn, Se, Sr, Mo и Sb, на втором году жизни дополнительно захватываются Rb и Bi, в подземных органах – Li, Ca, K, Co, Cu, Ge, Rb, Mo, Sb, Bi, U и др.
Несмотря на то, что содержание токсичных элементов (ртути и др.) в растении находится на допустимом уровне, установленном нормативной документацией (см. табл. 1 "Элементный состав травы и корневищ с корнями синюхи голубой" в приложенном pdf-файле), – свинца не более 6,0 мг/кг, ртути не более 0,1 мг/кг, мышьяка не более 0,5 мг/кг, кадмия не более 1,0 мг/кг (ГФ РФ XIV, 2018), при дальнейшем культивировании растения необходимо учитывать факт способности к накоплению и захвату для данных элементов.
Анализ данных литературы по содержанию некоторых элементов, на примере подземных органов синюхи голубой, заготовленных в Брянской области (Ториков, 2017), позволил установить особенности накопления элементов, аналогичные описанным в настоящей работе (табл. 3 "Сравнительный анализ содержания некоторых элементов в корневищах с корнями синюхи голубой, заготовленной в Воронежской и Брянской областях" в приложенном pdf-файле).
Среди макроэлементов наибольшей способностью накапливаться обладают K, Ca и P, среди микроэлементов – Al, Si и Mn. Необходимо отметить, что сырье, заготовленное в Брянской области, больше накапливает K, в то время как подземные органы, собранные в Воронежской области, интенсивнее накапливают Ca. Для объяснения закономерностей накопления данных элементов проведен анализ типов почв, который показал, что в Бобровском районе Воронежской области присутствует преимущественно чернозем обыкновенный, в то время как в Унечском районе Брянской области – дерново-подзолистые почвы.
Согласно единому реестру почвенных ресурсов России (Единый государственный реестр почвенных ресурсов России, 2019), в состав дерново-подзолистых почв в наибольшем количестве входят соединения кремния (около 80%), алюминия (около 10%), Fe (около 2,7%) и K (около 2,3%), в составе исследуемых образцов почвы (черноземов обыкновенных) преобладают Si (около 30%), Al (около 3,8%), железо (около 2,7%), кальций (около 1,8%) и калий (около 1,4%).
Таким образом, показано, что элементный состав синюхи голубой частично зависит от состава почв, что необходимо учитывать при заготовке растительного сырья и закладывании участков для культивирования растения.
ВЫВОДЫ
В результате проведенного исследования
проанализирован состав элементов травы и подземных органов синюхи голубой, заготовленной
в Воронежской области. Установлены различия в
их количественном содержании в зависимости от
морфологической части растения и года вегетации. Выявлено, что все органы растения накапливают K, Ca и Si. Показано, что ни в траве, ни в
корневищах с корнями синюхи голубой количества токсичных элементов не превышают ПДК,
установленные действующей нормативной документацией.
Расчет коэффициентов биологического накопления показал, что в траве синюхи способны накапливаться P, K, Ca и Hg, а в корневищах с корнями – Hg, P, Zn и Sr.
Сравнительный анализ содержания некоторых элементов в подземных органах синюхи голубой, заготовленных в Воронежской и Брянской областях, показал зависимость содержания некоторых элементов в растении от их содержания в почве, что необходимо учитывать при культивировании и заготовке растительного сырья синюхи голубой.
ЛИТЕРАТУРА
Атавуллаева Ш., Кароматов И.Д. Лекарственное растение синюха лазурная. Биология и интегративная медицина.
2018; 22(5): 67–72.
Гинс В.К., Гинс М.С., Колесников М.П. Содержание кремния во фракциях растительного белка. Овощи России. 2017;
34(1): 64–66.
Гордеева О.Н., Белоголова Г.А., Андрулайтис Л.Д. Биогеохимические особенности миграции ртути в системе «Почва
– растение» Южного Прибайкалья. Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2012;
3: 23–32.
Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV изд. 2018. Т. 4.
Гудкова А.А., Чистякова А.С., Сливкин А.И., Сорокина А.А. Сравнительное изучение минерального комплекса травы
горца почечуйного (Polygonum persicaria L.) и горца войлочного (Persicaria tomentósa (Schrank) E.P. Bicknell). Микроэлементы в медицине. 2019; 20(1): 25–42.
Дунилин А.Д., Тринеева О.В., Чистякова А.С., Гудкова А.А. Элементный состав каштана конского (Aesculus hippocastanum L.) цветков, произрастающего в Воронежской области. Микроэлементы в медицине. 2023; 24(3): 46–56.
Дьякова Н.А. Особенности накопления макро- и микроэлементов в траве тысячелистника обыкновенного флоры Воронежской области. Человек и его здоровье. 2022; 2: 90–96.
Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. 2019
Зеленков В.Н., Потапов В.В. Биологическая активность соединений кремния Часть 1. Природные и синтетические
кремнийсодержащие соединения. Медико-биологические аспекты (обзор литературы). Вестник Российской академии естественных наук. 2016; 3–12.
Колесников М.П. Формы кремния в растениях. Успехи биологической химии. 2001; 41: 301–332.
Колосова О.А., Тринеева О.В. Сравнительная оценка аккумуляции различных элементов из почвы сырьем валериан
сомнительной и волжской, произрастающих на территории Воронежской области. Микроэлементы в медицине. 2022; 23(1):
54–66.
Лужанин В.Г., Куркин В.А., Гравель И.В. Качество лекарственных растительных препаратов: новые аспекты и решения. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Регуляторные исследования и экспертиза
лекарственных средств. 2023; 13(2): 128–133.
Мальцева А.А., Брежнева Т.А., Сорокина А.А. Разработка методики хроматографического определения полимониозидов. Сорбционные и хроматографические процессы. 2014; 14(4): 684–690.
Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Пироговская Г.В., Ермолович И.Е. Перспективы использования кремниевых
препаратов в сельском хозяйстве (обзор научной литературы). Почвоведение и агрохимия. 2022; 68(1). 219–234.
Михеева Л.А., Брынских Г.Т., Миронычева Т.С. Сравнительный анализ содержания кальция в кальцийсодержащих
фармацевтических препаратах и биологически активных добавках. Ульяновский медико-биологический журнал. 2013; 1:
104–108.
Погожева А.В. Коденцова В.М. О рекомендуемом потреблении и обеспеченности населения калием и магнием. РМЖ.
2020; 28(3): 8–12.
Реут А.А., Денисова С.Г., Бекшенева Л.Ф., Аллаярова И.Н. Особенности накопления тяжелых металлов в некоторых
представителях родов Iris L., Narcissus L., Paeonia L. Аграрный вестник Урала. 2023; 236 (7): 93‒104.
Скобин М.И., Крюков Т.В., Феофанова М.А., Рясенский С.С. ИК-спектроскопическое исследование комплексного соединения церия (III) с высокомолекулярным гепарином. Вестник ТвГУ. Серия "Химия". 2019. №4. 117– 124 с.
Ториков В.Е., Мешков И.И. Особенности выращивания и элементный состав синюхи голубой (Polemonium coeruleum
L.). Пермский аграрный вестник. 2017; 18(2): 120–125.
Шестакова Г.Ю, Гудкова А.А., Чистякова А.С. Агафонов В.А. Органические кислоты синюхи голубой. Бюллетень
Государственного Никитского ботанического сада. 2021; 138: 85–89.
Andrea C. Biological and biomedical applications of the lanthanides compounds: a mini review. Proc. Rom. Acad., Series B.
2017; 19(2): 69–74.
Pałasz A., Czekaj P. Toxicological and cytophysiological aspects of lanthanides action. Acta Biochim Pol. 2000; 47(4): 1107–1114.
Zhang Q., O’Brien S., Grimm J. Biomedical Applications of Lanthanide Nanomaterials, for Imaging, Sensing and Therapy.
Nanotheranostics. 2022; 6(2): 184–194.