БИОАККУМУЛЯЦИЯ СЕЛЕНА И ЕГО АНТАГОНИСТОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

Для организмов животных и человека селен является одним из важных микроэлементов. Он принимает активное участие в антиоксидантных процессах, усиливая действие витаминов А и Е, поддерживает работу иммунной системы, предупреждает патологии сердца. Важно следить за его содержанием в пище человека и в корме животных, так как избыток селена, так же как и недостаток, может привести к серьезным последствиям [1, 2]. В организм человека и животных селен поступает с растениями, которые в свою очередь поглощают его из почвы.

На количество селена в растениях влияют такие элементы, находящиеся в почве, как медь, мышьяк, кадмий, цинк и свинец, - антагонисты селена [4]. При повышенных концентрациях этих элементов растения меньше усваивают селен из почвы и наоборот.

Цель исследования: определение содержания селена и элементов-антагонистов селена (Cu, Zn, Pb, As, Cd) в растительном сырье и почве.

В качестве объектов исследования выбраны почва и растения семейства Бобовые (Fabaceae): Астрагал шерстистоцветковый (Astragalus dasyanthus Pall.), Донник лекарственный (Melilotus officinalis L.),  Донник белый (Melilotus albus Medik.), Клевер ползучий (Trifolium repens L.), Клевер луговой (Trifolium pratense L.), Люцерна посевная (Medicago sativa L.) Люцерна серповидная (Medicago falcata L.).

Задачи исследования:

1. Проанализировать содержание селена в почве и в исследуемых растениях.

2. Исследовать содержание свинца, меди, мышьяка, кадмия и цинка в почве и в растительном сырье.

3. Рассчитать коэффициенты биологического поглощения КБП селена и исследуемых элементов.

Материалы и методы исследования

Сбор почвы и сырья проводился в конце июля на территории города Бирск Республики Башкортостан (рис.1). Исследуемая территория находится в зоне северной лесостепи, почвенный покров серый лесной, верхний слой почвы имеет суглинистый гранулометрический состав.

Рисунок 1. Фото местности со спутника. Красным квадратом указана исследуемая территория

Собраны надземная часть с корнем астрагала, донника белого, донника лекарственного, клевера ползучего, клевера лугового, люцерны посевной, люцерны серповидной и взята почва на месте сбора трав. Растительное сырье в течение 3 – 4 недель сушилось в темном проветриваемом помещении при температуре +25–30 °С. Пробы растений были подготовлены к анализу в соответствии ГОСТ 24027.0–80 [3] и  ОФС.1.1.0005.15 [6], пробы почв – в соответствии с «Методическими указаниями…»[5] и ПНД Ф 16.1:2.2:2.3.36-02 [7].

Анализ проводился на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-Z.ЭТА с электротермической атомизацией пробы в графитовой печи. В пробах растений и почвы определяли содержание селена, свинца, мышьяка, меди, кадмия и цинка.

Результаты и их обсуждение

В таблице 1 представлены результаты содержания селена и его антагонистов в астрагале и в почве, в таблице 2 – в доннике белом и в почве, в таблице 3 – в доннике лекарственном и в почве, в таблице 4 – в клевере ползучем и в почве, в таблице 5 – в клевере луговом и в почве, в таблице 6 – в люцерне посевной и в почве, в таблице 7 – в люцерне серповидной и в почве. К каждому растению в таблицах приведены коэффициенты биологического поглощения определяемых элементов.

Таблица 1

Содержание селена и его антагонистов в астрагале шерстистоцветковом (Astragalus dasyanthus Pall.) и в почве, мкг/кг

Из таблицы 1 видно, что астрагал извлекает селена больше, чем его содержится в почве (КБП составляет 2,06), то есть происходит накопление элемента. Медь астрагалом усваивается слабее селена (КБП равен 1,4), в свою очередь меньше, чем меди, астрагал поглощает из почвы цинка (КБП равен 0,67). Относительно одинаково поглощаются растением кадмий и мышьяк (КБП равны 0,22 и 0,23 соответственно). Вероятно, на накопление селена астрагалом шерсистоцветковым наибольшее влияние оказывает поглощаемая медь, а ионы свинца, кадмия и мышьяка присутствуют в почве скорее в нерастворимых формах и по отношению к ним существуют корневые барьеры.

Таблица 2

Содержание селена и его антагонистов в доннике лекарственном (Melilotus officinalis L.) и в почве, мкг/кг

Таблица 3

Содержание селена и его антагонистов в доннике белом (Melilotus albus Medik.)  и в почве, мкг/кг

По таблицам 2 и 3 видно, что донники разного вида в разной степени накапливают селен и медь. Однако донник лекарственный, по сравнению с белым видом донника, поглощает больше селена (КБП составляют 1,68 и 1,14 соответственно) и меди (КБП равны 1,88 и 0,87 соответственно). Возможно, у астрагала шерстистоцветкового и у донников белого и лекарственного схожие корневые барьеры для ионов свинца, мышьяка и кадмия.

Таблица 4

Содержание селена и его антагонистов в клевере ползучем (Trifolium repens L.) и в почве, мкг/кг

Таблица 5

Содержание селена и его антагонистов в клевере луговом (Trifolium pratense L.) и в почве, мкг/кг

По таблицам 4 и 5 можно заметить, что обоими видами клевера примерно одинаково накапливают кадмий (КБП для клевера ползучего составляет 1,55, для клевера лугового – 1,23) и мышьяк (КБП для клевера ползучего – 0,61, для клевера лугового – 0,56). Однако клевер ползучий по сравнению с луговым больше поглощает селен и цинк (КБП селена соответственно составляют 0,63 и 0,32; КБП цинка – 1,55 и 1,23). Клевером луговым больше усваивается свинец и медь (КБП равны 2,05 и 2,32, по сравнению с клевером ползучим, для которого КБП равны 1,27 и 1,98).

Таблица 6

Содержание селена и его антагонистов в люцерне посевной (Medicago sativa L.) и в почве, мкг/кг

Таблица 7

Содержание селена и его антагонистов в люцерне серповидной (Medicago falcata L.)  и в почве, мкг/кг

В таблицах 6 и 7 заметны различия в поглощении разными видами люцерны свинца (КБП 0,68 и 2,71 соответственно), цинка (КБП составляют 0,69 и 1,46) и мышьяка (КБП соответственно 0,64 и 0,17).

По результатам исследования можно сделать выводы:

• Определено содержание селена в почве и в исследуемых растениях Бирского района Республики Башкортостан. Растения одного семейства в разной степени усваивают селен из почвы. Наибольшее накопление селена происходило Астрагалом шерстистоцветковым.
• Исследовано содержание элементов-антагонистов селена (Cd, Cu, Zn, Pb и As) в почве и в растительном сырье Бирского района Республики Башкортостан. Показано, что в среднем растениями больше поглощается меди и цинка, кадмий усваивается растениями меньше всего. Мышьяк и свинец растения одного семейства усваивают по-разному.
• Рассчитан коэффициент биологического поглощения КБП селена и тяжелых металлов. Для астрагала и видов донника Se является элементом сильного накопления, для видов клевера и люцерны – среднего захвата. Pb для астрагала, видов донника и люцерны посевной – элемент среднего захвата, а для видов клевера и люцерны серповидной – сильного накопления. Для астрагала, видов клевера, донника лекарственного и люцерны серповидной Cu – элемент сильного поглощения, для люцерны посевной и донника белого – среднего захвата. Cd для всех исследуемых растений кроме донника белого является элементом среднего захвата, для донника белого – слабого захвата. Zn для видов клевера и люцерны серповидной – элемент сильного накопления, для остальных растений – среднего захвата. As является элементом среднего захвата для всех исследуемых растений.

Список литературы:

1. Блинохватов А. Ф. Селен в биосфере / А. Ф. Блинохватов, Г. В. Денисова, Д. Ю. Ильин и др. – Пенза: РИО ПГСХА, 2001. –  С. 7 – 22.
2. Голубкина Н. А., Папазян Т. Т. Селен в питании. Растения, животные, человек. — М.: Печатный город, 2006. — 254 с.
3. ГОСТ 24027.0–80 «Сырье лекарственное растительное. Правила приемки и метода отбора проб».
4. Кабата–Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – С. 106 – 108, 272 – 283.
5. «Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства». – Москва: ЦИНАО, 1992.
6. ОФС.1.1.0005.15 «Отбор проб лекарственного растительного сырья и лекарственных растительных препаратов».
7. ПНД Ф 16.1:2.2:2.3.36-02 «Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца, никеля и марганца в почвах, донных отложениях и осадках сточных вод методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии».