DOI 10.34014/2227-1848-2020-2-145-156

ACCUMULATION OF HEAVY METALS AND ARSENIC IN GREAT NETTLE (URTICA DIOICA L.) LEAF TISSUES

N.A. Dyakova

Voronezh State University, Voronezh, Russia

 

The aim of the paper was to study the heavy metal contamination of medical herbs in the Voronezh region. The authors analyzed leaf tissues of Urtica Dioica L. collected in urban and agroecosystems and exposed to various anthropogenic effects.

Materials and Methods. Heavy metal (including lead, mercury, cadmium, nickel, copper, zinc, cobalt, chromium) and arsenic concentrations were studied in 51 samples of Urtica Dioica L. leaf tissues. The research was conducted by atomic absorption spectrometry, using MGA-915MD atomic absorption spectrometer in accordance with a pharmacopoeia method.

Results. All samples met the regulatory requirements on standardized heavy metal (lead, cadmium, mercury) and arsenic concentrations.

Comparing the data on the heavy metal concentrations in Urtica Dioica L. leaf tissues and in the upper soil layers collected in the Voronezh region, the authors state that there are significant physiological barriers that prevent ecotoxicant accumulation in the generative plant tissues. It is especially evident for such elements as lead, mercury, arsenic, cadmium, cobalt and chrome. Urtica Dioica L. is able to selectively accumulate some heavy metals constituting the enzyme active sites (e.g., copper and zinc), if their environmental concentrations are below a certain vital level. The plant can also block the delivery of these elements into leaf tissues if their environmental concentrations in the soil are too high. It can be assumed that under anthropogenic load manifested in technogenic environmental pollution a peculiar edaphic type is being formed for Urtica Dioica L. as a result of selection and adaptation to such conditions.

Conclusion. Urtica Dioica L. leaf tissues accumulate toxic elements from soils, which is important when planning the places for procuring medicinal plant material and assessing its quality.

Keywords: Voronezh region, Urtica Dioica L. leaf tissues, heavy metals, arsenic.

Conflict of interest. The author declare no conflict of interest.

 

References

  1. Dyakova N.A. Otsenka ekologicheskogo sostoyaniya obraztsov verkhnikh sloev pochv i korney oduvanchika lekarstvennogo, otobrannykh na territorii Voronezhskoy oblasti [Assessment of the ecological condition of samples of the top layers of soils and roots of dandelion medicinal selected in the Voronezh region]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2016; 2: 119–126 (in Russian).

  2. Dyakova N.A., Slivkin A.I., Gaponov S.P. Sravnenie osobennostey nakopleniya osnovnykh toksicheskikh elementov tsvetkami lipy serdtsevidnoy i pizhmy obyknovennoy [Comparison of accumulation characteristics of the main toxic elements by the flowers of Tilia cordata and Tanacetum vulgare]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2017; 1: 148–154 (in Russian).

  3. Dyakova N.A. Effektivnost' i radiatsionnaya bezopasnost' lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya podorozhnika bol'shogo, sobrannogo v Tsentral'nom Chernozem'e [Efficiency and radiation safety of medicinal plant material of Plantago major, collected in the Central Black Earth Region]. Razrabotka i registratsiya lekarstvennykh sredstv. 2018; 3 (24): 140–143 (in Russian).

  4. Dyakova N.A., Slivkin A.I., Gaponov S.P. Otsenka effektivnosti i bezopasnosti lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya podorozhnika bol'shogo, sobrannogo v Tsentral'nom Chernozem'e [Evaluation of the efficacy and safety of medicinal plant material of Plantago major, collected in the Central Black Earth Region]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2018; 1: 124–131 (in Russian).

  5. Trineeva O.V., Slivkin A.I. Issledovanie mikroelementnogo sostava list'ev krapivy dvudomnoy [Analysis of the microelement composition of urtica dioica leaf tissues]. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Meditsina. Farmatsiya. 2015; 22 (219): 169–174 (in Russian).

  6. Slivkin A.I., Trineeva O.V. Issledovaniya elementnogo sostava lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya metodom mass-spektrometrii (na primere list'ev krapivy dvudomnoy i plodov oblepikhi krushinovidnoy) [Analysis of the elemental composition of medicinal plant materials by mass spectrometry (Utica Dioica leaf tissues and Hippophae rhamnoides L fruits)]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2016; 1: 152–156 (in Russian).

  7. Kurkin V.A. Farmakognoziya [Pharmacognosy]. Samara: Ofort; 2004. 1180 (in Russian).

  8. Velikanova N.A., Gaponov S.P., Slivkin A.I. Ekootsenka lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya v urbousloviyakh g. Voronezha [Ecological evaluation of medicinal plant materials in urban conditions in Voronezh]. LAMBERT Academic Publishing; 2013: 211 (in Russian).

  9. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossiyskoy Federatsii [State Pharmacopoeia of the Russian Federation]. Izdanie XIV. Tom 2. Moskva: FEMB; 2018. 1423 (in Russian).

  10. Semenova I.N., Singizova G.Sh., Zulkaranaev A.B., Il'bulova G.Sh. Vliyanie medi i svintsa na rost i razvitie rasteniy na primere Anethum graveolens L. [Influence of copper and lead on the growth and development of plants on the example of Anethum graveolens L.]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015; 3. Available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19568 (access date: 10.11.2019) (in Russian).

  11. Nemereshina O.N., Gusev N.F., Petrova G.V., Shaykhutdinova A.A. Nekotorye aspekty adaptatsii Polygonum aviculare L. k zagryazneniyu pochvy tyazhelymi metallami [Some aspects of Polygonum aviculare L. adaptation to heavy metal soil pollution]. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012; 1 (33): 230–234 (in Russian).

  12. Zaytseva M.V., Kravchenko A.L., Stekol'nikov Yu.A., Sotnikov V.A. Tyazhelye metally v sisteme pochva-rastenie v usloviyakh zagryazneniya [Heavy metals in the soil-plant system under pollution]. Uchenye zapiski Orlovskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Estestvennye, tekhnicheskie i meditsinskie nauki. 2013; 3: 190–192 (in Russian).

  13. Austenfeld F.A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde. Bd. 142. 1979; 6: 769–777.

  14. Sharma D.S., Chatterjee C., Sharma C.P. Chromium accumulation and its effects on wheat (Triticum aestivum L. cv. HD 2204) metabolism. Plant. Sci. 1995; 2: 145–151.

  15. Buszewski B., Jastrzebska A., Kowalkowski T. Monitoring of Selected Heavy Metals Uptake by Plants and Soils in the Area of Torun. Poland Polish Journal of Environmental Studies. 2000; 6: 511–515.

  16. Cataldo D.A., Wildung R.Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants. Environ. Health Perspect. 1978; 27: 149–159.

  17. Castanheiro A., DeWael K., Samson R. Urban green as indicator of metal pollution. 15th Castle Meeting New trends on Paleo, Rock and Environmental Magnetism. Dinant; 2016: 15–17.

  18. Castanheiro A., Samson R., DeWael K. Magnetic- and particle-based techniques to investigate metal deposition on urban green. Science of the Total Environment. 2016; 571: 594–602.

Received 17 December 2019; accepted 20 March 2020.

 

Information about the author

Dyakova Nina Alekseevna, Candidate Sciences (Biology), Associate Professor, Department of Pharmaceutical Chemistry and Pharmaceutical Technology, Voronezh State University. 394007, Russia, Voronezh, Universitetskaya Square, 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-0766-3881.

 

For citation

Dyakova N.A. Nakoplenie tyazhelykh metallov i mysh'yaka list'yami krapivy dvudomnoy (Urtica dioica L.) [Accumulation of heavy metals and arsenic in great nettle (Urtica Dioica L.) leaf tissues]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2020; 2: 145–156. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-2-145-156 (in Russian).

 

УДК 574.24:615.322

DOI 10.34014/2227-1848-2020-2-145-156

НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И МЫШЬЯКА ЛИСТЬЯМИ КРАПИВЫ ДВУДОМНОЙ (URTICA DIOICA L.)

Н.А. Дьякова

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», г. Воронеж, Россия

 

Целью исследования являлось изучение загрязнения тяжелыми металлами лекарственного растительного сырья Воронежской области на примере листьев крапивы двудомной, собранных в урбо- и агроэкосистемах, испытывающих различное антропогенное воздействие.

Материалы и методы. Содержание тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия, никеля, меди, цинка, кобальта, хрома) и мышьяка изучалось в 51 образце листьев крапивы двудомной. Исследование проводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии на базе атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915МД по фармакопейным методикам.

Результаты. Все образцы удовлетворяли требованиям нормативной документации по содержанию нормируемых тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути) и мышьяка. При сравнении данных по содержанию тяжелых металлов в верхних слоях почв региона и в листьях крапивы двудомной можно отметить наличие значительных физиологических барьеров, препятствующих накоплению экотоксикантов в генеративных органах растения, что особенно заметно для таких элементов, как свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, кобальт и хром. Оказалось, крапива двудомная способна избирательно концентрировать некоторые тяжелые металлы, входящие в активные центры ферментных систем (например, медь и цинк), в том случае, если их содержание в окружающей среде ниже некоторого жизненно важного уровня, и блокировать поступление данных элементов в листья при значительном их содержании в почвах. Можно предполагать, что для крапивы двудомной в условиях антропогенной нагрузки, проявляющейся в техногенном загрязнении внешней среды, в результате действия отбора и адаптации к этим условиям происходит формирование эдафотипа.

Выводы. Листья крапивы двудомной незначительно накапливают токсические элементы из почв, что важно при планировании мест заготовки лекарственного растительного сырья и оценке его качества.

Ключевые слова: Воронежская область, листья крапивы двудомной, тяжелые металлы, мышьяк.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

 

Литература

  1. Дьякова Н.А. Оценка экологического состояния образцов верхних слоев почв и корней одуванчика лекарственного, отобранных на территории Воронежской области. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2016; 2: 119–126.

  2. Дьякова Н.А., Сливкин А.И., Гапонов С.П. Сравнение особенностей накопления основных токсических элементов цветками липы сердцевидной и пижмы обыкновенной. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2017; 1: 148–154.

  3. Дьякова Н.А. Эффективность и радиационная безопасность лекарственного растительного сырья подорожника большого, собранного в Центральном Черноземье. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018; 3 (24): 140–143.

  4. Дьякова Н.А., Сливкин А.И., Гапонов С.П. Оценка эффективности и безопасности лекарственного растительного сырья подорожника большого, собранного в Центральном Черноземье. Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2018; 1: 124–131.

  5. Тринеева О.В., Сливкин А.И. Исследование микроэлементного состава листьев крапивы двудомной. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Сер. Медицина. Фармация. 2015; 22 (219): 169–174.

  6. Сливкин А.И., Тринеева О.В. Исследования элементного состава лекарственного растительного сырья методом масс-спектрометрии (на примере листьев крапивы двудомной и плодов облепихи крушиновидной). Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2016; 1: 152–156.

  7. Куркин В.А. Фармакогнозия. Самара: Офорт; 2004. 1180.

  8. Великанова Н.А., Гапонов С.П., Сливкин А.И. Экооценка лекарственного растительного сырья в урбоусловиях г. Воронежа. LAMBERT Academic Publishing; 2013: 211.

  9. Государственная фармакопея Российской Федерации. Издание XIV. Том 2. Москва: ФЭМБ; 2018. 1423.

  10. Семенова И.Н., Сингизова Г.Ш., Зулкаранаев А.Б., Ильбулова Г.Ш. Влияние меди и свинца на рост и развитие растений на примере Anethum graveolens L. Современные проблемы науки и образования. 2015; 3. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19568 (дата обращения: 10.11.2019).

  11. Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф., Петрова Г.В., Шайхутдинова А.А. Некоторые аспекты адаптации Polygonum aviculare L. к загрязнению почвы тяжёлыми металлами. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012; 1 (33): 230–234.

  12. Зайцева М.В., Кравченко А.Л., Стекольников Ю.А., Сотников В.А. Тяжелые металлы в системе почва-растение в условиях загрязнения. Ученые записки Орловского государственного университета. Сер. Естественные, технические и медицинские науки. 2013; 3: 190–192.

  13. Austenfeld F.A. Zur Phytotoxizital von Nickel und Kobaltsalzen in Hydrokultur bei Phaseolum vulgaris L. Z. Pflanzenernahr. und Bodenkunde. Bd. 142. 1979; 6: 769–777.

  14. Sharma D.S., Chatterjee C., Sharma C.P. Chromium accumulation and its effects on wheat (Triticum aestivum L. cv. HD 2204) metabolism. Plant. Sci. 1995; 2: 145–151.

  15. Buszewski B., Jastrzebska A., Kowalkowski T. Monitoring of Selected Heavy Metals Uptake by Plants and Soils in the Area of Torun. Poland Polish Journal of Environmental Studies. 2000; 6: 511–515.

  16. Cataldo D.A., Wildung R.Е. Soil and plant factors influencing the accumulation of heavy metals by plants. Environ. Health Perspect. 1978; 27: 149–159.

  17. Castanheiro A., DeWael K., Samson R. Urban green as indicator of metal pollution. 15th Castle Meeting New trends on Paleo, Rock and Environmental Magnetism. Dinant; 2016: 15–17.

  18. Castanheiro A., Samson R., DeWael K. Magnetic- and particle-based techniques to investigate metal deposition on urban green. Science of the Total Environment. 2016; 571: 594–602.

Поступила в редакцию 17.12.2019; принята 20.03.2020.

 

Авторский коллектив

Дьякова Нина Алексеевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры фармацевтической химии и фармацевтической технологии, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет». 394007, Россия, г. Воронеж, Университетская пл., 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-0766-3881.

 

Образец цитирования

Дьякова Н.А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.). Ульяновский медико-биологический журнал. 2020; 2: 145–156. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-2-145-156.