Ulyanovsk Medico-biological Journal

GENERAL BIOLOGY

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2022-2-139-147

ACCUMULATION OF MACRO- AND MICROELEMENTS IN LEAVES OF STINGING NETTLE (URTICA DIOICA L.)

N.A. D'yakova

Voronezh State University, Voronezh, Russia

 

Studies of the ultimate composition of wild-growing raw materials are relevant and significant due to the high efficiency and bioavailability of organometallic forms contained in plants. However, the available information on the content of elements in the medicinal plant raw materials in the Voronezh region concerns only a few elements. The lack of information does not allow us to determine the complete chemical composition of plants and to describe how the entire complex of mineral substances is accumulated in them.

The aim of the study is to examine how macro- and trace elements are accumulated in the leaves of the stinging nettle in natural plant community of the Voronezh region.

Materials and Methods. The harvesting of medicinal plant raw materials was carried out in the Voronezh State Nature Biosphere Reserve during the flowering period. The trace element sample composition was studied mass-spectroscopically (ELAN-DRC).

Results. The proportion of trace elements in the leaves of stinging nettle was 7.68 %, in absolutely dry raw material equivalent. Only 59 elements were found in its leaves. Of these, 86.87 % were macroelements, the main ones being potassium (>26.5 mg/g) and calcium (>26 mg/g). Essential trace elements made up 12.68 % of the total plant mineral complex. Silicon (>9.2 mg/g) and iron (>0.3 mg/g) dominated among trace elements. The content of standardized heavy metals and arsenic corresponded to regulatory documentation. The proportion of toxic and under-investigated elements was 0.45 %. The highest content was observed for strontium (156.78 µg/g), aluminum (128.4 µg/g), barium (31.16 µg/g), rubidium (21.5 µg/g), titanium (3.26 µg /g), and tin (1.35 μg/g). Thus, the leaves of stinging nettle easily accumulated phosphorus, potassium, magnesium, calcium, molybdenum, copper, zinc, mercury, strontium, tin, nickel, chromium, manganese, cadmium, and rubidium from the soil.

Key words: stinging nettle, trace elements, macroelements, medicinal plant raw material, accumulation coefficients, Voronezh region.

 

References

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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. [Impact of copper and lead on the growth and development of plants: Anethum graveolens L. case study]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015; 3: Available at: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19568 (accessed: November 10, 2019) (in Russian).

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

  9. 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 polluted conditions]. Uchenye zapiski Orlovskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennye, tekhnicheskie i meditsinskie nauki. 2013; 3: 190–192 (in Russian).

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

  11. D'yakova 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 [Assessment of efficiency and safety of medicinal plant raw materials of the common plantain, collected in the Central Black Earth Region]. Vestnik VGU. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2018; 1: 124–131 (in Russian).

  12. D'yakova N.A., Samylina I.A., Slivkin A.I., Gaponov S.P., Kukueva L.L., Myndra A.A., Shushunova T.G. 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 territory of the Voronezh region]. Vestnik VGU. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2016; 2: 119–126 (in Russian).

  13. D'yakova N.A., Slivkin A.I., Gaponov S.P. Sravnenie osobennostey nakopleniya osnovnykh toksicheskikh elementov tsvetkami lipy serdtsevidnoy i pizhmy obyknovennoy [Comparison of features of accumulation of the basic toxic elements in the flowers of Tilia Cordata and Tanacetum Vulgare]. Vestnik VGU. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2017; 1: 148–154 (in Russian).

  14. D'yakova N.A. Nakoplenie tyazhelykh metallov i mysh'yaka list'yami krapivy dvudomnoy (Urtica dioi- ca L.) [Accumulation of heavy metals and arsenic in great nettle (Urtica dioica L.) leaf tissues]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2020; 2: 145–156 (in Russian).

  15. Dyakova N., Gaponov S., Slivkin Al., Chupandina El. Accumulation of artificial and natural radionuclides in medicinal plant materialin the Central Black Soil Region of Russia. Advances in Biological Sciences Research. 2019; 7: 94–96.

  16. Trineeva O.V., Slivkin A.I. Issledovanie mikroelementnogo sostava list'ev krapivy dvudomnoy [Examination of the microelement composition of stinging nettle leaves]. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Meditsina. Farmatsiya. 2015; 22 (219): 169–174 (in Russian).

  17. 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) [Examination of the elemental composition of medicinal plant raw materials by mass spectrometry (stinging nettle leaves and sea buckthorn fruits case study)]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya. 2016; 1: 152–156 (in Russian).

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

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

  20. Velikanova N.A., Gaponov S.P., Slivkin A.I. Ekootsenka lekarstvennogo rastitel'nogo syr'ya v urbousloviyakh g. Voronezha [Eco-assessment of medicinal plant raw materials in the urban conditions of Voronezh]. LAMBERT Academic Publishing; 2013. 220 (in Russian).

Received 12 March 2022; accepted 05 April 2022.

 

Information about the author

D'yakova Nina Alekseevna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Pharmaceutical Chemistry and Pharmaceutical Technology, Voronezh State University. 394007, Russia, Voronezh, Universitetskaya Sq., 1; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-0766-388

 

For citation

D'yakova N.A. Osobennosti nakopleniya makro- i mikroelementov list'yami krapivy dvudomnoy (Urtica dioica L.) [Accumulation of macro- and microelements in leaves of stinging nettle (Urtica dioica L.)]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2022; 2: 139–147. DOI: 10.34014/2227-1848-2022-2-139-147 (in Russian).


Скачать статью

УДК 574.24:615.322

DOI 10.34014/2227-1848-2022-2-139-147

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЛИСТЬЯМИ КРАПИВЫ ДВУДОМНОЙ (URTICA DIOICA L.)

Н.А. Дьякова

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

 

Исследования элементного состава дикорастущего сырья являются актуальными и значимыми в силу высокой эффективности и биологической доступности металлоорганических форм, содержащихся в растениях. Однако имеющиеся сведения о содержании элементов в лекарственном растительном сырье Воронежской области касаются лишь нескольких элементов, что не позволяет определить полный химический состав растений и описать специфику накопления в них всего комплекса минеральных веществ.

Цель исследования – изучение особенностей накопления макро- и микроэлементов в листьях крапивы двудомной естественного фитоценоза Воронежской области.

Материалы и методы. Заготовку сырья осуществляли в Воронежском биосферном заповеднике в период цветения растения. Микроэлементный состав образцов изучали масс-спектроскопически на приборе ELAN-DRC.

Результаты. В листьях крапивы двудомной микроэлементный комплекс составляет 7,68 % в пересчете на абсолютно сухое сырье. В листьях крапивы двудомной выявлено 59 элементов. Из них 86,87 % составляют макроэлементы, основными из которых являются калий (более 26,5 мг/г) и кальций (более 26 мг/г). Эссенциальные микроэлементы составляют 12,68 % общего минерального комплекса растения. Среди них преобладают кремний (более 9,2 мг/г) и железо (более 0,3 мг/г). Содержание нормируемых тяжелых металлов и мышьяка соответствует требованиям нормативной документации. Доля токсичных и малоизученных элементов составляет 0,45 %. Наибольшее содержание отмечено для стронция (156,78 мкг/г), алюминия (128,4 мкг/г), бария (31,16 мкг/г), рубидия (21,5 мкг/г), титана (3,26 мкг/г), олова (1,35 мкг/г). Показана высокая способность листьев крапивы двудомной к накоплению из почвы фосфора, калия, магния, кальция, молибдена, меди, цинка, ртути, стронция и олова, а также значительная возможность аккумуляции никеля, хрома, марганца, кадмия, рубидия.

Ключевые слова: крапива двудомная, микроэлементы, макроэлементы, лекарственное растительное сырье, коэффициенты накопления, Воронежская область.

 

Литература

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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).

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

  9. 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.

  10. 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.

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

  12. Дьякова Н.А., Самылина И.А., Сливкин А.И., Гапонов С.П., Кукуева Л.Л., Мындра А.А., Шушунова Т.Г. Оценка экологического состояния образцов верхних слоев почв и корней одуванчика лекарственного, отобранных на территории Воронежской области. Вестник ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2016; 2: 119–126.

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

  14. Дьякова Н.А. Накопление тяжелых металлов и мышьяка листьями крапивы двудомной (Urtica dioi- ca L.). Ульяновский медико-биологический журнал. 2020; 2: 145–156.

  15. Dyakova N., Gaponov S., Slivkin Al., Chupandina El. Accumulation of artificial and natural radionuclides in medicinal plant materialin the Central Black Soil Region of Russia. Advances in Biological Sciences Research. 2019; 7: 94–96.

  16. 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.

  17. 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.

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

  19. Государственная фармакопея Российской Федерации. Издание XIV. Т. 2. Москва: ФЭМБ; 2018. 1423.

  20. Великанова Н.А., Гапонов С.П., Сливкин А.И. Экооценка лекарственного растительного сырья в урбоусловиях г. Воронежа. LAMBERT Academic Publishing; 2013. 220

Поступила в редакцию 12.03.2022; принята 05.04.2022.

 

Автор

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/0000-0002-0766-388

 

Образец цитирования

Дьякова Н.А. Особенности накопления макро- и микроэлементов листьями крапивы двудомной (Urtica dioica L.). Ульяновский медико-биологический журнал. 2022; 2: 139–147. DOI: 10.34014/2227-1848-2022-2-139-147.