МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ РОДА FILIPENDULA ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МЕСТ ПРОИЗРАСТАНИЯ

МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ РАСТЕНИЙ РОДА FILIPENDULA ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МЕСТ ПРОИЗРАСТАНИЯ

Научная статья

Круглов Д.С.^{1, *}, Круглова М.Ю.²

¹ ORCID: 0000-0003-1904-7901;

^{1, 2} Новосибирский государственный медицинский университет МЗ РФ, Новосибирск, Россия

* Корреспондирующий автор (kruglov_ds[at]mail.ru)

Аннотация

В работе проведено исследование микроэлементного состава надземной части пяти наиболее распространенных видов лабазников - лабазника вязолистного – Filipendula ulmaria Maxim.; л.обнаженного - F.denudata Fritsch; л.степного – F.picbaueri Smejkal.; л.обыкновенного - F.vulgaris Moench. и л.дланевидного - F.palmata Maxim. произрастающих как в чистом собственном ареале, так и в экотонных участках, в которых произрастают, в одних и тех же почвенных условиях два разных вида.

 С помощью метода методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой определено содержание 59 элементов (Li, Be, B, Na, Mg, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, I, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U). С использованием метода кластерного анализа построена дендрограмма распределения видов по микроэлементному статусу.

В результате анализа полученных данных сделано заключение о том, что микроэлементный статус растений рода Filipendula стабилен и мало зависит от условий произрастания и определяется главным образом геномом вида.

В свою очередь, стабильность микроэлементного статуса позволяет рассматривать растения как источник получения лекарственных растительных препаратов для фитотерапии микроэлементозов.

Ключевые слова: экотон, лабазник, микроэлементы, кластерный анализ.

MICROELEMENT COMPOSITION OF PLANTS OF THE FILIPENDULA GENUS FROM VARIOUS HABITATS

Research article

Kruglov D.S.^1, *, Kruglova M.Yu.²

¹ ORCID: 0000-0003-1904-7901;

^{1, 2} Novosibirsk State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation, Novosibirsk, Russia

* Corresponding author (kruglov_ds[at]mail.ru)

Abstract

The current article contains research of the microelement composition of the aboveground part of the five most common species of Filipendula: F. ulmaria Maxim; F. denudata Fritsch; F. picbaueri Smejkal; F. vulgaris Moench, and F. palmata Maxim, growing both in their pure native range and in ecotones, in which two different species grow in the same soil conditions.

 The content of 59 elements was determined via inductively coupled plasma mass spectroscopy (Li, Be, B, Na, Mg, P, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, I, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Hf, Ta, W, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U). Using the method of cluster analysis, a dendrogram of the species distribution by microelement status is constructed.

As a result of the analysis of the data obtained, it is concluded that the microelement status of plants of the genus Filipendula is stable and does not significantly depend on the growing conditions, and is determined mainly by the genome of the species

while the stability of the microelement status allows the consideration of plants as a source of obtaining herbal medicine for phytotherapy of microelementoses.

Keywords: ecotone, filipendula, microelements, cluster analysis.

Введение

Лекарственные растения очень часто используют в фитотерапии различных микроэлементозов [1], [2], в т.ч. и для профилактики латентного дефицита железа [3]. Ряд авторов традиционно рассматривает растения как концентраторы различных микроэлементов [4], что делает эти растения особенно привлекательными для использования в фитотерапии нарушений элементного гомеостаза.

Для эффективного применения лекарственных растительных препаратов их параметры качества должны быть воспроизводимы и не выходить за пределы терапевтического диапазона. Естественно, что микроэлементный состав растений зависит от условий из произрастания и в первую очередь от состава почвы, что может приводить к большим вариациям микроэлементного статуса растения. В результате могут появляться, с одной стороны, ограничения на места заготовок растений, а с другой необходимость обязательного элементного анализа перед использованием, что существенно осложняет практическое использование этих лекарственных растений.

Одним из растений, используемых в фитотерапии железодефицита является растения рода Filipendula [5]. Ранее нами [6] было показано что микроэлементный состав видов рода лабазника коррелирует с компонентным спектром эфирного масла лабазника, являющегося главным биологически-активным соединением лабазника определяющим фармакологический эффект от применения препаратов лабазника. Таким образом изменения микроэлементного состава растений могут не только влиять на эффективность применения лабазника для лечения или профилактики микроэлементозов, но и на фармакологический эффект от эфирного масла лабазника. Анализ видового разнообразия рода на территории России обращает внимание на то, что растения рода Filipendula относят к трём рядам: Aceraria, Ulmaria и Eu-filipenula [7]:

Следует отметить, что виды лабазников из указанных рядов имеют различные места произрастания и их морфологические отличия зависят от климатических условий произрастания. Вместе с тем в ареалах их произрастания очень часто встречаются переходные территории (экотоны) между двумя биомами, в которых совместно произрастают разные экологические виды лабазника.

В этой связи представляет интерес сравнительный анализ микроэлементного состава видов лабазника из ареала собственно вида и из экотонов, в которых растения произрастают в одинаковых почвенных условиях.

Объекты и методы исследования

Для исследования были выбраны растения пяти видов лабазников, которые доминируют в роду на территории России – лабазник вязолистный – Filipendula ulmaria Maxim.; л.обнаженный - F.denudata Fritsch; л.степной – F.picbaueri Smejkal.; л.обыкновенный - F.vulgaris Moench. и л.дланевидный - F.palmata Maxim. Для проведения анализа микроэлементного состава проводилась заготовка надземной части растений в фазу цветения. Список видов и характеристика места произрастания приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Характеристика объектов исследования

№№пп	Вид растения	Образец	Место сбора	Широта	Долгота
1.	F. ulmaria	1	опушка смешанного леса, 7,2 км на север от пос. Осиновка Новосибирская область, Тогучинский район	55°23′65″	84°36′92″
2.		2	заливной луг, 3,5 км на северо-запад от пос.Еловка Иволгинский район республика Бурятия (экотон 2)	52°04′91″	107°25′17″
3.		3	опушка лиственного леса на склоне сопки, 2 км на северо-запад от пос.Семеновский Тогучинский район Новосибирская область (экотон 1)	55°03′69″	83°53′38″
4.		4	опушка заболоченного леса, 2 км на запад от ж/д станции Горы Ленинградской области (экотон 3)	55°45′75″	30°54′33″
5.		5	опушка смешанного леса, 8,7 км на запад от пос.Шипуновский Сузунского района Новосибирской области (экотон 4)	53°58′36″	82°28′19″
6.	F.picbaueri	1	степь, окрестности пос.Сузун Сузунский район Новосибирской область	53°77′08″	82°28′07″
7.		2	опушка смешанного леса в 8,7 км на запад от пос.Шипуновский Сузунского района Новосибирской области (экотон 4)	53°58′36″	82°28′19″
8.	F. palmata	1	заливной луг, окрестности г.Северобайкальска, Республика Бурятия	55°60′78″	109°34′17″
9.		2	заливной луг 3,5 км на северо-запад от пос.Еловка Иволгинский район республика Бурятия (экотон 2)	52°04′91″	107°25′17″
10.	F.vulgaris	1	остепненный луг, окрестности пос.Горный, Тогучинский район Новосибирская область	55°03′69″	83°53′38″
11.		2	опушка лиственного леса на склоне сопки, 2 км на северо-запад от пос.Семеновский Тогучинский район Новосибирская область (экотон 1)	55°03′69″	83°53′38″
12.		3	остепненный луг, 4,2 км на северо-запад от пос.Непряхино Чебаркульский район Челябинской области	55°06′62″	60°28′15″
13.	F. denudata	1	заболоченный луг, окрестности д. Кремено Гатчинский район Ленинградская область	59°35′81	30°29′21″
14.		2	опушка заболоченного леса, 2 км на запад от ж/д станции Горы Ленинградской области	55°45′75″	30°54′33″
15.		3	берег реки Суна, 2 км на юг от пос.Кивач Кондопожский район республика Карелия	62°15′58″	33°59′28″

 

После заготовки сырье доводилось до воздушно-сухого состояния в естественных условиях, после чего сухое сырье измельчалось до частиц, проходящих сквозь сито с размерами ячейки 3 мм. Из измельченного сырья отбирались образцы для анализа, которые подвергались кислотному разложению смесью азотной и плавиковой кислот с использованием систем микроволновой пробоподготовки [8]: Микроэлементный состав растений определялся методом масс- спектроскопии с индуктивно связанной плазмой на приборе «ELAN-DRC».

Результаты определения микроэлементного состава приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Содержание микроэлементов в растениях рода Filipendula

Окончание таблицы 2 – Содержание микроэлементов в растениях рода Filipendula

Для анализа микроэлементных составов растений, как многофакторного массива данных, эффективно применение методов кластерного анализа [9], которые позволяют анализировать совокупность всех экспериментальных данных одновременно. При проведении анализа вводится понятие абстрактного многомерного пространства, координатами которого являются содержание каждого элемента. Любой объект в таком пространстве (в данном случае исследуемый объект) характеризуется вполне определенным и только ему присущим положением в этом пространстве. Группа схожих между собой объектов образуют в таком пространстве некий кластер. В качестве меры расстояния между различными кластерами обычно принимается геометрическое расстояние в многомерном пространстве (Евклидово расстояние). С помощью метода древовидной кластеризации сформируются кластеры несходства, которые значимо отличаются друг от друга по критерию относительного расстояния между ними. За правило объединения или связи для двух кластеров был принят метод Варда, при котором минимизируется сумма среднеквадратичных отклонений для любых двух (гипотетических) кластеров, которые могут быть сформированы на каждом шаге [10]. 

Результаты и их обсуждение

Кластерный анализ микроэлементных статусов проводили с использованием пакета прикладных программ «Statistica-8». Полученное в результате иерархическое дерево приведено на рис 1.

Рис. 1 – Дендрограмма видов рода Filipendula

 

Анализ дендрограммы на рис.1 показывает, что виды лабазников, растущие в одном экотоном сообществе (экотон 1 - F. ulmaria обр.3 и F.vulgaris обр.2) и произрастающие в одинаковых почвенных условиях занимают в дендрограмме существенно различные положения. Аналогично и с видами, произрастающими в других экотонах: – экотон 2 - F. ulmaria обр.2 +

F. palmata обр.2; экотон 3 –F. ulmaria обр.4 + F. denudata обр.2 и экотон 4 - F. ulmaria обр.4+ F. palmata обр.2. Содержания отдельных микроэлементов варьируют кластер микроэлементного статуса стабилен и определяется в первую очередь видовой принадлежностью, которая генетически предопределена. В этой связи можно говорить о микроэлементном гомеостазе растений. Кроме того, следует заметить, что по расстоянию между кластерами виды располагаются в соответствии с их систематическим положением в роду Filipendula, что коррелирует с результатами, полученными ранее [11]. 

Заключение

Полученные результаты позволяют сделать заключение о том, что микроэлементный статус растений рода Filipendula стабилен и мало зависит от условий произрастания и определяется главным образом геномом вида.

В свою очередь, стабильность микроэлементного статуса позволяет рассматривать растения как источник получения лекарственных растительных препаратов для фитотерапии микроэлементозов. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. Скальный А.В. Микроэлементы: бодрость, здоровье, долголетие / А.В.Скальный. - М.: Перо - 2019 – 295 с.
2. О возможности использования лекарственных растений для лечения и профилактики микроэлеменитозов и патологических состояний / М.Я. Ловкова и др. // Микроэлементы в медицине.-2005.-№ 6 (4).-С. 3–10
3. Кривенок В.И. Железодефицитные анемии / В.И. Кривенок // Провизор.-2003.- №19.- c. 38-42
4. Ребров В.Г. Витамины, макро- и микроэлементы / В.Г.Ребров,О.А.Громова. - М.: ГЭОТАР-медиа, 2008. - 960 с.
5. Круглов Д.С. Лекарственные средства применяемые для профилактики и лечения железодефицитных состояний / Д.С. Круглов // Научное обозрение. Медицинские науки. – 2017. – № 4 – С. 26-41
6. Круглов Д.С. Взаимосвязь микроэлементного статуса и компонентного состава эфирного масла растений рода лабазник / Д.С. Круглов, М.Ю. Круглова, Д.Н. Оленников // Химия растительного сырья .-2019.-№1.-201-207.
7. Камелин Р.В. Род Filipendula Mill. / Р.В.Камелин // Флора Восточной Европы. Т.10-. СПб. С.314-317
8. Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой: методические указания МУК 4.1.1483-03. М., 2003. 36 с.
9. Круглов Д.С. Элементный состав растений семейства Boraginaceae / Д.С.Круглов, С.В. Овчинникова // Растительный мир Азиатской России.-2012.-№ 1(9). -С.77-95
10. Гитис, Л.Х. Статистическая классификация и кластерный анализ / Л.Х.Гитис. – М. : Изд-во Моск. гос. гор. ун-та.-2003.-156 с.
11. Круглов Д.С. Прогностическая применимость микроэлементного профиля растений для задач систематики / Д.С.Круглов // Ботаника в современном мире. Труды Русского ботанического общества Т. 1: Систематика высших растений. Флористика и география растений. Охрана растительного мира. Палеоботаника. Ботаническое образование. - Махачкала: АЛЕФ.- 2018. - с. 58-60

Список литературы на английском языке / References in English

1. Skalny A.V. Mikroehlementy: bodrost', zdorov'e, dolgoletie [Microelements: Vigor, Health, Longevity] / A.V. Skalny. - M.: Pero.- 2019-295 p. [in Russian]
2. O vozmozhnosti ispol'zovanija lekarstvennykh rastenijj dlja lechenija i profilaktiki mikroehlemenitozov i patologicheskikh sostojanijj [On the Possibility of Using Medicinal Plants for the Treatment and Prevention of Microelemenitosis and Pathological Conditions] / M. Ya. Lovkova et al. // Mikroehlementy v medicine [Microelements in Medicine].-2005.-№ 6 (4), pp. 3-10 [in Russian]
3. Krivenok V. I. Zhelezodeficitnye anemii [Iron-Deficient Anemia] / V. I. Krivenok // Provizor [Pharmacist]. -2003. - No. 19, pp. 38-42 [in Russian]
4. Rebrov V. G. Vitaminy, makro- i mikroehlementy [Vitamins, Macro-and Microelements] / V. G. Rebrov, O. A. Gromova. - M.: GEOTAR-media, 2008. - 960 p. [in Russian]
5. Kruglov D. S. Lekarstvennye sredstva primenjaemye dlja profilaktiki i lechenija zhelezodeficitnykh sostojanijj [Medicinal Products Used for the Prevention and Treatment of Iron Deficiency Conditions] / D. S. Kruglov // Nauchnoe obozrenie. Meditsynskie nauki [Science Review. Medical sciences]. - 2017. - No. 4, pp. 26-41 [in Russian]
6. Kruglov D. S. Vzaimosvjaz' mikroehlementnogo statusa i komponentnogo sostava ehfirnogo masla rastenijj roda labaznik [The Relationship of the Microelement Status and the Component Composition of the Essential Oil of Plants of the Filipendula Genus] / D. S. Kruglov, M. Yu. Kruglova, D. N. Olennikov // Khimija rastitel'nogo syr'ja [Chemistry of Plant Raw Materials] .-2019.-№1, pp. 201-207 [in Russian]
7. Kamelin R. V. Rod Filipendula Mill [The Filipendula Mill Genus] / R. V. Kamelin // Flora Vostochnojj Evropy [Flora of Eastern Europe]. Vol. 10-. St. Petersburg, pp. 314-317 [in Russian]
8. Opredelenie soderzhanija khimicheskikh ehlementov v diagnostiruemykh biosubstratakh, preparatakh i biologicheski aktivnykh dobavkakh metodom mass-spektrometrii s induktivno-svjazannojj argonovojj plazmojj: metodicheskie ukazanija MUK 4.1.1483-03 [Determination of the Content of Chemical Elements in the Diagnosed Biosubstrates, Preparations and Biologically Active Additives by Mass Spectrometry With Inductively Coupled Argon Plasma: Procedural Guidance 4.1.1483-03]. Moscow, 2003. 36 p. [in Russian]
9. Kruglov D. S. Ehlementnyjj sostav rastenijj semejjstva Boraginaceae [Elemental Composition of Plants of the Boraginaceae Family] / D. S. Kruglov, S. V. Ovchinnikova // Rastitel'nyjj mir Aziatskojj Rossii [Plant World of Asian Russia].-2012.-№ 1(9), pp. 77-95 [in Russian]
10. Gitis, L. Kh. Statisticheskaja klassifikacija i klasternyjj analiz [Statistical Classification and Cluster Analysis] / L. Kh. Gitis. – M.: Publishing House of Moscow State Mining University. -2003. -156 p. [in Russian]
11. Kruglov D. S. Prognosticheskaja primenimost' mikroehlementnogo profilja rastenijj dlja zadach sistematiki [Prognostic Applicability of the Microelement Profile of Plants for Taxonomy Problems] / D. S. Kruglov // Botanika v sovremennom mire. Trudy Russkogo botanicheskogo obshhestva T. 1: Sistematika vysshikh rastenijj. Floristika i geografija rastenijj. Okhrana rastitel'nogo mira. Paleobotanika. Botanicheskoe obrazovanie [Botany Today. A Collection of Studies of the Russian Botanical Society Vol. 1: Systematics of Higher Plants. Floristics and Plant Geography. Protection of the Plant World. Paleobotany. Botanical Education]. - Makhachkala: ALEF.- 2018, pp. 58-60 [in Russian]