Эколого-ресурсная характеристика зарослей Inula helenium L. в междуречье Старый Хопёр-Тростянка

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Эколого-ресурсная характеристика зарослей Inula helenium L. в междуречье Старый Хопёр-Тростянка

Генрих Спартакович Арушанян¹⁰, Вячеслав Вячеславович Шелоп¹,

Оксана Павловна Прохоркина², Елена Борисовна Смирнова²

Аннотация. Девясил высокий (Inula helenium L.) - ценное фармакопейное лекарственное растение. Лекарственным сырьём являются корни и корневища (Inulae rhizomata et radices). В Саратовской области биоресурсы данного вида не изучены. Район исследований находится на востоке Окско-Донской равнины в зоне богаторазнотравно-типчаково-ковыльной степи. Определение содержания макро- и микроэлементов в образцах растений и загрязнение тяжелыми металлами лекарственного сырья проводилось методом масс-спектрометрии и атомно-абсорбционным методом. Геоботанические исследования были общепринятыми. Исследованы ценопопуляции лекарственного растения I. helenium в двух экотопах, отличающихся по характеру увлажения почвы и фитоценотической приуроченности пойменно-болотной и опушечно-луговой. Опушечно-луговой фитоценоз больше представлен видами, предъявляющими требования к достаточному увлажнению почвы мезофитами, а в пойменно-болотном фитоценозе к избыточному увлажнению гигро- и гидрофитами. Показано, что в опушечно-луговом экотопе морфометрические показатели особей ниже, чем в пойменно-болотном, например, разница в высоте растения составляет 74 %. Это является одним из механизмов поддержания вида в популяции, а основным экологическим фактором, сдерживающим его распространение, является обеспечение почвы влагой. Продуктивность биомассы лекарственного растительного сырья (корни и корневища) I. helenium была выше в пойменно-болотном фитоценозе и составила по массе модельного экземпляра 574 г против 444 г в опушечно-луговом, при плотности экземпляров на 10 м² 12,2 и 9,5 соответственно. Биологический запас со всей площади зарослей составил 7,4 т и 4,2 т соответственно. Исследования корней и корневищ растений показали, что они богаты калием (8,14 мг/кг), фосфором (3,27 мг/кг), магнием (3,38 мг/кг) и микроэлементами (медью, железом, марганцем, цинком). Содержание тяжелых металлов соответствуют требованиям СанПиН. Для сохранения и восстановления популяций при эксплуатации зарослей для получения лекарственного растительного сырья заготовку корней и корневищ I. helenium необходимо проводить раз в 5 лет на 1/3 площади заросли.

Ключевые слова: морфология вида, экологическая пластичность, элементный состав лекарственного сырья

девясил inula helenium лекарственный экологический загрязнение

Ecological and resource characteristics of Inula helenium L. thickets in the interfluve of Old Khoper-Trostyanka

Henry S. Arushanyan^1H, Vyacheslav V. Shelop¹,

Oksana P. Prokhorkina², Elena B. Smirnova²

Abstract. Elecampane (Inula helenium L.) is a valuable pharmacopoeial medicinal plant. Medicinal raw materials are roots and rhizomes (Inulae rhizomata et radices). The bioresources of this species have not been studied in the Saratov region. The research area is located in the east of the Oka-Don Plain in the zone of rich forb-fescue-feather grass steppe. Determination of the content of macroand microelements in plant samples and contamination of medicinal raw materials with heavy metals was carried out by mass spectrometry and atomic absorption method. Geobotanical research was generally accepted. Cenopopulations of the medicinal plant I. helenium were studied in two ecotopes that differ in the nature of soil moisture and phytocenotic confinement (floodplain-marsh and edge-meadow). The edge-meadow phytocenosis is more represented by species that require sufficient soil moisture (by mesophytes) and the floodplain-marsh phytocenosis is more presented in excessive moisture (by hygroand hydrophytes). It is shown that in the edge-meadow ecotope, the morphometric parameters of individuals are lower than in the floodplain-swamp one. For example, the difference in plant height is 74%. This is one of the mechanisms for maintaining the species in the population, and the main environmental factor hindering its spread is the provision of soil moisture. The biomass productivity of medicinal plant raw materials (roots and rhizomes) of I. helenium was higher in the floodplain-swamp phytocenosis and amounted to 574 g by weight of the model specimen versus 444 g in the edge-meadow one (with a density of specimens per 10 m2 of 12.2 and 9.5 respectively). The biological reserve from the entire area of thickets was 7.4 tons and 4.2 tons, respectively. Studies of the roots and rhizomes of plants have shown that they are rich in potassium (8.14 mg/kg), phosphorus (3.27 mg/kg), magnesium (3.38 mg/kg) and trace elements (copper, iron, manganese, zinc). The content of heavy metals meets the requirements of SanRaN. To preserve and restore populations during the exploitation of thickets to obtain medicinal plant materials, the preparation of roots and rhizomes of I. helenium must be carried out every 5 years on 1/3 of the thicket area.

Keywords: species morphology, ecological plasticity, elemental composition of medicinal raw materials

Введение

Девясил высокий (Inula helenium L.), относящийся к семейству Астровые (Asteraceae), ценное в ресурсном отношении растение, которое обладает лекарственным, кормовым, декоративным, съедобным (ароматическим), техническим значениями [1]. Редкое или охраняемое растение в ряде областей РФ. Легко вводится в культуру [3]. Большинство научных статей посвящены фармакогностической значимости I. helenium [2, 4-8]. Благодаря содержанию биологически активных веществ вид обладает широким спектром свойств, нашедших применение в научной медицине: противовоспалительным, антибактериальным и противовирусным, отхаркивающим, гипогликемическим, антиоксидантным, противоязвенным и другими [5]. В связи с тем, что растение фармакопейное, фармацевтическими компаниями (Эвалар, Фитофарм ПКФ, Красногорсклексредства и др.) выпускается лекарственная форма «Девясила корневища и корни» (Inulae rhizomata et radices) клинико-фармакологической группы «Фитопрепарат с отхаркивающим и гастропротекторным действием» [9].

Природные популяции девясила высокого в ресурсном отношении изучены слабо [10]. В Саратовской области сведения о биоресурсах этого вида отсутствуют.

Цель работы описать условия существования популяций I. helenium, его фитоценотическое окружение в междуречье Старый Хопёр-Тростянка и определить его биоресурсы.

Материал и методы. Район исследований находится на востоке Окско-Донской равнины в зоне богаторазнотравно-типчаково-ковыльной степи Понтической провинции. Река Старый Хопёр левый рукав Хопра (Донской бассейн), протяженностью около 11 км, ответвляется от основного русла за железнодорожным мостом г. Балашов и заканчивается одноименной крупной старицей севернее села Старый Хопёр Балашовского района Саратовской области. Река Тростянка берёт своё начало от ручьёв у села Родничок и впадает справа в Старый Хопёр, её протяженность 28 км.

Местонахождение ценопопуляции 1 (ЦП 1) пойма реки Тростянка (географические координаты 51.506507° N, 43.110271° E). Площадь популяции 10,6 га. Местонахождение ЦП 2 влажная поляна на окраине пойменного леса рукава Старый Хопёр (географические координаты 51.518704^о N, 43.065832^о E).

Площадь популяции 2,3 га (рис. 1). Почвы аллювиально-дерновые супесчаного и песчаного гранулометрического состава, среднегумусные 5,8-6,0 %. Исследования проводили в июле-августе 2021-2022 гг.

Рис. 1. Спутниковый снимок объектов исследования.

Fig. 1. Satellite image of the objects under study.

Источник: составлено авторами с помощью «Google Карты». (https://www.google.ru/maps/@51.3112179,46.6684686,7z)

Source: Google Maps.

Объектами изучения были ценопопуляции I. helenium и видовой состав фитоценозов с его участием. Отбор проб почвы проводили в 3-кратной повторности по ГОСТ Р 58595-2019.

Определение содержания макрои микроэлементов в образцах растений и загрязнение тяжелыми металлами лекарственного сырья корней и корневищ I. helenium определялось на базе ФГБУ «Станция агрохимической службы «Балашовская» методом масс-спектрометрии и атомно-абсорбционным методом.

Геоботанические описания были проведены по общепринятым методикам [10-12]. Для получения фитоценотических характеристик закладывались 15 пробных площадей по 10 м² каждая. Гербарный материал собирался с последующим определением видов по Маевскому [13]. Видовые названия приводятся по Черепанову [14].

В фазу массового цветения проводили измерения морфометрических показателей у 100 генеративных особей. Урожайность рассчитывали перемножением среднего числа растений с единицы площади на среднюю массу модельного экземпляра [12, 15]. Математическая обработка данных проводилась по Доспехову [16].

Результаты и их обсуждение. Ценопопуляция I. helenium, произрастающего в пойме реки Тростянка (пойменно-болотный экотоп ЦП_дв 1), характеризовалась высой плотностью особей 12,2 экз. на 10 м². В этих условиях морфологические показатели были выше, чем в экотопе поляны пойменного леса (опушечно-луговой экотоп ЦП_да 2). Плотность особей в ЦП_дв 2 составила 9,5 экз. на 10 м², что на 77 % ниже, чем ЦП_дв 1 (табл. 1, 2).

По высоте растения в ЦПдв 1 достигали 166,8 см, что на 74,8 % выше, чем в ЦПдв 2, по количеству листьев на стебле на 73,4 %, длине листа на 78,2 %, ширине на 87,3 %, числу соцветий 80,8 %, диаметру корзинки на 83,7 % выше, чем в ЦПдв 2 (табл. 2).

Таким образом, можно сделать вывод, что в условиях опушечно-лугового экотопа наблюдается неоднородность влажности почвы и конкуренция среди разнотравья [17]. Так, лугово-опушечный фитоценоз с участием девясила высокого представлен следующими видами: мышиный горошек (Vicia cracca L.), фиалка сомнительная (Viola ambigua Waldst. & Kit.), фиалка собачья (Viola canina L.), тюльпан Биберштейна (Tulipa biebersteiniana Schult. & Schult. f.), чистяк весенний (Ficaria verna Huds.), ландыш майский (Convallaria majalis L.), хохлатка плотная (Corydalis solida (L.) Clairv.). герань болотная (Geranium palustre L.), герань полевая (G. pretense L.), лютик едкий (Ranunculus acris L.), бодяк полевой (Cirsium arvense (L.) Scop.), скерда кровельная (Crepis tectorum L.), цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.), лебеда татарская (Atriplex tatarica L.) и др. Пойменно-болотный фитоценоз с участием девясила высокого представлен следующими видами: симфиотрихум иволистный (Symphyotrichum х salignum (Willd.) G.L. Nesom), тростник южный (Phragmites australis (Cav.) Tin. ex Steud.), калужница болотная (Calthapalustris L.), вероника ключевая (Veronica anagallis-aquatica L.), жерушник земноводный (Rorippa amphibia (L.) Besser.), осока черная (C. nigra (L.) Reichard.), осока лисья (C. vulpina L.) и др.

Таблица 1. Морфологические характеристики особей I. helenium в экотопах

Table 1. Morphological characteristics of I. helenium individuals in ecotopes

*Примечание: M среднее значение; ; m*tst005 ошибка средней при t st < 0,05; lim пределы колебаний величин; min минимальная величина; max максимальная величина; ст стандартное отклонение; Cv коэффициент вариации

*Note: M is the average value; m*tst005 is the error of the average at t st < 0.05; lim is the limits of magnitude fluctuations; min is the minimum value; max is the maximum value; ст is the standard deviation; Cv is the coefficient of variation

Источник: составлено авторами.

Source: compiled by the authors.

Важно отметить, что лугово-опушечный фитоценоз больше представлен видами, предъявляющими требования к достаточному увлажнению почвы мезофитами, а в пойменно-болотном фитоценозе к избыточному увлажнению гигро-и гидрофитами.

Как показывает табл.2, продуктивность биомассы лекарственного растительного сырья (корни и корневища) I. helenium была выше в пойменно-болотном фитоценозе.

Таблица 2. Структура и продуктивность ценопопуляций I. helenium Table 2. Structure and productivity of I. helenium cenopopulations

Она составила по массе модельного экземпляра 574 г против 444 г в опушечно-луговом, при плотности экземпляров на 10 м² 12,2 и 9,5 соответственно. Биологический запас со всей площади заросли составил 7,4 т в ЦПдв 1, в ЦПдв 2 4,2 т. Эксплуатационный запас был равен 2,5 т и 1,3 т соотвественно.

В сырье I. helenium изучалось содержание макрои микроэлементов, которые обеспечивают их минеральную ценность [18]. Анализ данных показывает, что корни и корневища богаты калием, фосфором, магнием (табл. 3).

Таблица 3. Содержание макрои микроэлементов в лекарственном сырье I. helenium Table 3. The content of macroand microelements in medicinal raw materials I. helenium

Источник: составлено авторами. Source: compiled by the authors.

Они содержат медь 3,8 мг/кг в ЦПдв1 и 4,6 мг/ кг в ЦПдв2; железо 25,5 и 32 мг/ кг; марганец 31,5 и 33,4 мг/ кг и цинк 24,4 и 25, 3 мг/кг соответственно. В корнях и корневищах вида изучалось содержание наиболее опасных токсикантов (тяжелых металлов) (табл. 4).

Таблица 4. Содержание тяжелых металлов в сырье I. helenium Table 4. The content of heavy metals in raw materials I. helenium

Источник: составлено авторами.

Source: compiled by the authors.

Содержание пула микроэлементов в лекарственном сырье обеспечивает нормальную физиологическую работу сердечно-сосудистой, выделительной, иммунной систем организма человека [18]. В ходе исследований было установлено, что содержание изучаемых тяжелых металлов в корнях и корневищах I. helenium не превышало уровень нормативов предельно допустимых концентраций, установленных СанПиН 2.3.2.1078-01 [19].

Заключение

Таким образом, I. helenium проявляет экологическую пластичность по отношению к увлажнению почвы в различных биотопах, что проявляется в снижении морфометрических показателей у особей и является механизмом поддержания вида. При эксплуатации зарослей для получения лекарственного растительного сырья необходимо сохранять популяции для их восстановления. С этой целью заготовку корней и корневищ I. helenium необходимо проводить раз в 5 лет на 1/3 площади. Сырье содержит набор макро- и микроэлементов и безопасен с точки зрения содержания экотоксикантов.

Список источников

1. Дикорастущие полезные растения России / А. Л. Буданцев, Е. Е. Лесиовская, Л. Н. Абышева [и др. ]. СПб : ГБОУ ВО «Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая академия» Минздрава РФ, 2001. С. 104-106.

2. Дьякова Н. А. Корни девясила высокого как перспективный источник инулина // Фундаментальная наука и клиническая медицина : материалы научной конференции, Санкт-Петербург, 24 апреля 2021 года. Т. XXIV. СПб: Издательский дом «Сциентиа», 2021. С. 663-664. EDN XDNAIW.

3. Карпухин М.Ю., Кушина И.В. Особенности технологии возделывания девясила высокого (Inula helenium L.) // Аграрное образование и наука. 2019. № 4. С. 11-15.

4. Романтеева Ю.В., Емелькина А.И. Фармакогностический анализ сырья девясила высокого, произрастающего в Саратовской области // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2014. Т. 4. № 12. С. 1398.

5. Яницкая А.В., Митрофанова И.Ю. Девясил высокий перспективный источник новых лекарственных средств // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2012. №3 (43). С. 24-27.

6. Belyaev A., Repnikov B., Semenyutina A, et al. Scientific substantiation of formation of a selectionseed-breeding center for wood and agricultural plants // World Ecology Journal. 2020. 10 (2). p. 3-17. https: // doi.org / 10.25726 / worldjournals.pro / WEJ.2020.2.1.

7. Konishi T., Shimada Y. Antiproliferative sesquiterpene lactones from the roots of Inula helenium // Biologocal & Pharmaceutical Bulletin. 2010. Vol.25. №10. p. 1370-1371.

8. Peter A., Dosa G. Detection of phenoloids in some hungrian inula and centaurea species // Acta Botanica Hungarica. 2002. Vol. 44. p. 129-135. https://doi.org/10.1556/ ABot.44.2002.1-2.9.

9. Государственная фармакопея Российской Федерации. Изд. XIII. Т. 2. М.: Министерство здравоохранения Российской Федерации, 2015. С. 314-322.

10. Методы полевого изучения лекарственных растений / А.С. Кашин [и др.]. Саратов: Изд-во «Наука», 2007. 24 с.

11. Тарасов А.О., Гребенюк С.И. Методы изучения растительности // Полевая практика по экологической ботанике / под ред. А. О. Тарасова. Саратов, 1981. Гл. 7. С. 65-87.

12. Смирнова Е.Б., Арушанян Г.С., Епифанов В.С. Эколого-ресурсная характеристика некоторых видов растений водно-болотных угодий среднего Прихопёрья // Известия Горского государственного аграрного университета. 2021. Т. 58. № 1. С. 113-118.

13. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части России. Изд. 10-е. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. 600 с.

14. Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). 2-е изд. СПб.: Мир и семья, 1995. 992 с.

15. Крылова И.Л., Шретер А.И. Методические указания по изучению запасов дикорастущих лекарственных растений. М.: Изд-во ВИЛАР, 1971. 22 с.

16. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта: (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга по требованию, 2012. 352 c.

17. Тамахина А.Я., Локъяева Ж.Р Биоэкологические особенности и запасы сырья отдельных видов рода Inula L. на территории Кабардино-Балкарской республики // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 6 (56). С. 189-191.

18. Шатаханов Б.Д., Невзоров А.В., Смирнова Е.Б. Биоресурсы видов Phlomis pungens Willd. и Phlomoides tuberose (L.) Moench. в западных районах Саратовской области и их эколого-ботаническая характеристика // Известия Горского государственного аграрного университета. 2020. Т. 57. № 1. С. 153-157.

19. СанПиН 2.3.2.107 8-01. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. М.: Минздрав России. 2002. 272 c.

Размещено на Allbest.ru