Ученые «сделали рентген» лилейнику с помощью синхротрона
- 10.06.2020
Сорт Regal Air. Фото предоставлено Л. Седельниковой
«В более ранних работах, проведенных также совместно с коллегами из ИХКГ и ИЯФ СО РАН, методом РФА СИ мы изучали элементный состав в почвах и растениях Hemerocallis hybrida hort., произрастающих в Новосибирской области в местах с разным уровнем промышленно-транспортного загрязнения, – рассказывает старший научный сотрудник ЦСБС СО РАН, доктор биологических наук Людмила Седельникова. – Мы установили, что сорта Speak to me и Regal Air, использующиеся для озеленения города, накапливают в листьях и корневищах избыточную концентрацию основных элементов-загрязнителей, таких как свинец, никель, цинк, железо, титан и хром. Таким образом, они могут являться биоиндекаторами состояния экологической среды. Следующую нашу работу мы посвятили исследованию элементного состава этих же растений, но уже в условиях с благоприятной экологической ситуацией».
Целью последующих работ группы ученых стало сравнительное изучение методом РФА СИ содержания химических элементов в листьях и корневищах Hemerocallis hybrida у сортов Regal Air и Speak to me в условиях лесостепной зоны Новосибирской области, выращиваемых на коллекционном участке Лаборатории интродукции декоративных растений ЦСБС СО РАН. Данные о концентрации микро- и макроэлементов у лилейника гибридного были получены впервые.
«При облучении образца рентгеновским излучением возникает характеристическое флуоресцентное излучение атомов, которое регистрируется энергодисперсионной системой на основе полупроводникового детектора. Получаемый при этом спектр содержит пики, характеризующие наличие определенных элементов в образце, – рассказывает научный сотрудник ИХКГ СО РАН Ольга Чанкина. – Идентификация элементов производится путем сравнения энергии пиков в спектре с табличными значениями энергии характеристического рентгеновского излучения элементов, а величины этих пиков соответствуют концентрациям этих элементов».
СИ увеличивает возможности традиционного метода РФА (с использованием стандартных рентгеновских трубок). Интенсивность СИ позволяет сократить время проведения анализа, для эксперимента требуются образцы небольшой массы (0,1-3 мг). Чувствительность метода при этом достигает 10-9 –10-7 г/г, благодаря чему значительно снижается предел обнаружения.
«Экспериментальная станция «Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ» ЦКП СЦСТИ, на которой проводились данные работы, постоянно загружена, – рассказывает младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Федор Дарьин. – Здесь проводится очень много биологических и экологических, геологических и археологических исследований, мы регулярно работаем с Ботаническим садом СО РАН. Метод РФА СИ обладает рядом преимуществ, которые и определяют повышенный на него спрос. Благодаря синхротронному излучению мы получаем панорамность и за один раз можем исследовать достаточно большое количество (до двадцати) микроэлементов. Еще одно важное преимущество – хорошая статистика. РФА с возбуждением синхротронным излучением позволяет исследовать содержание элементов с относительными концентрациями от единиц процентов до миллионных долей, то есть если даже какого-то элемента очень мало в образце, мы все равно сможем получить данные о его концентрации».
Использование метода РФА СИ позволило впервые определить количественное содержание 22 химических элементов (As, Br, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Nb, Ni, Pb, Rb, Sc, Se, Sr, Ti, Zn, Zr, V, Y, Ca, Fe, K) в вегетативных (листьях и корневищах) органах Hemerocallis hybrida. Концентрация всех элементов в листьях и корневищах растений Speak to me и Regal Air имела предельно-допустимое значение для растительного сырья, применяемого в лекарственных целях. Также анализ показал, что суммарное содержание микроэлементов в 1,5–3 раза выше в органах сорта Regal Air, таким образом была установлена сортоспецифичность количественного содержания химических элементов в вегетативных органах.
«В последнее время для исследования элементного состава в биологических объектах все чаще применяются современные методы, в том числе РФА СИ, – добавляет Людмила Седельникова. – Метод позволяет достоверно определять содержание элементов независимо от их соотношения в материале без необходимости предварительно озолять пробу, что дает более точные репрезентативные сведения. Наши данные и результаты исследований на других растениях в различных регионах страны свидетельствуют о том, что органы растений накапливают в избыточной концентрации различные элементы-загрязнители. Поэтому озеленение городов играет существенную роль в поддержании здоровья населения».
Людмила Седельникова добавила, что лилейники обладают спектром биологически активных (пектиновых, фенольных) и запасных веществ. «Их подземные и надземные органы используются в официальной и народной медицине. Полученные нами данные по предельно-допустимым концентрациям жизненно важных химических элементов у лилейников, произрастающих в чистой среде, возможно, заинтересуют специалистов в других областях науки (например, фамакологии)», – отметила Людмила Седельникова.