Накопление токсикантов в ягодной и грибной продукции

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ  ………………………………………………………………  3

 

1. Накопление токсикантов в грибной продукции  ……………………… 5
1. Грибы как носители экзотоксинов  ………………………………… 5
2. Накопление радионуклидов в грибах  ……………………………. 6
3. Аккумуляция тяжелых металлов грибами  ………………………. 16

 

2. Накопление токсикантов в ягодной продукции  ……………………… 18
1. Накопление радионуклидов в ягодах  ……………………………    18
2. Накопление тяжелых металлов в ягодной продукции  ……………22

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ  ………………………………………………………… 25

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ  …………………    26

ПРИЛОЖЕНИЕ А  ……………………………………………………… 29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Одной из важнейших экологических  проблем современности является проблема загрязнения окружающей среды различными токсикантами, например тяжелыми металлами, радионуклидами и т.д. Соединения этих элементов в силу высокой токсичности, подвижности и способности к биоаккумуляции представляют опасность не только для человека, но и для всего живого на планете. Кроме того, в отличие от токсикантов органической природы, подвергающихся деструкции, однажды включившись в биогеохимические циклы, токсиканты неорганической природы могут сохранять свою биологическую активность практически бесконечно.

Актуальность  выбранной темы. Среди живых организмов, населяющих природные экосистемы суши, способностью к активной биоабсорбции различных токсикантов обладают грибы, ягоды. Однако биологический смысл и природная целесообразность такого явления, как и вопросы о метаболических функциях многих химических элементов в грибах остаются пока не выясненными. Кроме того, существует прикладной аспект данной проблемы: нормативы содержания тяжелых металлов и других токсичных элементов в плодовых телах съедобных грибов, ягодной продукции требуют доработки, остается открытым вопрос об усвояемости химических элементов организмом человека. В связи с этим, проблема оценки качества дикорастущей грибной и ягодной продукции в настоящее время представляется заслуживающей внимания. Одной из причин этого является ограниченность сведений о видовой специфичности в накоплении тяжелых металлов и других токсичных элементов плодовыми телами съедобных грибов и ягодами.

Как правило, авторы ограничиваются определением повышенных концентраций химических элементов, часто не рассматривая съедобные грибы и ягоды в  качестве растительных пищевых ресурсов. Между тем особо важна оценка того, представляет ли это содержание реальную опасность для здоровья лиц, потребляющих эти продукты в пищу. В лучшем случае загрязнение растительной продукции сравнивается с действующими ПДК. Подобные оценки, как правило, не предполагают учета объема потребления пищевых продуктов и основанного на нем уровня поступления токсикантов в организмы человека. Этим объясняется актуальность выбранного направления исследований.

Целью работы было изучение характера биоабсорбции различных токсикантов плодовыми телами грибов и ягодами, а также их влияния на грибную и ягодную продукцию.

Для достижения поставленной цели предполагалось решение следующих задач:

1) изучить абсорбционную  способность различных видов грибов и ягод в отношении тяжелых металлов, радионуклидов в условиях экосистем с различным уровнем техногенного загрязнения;

2) выявить виды, обладающие  ярко выраженной избирательной  способностью к биоабсорбции отдельных токсикантов;

3) оценить возможности использования некоторых видов грибов и ягод в качестве биоиндикаторов состояния окружающей среды;

4) оценить вероятный риск поступления тяжелых металлов, радионуклидов с плодовыми телами съедобных базидиомицетов и ягодами в организм человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Накопление токсикантов в грибной продукции

 

 

1. Грибы как носители экзотоксинов

 

 

Являясь гетеротрофами, грибы  усваивают из почвы питательные  вещества и вместе с ними могут  накапливать в плодовых телах  некоторые опасные для здоровья человека элементы. Это свойство делает грибы чувствительными экологическими индикаторами загрязнения окружающей среды наряду со мхами и лишайниками [2].

Особенно опасно для человека накопление в грибах тяжелых металлов, которых много вблизи промышленных предприятий, теплоэлектростанций, автомобильных  и железных дорог. Свинец, таллий, а  также мышьяк не накапливаются в  грибах селективно, и поэтому их концентрация в плодовых телах грибов, как и овощах и фруктах, находится  в прямой зависимости от содержания этих элементов в соответствующих  участках почвы. Кадмий способен избирательно аккумулироваться в некоторых видах  шампиньонов: шампиньоне обыкновенном (Agaricus campester), шампиньоне лесном (A. silvaricus), шампиньоне полевом (A. arvensis), достигая концентрации 50 мг/кг сухой массы, что соответствует коэффициенту кумуляции 50-300 по отношению к окружающей среде [8]. При концентрации в воде и пище более 15 мг/кг возможно проявление острой токсичности кадмия, а при постоянном многолетнем потреблении его в количестве 350 мкг в день возможны деформации скелета и повреждение почечной паренхимы. Однако не следует преувеличивать опасность случайного употребления в пищу умеренно контаминированных кадмием грибов, поскольку только 3-8% этого металла абсорбируется при приеме внутрь [14].

Некоторые грибы способны селективно накапливать в себе ртуть. В частности, высокий уровень  этого металла возможен в грибах семейства рядовковых (Tricholo-mataceae), шампиньоновых (Agaricaceae), дождевиков (Lycoperdales).

В плодовых телах белого гриба (Boletus edulis), калоцибу майского (Calocybe gambosa) и съедобных видов рядовок (Lepista) уровень ртути может превышать 10 мг/кг сухой массы (соответственно 1 мг/кг влажной массы), а пороговая доза, по данным ВОЗ, составляет около 0,3 мг в день. Концентрация железа, кобальта, марганца в грибах обычно ниже, чем в зеленых растениях, а содержание меди, свинца, цинка и серебра обычно такое же, как в окружающих почвах [20].

Определенные грибы способны аккумулировать радионуклиды. По накоплению радионуклидов грибы сильно различаются. Радионуклиды особенно накапливаются  в свинущках, моховике желто-буром, польском грибе, сыроежках, лисичках и белом грибе. За аккумуляцию радиоактивности в грибах ответственны полициклические пигменты бадион и норбадион, придающие шляпке гриба коричневый цвет. Эти пигменты образуют комплексы с 40К и особенно ¹³⁷Cs. Грибы с яркими шляпками более интенсивно аккумулируют радиоактивные вещества, чем грибы со светлой шляпкой. В среднем удельная активность радионуклидов в грибах в 10-30 раз выше, чем в овощах и фруктах, причем она выше в грибах, растущих в хвойных лесах, по сравнению с грибами, собранными в лиственных лесах, в полянах и на лугах [1].

 

 

1.2 Накопление радионуклидов в грибах

 

При радиоактивном загрязнении  среды грибы играют особую роль, поскольку, с одной стороны, сорбируют ряд радиоизотопов, а с другой – служат продуктом питания. В лесном биогеоценозе они – чемпионы по накоплению радиоактивного цезия [1]. В среднем в грибах концентрация 137 Cs более чем в 20 раз выше, чем в максимально загрязненном слое лесной подстилки и на два-три порядка больше, чем в наименее загрязненной древесине. Установлено, что грибы поглощают радиоцезий гораздо сильнее, чем такой элемент, как калий (рисунок 1).

Рисунок 1. Удельная активность 137 Cs в различных компонентах биогеоценоза. О – лесная подстилка.

 

Вместе с тем грибы  не отличаются такой способностью по отношению к 90 Sr и изотопам Pu (238-240 Pu). Коэффициенты перехода (Кп = отношение удельной активности грибов к плотности загрязнения почв) изотопов Pu в плодовые тела примерно в 100 раз, а 90 Sr – в 1000 раз меньше, чем для 137 Cs. Интенсивность поглощения 137 Cs сильно зависит от плотности и распределения загрязнения по почвенному профилю, от видовых особенностей, в первую очередь от глубины залегания мицелия и условий произрастания. Как показали исследования, меньше всего радиоцезия в древоразрушающих грибах, а больше – в симбиотрофах, причем накопительная способность у видов этой группы различается в 10 раз [3].

Высокая селективность в  поглощении 137 Cs и небольшой срок жизни плодовых тел (всего около 10 дней) позволили рекомендовать грибы как биоиндикаторы радиоактивного загрязнения. В первые годы после Чернобыльской аварии к биоиндикаторам относили гриб польский (Xerocomus badius), свинушку тонкую (Paxillus involutus), горькушку (Lactarius rufus) и масленок обыкновенный (Suillus luteus). Однако уже тогда полагали, что по мере загрязнения более глубоких слоев почвы среди видов-биоиндикаторов возможны перестановки. Сейчас к биоиндикаторам причисляют желчный гриб (Tylopilus felleus) – он аккумулирует 137 Cs в 100 раз сильнее, чем другие виды грибов того же экотопа. Это свойство желчного гриба обусловлено более глубоким расположением мицелия. А вот тонкую свинушку в настоящее время нельзя считать достоверным индикатором, поскольку она относится к двум экологическим группам – сапротрофам на почве и факультативным микоризообразователям. Хотя вначале, когда загрязнение локализовалось в поверхностных слоях, она отлично выполняла эту роль. В последующие годы по мере проникновения загрязнения в более глубокие слои биоиндикатором может стать и белый гриб, мицелий которого расположен достаточно глубоко [4].

Рисунок 2. Коэффициенты накопления 137 Cs и тяжелых металлов в различных компонентах биоты соснового фитоценоза (рассчитывали, исходя из содержания элементов в слое 0-10 см).

Накопительные свойства грибов определяются также условиями их произрастания, и в первую очередь  степенью увлажнения почв. Так, на увлажненных  и переувлажненных лесных почвах (аккумулятивные ландшафты) грибы накапливают  радиоактивного цезия на порядок  больше, чем те же виды, растущие на автоморфных почвах с глубоким залеганием грунтовых вод (элювиальные ландшафты) [9] (таблица 1).

 

Таблица 1. Влияние увлажнения на накопление ¹³⁷Cs различными видами грибов (плотность загрязнения экотопов 185 кБк/м²)

 

Вид	Элювиальный ландшафт	Аккумулятивный ландшафт
Опенок настоящий (Armillariela mellea)	1,52	37,0
Дождевик жемчужный (Lycoperdon perlatum)	2,11	5,55
Сыроежки (Russula spp.)	2,29	170,2
Гриб-зонтик пестрый (Macrolepiota procera)	4,81	8,14
Груздь черный (Lactarius necator)	8,88	70,3
Свинушка тонкая (Paxillus involutus)	37,0	777,0

 

Пространственная неоднородность загрязнения почв и огромные площади, занимаемые грибами, не позволяют достоверно оценить влияние других свойств (мощность лесной подстилки, содержание гумуса, рН солевой и водный, содержание обменных Са, Mg, K) на аккумуляцию 137 Cs. Наиболее тесная связь прослеживается между мощностью лесной подстилки и накоплением 137 Cs грибами [12].

В плодовых телах радионуклиды накапливаются неодинаково. Одни исследователи  отмечают, что сильных отличий  в концентрации 137 Cs между отдельными частями плодовых тел нет, другие считают, что цезий, как и другие микроэлементы, в большей степени скапливается в шляпках. Оба эти положения имеют право на существование. У молодых особей различия в удельной активности шляпок и ножек минимальны, они появляются лишь по мере созревания плодовых тел за счет концентрации 137 Cs в гименофорах (поверхностях, несущих спороносный слой) [15] (таблица 2).

 

Таблица 2. Содержание ¹³⁷Cs в разных частях плодовых тел грибов (кБк/кг сырой массы)

 

Вид	Гименофор	Шляпки	Ножки	Целиком
Горькушка (Lactarius rufus)	44,5	15,3	19,8	21,6
Зеленушка (Tricholoma flavovirens)	45,6	11,7	11,8	16,0
Свинушка тонкая (Paxillus involutus)	56,0	25,8	21,0	29,0
Волнушка розовая (Lactarius torminosus)	31,4	21,6	17,0	18,0
Подберезовик (Leccinum scabrum)	45,0	26,5	21,1	32,0

 

Многолетняя динамика содержания 137 Cs в грибах. На этот счет существуют различные точки зрения. По мнению одних исследователей, концентрация 137 Cs в грибах со временем очень медленно уменьшается, по мнению других – остается почти неизменной, с незначительными вариациями по годам, поскольку радионуклиды аккумулируются в мицелии. В результате длительных наблюдений установлено, что многолетняя динамика накопления 137 Cs грибами меняется в зависимости от физико-химической природы радиоактивных выпадений; климатических и экологических условий (типа почвы и особенностей строения подстилки), а также видовых различий грибов, в частности глубины распространения мицелия. Для видов с поверхностным расположением мицелия (например, свинушки тонкой) она снижается в 1,5-6 раз (в зависимости от видовой принадлежности и типа биогеоценоза). Для видов с более глубоким расположением мицелия (желчного и белого грибов) в настоящее время концентрация 137 Cs в плодовых телах увеличивается. По прогнозам немецких специалистов, к 2011 г содержание 137 Cs в грибах, мицелий которых в основном расположен в минеральных горизонтах почвы, вырастет на 140 %, а в видах с мицелием, находящимся в верхних слоях лесной подстилки, уменьшится до 1 % от первоначального уровня [21].