Разработка биомедицинских технологий жизнеобеспечения на современном уровне немыслима без последовательного изучения биотрансформации и экотоксичности химических форм элементов в ходе их движения из почв через растения к животным и человеку. Цикл из четырех публикаций 2003 - 2004 гг. представляет научный поиск авторами путей снижения риска поражения высокотокcичным тяжелым металлом – кадмием. В почвах кадмий сопутствует жизненно необходимому цинку, поступающему в растения, затем в живые организмы и участвующему в формировании их микроэлементного состава. Актуально выяснение защитной реакции растений на кадмиевый стресс ([Cd] > от 0.1 до 2 мг/кг почвы).

В представленном цикле работ обнаружена выработка растениями фенолов и тиолов в ответ на поступление кадмия и доказан механизм защиты от его токсического действия путем связывания биолигандами разных классов [1]. Выполнено количественное исследование методами бумажной и высокоэффективной жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии, УФ спектроскопии и рентгеновской флуоресценции. Установлено, что поступление кадмия вызывает неоднозначный биохимический ответ в растениях разных классов. Так, при кадмиевом стрессе в пшенице вырабатываются полифенолы, в горохе – тиолы, в ярутке – как полифенолы, так и тиолы. Биологическая устойчивость растений при этом оказалась также неодинаковой: пшеница погибает при содержании кадмия выше 0.7 мг/кг почвы, горох – при 1 мг/кг, ярутка нечувствительна к высокой концентрации кадмия, по-видимому, благодаря мощной усиленной биозащите полифенолами совместно с тиолами.

Разработанная авторами оригинальная методика хроматографии с изменением рН при элюировании в ходе анализа растительных образцов позволила впервые идентифицировать более 30 природных веществ в составе координационных соединений кадмия и выделить металлозависимые пики хроматограмм, исчезающие при обработке образцов дитизоном, сильнейшим комплексообразователем для цинка и кадмия. Благодаря этому выделена группа веществ, отвечающих на повышенное поступление кадмия из почв. Это природные соединения с функциональными гидроксильными (полифенолы) и сульфгидрильными (тиолы) группами, способные связывать кадмий путем комплексообразования, защищающего растение от экотоксического металла. Предложенная гипотеза проверена моделированием найденных природных лигандов синтетическими аналогами – “свидетелями”: трицином, другими полифенолами, а также производными цистеина [2]. Действительно, как и в природных образцах, в присутствии кадмия появляются дополнительные пики в хроматограммах аналогов (в некоторых случаях, например, у производных цистеина, изменяются и УФ спектры поглощения), что свидетельствует в пользу предположения о связывании кадмия в комплексы. Этот фундаментальный результат открывает практическую перспективу защиты растений от действия тяжелых металлов и повышения урожайности на почвах, загрязненных тяжелыми металлами.

В ходе исследований последствий действия на растения повышенного содержания кадмия в почвах изучены газовые выделения растений. Обнаружено выделение кадмия растениями рода фиалок (Violaceae) в виде летучих хелатов кадмия с производными цистеина и дикарбоновыми кислотами [3, 4]. УФ облучение этих газовых выделений приводит к появлению субмикронных аэрозольных частиц, содержащих кадмий. Обнаруженный факт представляет интерес для практической медицины (терапия бронхолегочных заболеваний) и находится в стадии количественного исследования.

1. Дубинина Ю.Ю., Дульцева Г.Г., Палесский С.В., Скубневская Г.И.
Изучение химической природы защитной реакции растений на избыточное содержание кадмия в почве. Экологическая химия, 2003, т. 12, № 1, стр. 41-46.

2. Скубневская Г.И., Дульцева Г.Г., Дубцова Ю.Ю.
Координационные взаимодействия кадмия с органическими лигандами: хроматографический анализ. Экологическая химия, 2004, т. 13, № 1, стр. 3-5.

3. Дубинина Ю.Ю., Дульцева Г.Г.
Изучение образования металлосодержащего аэрозоля при окислении выделяемых растениями металлоорганических газообразных веществ. Оптика атмосферы и океана, 2003, т. 16, № 5-6, стр. 415-417.

4. Dubinina Yu.Yu., Dultseva G.G., Skubnevskaya G.I.
The dynamics of metal-containing aerosol formed through oxidation of plant-generated gaseous organometallic compounds. Journal of Aerosol Science, 2003, v. 34 S235-236.