Изучение возможности использования данных по содержанию стабильных изотопов магния для прогноза региона производства яблок

Актуальность. Достоверные критерии, позволяющие установить регион происхождения плодовой продукции, привлекают постоянное внимание исследователей в различных странах. Уже известен ряд подходов, направленных на решение данной проблемы, получены определенные успехи по интерпретации экспериментальных данных для плодов по содержанию стабильных изотопов водорода, углерода, кислорода, азота, серы. Не исключено, что информация о фракционировании стабильных изотопов магния позволит получить не менее важную и надежную информацию для достижения тех же целей.

Методы. Для выполнения работы использовали масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой, стандартные образцы стабильных изотопов магния российского производства. Общую концентрацию катионов магния определяли атомной абсорбцией в пламени и на системе капиллярного электрофореза.

Результаты. В ходе исследований установлено массовое и процентное соотношение трех стабильных изотопов (24Mg, 25Mg, 26Mg) в изучаемых образцах яблок, выращенных в разных почвенно-климатических зонах. Полученные данные отражают относительную распространенность изотопов данного элемента, выраженную в отношении малораспространенного изотопа к наиболее распространенному. Определено отклонение изотопного состава Mg опытных образцов от условного стандарта, получены существенные отклонения по магнитному изотопу 25Mg и немагнитному 26Mg. Получены исходные данные по фракционированию стабильных изотопов магния в сырье, произрастающем в разных регионах, с целью возможного последующего использования в качестве индикаторов в биохимических и физиологических исследованиях. Предположено сочетание полученной информации по изотопам Mg с учетом содержания изотопов других металлов, что позволит с большей надежностью уточнять регион произрастания сырья.

1. Camin F., Perini M., Bontempo L., Fabroni S., Faedi W., Magnani S., Baruzzi G., Bonoli M., Tabilio M.R., Musmeci S., Rossmann A., Kelly S.D., Rapisarda P. Potential isotopic and chemical markers for characterizing organic fruits. Food Chemistry. 2011; 125: 1072-1082. DOI:10.1016/J.FOODCHEM.2010.09.081

2. Laursen K.H., Mihailova A., Kelly S.D., Epov V.N., Bérail S., Schjoerring J.K., Donard O.F.X., Larsen E.H., Pedentchouk N., MarcaBell A.D., Halekoh U., Olesen J.E., Husted S. Is it really organic? Multi-isotopic analysis as a tool to discriminate between organic and conventional plants. Food chemistry. 2013; 141: 2812-2820. DOI:10.1016/j.foodchem.2013.05.068

3. Schmidt H., Rossmannm A., Voerkelius S. Isotope characteristics of vegetables and wheat from conventional and organic production. Isotopes in Environmental and Health Studies. 2005; 41: 223-228. DOI:10.1080/10256010500230072

4. Trust B.A., Fry B. Stable sulphur isotopes in plants: a review. Plant, Cell and Environment. 1992; 15: 1105-1110.

5. Vitoria L., Otero N., Soler A., Canals A. Fertilizer Characterization: Isotopic Data (N, S, O, C, and Sr). Environmental Science Technology. 2004; 38(12): 3254-3262.

6. Blättler C.L., Claire M.W., Prave A.R., Kirsimäe K., Higgins J.A., Medvedev P.V., Romashkin A.E., Rychanchik D.V., Zerkle A.L., Paiste K., Kreitsmann T., Millar I.L., Hayles J. A., Bao H., Turchyn A.V., Warke M. R., Lepland A. Two-billion-year-old evaporites capture Earth’s great oxidation. Science. 2018; 360: 320-323. DOI :10.1126/science.aar2687

7. Angert A., Said-Ahmad W., Davidson Ch., Amrani A. Sulfur isotopes ratio of atmospheric carbonyl sulfide constrains its sources. Scientific reports. 2019; 9: 741. DOI:10.1038/s41598-018-37131-3

8. Finlay J.C., Kendall, C. Stable isotope tracing of temporal and spatial variability in organic matter sources to freshwater ecosystems. In: R. Michener and K. Lajtha, editors, Stable isotopes in ecology and environmental science. 2nd ed. Boston: Blackwell Publ., 2007; 283-333.

9. Young E. D., Galy A., Nagahara H. Kinetic and equilibrium massdependent isotope fractionation laws in nature and their geochemical and cosmochemical significance Geochimica et cosmochimica acta. 2002; 66: 1095–1104. DOI:10.1016/S0016-7037(01)00832-8

10. Shin W.J., Ryu J.S., Mayer B., Lee K.S., Kim I. Nitrogen, Sulfur, and Oxygen Isotope Ratios of Animal- and Plant-Based Organic Fertilizers Used in South Korea. Journal of Environmental Quality. 2017; 46(3): 559-567. DOI:10.2134/jeq2017.01.0018

11. Rapisarda P., Camin F., Fabroni S. [et al.] Influence of different organic fertilizers on quality parameters and the δ15N, δ13C, δ2H, δ34S, and δ18O values of orange fruit (Citrus sinensis L. Osbeck). Journal of Agriculture and Food Chemistry. 2010; 58: 3502-3506. DOI: 10.1021/jf903952v

12. Letuta U.G. Magnetic isotopes of 25 Mg and 67 Zn and magnetic fields influence on adenosine triphosphate content in Escherichia Coli. Journal of Physics Conference Series. 2020; 1443(1): 012-015. DOI:10.1088/1742-6596/1443/1/012015

13. Letuta U.G., Berdinskiy V.L., Udagawa Ch., TanimotoY. Enzymatic mechanisms of biological magnetic sensitivity: Enzymatic Mechanisms of Biomagnetosensitivity, Bioelectromagnetics. 2017; 38(7): 511-521. DOI:10.1002/bem.22071

14. Coplen T.B., Bohlke J.K., De Bievre P., Ding T., Holden N.E., Hopple J.A., Krouse H., Lamberty A., Peiser H.S., Revesz K., Rieder S.E., Rosman K.J.R., Roth E., Taylor P.D.P., Vocke R.D., Xiao Y.K. Isotope-abundance variations of selected elements (IUPAC technical report), Pure and applied chemistry. 2002; 74: 1987-2017. DOI:10.1351/pac200274101987

15. Bizzarro M., Paton Ch., Larsen K., Schiller M., Trinquier A., Ulfbeck D. High-precision Mg-isotope measurements of terrestrial and extraterrestrial material by HR-MC-ICPMS —implications for the relative and absolute Mg-isotope composition of the bulk silicate Earth, Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2011; 26 (3): 565. doi:10.1039/c0ja00190b

16. Pobozy Е.,Trojanowicz М. Application of capillary electrophoresis for determination of inorganic analytes in waters, Molecules. 2021; 26: 6972. https://doi.org/10.3390/molecules26226972

17. Robin J. Mineral nutrient composition of vegetables, fruits and grains: the context of reports of apparent historical declines, Journal of Food Composition and Analysis. 2017; 56: 93-103. DOI:10.1016/j.jfca.2016.11.012

18. Buchachenko A.L., Bukhvostov A.A., Ermakov K.V., Kuznetsov D.A. A specific role of magnetic isotopes in biological and ecological systems. Physics and biophysics beyond, Prog Biophys Mol Biol. 2020; 155: 1–19.

19. Letuta U.G. Magnesium magnetic isotope effects in microbiology, Archives of Microbiology. 2021; 203(5): 1853-1861. DOI: 10.1007/s00203-021-02219-4