杠柳不同部位無機元素的分布及富集特征研究*

李國輝，張春艷，李天祥，李慶和，張伯禮

（1.天津中醫(yī)藥大學，天津 300193；2.天津市濱海新區(qū)塘沽中醫(yī)醫(yī)院，天津 300450）

·中藥研究·

杠柳不同部位無機元素的分布及富集特征研究*

李國輝1，張春艷2，李天祥1，李慶和1，張伯禮1

（1.天津中醫(yī)藥大學，天津 300193；2.天津市濱海新區(qū)塘沽中醫(yī)醫(yī)院，天津 300450）

[目的]測定3種植物形態(tài)（藤本、灌木、蔓生灌木）杠柳根皮、莖皮、根際土壤中Mn、Cu、Zn、Fe、K、Ca、Mg共7種元素的含量，考察杠柳不同部位各元素的分布及富集特征。[方法]電熱板濕法消解樣品，火焰原子吸收法測定各元素含量。[結(jié)果]根皮、莖皮中各元素含量差異較大，但大小順序均為K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn；元素Zn、Fe、K、Ca在兩部位中的分布具較明顯差異性，Zn、K、Ca在莖皮中有較多分布，而根皮中有更多的Fe；根際土壤中元素含量大小順序為Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu，杠柳生長土壤質(zhì)量較優(yōu)；根皮、莖皮對Cu、Ca富集性較強，K在莖皮中有一定的富集。[結(jié)論]明確了杠柳根皮、莖皮中7種元素的含量、分布及富集特征，提供了杠柳植物形態(tài)分為兩類的數(shù)據(jù)支撐，首次提出杠柳作為銅污染區(qū)土壤修復植物的可能性，為完善杠柳的生態(tài)學等基礎研究奠定了基礎。

杠柳；無機元素；分布及富集；植物修復

杠柳（Periploca sepium Bge.）為蘿藦科植物，根皮習稱香加皮，為傳統(tǒng)中藥材，功能利水消腫，祛風濕，強筋骨[1]。近年來，隨著對其化學組成[2-3]、藥理活性[4-5]、代謝[6-7]、質(zhì)量控制[8-10]、臨床應用等方面研究的不斷深入，相關(guān)藥用價值不斷被挖掘。現(xiàn)代藥學研究表明：中藥材中發(fā)揮其臨床療效的物質(zhì)基礎不僅包括其有機組分，無機元素及其組成對疾病的防治和人體機能的調(diào)節(jié)作用亦不可忽視，如鐵參與組成血紅蛋白，運輸和儲存體內(nèi)氧，構(gòu)成細胞色素系統(tǒng)，提高免疫力；鋅、錳參與酶的組成及激活，調(diào)節(jié)多種生理活動。不同藥用植物因其遺傳特性、個體發(fā)育、生理、代謝的差異，導致其對根際土壤各種元素的選擇性吸收能力不同。前期考察發(fā)現(xiàn)，杠柳植物形態(tài)呈藤本狀（TB）、灌木狀（GM）、蔓生灌木狀（MS）[11]，香加皮強心成分杠柳毒苷在莖皮中含量較高[10]，故本研究擬通過測定不同植物形態(tài)杠柳的根皮、莖皮及其根際土壤中錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）的含量，考察3種形態(tài)杠柳無機元素含量的差異性、不同藥用部位中各元素的分布以及富集特征，為完善杠柳的生態(tài)學等基礎研究奠定基礎。

1 材料與儀器

1.1實驗材料 樣品采自天津薊縣下營鎮(zhèn)，選取3個不同生長形態(tài)的杠柳樣地，于2012年6月4日，6月21日，8月21日，9月5日在每個樣地隨機選取3株，收集其莖皮、根皮及根際土壤。原植物經(jīng)天津中醫(yī)藥大學李天祥副教授鑒定為蘿藦科植物杠柳（Periploca sepium Bge.）。植物樣晾干后，40℃減壓真空干燥4 h，粉碎過60目篩待測。土樣去除石塊及動植物殘體后在室內(nèi)陰干，將通過2 mm篩的土壤粉碎、研磨，至全部通過100目篩待測。

1.2儀器與試劑 iCE 3500原子吸收光譜儀（美國Thermo Fisher Scientific公司）；EH35A plus電加熱板（Lab-Tech公司）；空心陰極燈（北京曙光明電子光源儀器有限公司）；FA 2104電子天平（上海舜宇恒平科技儀器有限公司）；SB25-12DT超聲波清洗機（寧波新芝生物科技股份有限公司）；DFZ-6050型真空干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）。單元素（Fe、Mn、Cu、Zn、K、Ca、Mg）標準溶液，離子質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL，購于天津傲然精細化工研究所；GBW 07603-生物成分分析-灌木枝葉成分分析標準物質(zhì)，GBW 07427-土壤成分分析標準物質(zhì)-華北平原土壤，均購于中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘察研究所；硝酸、高氯酸、氫氟酸、硝酸鑭均為優(yōu)級純；實驗用水為娃哈哈純凈水。

2 實驗方法

2.1植物樣品消解 精確稱取0.500 0 g試樣于50 mL聚四氟乙烯燒杯中，1 mL純凈水潤濕后加入10 mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，蓋上表面皿置于通風櫥內(nèi)浸泡過夜。次日于100℃電熱板上消解2 h，中間補加硝酸3 mL，然后120℃、140℃各消解2 h，2 mL硝酸沖洗表面皿，繼續(xù)加熱至約剩1 mL左右溶液，取下放冷加入1 mL硝酸，繼續(xù)趕酸至白煙冒盡，1%硝酸趁熱溶解殘渣，定容至50 mL。同時消解質(zhì)控樣灌木枝葉標準物質(zhì)及全程序空白，所有樣品采用平行雙樣。

2.2土壤樣品消解 精確稱取0.500 0 g過100目篩并烘干至恒重的試樣于50 mL聚四氟乙烯燒杯中，1mL純凈水潤濕后加入10mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，蓋上表面皿置于通風櫥內(nèi)浸泡過夜。次日于電熱板上微沸狀態(tài)消解3 h，2 mL硝酸沖洗表面皿，加入3 mL氫氟酸除硅，為了達到更好的飛硅效果，應經(jīng)常搖動燒杯，余下趕酸、定容等操作同“2.1植物樣品消解”項。同時消解華北平原土壤標準物質(zhì)并制備全程序空白，所有樣品采用平行雙樣。

對測定條件優(yōu)化后，火焰原子吸收光譜法測定供試液中無機元素的含量，若元素濃度超出線性范圍，以1%硝酸對供試液及空白溶液進行稀釋后重新測定。在K及Ca、Mg的測定中，分別加入一定量的Na標準溶液和鑭溶液，以抑制溶液中K的電離以及磷酸根（PO43-）等對Ca、Mg測定的影響。采用一般線性標準曲線法對樣品進行含量計算，重復測定3次，取其算術(shù)平均值。

3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件，組間的差異比較采用單因素方差分析（one-way ANOVA）法。

4 結(jié)果與結(jié)論

4.13種形態(tài)杠柳根皮、莖皮中各元素含量 見表1，見表2。

由表1、表2可知，杠柳根皮、莖皮中以K、Ca、Mg的含量較多，而Mn、Cu、Zn的含量較少；根皮、莖皮中的含量大小順序表現(xiàn)一致，均為K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn。

表1 杠柳根皮中無機元素含量（±s）Tab.1 Contents of inorganic elements in velamen of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

表1 杠柳根皮中無機元素含量（±s）Tab.1 Contents of inorganic elements in velamen of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

注：MS與TB比較，*P＜0.05；GM與TB比較，#P＜0.05。

植物形態(tài) Cu Zn Fe MS 0.07±0.00 0.02±0.00 0.90±0.20*#GM 0.07±0.02 0.03±0.01 0.93±0.24*#TB 0.09±0.01 0.03±0.01 1.43±0.16*#均值 0.08 0.02 1.09 n 12 12 12 36 Mn 0.11±0.04 0.11±0.02 0.13±0.05 0.11植物形態(tài)MS GM TB均值n Ca 10.41±2.18 06.96±0.15*#09.72±1.55 07.64±0.94*#08.94±0.25 12.13±1.37*#9.69 8.91 K 12 12 12 36 Mg 2.27±0.28 1.91±0.16 1.95±0.28 2.05

表2 杠柳莖皮中無機元素含量（±s）Tab.2 Contents of inorganic elements in stem bark of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

表2 杠柳莖皮中無機元素含量（±s）Tab.2 Contents of inorganic elements in stem bark of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

注：MS與TB比較，*P＜0.05；GM與TB比較，#P＜0.05。

植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Mn Cu Zn Fe 0.12±0.05 0.06±0.02*#0.03±0.01 0.46±0.10 0.12±0.02 0.06±0.01*#0.04±0.01 0.68±0.34 0.13±0.05 0.09±0.01*#0.04±0.01 0.71±0.06 0.12 0.07 0.04 0.62植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Ca 18.50±3.03 13.26±1.84*#19.73±3.38 13.03±3.32*#19.29±1.45 26.98±1.67*#19.17 17.76 K Mg 2.01±0.16 1.93±0.16 2.12±0.28 2.02

比較藤本、蔓生、灌木3種形態(tài)杠柳中元素含量可以發(fā)現(xiàn)，蔓生、灌木兩種形態(tài)杠柳所含7種元素并未表現(xiàn)明顯差異性。與蔓生、灌木相比，藤本杠柳根皮中Fe與Ca、莖皮中Cu與Ca含量差異有統(tǒng)計學意義，其他元素無明顯區(qū)別。藤本Ca含量約為其他兩種形態(tài)的2倍，可能與其多生于腐殖質(zhì)較豐富的林地中，可供吸收的鈣離子（Ca2+）更多，且根部對Ca2+吸收的限制較少有關(guān)[12]。杠柳體內(nèi)過量的Ca2+以草酸鈣晶體存在，這與杠柳根皮、莖皮中含有大量草酸鈣方晶的報道[13]相符。

《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標準》[14]（WM/T2-2004）規(guī)定Cu的限量標準為Cu≤0.02mg/g。本實驗測得根皮、莖皮中Cu的平均含量分別為0.08、0.07 mg/g，超出限量標準2~3倍，其測定結(jié)果與本課題組所測其他地點杠柳根皮、莖皮中Cu含量（0.02 mg/g，另文報道）具有明顯差異性，猜測杠柳對元素Cu的吸收可能與其生長土壤有較大關(guān)系。

4.2杠柳根皮、莖皮中各元素的分布特性 植物體不同部位對同種元素的吸收具有差異性。以根皮/莖皮為分布系數(shù)，考察7種無機元素在根皮、莖皮中的分布，結(jié)果顯示Zn、Fe、K、Ca的分布具較明顯差異，其中Fe的分布系數(shù)為1.85，表明其在根皮中有更多的分布；K、Ca的分布系數(shù)約為0.5，莖皮中含量約為根皮中的2倍；Zn以莖皮中分布稍多。Mn、Cu、Mg在根皮、莖皮中含量水平一致，分布并未表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果見表3。

表3 杠柳根皮、莖皮中無機元素分布系數(shù)（根皮/莖皮）Tab.3 Distribution coefficients of inorganic elements in velamen and stem bark of Periploca sepium Bge. (velamen/stem bark)

4.3杠柳根際土壤中各元素含量 杠柳根際土壤中無機元素含量大小順序為Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu，與根皮、莖皮中含量順序相比，F(xiàn)e含量高于K含量，為各元素含量最高，Cu含量最低，其他元素含量次序與根皮、莖皮中一致。7種元素中，3種形態(tài)杠柳根際土壤所含F(xiàn)e、K無明顯差異性；蔓生根際土壤中元素Cu含量與灌木土壤相比、所含Ca、Mg量與藤本土壤相比差異均有統(tǒng)計學意義，藤本根際土壤元素Mn、Zn含量與蔓生及灌木兩種形態(tài)差異有統(tǒng)計學意義。結(jié)果見表4。

表4 杠柳根際土壤中無機元素含量（±s）Tab.4 Contents of inorganic elements in rhizosphere soil of Periploca sepium Bge（.±s）mg/g

表4 杠柳根際土壤中無機元素含量（±s）Tab.4 Contents of inorganic elements in rhizosphere soil of Periploca sepium Bge（.±s）mg/g

注：MS與GM比較，△P＜0.05；MS與TB比較，*P＜0.05；GM與TB比較，#P＜0.05。

植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Mn Cu Zn Fe 0.27±0.04*#0.01±0.01△0.07±0.01*#24.27±2.73 0.46±0.17*#0.02±0.01△0.07±0.00*#30.22±6.87 0.79±0.20*#0.02±0.00△0.08±0.01*#29.74±1.36 0.51 0.02 0.08 28.08植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Ca 11.76±1.12 4.90±1.54* 15.64±3.27 6.79±1.21* 15.56±1.04 7.85±1.45* 14.32 6.51 K Mg 4.82±0.65* 6.00±1.14* 7.33±0.79* 6.05

《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》[15]分別對Cu、Zn作出限量要求，規(guī)定Ⅰ類土壤Cu≤0.035mg/g、Zn≤0.1mg/g，本實驗所測杠柳根際土壤Cu、Zn含量分別為0.02mg/g、0.08 mg/g，均低于標準限量要求，表明杠柳生長地土壤質(zhì)量基本上保持自然水平，質(zhì)量較優(yōu)。

4.4杠柳根皮、莖皮中各元素的富集特征 植物體不同部位對各元素的吸收、富集具有差異性。以某部位中元素含量與其根際土壤元素含量的比值作為此部位對該元素的富集系數(shù)，以表征其對該元素的吸收、富集能力，富集系數(shù)越大表明其富集能力越強。本實驗計算所得3種形態(tài)杠柳的根皮、莖皮對7種元素的富集系數(shù)結(jié)果見表5。從表5中可知，Cu、Ca在根皮、莖皮中均表現(xiàn)出富集現(xiàn)象；Cu的富集系數(shù)較大，分別為4.19、3.95，根皮、莖皮的富集能力相當；根皮、莖皮對Ca的富集系數(shù)分別為1.41、3.17，莖皮對Ca的富集能力更強；K在莖皮亦有一定的富集；其他元素在根皮、莖皮中均未表現(xiàn)出富集現(xiàn)象，F(xiàn)e的吸收最少，富集系數(shù)分別為0.04、0.02。

表5 杠柳根皮、莖皮對無機元素的富集系數(shù)Tab.5 Enrichment coefficients of inorganic elements in velamen and stem bark of Periploca sepium Bge.

5 討論

杠柳根皮、莖皮中無機元素含量大小順序為K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn，通過3種形態(tài)、兩部位無機元素含量及其顯著性比較可知，形態(tài)上更為接近的蔓生與灌木間無明顯差異，而與蔓生、灌木相比，藤本在Fe、Ca、Cu等元素上表現(xiàn)為差異有統(tǒng)計學意義，可推測杠柳形態(tài)應歸為兩類，蔓生與灌木合并，藤本單獨歸為一類，但是3種形態(tài)是否滿足種下亞種的條件仍需從分子生物學等方面予以探索。

杠柳生長土壤質(zhì)量較優(yōu)，從所測元素來看并未受到污染，基本保持在自然水平。根皮、莖皮對Cu、Ca均表現(xiàn)出富集能力，莖皮對K也具有一定的富集現(xiàn)象，此兩部位對Cu的富集系數(shù)相當，富集能力較強，考慮到不同采集地點的杠柳根皮、莖皮所含Cu元素含量不同及其對Cu的強富集性，下一步工作可深入探討杠柳作為Cu污染區(qū)土壤的修復凈化植物的可能性。

[1]國家藥典委員會．中華人民共和國藥典（一部）[S]．北京:中國醫(yī)藥科學技術(shù)出版社,2010:240-241．

[2] Xu JP,Takeya K,Itokawa H．Pregnanes and cardenolides from Periploca sepium[J]．Phytochemistry,1990,29(1):344-346．

[3]殷志琦,王 磊,張曉琦,等．香加皮中甾體類化學成分研究[J]．中國藥學雜志,2009,44(13):968-971．

[4]李玉紅,高秀梅,張伯禮,等．香加皮提取物對離體心臟心功能的影響[J]．遼寧中醫(yī)學院學報,2005,7(4):396-397．

[5]馬 立,姬艷蘇,韓 娟,等．超聲心動圖觀察杠柳毒苷對慢性心衰大鼠左室結(jié)構(gòu)和功能的影響[J]．天津中醫(yī)藥大學學報,2008, 27(2):81-83．

[6]王 強,任曉亮,王 焱,等．杠柳毒苷在大鼠體內(nèi)排泄的初步研究[J]．天津中醫(yī)藥大學學報,2008,27(1):29-32．

[7]任曉亮,謝躍生,潘桂湘,等．香加皮強心成分杠柳毒苷腸菌代謝研究[J]．天津中醫(yī)藥,2007,24(6):515-518．

[8]劉 虹,楊 虹,孫 巍,等．HPLC法同時測定香加皮中杠柳毒苷和4-甲氧基水楊醛[J]．天津中醫(yī)藥,2006,23(1):64-66．

[9]楊 虹,劉 虹,王 萌,等．香加皮有效部位滴丸的質(zhì)量標準研究[J]．天津中醫(yī)藥,2011,28(4):332-334．

[10]張春艷,李國輝,李天祥,等．不同生長期杠柳各部位活性成分的累積變化[J]．中草藥,2012,43(12):2508-2511．

[11]李天祥,張春艷,李國輝,等．杠柳的生態(tài)生物學特性研究[J]．現(xiàn)代藥物與臨床,2013,28(5):730-733．

[12]譚 云．植物草酸鈣晶體的形成和功能[J]．生物學通報,2007,42 (10):20-21．

[13]張 魯,張春艷,李天祥．杠柳不同藥用部位的顯微鑒定[J]．中藥材,2011,34(10):1529-1532．

[14]中華人民共和國商務部．WM/T 2-2004藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標準[S]．北京:中國標準出版社,2005．

[15]國家環(huán)境保護局．GB 15618-1995土壤環(huán)境質(zhì)量標準[S]．北京:中國標準出版社,1995．

Study on distribution and enrichment characteristic of inorganic elements in different fractions of Periploca sepium Bge.

LI Guo-hui1,ZHANG Chun-yan2,LI Tian-xiang1,LI Qing-he1,ZHANG Bo-li1
（1.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China; 2.Tianjin Binhai New Area Tanggu Traditional Chinese Medicine Hospital,Tianjin 300450,China）

[Objective]To determine the contents of Mn,Cu,Zn,Fe,K,Ca and Mg in velamen,stem bark and rhizosphere soil of Periploca sepium Bge．of three growth forms(vine,shrub and sprawling shrub),and study the distribution and enrichment characteristic of these elements in different fractions．[Methods]All samples were wet digested on electric heating plate,content of each element was determined by flame atomic absorption spectrometry．[Results]Contents of elements in velamen and stem bark are quite different,but all ordered as K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn;distribution of Zn,Fe,K and Ca were significantly different in two parts．Zn,K and Ca were more in stem bark,and Fe in velamen;contents of elements in rhizosphere soil which was excellent were ordered as Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu,and Cu and Ca were highly enriched,K had a certain enrichment in stem bark．[Conclusion]The foundation is laid fof improving the basic research such as ecology of Periploca sepium Bge．by making the contents,distribution and enrichment characteristic of seven elements in velamen and stem bark cleared,providing data for supporting dividing into two categories,and firstly proposing the possiblity of phytoremediation in copper contaminated soil by Periploca sepium Bge．．

Periploca sepium Bge．;inorganic element;distribution and enrichment;phytoremediation

R282.72

A

1672-1519（2014）12-0756-04

2014-06-11）

（本文編輯：高 杉，馬 英）

10.11656/j.issn.1672-1519.2014.12.16

天津市科技支撐計劃項目（10ZCZDSY12400）；第4次全國中藥資源普查天津試點：生多調(diào)查（環(huán)）。

李國輝（1989-），男，碩士研究生，研究方向為中藥質(zhì)量控制與資源開發(fā)。

李天祥，E-mail:litianxiang612@sina.com。