當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素與海拔及經(jīng)緯度的關(guān)系研究

顧志榮， 陳 暉， 王亞麗*， 孫宇靖， 張亞亞

（1.甘肅中醫(yī)學(xué)院科研實(shí)驗(yàn)中心，甘肅　蘭州　730000；2.甘肅中醫(yī)學(xué)院當(dāng)歸研究所，甘肅　蘭州　730000）

［飲片炮制］

當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素與海拔及經(jīng)緯度的關(guān)系研究

顧志榮1，2， 陳 暉2， 王亞麗1，2*， 孫宇靖1，2， 張亞亞2

（1.甘肅中醫(yī)學(xué)院科研實(shí)驗(yàn)中心，甘肅蘭州730000；2.甘肅中醫(yī)學(xué)院當(dāng)歸研究所，甘肅蘭州730000）

目的 探討當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其生長的海拔及經(jīng)緯度的關(guān)系。方法 采用AAS（原子吸收分光光度法）測定甘肅省10個(gè)主產(chǎn)區(qū)的91批不同海拔及經(jīng)緯度的當(dāng)歸藥材中9種無機(jī)元素（Fe、K、Zn、Mg、Mn、Ca、Ni、Na和Cu），采用相關(guān)分析、通徑分析和決定程度分析進(jìn)行研究。結(jié)果 不同產(chǎn)地當(dāng)歸中無機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多有顯著性差異；當(dāng)歸藥材中Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔呈顯著正相關(guān)，K、Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與經(jīng)度及緯度呈顯著正相關(guān)，Ca的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔呈顯著負(fù)相關(guān)；海拔和經(jīng)緯度對Mg、Zn及Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在一定的交互作用；海拔是K和Mn的主要影響因素，經(jīng)度是Ca、Ni和Na的主要影響因素，緯度是Ca和Mg的主要影響因素。結(jié)論 在當(dāng)歸種植基地選擇時(shí)須考慮海拔、經(jīng)度及緯度等地理指標(biāo)以富集人體必需的微量元素，減少重金屬元素。

當(dāng)歸；無機(jī)元素；海拔；經(jīng)度；緯度；相關(guān)分析；通徑分析；決定程度分析

當(dāng)歸Angelica sinensis（Oliv.）Diels為傘形科草本藥用植物，中醫(yī)以其根作為藥用［1］。當(dāng)歸屬低溫長日照型植物，適宜生長在海拔2 000～3 000 m的高寒陰濕地區(qū)。甘肅主產(chǎn)區(qū)當(dāng)歸總產(chǎn)量占全國的95%以上，分布在34°02′～34°50′N及103°37′～104°52′E，以岷山山脈東支南北兩面山麓地區(qū)種植面積較大［2］，質(zhì)量最優(yōu)，俗稱“岷歸”，被引為道地藥材。

海拔和經(jīng)度、緯度等地理指標(biāo)是影響藥用植物分布及生長發(fā)育的重要環(huán)境因子［3］。研究表明，適當(dāng)升高種植海拔有利于當(dāng)歸中阿魏酸的轉(zhuǎn)化積累［4］。高海拔區(qū)種植的當(dāng)歸產(chǎn)量較高，與海拔通過改變光合產(chǎn)物的分配格局和干物質(zhì)的積累速率有關(guān)，適當(dāng)升高種植海拔有利于光合產(chǎn)物向根分配，進(jìn)而提高當(dāng)歸藥材產(chǎn)量［5］。當(dāng)歸株高、葉片數(shù)和抽薹率與生長海拔和經(jīng)度呈極顯著負(fù)相關(guān)，但與緯度呈極顯著正相關(guān)，高海拔區(qū)種植的當(dāng)歸植株明顯矮化，抽薹率顯著降低［2］。這些研究從產(chǎn)量、有效成分含有量以及當(dāng)歸長勢等方面探索了海拔及經(jīng)緯度與當(dāng)歸生長的響應(yīng)關(guān)系，但對當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素含有量與海拔及經(jīng)緯度的關(guān)系研究筆者未見相關(guān)報(bào)道。研究表明，當(dāng)歸含有23種無機(jī)元素，其中16種是人體必需的微量元素［6］。無機(jī)元素在藥用植物次生代謝產(chǎn)物的生物合成、中藥生物活性的表達(dá)和化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)解析中起著關(guān)鍵性作用［7-8］。本實(shí)驗(yàn)基于91批不同生長海拔及經(jīng)緯度的當(dāng)歸樣本，探討當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素含有量與海拔及經(jīng)緯度等地理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。

1　儀器與材料

Solaar S-2型原子吸收分光光度計(jì)（美國熱電公司）；MK-Ⅲ型光纖壓力自控密閉微波消解系統(tǒng)（上海新科公司）。HNO3和H2O2（均為優(yōu)級純）；超純水；Zn、Fe、Mn、Mg、Ni、Ca、Na、K及Cu標(biāo)準(zhǔn)儲備液（購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，批號6031）。91批當(dāng)歸樣本，于2012年10月下旬采集于甘肅省10個(gè)縣級主產(chǎn)區(qū)，經(jīng)甘肅中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院晉玲教授鑒定為Angelica sinensis（Oliv.）Diels。樣本信息見表1。

表1　當(dāng)歸樣本信息Tab.1 Samp les information of Angelica sinensis

續(xù)表1

2　方法與結(jié)果

2.1樣品中無機(jī)元素的測定 樣品中無機(jī)元素的測定采用AAS法。樣品溶液制備、檢測條件等參見參考文獻(xiàn)［9］。每份樣品平行測定3次，取平均值。為減少篇幅并對不同產(chǎn)地當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素量進(jìn)行比較，將測定結(jié)果按產(chǎn)地表示為±s（均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差）的形式，采用ANOVA（方差分析）進(jìn)行比較。9種無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原始數(shù)據(jù)均通過了方差齊性檢查，故采用LSD法進(jìn)行兩兩比較［10］，見表2?？芍煌a(chǎn)地當(dāng)歸中無機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多有顯著性差異。

表2　當(dāng)歸藥材中無機(jī)元素測定結(jié)果（μg/g）Tab.2 Levels of inorganic elements in Angelica sinensis（μg/g）

2.2當(dāng)歸中無機(jī)元素與生長海拔及經(jīng)緯度的相關(guān)分析 為研究當(dāng)歸中無機(jī)元素與其生長海拔及經(jīng)緯度的相關(guān)關(guān)系，并排除其他環(huán)境因素對相關(guān)關(guān)系的影響，同時(shí)對其進(jìn)行Pearson相關(guān)分析與偏相關(guān)分析，結(jié)果見表3。當(dāng)兩個(gè)變量同時(shí)與第三個(gè)變量相關(guān)時(shí)，偏相關(guān)能夠?qū)⒌谌齻€(gè)變量的影響剔除［11］。Pearson相關(guān)分析顯示，當(dāng)歸藥材中Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔，K的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與經(jīng)度在P＜0.01水平呈極顯著正相關(guān)，K的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與緯度在P＜0.05水平呈顯著正相關(guān)，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與經(jīng)度及緯度在P＜0.05水平呈顯著正相關(guān)，Ca的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔在P＜0.05水平呈顯著負(fù)相關(guān)；其他礦質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔及經(jīng)緯度的相關(guān)關(guān)系不顯著。偏相關(guān)系數(shù)和Pearson相關(guān)系數(shù)的差值大于0.1的相關(guān)關(guān)系有：Fe、Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與經(jīng)度，K、Ca、Mg和Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與緯度，表明這些相關(guān)關(guān)系受其他環(huán)境因子的影響較大。

2.3當(dāng)歸中無機(jī)元素與生長海拔及經(jīng)緯度的通徑分析 由“2.2”項(xiàng)偏相關(guān)分析可知，當(dāng)歸中有些無機(jī)元素與生長海拔及經(jīng)緯度的相關(guān)關(guān)系受其他環(huán)境因子的影響較大。通徑分析能夠在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上將自變量對因變量的作用分解為直接作用和間接作用，以揭示多個(gè)因素對考察指標(biāo)的協(xié)同作用［12］。由表4直接通徑系數(shù)可知，地理指標(biāo)對Zn、Mn及Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接作用大小為緯度＞經(jīng)度＞海拔，對Fe及Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接作用大小為海拔＞緯度＞經(jīng)度，對Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接作用大小為海拔＞經(jīng)度＞緯度，對K質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接作用大小為經(jīng)度＞緯度＞海拔，對Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接作用大小為經(jīng)度＞海拔＞緯度，對Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接作用大小為緯度＞海拔＞經(jīng)度。此結(jié)論與相關(guān)分析得出的結(jié)論基本一致。

表3　當(dāng)歸中無機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔及經(jīng)緯度的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis between the level of inorganic elements in Angelica sinensis and altitude，latitude and longitude

表4　當(dāng)歸中無機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與生長海拔及經(jīng)緯度的通徑分析Tab.4 Path analysis of the levels of inorganic elements in Angelica sinensis and altitude，latitude and longitude

從作用途徑看，海拔對Fe、K、Mg、Mn、Na及Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接影響為正效應(yīng)，對Ca、Zn及Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接影響為負(fù)效應(yīng)，其中與Fe、Ca及Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接通徑系數(shù)明顯大于間接通徑系數(shù)，說明這些相關(guān)關(guān)系是海拔直接作用的結(jié)果，其他元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔的相關(guān)關(guān)系是直接作用與間接作用綜合的結(jié)果；經(jīng)度對Fe、K、Ca、Mg、Ni、Na及Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接影響為正效應(yīng)，對Zn及Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接影響為負(fù)效應(yīng)，其中與K及Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接通徑系數(shù)明顯大于間接通徑系數(shù)，說明這些相關(guān)關(guān)系是經(jīng)度直接作用的結(jié)果，其他元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與經(jīng)度的相關(guān)關(guān)系是直接作用與間接作用綜合的結(jié)果；緯度對K、Zn及Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接影響為正效應(yīng)，對Fe、Ca、Mg、Ni、Mn及Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接影響為負(fù)效應(yīng)，其中與Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的直接通徑系數(shù)明顯大于間接通徑系數(shù)，說明Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)與緯度的相關(guān)關(guān)系是緯度直接作用的結(jié)果，其他元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與緯度的相關(guān)關(guān)系是直接作用與間接作用綜合的結(jié)果。Mg、Zn及Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與海拔和經(jīng)緯度的直接通徑系數(shù)與間接通徑系數(shù)彼此間存在一定的交互作用。

2.4海拔及經(jīng)緯度對當(dāng)歸無機(jī)元素的決定程度分析 決定程度分析能夠得到每個(gè)自變量對因變量的絕對影響程度，該分析方法既考慮了因子間的直接作用，也考慮了因子間的間接作用，可對通徑分析結(jié)果進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析和判斷［13］。絕對影響程度用決策系數(shù)來表示，計(jì)算公式為：

決策系數(shù)的計(jì)算結(jié)果列于表4中?？芍?，地理指標(biāo)對Fe、Ni及Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的決策系數(shù)大小排序?yàn)榻?jīng)度＞緯度＞海拔，對Zn及Cu質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的決策系數(shù)大小排序?yàn)榻?jīng)度＞海拔＞緯度，對K質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的決策系數(shù)大小排序?yàn)楹０危揪暥龋窘?jīng)度，對Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的決策系數(shù)大小排序?yàn)榫暥龋竞０危窘?jīng)度，對Ca質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的決策系數(shù)大小排序?yàn)榫暥龋窘?jīng)度＞海拔，對Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響的決策系數(shù)大小排序?yàn)楹０危窘?jīng)度＞緯度。其中，海拔對K和Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，經(jīng)度對Ca、Ni和Na的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及緯度對Ca和Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等影響的決策系數(shù)為正值，可以看作是相應(yīng)的地理指標(biāo)影響無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要決策因素，決策系數(shù)為負(fù)值的是相應(yīng)的地理指標(biāo)影響無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要限制因素。

3　結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)首次探討了當(dāng)歸藥材中的無機(jī)元素含有量與海拔、經(jīng)度及緯度等地理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。方差分析表明，不同產(chǎn)地當(dāng)歸中無機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多有顯著性差異。Pearson相關(guān)分析表明，當(dāng)歸藥材中多種無機(jī)元素含有量與海拔、經(jīng)度及緯度存在顯著或極顯著的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)；偏相關(guān)分析與通徑分析均表明某些無機(jī)元素的含有量受多種環(huán)境因子的交互作用；通徑分析同時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同地理指標(biāo)對當(dāng)歸中不同無機(jī)元素的作用不盡相同，體現(xiàn)為不同的正效應(yīng)或負(fù)效應(yīng)；決定程度分析得出了海拔、經(jīng)度及緯度作為主要決策因素所影響的無機(jī)元素種類。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，中藥無機(jī)元素對許多生物活性分子起著關(guān)鍵的調(diào)控作用，在機(jī)體內(nèi)多與配體形成活性配位化合物發(fā)揮作用，是機(jī)體營養(yǎng)、生長發(fā)育以及防治疾病不可缺少的部分［14-15］。中藥無機(jī)元素的種類及含有量積累與產(chǎn)地的環(huán)境因子如氣候、土壤和水質(zhì)，以及地理因子如海拔、經(jīng)緯度和地形等密切相關(guān)，但各種環(huán)境和地理因子并不是孤立的，而是多種因子交互作用。本研究表明，海拔、經(jīng)度及緯度等地理指標(biāo)對當(dāng)歸中無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的作用決策系數(shù)大小及作用效力不同；決策系數(shù)為負(fù)值表示相應(yīng)的地理指標(biāo)是影響無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要限制因素，為正值表示相應(yīng)的地理指標(biāo)是影響無機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的主要決策因素。這一結(jié)論啟示我們，在當(dāng)歸種植基地選擇及栽培過程中，可以通過選擇性地考察海拔、經(jīng)度及緯度等地理指標(biāo)以避免當(dāng)歸對重金屬元素的富集，也可以讓當(dāng)歸選擇性地富集與功效主治密切相關(guān)的無機(jī)元素。

［1］ 許代福，方應(yīng)權(quán).實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法優(yōu)化大葉當(dāng)歸中阿魏酸的閃式提取工藝［J］.中成藥，2014，36（2）：422.

［2］ 邱黛玉，藺海明，陳 垣，等.經(jīng)緯度和海拔對當(dāng)歸成藥期植株長勢和早期抽薹的影響［J］.草地學(xué)報(bào)，2010，18（6）：838-843.

［3］ 唐仕歡，楊洪軍，黃璐琦.論自然環(huán)境因子變化對中藥藥性形成的影響［J］.中國中藥雜志，2010，35（1）：126-127.

［4］ 王惠珍，晉 玲，張恩和.海拔對當(dāng)歸中阿魏酸量的影響及關(guān)鍵因子分析［J］.中草藥，2013，44（2）：219-223.

［5］ 王惠珍，晉 玲，張恩和.海拔梯度對當(dāng)歸光合產(chǎn)物積累與分配格局的影響［J］.中草藥，2012，35（8）：1191-1193.

［6］ 宋秋月，付迎波，劉 江，等.當(dāng)歸的化學(xué)成分研究［J］.中草藥，2011，42（10）：1900-1904.

［7］ 宋愛華，馬翠榮，王英淑.微量元素與中醫(yī)藥的關(guān)系［J］.微量元素與健康研究，2010，27（5）：69.

［8］ 盧麗蘭，周亞奎，王彩霞，等.ICP-MS/ICP-AES測定不同種質(zhì)檳榔果實(shí)微量元素及HPLC測定氫溴酸檳榔堿［J］.中藥材，2013，36（4）：585.

［9］ 顧志榮，王亞麗，張亞亞，等.基于無機(jī)元素分析的當(dāng)歸煙熏加工工藝優(yōu)選［J］.中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2014，20（11）：1-6.

［10］ 嚴(yán) 輝，段金廒，錢大瑋，等.不同產(chǎn)地當(dāng)歸藥材及其土壤無機(jī)元素的關(guān)聯(lián)分析與探討［J］.中藥材，2011，34（4）：513-515.

［11］ 楊俊東，陳興福，楊文鈺，等.川澤瀉質(zhì)量與其根際土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性分析［J］.中草藥，2012，43（3）：581-587.

［12］ 耿增超，孟令軍，劉建軍.普通鹿蹄草品質(zhì)與根際和非根際土壤的關(guān)系［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，34（4）：974-981.

［13］ 姚紹嫦，凌征柱，藍(lán)祖栽，等.廣西道地藥材山豆根的適宜氣候條件分析［J］.中國農(nóng)業(yè)氣象，34（6）：673-677.

［14］ 朱美霖，陳中堅(jiān)，姜 陽，等.外源土壤Cd脅迫對三七富集及其藥效成分的影響［J］.中成藥，2014，36（2）：342-346.

［15］ Mendil D，Ulu?zlüO D，Tüzen M，et al.Tracemetal levels in mushroom samples from Ordu，Turkey［J］.Food Chem，2005，9（1）：436-438.

Relationship between inorganic elements content of Angelica sinensis and its grow ing altitude，latitude and longitude

GU Zhi-rong1，2， CHEN Hui2， WANG Ya-li1，2*， SUN Yu-jing1，2， ZHANG Ya-ya2
（1.Center of Scientific Experiment，Gansu College of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China；2.Institute of Angelica Sinensis，Gansu College of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China）

AIM To investigate the relationship between inorganic elements content of Angelica sinensis and its growing altitude，latitude and longitude.METHODS The contents of nine kinds of inorganic elements（Zn，F(xiàn)e，Mn，Mg，Ni，Ca，Na，K and Cu）in 91 batches of A.sinensis from ten growing areaswith differentgrowing altitude，latitude and longitudewere determined by AAS（atomic absorption spectroscopy）.Correlation analysis，path analysis and decision coefficient analysiswere used for study.RESULTS The content of inorganic elements in A.sinensis had significant differences among themost growing areas.Na level with altitude，K and Cu levels with latitude and longitude had a significant positive correlation，Ca level had a significant negative correlation with altitude.Their interaction manifested thataltitude affected K and Mn levels，latitude represented the decision factor of Ca，Niand Na levels，and longitude was themain influencing factor of Ca and Mg，respectively.CONCLUSION The growing altitude，latitude and longitudemust be considered in order to concentrate beneficial trace elements and reduce harmful trace elements to human being in the selection of growing areas of A.sinensis.

Angelica sinensis；inorganic elements；altitude；latitude；longitude；correlation analysis；path analysis；decision coefficient analysis

R282.2

A

1001-1528（2015）03-0578-06

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.03.026

2014-06-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（30960037）；2011年甘肅省發(fā)改委戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究與開發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目；甘肅中醫(yī)學(xué)院研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目（CX2014-06）

顧志榮（1988—），男，碩士生，研究方向?yàn)橹兴幊煞址治龊唾|(zhì)量控制。Tel：13519311935，E-mail：sanxincao92@sina.com

王亞麗（1963—），女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹兴幊煞址治龊唾|(zhì)量控制。E-mail：cnwy11166@hotmail.com