不同樹齡茶樹套種滇龍膽對藥材礦質(zhì)元素含量的影響

董曉蕾　張霽　趙艷麗　金航　王元忠

摘要：采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定滇龍膽（Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.）與不同樹齡（3年、4年、5年、9年、12年和15年）茶樹（Camellia sinensis）套種后其根、莖、葉3個部位及生長土壤中7種礦質(zhì)元素（B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni和Zn）的含量。結(jié)果顯示，滇龍膽中礦質(zhì)元素平均含量高低順序為Ca（5 238±2 111）μg/g、Fe（622±238）μg/g、Mn（379±301） μg/g、Cu（75±9.1） μg/g、Zn（46±13） μg/g、B（17±4.9） μg/g、Ni（5.6±3.1） μg/g，與土壤礦質(zhì)元素含量變化趨勢基本一致。根部的B、Ca、Fe、Mn、Ni元素在樹齡15年茶樹-滇龍膽套種后含量最高，分別為18、3 797、1 050、254、11 μg/g，Cu、Zn元素在樹齡12年的茶樹-滇龍膽套種中含量最高，分別為244、38 μg/g。相同營養(yǎng)器官不同樹齡的茶樹-滇龍膽套種后礦質(zhì)元素含量具有差異，以根部的Cu、Mn元素含量差異顯著，變化范圍分別為19～244 μg/g和79～254 μg/g，分別相差12.8倍和3.2倍；樹齡15年、9年的茶樹-滇龍膽套種后莖部的Cu含量分別為177、11 μg/g，相差16.1倍；樹齡3年、5年的茶樹-滇龍膽套種后葉部的Cu含量分別為325、11 μg/g，相差29.5倍。不同樹齡的茶樹-滇龍膽套種后根部與土壤礦質(zhì)元素的相關性以及生物富集系數(shù)不同，樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后根部對Ca、Cu、Mn、Ni、Zn元素的富集能力較強，生物富集系數(shù)分別達21.0、3.3、2.2、1.8和4.7。說明茶樹復合種植可改變土壤礦質(zhì)元素的分布，自身生物學特性與復合種植的生態(tài)環(huán)境共同影響了滇龍膽對礦質(zhì)元素吸收與運輸?shù)哪芰Α?/p>

關鍵詞：滇龍膽（Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.）；茶樹（Camellia sinensis）；復合種植；土壤；礦質(zhì)元素

中圖分類號：S662.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）22-5641-06

Abstract： Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl. is an important plant resource in China， analyzing the effects of compound planting on the mineral elements content in G. rigescens and Camellia sinensis of different growing years has significantly ecological and economic benefits for the sustainable development of agriculture in medicinal plants in China and provide basic data for quality control cultivation technology research of G. rigescens. 7 mineral elements （B， Ca， Cu， Fe， Mn， Ni and Zn） content in G. rigescens （root， steam and leaf） intercropped with C. sinensis of different growth years （3-year， 4-year， 5-year， 9-year， 12-year and 15-year） and the corresponding underlying soil were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES）. Results the sequence of average element content in G. rigescens is Ca （5 238±2 111） μg/g， Fe（622±238） μg/g， Mn（379±301） μg/g， Cu（75±9.1） μg/g，Zn （46±13） μg/g， B （17±4.9） μg/g， Ni （5.6±3.1） μg/g， which is consistent with the change tendency of mineral elements content in the soil. In the root， the sample intercropping with C. sinensis of 15-year had the highest content of B， Ca， Fe， Mn and Ni， which was 18 μg/g， 3 797 μg/g， 1 050 μg/g， 254 μg/g and 11 μg/g， respectively. The sample intercropping with C. sinensis of 12-year had the highest content of Cu and Zn， which was 244 μg/g and 38 μg/g， respectively. Mineral elements content in the same organ in G. rigescens intercropping with C. sinensis of different growth years were significantly different， especially the content of Cu and Mn in root， and the variation range were 19 to 244 μg/g and 79 to 254 μg/g， respectively， with a difference of 12.8 times and 3.2 times respectively. The content of Cu in the steam of G. rigescens intercropping with C. sinensis of 15-year and 9-year were 177 μg/g and 11 μg/g， respectively， with a difference of 16.1 times. The content of Cu in the leaf of G. rigescens intercropping with C. sinensis of 3-year and 5-year were 325 μg/g and 11 μg/g， respectively， with a difference of 29.5 times. The relationship and the bioconcentration factors of mineral elements were different in the sample intercropping with C. sinensis of different growth years， the bioconcentration factors of Ca， Cu， Mn， Ni and Zn were higher in the root of the sample intercropping with C. sinensis of 15-year，as the bioconcentration factors is 21.0，3.3，2.2，1.8 and 4.7， respectively. G. rigescens intercropping with C. sinensis can change the soil mineral elements distribution，and the biological characteristics of G. rigescens and the ecological environment can affect the absorption of mineral elements and transport capacity.

Key words： Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.； Camellia sinensis； multiple cropping；soil；mineral elements

中藥材與農(nóng)林作物進行復合種植是對傳統(tǒng)中藥材種植模式的優(yōu)化，這是根據(jù)不同生物學生態(tài)學特性和生態(tài)位原理，充分利用它們在生長過程中的空間差和時間差，將中藥材與農(nóng)林作物進行間作、混作、套種等復合種植的生產(chǎn)方式，其對于充分利用水土環(huán)境和光熱資源、發(fā)揮生物間的共生互補作用、提高種植系統(tǒng)的生態(tài)經(jīng)濟總體效益、促進中藥事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等方面都具有積極的意義。復合種植使植物生長環(huán)境的光照、溫度、水分等氣候條件發(fā)生變化，形成適宜生長的小氣候。光照、溫度、濕度、土壤有機物、土壤pH等環(huán)境因素[1]及生物學特性、礦質(zhì)元素轉(zhuǎn)運機制等內(nèi)在因素影響著植物對礦質(zhì)元素的吸收和積累能力。Gove等[2]研究發(fā)現(xiàn)，遏藍菜（Thlaspi caerulescens J. et C. Presl.）與大麥（Hordeum vulgare L.）間作時大麥對Zn的吸收顯著降低；Liu等[3]研究發(fā)現(xiàn)，玉米（Zea mays L.）與東南景天（Sedum alfredii Hance）間作可顯著降低玉米對Cu和Zn的吸收；Li等[4]研究了玉米與7種豆科（Leguminosae）植物間作Cd元素積累的影響，發(fā)現(xiàn)大部分豆科植物均可顯著提高玉米對Cd元素的吸收。

植物的生長年限影響立地土壤理化性狀及質(zhì)量變化，土壤作為重要的環(huán)境因子，是植物體內(nèi)礦質(zhì)元素的主要來源，影響著植物對礦質(zhì)元素的吸收和積累[5-7]。復合種植方式可改變植物生長的小環(huán)境，增加地上部生物多樣性，影響地上部生態(tài)功能，改變根際微生物數(shù)量、土壤酶活性、pH等，間接改變土壤中礦質(zhì)元素的有效性，影響植物對礦質(zhì)元素的吸收利用[8]。茶樹（Camellia sinensis）與草本植物復合種植后，茶園覆蓋度增加，土壤有機質(zhì)含量提升，肥力升高[9，10]。不同樹齡的茶園土壤微生物區(qū)系、多樣性、酶活性和理化性狀變化顯著[7]。但是茶樹種植年限越長，土壤酸化現(xiàn)象越嚴重[11]。微生物通過酸化作用影響土壤中礦質(zhì)元素的移動性能，改變植物對礦質(zhì)元素的吸收能力，同時也改變礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的運輸能力[12]。

滇龍膽（Gentiana rigescens Franch. ex Hemsl.）在云南省有著悠久的藥用歷史，主要用于治療肝膽患疾、皮膚病、慢性支氣管炎、急性咽炎、呼吸道感染等疾病[13，14]，是中國重要的資源植物，主要分布于云南、貴州、四川、湖南等省，是云南省10個重要瀕危藥用植物種類之一，已被列為國家重點保護野生藥材物種（三級）[15]。隨著國內(nèi)外市場對滇龍膽藥材需求量的不斷增加，加重了野生藥材的過度采挖，使其分布的范圍和種群規(guī)模日益縮小。也使得相關研究和保護工作更具有緊迫性，如何進一步發(fā)揮復合種植優(yōu)勢、提高滇龍膽資源利用效率也就備受關注[16]。前人關于復合種植對滇龍膽生長和藥效成分影響的報道較多，Zhang等[17]研究認為，茶樹與滇龍膽復合種植對滇龍膽種子萌發(fā)、胚芽和胚根生長抑制作用影響最小。楊美權等[18]認為木瓜[Chaenomeles speciosa（Sweet）Nakai]-茶樹-滇龍膽套種后，滇龍膽根部的龍膽苦苷含量最高，三年生茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽體內(nèi)的龍膽苦苷含量最低。不同樹齡茶樹-滇龍膽套種對滇龍膽礦質(zhì)元素含量的研究未見報道。為弄清不同樹齡茶樹-滇龍膽套種的效果，試驗運用ICP-AES法對不同樹齡（3年、4年、5年、9年、12年和15年）茶樹與滇龍膽套種所產(chǎn)的滇龍膽根、莖、葉中B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素的含量進行了測定分析，以期為滇龍膽藥材品質(zhì)的提升及生態(tài)復合種植技術的研究提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器 ICPE-9000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（日本島津公司）；Ethos One微波消解儀（意大利Milestone公司）；UPT-I-10L超純水處理器（成都優(yōu)越科技有限公司）；AR1140分析天平（梅特勒-托利多公司）。

1.1.2 試劑 B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素國家標準物溶液（濃度為1 000 μg/mL）和菠菜國家標準物質(zhì)購自國家標準物質(zhì)中心，根據(jù)測定需要配制成不同濃度的混合標準溶液；硝酸（優(yōu)級純）、過氧化氫（分析純）均購自廣東西隴化工股份有限公司；高氯酸（有機純）購自天津政成化學制品有限公司；氫氟酸（分析純）購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 儀器工作參數(shù) 高頻發(fā)生器功率1 200 W，載氣流量0.7 L/min，輔助氣流量0.6 L/min。

1.2.2 滇龍膽樣品制備及測定 樹齡3年、4年、5年、9年、12年和15年的茶樹-滇龍膽套種所產(chǎn)的滇龍膽樣品均采自云南省臨滄市。樣品分別用自來水、去離子水沖洗干凈后晾干，60 ℃烘干后粉碎，過100目篩備用。準確稱取0.500 0 g滇龍膽樣品，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸，2 mL過氧化氫，1 mL去離子水，放于微波消解系統(tǒng)轉(zhuǎn)盤上，進行樣品消解，消解程序設置見表1。待消解樣品冷卻至室溫后，轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用去離子水定容，搖勻，樣品一式6份。用同樣的方法制備并測定菠菜（Spinacia oleracea L.）標準物樣品與空白溶液。采用ICP-AES方法分別檢測滇龍膽樣品和標準物中的無機元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn，得到各元素的特征波長信息，進一步定量滇龍膽中無機元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的含量。

1.2.3 土壤樣品制備及測定 土壤樣品采用五點取樣法挖取滇龍膽植株根系生長周圍10～40 cm深的土壤，混合均勻后陰干，研碎后過100目篩備用。準確稱取0.100 0 g土壤樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL硝酸、1 mL高氯酸，置于通風櫥內(nèi)的電熱板上加熱（160～170 ℃）消解至硝酸揮發(fā)完，可見部分高氯酸因分解出現(xiàn)大量白煙。樣品為糊狀時，取下消解罐冷卻。消解罐內(nèi)添加5 mL氫氟酸和1 mL高氯酸置于通風櫥內(nèi)的電熱板上加熱（210～220 ℃），使硅酸鹽等物質(zhì)分解后，繼續(xù)加熱至剩余的氫氟酸和高氯酸被揮發(fā)盡。停止冒白煙后，取下冷卻。加入鹽酸5 mL，繼續(xù)加熱至殘渣溶解。取下冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用去離子水定容，搖勻，得供試品溶液，樣品平行6份，分別測定土壤樣品中的無機元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn含量，同時備空白溶液1份。

1.2.4 方法學考察 采用ICP-AES法測定微波消解后的菠菜國家標準物質(zhì)（GBW10015）樣品的無機元素含量，重復6次，比較測定值與標準值的差異，采用標準曲線法考察測定值與標準值的線性關系，并計算回收率、相對標準偏差、相關系數(shù)、檢出限等，考察試驗方法的精密度和準確度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件進行標準化處理，再用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤中的礦質(zhì)元素含量

不同樹齡茶樹與滇龍膽套種后滇龍膽植株根系周圍土壤中礦質(zhì)元素含量測定結(jié)果見表2。從表2可見，土壤中礦質(zhì)元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的平均含量水平及高低排序依次為Fe（27 784±2 853） μg/g、Ca（287±13） μg/g、Mn（121±21）μg/g、B（24±2.8） μg/g、Zn（13±3.8） μg/g、Cu（7.8±3.2） μg/g、Ni（7.4±1.9） μg/g，并且茶樹樹齡影響土壤中礦質(zhì)元素的含量。不同樹齡茶樹-滇龍膽套種后土壤里的Zn元素在各個樹齡之間均存在顯著性差異（P<0.05），以15年樹齡的茶樹-滇龍膽套種的土壤中Zn含量最低，僅為7.9 μg/g，3年樹齡的茶樹-滇龍膽套種的土壤中Zn含量最高，為18.0 μg/g。說明長期種植茶樹后會導致土壤酸化，不同程度的酸化使礦質(zhì)元素的分布與平衡也在發(fā)生變化，從而影響土壤中礦質(zhì)元素的含量[19]。

2.2 滇龍膽中的礦質(zhì)元素含量

不同樹齡茶樹與滇龍膽套種后滇龍膽植株不同部位礦質(zhì)元素的含量測定結(jié)果見表3。從表3可見，滇龍膽植株中的礦質(zhì)元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的平均含量水平及高低排序依次為Ca（5 238±2 111） μg/g、Fe（622±238） μg/g、Mn（379±301） μg/g、Cu（75±9.1） μg/g、Zn（46±13） μg/g、B（17±4.9） μg/g、Ni（5.6±3.1） μg/g，與Archana Kolasani等[20]測定的50種藥用植物不同營養(yǎng)器官中礦質(zhì)元素含量變化趨勢一致。在滇龍膽根部礦質(zhì)元素含量上，變化趨勢高低排序幾乎為Ca、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Ni；而樹齡12年的茶樹-滇龍膽套種后根部的Cu含量大于Mn，15年的根部Zn含量大于Cu。根部以樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后B、Ca、Fe、Mn、Ni元素的含量最高，分別為18、3 797、1 050、254、11 μg/g；樹齡12年的茶樹-滇龍膽套種后Cu、Zn含量最高，分別為244、38 μg/g。莖部礦質(zhì)元素以樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后Ca、Cu、Fe、Mn、Ni元素含量最高，分別為6 528、177、517、454、8.2 μg/g。

植物不同器官的生理機能不同，化學元素尤其是營養(yǎng)元素的分布也就具有差異；并且相同種植環(huán)境里不同營養(yǎng)器官的礦質(zhì)元素含量也具有差異，通常葉部的元素含量高于莖部[21]。如試驗里不同樹齡的茶樹-滇龍膽套種后的Mn、Fe元素，樹齡3年、4年、5年、9年和12年的茶樹-滇龍膽套種后的Ca元素，樹齡3年、4年、9年、12年和15年的茶樹-滇龍膽套種后的B元素等，在葉部的含量均高于莖部相應的元素含量。

植物同一器官在不同的生長年限（年齡）也會對化學元素的含量產(chǎn)生影響。試驗里滇龍膽植株各個器官的礦質(zhì)元素含量在不同樹齡的茶樹-滇龍膽套種模式下差異很大，如根部的Cu元素含量變化范圍在19 μg/g （樹齡15年）～244 μg/g（樹齡12年），兩者相差12.8倍；Mn元素含量變化范圍在79 μg/g （樹齡4年）～254 μg/g（樹齡15年），兩者相差3.2倍。莖部的Cu元素含量變化范圍在11 μg/g（樹齡9年）～177 μg/g（樹齡15年），兩者相差16.1倍。葉部的Cu元素含量變化范圍在11 μg/g（樹齡5年）～325 μg/g（樹齡3年），兩者相差29.5倍。

2.3 種植土壤與不同樹齡茶樹-滇龍膽套種的滇龍膽在礦質(zhì)元素含量方面的相關性分析

根部是滇龍膽的主要藥用部位，6個樹齡茶樹-滇龍膽套種的滇龍膽根部礦質(zhì)元素含量與生長環(huán)境土壤里礦質(zhì)元素含量的相關性分析情況見表4。從表4可見，樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部礦質(zhì)元素含量與土壤里的Ca元素含量呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.947。樹齡3年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部礦質(zhì)元素含量與土壤里的B、Ca、Mn元素含量呈極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.930、0.996和0.932，與土壤中的Fe元素含量呈顯著正相關，相關系數(shù)為0.889。樹齡12年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部礦質(zhì)元素含量與土壤中的Cu、Ni元素含量呈顯著正相關關系，相關系數(shù)分別為0.908、0.842，與土壤中的B元素含量呈顯著的負相關關系，相關系數(shù)為-0.854。其余各元素在滇龍膽根部礦質(zhì)元素含量與土壤里礦質(zhì)元素含量之間不具有顯著的相關關系。

2.4 不同樹齡茶樹-滇龍膽套種的滇龍膽礦質(zhì)元素生物富集能力比較分析

生物富集系數(shù)（Bioconcentration factor，BCF）是指植物體內(nèi)某種元素含量與其產(chǎn)地土壤中同種元素含量的比值，反映出植物對土壤元素的富集能力。6個樹齡茶樹-滇龍膽套種的滇龍膽根部對礦質(zhì)元素含量富集能力的分析情況見表5。由表5可知，6個樹齡茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根對Ca、Cu、Zn元素的富集能力較強，尤其是Ca、Cu元素，其中Ca元素的富集系數(shù)在5.1～21.0，Cu元素的富集系數(shù)在3.3～35.0。樹齡3年、樹齡9年、樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部對Mn元素的富集能力較強，富集系數(shù)分別為1.20，1.20和2.20。Ni元素在樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后富集系數(shù)>1，其余種植模式下藥材的Ni元素富集能力較?。˙CF在0.45～0.90）。不同樹齡茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部對B、Fe元素的富集系數(shù)均<1。比較而言，樹齡9年、15年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部對礦質(zhì)元素的富集能力較強。楊美權等[18]比較了樹齡3年、10年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根部的龍膽苦苷含量，結(jié)果是樹齡10年的套種模式下根部的龍膽苦苷含量較高。中藥中的有效化學成分可以是其中的某種或某幾種有機成分或無機成分，也有可能是它們之間反應所形成的配合物[22，23]。滇龍膽有效化學成分含量的差別可能與不同樹齡茶樹復合種植栽培小環(huán)境的改變有關，但要確定茶樹-滇龍膽套種的茶樹合理樹齡還需進一步深入研究。

2.5 方法學考察

采用ICP-AES方法對菠菜標準物質(zhì)樣品的B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素含量進行測定，采用標準曲線法考察測定值與標準值的線性關系，進而考察試驗方法的精密度和準確度，結(jié)果分別見表6、表7。從表6可見，測定值與標準值的B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素回收率在96%～102%、相對標準偏差都小于5%，表明測定值與標準值基本一致，符合試驗方法的精密度要求。從表7可見，B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素的線性范圍都在合理區(qū)間內(nèi)，相關系數(shù)在0.999 1～0.999 9，檢出限符合準確度要求，表明試驗選擇的檢測方法其精密度和準確度均良好。

3 小結(jié)

茶樹-滇龍膽套種后可改變土壤礦質(zhì)元素含量的分布，影響礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的吸收與運輸能力。套種后滇龍膽植株中的礦質(zhì)元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的平均含量水平及高低排序依次為Ca（5 238±2 111） μg/g、Fe（622±238） μg/g、Mn（379±301） μg/g、Cu（75±9.1） μg/g、Zn（46±13） μg/g、B（17±4.9） μg/g、Ni（5.6±3.1） μg/g，

根部是滇龍膽的主要藥用部位，樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后根部B、Ca、Fe、Mn、Ni元素的含量較高，樹齡12年的茶樹-滇龍膽套種后根部Cu、Zn元素的含量較高。土壤與滇龍膽中的礦質(zhì)元素含量變化趨勢基本一致，樹齡3年、12年、15年的茶樹-滇龍膽套種后土壤與滇龍膽根部某些礦質(zhì)元素含量具有顯著的相關關系。不同樹齡茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽對礦質(zhì)元素生物富集系數(shù)是不同的，以樹齡15年的茶樹-滇龍膽套種后滇龍膽根對Ca、Cu、Mn、Ni、Zn元素的富集能力較強。茶樹生長年限與滇龍膽化學成分含量有關，確定合理的復合種植年限還需從栽培學、植物生理學、生態(tài)學、藥理學等方面進行綜合認定。

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（責任編輯 王珞）