三七礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的分布特征

林潔 趙致 羅春麗 劉紅昌 羅夫來(lái) 王華磊

摘要：通過(guò)研究礦質(zhì)元素在三七中的分布特征，為三七營(yíng)養(yǎng)診斷提供科學(xué)依據(jù)。試驗(yàn)以兩年生三七和三年生三七為研究對(duì)象，測(cè)定其主根、須根、剪口、莖、葉和花6個(gè)部位的14種元素（N、P、K、Ca、Mg、Fe、Al、Cu、Zn、B、Na、Sr、Cd、Pb）的含量，并分析各部位元素組成的差異。結(jié)果表明：主成分分析顯示，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）分別接受了總變量的380%和286%，明確區(qū)分了植株的各個(gè)部位;B、Mg、N、Al、Fe、Cd、Sr、Ca、K、Na這10種元素反映8096%的礦質(zhì)元素信息，表明該元素在三七花期為主要的礦質(zhì)元素;不同元素在三七各個(gè)部位中分布存在顯著差異，植株中K和P元素的含量較高

且穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：三七;礦質(zhì)元素;主成分分析

中圖分類號(hào)：S56723+6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2020）02-0069-06國(guó)際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.02.011

Distribution Characteristics of Mineral Nutrients in Panax notoginseng

LIN Jie ，ZHAO Zhi，LUO Chunli，

LIU Hongchang，LUO Fulai，WANG Hualei*

（College of Agriculture，Guizhou University，Laboratory about Breeding and Planting of Traditional Chinese Medicine in Guizhou，Guiyang，Guizhou 550025，China）

Abstract：The distribution characteristics of mineral elements in Panax notoginseng were studied to provide scientific basis for its nutritional diagnosis Biennial and Triennial P notoginseng was used as the experimental materialsThe content of 14 kinds of elements （N，P，K，Ca，Mg，F(xiàn)e，Al，Cu，Zn，B，Na，Sr，Cd，Pb） were determined in the taproot，fibrous root，scissoria，stem，leaf and flower，and the difference of element composition in each part was analyzedThe results showed that the first principal component （PC1） and the second principal component （PC2） accepted 380% and 286% of the total variables，respectively，and clearly distinguished each part of the plant The ten elements B，Mg，N，Al，F(xiàn)e，Cd，Sr，Ca，K and Na can reflect 8096% of the mineral element information，indicating that this element played an important role in the flowing period of P.notoginseng The distribution of different elements in each part of P notoginseng existed significant differences，and K and P element contents were relatively high and stable in the plant

Keywords：Panax notoginseng; mineral elements; principal component analysis

三七[Panax notoginseng（Burk）FHChen]為五加科人參屬多年生草本植物，以干燥根及根莖入藥[1]。三七享有南國(guó)神草、金不換等美譽(yù)，對(duì)治療心血管類疾病[2]、中樞神經(jīng)類疾病[3]有顯著作用。

中藥礦質(zhì)元素的含量、分布特征影響藥材的適宜種植區(qū)域、藥材質(zhì)量和產(chǎn)量等方面。通過(guò)缺素試驗(yàn)和檢測(cè)等方式，確定三七正常生長(zhǎng)過(guò)程所需的礦質(zhì)元素，包括N、P、K、Ca、Mg、Fe、S、Mn、Cu、Zn、B等[46]。三七適宜區(qū)域的選擇可以通過(guò)對(duì)土壤礦質(zhì)元素分析，從而判斷能否滿足三七的營(yíng)養(yǎng)需求[7]，早在80年代就有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，三七品質(zhì)與微量元素的含量密不可分[8]，合理施肥也能顯著提高三七單株生物量和總產(chǎn)量[9]。元素的移動(dòng)性和分配規(guī)律是制定施肥措施的參考依據(jù)，而同一種礦質(zhì)元素在不同作物中的吸收分配具有明顯的差異[10]。金屬脅迫對(duì)植物細(xì)胞有毒害作用[11]，也能通過(guò)植物進(jìn)入動(dòng)物和人體，威脅人體健康[12]，所以研究金屬在三七體內(nèi)的分布情況有較深的意義。本研究以兩年生三七和三年生三七為材料，對(duì)三七各部位進(jìn)行礦質(zhì)元素測(cè)定，揭示了不同礦質(zhì)元素在三七體內(nèi)的分布特點(diǎn)，為三七的合理養(yǎng)分管理提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為三七[（Panax notoginseng （Burk ） F H Chen）]，包括兩年生三七和三年生三七。

12試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于貴州省六盤水市丹霞鎮(zhèn)，屬于典型的北亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫12～15 ℃，年降水量1200～1500 mm。土壤pH 644，有機(jī)質(zhì)含量3077 mg/kg，全氮、有效磷和速效鉀含量分別為288、130和140 mg/kg。

13樣品采集與處理

于2018年三七花期分別隨機(jī)取樣兩年生三七和三年生三七全株各30株，混合樣品，3次重復(fù)。洗去泥土，從剪口、主根、須根、莖、葉、花6部分進(jìn)行取樣，貼好標(biāo)簽。帶回實(shí)驗(yàn)室后用去離子水將植株洗凈，經(jīng)105 ℃殺青15 min，然后于60 ℃下烘干至恒重。粉碎通過(guò)05 mm篩，保存于干燥器。

14元素含量測(cè)定

每份粉碎干樣稱取05000 g左右，在馬弗爐中灰化，灰化過(guò)程為200 ℃2 h，400 ℃2 h，600 ℃4 h，共8 h，冷卻至常溫后，再用5 mL 10%HNO3溶解，采用Optim 8100電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Perkin Elmer公司）測(cè)定K、Ga、P、Mg、Fe、Cu、Zn、B等元素。鉀（K）、鈣（Ca）、磷（P）、鎂（Mg）等元素標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)買于國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。N含量采用硫酸-雙氧水消化，Kjeltec 8400凱氏定氮儀測(cè)定（FOSS公司）。

15數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均采用DPS 705和Excel 2007進(jìn)行處理及相關(guān)分析。

2結(jié)果與分析

21三七不同部位的礦質(zhì)元素主成分分析

將不同年限三七的不同部位元素組成進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)，三七不同部位礦質(zhì)元素的含量有較明顯的差異。PCA結(jié)果顯示，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累計(jì)貢獻(xiàn)率為636%，其中PC1能夠解釋總體數(shù)據(jù)38%的變異，明顯將植株不同部位分開(kāi);PC2解釋了總體數(shù)據(jù)256%的變異，大致區(qū)分了植株生命活動(dòng)較為旺盛的部位，同時(shí)發(fā)現(xiàn)三七須根和其他部位具有明顯差異，不同生長(zhǎng)年限的主根礦質(zhì)元素組成相似（圖1）。

根據(jù)特征值可以確定主成分的個(gè)數(shù)，由表1可知，前三個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為380%、256%、174%，當(dāng)主成分達(dá)到三個(gè)時(shí)，累積貢獻(xiàn)率已達(dá)8093%，即三個(gè)主成分已經(jīng)可以代表不同年生三七各部位礦質(zhì)元素的8093%的信息含量。

從表1可知，第一主成分的特征值是531，累積貢獻(xiàn)率為3795%，B、Mg、N、Na等元素在第一主成分上有較高的載荷（表2），說(shuō)明第一主成分主要反映了B、Mg、N等元素的信息;第二主成分的特征值為358，累積貢獻(xiàn)率為6355%，Al、Fe、Cd、Sr元素在第二主成分上有較高的載荷，說(shuō)明了第二主成分主要反映了Al、Fe、Cd、Sr元素的信息;第三主成分的特征值為243，累積貢獻(xiàn)率為8093%，Ca、K、Na元素在第三主成分上有較高的載荷，說(shuō)明第三主成分主要反映了Ca、K的信息。根據(jù)各元素在不同因子上的載荷，可以看出B、Mg、N、Al、Fe、Al、Cd、Sr、Ca、K、Na等10種元素已經(jīng)基本反映了三七生長(zhǎng)所需的元素情況。

22三七中大量元素（N、P、K、Ca、Mg）的分布特征

氮（N）：不同生長(zhǎng)年限的三七植株各部位氮元素的分布規(guī)律一致，表現(xiàn)為花>葉>須根>剪口>主根>莖，氮素是植物三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，三七花的氮素含量最高，這也與三七正處于生殖生長(zhǎng)階段相吻合。三七花期氮元素的分布沒(méi)有受到生長(zhǎng)年限的影響，吸收規(guī)律相似。

磷（P）：不同生長(zhǎng)年限三七的磷元素分布特征相似，花中的磷含量顯著高于其他部位。兩年生各部位含量都表現(xiàn)出差異性，而三年生中葉和莖的含量相當(dāng)。

鉀（K）：鉀元素能夠促進(jìn)莖稈粗壯，鉀元素在三七植株中的分布也是莖中的鉀含量明顯高于剪口須根等其他部位;兩年生的須根和葉的鉀含量分布相似，三年生的須根和花鉀含量相似。

鈣（Ca）：鈣元素在兩年生三七和三年生三七中分布規(guī)律不一致，兩年生三七莖中含量最高，而三年生

則葉中含量最高

，這可能是由于鈣元素在葉的一些老的組織中不易移動(dòng)，其他部位分布比例相同。

鎂（Mg）：鎂元素在兩年生三七和三年生三七中分布規(guī)律不一致，鎂主要存在于幼嫩器官和組織中;兩年生三七葉中的鎂元素含量明顯高于其他部位，葉>花>須根>剪口>莖>主根，三年生則是花中鎂含量較高，花>葉≈須根>剪口>主根≈莖。

23三七中微量元素（Fe、Cu、Zn、B、Na）的分布特征

鐵（Fe）：不同生長(zhǎng)年限的三七地下部分各部位表現(xiàn)出了相似的規(guī)律，都是須根>剪口>主根，地上部分兩年生葉和花差異不明顯，但是均顯著高于莖的含量，三年生則是莖和花差異不明顯，顯著低于葉;兩者須根的鐵元素含量都顯著高于其他部位。

銅（Cu）：不同年限的三七各部位銅元素含量的分布不同，兩年生剪口中銅含量顯著高于其他各部位，三年生則是主根顯著高于其他各部分。

鋅（Zn）：不同年限的三七各部位鋅元素含量分布相似，均是花顯著高于葉高于須根。兩年生三七剪口鋅含量與須根相似，三年生三七主根與剪口含量差異不明顯，總體而言，各年限三七地下部分鋅含量差異不顯著。

硼（B）：兩年生三七和三年生三七主根和須根的硼元素含量相近。兩年生三七各部位硼的分布為葉≈花>須根>剪口>莖>主根;三年生為葉≈須根>花>剪口>莖≈主根。

鈉（Na）：1979年Brownell就提出Na是植物的必需元素[13]。兩年生三七和三年生三七各部位的鈉元素含量分布規(guī)律不一致，兩年生三七表現(xiàn)為葉>莖≈須根>花>剪口>主根，三年生三七鈉元素含量為葉>須根>剪口>莖>花>主根。

24三七中金屬（Al、Sr、Cd、Pb）的分布特征

兩種不同生長(zhǎng)年限的三七各部位金屬分布情況見(jiàn)表5。

鋁（Al）：金屬鋁在植物細(xì)胞方面開(kāi)展的研究較多[14]。兩年生三七和三年生三七各部位鋁含量的分布規(guī)律相似，須根的鋁含量顯著高于其他各部位，同一年限的不同部位表現(xiàn)出較大的差異。

鍶（Sr）：兩種不同年限的三七金屬鍶的含量分布規(guī)律不同。其中須根中的鍶含量顯著高于其他各部位，莖中次之。兩年生三七中各部位鍶含量分布為須根>莖>剪口>葉>花≈主根;三年生為須根>莖>葉>剪口>主根>花。

鎘（Cd）：不同年限的三七鎘的分布規(guī)律相同，均是須根中的鎘含量顯著高于其他部位。主根中沒(méi)有鎘元素，總體而言，四種重金屬中，鎘含量最低。

鉛（Pb）：不同年限三七各部位鉛的分布規(guī)律不同，兩年生三七的須根鉛含量顯著高于其他各部位，三年生三七則是葉。分布規(guī)律為兩年生須根>葉≈剪口>花≈主根≈莖;三年生葉>須根≈花≈莖≈主根>剪口。

3結(jié)論與討論

31三七不同部位的元素含量差異

本研究表明，兩年生三七和三年生三七須根部位Fe、Cu、Al、Sr、Cd、Pb元素的含量顯著高于其他部位，

而須根中的P含量低于花，N、Mg、Zn、B含量低于花和葉，K低于花、葉和莖。有研究報(bào)道三七道地產(chǎn)區(qū)比新產(chǎn)區(qū)須根中鐵含量高（道地產(chǎn)區(qū)332051 mg/kg>新產(chǎn)區(qū)210541 mg/kg），丹霞鎮(zhèn)作為新產(chǎn)地，F(xiàn)e含量為156329 mg/kg，略低于云南新產(chǎn)區(qū)[15]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，三七須根中Cu、Al、Sr、Cd、Pb這五種金屬的含量也高于其他各個(gè)部位[1617]，經(jīng)比較本地區(qū)三七中金屬含量低于以往的研究報(bào)道，可能是由于取樣時(shí)期不同以及土壤環(huán)境差異所致，也說(shuō)明三七須根更容易吸收土壤重金屬，而且不容易從須根轉(zhuǎn)移到地上部分，此結(jié)果與陳璐等人[18]的研究類似。本試驗(yàn)結(jié)果顯示花中N、P、K含量高于主根、須根和剪口，K主要集中在植物生命活動(dòng)最活躍的部位[19]，K在三七地上部中的含量顯著高于地下部分，說(shuō)明地上部分生長(zhǎng)較為旺盛。

32三七體內(nèi)礦質(zhì)元素含量特征

根據(jù)主成分分析可以看出，第一主成分中B和Mg的系數(shù)較大，可見(jiàn)B、Mg元素與主成分相關(guān)程度最高，即第一主成分反映了B、Mg元素的特征。硼元素能夠促進(jìn)植物細(xì)胞的伸長(zhǎng)和組織的分化，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，花粉的萌發(fā)和花粉管的生長(zhǎng)，增強(qiáng)作物的抗逆性[20]。鎂元素與植物的光合作用息息相關(guān)，葉綠素的形成離不開(kāi)鎂，三七各部位的鎂含量都很豐富，含量為093～343 g/kg，和曲媛等[21]人的研究結(jié)果相同。第二主成分中Fe、Cd的系數(shù)較大，即第二主成分反應(yīng)這三個(gè)元素的特征，其中鎘為重金屬，說(shuō)明三七具有很高的鎘富集能力和轉(zhuǎn)運(yùn)能力[22]。K和P是植物生長(zhǎng)的必須大量元素，在不同生長(zhǎng)年限三七的各部位含量高，而且兩元素的變異系數(shù)低，說(shuō)明兩元素的變異范圍相對(duì)較窄，相對(duì)較穩(wěn)定，說(shuō)明一定量的K和P是構(gòu)成三七品質(zhì)和產(chǎn)量的必要條件。鉀元素能夠促進(jìn)莖稈粗壯，所以鉀元素在三七植株中的分布也是莖中的鉀含量明顯高于剪口須根等其他部位;磷元素促進(jìn)花的分化和形成，導(dǎo)致花中磷含量顯著高于其他部位。鉀元素含量大于磷元素，說(shuō)明三七是喜鉀植物，這符合以往的研究結(jié)果[2324]。本試驗(yàn)分析的元素較為全面，但只有一個(gè)時(shí)期，后續(xù)將對(duì)不同時(shí)期進(jìn)行研究。

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