湖北恩施富硒藥用植物資源調(diào)查與利用

周武先，張雅娟，張美德

(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 中藥材研究所，湖北 恩施 445000；2.恩施土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖北 恩施 445000)

硒(Se)是人體必需的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)維護(hù)身體健康具有重要作用，日常攝入適量的硒可以抵御克山病、心腦血管疾病和關(guān)節(jié)炎癥等多種疾病，還具有抗衰老、增強(qiáng)機(jī)體免疫力以及預(yù)防癌癥的功效[1-2]。目前，雖然硒未被認(rèn)定為植物必需營(yíng)養(yǎng)元素，但越來(lái)越多的研究表明，適量的硒有利于促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育[3-5]，增強(qiáng)其抗氧化能力，緩解逆境脅迫[6-7]，且具有拮抗重金屬的效果[8-9]。全球范圍內(nèi)，有40余個(gè)國(guó)家和地區(qū)缺硒，我國(guó)缺硒的省份也多達(dá)20余個(gè)，相當(dāng)一部分民眾因硒“隱性饑餓”而存在較大的健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，硒資源的充分開發(fā)與合理利用具有重要意義[10-11]。

湖北省恩施土家族苗族自治州(以下簡(jiǎn)稱恩施州)地處云貴高原與東部低山丘陵的過(guò)渡區(qū)域，地形復(fù)雜，溝谷縱橫，海拔落差大，小氣候特征明顯，造就了各種獨(dú)特的生境，是南北區(qū)系生物交匯滲透中心地帶[12]，境內(nèi)中藥資源豐富，分布有藥用植物202科、881屬、2 258種[13]，被譽(yù)為“華中天然藥庫(kù)”。此外，地質(zhì)勘探表明，恩施州境內(nèi)有目前全球唯一探明的獨(dú)立硒礦床，硒含量230～6 300 mg/kg[14]，形成了以新塘鄉(xiāng)漁塘壩為中心，包含恩施、建始、宣恩、巴東四縣市毗鄰地區(qū)的“中國(guó)第一高硒區(qū)”，圍繞高硒區(qū)形成了250個(gè)行政村范圍的富硒生物圈。雖然恩施州擁有豐富的土壤硒資源和植物硒資源，但硒方面的研究主要集中于硒的生物安全性評(píng)價(jià)[15]、硒產(chǎn)業(yè)研討[16]和硒超積累植物中硒的形態(tài)、轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)化研究[17-18]，且側(cè)重于常規(guī)農(nóng)作物硒含量的調(diào)查[19]。肖本見[14]總結(jié)了恩施州富硒藥用植物資源相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)恩施州對(duì)富硒藥用植物資源的開發(fā)和利用主要集中在富硒保健食品的開發(fā)、富硒飼料的生產(chǎn)和富硒藥用植物栽培等方面，未進(jìn)行較為系統(tǒng)的富硒藥用植物資源普查。開展富硒藥用植物資源普查工作，摸清富硒藥用植物資源的種類、名稱、分布、數(shù)量和藥用部位等，對(duì)恩施州富硒藥用植物資源的開發(fā)和利用具有積極意義[14]。

張宇等[20]對(duì)恩施州10種常見藥用植物的硒含量進(jìn)行了初步比較，發(fā)現(xiàn)不同藥用植物的硒含量存在顯著差異，但不同藥用植物的富硒特性和富硒能力有待進(jìn)一步調(diào)查。鑒于此，通過(guò)擴(kuò)大恩施州區(qū)域的調(diào)查范圍，并對(duì)相應(yīng)區(qū)域內(nèi)藥用植物和土壤的硒水平進(jìn)行檢測(cè)，明確恩施州富硒藥用植物資源概況及其硒富集能力，并對(duì)不同藥用植物的富硒能力進(jìn)行比較和排序，為恩施州富硒藥用植物的高效開發(fā)和利用提供參考。此外，選取3種藥用植物(保健品類或藥食同源類)開展富硒栽培試驗(yàn)，以期為藥用植物人工富硒栽培提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 藥用植物和土壤硒含量調(diào)查

參考《世界硒都恩施硒資源研究概述》[21]并在前期研究[20]的基礎(chǔ)上，于2016—2018年選擇恩施市新塘鄉(xiāng)漁塘壩、沙地鄉(xiāng)花被村、沐撫鎮(zhèn)高臺(tái)村以及宣恩、巴東、建始三縣等共12個(gè)采樣點(diǎn)，并根據(jù)李海蓉等[22]的研究對(duì)恩施州土壤硒水平進(jìn)行等級(jí)劃分，可將恩施土壤硒水平劃分為4個(gè)等級(jí)，分別為：一級(jí)(極富硒)，Se>3.0 mg/kg；二級(jí)(富硒)，0.4

1.2 富硒栽培試驗(yàn)

絞股藍(lán)[Gynostemmapentaphyllum(Thunb.) Makino]富硒栽培試驗(yàn)：2017年在恩施市新塘鄉(xiāng)下塘壩村開展，土壤硒含量為0.19 mg/kg。使用亞硒酸鈉水溶液，設(shè)置硒含量為0、4、8、16、24、32 mg/m2等6種處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，于6—8月生長(zhǎng)旺盛期選擇晴天葉面噴施3次，每次間隔30 d。9月初采收絞股藍(lán)莖葉烘干后進(jìn)行硒含量檢測(cè)。

白術(shù)(AtractylodesmacrocephalaKoidz.)富硒栽培試驗(yàn)：2018年在咸豐縣小村鄉(xiāng)李子溪村開展，土壤硒含量為0.18 mg/kg。使用亞硒酸鈉水溶液，設(shè)置硒含量為0、2.5、5、10、20 mg/m2等5種處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，于5—7月生長(zhǎng)旺盛期選擇晴天葉面噴施3次，每次間隔30 d。10月下旬采收白術(shù)根莖烘干后進(jìn)行硒含量檢測(cè)。

川黨參(CodonopsistangshenOliv.)富硒栽培試驗(yàn)：2018年在恩施市板橋鎮(zhèn)新田村開展，土壤硒含量為0.15 mg/kg。使用亞硒酸鈉水溶液，設(shè)置硒含量為0、2.5、5、10、20、40 mg/m2等6種處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，于5—7月生長(zhǎng)旺盛期選擇晴天葉面噴施3次，每次間隔30 d。9月初采收黨參根烘干后進(jìn)行硒含量檢測(cè)。

1.3 硒含量檢測(cè)

植物樣品和土壤樣品烘干后送至湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所進(jìn)行硒含量檢測(cè)，其中，植物硒含量采用原子熒光光譜法測(cè)定(GB 5009.93—2010)，土壤總硒含量采用原子熒光光譜法測(cè)定(NY/T 1104—2006)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

參考張紅振等[23]的方法，根據(jù)公式(1)計(jì)算藥用植物對(duì)硒的富集系數(shù)(Selenium accumulation coefficient，SAC)。

(1)

采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析(One-way ANOVA)，采用新復(fù)極差法(Duncan’s)進(jìn)行多重比較(P=0.05)。使用Origin 8.1軟件進(jìn)行相關(guān)性分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 各采集樣點(diǎn)土壤硒含量和藥用植物硒含量情況

從12個(gè)采樣點(diǎn)的187份土壤樣品硒水平(表1)來(lái)看，新塘鄉(xiāng)漁塘壩的57份土壤硒水平均處于一級(jí)水平；新塘鄉(xiāng)下壩村、沙地鄉(xiāng)花被村、沐撫鎮(zhèn)高臺(tái)村、沐撫鎮(zhèn)大山頂女兒湖、白楊坪鄉(xiāng)九根樹村、紅土鄉(xiāng)石窯村、椿木營(yíng)鄉(xiāng)杉陀村、業(yè)州鎮(zhèn)羅家壩村和野三關(guān)鎮(zhèn)大甘坪村9個(gè)采樣點(diǎn)的109份土壤硒水平處于二級(jí)水平；野三關(guān)鎮(zhèn)張家村的8份土壤硒水平處于三級(jí)水平；芭蕉鄉(xiāng)南河村的13份土壤硒水平處于四級(jí)水平。綜上可得，恩施州四縣市擁有極富硒區(qū)1個(gè)、富硒區(qū)9個(gè)、適硒區(qū)1個(gè)、缺硒區(qū)1個(gè)。

表1 恩施州不同采樣點(diǎn)187份土壤樣品硒水平等級(jí)分布情況Tab.1 Classification of 187 sampling sites based on soil Se level in Enshi Autonomous Prefecture

在不同采樣點(diǎn)調(diào)查測(cè)定的243份藥用植物中，涉及67科168種植物。通過(guò)對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)藥用植物硒含量進(jìn)行匯總分析(表2)，發(fā)現(xiàn)在243份藥用植物樣品中，硒含量超過(guò)10 mg/kg的樣品有8份，硒含量1～10 mg/kg的樣品有58份，硒含量0.2～1 mg/kg的樣品有95份，硒含量低于0.2 mg/kg的樣品有82份。

表2 不同采樣點(diǎn)藥用植物硒含量的分布情況Tab.2 Classification of medicinal plants from different regions based on plant Se level

2.2 不同藥用植物的硒富集特性

從表3可以看出，硒含量超過(guò)10 mg/kg的有馬桑、美麗胡枝子和華蟹甲等8種藥用植物，除了鳶尾來(lái)自二級(jí)硒樣地外，其余7種植物均來(lái)自一級(jí)硒樣地，表明土壤硒含量的高低對(duì)植物硒含量有較大的影響。8種藥用植物的SAC均大于2，莖葉類藥材中，馬桑的硒富集能力最強(qiáng)，為4.96，其次為美麗胡枝子和華蟹甲，SAC分別為3.83和3.07；根莖類藥材鳶尾的SAC為8.42；全草類藥材以堇葉碎米薺的富硒能力最強(qiáng)，SAC達(dá)76.60，其次為百脈根和蒲公英，SAC分別為5.63和2.57。從表3還可以看出，馬桑、美麗胡枝子和華蟹甲等7種植物雖生長(zhǎng)在硒背景相同的地區(qū)(恩施市新塘鄉(xiāng)漁塘壩，ES-YTB)，但SAC存在顯著差異，說(shuō)明藥用植物的富硒能力與植物種類有關(guān)。

從表4可知，硒含量為0.20～10 mg/kg的藥用植物有32種。果實(shí)類藥材中，以中華獼猴桃富硒能力最強(qiáng)，SAC達(dá)到1.03，其次為火棘和八月瓜，SAC分別為0.43和0.08；莖葉類藥材富硒能力排名前三的分別為蒼耳、地膚和絞股藍(lán)，SAC分別為3.54、2.31和0.42；根莖類藥材以川續(xù)斷富硒能力最強(qiáng)，SAC為2.08，其次為天麻，SAC為0.32；全草類藥材中以萱草富硒能力最強(qiáng)，SAC達(dá)到5.02，其次為山牛蒡和爵床，SAC分別為2.63和2.09。

表3 硒含量大于10 mg/kg的藥用植物Tab.3 Medicinal plants with Se content>10 mg/kg

表4 硒含量為0.2～10 mg/kg的藥用植物Tab.4 Medicinal plants with Se content of 0.2—10 mg/kg

續(xù)表4 硒含量為0.2～10 mg/kg的藥用植物Tab.4(Continued) Medicinal plants with Se content of 0.2—10 mg/kg

2.3 不同硒含量土壤對(duì)藥用植物硒富集特性的影響

從表5可見，同種藥用植物生長(zhǎng)在硒含量不同的土壤中，其硒富集特性存在差異。恩施市沐撫鎮(zhèn)大山頂女兒湖(ES-NEH)的野棉花硒富集能力最強(qiáng)，SAC為4.07，其次為巴東野山關(guān)鎮(zhèn)大甘坪村(BD-DGP)和恩施沙地鄉(xiāng)花被村(ES-HB)的野棉花，SAC分別為3.59和1.73；恩施市沐撫鎮(zhèn)高臺(tái)村(ES-GT)的龍牙草富集能力最強(qiáng)，SAC為0.88，巴東野三關(guān)鎮(zhèn)張家村(BD-ZJ)的龍牙草硒富集能力最弱，SAC為0.40；建始業(yè)州鎮(zhèn)羅家壩村(JS-LJB)的牛膝硒富集能力最強(qiáng)，SAC為1.47，巴東野三關(guān)鎮(zhèn)大甘坪村(BD-DGP)的牛膝硒富集能力最弱，SAC為0.16，JS-LJB牛膝硒富集能力是BD-DGP牛膝的9.2倍；宣恩縣椿木營(yíng)鄉(xiāng)杉陀村(XE-ST)的青蒿硒富集能力最強(qiáng)，建始業(yè)州鎮(zhèn)羅家壩村(JS-LJB)的青蒿硒富集能力最弱，兩者SAC分別為2.00和0.22，相差8.1倍。

表5 藥用植物在不同硒含量土壤上的富硒能力Tab.5 Selenium accumulation coefficient of medicinal plants in soils with different selenium levels

續(xù)表5 藥用植物在不同硒含量土壤上的富硒能力Tab.5(Continued) Selenium accumulation coefficient of medicinal plants in soils with different selenium levels

2.4 藥用植物硒含量與土壤硒含量的相關(guān)性

圖1表明，莖葉果類藥用植物、根莖類藥用植物、全草類藥用植物以及全部藥用植物樣品(剔除堇葉碎米薺等超聚硒植物)的硒含量與相應(yīng)土壤硒含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.658 1、0.769 9、0.534 3和0.512 5。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)論，以野棉花、龍牙草、牛膝和青蒿為例，對(duì)4種藥用植物硒含量和土壤硒含量進(jìn)行相關(guān)性分析(圖2)。結(jié)果表明，野棉花和龍牙草的硒含量與土壤硒含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，r分別為0.998 7和0.992 2；牛膝和青蒿的硒含量與土壤硒含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，r分別為0.930 9和0.954 9。綜上說(shuō)明，藥用植物硒含量與土壤硒含量存在顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖1 入藥部位不同的藥用植物硒含量與土壤硒含量的相關(guān)性Fig.1 Pearson correlation between Se content of different medicinal part plants and soil Se content

圖2 4種藥用植物硒含量與土壤硒含量的相關(guān)性分析Fig.2 Pearson correlation between Se content of four medicinal plants and soil Se content

2.5 外源施硒對(duì)藥用植物硒含量的影響

如圖3所示，隨著外源施硒濃度的提升，白術(shù)、川黨參和絞股藍(lán)硒含量上升，且呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001，r分別為0.999 0、0.986 3和0.992 9)。3種藥用植物(含藥食同源植物)硒含量在不同濃度外源硒處理下均存在顯著差異(P<0.05)。白術(shù)、川黨參和絞股藍(lán)硒含量分別在外源噴施硒肥20、40、32 mg/m2時(shí)達(dá)到最高，分別為4.59、0.95、9.32 mg/kg?？梢?，白術(shù)、川黨參和絞股藍(lán)均可通過(guò)外源噴施硒肥達(dá)到富硒(Se≥0.2 mg/kg，DBS42/002—2014)農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

不同小寫字母表示處理間差異顯著Different lowercase letters indicate significant difference at 0. 05 level between different treatments圖3 葉面噴施不同濃度硒肥后藥用植物硒含量Fig.3 Se content of medicinal plants under different levels of foliar Se application

3 結(jié)論與討論

3.1 恩施州富硒藥用植物和土壤資源概況

眾多研究表明，恩施州擁有豐富的硒資源，植物和土壤硒含量是其他低硒地區(qū)的幾十甚至幾千倍[14,19]。目前,關(guān)于恩施州富硒植物資源調(diào)查的研究主要集中于常規(guī)農(nóng)作物，例如白菜、玉米和土豆等[19]，而專門針對(duì)藥用植物資源富硒情況展開調(diào)查的研究較少。本研究首次測(cè)定了恩施州馬桑、美麗胡枝子和華蟹甲等藥用植物的硒含量并對(duì)其富硒能力進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示，檢測(cè)的168種藥用植物中硒含量超過(guò)10 mg/kg的有8種，23.8%的藥用植物都達(dá)到了富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，這表明恩施州的富硒藥用植物資源非常豐富[14]，可作為富硒藥品和保健品的天然原材料，具有很大的開發(fā)和利用價(jià)值。本研究還發(fā)現(xiàn)，堇葉碎米薺具有超強(qiáng)的富硒能力(硒含量為311.00 mg/kg，SAC=76.60)，可作為修復(fù)硒污染土壤的候選材料，這與YUAN等[17]和CUI等[18]的研究結(jié)果一致。有研究報(bào)道稱，恩施州存在一種聚硒能力超強(qiáng)的植物，即堇葉碎米薺，其硒含量可達(dá)7 816 mg/kg[19]。米秀博等[24]發(fā)現(xiàn)，恩施地區(qū)自然生長(zhǎng)的醉魚草總硒含量可達(dá)531.4 mg/kg。本研究中，堇葉碎米薺和醉魚草的硒含量并沒有以往研究報(bào)道的那么高，這可能與以往研究采樣地點(diǎn)為漁塘壩礦區(qū)，而本研究中2種藥用植物采樣地點(diǎn)為非礦區(qū)有關(guān)。恩施州土壤硒含量均值達(dá)到0.6 mg/kg，遠(yuǎn)超過(guò)全國(guó)的平均水平[19]，但不同地質(zhì)背景和土壤類型下，土壤硒水平也存在較明顯的差異[25]。調(diào)查的12個(gè)采樣點(diǎn)中有1個(gè)采樣點(diǎn)(恩施市新塘鄉(xiāng)漁塘壩)土壤達(dá)到極富硒標(biāo)準(zhǔn)，9個(gè)采樣點(diǎn)(新塘鄉(xiāng)下壩村、沙地鄉(xiāng)花被村和沐撫高臺(tái)村等)土壤達(dá)到富硒標(biāo)準(zhǔn)，充分說(shuō)明恩施州具有豐厚的土壤硒資源，且不同采樣點(diǎn)土壤硒水平存在差異，這與以往的研究結(jié)果一致[14,19-20]。

3.2 藥用植物硒含量的差異分析及其與土壤硒水平的關(guān)系

一般情況下，植物硒含量的大小主要受兩方面的影響：土壤中可利用硒的多少、植物對(duì)硒的吸收能力[26]。以往研究表明，同一地區(qū)不同種類作物的富硒能力存在差異，不同地區(qū)同種作物的富硒能力也不盡相同[27]。以往關(guān)于恩施州富硒資源調(diào)查的研究往往單一測(cè)定土壤硒含量或植物硒含量，無(wú)法對(duì)植物的富硒能力進(jìn)行判定，不利于富硒植物資源的高效開發(fā)和利用。本研究對(duì)恩施州藥用植物和土壤硒含量進(jìn)行同步檢測(cè)，有效量化藥用植物的硒富集能力。結(jié)果表明，同一采樣點(diǎn)不同植物的富集能力存在明顯差異。以恩施市新塘鄉(xiāng)漁塘壩為例，漁塘壩硒含量大于10 mg/kg的藥用植物有7種(堇葉碎米薺、馬桑、美麗胡枝子、華蟹甲、醉魚草、百脈根和蒲公英)，但堇葉碎米薺的富硒能力是其他幾種藥用植物富硒能力的13.6～29.8倍，且其他藥用植物之間的富硒能力也存在明顯差異，這與于振[27]的研究結(jié)果相似，說(shuō)明不同種類的藥用植物對(duì)土壤中硒的吸收能力存在較大差異[26]。研究結(jié)果還表明，同一種植物，如野棉花、龍牙草、牛膝或青蒿，在硒含量不同的土壤中生長(zhǎng)，其SAC也存在顯著差異，說(shuō)明藥用植物對(duì)硒的吸收能力不僅與植物種類有關(guān)，與其生存的土壤環(huán)境也存在密切聯(lián)系[26-27]。作物對(duì)硒的吸收富集除了與植物種類、土壤pH值和土地利用類型有關(guān)，主要取決于土壤中硒含量的高低[28-29]。本研究中，無(wú)論是果實(shí)類、莖葉類、根莖類還是全草入藥類的藥用植物，其硒含量與土壤硒含量均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。隨機(jī)選取的野棉花、龍牙草、牛膝和青蒿4種藥用植物，其硒含量與土壤硒水平也呈顯著正相關(guān)，這與閆加力等[28]、萬(wàn)佐璽等[30]的研究結(jié)果類似，說(shuō)明土壤硒水平是影響藥用植物硒吸收富集的重要因素。

3.3 藥用植物人工富硒栽培的可行性

按照國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)規(guī)定，絞股藍(lán)和白術(shù)可用作保健品原材料，黨參按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材。研究表明，外源噴施硒肥是增加植物硒含量的重要手段[31-34]。張美德等[35]對(duì)絞股藍(lán)噴施1.9～15.0 mg/m2硒肥(噴施3次)，使絞股藍(lán)達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。ZHOU等[36]對(duì)白術(shù)噴施5～10 mg/m2硒肥(噴施4次)，發(fā)現(xiàn)適量硒肥可顯著促進(jìn)白術(shù)生長(zhǎng)，增加其產(chǎn)量并獲得富硒白術(shù)。周武先等[37]對(duì)川黨參噴施10～20 mg/m2硒肥(噴施2次)，發(fā)現(xiàn)適量硒肥可提高川黨參產(chǎn)量和硒含量，并顯著增加黨參多糖和炔苷含量。本研究結(jié)果顯示，外源噴施硒肥可有效增加絞股藍(lán)、白術(shù)和川黨參的硒含量，使其達(dá)到富硒農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，這與以往的研究結(jié)果一致[35-37]；且3種藥食同源植物的硒含量與外源施硒濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)外源施硒濃度達(dá)到生產(chǎn)安全富硒中藥材的目的。綜上可知，在富硒土壤上種植藥用植物或通過(guò)外源噴施硒肥均可提高藥用植物硒含量，是生產(chǎn)安全富硒中藥材(含藥食同源植物)的有效方法。