不同產(chǎn)地葛功能成分含量與礦質(zhì)元素相關(guān)性研究

彭斯文，朱校奇，盧紅玲，謝進，戴艷嬌，黃艷寧，龍世平

(湖南省農(nóng)業(yè)科學院 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所, 湖南 長沙 410125)

葛(Puerariamontana)為豆科(Leguminosae)葛屬(Pueraria)多年生落葉藤本植物[1]。2020版《中國藥典》規(guī)定其干燥根為藥材葛根。秋冬二季采挖，趁鮮切成厚片或小塊；干燥入藥。葛根味甘、辛，性涼；歸肺、胃經(jīng)；能解肌退熱，生津止渴，透疹，升陽止瀉，舒經(jīng)活絡(luò)，解酒毒[2]。葛根的營養(yǎng)成分是淀粉，并富含多種人體必需的氨基酸和礦質(zhì)元素[3-4]，還含有多達48種異黃酮類成分[5-7]和少量生物堿、皂苷、三萜類化合物，是營養(yǎng)獨特、藥食兼優(yōu)的綠色保健食品[8-9]。曾明等[10]就葛屬幾種植物的微量元素進行聚類分析，不同產(chǎn)地葛根中中微量元素變化很大，同一產(chǎn)地不同葛根物種差異不明顯，揭示葛根中礦質(zhì)元素跟土壤有關(guān)。向大雄等[11]對葛根中無機元素含量測定結(jié)果顯示，粉葛和野葛中K、Ca、Mg及Sr差異很大。胡虹等[12]對云臺山野葛不同部位的微量元素分布進行了研究，結(jié)果表明野葛中不同部位Cu、Fe、Zn、Ca、Mn等元素的分布具有一定的規(guī)律。張東軍等[13]測定粉葛中8種微量元素的含量，其含量順序為：Mg>K>Fe>Ca>Na>Mn>Cu>Zn。唐赤等[14]研究表明，葛根中微量元素含量豐富，尤其Fe、Ca、Mg的含量較高；葛根中微量元素的含量與其種植土壤的土質(zhì)有關(guān)，適當施加農(nóng)家肥有利于葛根中微量元素含量的提高。鄧雙炳等[15]分別建立測定葛根和粉葛中的Ph、As、Hg、Zn和Se元素的方法。劉為賤等[16]研究表明，贛南葛粉樣品富含Mg、Fe、Mn和Zn元素。李杏元等[17]檢測大別山野生葛和種植葛微量礦質(zhì)元素，其Fe、Zn微量礦質(zhì)元素含量野生組遠高于種植組。

前人研究結(jié)果僅說明不同產(chǎn)地葛根中礦質(zhì)元素含量不同，但對葛根中功能成分含量與礦質(zhì)元素相關(guān)性(尤其是土壤中礦質(zhì)元素-植物中礦質(zhì)元素-功能成分的相關(guān)性)研究較少。本研究擬檢測兩個產(chǎn)地葛植株不同部位功能成分含量與相應(yīng)的礦質(zhì)元素含量以及土壤中礦質(zhì)元素含量，綜合分析其關(guān)聯(lián)性，研究其功能成分與礦質(zhì)元素的相關(guān)性，為葛根的合理施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

人工種植的粉葛產(chǎn)地在長沙縣高橋基地、張家界市湘阿妹食品有限公司，分別于2021年7月底和12月底取土壤、根及莖葉。每一產(chǎn)地不同年限隨機選取5株，取根、莖、葉及其根系周圍土壤，每5株混合為1個樣品，重復3次。樣品編號如表1。

1.2 方法

(1)土壤pH、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀、有效錳、有效鐵、交換鈣以及交換鎂的檢測由第三方檢測機構(gòu)進行檢測，檢測方法如下：

表1 樣品編號Table 1 Sample number

pH：NY/T 1121.2—2006《土壤檢測 第2部分：土壤pH的測定》 電位法；

有機質(zhì)：NY/T 1121.6—2006《土壤檢測 第6部分：土壤有機質(zhì)的測定》；

全氮：NY/T 1121.24—2012《土壤檢測 第24部分：土壤全氮的測定 自動定氮儀法》；

堿解氮：LY/T 1228—2015《森林土壤氮的測定》；

總磷：HJ 632—2011《土壤總磷的測定》堿熔-鉬銻抗分光光度法；

有效磷：NY/T 1121.7—2014《土壤檢測 第7部分:土壤有效磷的測定》；

全鉀：《土壤元素的近代分析方法》中國環(huán)境監(jiān)測總站(1992年) 原子吸收光度法；

速效鉀：NY/T 889—2004《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》 ；

有效態(tài)錳、有效態(tài)鐵：NY/T 890—2004《土壤有效態(tài)鋅、錳、鐵、銅含量的測定 二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法》；

交換性鈣、交換性鎂：NY/T 1121.13—2006《土壤檢測 第13部分：土壤交換性鈣和鎂的測定》。

(2)根、莖葉中總黃酮、葛根素、大豆苷、大豆苷元以及N、P、K等元素含量的檢測。

總黃酮含量測定方法：采用紫外-分光光度法測定了葛的總黃酮，以蘆丁做標準液，用亞硝酸鈉-氯化鋁顯色進行測定。

葛根素、大豆苷、大豆苷元含量測定方法：采用HPLC方法測量，用超聲輔助醇提法提取其葛根素，固定相為十八烷基硅烷鍵合硅膠，流動相為甲醇-水(25∶75)，檢測波長為250 nm，流速為1.0 mL/min。

N、P、K等由第三方檢測機構(gòu)進行檢測。采用LY/T 1271—1999《森林植物與森林枯枝落葉層全氮、全磷、全鉀、全鈉、全鈣、全鎂的測定(硫酸-高氯酸的消煮法)》。Fe、Mn、Sr采用GB 5009.268—2016《食品安全國家標準》。

2 結(jié)果與分析

2.1 基地土壤礦質(zhì)元素含量

各基地土壤礦質(zhì)元素檢測結(jié)果如表2，各基間地礦質(zhì)元素含量差異明顯，同一基地不同年限礦質(zhì)元素差異不顯著，年末比年中略有減少。

表2 各基地土壤礦質(zhì)元素含量Table 2 Contents of mineral elements in soil of each base

2.2 葛根中有效成分含量與礦質(zhì)元素相關(guān)性

各基地葛根中的有效成分含量如圖1與礦質(zhì)元素含量如表3。由圖1可以看出，同一年限不同基地的有效成分含量存在差異。除大豆苷元外，同一基地不同年限的有效成分隨年限增長而增加，其中總黃酮、葛根素與大豆苷差異極顯著。由表3中可以看出，根中大量元素K、N含量相對較高，P含量相對要低一些；整體呈K>N>Mg>Ca>P。微量元素中Fe含量相對較高，整體為Fe>Sr>Mn。

圖1 根中有效成分含量Figure 1 Content of active components in roots

表3 根中礦質(zhì)元素含量Table 3 Contents of mineral elements in roots

葛根中有效成分含量與其礦質(zhì)元素含量相關(guān)性如表4，由表可以看出，根中總黃酮與N、K、Ca、Mg、Mn呈正相關(guān)、其中與N呈極顯著相關(guān)，與P呈負相關(guān)；葛根素與N、K、Ca、Mg、Fe、Sr呈正相關(guān)，其中與Mg呈極顯著相關(guān)，與P呈負相關(guān)；大豆苷與N、K、Ca、Mg、Fe、Sr呈正相關(guān)，與P呈負相關(guān)；大豆苷元與N、K、Ca、Mn、Fe呈負相關(guān)，其中與K呈顯著負相關(guān)，與Sr成正相關(guān)。

葛根中有效成分含量與土壤礦質(zhì)元素含量相關(guān)性如表5，總黃酮與土壤中的全氮、堿解氮、總磷、有效磷、速效鉀、交換鎂、有效錳呈正相關(guān)，其余關(guān)系不明顯；葛根素與土壤中的全鉀、交換鈣呈負相關(guān)，與有效鐵呈正相關(guān)；大豆苷與土壤中的有效磷、有效鐵呈正相關(guān)，其余關(guān)系不明顯；大豆苷元與全氮、堿解氮、總磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換鈣、交換鎂以及有效錳呈負相關(guān)。

表4 根中有效成分含量與根中礦質(zhì)元素Pearson相關(guān)性Table 4 Pearson correlation between the content of effective components and the mineral eement in roots

表5 根中有效成分含量與土壤礦質(zhì)元素Pearson相關(guān)性Table 5 Pearson correlation between the content of effective components in roots and mineral element in soil

葛根中礦質(zhì)元素與土壤礦質(zhì)元素相關(guān)性如表6。葛根中N、K、Ca及Mn與土壤中全氮、堿解氮、總磷、有效磷、速效鉀、有效錳正相關(guān)。其中Mn與速效鉀顯著性正相關(guān)；Mg與交換鎂正相關(guān)；根中P只與全鉀正相關(guān)；根中Mg與全鉀負相關(guān)，與有效鐵正相關(guān)；根中Fe與有效鐵正相關(guān)；Sr與全鉀極顯著正相關(guān)，與有效鐵正相關(guān)，與交換鈣、交換鎂負相關(guān)。

表6 根中礦質(zhì)元素與土壤礦質(zhì)元素Pearson 相關(guān)性Table 6 Pearson correlation between the mineral element in roots and in soil

2.3 莖葉中有效成分含量與礦質(zhì)元素相關(guān)性

各基地葛莖葉中不同時間的有效成分含量與其礦質(zhì)元素含量如表7。由表可以看出，同一年限不同基地的有效成分含量有差異，總體表現(xiàn)為年末比年中高。同一基地不能年限的有效成分隨年限增長而增加，莖葉中大量元素N、K含量遠高于P含量，整體N>K>Ca>Mg>P；微量元素為Mn>Fe>Sr。

表7 莖葉有效成分含量與礦質(zhì)元素含量Table 7 Contents of effective components and mineral elements in stems and leaves

葛莖葉中有效成分含量與其礦質(zhì)元素含量相關(guān)性如表8。由表可以看出，葛莖葉中總黃酮與植株中Mn、Fe、Ca呈正相關(guān)，與Sr呈負相關(guān)；葛根素與K、N、Mg、Mn、呈負相關(guān)，且與K、N具有顯著性，與Fe呈正相關(guān)；大豆苷與與N、K、Mn、Mg呈負相關(guān)，且與N、K具有極顯著性，與Fe正相關(guān)；大豆苷元與N、K呈顯著負相關(guān)，與Fe呈正相關(guān)。

表8 莖葉中效成分含量與其礦質(zhì)元素Pearson相關(guān)性Table 8 Pearson correlation between the contents of effective components in stems and leaves and the mineral element

葛莖葉中有效成分含量與土壤礦質(zhì)元素含量相關(guān)性如表9。由表看出，總黃酮與全氮、堿解氮、總磷、有效磷、速效鉀、交換鎂、有效鐵、有效錳呈正相關(guān)；葛根素與土壤中全氮、堿解氮、總磷、全鉀、速效鉀、交換鈣、交換鎂、有效錳呈負相關(guān)，其中與全K呈顯著負相關(guān)，與有效鐵呈正相關(guān)；大豆苷、大豆苷元與土壤中全氮、堿解氮、總磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換鈣、交換鎂、有效錳呈負相關(guān)，與有效鐵呈正相關(guān)。

葛莖葉中礦質(zhì)元素含量與土壤中礦質(zhì)元素相關(guān)性如表10。葛莖葉中礦質(zhì)元素含量與土壤中礦質(zhì)元素含量整體相關(guān)性程度不高，但葛莖葉中Mn與全氮、堿解氮、總磷、有效磷以及有效錳極顯著正相關(guān)，與速效鉀、交換鎂顯著正相關(guān)，與交換鈣正相關(guān)。

表9 莖葉中效成分含量與土壤礦質(zhì)元素Pearson相關(guān)性Table 9 Pearson correlation between the content of effective components in stems and leaves and mineral element in soil

表10 莖葉中礦質(zhì)元素與土壤中礦質(zhì)元素Pearson 相關(guān)性Table 10 Pearson correlation between the mineral element in stems and leaves and in soil

3 討 論

3.1 總黃酮

總黃酮是衡量中藥材品質(zhì)的重要指標之一。土壤礦質(zhì)元素對藥材總黃酮的形成具有重要影響[18]。劉偉[19]研究表明，菊花的中、微量營養(yǎng)元素含量與相對應(yīng)的黃酮含量有重要關(guān)系，其中Ca極為顯著。劉引[20]研究影響菊花有效成分含量的礦質(zhì)元素主導因子有Fe，Cr，Mn，Cu，Ni、Zn，土壤養(yǎng)分主導因子有有效磷、速率鉀、總氮、全鉀、活性錳、活性銅；劉大會[21]研究表明，高鉀的肥料配比有利于提高菊花中總黃酮含量，低施氮水平施氮肥有助于提高菊花中總黃酮。于曼曼[22]研究表明，夏枯草中總黃酮含量與P、K含量有關(guān)。王靜[23]研究表明，N、P對桔?？傸S酮積累表現(xiàn)出一定相關(guān)性。王振[24]研究表明，黃芪中總黃酮與土壤N、K與Cu呈顯著相關(guān)。楊曉瓊[25]等人研究表明香茅草中總黃酮含量與Ca呈相關(guān)性。

總黃酮也是衡量葛根品質(zhì)的一個重要指標。本研究結(jié)果表明，總黃酮的含量在根中與N、K、Ca、Mg、Mn呈正相關(guān)、其中與N呈極顯著相關(guān)，與P呈負相關(guān)；與土壤中的全氮、堿解氮、總磷、有效磷、速效鉀、交換鎂、有效錳呈正相關(guān)。在莖葉中與植Mn、Fe、Ca呈正相關(guān)，與Sr呈負相關(guān)；與土壤全氮、堿解氮、總磷、有效磷、速效鉀、交換鎂、有效鐵、有效錳呈正相關(guān)。其結(jié)果與其他研究結(jié)果相似，影響葛總黃酮含量的主導因子有N、K、Ca、Mg、Mn、Fe、P，土壤養(yǎng)分主導因子有總氮、堿解氮、總磷、有效磷、速效鉀、交換鎂、活性鐵以及活性錳。

葛莖葉中總黃酮含量遠高于根中含量，可能與本研究的測量方法有關(guān)。本研究采用紫外-分光光度法測定了葛的總黃酮，以蘆丁做標準液，用亞硝酸鈉-氯化鋁顯色進行測定。莖葉中葉綠素會影響其結(jié)果，改進測量方法也是下一步值得研究的事項。

3.2 葛根異黃酮

葛根異黃酮是葛根主要活性成分之一。葛根異黃酮主要包括有葛根素、大豆苷元以及大豆苷等。礦質(zhì)元素與藥材功能成分含量息息相關(guān)，如劉向前[26]研究表明，影響泰國葛愈傷組織中葛根素含量的主要因素依次為 Ca>Zn>Cu>Mg>Mn，大豆苷的主要影響因素依次為Ca>Mn>Zn>Cu>Mg。顧彩霞[27]研究表明，穴施磷肥提高粉葛塊根生物量最高，穴施復合肥鮮重提高葛根素含量。

本研究結(jié)果表明，葛塊根中葛根素、大豆苷與N、K、Ca、Mg、Fe呈正相關(guān)，其中葛根素與Mg呈極顯著相關(guān)，與P呈負相關(guān)；與土壤中的全鉀、交換鈣呈負相關(guān)，與有效鐵呈正相關(guān)；葛塊根中大豆苷元與N、K、Ca、Mn、Fe呈負相關(guān)，其中與K呈顯著負相關(guān)，與Sr成正相關(guān)；與土壤中全氮、堿解氮、總磷、有效磷、全鉀、速效鉀、交換鈣、交換鎂、有效錳呈負相關(guān)。莖葉中葛根素、大豆苷、大豆苷元與N、K、Mg、Mn、呈負相關(guān)，其中且與K、N具有顯著或極顯著相關(guān)性，與Fe呈正相關(guān)；與土壤中全氮、堿解氮、總磷、全鉀、速效鉀、交換鈣、交換鎂、有效錳呈負相關(guān)，其中葛根素與全鉀呈顯著負相關(guān)，與有效鐵呈正相關(guān)。

葛根素與大豆苷無論在塊根中還是在莖葉中，與礦質(zhì)元素相關(guān)性高度相似，大豆苷元與礦質(zhì)元素的相關(guān)性在塊根中與葛根素、大豆苷的相關(guān)性基本上相反，而在莖葉中其相關(guān)與葛根素和大豆苷基本相似。這種高度相似可以說明，這些成分在葛植株合成的途徑、需要的原料與酶也高度相似。N、K與葛根素和大豆苷普遍出現(xiàn)高度相關(guān)或顯著相關(guān)，說明K、N影響它們合成主要元素；Ca、Fe、Mg、Mn與其相關(guān)也比較高，說明Ca、Fe、Mg、Mn與其合成和儲藏有很大的關(guān)聯(lián)，至于這些礦質(zhì)元素如何參與它們的合成，還需深入研究。塊根中葛根素和大豆苷的含量高于莖葉，且正負相關(guān)性也出現(xiàn)差異，這可能與根是它們的儲藏器官，莖葉是合成器官有關(guān)聯(lián)。深入研究葛根素、大豆苷和大豆苷元的合成、運輸和儲藏，也有助于闡明礦質(zhì)元素與葛根素、大豆苷和大豆苷元含量相關(guān)性。這說明大豆苷元在莖葉中合成有相似，但在塊根中儲藏可能不同。大豆苷元與礦質(zhì)元素的相關(guān)性在塊根中與葛根素、大豆苷的相關(guān)性基本上相反，這個相反說明大豆苷元的儲藏與葛根素、大豆苷不同，還需進一步開展研究。

4 結(jié) 論

葛有效成分含量與土壤和植株礦質(zhì)元素(尤其是N、K、Ca、Fe、Mg以及Mn)息息相關(guān)。