不同產(chǎn)地滇重樓根莖及根際土壤中無機元素含量比較

李卓蔚，谷文超，許凌峰，周 濃，尹福強，詹萬龍，趙晶晶

(1. 重慶三峽學院環(huán)境與化學工程學院，重慶 萬州 404120；2. 重慶三峽學院生物與食品工程學院，重慶 萬州 404120；3. 重慶三峽職業(yè)學院，重慶 萬州 404100)

【研究意義】滇重樓(Parispolyphyllavar.yunnanensis)為百合科重樓屬多年生藥用植物，以干燥根莖入藥，具有清熱解毒、止痛消腫、涼肝定驚等功效，還有抗腫瘤、抗病毒、消炎等藥理作用[1-2]。近年來由于藥用需求增多而被大肆采挖，滇重樓野生資源逐漸枯竭，人工大面積栽培已成發(fā)展趨勢。【前人研究進展】長期以來，對滇重樓成分的研究主要集中在化學成分上，而近年的許多研究表明無機元素也是中藥的重要有效成分，參與機體中酶和激素生理反應，對機體的正常代謝有著十分重要的作用[3]，如Cu元素與人體造血、酶的組成和活化、清除氧自由基及免疫等功能密切相關，對人體的造血功能和維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的完整性具有重要作用[4]；Zn元素是遺傳物質(zhì)聚合酶的重要成分，具有促進生長發(fā)育、維持正常免疫和促進創(chuàng)傷愈合等功能[5]；Fe元素是許多氧化還原體系和人體血液輸送與交換所必需的，具有補氣和補血的功效[6]；Mn元素具有體內(nèi)催化作用；Na元素有助于保護機體心血管系統(tǒng)作用[7]，這些無機元素對于滇重樓清熱解毒、止痛消腫、涼肝定驚等功效的發(fā)揮具有重要意義。此外，無機元素是植物生長過程中不可或缺的成分，研究表明，Ca元素可明顯增加滇重樓的株高[8]；Mo元素能顯著提高滇重樓光合速率、生物量及根莖產(chǎn)量[9]；施用適量Mg元素可以降低滇重樓株高，提高生物量及根莖產(chǎn)量[10]；Zn元素能提高滇重樓總生物量和地上部生物量[11]。中藥材的品質(zhì)與其產(chǎn)地密切相關，道地藥材的品質(zhì)顯著優(yōu)于其他產(chǎn)地，土壤是其中一個重要影響因素[12]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，滇重樓無機元素的研究主要集中在其根莖部分，而對滇重樓根莖及根際土壤無機元素相關性的研究未見報道。【擬解決的關鍵問題】以云貴川3個滇重樓主產(chǎn)區(qū)共27個產(chǎn)地的滇重樓根莖及根際土壤為研究材料，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(Inductively Coupled Plasma Mass，ICP-MS)對Na、Mg、Al、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn、Ba、B、Co、Ni、Se、Mo、Sb等15種無機元素進行檢測，研究不同產(chǎn)地滇重樓根莖及根際土壤中無機元素的含量情況和分布特征，比較栽培品與野生品無機元素含量的差異，為滇重樓選擇道地產(chǎn)區(qū)進行規(guī)?；耘嗉胺柿鲜┯锰峁﹨⒖家罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

27份滇重樓樣品采集于云南、貴州、四川3個省份，樣品詳細信息見表1，其中野生品11份、栽培品16份，經(jīng)重慶三峽學院生物與食品工程學院周濃教授鑒定為百合科植物滇重樓(P.polyphyllavar.yunnanensis)。每個采集地使用對角線法(栽培品)或多點法(野生品)收集滇重樓藥材10～15株，去掉表層枯枝落葉層，利用木鏟輕輕挖掉表面的浮土，采用抖根法收集根際土壤，每個土壤樣本平行采集3份，將其混勻用四分法取樣保留約1.0 kg根際土壤[13]。植物樣品置于45 ℃烘箱中烘干，粉碎，過100目篩。土壤樣品自然風干，研磨，過100目篩。

表1 樣品來源及編號

1.2 測定方法

采用唐艷梅等[14]方法略作修改，對滇重樓根莖樣品粉末進行微波消解，取8 mL濃硝酸同法制備空白溶液；采用王昭國等[15]方法略作修改，對滇重樓根際土壤粉末進行微波消解，取8 mL濃硝酸和1 mL氫氟酸同法制備空白溶液。以Ge、Rh、Bi為內(nèi)標元素，采用ICP-MS測定滇重樓根莖及根際土壤Na、Mg、Al、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn、Ba、B、Co、Ni、Se、Mo、Sb等無機元素含量。ICP-MS儀器參數(shù)設置為：功率1400 W，霧化氣流量1.224 L/min，輔助氣流量1.0 L/min，冷卻氣流量14.0 L/min，霧化室溫度2.0 ℃，蠕動泵速30 r/min，采樣深度3.91 mm，分析時間26 s[16]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對測定數(shù)據(jù)進行處理，利用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 不同產(chǎn)地的滇重樓根莖中無機元素含量比較

由表2可以看出，不同產(chǎn)地滇重樓根莖中無機元素含量具有顯著性差異(P<0.05)，其中Na、Mg和Ca元素含量變化范圍介于0.05～5.62 mg/g，Ca含量最高，Mg含量次之，Na含量最低。野生品中，貴州省產(chǎn)地中Yg-3的Na和Mg含量較高；云南省產(chǎn)地中Yg-7和Yg-8的Na含量高于其他產(chǎn)地，Yg-11的Ca含量達5.62 mg/g，顯著高于其他產(chǎn)地。栽培品中，貴州省產(chǎn)地中Zg-3的Na、Mg元素及云南省產(chǎn)地中Zg-7的Na、Mg、Ca元素含量均顯著高于其他產(chǎn)地。

表2 不同產(chǎn)地滇重樓根莖中無機元素含量比較

其余無機元素中Al和Fe含量較高，野生品中，貴州省產(chǎn)地Yg-4的Al、Fe和Co元素含量高于其他產(chǎn)地，其中Al、Fe含量分別達2.01、1.79 mg/g，是各產(chǎn)區(qū)平均含量的3倍多；貴州省產(chǎn)地Yg-3的Cu、Zn、Mn、Se和Sb含量高于其他產(chǎn)地，Yg-2的Mo含量高于其他產(chǎn)地；云南省產(chǎn)地Yg-7的Ni含量達21.16 μg/g，顯著高于其他產(chǎn)地，Yg-10的Ba、B含量高于其他產(chǎn)地。栽培品中，四川省產(chǎn)地Zg-4的Cu、Zn和Mo含量高于其他產(chǎn)地；云南省產(chǎn)地Zg-5的Co元素、Zg-6的Al和Fe元素、Zg-7的B元素、Zg-8的Ni和Se元素、Zg-11的Ba元素、Zg-14的Mn元素、Zg-15的Sb元素含量均高于其他產(chǎn)地。

從變異系數(shù)來看，滇重樓野生品中Zn、Ba和Co元素變異系數(shù)大于100%，說明這3種元素在滇重樓根莖中的分散程度較大，受野生生長環(huán)境影響較大。栽培品中各元素變異系數(shù)介于26.40%～91.49%，Na、Mo和Sb變異系數(shù)相對較大，說明這3種元素受栽培產(chǎn)地環(huán)境影響較大。

整體來看，不同產(chǎn)地滇重樓栽培品根莖中Ca、Mg、Fe、Al、Na、Cu、Zn、Mn和Ba元素含量較高，野生品根莖中Mg、Ca、Al、Fe、Cu、Zn、Mn、Ba、B、Co、Ni元素含量整體高于栽培品。云南產(chǎn)地的滇重樓不論是野生品還是栽培品，其無機元素含量整體較高，而貴州野生品的無機元素含量整體較高，四川栽培品的無機元素含量整體較高，說明滇重樓根莖中無機元素含量受生長方式及產(chǎn)地影響較大。

2.2 不同產(chǎn)地的滇重樓根際土壤中無機元素含量比較

由表3可以看出，不同產(chǎn)地的滇重樓根際土壤中無機元素含量具有顯著性差異(P<0.05)。就野生品而言，貴州省Yt-5產(chǎn)地根際土壤的Ca、Mg含量較高，特別是Ca元素，達51.01 mg/g，顯著高于其他產(chǎn)地；Yt-11產(chǎn)地土壤的Na元素含量顯著高于其他產(chǎn)地；貴州省Yt-2產(chǎn)地土壤的Zn元素，Yt-4產(chǎn)地的Co元素，Yt-5產(chǎn)地的Al、Se元素，四川省Yt-6產(chǎn)地的B、Ni、Mo元素，云南省Yt-11產(chǎn)地的Fe、Mn、Ba和Sb元素含量顯著高于其他產(chǎn)地，特別是Al、Fe元素，其含量分別達85.97、98.48 mg/g，遠高于其他無機元素含量。就栽培品而言，貴州省Zt-4產(chǎn)地的Mg、Ca元素及云南省Zt-10產(chǎn)地的Na元素含量均高于其他產(chǎn)地；貴州省Zt-1產(chǎn)地的Cu、Co、Se、Mo元素，Zt-2產(chǎn)地的Al、Ba元素，四川省Zt-4產(chǎn)地的Al、B元素，云南省Zt-5產(chǎn)地的Ni元素，Zt-12產(chǎn)地的Zn元素，Zt-15產(chǎn)地的Fe、Sb元素，Zt-16產(chǎn)地的Mn元素含量顯著高于其他產(chǎn)地。

表3 不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤中無機元素含量比較

從變異系數(shù)來看，滇重樓野生品根際土壤中Mg、Ca、Mo、Sb元素變異系數(shù)大于100%，說明這4種元素在滇重樓根際土壤中的分散程度較大，受野生生長環(huán)境影響較大。栽培品根際土壤中Mg、Ca、Ba、Sb元素變異系數(shù)大于100%，說明這4種元素受栽培環(huán)境影響較大，與野生品大體一致。

整體來看，不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤中Fe、Al、Ca、Mg、Na、Mn、Ba和B元素含量較高，野生品根際土壤中Na、Mg、Al、Fe、Mn、B、Co、Se和Sb元素含量整體高于栽培品根際土壤，說明根際土壤中各無機元素含量受產(chǎn)地影響較大。

2.3 主成分分析

2.3.1 根莖無機元素主成分分析 利用SPSS 20.0軟件對不同產(chǎn)地滇重樓根莖中15種無機元素含量進行主成分分析，提取了4個特征值大于1的主成分(表4)，這4個主成分方差累計貢獻率為74.75%，符合主成分分析要求。主成分1的特征值為4.98，貢獻率為33.20%，主要反映根莖中Al、Fe、Cu、Zn、Mn、Co和Se元素信息；主成分2的特征值為3.54，貢獻率為23.63%，主要與根莖中Mo、Sb元素密切相關；主成分3的特征值為1.58，貢獻率為10.55%，主要與根莖中B元素密切相關；主成分4的特征值為1.11，貢獻率為7.73%，主要與根莖中Ca、Ni元素密切相關。

對4個主成分進行主成分得分計算和排名(表5)，對于主成分1來說，樣品Yg-3得分最高；對于主成分2來說，樣品Zg-4得分最高；對于主成分3來說，樣品Yg-10得分最高；對于主成分4來說，樣品Yg-7得分最高；綜合得分最高的是Zg-4樣品。

表5 不同產(chǎn)地滇重樓根莖無機元素主成分得分

綜上，滇重樓根莖第1主成分中Al、Fe、Cu、Zn、Mn、Co和Se元素矩陣系數(shù)較大，可認為是滇重樓根莖的特征性無機元素，其中在Zg-4產(chǎn)地滇重樓根莖中含量最為豐富。

2.3.2 根際土壤無機元素主成分分析 利用SPSS 20.0軟件提取出5個主成分特征值大于1的主成分(表6)，主成分1的特征值為4.30，貢獻率為28.69%，主要反映土壤中Mg、Al、Se、Ca和Mo元素信息；主成分2的特征值為2.88，貢獻率為19.18%，主要與土壤中Cu、Co和Ni元素密切相關；主成分3的特征值為2.20，貢獻率為13.49%，主要與土壤中Fe、Sb元素密切相關；主成分4的特征值為1.34，貢獻率為8.90%，主要與土壤中Zn元素密切相關；主成分5的特征值為1.05，貢獻率為6.99%，主要與土壤中Na元素密切相關。5個主成分方差累計貢獻率為77.25%，符合主成分分析要求。

表6 不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤無機元素主成分矩陣

續(xù)表6 Continued table 6

從表7可以看出，對于主成分1來說，樣品Zt-1得分最高；對于主成分2來說，樣品Zt-1得分最高；對于主成分3來說，樣品Yt-3得分最高；對于主成分4來說，樣品Zt-11得分最高；對于主成分5來說，樣品Zt-12得分最高；綜合得分最高的是Yt-3樣品。

表7 不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤無機元素主成分得分

綜上，滇重樓根際土壤第1主成分中Mg、Al、Se、Ca和Mo元素矩陣系數(shù)較大，可認為是滇重樓根際土壤的特征性無機元素，其中在Yt-3產(chǎn)地根際土壤中含量最為豐富。

2.4 聚類分析

利用SPSS 20.0軟件采用系統(tǒng)聚類法對不同產(chǎn)地滇重樓根莖及根際土壤無機元素進行聚類分析。由圖1可見，當歐式聚類為15時，可將27個產(chǎn)地滇重樓根莖樣品分為3類，Yg-4單獨為第Ⅰ類，Yg-3單獨為第Ⅱ類，剩余樣品為第Ⅲ類，栽培品與野生品交叉嚴重。根際土壤無機元素聚類分析見圖2，當歐式聚類為15時，可將27個產(chǎn)地滇重樓土壤樣品分為3類，Zt-1產(chǎn)地土壤單獨為第Ⅰ類，Zt-2產(chǎn)地土壤單獨為第Ⅱ類，剩余樣品為第Ⅲ類，與根莖無機元素聚類結果相比，兩種聚類結果差異較大。整體來看，野生滇重樓根莖無機元素含量較栽培品豐富，栽培滇重樓根際土壤無機元素含量較野生品豐富。

圖1 不同產(chǎn)地滇重樓根莖無機元素聚類分析

圖2 不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤無機元素聚類分析

3 討 論

礦質(zhì)元素作為植物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和品質(zhì)提高不可或缺的物質(zhì)基礎，其含量多與施肥狀況、生態(tài)因子及環(huán)境氣候等因素有關，且植物不同部位對無機元素的吸收富集存在差異[17]。目前，滇重樓生產(chǎn)中施肥大多仍采用經(jīng)驗法，存在盲目性，與精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求不適應。根莖作為滇重樓生長發(fā)育過程中營養(yǎng)成分等物質(zhì)的直接吸收者，直接與土壤和肥料接觸，因此測定根莖內(nèi)微量元素、營養(yǎng)元素和重金屬含量對其品質(zhì)評價具有重要意義[18]。

中藥含有豐富的無機元素，而無機元素含量是決定中藥寒涼溫熱四性的物質(zhì)基礎，與中藥防病、治病等功效密切相關[19]，如富含F(xiàn)e元素的當歸具有補血功效，可用于治療缺鐵性貧血[20]；富含Zn元素的太子參具有補腎健脾的功效，可用于治療血中低鋅的慢性腎功能衰竭[21]。本研究表明，根莖中各無機元素含量受生長方式及產(chǎn)地影響較大，其中根莖內(nèi)Ca、Mg含量最高，野生品根莖中平均Ca含量為2.77 mg/g，高于栽培品，而Ca作為生物體必需的礦質(zhì)元素，是生物體許多生理生化過程的觸發(fā)器[22]，滇重樓根莖內(nèi)Ca元素含量越高，越有利于藥效的發(fā)揮；野生品根莖中平均Mg含量為1.53 mg/g，高于栽培品，而Mg可以參與人體中幾乎所有的新陳代謝過程，尤其是對心血管系統(tǒng)、心臟活動有很好的保護和調(diào)節(jié)作用[22]，滇重樓根莖內(nèi)Mg元素含量增加可能會影響其“涼肝定驚”功效的發(fā)揮，其機理尚需進一步研究。

現(xiàn)代中藥研究表明，根際土壤中無機元素可以影響滇重樓根系的生理代謝活動及營養(yǎng)吸收，促進滇重樓生長，對滇重樓活性成分的生物合成起關鍵作用，而藥用植物根部分泌的有機物可改變土壤中無機元素含量，兩者共同構成“土壤-植物”動態(tài)生態(tài)系統(tǒng)。滇重樓在我國西南的云、貴、川等地分布較廣，既有野生品，也有栽培品，土壤元素含量高低可以體現(xiàn)出其被植物直接吸收利用強度的大小[23-24]。本研究中，不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤中各無機元素具有顯著差異，其中野生品根際土壤中Na、Mg、Al、Fe、Mn、B、Co、Se和Sb元素含量整體高于栽培品，且不同產(chǎn)地根際土壤中各無機元素含量受產(chǎn)地影響較大，考慮到滇重樓生長發(fā)育及品質(zhì)的需求，滇重樓栽培生產(chǎn)中可適當增施含Cu、Zn等元素的肥料。變異系數(shù)主要用于衡量數(shù)據(jù)中各觀測值變異程度的大小[25]，野生品根際土壤中Mg、Ca、Mo和Sb元素變異系數(shù)大于100%，說明上述4種無機元素在野生滇重樓根際土壤中的分散程度較大，受野生生長環(huán)境影響較大；栽培品根際土壤中Mg、Ca、Ba和Sb元素變異系數(shù)大于100%，表明這4種元素受栽培環(huán)境影響較大，與野生品大體一致。聚類分析結果表明，栽培與野生滇重樓樣品產(chǎn)地交叉嚴重，這可能與滇重樓栽培品在長年累月的種植中，不同的栽培產(chǎn)地逐漸形成了一些地方特色品種，加之不同產(chǎn)地間的相互引種栽培，使得不同產(chǎn)地的滇重樓基因型變化較大有關。因此，僅從無機元素的分布對滇重樓產(chǎn)地來源進行區(qū)分難度較大，而有關水質(zhì)、氣候、土壤等環(huán)境因素與滇重樓藥材中無機元素種類及含量的潛在聯(lián)系還需進一步挖掘。

4 結 論

滇重樓對各無機元素吸收能力的大小不僅與滇重樓品種特性有關，還與不同產(chǎn)地土壤中各無機元素含量有很大關聯(lián)。本研究發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地滇重樓根莖及根際土壤中各無機元素具有顯著差異，大部分無機元素含量在野生品根莖和根際土壤中較栽培品高，且根莖與根際土壤中的無機元素存在顯著相關性，這說明不同產(chǎn)地的滇重樓在栽培過程中應針對地域差異進行個性化施肥，而非大范圍推廣使用“專用肥”。在滇重樓的巨大市場需求前提下，更應圍繞藥材道地產(chǎn)區(qū)、產(chǎn)量和品質(zhì)進行相關研究，探尋滇重樓對根際土壤無機元素吸收利用的規(guī)律，以期為滇重樓人工栽培中選擇適宜產(chǎn)地、制定土壤無機元素含量標準、配套科學栽培管理技術奠定理論基礎。