閆 峻， 金貴善， 劉漢彬， 劉永剛， 崔建勇， 郭冬發(fā)

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 北京 100029； 2.北京中醫(yī)藥大學(xué)， 北京 100029)

菘藍(lán)(Isatisindigoticafort.)是十字花科草本植物，主要分布于中國(guó)的河北、江蘇、安徽、河南、山西、浙江、山東和廣西等地，為工業(yè)上常用有機(jī)染料的原料，同時(shí)也是臨床常用中藥材，具有清熱解毒、涼血消斑、利咽等功效，主要用于治療發(fā)熱咽痛、瘟疫時(shí)毒、痄腮、丹毒等[1-3]。穩(wěn)定碳同位素技術(shù)具有示蹤、整合和指示等多項(xiàng)功能，以及檢測(cè)快速、結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)，在地球化學(xué)、生態(tài)學(xué)等諸多領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用[4]。穩(wěn)定碳同位素是目前研究植物與環(huán)境之間關(guān)系較為有效的方法之一[5]。植物和土壤中的穩(wěn)定碳同位素組成會(huì)受到經(jīng)緯度、海拔、溫濕度、降水和日照時(shí)間等地理因素和氣象因素的影響[6-7]。因此，對(duì)植物中穩(wěn)定碳同位素組成與地理和生態(tài)因子的相關(guān)性研究具有十分重要的意義。

本研究采用氣體同位素質(zhì)譜法對(duì)植物菘藍(lán)的根和葉以及種植地土壤中穩(wěn)定碳同位素組成進(jìn)行了測(cè)定。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)相關(guān)回歸分析考察了植物菘藍(lán)的根和葉以及種植地土壤中穩(wěn)定同位素與種植地的地理位置因子(經(jīng)度、緯度、海拔)和氣象因子(溫度、大氣壓力、相對(duì)濕度、地表溫度、件數(shù)量)的相關(guān)性，為植物中碳同位素分餾作用的研究和穩(wěn)定碳同位素作為植物菘藍(lán)產(chǎn)地溯源的指標(biāo)提供了理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DeltavPlus型氣體同位素質(zhì)譜儀和Flash 2000元素分析儀，美國(guó)Thermo Fisher公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料、試劑和數(shù)據(jù)

不同來(lái)源的植物菘藍(lán)的干燥根和葉，產(chǎn)地分別為北京、河北、河南、山西、山東、陜西、江蘇、四川、廣東和吉林等地，由北京中醫(yī)藥大學(xué)提供；GBW 04407、GBW 04408和IAEA-600標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均為國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；不同產(chǎn)地的地理和氣象信息，購(gòu)自四川智慧云圖環(huán)境科技有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 植物菘藍(lán)和種植地土壤樣品的制備

本研究根據(jù)植物菘藍(lán)的主產(chǎn)區(qū)信息，分別收集了北京、河北、山西、山東、河南、陜西、江蘇、四川、廣東和吉林等省份共15個(gè)產(chǎn)地的中藥材和種植地土壤，在采樣現(xiàn)場(chǎng)抖動(dòng)下根區(qū)土壤，混勻后取500 g，自然風(fēng)干后過(guò)100目篩，備用；菘藍(lán)植株樣品干燥后用1%檸檬酸水清洗區(qū)附著的泥土、去離子水多次淋洗根和葉，將根和葉分開(kāi)，60 ℃烘干，粉碎并過(guò)100目篩，備用。將干燥后植物和土壤樣品，用錫杯包裹，通過(guò)AS200自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)入元素分析儀生成CO2。

2.2 儀器條件

元素分析儀的He載氣流量為100 mL·min-1，氧氣流量為150 mL·min-1，通氧時(shí)間3 s，反應(yīng)爐溫度為960 ℃，色譜柱溫度為45 ℃。CO2參考?xì)怆x子流強(qiáng)度(質(zhì)量數(shù)為44)約為2.0 V，Conflo IV中的He載氣壓力為1.01×105Pa。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和數(shù)據(jù)計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選用中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 04407和GBW 04408以及國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)IAEA-600。數(shù)據(jù)采用相對(duì)國(guó)際碳同位素標(biāo)準(zhǔn)VPDB值表示，分析精度優(yōu)于±0.2‰。先用參考?xì)鈱?duì)樣品、中國(guó)及國(guó)際參考物質(zhì)進(jìn)行初步定值，GBW 04407、GBW 04408和IAEA-600的測(cè)定值與真值計(jì)算出線(xiàn)性回歸校正曲線(xiàn)，再對(duì)樣品值進(jìn)行線(xiàn)性回歸校正。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 植物菘藍(lán)的根和葉及其種植地土壤中穩(wěn)定碳同位素分析結(jié)果

采用第2.1節(jié)的樣品制備方法和第2.2節(jié)的分析方法，對(duì)不同產(chǎn)地植物菘藍(lán)的根和葉及其種植地土壤中的穩(wěn)定碳同位素的組成進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 菘藍(lán)根、葉及其種植地土壤中穩(wěn)定同位素組成測(cè)量結(jié)果Table 1 The results of stable isotope composition in roots, leaves and soil of isatis indigotica fort.

由表1可見(jiàn)，植物菘藍(lán)根和葉中的穩(wěn)定碳同位素平均值分別為-27.9‰和-29.5‰，屬C3植物[8]。

3.2 植物菘藍(lán)的根和葉及其種植地土壤中穩(wěn)定碳同位素與地理位置信息和氣象信息相關(guān)性分析結(jié)果

植物菘藍(lán)不用產(chǎn)地的氣象因子和地理因子信息見(jiàn)表2和表3。

表2 植物菘藍(lán)不同產(chǎn)地的地理因子信息Table 2 Information of geographical factors in different producing areas of isatis indigotica fort.

在本研究中，植物菘藍(lán)及其種植地土壤中穩(wěn)定碳同位素組成與地理/氣象因子的相關(guān)系數(shù)r均為正值，說(shuō)明菘藍(lán)根、葉及其種植地土壤中穩(wěn)定碳同位素組成與地理/氣象因子均為正相關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，相關(guān)系數(shù)r<0.3時(shí)，認(rèn)為無(wú)相關(guān)性或不相關(guān)(在表4中用*表示)，0.30.8時(shí)認(rèn)為具有高度相關(guān)性(在本研究中未出現(xiàn)高度相關(guān)性)。

由表4可見(jiàn)，菘藍(lán)根中穩(wěn)定碳同位素組成與緯度、經(jīng)度、平均氣壓、最高氣壓、最低氣壓、相對(duì)濕度、降水量、日平均地溫、日最高地溫、日最低地溫和日照時(shí)數(shù)不具有相關(guān)性，與海拔、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫有低度相關(guān)性；菘藍(lán)葉中穩(wěn)定碳同位素組成與經(jīng)度、平均氣壓、最高氣壓、最低氣壓、相對(duì)濕度、降水量、日最高地溫不具有相關(guān)性，與海拔和日照時(shí)數(shù)具有低度相關(guān)性，與緯度、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日平均地溫、日最低地溫具有中度相關(guān)性；種植地土壤與海拔、平均氣溫、最高氣溫、平均氣壓、最高氣壓、最低氣壓、相對(duì)濕度、降水量、日平均地溫、日最高地溫不具有相關(guān)性，與緯度、經(jīng)度、最低氣溫、日最低地溫和日照時(shí)數(shù)具有低度相關(guān)性。

表4 菘藍(lán)根、葉及其種植地土壤穩(wěn)定碳同位素組成與地理因子的相關(guān)性Table 4 Correlation between stable carbon isotope composition and geographical factors in roots, leaves and soil of isatis indigotica fort.

4 結(jié) 論

從整體上來(lái)看，菘藍(lán)根和種植地土壤中穩(wěn)定碳同位素組成與地理因子和氣象因子相關(guān)度較低，無(wú)中度以上相關(guān)度的因子；而菘藍(lán)葉中穩(wěn)定碳同位素組成與部分地理因子和氣象因子具有中度的相關(guān)性。因此可以認(rèn)為植物的地上部分在生長(zhǎng)過(guò)程中受地理和自然氣候的影響較地下部分更大一些。本研究成果為植物中碳同位素分餾作用的研究和穩(wěn)定碳同位素作為植物菘藍(lán)產(chǎn)地溯源的指標(biāo)提供了理論依據(jù)。