劉焱，趙順鑫，魏祖晨，劉世文，焦青，谷文超，祁俊生，周濃

1.重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，三峽庫區(qū)道地藥材綠色種植與深加工重慶市工程實(shí)驗(yàn)室，重慶 404120； 2.成都和合醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所有限公司，四川 成都 610101

延胡索為罌粟科植物延胡索Corydalis yanhusuoW. T. Wang的干燥塊莖，有活血、行氣、止痛功效，用于治療胸脅、脘腹疼痛，胸痹心痛，經(jīng)閉痛經(jīng)，產(chǎn)后瘀阻，跌仆腫痛等[1-2]。延胡索為我國常用大宗藥材，在江蘇、安徽、浙江、湖北等地均有分布[3-4]。目前，延胡索人工栽培馴化中存在品種退化、種源不清、病蟲害發(fā)病率高等問題，嚴(yán)重影響延胡索的道地優(yōu)勢[5]。

中藥材質(zhì)量與其元素含量密切相關(guān)。延胡索藥材中的元素主要來自其根際土壤，土壤中適宜的元素能促進(jìn)延胡索幼苗的生長發(fā)育、提高藥材品質(zhì)，而重金屬元素含量過高不但抑制幼苗生長，而且嚴(yán)重影響藥材品質(zhì)[6-9]。因此，研究延胡索藥材及其根際土壤中無機(jī)元素特征規(guī)律對提高其產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。管競環(huán)等[10]運(yùn)用有序樣品聚類分析方法建立植物類中藥微量元素含量區(qū)間尺，用于植物類中藥微量元素的評價(jià)。本研究以不同產(chǎn)地延胡索的塊莖、莖、葉及其根際土壤為研究對象，評價(jià)藥材元素等級和土壤環(huán)境質(zhì)量，并考察其相關(guān)性，以期為延胡索根際土壤質(zhì)量評價(jià)、重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)，并為延胡索的標(biāo)準(zhǔn)化種植提供參考。

1 儀器與試藥

TAS-990AFG型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），C-MAG HP10型數(shù)顯加熱板（德國IKA公司），DZF-6050MBE型電熱恒溫真空干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司），CP225D型分析天平（德國Sartorius公司）。

延胡索及根際土壤樣品采集于重慶、陜西、浙江5個(gè)延胡索典型產(chǎn)地施肥及種植方式一致的當(dāng)?shù)胤N植大戶。每份藥材樣品均取自50株成熟植株以保證樣品一致性，按塊莖、莖、葉分開，切成小段，45 ℃烘干，粉碎，過100目篩，備用。對應(yīng)的土壤樣品均為附著于延胡索根部的根際土壤，陰干，粉碎，過100目篩，備用。延胡索及其根際土壤采集地信息見表1。經(jīng)三峽庫區(qū)道地藥材綠色種植與深加工重慶市工程實(shí)驗(yàn)室（重慶三峽學(xué)院）祁俊生教授鑒定為罌粟科植物延胡索Corydalis yanhusuoW. T. Wang及其根際土壤。鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、鈉（Na）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）、硼（B）、鉬（Mo）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）標(biāo)準(zhǔn)貯備液，國家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；硝酸、高氯酸、氫氟酸（優(yōu)級純），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；水為去離子水。

表1 延胡索樣品來源信息

2 方法與結(jié)果

2.1 根際土壤元素含量測定

根際土壤中氮（N）含量采用凱氏蒸餾法測定，磷（P）含量采用硫酸-高氯酸消煮法測定[11]。K、Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cu、Ni、B、Mo、Hg、Cd、Pb、Cr、As元素含量采用陳碧華等[12]方法測定：精密稱取根際土壤0.2g，置于聚四氟乙烯燒杯中，依次加入8 mL硝酸和1 mL氫氟酸，在微波消解儀上進(jìn)行消解，消解完全后，冷卻轉(zhuǎn)移至50 mL量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，同法制備空白樣品，采用原子吸收分光光度法測定。

不同產(chǎn)地延胡索根際土壤中17種元素測定結(jié)果見表2。除Mo元素未檢測出，不同樣品其他元素含量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。10種大量元素含量為P＞K＞Na＞Mg＞Mn＞B＞N＞Zn＞Ca＞Ni，6種重金屬元素含量為Cu＞Cr＞Pb＞As＞Cd＞Hg。5個(gè)不同產(chǎn)地延胡索樣品大量元素中，S1根際土壤Mg、Zn、Ni及B元素含量較為豐富，S2根際土壤P、K、Mn含量較為豐富，S3根際土壤Na元素含量豐富，S4根際土壤N元素含量豐富，S5根際土壤P、Ca元素含量較為豐富；重金屬元素中，S1根際土壤As、Cd元素含量較高，S2根際土壤Cu、As、Pb、Cr元素含量較高，S3根際土壤Hg元素含量最高。

表2 不同產(chǎn)地延胡索根際土壤無機(jī)元素含量測定結(jié)果（mg/kg，n＝3）

2.2 延胡索不同部位元素含量測定

延胡索不同部位樣品中N含量采用凱氏蒸餾法測定，P含量采用釩鉬黃比色法測定[11]。K、Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cu、Ni、B、Mo、Hg、Cd、Pb、Cr、As元素含量采用陳碧華等[12]方法測定：精密稱取延胡索樣品0.2 g于聚四氟乙烯燒杯中，加入8 mL硝酸，在微波消解儀上進(jìn)行消解，消解完全后，冷卻轉(zhuǎn)移至50 mL量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，同法制備空白樣品，采用原子吸收分光光度法測定。

不同產(chǎn)地延胡索塊莖、莖、葉中17種元素含量測定結(jié)果見表3。所有產(chǎn)地延胡索樣品3個(gè)部位均未檢測出B和Mo，其他元素含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。塊莖中9種大量元素含量為K＞N＞P＞Mg＞Ca＞Na＞Zn＞Mn＞Ni，S4總量最高；6種重金屬元素含量為Cu＞Cr＞Pb＞Cd＞As＞Hg，S4總量最高。莖中9種大量元素含量為K＞Ca＞N＞Mg＞Na＞P＞Zn＞Mn＞Ni，S3總量最高；6種重金屬元素含量為Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞As＞Hg，S1總量最高；葉中9種大量元素含量為K＞Ca＞Mg＞N＞P＞Na＞Zn＞Mn＞Ni，S4總量最高；6種重金屬元素含量為Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞As＞Hg，S1總量最高?？傮w而言，檢測出的9種大量元素中，K元素含量最高，Ni元素含量最低；6種重金屬元素中，Cu元素含量最高，Hg元素含量最低。延胡索不同部位元素含量差異較大，N、K、Ni、Cu、As元素含量為莖＞葉＞塊莖，Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cd、Pb元素含量為葉＞莖＞塊莖，P元素含量為葉＞塊莖＞莖，Cr元素含量為塊莖＞莖＞葉。

表3 不同產(chǎn)地延胡索不同部位無機(jī)元素含量測定結(jié)果（mg/kg，n＝3）

2.3 延胡索不同部位無機(jī)元素含量等級評價(jià)

由于各元素在植物體內(nèi)的豐度不同，需統(tǒng)一綱量后比較各元素在植物不同部位的含量差異。管競環(huán)等[10]制定的“植物類中藥無機(jī)元素含量區(qū)間表”將植物中無機(jī)元素含量分為1～10級，等級越高表明該植物中某種元素在自然界的相對水平越高[13]。由于文獻(xiàn)[10]無N、Pb、Cr等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，故本文未對這3種元素含量進(jìn)行等級評價(jià)。延胡索不同部位無機(jī)元素含量等級見表4。Zn莖（10級）、Zn葉（10級）、Ni莖（10級）、Ni葉（10級）、Cu莖（10級）、Cu葉（9級）及Cd葉（9級）較其他元素等級高，表明延胡索莖和葉Zn、Ni、Cu、Cd元素豐度遠(yuǎn)高于其他元素；K莖（8級）與Ni塊莖（8級）處于較高等級；K葉（5級）、Ca莖（4級）、Mg莖（4級）、Mg葉（6級）、Mn莖（4級）、Mn葉（5級）、Zn塊莖（6級）、Hg全（4級）及Cd莖（6級）等級居中；其余元素均處于較低等級。延胡索不同部位無機(jī)元素含量等級不同，但不同產(chǎn)地延胡索各元素含量等級順序較為穩(wěn)定。

表4 不同產(chǎn)地延胡索不同部位無機(jī)元素含量等級

2.4 延胡索不同部位營養(yǎng)元素富集系數(shù)評價(jià)

計(jì)算延胡索不同部位營養(yǎng)元素富集系數(shù)。富集系數(shù)＝營養(yǎng)元素在植物體中的量÷營養(yǎng)元素在該植物生長土壤中的量[14]。不同產(chǎn)地延胡索不同部位無機(jī)元素富集系數(shù)見表5。除未檢測出的B、Mo元素外，其余15種元素的富集系數(shù)均不相同。其中，N、Ca元素3個(gè)部位的富集系數(shù)均大于1，表明延胡索塊莖、莖及葉對其根際土壤中的N、Ca元素具有較強(qiáng)的富集作用；P、Na、Mn、Ni、As、Hg、Pb、Cr等元素3個(gè)部位的富集系數(shù)均小于1，表明延胡索塊莖、莖及葉對其根際土壤中以上元素富集作用較弱。此外，延胡索不同部位對元素的富集程度不同：莖對K元素富集系數(shù)大于1，而塊莖對K元素富集系數(shù)小于1；莖和葉對Mg、Zn、Cu、Cd等元素的富集系數(shù)均大于1，而塊莖對這些元素富集系數(shù)均小于1。可以看出，延胡索塊莖對重金屬元素的富集作用相對較弱，因此選擇塊莖作為藥用相對安全。

表5 不同產(chǎn)地延胡索不同部位無機(jī)元素富集系數(shù)

2.5 土壤污染等級評價(jià)

采用單因子污染指數(shù)（Pi）和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（P綜）法[15]，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB15618－2018）進(jìn)行土壤污染等級評價(jià)（見表6、表7）。Pi＝Ci/Si，式中，Ci為污染物i的實(shí)測數(shù)據(jù)，Si為污染物i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表6 土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（mg/kg）

表7 土壤污染等級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表8 不同產(chǎn)地延胡索根際土壤污染等級評價(jià)

5個(gè)不同產(chǎn)地延胡索根際土壤中Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni元素Pi均小于1，Cd元素Pi除S1產(chǎn)地外，其余均小于1。此外，P綜為S1＞S2＞S5＞S4＞S3，其中S1產(chǎn)地P綜＞0.7，污染等級評價(jià)在警戒線，結(jié)合Pi可以看出，S1產(chǎn)地延胡索根際土壤受Cd元素污染的風(fēng)險(xiǎn)較大。其他產(chǎn)地P綜均小于0.7，在安全等級范圍內(nèi)。

2.6 根際土壤無機(jī)元素含量與延胡索各部位無機(jī)元素含量相關(guān)性

采用SPSS20.0對不同產(chǎn)地延胡索根際土壤無機(jī)元素與延胡索不同部位無機(jī)元素進(jìn)行Pearson雙側(cè)檢驗(yàn)相關(guān)性分析，結(jié)果見表9。

表9 延胡索不同部位無機(jī)元素與根際土壤無機(jī)元素含量相關(guān)性分析（r）

N土與N葉、Ca塊莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.891、r＝0.902，P＜0.05）；P土與P葉、Cu塊莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.956、r＝0.881，P＜0.05）；Mn土與P塊莖、Zn葉、Pb莖、Cr莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.887、r＝0.924、r＝0.901、r＝0.890，P＜0.05）；Zn土與N莖、Zn塊莖、Cd葉存在極顯著正相關(guān)（r＝0.959、r＝0.976、r＝0.960，P＜0.01），與Cu葉存在顯著正相關(guān)（r＝0.957，P＜0.05）；Ni土與Ca莖、Ca葉、Zn葉、Ni塊莖、Ni莖、As莖、Hg莖、Pb莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.897、r＝0.955、r＝0.954、r＝0.907、r＝0.890、r＝0.903、r＝0.918、r＝0.950，P＜0.05）；As土與P塊莖、Zn葉、Pb莖、Cr莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.916、r＝0.953、r＝0.933、r＝0.896，P＜0.05）；Hg土與Na莖存在極顯著正相關(guān)（r＝0.965，P＜0.01），與N塊莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.940，P＜0.05）；Cd土與Pb莖存在極顯著正相關(guān)（r＝0.964，P＜0.01），與Ca葉、Zn葉存在顯著正相關(guān)（r＝0.891、r＝0.941，P＜0.05）；Pb土與Zn葉存在顯著正相關(guān)（r＝0.879，P＜0.05）；Cr土與P塊莖、Zn葉、As莖、Pb莖存在顯著正相關(guān)（r＝0.955、r＝0.971、r＝0.954、r＝0.944，P＜0.05）。以上延胡索根際土壤無機(jī)元素與其不同部位無機(jī)元素之間具有不同程度的協(xié)同作用。

P土與Mn莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.901，P＜0.05）；Ca土與Cr葉存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.882，P＜0.05）；Mg土與Na塊莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.880，P＜0.05）；Mn土與K莖、As塊莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.906、r＝-0.894，P＜0.05）；Ni土與K莖、K葉存在極顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.974、r＝-0.992，P＜0.01）；B土與Na葉、Pb塊莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.937、r＝-0.885，P＜0.05）；As土與K莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.931，P＜0.05）；Hg土與Cd塊莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.935，P＜0.05）；Cd土與K莖、K葉存在極顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.965、r＝-0.975，P＜0.01）；Pb土與K莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.928，P＜0.05）；Cr土與K莖存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.937，P＜0.05）。以上延胡索根際土壤無機(jī)元素與其不同部位無機(jī)元素之間具有不同程度的拮抗作用。

2.7 延胡索塊莖中無機(jī)元素含量相關(guān)性

采用SPSS20.0對5個(gè)不同產(chǎn)地延胡索塊莖中15種元素含量進(jìn)行Pearson雙側(cè)檢驗(yàn)相關(guān)性分析，結(jié)果見表10。延胡索塊莖中部分無機(jī)元素存在一定的相關(guān)性：N與Cd存在極顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.927，P＜0.01）；K與Cr存在極顯著正相關(guān)（r＝0.968，P＜0.01），與Ca存在顯著正相關(guān)（r＝0.889，P＜0.05）；Ni與Na存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.890，P＜0.05），與Hg存在顯著正相關(guān)（r＝0.889，P＜0.05）；Pb與Mn存在顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.954，P＜0.05），與As存在顯著正相關(guān)（r＝0.938，P＜0.05）。表明延胡索塊莖中各無機(jī)元素之間的積累具有相互抑制或促進(jìn)的調(diào)節(jié)作用。

表10 延胡索塊莖中無機(jī)元素含量相關(guān)性分析（r）

3 討論

藥用植物根際土壤中的元素是其藥材質(zhì)量的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，根際土壤中某一元素的含量往往影響該元素在藥用植物體內(nèi)的積累，道地藥材優(yōu)質(zhì)性形成的部分原因可能與此有關(guān)[17-18]。湯雛清等[19]利用原子吸收分光光度計(jì)測定浙江磐安延胡索塊莖及其種植環(huán)境土壤、水質(zhì)8種微量元素含量，發(fā)現(xiàn)種植土壤、水質(zhì)與藥材間微量元素含量呈正相關(guān)。叢曉東等[20]報(bào)道延胡索甲素含量與Fe、Zn、Mn和Zn/Cu比值有明顯相關(guān)性，并發(fā)現(xiàn)其活性可能是有機(jī)成分與金屬元素相互作用的結(jié)果。馬月光等[21]報(bào)道Cu、Ca、Pb、Zn為延胡索的特征微量元素，且不同產(chǎn)地延胡索微量元素含量存在地域特征性。本研究結(jié)果表明，延胡索根際土壤中P、K、Na元素含量相對較高，三者占元素總量的96%，重金屬元素Hg、As、Cd元素含量最低。不同產(chǎn)地延胡索根際土壤各元素含量差異性較大，浙江東陽與重慶開縣延胡索根際土壤元素總量最高。研究表明，土壤Mo元素含量與胃癌死亡率呈負(fù)相關(guān)，土壤缺Mo可造成環(huán)境和植物中亞硝酸鹽含量增加，進(jìn)而提高胃癌死亡率[22]。本研究在所有產(chǎn)地延胡索根際土壤中均未檢測到Mo，因此在以上地區(qū)栽培延胡索時(shí)，可以施以鉬肥，以提高土壤中Mo元素含量。 不同產(chǎn)地藥材的藥效差異與其根際土壤無機(jī)元素含量有關(guān)，無機(jī)元素不但能參與藥材中活性成分的合成，而且能與活性成分協(xié)同作用產(chǎn)生療效[23]。研究表明，Zn具有促進(jìn)機(jī)體的生長發(fā)育、免疫成熟和創(chuàng)傷愈合的作用[24]，Cu與人體內(nèi)清除氧自由基的清除功能密切相關(guān)[25]，Ni參與細(xì)胞激素和色素的代謝等活動(dòng)[26]。本研究對延胡索不同部位的元素含量進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)不同部位元素含量差異較大。其中，延胡索莖的無機(jī)元素總量最高，葉次之，塊莖最少。延胡索以塊莖入藥，塊莖中Cr元素含量高于莖和葉，在種植延胡索時(shí)應(yīng)警惕重金屬Cr對藥材質(zhì)量的影響。同時(shí)，對延胡索不同部位元素進(jìn)行等級劃分，其莖和葉中Zn、Ni、Cu、Cd等元素豐度遠(yuǎn)高于其他元素，K、Ca、Mg、Mn含量也很豐富，極具開發(fā)價(jià)值。

重金屬含量為評價(jià)藥材質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。研究表明，N、K、Ca等對延胡索中重金屬的解毒起到重要作用[27-29]。本研究結(jié)果顯示，5個(gè)產(chǎn)地延胡索入藥部位塊莖對多數(shù)元素的富集作用較弱，但對N、Ca有較強(qiáng)的富集作用，而其莖與葉對N、Ca、K、Mg、Zn、Cu、Cd均具有較強(qiáng)的富集作用，表明這5個(gè)地區(qū)均適合延胡索的種植。另外，除S1產(chǎn)地的Cd元素Pi＞1外，其余產(chǎn)地均小于1，表明S1產(chǎn)地受Cd污染的風(fēng)險(xiǎn)較大，可適量加入Ca肥改變延胡索幼苗的抗氧化酶活性，從而緩解Cd毒害風(fēng)險(xiǎn)[30]。根據(jù)P綜，所有產(chǎn)地污染等級評價(jià)均未超過警戒線，進(jìn)一步表明5個(gè)地區(qū)的土壤質(zhì)量安全，可以發(fā)展延胡索藥材生產(chǎn)。

相關(guān)性分析表明，延胡索藥材不同部位與其根際土壤無機(jī)元素既存在協(xié)同作用，又具有拮抗作用；同時(shí)，延胡索塊莖中各無機(jī)元素含量也存在一定相關(guān)性，表明延胡索藥材各無機(jī)元素含量高低是多種因子復(fù)合作用的結(jié)果，這種復(fù)合作用導(dǎo)致延胡索在生長過程中對其根際土壤無機(jī)元素的吸收具有選擇性。

本研究對5個(gè)不同產(chǎn)地延胡索根際土壤及其植株3個(gè)不同部位的無機(jī)元素含量進(jìn)行比較研究，總結(jié)其不同部位無機(jī)元素含量的規(guī)律，并對其根際土壤進(jìn)行了安全性評價(jià)，可根據(jù)不同產(chǎn)地的土壤性質(zhì)及不同部位的無機(jī)元素分布研制延胡索專用肥，為延胡索的可持續(xù)健康發(fā)展提供參考。