李卓蔚，谷文超，許凌峰，周 濃，尹福強(qiáng)，詹萬龍，趙晶晶

(1. 重慶三峽學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，重慶 萬州 404120；2. 重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，重慶 萬州 404120；3. 重慶三峽職業(yè)學(xué)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?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】長期以來，對滇重樓成分的研究主要集中在化學(xué)成分上，而近年的許多研究表明無機(jī)元素也是中藥的重要有效成分，參與機(jī)體中酶和激素生理反應(yīng)，對機(jī)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(guān)，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(jìn)生長發(fā)育、維持正常免疫和促進(jìn)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(bǔ)氣和補(bǔ)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(hù)機(jī)體心血管系統(tǒng)作用[7]，這些無機(jī)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(jī)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(guān)，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(gè)重要影響因素[12]。【本研究切入點(diǎn)】目前，滇重樓無機(jī)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(jī)元素相關(guān)性的研究未見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以云貴川3個(gè)滇重樓主產(chǎn)區(qū)共27個(gè)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(jī)元素進(jìn)行檢測，研究不同產(chǎn)地滇重樓根莖及根際土壤中無機(jī)元素的含量情況和分布特征，比較栽培品與野生品無機(jī)元素含量的差異，為滇重樓選擇道地產(chǎn)區(qū)進(jìn)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(gè)省份，樣品詳細(xì)信息見表1，其中野生品11份、栽培品16份，經(jīng)重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院周濃教授鑒定為百合科植物滇重樓(P.polyphyllavar.yunnanensis)。每個(gè)采集地使用對角線法(栽培品)或多點(diǎn)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(gè)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(fēng)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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(jī)元素含量。ICP-MS儀器參數(shù)設(shè)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(shí)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(jìn)行處理，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地的滇重樓根莖中無機(jī)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(jī)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(dá)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(jī)元素含量比較

其余無機(jī)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(dá)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(dá)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(jī)元素含量整體較高，而貴州野生品的無機(jī)元素含量整體較高，四川栽培品的無機(jī)元素含量整體較高，說明滇重樓根莖中無機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(dá)85.97、98.48 mg/g，遠(yuǎn)高于其他無機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)元素含量進(jìn)行主成分分析，提取了4個(gè)特征值大于1的主成分(表4)，這4個(gè)主成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)率為23.63%，主要與根莖中Mo、Sb元素密切相關(guān)；主成分3的特征值為1.58，貢獻(xiàn)率為10.55%，主要與根莖中B元素密切相關(guān)；主成分4的特征值為1.11，貢獻(xiàn)率為7.73%，主要與根莖中Ca、Ni元素密切相關(guān)。

對4個(gè)主成分進(jìn)行主成分得分計(jì)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(jī)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(rèn)為是滇重樓根莖的特征性無機(jī)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(jī)元素主成分分析 利用SPSS 20.0軟件提取出5個(gè)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(xiàn)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(xiàn)率為19.18%，主要與土壤中Cu、Co和Ni元素密切相關(guān)；主成分3的特征值為2.20，貢獻(xiàn)率為13.49%，主要與土壤中Fe、Sb元素密切相關(guān)；主成分4的特征值為1.34，貢獻(xiàn)率為8.90%，主要與土壤中Zn元素密切相關(guān)；主成分5的特征值為1.05，貢獻(xiàn)率為6.99%，主要與土壤中Na元素密切相關(guān)。5個(gè)主成分方差累計(jì)貢獻(xiàn)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(jī)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(jī)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(rèn)為是滇重樓根際土壤的特征性無機(jī)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(jī)元素進(jìn)行聚類分析。由圖1可見，當(dāng)歐式聚類為15時(shí)，可將27個(gè)產(chǎn)地滇重樓根莖樣品分為3類，Yg-4單獨(dú)為第Ⅰ類，Yg-3單獨(dú)為第Ⅱ類，剩余樣品為第Ⅲ類，栽培品與野生品交叉嚴(yán)重。根際土壤無機(jī)元素聚類分析見圖2，當(dāng)歐式聚類為15時(shí)，可將27個(gè)產(chǎn)地滇重樓土壤樣品分為3類，Zt-1產(chǎn)地土壤單獨(dú)為第Ⅰ類，Zt-2產(chǎn)地土壤單獨(dú)為第Ⅱ類，剩余樣品為第Ⅲ類，與根莖無機(jī)元素聚類結(jié)果相比，兩種聚類結(jié)果差異較大。整體來看，野生滇重樓根莖無機(jī)元素含量較栽培品豐富，栽培滇重樓根際土壤無機(jī)元素含量較野生品豐富。

圖1 不同產(chǎn)地滇重樓根莖無機(jī)元素聚類分析

圖2 不同產(chǎn)地滇重樓根際土壤無機(jī)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(chǔ)，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(guān)，且植物不同部位對無機(jī)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(yàn)法，存在盲目性，與精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求不適應(yīng)。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(jià)具有重要意義[18]。

中藥含有豐富的無機(jī)元素，而無機(jī)元素含量是決定中藥寒涼溫?zé)崴男缘奈镔|(zhì)基礎(chǔ)，與中藥防病、治病等功效密切相關(guān)[19]，如富含F(xiàn)e元素的當(dāng)歸具有補(bǔ)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(bǔ)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(jī)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(hù)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(jī)理尚需進(jìn)一步研究。

現(xiàn)代中藥研究表明，根際土壤中無機(jī)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(jìn)滇重樓生長，對滇重樓活性成分的生物合成起關(guān)鍵作用，而藥用植物根部分泌的有機(jī)物可改變土壤中無機(jī)元素含量，兩者共同構(gòu)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(dāng)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(jī)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(jié)果表明，栽培與野生滇重樓樣品產(chǎn)地交叉嚴(yán)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(guān)。因此，僅從無機(jī)元素的分布對滇重樓產(chǎn)地來源進(jìn)行區(qū)分難度較大，而有關(guān)水質(zhì)、氣候、土壤等環(huán)境因素與滇重樓藥材中無機(jī)元素種類及含量的潛在聯(lián)系還需進(jìn)一步挖掘。

4 結(jié) 論

滇重樓對各無機(jī)元素吸收能力的大小不僅與滇重樓品種特性有關(guān)，還與不同產(chǎn)地土壤中各無機(jī)元素含量有很大關(guān)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(jī)元素具有顯著差異，大部分無機(jī)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(jī)元素存在顯著相關(guān)性，這說明不同產(chǎn)地的滇重樓在栽培過程中應(yīng)針對地域差異進(jìn)行個(gè)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(yīng)圍繞藥材道地產(chǎn)區(qū)、產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)研究，探尋滇重樓對根際土壤無機(jī)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(jī)元素含量標(biāo)準(zhǔn)、配套科學(xué)栽培管理技術(shù)奠定理論基礎(chǔ)。