黔產玄參土壤微量元素及與玄參品質相關性研究

張家春， 張珍明， 劉盈盈， 孫 超， 李 青，4

(1.貴州省植物園，貴州貴陽 550004； 2.貴州省生物研究所，貴州貴陽 550009； 3.貴州科學院，貴州貴陽 550001； 4.貴州科學院草海生態(tài)站，貴州威寧 553100)

玄參(ScrophularianingpoensisHemsl.)為玄參科一年生草本植物，是傳統(tǒng)常用大宗中藥材之一，具有涼血滋陰、清熱解毒的功效，用于治療熱病傷陰、津傷便秘、目赤、咽痛等癥狀[1]，以干燥的塊根為入藥部位。玄參含有的有機化學成分種類豐富，主要包括環(huán)烯醚萜、苯丙素苷、有機酸及揮發(fā)油等[2]。近年來，對玄參化學成分及藥理作用等研究不斷深入，玄參在中醫(yī)藥界和保健品行業(yè)的用量也逐年增加[3-4]，人工栽培種植已經成為玄參的主要商品來源。

土壤是中藥材生長的基礎，土壤養(yǎng)分和水分制約著中藥材的產量與品質。目前，關于玄參的研究更多集中于玄參種質資源、化學成分、藥理作用及產地初加工等方面[5-8]，但關于玄參土壤狀況的研究較少，特別是玄參土壤微量元素及與玄參品質的相關性研究尚未見報道。中藥材的化學成分包含有機化學成分和微量元素等無機成分，而且中藥材的藥效與其用藥部位中微量元素含量多少密切相關[9]，而植物中微量元素含量的多少與土壤微量元素含量有著密切相關性[10-12]。因此，本研究以貴州省玄參種植面積最大的區(qū)域道真自治縣為研究區(qū)域，對黔產玄參種植土壤和玄參植株(塊根、子芽、葉、稈)中的微量元素含量進行調查，并探討玄參產地土壤微量元素和植株中微量元素的相關性，分析研究土壤微量元素對玄參品質的影響關系，為玄參高產優(yōu)質種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

道真自治縣位于貴州省最北部，是云貴高原向四川盆地過渡的斜坡地帶，在107°21′～107°51′E、28°36′～29°13′N之間，最高海拔為1 939.9 m，最低海拔為317.9 m。氣候類型屬中亞熱帶高原濕潤季風氣候，常年雨量充沛，四季分明，無霜期達285 d以上，年平均氣溫8.0～16.4 ℃，年降水量 800～1 400 mm，素有“黔北藥庫”之稱。研究區(qū)域土壤類型為黃壤，土壤質地類型以黏壤土為主。

1.2 樣品采集與制備

2013年6月，以貴州省道真自治縣陽溪鎮(zhèn)為采樣地點，以“S”形取樣方式對玄參種植基地0～20 cm的表土層進行土壤樣品的采集，其中每個土壤樣品均為5個樣點的土壤混合樣，并按四分法對充分混合后的土壤混合樣反復取舍，最后保留1 kg土壤樣品裝入干凈的布袋帶回實驗室，共采集玄參、黨參及林地3種利用方式土壤樣品30個。同時，采集土壤樣品對應點相同生長環(huán)境下玄參植株樣品共10個。將土壤樣品分別倒入干凈的塑料膜上均勻地鋪開，在半干狀態(tài)下把土壤樣品壓碎，并除去石礫、殘根等非土壤雜質，置于陰涼通風處自然晾干。土壤樣品晾干后按對角線四分取土法充分混勻后分取一半樣品以保存?zhèn)溆茫硪话霕悠酚矛旇Ю徰心ズ笙冗^2 mm尼龍網篩，然后取20 g左右經瑪瑙研缽研細過0.15 mm尼龍網篩，將過篩樣品裝入密封袋中標注待用。采集的玄參(塊根、稈、葉片及子芽)植物樣品去除塵土，經 65 ℃ 烘干后，用粉碎機粉碎，過60目篩充分混合均勻備用。

1.3 樣品測定方法

于2013年8月對土壤與玄參植株中的微量元素含量進行測定。土壤Fe、Co、Mo、Ni、Mn、Zn全量的測定方法[13-14]：稱取0.100 0 g風干土壤樣品(精確到0.000 2 g)，放入25 mL聚四氟乙烯坩堝中，加少許新鮮去離子水濕潤，緩慢加入 3 mL 濃硝酸、1 mL高氯酸，轉移至高壓密封罐，置于烘箱中，180 ℃消解 3 h。消解完畢后通風冷卻至室溫，將樣品轉移至50 mL離心管中，以超純水定容至刻度，搖勻上電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)。

玄參Fe、Co、Mo、Ni、Mn、Zn全量的測定方法[15]：準確稱取2.0 g玄參樣品于瓷皿中，置于馬福爐加熱至700 ℃，保持恒溫1 h。冷卻后將樣品移入100 mL燒杯中，加1 mL濃HC1于電爐上加熱，至全部溶解呈透明液，轉移至100 mL容量瓶中，用1% HCl溶液定容至刻度，作為母液。吸取母液10 mL于另一個容量瓶中，再用1%HCl溶液定容至100 mL，用AAS-6000型原子吸收分光光度計測定。

哈巴苷和哈巴俄苷采用高效液相色譜法[16]：色譜條件為Themorn C18色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相：A為乙腈，B為0.03%磷酸，梯度洗脫；檢測波長為210、276 nm；流速：1 mL/min；柱溫：30 ℃；流速為1.0 mL/min。

2 結果與分析

2.1 土壤微量元素含量特征

從貴州省玄參產地土壤中微量元素統(tǒng)計表(表1)來看，玄參種植土壤、黨參種植土壤及林地土壤中各微量元素含量不同。玄參種植土壤中各微量元素含量為Fe>Mn>Zn>Ni>Co>Mo，黨參種植土壤中為Fe>Mn>Ni>Zn>Co>Mo，林地土壤中為Fe>Mn >Ni>Zn>Co>Mo。玄參種植土壤、黨參種植土壤及林地土壤中都是Fe含量最大，黨參種植土壤和林地土壤中微量元素含量排序相同。相同微量元素在玄參種植土壤、黨參種植土壤及林地土壤中含量也不同，Mn、Mo、Ni及Zn含量最高的是玄參種植土壤，Fe和Co含量最高的是黨參種植土壤。

表1 土壤微量元素含量特征 mg/kg

注：同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。表2同。

2.2 玄參植株微量元素含量

對貴州省玄參塊根、稈、葉片及子芽等4個部位的微量元素含量進行測定，結果如表2所示。不同微量元素在相同部位含量不同，不同部位同種微量元素含量也不同。塊根中各微量元素含量表現為Fe>Zn>Mn>Ni>Mo>Co，子芽、稈及葉片中含量規(guī)律相同，為Fe>Mn>Zn>Ni>Co>Mo。 Fe含量最高部位是葉片，最低為子芽，總體表現為葉片>稈>塊根>子芽；Co含量最高部位是葉片，表現為葉片>塊根>子芽>稈；Mo含量最高部位是塊根，表現為塊根>葉片>稈>子芽；Ni含量最高部位是塊根，表現為塊根>葉片>子芽>稈；Zn含量最高部位是塊根，表現為塊根>葉片>稈>子芽；Mn含量最高部位是葉片，表現為葉片>稈>塊根>子芽。

2.3 玄參品質分析

對貴州省玄參塊根中哈巴苷和哈巴俄苷含量進行檢測分析，結果表明，貴州省玄參塊根中哈巴苷含量處于0.614%～0.797%之間，平均含量為0.728%；貴州省玄參塊根中哈巴俄苷含量范圍為0.019%～0.099%，平均含量為0.056%。貴州省玄參塊根中哈巴苷和哈巴俄苷總含量平均值為0.748%，與2010 年版《中華人民共和國藥典》中規(guī)定的不得低于0.450%的標準值相比，總含量高出標準值0.298%。

表2 玄參植株微量元素含量特征 mg/kg

玄參以塊根入藥。對貴州省玄參塊根、子芽、稈及葉片4個部位中哈巴苷和哈巴俄苷含量進行測定，結果如圖1所示。4個部位中哈巴苷和哈巴俄苷含量不同，哈巴苷含量為塊根>子芽>稈>葉片，哈巴俄苷含量表現為塊根>稈>子芽=葉片。塊根中哈巴苷含量約是子芽的6倍，稈的34倍，葉片的62倍。塊根中哈巴俄苷含量約是子芽和葉片的40倍，稈的9倍。從玄參4個部位中哈巴苷和哈巴俄苷含量檢測結果來看，塊根中哈巴苷和哈巴俄苷含量均最高，葉片中哈巴苷和哈巴俄苷含量都是最低。

張雪梅等采用純度高液相色譜法(high purity liquid chromatography，簡稱HPLC)對貴州省玄參塊根中哈巴苷和哈巴俄苷等5種有效成分含量進行測定，其中有效成分哈巴苷含量為0.718%，有效成分哈巴俄苷含量為0.114%，本研究對貴州省玄參塊根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷含量檢測結果與張雪梅等的測量結果[17]相似。玄參分布范圍較廣，原主產于浙江省金華市東陽縣，現主要栽培于貴州、浙江、河南、陜西、湖北、湖南、四川等地區(qū)[18]。不同產地玄參塊根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷含量統(tǒng)計結果如表3所示。前人研究結果表明，不同產地玄參塊根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷總含量屬浙江省產的最高，河南、湖南及山東3個地區(qū)產玄參塊根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷的總含量均低于2010 年版《中華人民共和國藥典》一部所規(guī)定的0.450%[17]。貴州地區(qū)產玄參塊根中的哈巴苷含量最高，其次是浙江地區(qū)。貴州地區(qū)玄參塊根中哈巴俄苷含量最低，最高是河南地區(qū)。參照2010 年版《中華人民共和國藥典》一部及與不同產地相比，貴州地區(qū)玄參有效成分含量較高。

2.4 微量元素相關性分析

對玄參土壤中微量元素含量與玄參塊根中微量元素含量間的相關性進行分析，結果如表4所示。玄參塊根微量元素Fe含量與土壤Co含量成顯著負相關關系，相關系數達0.78；玄參塊根微量元素Ni、Zn及Mo含量與土壤Ni含量成極顯著正相關；其余土壤微量元素含量與玄參塊根中微量元素含量之間的相關性不顯著。

表3 本研究與前人研究玄參塊根中哈巴苷和哈巴俄苷含量[17] %

表4 玄參塊根微量元素含量與土壤微量元素含量相關性

注：* 表示在0.05水平上顯著相關，**表示在0.01水平上顯著相關。表5同。

貴州省玄參塊根中哈巴苷和哈巴俄苷含量與微量元素及微量元素間的相關性分析結果如表5所示。貴州省玄參塊根中哈巴苷與玄參塊根中微量元素間相關性不顯著；貴州省玄參塊根中哈巴俄苷與玄參塊根中Ni含量呈顯著正相關，與其余微量元素間相關性不顯著。塊根中Mn與Co、Ni與Zn、Ni與Mo、Zn與Mo含量成極顯著正相關。表明貴州省玄參塊根對Mn與Co、Ni與Zn、Ni與Mo、Zn與Mo的吸收有協(xié)同作用。

3 結論與討論

土壤中微量元素與成土母質、氣候、地形地貌等自然環(huán)境因素有關， 成土母質決定土壤微量元素的最初含量。由于受到土壤的成土母質、氣候、地形地貌、生物和人類活動的作用，導致生態(tài)環(huán)境不同是影響土壤中元素分布最直接且最主要的因素[19]。玄參種植土壤中微量元素含量較高，主要是由于玄參種植過程中農家肥和化肥的使用促進了土壤表層土壤微量元素的富集[20]。土壤微量元素Mn和Co在玄參種植土壤、黨參種植土壤及林地土壤間差異顯著；土壤微量元素Fe在玄參種植土壤和林地土壤中差異性不顯著，但均與黨參種植土壤差異顯著；土壤微量元素Mo在玄參種植土壤中與黨參種植、林地土壤中差異性顯著，但在林地土壤與黨參種植土壤中差異不顯著。

玄參塊根有效成分包括糖類、氨基酸、蛋白質等類型的有機成分，同時還含有各種人體需要的微量元素的無機成分。從玄參地下部位(塊根、子芽)和地上部位(稈、葉片)微量元素含量來看，地下部位中塊根的各微量元素含量均高于子芽，地上部位中葉片的各微量元素含量均高于稈。葉片Fe、Co及Mn含量大于塊根，塊根Mo、Ni及Zn含量大于葉片。從玄參植株中各微量元素含量的分配規(guī)律來看，Fe、Co及Mn可以采用噴灑葉面肥的方式施肥，Mo、Ni及Zn可以采用施底肥的方式提高玄參的吸收效率。

表5 玄參有效成分及無機元素相關性

與所有植物一樣，中藥材生長必需的營養(yǎng)元素，氮、磷、鉀等大量元素和鈣、鎂、銅、鋅等主要微量元素的缺乏或不足都會影響中藥材的生長發(fā)育過程及內外品質的形成。土壤中各種營養(yǎng)元素對藥用植物的生長發(fā)育作用很大，它不僅影響藥用植物的根系營養(yǎng)水平及生理代謝活動過程，進而促進藥用植物的生長發(fā)育，而且還是藥用植物有效成分的主要組成因子，影響藥用植物有效活性化學成分的形成和積累，最終影響有效成分含量的多少及中藥材藥效的好壞。王龍研究結果顯示，Zn、B、Mo、Mn等4種微量元素對冬凌草的有效成分冬凌草甲素和冬凌草迷迭香酸的合成和積累均有促進效果，其中對冬凌草甲素促進作用的效果大小表現為Mo>Mn>B>Zn[21]；對冬凌草迷迭香酸促進作用的效果順序為B>Mo>Mn>Zn[21]。另外，馬云桐等的研究結果表明，土壤中各種大量、微量元素對中藥材優(yōu)良品質的形成都有很大的相關性[22-24]。本研究發(fā)現，哈巴俄苷與玄參塊根中Ni含量呈顯著相關性，玄參塊根中Ni與土壤中的Ni呈極顯著正相關關系，同時玄參塊根中Ni與塊根中Zn、Mo含量呈極顯著正相關關系，而土壤中的Ni含量對塊根中Zn、Mo含量有極顯著正向影響。