贵州地产山银花重金属分布、富集特性研究

柳小兰 张清海 林绍霞 何腾兵 林昌虎 高安勤

摘要：以铜（Cu）、铬（Cr）、砷（As） 、铅（Pb） 、镉（Cd） 、汞（Hg）6种重金属为指标，采用电感耦合等离子体质谱法对山银花重金属含量进行检测，并对不同富集部位重金属含量进行相关性分析。结果表明，山银花各部位重金属含量分布规律各不相同，茎、叶、花中重金属含量顺序分别为Cr>Cu>Pb>Cd>As>Hg、Cr>Pb>Cu>Cd>As>Hg、Cu>Cr>Cd >Pb>As>Hg；重金属在山银花植株不同部位的平均含量顺序为：Pb：叶>茎>花，Cr：茎>叶>花，As：叶>花>茎，Cu：花>茎>叶，Cd和Hg均为：花>叶>茎；茎与叶中的Cd、茎中的Pb与叶中的As、茎中的Cu与花中的Hg、叶中的Hg与花中的Pb、叶中的Cd与花中的Hg均达到显著水平，茎与叶中的Pb、茎中的Cu与叶中的Hg、茎中Cr与花中的Hg、叶中的Hg与花中的As均达到极显著水平；山银花的茎、叶、花对土壤中重金属元素的富集能力各不相同，对Cd的富集能力最强，是一种对Cd具超富集能力的植物。

关键词：山银花；重金属；分布特征；相关性；富集

中图分类号： X53 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）07-0340-04

中药材中重金属成分直接影响其使用的安全性[1]，铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As） 、铅（Pb） 、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）等重金属元素是中药材中经常被检测的元素[2-3]。有研究表明，这些重金属元素被人体吸收后，逐渐富集在人的体内很难排除[4-6]。目前，对中药材中重金属超标的问题尚缺乏专门、较为系统的研究，尤其对植株中各部位重金属元素的分布情况研究鲜有涉及[7-10]。2010年版《中国药典（一部）》[11]将忍冬科植物忍冬（Lonicera japonica Thunb.）的干燥花蕾或带初开的花单列为金银花，将忍冬科植物灰毡毛忍冬（Lonicera macranthoides Hand.-Mazz.）、红腺忍冬（Lonicera hypoglauca Miq.）、华南忍冬（Lonicera confusa DC.）和黄褐毛忍冬（Lonicera fulvotomentosa Hsu et S.C.Cheng）的干燥花蕾或带初开的花列为山银花[12]。本试验山银花为忍冬科植物，主要是灰毡毛忍冬的花蕾或初开的花[13]，为中医大宗用药，是国家重点治理的名贵中药材之一，具有清热解毒、凉散风热之功效，主治痈肿疔疮、喉痹、丹毒、热毒血痢、风热感冒、温病发热等症[14]。山银花不仅作为药材用于医疗，花卉用于绿化观赏，而且在食品、饲料、香精、化妆品领域具有较高的经济价值[15]。但是，由于山银花易受重金属污染，在很大程度上阻碍了山银花的GAP生产，并直接影响到患者的安全[16]。杨春等在对黔东南州9种药材重金属污染评价中指出，金银花未受到Hg和As 的污染，但受到Cd 的中度污染[17]；王锦芳等对金银花药材中重金属铅、镉含量进行分析发现，金银花药材中的铅、镉含量虽没有超标，但均有检出，重金属对中药材的污染相当普遍[18]。参考我国颁布的《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》对重金属的限量，本试验确定As、Hg、Pb、Cu、Cd、Cr 6种重金属为研究指标，以贵州省丹寨地产药材山银花种植基地为试验区域，研究重金属在黔产山银花茎、叶、花中的含量及富集特性，以期为山银花优质高产的无公害栽培和山银花种植业的可持续发展提供依据。

1 材料与方法

1.1 药品与试剂

硝酸（GR级），德国Merck公司生产；重金属标准溶液Agilent part #5183-4688，为Cu、Pb、As、Cd、Cr、Hg（单标），浓度梯度均为1、2、5、10、20 ng/mL；内标液Agilent part #5188-6525，以10%硝酸为介质的100 mg/L Li、Sc、Ge、Lu、Bi、Rn、In、Tb；调谐液Agilent part #5184-3566，以2%硝酸为介质的100 mg/L Li、Ge、Y、Co、Ti。超纯水，电阻率>18.25 MΩ·cm。

1.2 仪器设备

AL204-IC电子天平，瑞士梅特勒-托利多公司生产；Agilent 7500 a 型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），美国安捷伦科技公司生产；Milli-Q Synthesis超纯水系统，美国MILLIPORE公司生产。

1.3 样品采集及处理

1.3.1 样品采集 2013年6月，根据黔东南州丹寨县兴仁镇告左万村山银花基地样区地形地貌特点，采用GPS定位，采样点呈“S”形分布，均匀选取具有代表性的山银花植株；均匀采集有代表性的山银花茎、叶、花样品，分别装袋标记，同时，对应山银花植株下方距树干0.2～0.5 m，利用木制工具采集深度为0～30 cm的土壤样品l kg左右，装入洁净聚乙烯塑料袋封装，写上编号，做好采样记录。每个样点采集样本4份，共采集44个样本。

1.3.2 样品的制备 采回的茎、叶、花以90 ℃高温杀青 30 min，再以60 ℃恒温烘干至恒质量；玻璃研钵磨碎，过0.25 mm尼龙筛；将过筛样品充分混匀，储存于塑料袋中备用。将采集的土壤样品剔除植物根、叶、石块等异物，置于通风处自然风干，研磨，分别过0.25、2 mm 筛，储存于塑料袋中备用。

1.4 样品消化

土壤样品采用美国国家环保局标准方法（USEPA-3050B）消解，定容；植株样品分别加入5 mL硝酸、2mL双氧水，置于170 ℃恒温干燥箱中加热3 h，冷却、定容。以国家标准土壤样品（GSS-2、GSS-5）及国家标准植株样品（GSV-2）进行质量分析控制，设定样品重复数10%～15%，每批样品设2个空白。

1.5 样品测定

采用电感耦合等离子体质谱仪进行测定，相关操作及条件参数为：载气流速1.17 L/min，无辅助气流；采样深度 8.0 L/min，蠕動泵采样转速0.1 r/s，积分时间2 s；重复3次。

1.6 数据处理

用Excel、DPS软件对数据进行统计分析，计算各指标数据的标准偏差、变异系数及误差等。

2 结果与分析

2.1 山银花不同部位重金属含量分布

由表1可知，山银花植株中Pb、Cr、As、Cd、Cu、Hg含量变化范围分别在0.00～17.44、0.70～105.77、0.00～0.74、0.73～3.10、3.76～10.01、0.00～1.59 mg/kg之间。山银花植株不同部位的重金属分布规律各不相同，茎中重金属含量顺序为Cr>Cu>Pb>Cd>As>Hg，其平均含量分别为2549、608、5.47、1.29、0.11、0.001 mg/kg；叶中重金属含量顺序为Cr>Pb>Cu>Cd>As>Hg，其平均含量分别为1276、7.46、5.03、1.71、0.19、0.13 mg/kg；花中重金属含量顺序为Cu>Cr>Cd >Pb>As>Hg，其平均含量分别为686、5.19、1.87、039、0.16、0.15 mg/kg； 重金属在山银花植株不同部位的平均含量顺序为：Pb：叶>茎>花；Cr：茎>叶>花；As：叶>花>茎；Cu：花>茎>叶；Cd和Hg均为：花>叶>茎。从变异系数来看，山银花植株中各重金属含量的变异程度为Hg>Cr>Pb>As>Cd>Cu；茎、叶、花中重金属变异系数分别在3397%～331.66%、25.48%～245.21%、1502%～282.70%之间，其中，茎和叶中重金属变异程度均为Hg>Cr>Pb>As，花中Hg的变异系数最大，为282.70 %，Pb次之，Cu最小，变异系数为15.02%，这说明山银花茎和叶中的Hg和Cr及花中的Hg和Pb分布不均匀，可能与植物不同部位对重金属的吸附特性有关。

根据《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》（WM/T 2—2004）对Cd、Hg、As、Pb、Cu 5种重金属含量限值的规定：Cd≤0.3 mg/kg、Hg≤0.2 mg/kg、As≤2.0 mg/kg、Pb≤5.0 mg/kg、Cu≤20.0 mg/kg判斷，山银花植株花中的Pb含量未超标，茎和叶中均超过限定值；茎、叶和花中的As、Cu和Hg含量均未超标，而Cd都已超标，这可能与山银花对土壤中Cd有较强的吸附能力有关。

2.2 山银花不同部位间重金属含量的相关性分析

由表2、表3和表4可知，山银花茎中的Hg与叶和花中的6种重金属均无线性关系，茎与叶中的Cd、茎中的Pb与叶中的As均达到显著水平，茎与叶中的Pb、茎中的Cu与叶中的Hg均达到极显著水平；花中的Hg与茎中的Cu 、Cr分别达到显著、极显著水平；叶中的Hg与花中的Pb、As分别达到显著、极显著水平，叶中的Cd与花中的Hg达到显著水平；除此之外，其他元素间呈不同程度的相关性，这说明山银花在生长过程中对不同重金属的吸收、迁移及富集等有较大的差异性。山银花茎、叶、花对6种重金属元素有相似的吸附强度，并表现出一定程度的协同和拮抗作用，其中，茎中的Cr与花中的Hg、叶中的Hg与花中的As协同作用最强，其次为茎与叶中的Pb；拮抗作用最强的是茎中的Cr与叶中的Pb和花中的Cd，茎中的Cu与叶中的Pb次之。

植物对某种有毒元素的吸收超过阈值时，会导致其体内承担主动运输作用的载体蛋白失活或抑制线粒体产生ATP，并向外分泌螯合剂，导致植物根系对其他重金属的吸收减少[19]；植物自身的解毒机制会将吸收到的一部分有毒元素通过有机酸或氨基酸螯合封存在液泡内[20-21]，另一部分有毒元素则转运出细胞，减少毒害，而大多数超富集植物将重金属局限于根部以防止损害光合器官，并通过增强某些生理作用达到此目的[22-23]。笔者认为，山银花可能存在某种源-库调节机制，如果花或叶中有毒元素含量达到阈值，则抑制另一种有毒元素向库运输，减少毒害，花和叶同时承担矿质元素库的作用；叶也是光合作用有机产物的源，减少源的有毒元素积累，利于正常养分和有机物的积累，符合生物趋利避害的自然规律。

2.3 山银花不同部位对重金属的富集特征

植物吸收的元素主要来自土壤，富集系数（BCF）[24]的大小表明植物对某种元素富集能力的强弱，富集系数越高，表明植物对该元素的吸收能力越强，富集系数大于1是重金属超富集植物的评价标准之一[25-26]。由表5可知，山银花茎、叶、花对土壤中重金属元素Cd的富集能力最强，富集系数分别为7.266、10.602、14.772，其次为Cu，茎和花对Cu的富集系数分别为1.037、1.634，花对Hg的富集系数为1.251，富集系数均大于1；除Pb和As外，叶和花对重金属的吸附能力均表现为：Cd>Cu>Hg>Cr；茎对重金属的吸附能力表现为：Cd>Cu>Cr>Pb>As>Hg。Cd在山银花体中的累积效应非常强，山银花是Cd的超富集植物，这与刘周莉等的研究结果[27]一致，值得进一步关注。

3 结论

（1）山银花植株不同部位的中重金属含量分布规律各不相同。茎、叶、花中的重金属含量顺序分别为Cr>Cu>Pb>Cd>As>Hg、Cr>Pb>Cu>Cd>As>Hg、Cu>Cr>Cd>Pb>As>Hg；重金属在山银花植株不同部位的平均含量顺序为：Pb：叶>茎>花，Cr：茎>叶>花，As：叶>花>茎，Cu：花>茎>叶，Cd和Hg均为：花>叶>茎。

（2）按照《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》得出，山银花花中的Pb未超标，茎和叶均超过限定值5.0 mg/kg；茎、叶和花中的As、Cu和Hg均未超标，而Cd已超标，这可能与山银花对土壤中的Cd有较强的吸附有关。

（3）山银花不同部位的重金属含量变异程度不同。山银花植株中各重金属含量的变异程度为Hg>Cr>Pb>As>Cd>Cu；花中Hg的变异系数最大，Pb次之，Cu最小，变异系数分别为282.70 %、187.25 %、15.02%。这说明山银花茎

（4）山银花茎中的Hg与叶和花中的6种重金属均无线性关系，茎与叶中的Cd达到显著水平、Pb达到极显著水平，茎中的Pb与叶中的As达到显著水平，茎中的Cu与叶中的Hg达到极显著水平；花中的Hg与茎中的Cu 、Cr分别达到显著、极显著水平；叶中的Hg与花中的Pb、As分别达到显著、极显著水平，叶中的Cd与花中的Hg达到显著水平，其余元素呈不同程度的相关性。山银花茎、叶、花对具有显著性相关的重金属元素存在相似的吸附强度。

（5）山银花茎、叶、花对土壤中重金属元素的富集能力不同。除Pb和As外，叶和花对重金属的吸附能力均表现为：Cd>Cu>Hg>Cr；茎对重金属的吸附能力表现为：Cd>Cu>Cr>Pb>As>Hg；茎、叶、花对土壤中重金属元素Cd的富集能力最强，富集系数分别为7.266、10.602、14.772，Cd在山银花体中的累积效应非常强，是Cd的超富集植物。

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