不同树龄茶树套种滇龙胆对药材矿质元素含量的影响

董晓蕾　张霁　赵艳丽　金航　王元忠

摘要：采用電感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定滇龙胆（Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.）与不同树龄（3年、4年、5年、9年、12年和15年）茶树（Camellia sinensis）套种后其根、茎、叶3个部位及生长土壤中7种矿质元素（B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni和Zn）的含量。结果显示，滇龙胆中矿质元素平均含量高低顺序为Ca（5 238±2 111）μg/g、Fe（622±238）μg/g、Mn（379±301） μg/g、Cu（75±9.1） μg/g、Zn（46±13） μg/g、B（17±4.9） μg/g、Ni（5.6±3.1） μg/g，与土壤矿质元素含量变化趋势基本一致。根部的B、Ca、Fe、Mn、Ni元素在树龄15年茶树-滇龙胆套种后含量最高，分别为18、3 797、1 050、254、11 μg/g，Cu、Zn元素在树龄12年的茶树-滇龙胆套种中含量最高，分别为244、38 μg/g。相同营养器官不同树龄的茶树-滇龙胆套种后矿质元素含量具有差异，以根部的Cu、Mn元素含量差异显著，变化范围分别为19～244 μg/g和79～254 μg/g，分别相差12.8倍和3.2倍；树龄15年、9年的茶树-滇龙胆套种后茎部的Cu含量分别为177、11 μg/g，相差16.1倍；树龄3年、5年的茶树-滇龙胆套种后叶部的Cu含量分别为325、11 μg/g，相差29.5倍。不同树龄的茶树-滇龙胆套种后根部与土壤矿质元素的相关性以及生物富集系数不同，树龄15年的茶树-滇龙胆套种后根部对Ca、Cu、Mn、Ni、Zn元素的富集能力较强，生物富集系数分别达21.0、3.3、2.2、1.8和4.7。说明茶树复合种植可改变土壤矿质元素的分布，自身生物学特性与复合种植的生态环境共同影响了滇龙胆对矿质元素吸收与运输的能力。

关键词：滇龙胆（Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.）；茶树（Camellia sinensis）；复合种植；土壤；矿质元素

中图分类号：S662.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）22-5641-06

Abstract： Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl. is an important plant resource in China， analyzing the effects of compound planting on the mineral elements content in G. rigescens and Camellia sinensis of different growing years has significantly ecological and economic benefits for the sustainable development of agriculture in medicinal plants in China and provide basic data for quality control cultivation technology research of G. rigescens. 7 mineral elements （B， Ca， Cu， Fe， Mn， Ni and Zn） content in G. rigescens （root， steam and leaf） intercropped with C. sinensis of different growth years （3-year， 4-year， 5-year， 9-year， 12-year and 15-year） and the corresponding underlying soil were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES）. Results the sequence of average element content in G. rigescens is Ca （5 238±2 111） μg/g， Fe（622±238） μg/g， Mn（379±301） μg/g， Cu（75±9.1） μg/g，Zn （46±13） μg/g， B （17±4.9） μg/g， Ni （5.6±3.1） μg/g， which is consistent with the change tendency of mineral elements content in the soil. In the root， the sample intercropping with C. sinensis of 15-year had the highest content of B， Ca， Fe， Mn and Ni， which was 18 μg/g， 3 797 μg/g， 1 050 μg/g， 254 μg/g and 11 μg/g， respectively. The sample intercropping with C. sinensis of 12-year had the highest content of Cu and Zn， which was 244 μg/g and 38 μg/g， respectively. Mineral elements content in the same organ in G. rigescens intercropping with C. sinensis of different growth years were significantly different， especially the content of Cu and Mn in root， and the variation range were 19 to 244 μg/g and 79 to 254 μg/g， respectively， with a difference of 12.8 times and 3.2 times respectively. The content of Cu in the steam of G. rigescens intercropping with C. sinensis of 15-year and 9-year were 177 μg/g and 11 μg/g， respectively， with a difference of 16.1 times. The content of Cu in the leaf of G. rigescens intercropping with C. sinensis of 3-year and 5-year were 325 μg/g and 11 μg/g， respectively， with a difference of 29.5 times. The relationship and the bioconcentration factors of mineral elements were different in the sample intercropping with C. sinensis of different growth years， the bioconcentration factors of Ca， Cu， Mn， Ni and Zn were higher in the root of the sample intercropping with C. sinensis of 15-year，as the bioconcentration factors is 21.0，3.3，2.2，1.8 and 4.7， respectively. G. rigescens intercropping with C. sinensis can change the soil mineral elements distribution，and the biological characteristics of G. rigescens and the ecological environment can affect the absorption of mineral elements and transport capacity.

Key words： Gentiana rigescens Franch.ex Hemsl.； Camellia sinensis； multiple cropping；soil；mineral elements

中药材与农林作物进行复合种植是对传统中药材种植模式的优化，这是根据不同生物学生态学特性和生态位原理，充分利用它们在生长过程中的空间差和时间差，将中药材与农林作物进行间作、混作、套种等复合种植的生产方式，其对于充分利用水土环境和光热资源、发挥生物间的共生互补作用、提高种植系统的生态经济总体效益、促进中药事业的可持续发展等方面都具有积极的意义。复合种植使植物生长环境的光照、温度、水分等气候条件发生变化，形成适宜生长的小气候。光照、温度、湿度、土壤有机物、土壤pH等环境因素[1]及生物学特性、矿质元素转运机制等内在因素影响着植物对矿质元素的吸收和积累能力。Gove等[2]研究发现，遏蓝菜（Thlaspi caerulescens J. et C. Presl.）与大麦（Hordeum vulgare L.）间作时大麦对Zn的吸收显著降低；Liu等[3]研究发现，玉米（Zea mays L.）与东南景天（Sedum alfredii Hance）间作可显著降低玉米对Cu和Zn的吸收；Li等[4]研究了玉米与7种豆科（Leguminosae）植物间作Cd元素积累的影响，发现大部分豆科植物均可显著提高玉米对Cd元素的吸收。

植物的生长年限影响立地土壤理化性状及质量变化，土壤作为重要的环境因子，是植物体内矿质元素的主要来源，影响着植物对矿质元素的吸收和积累[5-7]。复合种植方式可改变植物生长的小环境，增加地上部生物多样性，影响地上部生态功能，改变根际微生物数量、土壤酶活性、pH等，间接改变土壤中矿质元素的有效性，影响植物对矿质元素的吸收利用[8]。茶树（Camellia sinensis）与草本植物复合种植后，茶园覆盖度增加，土壤有机质含量提升，肥力升高[9，10]。不同树龄的茶园土壤微生物区系、多样性、酶活性和理化性状变化显著[7]。但是茶树种植年限越长，土壤酸化现象越严重[11]。微生物通过酸化作用影响土壤中矿质元素的移动性能，改变植物对矿质元素的吸收能力，同时也改变矿质元素在植物体内的运输能力[12]。

滇龙胆（Gentiana rigescens Franch. ex Hemsl.）在云南省有着悠久的药用历史，主要用于治疗肝胆患疾、皮肤病、慢性支气管炎、急性咽炎、呼吸道感染等疾病[13，14]，是中国重要的资源植物，主要分布于云南、贵州、四川、湖南等省，是云南省10个重要濒危药用植物种类之一，已被列为国家重点保护野生药材物种（三级）[15]。随着国内外市场对滇龙胆药材需求量的不断增加，加重了野生药材的过度采挖，使其分布的范围和种群规模日益缩小。也使得相关研究和保护工作更具有紧迫性，如何进一步发挥复合种植优势、提高滇龙胆资源利用效率也就备受关注[16]。前人关于复合种植对滇龙胆生长和药效成分影响的报道较多，Zhang等[17]研究认为，茶树与滇龙胆复合种植对滇龙胆种子萌发、胚芽和胚根生长抑制作用影响最小。杨美权等[18]认为木瓜[Chaenomeles speciosa（Sweet）Nakai]-茶树-滇龙胆套种后，滇龙胆根部的龙胆苦苷含量最高，三年生茶树-滇龙胆套种后滇龙胆体内的龙胆苦苷含量最低。不同树龄茶树-滇龙胆套种对滇龙胆矿质元素含量的研究未见报道。为弄清不同树龄茶树-滇龙胆套种的效果，试验运用ICP-AES法对不同树龄（3年、4年、5年、9年、12年和15年）茶树与滇龙胆套种所产的滇龙胆根、茎、叶中B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素的含量进行了测定分析，以期为滇龙胆药材品质的提升及生态复合种植技术的研究提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 仪器 ICPE-9000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（日本岛津公司）；Ethos One微波消解仪（意大利Milestone公司）；UPT-I-10L超纯水处理器（成都优越科技有限公司）；AR1140分析天平（梅特勒-托利多公司）。

1.1.2 试剂 B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素国家标准物溶液（浓度为1 000 μg/mL）和菠菜国家标准物质购自国家标准物质中心，根据测定需要配制成不同浓度的混合标准溶液；硝酸（优级纯）、过氧化氢（分析纯）均购自广东西陇化工股份有限公司；高氯酸（有机纯）购自天津政成化学制品有限公司；氢氟酸（分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 方法

1.2.1 仪器工作参数 高频发生器功率1 200 W，载气流量0.7 L/min，辅助气流量0.6 L/min。

1.2.2 滇龙胆样品制备及测定 树龄3年、4年、5年、9年、12年和15年的茶树-滇龙胆套种所产的滇龙胆样品均采自云南省临沧市。样品分别用自来水、去离子水冲洗干净后晾干，60 ℃烘干后粉碎，过100目筛备用。准确称取0.500 0 g滇龙胆样品，置于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸，2 mL过氧化氢，1 mL去离子水，放于微波消解系统转盘上，进行样品消解，消解程序设置见表1。待消解样品冷却至室温后，转移至25 mL容量瓶中，用去离子水定容，摇匀，样品一式6份。用同样的方法制备并测定菠菜（Spinacia oleracea L.）标准物样品与空白溶液。采用ICP-AES方法分别检测滇龙胆样品和标准物中的无机元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn，得到各元素的特征波长信息，进一步定量滇龙胆中无机元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的含量。

1.2.3 土壤样品制备及测定 土壤样品采用五点取样法挖取滇龙胆植株根系生长周围10～40 cm深的土壤，混合均匀后阴干，研碎后过100目筛备用。准确称取0.100 0 g土壤样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL硝酸、1 mL高氯酸，置于通风橱内的电热板上加热（160～170 ℃）消解至硝酸挥发完，可见部分高氯酸因分解出现大量白烟。样品为糊状时，取下消解罐冷却。消解罐内添加5 mL氢氟酸和1 mL高氯酸置于通风橱内的电热板上加热（210～220 ℃），使硅酸盐等物质分解后，继续加热至剩余的氢氟酸和高氯酸被挥发尽。停止冒白烟后，取下冷却。加入盐酸5 mL，继续加熱至残渣溶解。取下冷却后转移至25 mL容量瓶中，用去离子水定容，摇匀，得供试品溶液，样品平行6份，分别测定土壤样品中的无机元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn含量，同时备空白溶液1份。

1.2.4 方法学考察 采用ICP-AES法测定微波消解后的菠菜国家标准物质（GBW10015）样品的无机元素含量，重复6次，比较测定值与标准值的差异，采用标准曲线法考察测定值与标准值的线性关系，并计算回收率、相对标准偏差、相关系数、检出限等，考察试验方法的精密度和准确度。

1.3 数据分析

试验所得数据采用Microsoft Office Excel 2003软件进行标准化处理，再用SPSS 20.0统计软件进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 土壤中的矿质元素含量

不同树龄茶树与滇龙胆套种后滇龙胆植株根系周围土壤中矿质元素含量测定结果见表2。从表2可见，土壤中矿质元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的平均含量水平及高低排序依次为Fe（27 784±2 853） μg/g、Ca（287±13） μg/g、Mn（121±21）μg/g、B（24±2.8） μg/g、Zn（13±3.8） μg/g、Cu（7.8±3.2） μg/g、Ni（7.4±1.9） μg/g，并且茶树树龄影响土壤中矿质元素的含量。不同树龄茶树-滇龙胆套种后土壤里的Zn元素在各个树龄之间均存在显著性差异（P<0.05），以15年树龄的茶树-滇龙胆套种的土壤中Zn含量最低，仅为7.9 μg/g，3年树龄的茶树-滇龙胆套种的土壤中Zn含量最高，为18.0 μg/g。说明长期种植茶树后会导致土壤酸化，不同程度的酸化使矿质元素的分布与平衡也在发生变化，从而影响土壤中矿质元素的含量[19]。

2.2 滇龙胆中的矿质元素含量

不同树龄茶树与滇龙胆套种后滇龙胆植株不同部位矿质元素的含量测定结果见表3。从表3可见，滇龙胆植株中的矿质元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的平均含量水平及高低排序依次为Ca（5 238±2 111） μg/g、Fe（622±238） μg/g、Mn（379±301） μg/g、Cu（75±9.1） μg/g、Zn（46±13） μg/g、B（17±4.9） μg/g、Ni（5.6±3.1） μg/g，与Archana Kolasani等[20]测定的50种药用植物不同营养器官中矿质元素含量变化趋势一致。在滇龙胆根部矿质元素含量上，变化趋势高低排序几乎为Ca、Fe、Mn、Cu、Zn、B、Ni；而树龄12年的茶树-滇龙胆套种后根部的Cu含量大于Mn，15年的根部Zn含量大于Cu。根部以树龄15年的茶树-滇龙胆套种后B、Ca、Fe、Mn、Ni元素的含量最高，分别为18、3 797、1 050、254、11 μg/g；树龄12年的茶树-滇龙胆套种后Cu、Zn含量最高，分别为244、38 μg/g。茎部矿质元素以树龄15年的茶树-滇龙胆套种后Ca、Cu、Fe、Mn、Ni元素含量最高，分别为6 528、177、517、454、8.2 μg/g。

植物不同器官的生理机能不同，化学元素尤其是营养元素的分布也就具有差异；并且相同种植环境里不同营养器官的矿质元素含量也具有差异，通常叶部的元素含量高于茎部[21]。如试验里不同树龄的茶树-滇龙胆套种后的Mn、Fe元素，树龄3年、4年、5年、9年和12年的茶树-滇龙胆套种后的Ca元素，树龄3年、4年、9年、12年和15年的茶树-滇龙胆套种后的B元素等，在叶部的含量均高于茎部相应的元素含量。

植物同一器官在不同的生长年限（年龄）也会对化学元素的含量产生影响。试验里滇龙胆植株各个器官的矿质元素含量在不同树龄的茶树-滇龙胆套种模式下差异很大，如根部的Cu元素含量变化范围在19 μg/g （树龄15年）～244 μg/g（树龄12年），两者相差12.8倍；Mn元素含量变化范围在79 μg/g （树龄4年）～254 μg/g（树龄15年），两者相差3.2倍。茎部的Cu元素含量变化范围在11 μg/g（树龄9年）～177 μg/g（树龄15年），两者相差16.1倍。叶部的Cu元素含量变化范围在11 μg/g（树龄5年）～325 μg/g（树龄3年），两者相差29.5倍。

2.3 种植土壤与不同树龄茶树-滇龙胆套种的滇龙胆在矿质元素含量方面的相关性分析

根部是滇龙胆的主要药用部位，6个树龄茶树-滇龙胆套种的滇龙胆根部矿质元素含量与生长环境土壤里矿质元素含量的相关性分析情况见表4。从表4可见，树龄15年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部矿质元素含量与土壤里的Ca元素含量呈极显著正相关，相关系数为0.947。树龄3年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部矿质元素含量与土壤里的B、Ca、Mn元素含量呈极显著正相关，相关系数分别为0.930、0.996和0.932，与土壤中的Fe元素含量呈显著正相关，相关系数为0.889。树龄12年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部矿质元素含量与土壤中的Cu、Ni元素含量呈显著正相关关系，相关系数分别为0.908、0.842，与土壤中的B元素含量呈显著的负相关关系，相关系数为-0.854。其余各元素在滇龙胆根部矿质元素含量与土壤里矿质元素含量之间不具有显著的相关关系。

2.4 不同树龄茶树-滇龙胆套种的滇龙胆矿质元素生物富集能力比较分析

生物富集系数（Bioconcentration factor，BCF）是指植物体内某种元素含量与其产地土壤中同种元素含量的比值，反映出植物对土壤元素的富集能力。6个树龄茶树-滇龙胆套种的滇龙胆根部对矿质元素含量富集能力的分析情况见表5。由表5可知，6个树龄茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根对Ca、Cu、Zn元素的富集能力较强，尤其是Ca、Cu元素，其中Ca元素的富集系数在5.1～21.0，Cu元素的富集系数在3.3～35.0。树龄3年、树龄9年、树龄15年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部对Mn元素的富集能力较强，富集系数分别为1.20，1.20和2.20。Ni元素在树龄15年的茶树-滇龙胆套种后富集系数>1，其余种植模式下药材的Ni元素富集能力较小（BCF在0.45～0.90）。不同树龄茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部对B、Fe元素的富集系数均<1。比较而言，树龄9年、15年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部对矿质元素的富集能力较强。杨美权等[18]比较了树龄3年、10年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根部的龙胆苦苷含量，结果是树龄10年的套种模式下根部的龙胆苦苷含量较高。中药中的有效化学成分可以是其中的某种或某几种有机成分或无機成分，也有可能是它们之间反应所形成的配合物[22，23]。滇龙胆有效化学成分含量的差别可能与不同树龄茶树复合种植栽培小环境的改变有关，但要确定茶树-滇龙胆套种的茶树合理树龄还需进一步深入研究。

2.5 方法学考察

采用ICP-AES方法对菠菜标准物质样品的B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素含量进行测定，采用标准曲线法考察测定值与标准值的线性关系，进而考察试验方法的精密度和准确度，结果分别见表6、表7。从表6可见，测定值与标准值的B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素回收率在96%～102%、相对标准偏差都小于5%，表明测定值与标准值基本一致，符合试验方法的精密度要求。从表7可见，B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn元素的线性范围都在合理区间内，相关系数在0.999 1～0.999 9，检出限符合准确度要求，表明试验选择的检测方法其精密度和准确度均良好。

3 小结

茶樹-滇龙胆套种后可改变土壤矿质元素含量的分布，影响矿质元素在植物体内的吸收与运输能力。套种后滇龙胆植株中的矿质元素B、Ca、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的平均含量水平及高低排序依次为Ca（5 238±2 111） μg/g、Fe（622±238） μg/g、Mn（379±301） μg/g、Cu（75±9.1） μg/g、Zn（46±13） μg/g、B（17±4.9） μg/g、Ni（5.6±3.1） μg/g，

根部是滇龙胆的主要药用部位，树龄15年的茶树-滇龙胆套种后根部B、Ca、Fe、Mn、Ni元素的含量较高，树龄12年的茶树-滇龙胆套种后根部Cu、Zn元素的含量较高。土壤与滇龙胆中的矿质元素含量变化趋势基本一致，树龄3年、12年、15年的茶树-滇龙胆套种后土壤与滇龙胆根部某些矿质元素含量具有显著的相关关系。不同树龄茶树-滇龙胆套种后滇龙胆对矿质元素生物富集系数是不同的，以树龄15年的茶树-滇龙胆套种后滇龙胆根对Ca、Cu、Mn、Ni、Zn元素的富集能力较强。茶树生长年限与滇龙胆化学成分含量有关，确定合理的复合种植年限还需从栽培学、植物生理学、生态学、药理学等方面进行综合认定。

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（责任编辑 王珞）