黔产玄参土壤微量元素及与玄参品质相关性研究

张家春， 张珍明， 刘盈盈， 孙 超， 李 青，4

(1.贵州省植物园，贵州贵阳 550004； 2.贵州省生物研究所，贵州贵阳 550009； 3.贵州科学院，贵州贵阳 550001； 4.贵州科学院草海生态站，贵州威宁 553100)

玄参(ScrophularianingpoensisHemsl.)为玄参科一年生草本植物，是传统常用大宗中药材之一，具有凉血滋阴、清热解毒的功效，用于治疗热病伤阴、津伤便秘、目赤、咽痛等症状[1]，以干燥的块根为入药部位。玄参含有的有机化学成分种类丰富，主要包括环烯醚萜、苯丙素苷、有机酸及挥发油等[2]。近年来，对玄参化学成分及药理作用等研究不断深入，玄参在中医药界和保健品行业的用量也逐年增加[3-4]，人工栽培种植已经成为玄参的主要商品来源。

土壤是中药材生长的基础，土壤养分和水分制约着中药材的产量与品质。目前，关于玄参的研究更多集中于玄参种质资源、化学成分、药理作用及产地初加工等方面[5-8]，但关于玄参土壤状况的研究较少，特别是玄参土壤微量元素及与玄参品质的相关性研究尚未见报道。中药材的化学成分包含有机化学成分和微量元素等无机成分，而且中药材的药效与其用药部位中微量元素含量多少密切相关[9]，而植物中微量元素含量的多少与土壤微量元素含量有着密切相关性[10-12]。因此，本研究以贵州省玄参种植面积最大的区域道真自治县为研究区域，对黔产玄参种植土壤和玄参植株(块根、子芽、叶、秆)中的微量元素含量进行调查，并探讨玄参产地土壤微量元素和植株中微量元素的相关性，分析研究土壤微量元素对玄参品质的影响关系，为玄参高产优质种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

道真自治县位于贵州省最北部，是云贵高原向四川盆地过渡的斜坡地带，在107°21′～107°51′E、28°36′～29°13′N之间，最高海拔为1 939.9 m，最低海拔为317.9 m。气候类型属中亚热带高原湿润季风气候，常年雨量充沛，四季分明，无霜期达285 d以上，年平均气温8.0～16.4 ℃，年降水量 800～1 400 mm，素有“黔北药库”之称。研究区域土壤类型为黄壤，土壤质地类型以黏壤土为主。

1.2 样品采集与制备

2013年6月，以贵州省道真自治县阳溪镇为采样地点，以“S”形取样方式对玄参种植基地0～20 cm的表土层进行土壤样品的采集，其中每个土壤样品均为5个样点的土壤混合样，并按四分法对充分混合后的土壤混合样反复取舍，最后保留1 kg土壤样品装入干净的布袋带回实验室，共采集玄参、党参及林地3种利用方式土壤样品30个。同时，采集土壤样品对应点相同生长环境下玄参植株样品共10个。将土壤样品分别倒入干净的塑料膜上均匀地铺开，在半干状态下把土壤样品压碎，并除去石砾、残根等非土壤杂质，置于阴凉通风处自然晾干。土壤样品晾干后按对角线四分取土法充分混匀后分取一半样品以保存备用，另一半样品用玛瑙钵研磨后先过2 mm尼龙网筛，然后取20 g左右经玛瑙研钵研细过0.15 mm尼龙网筛，将过筛样品装入密封袋中标注待用。采集的玄参(块根、秆、叶片及子芽)植物样品去除尘土，经 65 ℃ 烘干后，用粉碎机粉碎，过60目筛充分混合均匀备用。

1.3 样品测定方法

于2013年8月对土壤与玄参植株中的微量元素含量进行测定。土壤Fe、Co、Mo、Ni、Mn、Zn全量的测定方法[13-14]：称取0.100 0 g风干土壤样品(精确到0.000 2 g)，放入25 mL聚四氟乙烯坩埚中，加少许新鲜去离子水湿润，缓慢加入 3 mL 浓硝酸、1 mL高氯酸，转移至高压密封罐，置于烘箱中，180 ℃消解 3 h。消解完毕后通风冷却至室温，将样品转移至50 mL离心管中，以超纯水定容至刻度，摇匀上电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)。

玄参Fe、Co、Mo、Ni、Mn、Zn全量的测定方法[15]：准确称取2.0 g玄参样品于瓷皿中，置于马福炉加热至700 ℃，保持恒温1 h。冷却后将样品移入100 mL烧杯中，加1 mL浓HC1于电炉上加热，至全部溶解呈透明液，转移至100 mL容量瓶中，用1% HCl溶液定容至刻度，作为母液。吸取母液10 mL于另一个容量瓶中，再用1%HCl溶液定容至100 mL，用AAS-6000型原子吸收分光光度计测定。

哈巴苷和哈巴俄苷采用高效液相色谱法[16]：色谱条件为Themorn C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流动相：A为乙腈，B为0.03%磷酸，梯度洗脱；检测波长为210、276 nm；流速：1 mL/min；柱温：30 ℃；流速为1.0 mL/min。

2 结果与分析

2.1 土壤微量元素含量特征

从贵州省玄参产地土壤中微量元素统计表(表1)来看，玄参种植土壤、党参种植土壤及林地土壤中各微量元素含量不同。玄参种植土壤中各微量元素含量为Fe>Mn>Zn>Ni>Co>Mo，党参种植土壤中为Fe>Mn>Ni>Zn>Co>Mo，林地土壤中为Fe>Mn >Ni>Zn>Co>Mo。玄参种植土壤、党参种植土壤及林地土壤中都是Fe含量最大，党参种植土壤和林地土壤中微量元素含量排序相同。相同微量元素在玄参种植土壤、党参种植土壤及林地土壤中含量也不同，Mn、Mo、Ni及Zn含量最高的是玄参种植土壤，Fe和Co含量最高的是党参种植土壤。

表1 土壤微量元素含量特征 mg/kg

注：同列数据后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。表2同。

2.2 玄参植株微量元素含量

对贵州省玄参块根、秆、叶片及子芽等4个部位的微量元素含量进行测定，结果如表2所示。不同微量元素在相同部位含量不同，不同部位同种微量元素含量也不同。块根中各微量元素含量表现为Fe>Zn>Mn>Ni>Mo>Co，子芽、秆及叶片中含量规律相同，为Fe>Mn>Zn>Ni>Co>Mo。 Fe含量最高部位是叶片，最低为子芽，总体表现为叶片>秆>块根>子芽；Co含量最高部位是叶片，表现为叶片>块根>子芽>秆；Mo含量最高部位是块根，表现为块根>叶片>秆>子芽；Ni含量最高部位是块根，表现为块根>叶片>子芽>秆；Zn含量最高部位是块根，表现为块根>叶片>秆>子芽；Mn含量最高部位是叶片，表现为叶片>秆>块根>子芽。

2.3 玄参品质分析

对贵州省玄参块根中哈巴苷和哈巴俄苷含量进行检测分析，结果表明，贵州省玄参块根中哈巴苷含量处于0.614%～0.797%之间，平均含量为0.728%；贵州省玄参块根中哈巴俄苷含量范围为0.019%～0.099%，平均含量为0.056%。贵州省玄参块根中哈巴苷和哈巴俄苷总含量平均值为0.748%，与2010 年版《中华人民共和国药典》中规定的不得低于0.450%的标准值相比，总含量高出标准值0.298%。

表2 玄参植株微量元素含量特征 mg/kg

玄参以块根入药。对贵州省玄参块根、子芽、秆及叶片4个部位中哈巴苷和哈巴俄苷含量进行测定，结果如图1所示。4个部位中哈巴苷和哈巴俄苷含量不同，哈巴苷含量为块根>子芽>秆>叶片，哈巴俄苷含量表现为块根>秆>子芽=叶片。块根中哈巴苷含量约是子芽的6倍，秆的34倍，叶片的62倍。块根中哈巴俄苷含量约是子芽和叶片的40倍，秆的9倍。从玄参4个部位中哈巴苷和哈巴俄苷含量检测结果来看，块根中哈巴苷和哈巴俄苷含量均最高，叶片中哈巴苷和哈巴俄苷含量都是最低。

张雪梅等采用纯度高液相色谱法(high purity liquid chromatography，简称HPLC)对贵州省玄参块根中哈巴苷和哈巴俄苷等5种有效成分含量进行测定，其中有效成分哈巴苷含量为0.718%，有效成分哈巴俄苷含量为0.114%，本研究对贵州省玄参块根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷含量检测结果与张雪梅等的测量结果[17]相似。玄参分布范围较广，原主产于浙江省金华市东阳县，现主要栽培于贵州、浙江、河南、陕西、湖北、湖南、四川等地区[18]。不同产地玄参块根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷含量统计结果如表3所示。前人研究结果表明，不同产地玄参块根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷总含量属浙江省产的最高，河南、湖南及山东3个地区产玄参块根中有效成分哈巴苷和哈巴俄苷的总含量均低于2010 年版《中华人民共和国药典》一部所规定的0.450%[17]。贵州地区产玄参块根中的哈巴苷含量最高，其次是浙江地区。贵州地区玄参块根中哈巴俄苷含量最低，最高是河南地区。参照2010 年版《中华人民共和国药典》一部及与不同产地相比，贵州地区玄参有效成分含量较高。

2.4 微量元素相关性分析

对玄参土壤中微量元素含量与玄参块根中微量元素含量间的相关性进行分析，结果如表4所示。玄参块根微量元素Fe含量与土壤Co含量成显著负相关关系，相关系数达0.78；玄参块根微量元素Ni、Zn及Mo含量与土壤Ni含量成极显著正相关；其余土壤微量元素含量与玄参块根中微量元素含量之间的相关性不显著。

表3 本研究与前人研究玄参块根中哈巴苷和哈巴俄苷含量[17] %

表4 玄参块根微量元素含量与土壤微量元素含量相关性

注：* 表示在0.05水平上显著相关，**表示在0.01水平上显著相关。表5同。

贵州省玄参块根中哈巴苷和哈巴俄苷含量与微量元素及微量元素间的相关性分析结果如表5所示。贵州省玄参块根中哈巴苷与玄参块根中微量元素间相关性不显著；贵州省玄参块根中哈巴俄苷与玄参块根中Ni含量呈显著正相关，与其余微量元素间相关性不显著。块根中Mn与Co、Ni与Zn、Ni与Mo、Zn与Mo含量成极显著正相关。表明贵州省玄参块根对Mn与Co、Ni与Zn、Ni与Mo、Zn与Mo的吸收有协同作用。

3 结论与讨论

土壤中微量元素与成土母质、气候、地形地貌等自然环境因素有关， 成土母质决定土壤微量元素的最初含量。由于受到土壤的成土母质、气候、地形地貌、生物和人类活动的作用，导致生态环境不同是影响土壤中元素分布最直接且最主要的因素[19]。玄参种植土壤中微量元素含量较高，主要是由于玄参种植过程中农家肥和化肥的使用促进了土壤表层土壤微量元素的富集[20]。土壤微量元素Mn和Co在玄参种植土壤、党参种植土壤及林地土壤间差异显著；土壤微量元素Fe在玄参种植土壤和林地土壤中差异性不显著，但均与党参种植土壤差异显著；土壤微量元素Mo在玄参种植土壤中与党参种植、林地土壤中差异性显著，但在林地土壤与党参种植土壤中差异不显著。

玄参块根有效成分包括糖类、氨基酸、蛋白质等类型的有机成分，同时还含有各种人体需要的微量元素的无机成分。从玄参地下部位(块根、子芽)和地上部位(秆、叶片)微量元素含量来看，地下部位中块根的各微量元素含量均高于子芽，地上部位中叶片的各微量元素含量均高于秆。叶片Fe、Co及Mn含量大于块根，块根Mo、Ni及Zn含量大于叶片。从玄参植株中各微量元素含量的分配规律来看，Fe、Co及Mn可以采用喷洒叶面肥的方式施肥，Mo、Ni及Zn可以采用施底肥的方式提高玄参的吸收效率。

表5 玄参有效成分及无机元素相关性

与所有植物一样，中药材生长必需的营养元素，氮、磷、钾等大量元素和钙、镁、铜、锌等主要微量元素的缺乏或不足都会影响中药材的生长发育过程及内外品质的形成。土壤中各种营养元素对药用植物的生长发育作用很大，它不仅影响药用植物的根系营养水平及生理代谢活动过程，进而促进药用植物的生长发育，而且还是药用植物有效成分的主要组成因子，影响药用植物有效活性化学成分的形成和积累，最终影响有效成分含量的多少及中药材药效的好坏。王龙研究结果显示，Zn、B、Mo、Mn等4种微量元素对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积累均有促进效果，其中对冬凌草甲素促进作用的效果大小表现为Mo>Mn>B>Zn[21]；对冬凌草迷迭香酸促进作用的效果顺序为B>Mo>Mn>Zn[21]。另外，马云桐等的研究结果表明，土壤中各种大量、微量元素对中药材优良品质的形成都有很大的相关性[22-24]。本研究发现，哈巴俄苷与玄参块根中Ni含量呈显著相关性，玄参块根中Ni与土壤中的Ni呈极显著正相关关系，同时玄参块根中Ni与块根中Zn、Mo含量呈极显著正相关关系，而土壤中的Ni含量对块根中Zn、Mo含量有极显著正向影响。