麦冬及其土壤中微量元素含量的相关性分析

袁得清， 高鹏锦， 阮毅男， 龚自力， 任路保， 满丽娟， 吕艾娟， 宋九华

(乐山师范学院 化学学院，四川 乐山61400)

0 引言

麦冬是百合科多年生草本植物，主要以干燥块根入药，在我国汉代的《神农本草经》中，被列为上品。麦冬不仅具有生津、润肺、止咳的功效，而且含有多种活性营养素，具备很高的医药保健价值[1]。近几年来，人们对中草药中的无机成分，特别是中药中微量元素的研究产生了浓厚的兴趣[2-3]。现代研究表明，微量元素是中药归经及药性物质的主要组成成分，具有数量小，功效作用大的特点，对体内的许多生物分子的活性都起着很重要的调控作用[4-7]。中药主要通过调整人体内的微量元素以及元素比例来达到疗效作用[8-9]。同一种药材出自不同的产地其药效往往会存在差异，其中一个主要原因可能是药材中微量元素含量不同，而微量元素的成分或者含量的不同又与其生长的物理化学环境有关[10]。

本文运用火焰原子吸收光谱法测定了乐山不同产区的麦冬及其土壤中的锌、铜、锰和铁等微量元素含量，探究土壤中微量元素对麦冬药材主根及须根中微量元素含量的影响，从而指导麦冬药材的种植，提高麦冬药材的有效成分的含量。

1 材料与方法

1.1 仪器试剂

A3AFG -12原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)，AL104电子天平(梅特勒—托利多仪器上海有限公司)， DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱(上海耀特仪器设备有限公司)，DB-IV型不锈钢电热板(金坛市医疗仪器)，Zn、Fe、Cu、Mn元素的标准溶液(国家有色金属及电子材料分析测试中心)，其他试剂均为优级纯。

1.2 样品采集

麦冬采自乐山周边的乡镇及市中心，采集其块根、须根，同时采集其生长的土壤样品各20份。

1.3 样品制备

土壤样品制备：经过自然风干，除去土样中的石子和其他异物，用木棒研磨粉碎，用100目尼龙筛过筛。准确称取0.200 0～0.250 0 g (精确至0.000 1 g)试样放于聚四氟乙烯坩埚中，用少量的水浸湿样品后加入10 mL盐酸置于通风橱内的电热板上加热，使样品初步分解。待蒸发大概剩3 mL时取下稍冷，然后加入5 mL硝酸，5 mL氢氟酸，3 mL高氯酸，加盖后在电热板上中温加热约1 h，打开盖子，将电热板温度调至在150 ℃，持续加热除硅。为了起到很好的飞硅效果，要经常摇动坩埚。当加热到样品冒浓厚高氯酸白烟时再加盖，让黑色有机碳化物充分地分解。当坩埚壁上的黑色有机物消去后，再次打开盖，驱除白烟并蒸至坩埚内的东西呈粘稠状。根据消解状况，可再补加3 mL硝酸，3 mL的氢氟酸，1 mL高氯酸，重复上面消解过程。当白烟再一次冒尽且坩埚内样品出现粘调状时，取下冷却后，用稀硝酸冲洗内壁及坩埚盖，再全部将其转移到50 mL容量瓶中，加5 mL10% NH4Cl 溶液，等冷却后定容至标线，摇匀，用火焰原子吸收分光光度法来测定。根据样品含量以及各个元素测定时的灵敏度不同，个别元素在测定的时候可分别稀释适当倍数。

麦冬样品制备：用自来水洗干净，对麦冬的根进行块根和须根的分离，在50 ℃的烘箱中干燥至恒重，粉碎，用 60目筛子进行过筛，称取0.500 0 g左右(精确至0.000 1 g)。其余步骤同上述土壤样品制备，同样采用火焰原子吸收分光光度法进行测定。

1.4 仪器工作条件

采用A3AFG -12原子吸收分光光度计测定麦冬块根、须根及其生长土壤中锰、铜、锌、铁四种微量元素的含量，各种元素仪器工作条件见表1。

表1 元素测定仪器工作条件

2 结果与分析

2.1 锰、铜、锌、铁元素的标准曲线方程

按照各种元素仪器工作条件，对锰、铜、锌、铁元素的一系列浓度梯度的标准工作液进行吸光度测定，并且以吸光度(A)对浓度(C)作标准曲线，其线性回归方程及相关系数见表2。

表2 各微量元素的标准曲线

注：C代表金属元素的测试浓度，A代表金属原子的吸光度。

2.2 麦冬主根样品溶液中锰、铜、锌、铁元素的含量

用原子吸收分光光度法按表1的条件对20个麦冬主根样品中的锰、铜、锌、铁元素的含量进行测定，各元素含量结果见表3，对测得数据进行作图分析，结果见图1。

表3 麦冬主根中微量元素含量(mg/g)

续表3

综合表3和图1可以得出，不同产地的麦冬主根中锰、铜、锌、铁微量元素的含量均不同。其中铁含量最高(平均含量0.34 mg/g，变幅0.19～0.68 mg/g)，其次是锰(平均含量0.11 mg/g，变幅0.05～0.19 mg/g)、铜(平均含量0.10 mg/g，变幅0.03～0.49 mg/g)、锌含量最低(平均含量0.08 mg/g，变幅0.02～0.17 mg/g)。其中，从折线图中不难看出4种微量元素基本具有相似的峰形(除个别铜元素外)，说明其元素含量呈基本相似规律分布；由于产地不同，存在少数麦冬样品中微量元素的含量有差异的情况。其峰形中体现出Fe>Mn>Cu>Zn的趋势。另外从图1还可以看出20份麦冬样品中同种元素的含量差异也很大，依据田玉梅所测的5种郁金无机元素比较以及样品元素间相关性分析，在麦冬微量元素的含量中，Fe的含量差异比较大，其余微量元素的含量相差不多，这主要与所生长的物理环境有关[11]。

图1 麦冬主根中微量元素含量

2.3 麦冬须根样品溶液中锰、铜、锌、铁元素的含量

按各元素仪器工作的条件，对20份麦冬须根样品溶液进行测定，可以得到麦冬须根中锰、铜、锌、铁元素含量，结果见表4，对所测数据进行作图分析，结果见图2。

表4 麦冬须根中微量元素含量(mg/g)

续表4

图2 麦冬须根中微量元素含量

由表4和图2中可以得出，各产地的麦冬须根中锰、铜、锌、铁含量也各不同。这4种微量元素中铁元素含量差别最大，含量最丰富(平均含量0.23 mg/g，变幅为0.13～0.37 mg/g)，其次是锰(平均含量为0.05 mg/g，变幅为0.01～0.11 mg/g)、锌(平均含量0.04 mg/g，变幅为0.02～0.08 mg/g)，随着产地不同含量无多大差异，铜的含量相对来说最低(平均含量0.02 mg/g，变幅为0.01～0.03 mg/g)。从图2中可以看出铜的含量不仅最低，而且各产地样品的含量差异也不是很大。其峰形中均体现出Fe>Mn>Zn>Cu的趋势，铁和锰的含量不管在主根还是须根中都比较高，主根中铜的含量比锌高，而在须根中锌的含量比铜的高。另外对比图1和图2还可以看出主根样品中同种元素的含量的差异比须根大。

2.4 土壤样品溶液中锰、铜、锌、铁元素的含量

根据各元素仪器工作的条件，对20份麦冬生长土壤样品溶液进行测定，可得出土壤中锰、铜、锌、铁含量，结果见表5，对所测数据进行作图分析，结果见图3。

图3 土壤中微量元素含量

表5 土壤中微量元素含量(mg/g)

由表5和图3可以看出：不同产地的土壤中每种微量元素含量也有差异，各个元素之间表现出不同的区域值，其中，铁的含量最高，其余几种元素的含量相对较低，锰的平均含量为0.29 mg/g，含量区间为0.13～0.43 mg/g，铜的平均含量为0.22 mg/g，含量区间为0.16～0.27 mg/g，锌的平均含量为0.17 mg/g，含量区间为0.10～0.25 mg/g，铁的平均含量为0.66 mg/g，含量区间为0.34～0.99 mg/g。

结合表3、表4和表5知，麦冬根部及其生长土壤中的每种微量元素的含量都不相同，其中土壤中这四种微量元素含量最高，其次是麦冬主根，麦冬须根中的微量元素最少。另外从试验可以发现，不管在麦冬主须跟还是在其生长土壤中微量元素含量最高的都是铁；且主根、须根和生长土壤各样品中铁的含量差异最为显著，其余三种微量元素含量在各样品之间没有太大的差异性，没有表现出特别明显的区域值。

2.5 微量元素间的相关性分析

2.5.1 麦冬中微量元素间的相关性分析

根据20份麦冬主根中Mn、Cu、Zn、Fe微量元素的含量，用统计软件SPSS对麦冬主根中微量元素的关系进行相关性分析，结果见表6。

表6 麦冬主根中锰、铜、锌、铁元素的相关性分析

注：*在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

由表6可知，麦冬主根中的铁元素与锰在0.05 水平上呈显著正相关，相关系数为0.476；其他元素间无显著相关性。

2.5.2 麦冬主根与土壤中的微量元素间的相关性分析

根据20份麦冬主根以及其生长土壤中Mn、Cu、Zn、Fe四种微量元素的含量，用统计软件SPSS对麦冬主根和土壤中微量元素间的相关性进行分析，结果见表7。

表7 麦冬主根与土壤中的锰、铜、锌、铁元素间的相关性分析

注：*在 0.05 水平(双侧)上显著相关。

由表7可知，麦冬主根中的铜与土壤中的锰具有显著正相关，相关系数为0.492；麦冬主根中的铁与土壤中锰具有显著负相关，相关系数为-0.541；麦冬主根中的锰与土壤中锌具有显著正相关，相关系数为0.482；麦冬主根中的锌元素与土壤中各个元素没有呈现显著相关性。

2.5.3 麦冬须根与土壤中的微量元素间的相关性分析

根据20份麦冬须根及其生长土壤中Mn、Cu、Zn、Fe的微量元素含量，采用统计软件SPSS进行麦冬须根和土壤中微量元素间的相关性分析，结果见表8。

表8 麦冬须根和土壤中的锰、铜、锌、铁元素间的相关性分析

注：**在0.01水平(双侧)上显著相关。

由表8可知，麦冬须根中的铜元素与土壤中的锌呈极显著正相关，相关系数为0.602；麦冬须根中的铜与土壤中的铁具有极显著正相关，相关系数为0.666，麦冬须根中的其他几种微量元素与土壤中的元素均没有显著相关性。

2.6 麦冬主根与土壤中的锰、铜、锌、铁元素间的逐步回归分析

将20份麦冬主根及其生长土壤中Mn、Cu、Zn、Fe四种微量元素的含量，用SPSS软件作逐步回归分析。其中，分别以土壤中的Mn (X1)、Cu(X2)、Zn(X3)、Fe(X4)元素含量作自变量，以麦冬主根中的Mn、Cu、Zn、Fe元素含量作因变量(Y)，建立麦冬主根及其生长土壤中的Mn、Cu、Zn、Fe元素含量关系的回归方程，结果见表9。

表9 逐步回归分析

分析表9可以得出，对麦冬主根中Mn元素含量有主要影响的是麦冬生长土壤中的锌，其中，土壤中锌元素含量对麦冬主根中Mn元素含量有正向促进作用，相关系数为0.449，决定系数R2为0.233；对麦冬主根中Cu和Fe元素含量有主要影响的是其生长土壤中的锰，其中，土壤中锰元素含量对麦冬主根中Cu元素含量有正向促进作用，相关系数为0.099，决定系数R2为0.242；土壤中锰元素含量对麦冬主根中Fe元素含量有抑制作用，相关系数为-0.701，决定系数R2为0.292。土壤中四种微量元素含量均对麦冬主根中Zn元素含量没有明显影响。

3 结论

由试验结果可见，不同区域麦冬中锰、铜、锌和铁含量均不相同，在20份麦冬主根、须根及其生长土壤的样品中，土壤中各微量元素的含量均最高，麦冬须根中锰、铜、锌、铁这四种微量元素含量均很低。综合主根、须根及其土壤中的四种微量元素的含量，不难发现铁元素含量均最高，而含量最低的微量元素在主须根及土壤中不是同一种，麦冬主根及其生长土壤中锌元素含量最低，而在须根中则铜元素含量最低。研究发现，麦冬主根中人体所必需的微量元素的含量相对较高，可补充和协调人体中的微量元素，说明麦冬的药用价值很好。综上所述，可以从微量金属元素这一角度对麦冬药材的药理品质进行评价。

有研究认为土壤中的各个微量元素的含量在一定程度上影响植物药材的微量元素含量，并且对植物的不同部位影响也不一样[12]。通过相关性分析和逐步回归分析，发现麦冬主根中的锰、铜、铁均受到土壤中微量元素的显著影响，其中对主根中含量影响最大的是土壤中的锰元素，而对麦冬须根中的铜有极显著影响的是土壤中的锌和铁，须根中的其他微量元素均不受土壤中各元素的显著影响。通过探讨土壤微量元素对麦冬药材微量元素的影响，在无法改变土壤本身的固有特性时，可以通过追施不同比例的微肥来改变药材中微量元素的含量，因此，建议各地在麦冬栽培过程中因地制宜，根据本地土壤特点，采取合理施肥，以提高麦冬药材的产量和质量。同时本研究丰富了麦冬药材的研究内容，完善了川麦冬的质量评价体系，为其药理作用的深入研究和作用机理的探讨提供了一定的基础，可更好地促进麦冬药材的开发利用。