恩施野生川续断的硒含量与富硒特征①

2020-06-15万佐玺杨万年雷红灵杨兰芳

土壤 2020年2期

万佐玺，杨万年，雷红灵，杨兰芳，徐俊

(1 湖北民族学院生物科学与技术学院，湖北恩施 445000；2 湖北大学资源环境学院，武汉 430062)

川续断(DipsacusasperoidesC Y Cheng et T M Ai)为川续断科川续断属植物，在西藏、四川、湖北、湖南、云南等山区分布广泛，药用部分为根，主要化学成分有三萜皂苷类、生物碱类、环烯醚萜类、挥发油类以及多糖、谷甾醇和多种微量元素，具有强筋骨、续折伤、补肝肾、止崩漏、安胎、抗衰老、提高免疫力等功效[1-2]，是一种用途比较广泛的重要中药材。硒是生命必需的微量元素，缺硒严重影响生命健康，缺硒会使人群和牲畜产生心、肝、肾、肌肉等多种组织的病变，如克山病、大骨节病、牲畜白肌病等疾病[3]，缺硒也与各种心脏疾病和多种癌症有关[4]，适当补充人体中的硒不仅能预防缺硒反应病，还能起到防癌、延缓衰老、增免疫力、防心血管病等多方面保健作用[5]。恩施是我国也是世界著名的富硒地区，享有世界硒都之誉[6-8]，恩施的山地环境比较适合川续断的生长，分布较为广泛，张万福等[9-10]通过对产区的实地调查和查阅自宋代以来有关论述川续断的文献资料，以充分的论据确立了产自恩施的“五鹤续断”的地道性。当前有关川续断的研究主要集中在种质资源、化学成分、药理药效等方面[11-15]，而有关川续断硒含量、富硒特点、硒对川续断生长影响方面的研究鲜见报道。认识川续断的硒含量和富硒特征，对于合理开发利用富硒地区的川续断资源，提升川续断的药用、保健和经济价值具有重要意义。为了认识恩施山区野生川续断的含硒状况及其富硒特征，在恩施山区采集了部分野生川续断植株及其生长的土壤样品，分析了川续断各部分的硒含量及其与土壤硒含量的关系、川续断对硒的生物富集系数和转运系数，以期为恩施地区的道地中药材和硒资源的合理开发与综合利用提供新的科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

选择海拔1 200 m 以上的山地，川续断自然生长繁殖比较丰富的不同地方进行采样。采样时挑选长势比较一致的成熟植株，株高1.5 m 左右，植物材料由张万福副教授鉴定(湖北民族学院退休教师)。2015 年9 月15 日在建始县花坪镇刀背垭村刀背垭选择3 个地块，采集了3 个样品，分别编号为J1、J2 和J3，其中J3 为炭质页岩石煤出露地块；2015 年9 月17日在鹤峰县燕子乡芹草坪村寮叶坪选择一个地块，采集了1 个样品，编号为H；2015 年9 月18 日在恩施市新塘乡双河村鱼塘坝选择3 个地块，采集了3 个样品，分别编号为E1、E2 和E3，其中E1 为硒矿出露地块；2015 年9 月20 日在利川市团堡镇石板岭选择一个地块，采集了1 个样品，编号为L。每个样品根据地块大小按蛇形采样法布置5 ～ 10 个样点，每个点采集一株(蔸)完整的川续断植株，将各点植株混合在一起作为一个样品。在采集川续断植株的样点，用小铁锹将土壤挖成一边垂直的V 型小坑，垂直面深20 cm。然后从垂直面用小铁锹从上向下削约5 cm 厚、20 cm 深的一薄层土壤，将各点处土壤混合在一起，去掉石块和植物残体，混合均匀后，按四分法保留0.5 ～ 1.0 kg 土样装入布袋中，作为该采样地块的土壤样品，带回室内制备分析样品。采样地块的地理位置如表1 所示。

表1 采样点地理位置Table 1 Information of sampling sites

1.2 样品制备

植株采回后，按根、茎、叶和花分开，洗净晾干水分。将根切成薄片装入纸袋，茎剪成约0.5 cm 的小段装入纸袋，叶和花也分别装入纸袋，70 ℃鼓风干燥箱烘干，在干燥器中冷却后磨细，过40 目筛装入塑料瓶，保存在干燥器中备用。

土壤带回实验室后，倒在干净的塑料盘中，摊开呈薄层，剔除石块和植物残体后风干过20 目筛，装瓶混匀，用于基本理化性质分析。从过20 目的样品中分取约50 g 土壤样品过100 目筛，装入塑料瓶中用于分析硒、有机质等。

1.3 化学分析

植物硒含量采用原子荧光法测定[16]，土壤硒含量采用原子荧光法测定[17]。

主要仪器设备：HYP-340 消化炉(上海纤检仪器有限公司)，PF6 原子荧光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)。

2 结果与分析

2.1 硒含量

表2 可见，所采恩施野生川续断样品各部位的硒含量为0.008 ～ 143.94 mg/kg，其中根、茎、叶、花的硒含量范围分别为0.029 ～ 94.87、0.008 ～ 39.45、0.040 ～ 123.14 和0.026 ～ 143.94 mg/kg，以恩施市新塘乡双河村鱼塘坝硒矿出露地块样品E1 硒含量最高，以鹤峰县燕子乡芹草坪村寮叶坪的样品H最低。

表2 川续断样品的硒含量(mg/kg)Table 2 Selenium contents in samples of Dipsacus asperoides

2.2 硒分布

由表2 还表明，不同地点川续断样品硒含量在各部位的分布不同。其中有1 个样品即E2 的硒含量呈根＞花＞叶＞茎，占所在样品数的12.5%；有2 个样品即E1 和E3 的硒含量呈花＞叶＞根＞茎的分布规律，占所采样品数的25%；有1 个样品即J3 的硒含量呈花最高，茎最低，叶和根介于花和茎之间，但二者无显著差异，占所采样品数的12.5%；有3 个样品即J1、J2 和L 的硒含量呈叶＞花＞根＞茎的分布规律，占所采样品数的37.5%；还有一个样品H 是叶最高，茎最低，根和花介于叶和茎之间，但二者无显著差异，占样品总数的12.5%。所有样品的共同特点都是茎的硒含量最低。总的来看，硒含量以叶最高的有4 个样品，占50%；花最高的有3 个，占37.5%；根最高的只有1个，占12.5%。

2.3 川续断硒含量与土壤硒含量的关系

所采集野生川续断生长的土壤样品硒含量变化较大，为0.6 ～ 277.3 mg/kg，以鱼塘坝硒矿地块即E1的土壤硒含量最高，高达277.31 mg/kg。相关分析表明(表3)，川续断根、茎、叶、花的硒含量与土壤硒含量的线性相关系数均在0.999 以上，超过极显著相关的水平，说明川续断硒含量与土壤硒含量之间存在极显著的线性相关。

表3 川续断硒含量与土壤硒含量的相关性Table 3 Correlation of selenium contents in Dipsacus asperoides and in soil

表4 川续断对硒的生物富集系数Table 4 Bioconcentration factors of Dipsacus asperoides to selenium

富集系数也叫富集因子，是指植物中某元素含量与土壤中该元素含量的比值[18]。表4 可见，所采川续断样品的生物富集系数为0.012 ～ 0.727，其中根、茎、叶和花对硒的生物富集系数变化范围分别为0.043 ～ 0.727、0.012 ～ 0.222、0.058 ～ 0.444 和0.038 ～0.519 之间。根和茎的富集系数以E2 最高，以H 最低；叶和花的富集系数以E1 最高，H 最低。其中E2的富集系数是根＞花＞叶＞茎，E1 和E3 的富集系数呈花＞叶＞根＞茎，而J3 的硒含量呈花＞叶=根＞茎，J1、J2、H 和L 的富集系数呈叶＞花＞根＞茎。相关分析表明，只有叶的富集系数与土壤硒含量达到了显著水平，而根、茎、花的富集系数与土壤硒含量之间的相关系数均没有达到显著水平。

2.4 川续断对硒的转运系数和次级转运系数

一般把地上部分某元素含量与根系某元素含量的比值称为转运系数[19]。表5 可见，所采川续断样品对硒的转运系数为0.279 ～ 2.200，其中：茎的转运系数0.279 ～ 0.676，所有样品茎的转运系数均小于1，以样品H 的最小；叶的转运系数0.421 ～ 2.200，有6个样品的转运系数大于1，占75%；花的转运系数在0.626 ～ 1.789，也有6 个样品转运系数大于1，占75%；E1、E2、E3 和J3 4 个样品一致，转运系数都是花＞叶＞茎，除了E2 花的转运系数小于1 外，其余花的转运系数都大于1；而H、J1、J2 和L 4 个样品一致，转运系数都是叶＞花＞茎，它们叶的转运系数均大于1。因此根据川续断对硒的转运系数可以将所采集的川续断样品分为两类，前面4 个花的转运系数最大，可称为花富集型，后面4 个叶的转运系数最大，可称为叶富集型。

表5 川续断对硒的转运系数和次级转运系数Table 5 Transport factors and secondary transport factors of Dipsacus asperoides to selenium

植物地上部分某元素含量与植物茎中该元素含量的比值称为次级转运系数[20-21]。由表5 可知，川续断叶的次级转运系数为1.377 ～ 4.880，花的次级转运系数在2.048 ～ 4.130，所有的次级转运系数都大于1。上面4 个花富集型样品的次级转运系数表现为花＞叶，叶富集型样品的次级转运系数表现为叶＞花。

3 讨论

从所采集川续断样品硒含量来看，变化范围比较宽，为0.010 ～ 143.4 mg/kg，最高硒含量是最低硒含量的近14 400 倍。如果把植物分为3 类，第一类为硒含量显著高的植物，在含硒极低的地区不存在；第二类为能吸收相当数量硒而生长正常的植物，在富硒和低硒区都广泛存在；第三类为吸硒能力差的植物，在富硒土壤上生长极差[22]，那么，川续断应该属于第二类，即能吸收相当数量的硒而生长正常的植物，因为土壤含硒277.3 mg/kg 的土壤中也能正常生长，同时在硒含量低的地区也有分布。如果将植物分为聚硒植物、非聚硒植物和高硫高硒植物3 类[23]，则恩施川续断应该属于聚硒植物。因为聚硒植物能在高硒土壤中，忍耐高浓度的硒而正常生长，非聚硒植物的硒含量一般小于1 mg/kg，高硫高硒植物能积累较高的硒和硫[24-25]。根据土壤硒含量的分级[24-25]，所采恩施川续断生长地的土壤均属于富硒土壤，其中有两个属于硒过量土壤。如果按粮食硒含量标准[24]，有3 个川续断样品的根硒含量、4 个川续断样品的茎硒含量、1个川续断样品的花硒含量属于低硒水平(＜0.04 mg/kg)。由于川续断各部位的硒含量均与土壤硒含量呈极显著的线性相关，说明土壤硒含量决定川续断的硒含量。因川续断是药用植物，以根入药，而目前还没有药材硒含量的标准是按照食品标准来推算的。根据川续断根硒含量y与土壤硒含量x的关系y= 0.343x-0.3501，要使川续断根的硒含量达到足硒标准(0.04 ～0.07 mg/kg)，土壤含硒应大于1.14 mg/kg，要达到富硒标准(0.07 ～ 1.0 mg/kg)，土壤硒含量应在1.23 ～3.94 mg/kg。当然，植物的硒含量除了受土壤硒含量影响之外，也受土壤硒的形态、土壤性质、人为施肥等的影响[26]。为了合理开发利用川续断和硒资源，今后应进一步分析硒在川续断中的存在形态及其与土壤性质的关系。

从本次采集样品的分析表明，恩施川续断硒含量的分布没有固定规律，有的是花的硒含量最高，有的是叶的硒含量最高，有的是根的硒含量最高，共同点就是茎的硒含量最低。一般报道的植物硒含量大多呈现固定的规律，例如盆栽烤烟硒含量呈根＞叶＞茎[21-27]，对玉米样品的分析发现玉米硒含量是叶＞根＞籽粒＞茎秆[28]，盆栽水稻不同生育期的硒含量均呈根＞茎＞叶[29]。本调查中不同地方川续断样品硒含量的分布不一致，应该与土壤类型、土壤性质和生长环境有关。文献报道的其他植物的硒含量都是在相同条件下的结果，而土壤类型、土壤性质和生长环境等会影响植物元素的含量和分布。相同土壤施硒水平下，潮土魔芋硒含量高于红壤，其主要原因是两种土壤酸碱性不同[30]。土壤酸碱性影响土壤硒的形态，中性和酸性下以亚硒酸盐为主，碱性下以硒酸盐态为主[31]，由于亚硒酸盐容易通过配位体交换而被土壤吸附，因此硒酸根比亚硒酸根生物有效性高[32]。如无论是土壤施硒还是叶片施硒，施硒酸盐的水稻籽粒硒含量显著高于施亚硒酸盐的处理[33]。为了弄清川续断硒含量的分布规律，还应该进行相同土壤条件下，不同含硒水平方面的模拟试验研究。

一般用植物中某元素的含量与土壤中某元素含量的比值作为植物对该元素的生物富集系数[34-36]，生物富集系数越高, 表明植物对元素的吸收能力越强[28]。恩施野生川续断对硒生物富集系数为0.012 ～ 0.727，基本上是土壤硒含量越高，生物富集系数越高，但是只有叶的富集系数与土壤硒含量的相关性显著，说明川续断对土壤硒的生物富集系数除了受土壤硒含量影响外，还与其他因素有关。由于最大富集系数达到0.7以上，说明川续断在一定条件下，对土壤硒的富集能力还是比较强的。对魔芋硒含量的研究发现，从恩施采集的自然土壤中生长魔芋对土壤硒的富集系数为0.12 ～ 0.83，也是高硒土壤的富集系数高[22]，川续断对土壤硒的富集系数与此相似。土壤盆栽试验中魔芋硒的富集系数高于天然土壤中魔芋硒的富集系数[22]，说明外源硒比天然土壤中的硒更容易被植物吸收，因此要认识川续断对外源硒的富集能力，还需通过土壤添加外源硒的模拟试验进一步研究。

转运系数可用来评价植物将元素从地下部向地上部的运输和富集能力，当转运系数大于1 时，说明该植物对某元素主要富集在地上部分，值越大越有利于元素在植物地上部分的富集；当转运系数小于1时，说明该植物对某元素主要富集在地下部分[19]。所有样品茎的转运系数均小于1，而多数样品叶和花的转运系数均大于1，说明川续断根系不仅能吸收利用土壤中的硒，还能将其吸收的硒输送到地上部分，并且能在一定的部位如叶或花中富集。根据转运系数将所采集的川续断样品分为花富集型和叶富集型，结合川续断硒含量来看，花富集型的植物硒含量都较高，均在0.2 mg/kg 以上，所在土壤的硒含量也较高，均在2.2 mg/kg 以上；而叶富集型川续断的植物和土壤硒含量均较低，植物硒含量均小于0.08 mg/kg，土壤硒含量均小于0.8 mg/kg。由此说明在低硒土壤环境下，川续断吸收的硒优先在叶中富集，在高硒土壤环境中，川续断吸收的硒会向花中转运并在花中富集。硒的次级转运系数可以反映植物从根系输送到茎部的硒向其他部分转运的能力，所有川续断样品的次级转运系数均大于1，说明川续断茎中的硒容易向其地上其他部位转运而不在茎富集。在低硒土壤环境下，硒被输送到叶中富集，在高硒的土壤环境下，促进硒在花中富集。利用转运系数来研究植物对硒吸收富集还不多见，姜超强等[21]研究了土壤施硒对烤烟次级转运系数的影响，烤烟叶的次级转运系数为2.8 ～4.1，这跟川续断的次级转运系数基本一致。