滇重楼根际土壤有效性元素与药材质量相关性分析

阳文武，王 巍，赵顺鑫，谷文超，黄小兰，李紫君，周 浓*

（1.重庆市万州食品药品检验所，重庆404000；2.重庆市涪陵食品药品检验所，重庆408000；3.重庆三峡学院生物与食品工程学院，三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室，重庆404120；4.大理大学药学院，大理671000）

滇 重 楼［Paris polyphyllavar.yunnanensis（Franch.）Hand.-Mazz.］为百合科重楼属多年生药用植物，以干燥根茎入药，具有清热解毒、止痛消肿、凉肝定惊等功效［1］，同时也具有抗肿瘤、抗病毒、抗炎等多种药理作用［2-4］。近年来由于药用需求增多而被大肆采挖，导致其野生资源逐渐枯竭，发展栽培种植品解决野生资源供应不足的问题已迫在眉睫。

根际是土壤与植物根茎相互作用的界面，也是植物体与土壤进行物质交换和能量转换的重要节点，而根际土壤中的有效元素对植物的生长发育起着至关重要的作用［5-7］。研究表明，根际土壤中有效Mn和有效Cu含量对太白贝母总生物碱的积累具有促进作用，而有效Fe含量与贝母辛含量呈显著负相关［8］。沈晓凤等［9］研究发现根际土壤中有效元素对丹参有效成分的合成和积累有重要影响，特别是有效N、B及Fe对丹参酮合成积累具有促进作用。目前关于滇重楼根际土壤有效性元素含量分布特征及与药材品质相关性分析的报道较少。课题组前期研究发现，西南地区野生滇重楼根际土壤有效N平均含量高于栽培品，而有效P、有效K平均含量低于栽培品，且以上3种有效元素与土壤酶活性具有显著相关性，对滇重楼根茎中总皂苷、总多糖及总黄酮的累积不具有积极作用［10］。本研究在前期研究的基础上，对西南地区不同产地滇重楼根际土壤中的有效Mn、Fe、Cu、Zn、Ca、Mg、B等元素进行研究，比较野生品与栽培品含量的差异性及其分布规律，并对有效性元素与其活性成分进行相关性分析，探究元素有效性对滇重楼入药品质影响规律，为滇重楼的科学化栽培种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

EXPEC 7000型电感耦合等离子体质谱仪（杭州聚光科技股份有限公司），UV-2450型紫外可见分光光度计（日本岛津集团），ZD-85型气浴恒温震荡器（江苏省金坛市精达仪器制造有限公司），HDL-4型离心机（江苏省金坛市鸿科仪器厂），C-MAGHP4型数显加热板（德国IKA公司）。

1.2 样品与试药

27份滇重楼样品采集于云南、贵州、四川3个省份，样品详细信息见表1，其中野生品11份、栽培品16份。为保证实验结果的准确性和一致性，每个采集地使用对角线法（栽培品）或多点法（野生品）收集滇重楼药材10～15株，去掉地表枯枝落叶层，运用木铲轻轻挖掉表面的浮土，采用抖根法收集根际土壤，每个土壤样本平行采集3份，将其混匀用四分法取样保留约1 kg的根际土壤［11］。采集药材及须根于45℃烘箱烘干，粉碎，过100目筛。根际土壤样品风干，研磨，过100目筛。

表1 样品来源Table 1 Sample sources

元素标准溶液（1 000μg·mL-1）：镁（Mg，批号：GSB04-1735-2004）、钙（Ca，批 号：GSB04-1720-2004）、铁（Fe，批号：GSB04-1726-2004）、铜（Cu，批号：GSB04-1725-2004）、锌（Zn，批号：GSB04-1761-2004）、锰（Mn，批号：GSB04-1736-2004）、硼（B，批号：GSB04-1716-2004）均购自国家有色金属及电子材料分析测试中心；乙酸铵、氯化锶、铬蓝K、萘酚绿B、硝酸、二乙三胺五乙酸（DTPA）、氯化钙、三乙醇胺（TEA）、无水碳酸钠、无水乙醇、95%乙醇、姜黄素、草酸、氨水均为国产分析纯，实验用水为去离子超纯水。

1.3 测定方法

有效Zn、Mn、Fe、Cu利用DTPA浸提，采用电感耦合等离子体质谱仪测定［12］；有效Ca、Mg利用乙酸铵溶液浸提，采用电感耦合等离子体质谱仪测定［13］；有效B利用沸水浸提-姜黄素比色，采用紫外可见分光光度计测定［14］。

1.4 有效成分含量测定

采用超高效液相色谱法测定，具体见课题组报道［15］。

1.5 数据分析

采用Excel 2010软件对数据进行分析，采用SPSS 20.0软件进行相关性分析、聚类分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 滇重楼根际土壤有效元素含量

不同产地滇重楼根际土壤有效元素含量结果见表2，部分存在显著性差异（P<0.05）。滇重楼野生品根际土壤有效Mn的含量为23.027～146.907 mg·kg-1，平均值为83.963 mg·kg-1；栽培品根际土壤有效Mn的含量为8.909～62.073 mg·kg-1，平均值为31.460 mg·kg-1。整体上看，野生品根际土壤有效Mn的含量高于栽培品。

表2 滇重楼根际土壤有效元素含量Table 2 Effective element content of rhizosphere soil of P.polyphylla var.yunnanensis±s,n=3

表2 滇重楼根际土壤有效元素含量Table 2 Effective element content of rhizosphere soil of P.polyphylla var.yunnanensis±s,n=3

注：同列不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。

NO.Yt-1 Yt-2 Yt-3 Yt-4 Yt-5 Yt-6 Yt-7 Yt-8 Yt-9 Yt-10 Yt-11均值CV（%）Zt-1 Zt-2 Zt-3 Zt-4 Zt-5 Zt-6 Zt-7 Zt-8 Zt-9 Zt-10 Zt-11 Zt-12 Zt-13 Zt-14 Zt-15 Zt-16均值CV（%）Mn（mg·kg-1）107.257±0.943c 76.406±0.631f 81.888±1.200e 77.250±0.649f 23.027±0.185j 134.691±2.068b 66.718±0.988g 58.440±0.523i 146.907±1.459a 89.308±0.902d 61.697±0.269h 83.963 41.89 28.193±0.484fg 30.646±0.304e 27.150±1.064g 40.952±0.355c 28.913±1.354f 8.909±0.136l 28.012±0.377fg 58.548±0.568b 25.222±0.247h 9.752±0.102l 15.256±0.140k 34.771±0.327d 62.073±0.779a 22.643±0.157i 20.856±0.307j 61.457±0.508a 31.460 53.14 Fe（mg·kg-1）42.077±0.855a 17.365±0.262g 38.224±0.713b 36.156±0.474c 17.955±0.409g 31.501±0.376e 11.547±0.100h 36.003±0.394c 12.219±0.401h 19.993±0.376f 33.911±0.746d 26.996 41.70 35.682±0.924b 6.169±0.124k 3.990±0.085l 10.850±0.243i 4.329±0.089l 5.566±0.006k 2.640±0.048m 28.800±0.573d 20.941±0.296g 38.032±0.407a 24.690±0.338e 31.989±0.593c 8.698±0.318j 28.119±0.392d 22.762±0.054f 16.133±0.230h 18.087 67.86 Cu（mg·kg-1）0.311±0.212g 0.695±0.012f 0.710±0.027f 1.383±0.037d 3.244±0.079a 1.868±0.042b 1.691±0.026c 1.383±0.032d 0.766±0.013f 0.073±0.002h 1.187±0.030e 1.210 72.42 5.530±0.184a 2.700±0.091d 0.581±0.007k 4.878±0.307b 0.069±0.001l 0.862±0.019ij 0.701±0.016jk 3.292±0.076c 1.010±0.025i 1.606±0.038fg 0.098±0.001l 1.241±0.020h 1.744±0.010f 2.184±0.059e 1.524±0.020g 1.770±0.021f 1.862 84.39 Zn（mg·kg-1）1.073±0.025h 8.013±0.214a 3.426±0.077c 1.449±0.028g 7.259±0.110b 2.116±0.035e 1.104±0.028h 2.826±0.055d 1.827±0.029f 0.393±0.173i 0.234±0.078i 2.702 97.11 5.738±0.141f 12.304±0.293b 3.037±0.050hi 2.749±0.098i 0.090±0.001m 0.714±0.016l 2.830±0.029i 7.028±0.181e 3.307±0.082h 1.317±0.014k 0.849±0.003l 9.874±0.145c 5.009±0.083g 8.954±0.164d 2.063±0.039j 24.476±0.423a 5.646 109.03 Mg（cmol·kg-1）1.146±0.022k 10.250±0.040a 4.867±0.119c 1.811±0.045h 7.411±0.072b 3.376±0.049e 1.442±0.023j 2.417±0.036g 4.310±0.018d 2.715±0.024f 1.549±0.010i 3.754 75.78 2.095±0.041jk 6.327±0.227a 1.366±0.031l 4.234±0.063e 2.172±0.064j 1.016±0.026m 3.134±0.094h 2.978±0.080h 5.525±0.099c 1.931±0.049k 1.930±0.047k 3.365±0.082g 5.037±0.134d 5.932±0.141b 2.419±0.048i 3.633±0.122f 3.318 50.06 Ca（cmol·kg-1）15.882±0.767f 58.958±1.242b 18.098±0.646e 6.751±0.483i 62.303±1.617a 12.627±0.371g 10.065±0.438h 16.124±0.449f 48.558±0.753c 4.820±0.342j 46.074±0.800d 27.296 80.36 77.843±2.267a 51.748±2.036c 17.341±0.655i 19.845±0.743hi 7.733±0.493k 21.086±0.697h 75.651±1.719a 32.268±1.228f 24.292±1.024g 5.435±0.781kl 4.347±0.806l 14.199±0.346j 30.804±0.973f 36.645±1.575e 48.321±1.762d 60.472±1.815b 33.002 71.70 B（mg·kg-1）0.317±0.011c 0.146±0.006g 0.522±0.018a 0.291±0.007d 0.185±0.027f 0.280±0.011d 0.252±0.004e 0.274±0.006de 0.402±0.006b 0.191±0.015f 0.177±0.006f 0.276 39.87 0.157±0.009f 0.443±0.013d 0.161±0.013f 0.878±0.012b 0.439±0.006d 0.159±0.006f 1.274±0.022a 0.492±0.004c 0.496±0.009c 0.142±0.013f 0.362±0.062e 0.157±0.009f 0.470±0.006cd 0.161±0.013f 0.435±0.009d 1.301±0.009a 0.470 79.79

滇重楼野生品根际土壤有效Fe的含量为11.547～42.077 mg·kg-1，平均值为26.996 mg·kg-1；栽培品根际土壤有效Fe的含量为3.990～38.032 mg·kg-1，平均值为18.087 mg·kg-1。整体上看，野生品根际土壤有效Fe的含量高于栽培品。

滇重楼野生品根际土壤有效Cu的含量为0.073～3.244 mg·kg-1，平均值为1.210 mg·kg-1；栽培品根际土壤有效Cu的含量为0.069～5.530 mg·kg-1，平均值为1.862 mg·kg-1。整体上看，栽培品根际土壤有效Cu的含量高于野生品。

滇重楼野生品根际土壤有效Zn的含量为0.234～8.013 mg·kg-1，平均值为2.702 mg·kg-1；栽培品根际土壤有效Zn的含量为0.090～24.476 mg·kg-1，平均值为5.646 mg·kg-1。整体上看，栽培品根际土壤有效Zn的含量高于野生品。

滇重楼野生品根际土壤有效Mg的含量为1.146～10.250 cmol·kg-1，平 均 值 为3.754 cmol·kg-1；栽培品根际土壤有效Mg的含量为1.016～6.327cmol·kg-1，平均值为3.318 cmol·kg-1。整体上看，野生品根际土壤有效Mg的含量高于栽培品。

滇重楼野生品根际土壤有效Ca的含量为4.820～62.303 cmol·kg-1，平均值为27.296 cmol·kg-1；栽培品根际土壤有效Ca的含量为4.347～77.843cmol·kg-1，平均值为33.002 cmol·kg-1。整体上看，栽培品根际土壤有效Ca的含量高于野生品。

滇重楼野生品根际土壤有效B的含量为0.146～0.522 mg·kg-1，平均值为0.276 mg·kg-1；栽培品根际土壤有效B的含量为0.142～1.301 mg·kg-1，平均值为0.470 mg·kg-1。整体上看，栽培品根际土壤有效B的含量高于野生品。

总的来看，滇重楼野生品根际土壤中的有效Mn、Fe、Mg高于栽培品，而有效Cu、Zn、Ca、B低于栽培品。野生品中，Yt-2产地有效Zn、Mg含量较高；Yt-5产地有效Cu、Ca含量较高；Yt-1、Yt-3、Yt-9分别以有效Fe、B、Mn含量为最高。此外，野生产地中，有效Zn和有效Ca的变异系数较大，分别达97.11%和80.36%，表明有效Zn和Ca在野生产地中离散程度较大。栽培品中，Zt-1产地有效Cu、Ca含量较高；Zt-16产地有效Zn、B含量较高；Zt-2、Zt-10、Zt-13等产地分别以有效Mg、Fe、Mn含量为最高。其中栽培产地的有效Zn和有效Cu的变异系数较大，分别达109.03%和84.39%，表明有效Zn和Cu在栽培产地中离散程度较大。

2.2 相关性分析

重楼皂苷是滇重楼最重要的化学成分，课题组前期已对同一批滇重楼样品的9种甾体皂苷含量进行了测定分析［15］，结合前期研究数据，利用SPSS软件分别对土壤有效元素之间及有效元素与重楼皂苷之间进行相关性分析，结果见表3-4。由表3可知，有效Cu与有效Ca之间呈显著正相关（r=0.406，P<0.05）；有效Zn与有效Mg、Ca、B之间均呈显著正相关（r=0.430、0.477、0.417，P<0.05）；有效Ca与有效Mg之间呈显著正相关（r=0.434，P<0.05），表明各土壤有效元素之间表现协同作用。由表4可知，有效Mn与纤细薯蓣皂苷呈显著负相关（r=-0.400，P<0.05）；有效B与重楼皂苷I、V之间均呈显著负相关（r=-0.413、-0.446，P<0.05），表明土壤有效元素含量对滇重楼品质有一定影响，过多的有效Mn和有效B含量不利于重楼皂苷积累。

表3 滇重楼根际土壤有效元素相关性分析Table 3 Correlation analysis of available elements in rhizo⁃sphere soil of P.polyphylla var.yunnanensis

表4 滇重楼根际土壤有效元素与重楼皂苷相关性分析Table 4 Correlation analysis between effective elements and polyphylla saponins in rhizosphere soil of P.polyphylla var.yunnanensis

2.3 聚类分析

利用SPSS软件分别对不同产地滇重楼根际土壤有效元素进行聚类分析，见图1。当欧式距离为15时，滇重楼产地被分成4大类，其中Zt-7、Zt-16为I类；Zt-1单独为II类；Yt-2、Yt-9为III类；剩余产地为IV类。结果表明，栽培产地根际土壤有效元素含量整体略高于野生产地。

图1 滇重楼根际土壤有效元素聚类分析Fig.1 Cluster analysisof available elements in rhizosphere soil of P.polyphylla var.yunnanensis

2.4 滇重楼根际土壤有效元素与滇重楼质量的回归分析

为了更加准确的找出影响滇重楼重楼皂苷的重要有效性元素，对所有产地的滇重楼根际土壤有效性元素与重楼皂苷进行逐步回归分析［9］，模型中设置α=0.05的检验水准。采用稳健逐步回归分析得到以下回归方程：

纤细薯蓣皂苷=0.666-0.005 Mn

重楼皂苷I=9.638-6.037 B

重楼皂苷V=0.707-0.499 B

结果表明，滇重楼根际土壤有效Mn主要影响纤细薯蓣皂苷的含量；有效B主要影响重楼皂苷I、V的含量，与相关性分析结果一致。

3 讨论

药材植物的健康生长离不开其根际土壤中的微量元素，有效的微量元素可以直接被植物吸收［16］，参与植物的各种理化反应。同时，根际土壤中有效元素含量的高低也间接反映了土壤肥力的状况。Fe、Mn、Zn、Cu、B是中药材植物体内重要的微量元素。研究发现，缺Fe会引起植物出现黄叶病，缺Mn则会导致现黄斑症，而缺B则使植物花而不实，缺Zn可能导致小叶病的发生［17］。本研究结果表明，野生品中云南省保山市（Yt-9）有效元素含量总量最高，其中有效Mn含量最为丰富，是野生产地均值的1.75倍；云南省易门县（Yt-7）有效元素含量最为贫瘠，除有效Cu外，其他有效元素含量均低于均值。而栽培品中，云南省剑川县（Zt-16）有效元素含量总量最高，其中有效Mn、Zn、Mg、Ca、B等元素含量均高于栽培产地均值；云南省易门县（Zt-6）有效元素含量最为贫瘠，所有有效元素含量均低于均值。可以看出，云南产地的滇重楼根际土壤有效元素含量差异性最大，其中易门县产地的野生与栽培滇重楼根际土壤有效元素含量均较低，造成这种状况的原因可能与当地的pH有关。前期研究表明，云南省易门县滇重楼的根际土壤pH为7.22～7.24［10］，呈弱碱性，而土壤中的Fe、Cu等元素易生成氢氧化物沉淀而被固定［18］。此外，也有研究发现土壤有效B和Mn与pH呈显著负相关［19-21］，因此易门县产地土壤的有效元素含量较低。同时，不同滇重楼产地根际土壤有效元素含量的差异性也可能与其群落结构和微生物种类有关［22-23］，对于有效元素含量较低的产地，应根据所在地的实际情况制定适当的施肥方案，补充所缺微量元素，以保证滇重楼根际土壤有效元素的丰富度。

相关性分析和回归分析表明，滇重楼根茎中的纤细薯蓣皂苷与其根际土壤有效Mn呈显著负相关，根茎中的重楼皂苷I、V均与其根际土壤有效B呈显著负相关，说明根际土壤中的有效Mn和B含量过高不利于重楼皂苷积累。因此，在种植滇重楼时，应适当降低含Mn和B的微肥，以保证滇重楼根茎的入药品质。此外，滇重楼根际土壤各有效元素之间呈显著的正相关，其中有效Cu与有效Ca之间，有效Zn与有效Mg、Ca、B之间，有效Ca与有效Mg之间均存在正相关性，说明土壤中各有效性元素之间具有协同的作用，与前期研究结果一致［10］。

综上，不同产地滇重楼根际土壤有效元素含量差异性较大，野生产地根际土壤中的有效Mn、Fe、Mg高于栽培产地，而栽培产地根际土壤中的有效Cu、Zn、Ca、B高于野生产地。根际土壤有效元素与其根茎品质具有一定相关性，特别是有效Mn和有效B元素，对部分重楼皂苷的累积具有拮抗作用。因此，明确土壤中各有效性元素含量的分布规律，有利于了解土壤中有效性元素的丰缺状况，从而制定合理的施肥计划，为滇重楼的科学化种植提供参考。