不同种源和规格浙贝母中矿质元素和总生物碱含量分析评价

李金金，王 丹，唐玉琴，谷文超，周 浓，石汝杰

（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）

浙贝母（Fritillana thunbergiiMiq.）为百合科贝母属多年生草本植物［1］。原产于浙江宁波，现在江苏、重庆、江西等地均有种植栽培［2］，其入药部位为地下鳞茎，具有清热、化痰、解毒、消痈等功效［3］。现代研究表明，浙贝母也具有镇痛抗炎、降压活血、溶石止泻、抗菌抗肿瘤等药理学活性［4］，与白术、白芍、延胡索、杭白菊、温郁、玄参、笕麦冬等合称为“浙八味”［5］。随着中医药健康体系的快速发展，浙贝母的市场需求与日俱增，全国年需求量约100万公斤，重庆有利的自然条件为浙贝母引种栽培提供了条件，目前已成为促进重庆中药材产业振兴的主推中药材品种之一。

温度、光照、水分和土壤理化性质对中药材的生长及品质有直接影响，其中土壤是直接影响中药材生长发育、产量及品质的一个关键性因子［6-7］。土壤中矿质营养元素含量与药用植物生长发育、次生代谢物质形成密切相关，是中药材中有效成分不可或缺的构成因子［8-10］。目前，国内外学者对浙贝母的研究多见于其化学成分和药理作用方面［11-14］，对不同产地浙贝母矿物元素构成及分布特征研究较少。鉴于此，本研究以江苏南通、浙江磐安、重庆奉节、浙江宁波产浙贝母为种源，采用大田试验并结合原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法和高效液相色谱法分析浙贝母矿物元素和生物碱含量的差异，为浙贝母品质评价和引种栽培工作提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

浙贝母种源购自江苏南通、浙江磐安、重庆奉节、浙江宁波，经重庆三峡学院生物与食品工程学院周浓教授鉴定为浙贝母（Fritillaria thunbergiiMiq.）。按其规格大小分为小贝（≤80个/千克）、中贝（81~120 个/千克）、大贝（121~160 个/千克），样品信息如表1所示。

表1 种源信息Tab. 1 Source information

田间试验于2018年10月~2019年5月在重庆市万州区龙驹镇梧桐村浙贝母优质种源基地露地进行。按照株行距20 cm × 20 cm，试验设3 种不同规格大小进行分级处理：小贝、中贝、大贝。各处理均施加商品有机肥（有机质含量为45%以上，不含氮磷钾肥）各3.0 g·kg-1基肥。整个生长期间进行水肥管理，随时清除田间杂草并防治病虫害。栽培前采集土样做对照组（CK 组），2019年5月收获各样品组浙贝母（S1~S12），置于恒温干燥箱45 ℃烘干至恒重，粉碎，过80 目筛备用。收获药材同时采集各样品组根际土壤（S1~S12），风干、粉碎，过80 目筛备用。

1.2 主要仪器

电感耦合等离子体质谱仪（EXPEC 7000，聚光科技（杭州）股份有限公司）；原子荧光光度计（AFS-8510，北京海光仪器有限公司）；高压微波消解仪（MARS6 ，美国CEM 公司）；超纯水机（Milli-Q Ad‑vantage A10，美国Millipore 公司）；万分之一电子天平（SQP Sartorius，德国Sartorius公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 浙贝母药材消解

取浙贝母样品粉末0.2 g 于聚四氟乙烯消解罐内，加入浓硝酸8 mL，密封，浸泡过夜，置于微波消解仪中按设定的消解程序消解处理，消解完全后，取出冷却，用去离子超纯水定容至25 mL容量瓶中，同时取8 mL浓硝酸制备空白溶液［15］。

1.3.2 指标测定

以锗（Ge）、铑（Rh）、铋（Bi）为内标元素，采用电感耦合等离子体质谱法测定钾（K）、磷（P）、镁（Mg）、钙（Ca）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）、硼（B）、镍（Ni）、钡（Ba）、镉（Cd）、铅（Pb）、钼（Mo）、铈（Ce）、钕（Nd）、镧（La）、钴（Co）、锑（Sb）、硒（Se）、镨（Pr）、钐（Sm）。采用氢化物发生原子荧光光谱法测定As［16］。浙贝母总生物碱含量测定参照《中国药典（2020）》浙贝母项。

1.3.3 仪器参数

ICP-MS：功率1.4 kW，雾化气流量1.224 L·min-1，辅助气流量1.0 L·min-1、冷却气流量14.0 L·min-1，雾化室温度2.0℃，蠕动泵速30 r·min-1，采样深度3.91 mm，扫描次数10次，分析时间26 s。

AFS：汞灯，负高压290 V，载气流量0.4 L·min-1，屏蔽器流量1.0 L·min-1，灯电流10 mA，重复次数3次，读数时间10 s。

1.4 数据处理

采用Excel 2010 软件对测定数据进行处理，SPSS 20.0软件对数据进行相关性分析、聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同种源地和种源规格浙贝母矿质元素含量差异分析

由表2 可见，浙贝母中常量矿质营养元素（P、K、Ca、Mg）质 量 分 数 为725.664~30 257.236 mg·kg-1；微量矿质营养元素（B、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Ni）质 量 分 数为0.025~425.452 mg·kg-1；重金属元素（Co、As、Se、Cd、Sb、Ba、Pb）质 量 分 数 为0.016~2.296 mg·kg-1；稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm）质 量分 数 为0.017~0.304 mg·kg-1，总体上各矿质元素分布趋势为：K>P>Mg>Ca>Fe>Cu>Zn>Mn>B>Ni>Ba>Cd>Pb>Mo>As>Ce>Nd>La>Co>Sb>Se>Pr>Sm。

其中，P、K、Ca、Mg、B、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、Ni 是植物生长所必需的矿质营养元素，对药用植物的产量和品质具有重要意义。不同种源浙贝母中Mg、Mn、Mo和Fe元素平均含量存在差异，有统计学意义（P＜0.05）。宁波种源浙贝母Mg、Mn 和Fe 元素平均含量最高，分别为1 061.082 mg·kg-1、26.923 mg·kg-1和210.216 mg·kg-1；南通种源浙贝母Mo 元素平均含量最高，为0.176 mg·kg-1，其它必需矿质营养元素平均含量差异均未达到显著水平。

Co、As、Se、Cd、Sb、Ba 和Pb 是重金属和有害矿质元素，虽然有很多研究表明低剂量的重金属对药用植物的生长及品质具有促进作用，但更重要的是重金属污染会对中药材产量、品质和商品价值造成不利影响。由表2可以看到，不同种源浙贝母中Pb、Cd 和Co 元素平均含量存在差异，有统计学意义（P＜0.05）；重庆奉节种源浙贝母中Pb 和Co 元素平均含量最高，分别为0.807 mg·kg-1和0.105 mg·kg-1；浙江宁波种源浙贝母中Cd 元素平均含量最高，为0.765mg·kg-1；其它重金属元素平均含量差异均未达到显著水平。对照《中国药典（2020 版）》、《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》、《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》、《中医药-中药材重金属限量》以及欧盟、美国、英国、德国、日本、新加坡、马来西亚和韩国等对中草药样品中重金属及有害元素含量的限量标准［17］，重庆奉节和浙江宁波种源浙贝母中重金属镉（Cd）含量超过上述限量标准，4 个种源浙贝母铜（Cu）元素含量均超过《中国药典》和马来西亚限量标准；As和Pb含量处在安全水平。

La、Ce、Pr、Nd、Sm 是稀土元素，目前在农业生产中有广泛的应用，低浓度的稀土元素对作物的增产、抗逆和品质提高均有一定的促进作用。由表2可以看到，La+Ce+Nd 占5 种稀土平均含量的91.4%~92.1%，其中浙江宁波种源浙贝母中5 种稀土元素平均含量最高，分别为0.168mg·kg-1、0.383mg·kg-1、0.037mg·kg-1、0.145mg·kg-1、0.026mg·kg-1，与其它种源浙贝母中稀土元素平均含量差异达显著水平。

表2 不同种源浙贝母矿质元素含量差异分析（mg·kg-1）Tab. 2 Contents of mineral elements in F. thunbergii from different origins and grades（mg·kg-1）

不同规格种源浙贝母23 种矿质元素测定结果如表3 所示。总体上，大贝种源浙贝母矿质元素含量>中贝种源浙贝母矿质元素含量>小贝种源浙贝母矿质元素含量；不同规格种源浙贝母中K、Mg、Ca、Mn、B、Ba、Cd、Pb、Mo、As、Ce、Nd、La、Co、Pr 和Sm元素含量差异无统计学意义；大贝种源和中贝种源浙贝母中P、Fe、Cu、Zn、Ni、Sb 和Se 元素含量差异不显著，但与小贝种源浙贝母中元素含量差异显著。对照中国及部分国家有关中药重金属的限量标准，Cd 和Cu 两种元素含量超过上述限量标准，As和Pb含量处于安全水平。

表3 不同规格种源浙贝母矿质元素含量差异分析（mg·kg-1）Tab. 3 Contents of mineral elements in F. thunbergii from different grades（mg·kg-1）

2.2 浙贝母矿质元素主成分分析（PCA）

主成分分析是将众多的变量通过降维，重新组合成为少数几个因子表示，并且保证原始信息损失最小。为探索不同种源浙贝母矿质元素间的因子关系，运用SPSS 20.0 软件进行主成分分析，结果见表4。由表4可知，不同种源浙贝母矿物元素含量信息主要集中在前4 个主成分，累积贡献率高达88.009%，说明所提取的4个主成分能够较为全面地反映矿物元素的主要特征。其中，主成分1 的特征值为12.63，可以解释54.913%的原始数据变量信息，K、P、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn、B、Ba、Cd、Ce、Nd、La、Co、Sb、Se、Pr和Sm18种矿质元素的载荷值大于0.6，说明这些元素对主成分1 贡献较大；主成分2 的特征值为3.853，可以解释16.753%的原始数据变量信息，对主成分2 贡献最大的是As 和Mo；主成分3 的特征值为2.597，可以解释11.289%的原始数据变量信息，对主成分3 贡献最大的是Ca；主成分4 的特征值为1.162，可以解释5.053%的原始数据变量信息，各元素在主成分4 中的载荷值比较低，可作为前3个主成分变量信息的补充。

表4 主成分的特征值及方差贡献率Tab. 4 Eigenvalues and variance contribution of principal components

2.3 不同种源和规格浙贝母对矿质元素的吸收富集分析

富集系数（EC）是植物体中的元素含量与土壤中同种元素含量的比值，能客观反映植物对土壤中元素富集作用的强弱［18］。不同种源和规格浙贝母对矿质元素的富集能力如表5 所示，可以看出不同种源浙贝母对植物必须营养元素的富集作用较强，富集能力顺序为：Cu>P>K>Mg>Zn>B>Mo>Ca>Ni>Fe，其中对Mg、P、K、Cu元素的富集系数均大于1，重庆奉节种源浙贝母的Zn 富集系数最高，为1.23；浙贝母对重金属及有害元素的富集能力顺序为：Cd>Sb>As>Pb>Co>Ba，其中Cd 的富集系数最大，江苏南通、浙江磐安、重庆奉节、浙江宁波4 个种源浙贝母对Cd 的 富 集 系 数 分 别 为4.354、4.896、12.888、15.619；浙贝母对5 种稀土元素的富集能力顺序为：La>Pr>Ce>Nd>Sm，其富集系数均小于1，说明浙贝母对稀土元素的富集能力较弱。

表5 富集系数Tab. 5 Enrichment factors

种源规格大小对浙贝母富集矿质元素能力：植物必需营养元素>重金属及有害元素>稀土元素，Cu>P>K>Mg>Zn>B>Mo>Ca>Ni>Fe>Cd>Sb>As>Pb>Co>Ba>La>Pr>Ce>Nd>Sm；大贝种源浙贝母>中贝种源浙贝母>小贝种源浙贝母，说明浙贝母种源规格越大，浙贝母产量越高，越能吸收矿质元素。

2.4 不同种源浙贝母总生物碱及其与矿质元素相关性分析

采用HPLC 法测定了浙贝母中总生物碱含量，结果见表6。可以看出，种源地对生物碱含量有显著影响，不同种源浙贝母生物碱含量差异显著。其中，江苏南通种源浙贝母总生物碱含量最高，重庆奉节和浙江宁波种源浙贝母总生物碱含量差异不显著，但与浙江磐安种源浙贝母总生物碱含量差异显著。虽然不同规格浙贝母总生物碱含量差异没有统计学意义，但总的来看，大贝种源浙贝母总生物碱含量>中贝种源浙贝母总生物碱含量>小贝种源浙贝母总生物碱含量，说明浙贝母规格越大，浙贝母产量越高，总生物碱含量越高。

表6 浙贝母总生物碱含量（mg/g）Tab. 6 Total alkaloid content of F. thunbergii （mg/g）

通过对浙贝母矿质元素与总生物碱进行相关性分析，结果如表7 所示，总生物碱含量与B 和Mo具有显著正相关，相关系数为0.670 和0.825。虽然B 和Mo 不是生物碱的组成元素，但它们作为酶的辅助成分，可以参与浙贝母生物碱的合成与积累。同时也说明，在浙贝母的栽培过程中，要重视含微量元素B 和Mo 肥料的施用。

表7 浙贝母中总生物碱与矿质元素相关性分析Tab. 7 Correlation analysis of total alkaloid and mineral elements in F. thunbergii

3 结论与讨论

本研究采用ICP-MS 法和HPLC 法分别测定不同种源地产新浙贝母中K、P、Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn、B、Ni、Ba、Cd、Pb、Mo、As、Ce、Nd、La、Co、Sb、Se、Pr和Sm 23种矿质元素含量及浙贝母总生物碱的含量，并进行统计分析和综合评价，为重庆地区引种栽培浙贝母提供科学依据。不同产区地球化学背景对浙贝母元素吸收的影响大于种源和生长物候期等因子［19-20］。本研究结果表明，总体上各矿质元素分布趋势为：K>P>Mg>Ca>Fe>Cu>Zn>Mn>B>Ni>Ba>Cd>Pb>Mo>As>Ce>Nd>La>Co>Sb>Se>Pr>Sm，重庆奉节和浙江宁波种源浙贝母中重金属Cd 含量超过限量标准，4 个种源地浙贝母Cu 元素含量均超过相应限量标准；As 和Pb 含量处在安全水平。此外，不同规格种源浙贝母对元素的吸收能力也具有一定差异性，大贝种源浙贝母对矿质元素吸收能力较高。主成分分析结果表明，K、P、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn、B、Ba、Cd、Ce、Nd、La、Co、Sb、Se、Pr、Sm、As、Mo 和Ca 21 种矿质元素的载荷值均大于0.6，累计贡献率83%，可以用它们作为评价浙贝母的特征矿质元素；富集系数表明，浙贝母对Mg、P、K、Cd、Cu 元素均表现出较强的富集作用。因此，引种栽培浙贝母时，一方面要对土壤中重金属元素含量进行分析评价，另一方面要引入消减重金属含量的栽培措施，以此降低浙贝母对重金属的富集。

在浙贝母总生物碱分析中，不同种源浙贝母生物碱含量差异显著。其中，江苏南通种源浙贝母总生物碱含量最高，大贝种源浙贝母总生物碱含量>中贝种源浙贝母总生物碱含量>小贝种源浙贝母总生物碱含量。浙贝母总生物碱含量与B 和Mo 具有显著正相关。因此，在今后浙贝母引种栽培时，可优先引种江苏南通种源。同时，在浙贝母的栽培过程中，注意微量必需营养元素B和Mo的施用。

不同种源和不同规格种源浙贝母矿质元素及总生物碱的分布特征为引种浙贝母提供了科学参考依据，也将为下一步课题组深入研究矿质元素对浙贝母药用成分积累影响奠定基础。