不同产地葛功能成分含量与矿质元素相关性研究

2022-11-11彭斯文朱校奇卢红玲谢进戴艳娇黄艳宁龙世平

湖南生态科学学报 2022年4期

彭斯文，朱校奇，卢红玲，谢进，戴艳娇，黄艳宁，龙世平

(湖南省农业科学院湖南省农业环境生态研究所, 湖南长沙 410125)

葛(Puerariamontana)为豆科(Leguminosae)葛属(Pueraria)多年生落叶藤本植物[1]。2020版《中国药典》规定其干燥根为药材葛根。秋冬二季采挖，趁鲜切成厚片或小块；干燥入药。葛根味甘、辛，性凉；归肺、胃经；能解肌退热，生津止渴，透疹，升阳止泻，舒经活络，解酒毒[2]。葛根的营养成分是淀粉，并富含多种人体必需的氨基酸和矿质元素[3-4]，还含有多达48种异黄酮类成分[5-7]和少量生物碱、皂苷、三萜类化合物，是营养独特、药食兼优的绿色保健食品[8-9]。曾明等[10]就葛属几种植物的微量元素进行聚类分析，不同产地葛根中中微量元素变化很大，同一产地不同葛根物种差异不明显，揭示葛根中矿质元素跟土壤有关。向大雄等[11]对葛根中无机元素含量测定结果显示，粉葛和野葛中K、Ca、Mg及Sr差异很大。胡虹等[12]对云台山野葛不同部位的微量元素分布进行了研究，结果表明野葛中不同部位Cu、Fe、Zn、Ca、Mn等元素的分布具有一定的规律。张东军等[13]测定粉葛中8种微量元素的含量，其含量顺序为：Mg>K>Fe>Ca>Na>Mn>Cu>Zn。唐赤等[14]研究表明，葛根中微量元素含量丰富，尤其Fe、Ca、Mg的含量较高；葛根中微量元素的含量与其种植土壤的土质有关，适当施加农家肥有利于葛根中微量元素含量的提高。邓双炳等[15]分别建立测定葛根和粉葛中的Ph、As、Hg、Zn和Se元素的方法。刘为贱等[16]研究表明，赣南葛粉样品富含Mg、Fe、Mn和Zn元素。李杏元等[17]检测大别山野生葛和种植葛微量矿质元素，其Fe、Zn微量矿质元素含量野生组远高于种植组。

前人研究结果仅说明不同产地葛根中矿质元素含量不同，但对葛根中功能成分含量与矿质元素相关性(尤其是土壤中矿质元素-植物中矿质元素-功能成分的相关性)研究较少。本研究拟检测两个产地葛植株不同部位功能成分含量与相应的矿质元素含量以及土壤中矿质元素含量，综合分析其关联性，研究其功能成分与矿质元素的相关性，为葛根的合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

人工种植的粉葛产地在长沙县高桥基地、张家界市湘阿妹食品有限公司，分别于2021年7月底和12月底取土壤、根及茎叶。每一产地不同年限随机选取5株，取根、茎、叶及其根系周围土壤，每5株混合为1个样品，重复3次。样品编号如表1。

1.2 方法

(1)土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有效锰、有效铁、交换钙以及交换镁的检测由第三方检测机构进行检测，检测方法如下：

表1 样品编号Table 1 Sample number

pH：NY/T 1121.2—2006《土壤检测第2部分：土壤pH的测定》电位法；

有机质：NY/T 1121.6—2006《土壤检测第6部分：土壤有机质的测定》；

全氮：NY/T 1121.24—2012《土壤检测第24部分：土壤全氮的测定自动定氮仪法》；

碱解氮：LY/T 1228—2015《森林土壤氮的测定》；

总磷：HJ 632—2011《土壤总磷的测定》碱熔-钼锑抗分光光度法；

有效磷：NY/T 1121.7—2014《土壤检测第7部分:土壤有效磷的测定》；

全钾：《土壤元素的近代分析方法》中国环境监测总站(1992年) 原子吸收光度法；

速效钾：NY/T 889—2004《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》；

有效态锰、有效态铁：NY/T 890—2004《土壤有效态锌、锰、铁、铜含量的测定二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法》；

交换性钙、交换性镁：NY/T 1121.13—2006《土壤检测第13部分：土壤交换性钙和镁的测定》。

(2)根、茎叶中总黄酮、葛根素、大豆苷、大豆苷元以及N、P、K等元素含量的检测。

总黄酮含量测定方法：采用紫外-分光光度法测定了葛的总黄酮，以芦丁做标准液，用亚硝酸钠-氯化铝显色进行测定。

葛根素、大豆苷、大豆苷元含量测定方法：采用HPLC方法测量，用超声辅助醇提法提取其葛根素，固定相为十八烷基硅烷键合硅胶，流动相为甲醇-水(25∶75)，检测波长为250 nm，流速为1.0 mL/min。

N、P、K等由第三方检测机构进行检测。采用LY/T 1271—1999《森林植物与森林枯枝落叶层全氮、全磷、全钾、全钠、全钙、全镁的测定(硫酸-高氯酸的消煮法)》。Fe、Mn、Sr采用GB 5009.268—2016《食品安全国家标准》。

2 结果与分析

2.1 基地土壤矿质元素含量

各基地土壤矿质元素检测结果如表2，各基间地矿质元素含量差异明显，同一基地不同年限矿质元素差异不显著，年末比年中略有减少。

表2 各基地土壤矿质元素含量Table 2 Contents of mineral elements in soil of each base

2.2 葛根中有效成分含量与矿质元素相关性

各基地葛根中的有效成分含量如图1与矿质元素含量如表3。由图1可以看出，同一年限不同基地的有效成分含量存在差异。除大豆苷元外，同一基地不同年限的有效成分随年限增长而增加，其中总黄酮、葛根素与大豆苷差异极显著。由表3中可以看出，根中大量元素K、N含量相对较高，P含量相对要低一些；整体呈K>N>Mg>Ca>P。微量元素中Fe含量相对较高，整体为Fe>Sr>Mn。

图1 根中有效成分含量Figure 1 Content of active components in roots

表3 根中矿质元素含量Table 3 Contents of mineral elements in roots

葛根中有效成分含量与其矿质元素含量相关性如表4，由表可以看出，根中总黄酮与N、K、Ca、Mg、Mn呈正相关、其中与N呈极显著相关，与P呈负相关；葛根素与N、K、Ca、Mg、Fe、Sr呈正相关，其中与Mg呈极显著相关，与P呈负相关；大豆苷与N、K、Ca、Mg、Fe、Sr呈正相关，与P呈负相关；大豆苷元与N、K、Ca、Mn、Fe呈负相关，其中与K呈显著负相关，与Sr成正相关。

葛根中有效成分含量与土壤矿质元素含量相关性如表5，总黄酮与土壤中的全氮、碱解氮、总磷、有效磷、速效钾、交换镁、有效锰呈正相关，其余关系不明显；葛根素与土壤中的全钾、交换钙呈负相关，与有效铁呈正相关；大豆苷与土壤中的有效磷、有效铁呈正相关，其余关系不明显；大豆苷元与全氮、碱解氮、总磷、有效磷、全钾、速效钾、交换钙、交换镁以及有效锰呈负相关。

表4 根中有效成分含量与根中矿质元素Pearson相关性Table 4 Pearson correlation between the content of effective components and the mineral eement in roots

表5 根中有效成分含量与土壤矿质元素Pearson相关性Table 5 Pearson correlation between the content of effective components in roots and mineral element in soil

葛根中矿质元素与土壤矿质元素相关性如表6。葛根中N、K、Ca及Mn与土壤中全氮、碱解氮、总磷、有效磷、速效钾、有效锰正相关。其中Mn与速效钾显著性正相关；Mg与交换镁正相关；根中P只与全钾正相关；根中Mg与全钾负相关，与有效铁正相关；根中Fe与有效铁正相关；Sr与全钾极显著正相关，与有效铁正相关，与交换钙、交换镁负相关。

表6 根中矿质元素与土壤矿质元素Pearson 相关性Table 6 Pearson correlation between the mineral element in roots and in soil

2.3 茎叶中有效成分含量与矿质元素相关性

各基地葛茎叶中不同时间的有效成分含量与其矿质元素含量如表7。由表可以看出，同一年限不同基地的有效成分含量有差异，总体表现为年末比年中高。同一基地不能年限的有效成分随年限增长而增加，茎叶中大量元素N、K含量远高于P含量，整体N>K>Ca>Mg>P；微量元素为Mn>Fe>Sr。

表7 茎叶有效成分含量与矿质元素含量Table 7 Contents of effective components and mineral elements in stems and leaves

葛茎叶中有效成分含量与其矿质元素含量相关性如表8。由表可以看出，葛茎叶中总黄酮与植株中Mn、Fe、Ca呈正相关，与Sr呈负相关；葛根素与K、N、Mg、Mn、呈负相关，且与K、N具有显著性，与Fe呈正相关；大豆苷与与N、K、Mn、Mg呈负相关，且与N、K具有极显著性，与Fe正相关；大豆苷元与N、K呈显著负相关，与Fe呈正相关。

表8 茎叶中效成分含量与其矿质元素Pearson相关性Table 8 Pearson correlation between the contents of effective components in stems and leaves and the mineral element

葛茎叶中有效成分含量与土壤矿质元素含量相关性如表9。由表看出，总黄酮与全氮、碱解氮、总磷、有效磷、速效钾、交换镁、有效铁、有效锰呈正相关；葛根素与土壤中全氮、碱解氮、总磷、全钾、速效钾、交换钙、交换镁、有效锰呈负相关，其中与全K呈显著负相关，与有效铁呈正相关；大豆苷、大豆苷元与土壤中全氮、碱解氮、总磷、有效磷、全钾、速效钾、交换钙、交换镁、有效锰呈负相关，与有效铁呈正相关。

葛茎叶中矿质元素含量与土壤中矿质元素相关性如表10。葛茎叶中矿质元素含量与土壤中矿质元素含量整体相关性程度不高，但葛茎叶中Mn与全氮、碱解氮、总磷、有效磷以及有效锰极显著正相关，与速效钾、交换镁显著正相关，与交换钙正相关。

表9 茎叶中效成分含量与土壤矿质元素Pearson相关性Table 9 Pearson correlation between the content of effective components in stems and leaves and mineral element in soil

表10 茎叶中矿质元素与土壤中矿质元素Pearson 相关性Table 10 Pearson correlation between the mineral element in stems and leaves and in soil

3 讨论

3.1 总黄酮

总黄酮是衡量中药材品质的重要指标之一。土壤矿质元素对药材总黄酮的形成具有重要影响[18]。刘伟[19]研究表明，菊花的中、微量营养元素含量与相对应的黄酮含量有重要关系，其中Ca极为显著。刘引[20]研究影响菊花有效成分含量的矿质元素主导因子有Fe，Cr，Mn，Cu，Ni、Zn，土壤养分主导因子有有效磷、速率钾、总氮、全钾、活性锰、活性铜；刘大会[21]研究表明，高钾的肥料配比有利于提高菊花中总黄酮含量，低施氮水平施氮肥有助于提高菊花中总黄酮。于曼曼[22]研究表明，夏枯草中总黄酮含量与P、K含量有关。王静[23]研究表明，N、P对桔梗总黄酮积累表现出一定相关性。王振[24]研究表明，黄芪中总黄酮与土壤N、K与Cu呈显著相关。杨晓琼[25]等人研究表明香茅草中总黄酮含量与Ca呈相关性。

总黄酮也是衡量葛根品质的一个重要指标。本研究结果表明，总黄酮的含量在根中与N、K、Ca、Mg、Mn呈正相关、其中与N呈极显著相关，与P呈负相关；与土壤中的全氮、碱解氮、总磷、有效磷、速效钾、交换镁、有效锰呈正相关。在茎叶中与植Mn、Fe、Ca呈正相关，与Sr呈负相关；与土壤全氮、碱解氮、总磷、有效磷、速效钾、交换镁、有效铁、有效锰呈正相关。其结果与其他研究结果相似，影响葛总黄酮含量的主导因子有N、K、Ca、Mg、Mn、Fe、P，土壤养分主导因子有总氮、碱解氮、总磷、有效磷、速效钾、交换镁、活性铁以及活性锰。

葛茎叶中总黄酮含量远高于根中含量，可能与本研究的测量方法有关。本研究采用紫外-分光光度法测定了葛的总黄酮，以芦丁做标准液，用亚硝酸钠-氯化铝显色进行测定。茎叶中叶绿素会影响其结果，改进测量方法也是下一步值得研究的事项。

3.2 葛根异黄酮

葛根异黄酮是葛根主要活性成分之一。葛根异黄酮主要包括有葛根素、大豆苷元以及大豆苷等。矿质元素与药材功能成分含量息息相关，如刘向前[26]研究表明，影响泰国葛愈伤组织中葛根素含量的主要因素依次为 Ca>Zn>Cu>Mg>Mn，大豆苷的主要影响因素依次为Ca>Mn>Zn>Cu>Mg。顾彩霞[27]研究表明，穴施磷肥提高粉葛块根生物量最高，穴施复合肥鲜重提高葛根素含量。

本研究结果表明，葛块根中葛根素、大豆苷与N、K、Ca、Mg、Fe呈正相关，其中葛根素与Mg呈极显著相关，与P呈负相关；与土壤中的全钾、交换钙呈负相关，与有效铁呈正相关；葛块根中大豆苷元与N、K、Ca、Mn、Fe呈负相关，其中与K呈显著负相关，与Sr成正相关；与土壤中全氮、碱解氮、总磷、有效磷、全钾、速效钾、交换钙、交换镁、有效锰呈负相关。茎叶中葛根素、大豆苷、大豆苷元与N、K、Mg、Mn、呈负相关，其中且与K、N具有显著或极显著相关性，与Fe呈正相关；与土壤中全氮、碱解氮、总磷、全钾、速效钾、交换钙、交换镁、有效锰呈负相关，其中葛根素与全钾呈显著负相关，与有效铁呈正相关。

葛根素与大豆苷无论在块根中还是在茎叶中，与矿质元素相关性高度相似，大豆苷元与矿质元素的相关性在块根中与葛根素、大豆苷的相关性基本上相反，而在茎叶中其相关与葛根素和大豆苷基本相似。这种高度相似可以说明，这些成分在葛植株合成的途径、需要的原料与酶也高度相似。N、K与葛根素和大豆苷普遍出现高度相关或显著相关，说明K、N影响它们合成主要元素；Ca、Fe、Mg、Mn与其相关也比较高，说明Ca、Fe、Mg、Mn与其合成和储藏有很大的关联，至于这些矿质元素如何参与它们的合成，还需深入研究。块根中葛根素和大豆苷的含量高于茎叶，且正负相关性也出现差异，这可能与根是它们的储藏器官，茎叶是合成器官有关联。深入研究葛根素、大豆苷和大豆苷元的合成、运输和储藏，也有助于阐明矿质元素与葛根素、大豆苷和大豆苷元含量相关性。这说明大豆苷元在茎叶中合成有相似，但在块根中储藏可能不同。大豆苷元与矿质元素的相关性在块根中与葛根素、大豆苷的相关性基本上相反，这个相反说明大豆苷元的储藏与葛根素、大豆苷不同，还需进一步开展研究。