中药重金属富集规律研究进展

马晓莉，王虎,梁翠云，张逸

(1.河北大学护理学院，河北 保定 071000; 2.河北大学中医学院,河北 保定 071000)

世界卫生组织统计表明，植物源药物的使用在全球越来越广泛，全球51%的处方含药用植物[1]，约有25%的处方药来自植物。中国是世界上最大的草药生产国，中药产业年产值约2 000亿美元，预计到2050年，将增至5万亿美元[2]。但中国出口额仅占世界天然药物贸易额的6.92%[3]，重金属含量超标问题已成为中国中药出口贸易的“绿色壁垒”。因此，国家制定了《中医药发展战略规划纲要》，指出要推进中药材规范化种植养殖，全面提升中药产业发展水平。药用植物对重金属的吸收及积累对人类健康构成潜在威胁[4]，重金属具有较低的肾脏排泄率，低浓度也可能对人体产生不利影响[5]，必须严格控制中药中重金属限量。本文对近年来中药重金属含量及吸收富集规律等方面的研究进行总结概括，以期为中药重金属研究和安全生产提供参考。

1 中药重金属限量标准

1.1 国内标准

重金属超标问题在国际中药材市场备受关注，也是制约中药出口的主要因素。为了与国际接轨，尽快提升中药品质，《中国药典》(2005年版)增加了中药材重金属总量限制检测，涉及8个中药品种；《中国药典》(2010年版)规定了6种中药材的重金属限量；《中国药典》(2015年版)检测品种为27种；《中国药典》(2020年版)增补了11个检测品种。5种重金属包括Cu、Pb、As、Cd、Hg，限量标准见表1[6-7]。

1.2 其他国家、地区及国际组织标准

天然药物存在着巨大开发价值和市场前景，2015年国际标准化组织颁布了《中医药-中药材重金属限量》，日本、英国、美国、印度等国家和地区对中药材的重金属限量要求严格，均制定了各自的标准[8]，见表1。

由表1可知，2020版《中国药典》规定的中药重金属限量标准与欧盟、美国相当，并对Cu的限量做了严格的限定。除了日本，其它国家、地区并没有规定Cu的限量。但从检测范围看，目前中国药典规定的检测品种较少，与其他国家、地区还有较大差距。为了尽快与国际接轨，扫清中药出口的壁垒，应积极开展中药重金属污染现状及健康风险评估、重金属富集规律等相关研究，扩大重金属限量的检测范围。

表1 各国家/地区/组织中药重金属限量标准 mg·kg-1

2 中药中重金属元素含量调查

骆璐等[9]收集了1 771批次共182种栽培药用植物样本，进行重金属检测，结果30.51%(541份)的样品至少检出一种重金属超过《中国药典》(2020版)标准，433个样品检测出1种超标金属，75个样品检测出2种超标金属，24个样品检测出3种超标金属，9个样品检测出4种超限金属。5种重金属的超标率依次为Pb(102，5.75%)、Cd(88，4.96%)、As(74，4.17%)、Hg(67，3.78%)、Cu(31，1.75%)。刘洋等[10]测定了10种药材中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Ba等8种元素的含量，结果显示多数在限定范围内，紫菀、威灵仙的含量高于其他药材。陈瑞瑞[11]测定了15批次不同产地黄精中的8种重金属含量，结果As、Pb、Cd、Cu 均未超标，8种重金属元素含量在不同地区呈现极显著差异。盛艳华等[12]用ICP-MS法测定东北三省不同产区北五味子中5种重金属元素的含量发现，均未超过《中国药典》(2020年版)限量，重金属总含量最低的为黑龙江省产北五味子3.78 mg·kg-1，其次为吉林省产北五味子4.05 mg·kg-1，辽宁省产北五味子4.44 mg·kg-1。苏娟等[13]用ICP-AES测定了5种止咳类中药的重金属含量，发现重金属含量差异显著，紫菀、枇杷叶和白前中的Pb含量超过国家标准，紫菀、白前、杏仁和前胡中的As含量均超过国家标准。综上所述，中药中重金属元素超标现象较为严峻，但不同产区、不同药材品种重金属污染情况存在差异。

3 中药中重金属元素富集规律研究

中药中重金属含量超标与土壤中重金属背景值高低及土壤性质有关。土壤、大气和水的污染，是中药重金属污染的主要途径。同时药用植物对各种重金属的吸收和累积能力各不相同，中国学者开展了大量相关研究。

3.1 植物类中药重金属含量及富集规律研究

3.1.1 土壤因素对中药重金属含量的影响

贾薇等[14]研究显示，广东地产药材佛手中Cu含量、穿心莲和广藿香中的As及Cd含量、巴戟天中的As、Cd和Hg含量与土壤中元素含量显著相关，巴戟天、穿心莲和广藿香中的Cu含量与土壤中元素含量极显著相关，说明土壤中Cu较易被药材吸收富集，As和Cd次之，Pb和Hg较弱。彭锐[15]对重庆市地产36种中药材检测发现，重金属富集作用由大到小顺序为Cd>Cu>Hg>As>Pb，对Cd、Cu、Hg、As、Pb富集系数最高的药材分别为大黄、黄精、紫菀、细辛、川党参，最低的分别是百合、平术、白芷、苦参、重楼。朱晓东[16]对党参、连翘、甘草中重金属含量及形态进行了分析，结果表明，3种药材中重金属Pb、Cd、As、Hg、Cu、Cr的含量符合国家标准；老翘中Pb含量高于青翘(P<0.01)，而老翘中Cu含量低于青翘(P<0.01)。时清亮等[17]对连翘中重金属含量分析结果显示，As和Se未检出，Pb和Cd严重超标；研究证实，Mn与Cr含量有极相关性，Zn、Cd、Pb与Cu有显著相关性。朱海兰等[18]分析了黄连药材，对重金属的富集能力由强到弱顺序为Cd>Cu>Hg>Pb>As，不同部位对Cd的富集能力顺序为须根>根茎>叶、茎；不同产区药材As和Pb含量差异显著，Pb风险较高。张德林等[19]测定了11份川芎中的重金属含量，由大到小顺序为Cu>Pb>Cd>Hg，Cd、Pb、Hg的含量与土壤背景值呈正相关，Cu则反之；川芎对Cd富集能力最强。相似的结果被李晓念[20]报道，研究发现川芎栽培土壤中Cd含量高，已进入二级警戒区域，川芎中Cd含量远高于土壤，有明显富集作用。廖婉等[21]的研究证实，不同产地、不同中药中重金属含量差异大小顺序Cu>Pb>Cd>As>Hg，与药材品种和产地分布呈一定规律性。汤雏清[22]等对浙江磐安道地白芍与杭州白芍研究发现，杭白芍中微量元素含量与土壤中背景值呈正相关，所含Fe、Mn、Sr含量较高，而引种杭白芍中Zn、Ni、Cu的含量较高。李吉峰[23]对同一产地的白芍和赤芍中的四种微量元素对比研究表明，Cu含量相同，Mn含量相近，Zn含量相差较大，Fe含量相差最大。叶佳[24]用盆栽实验研究了在Pb、Cd、Cu、Hg和 As污染条件下，温郁金对重金属的富集能力，结果显示，Cu、Pb、Cd、As 元素主要集中在温郁金根部，对Cd的富集能力最强，对Hg的富集能力最弱；随着重金属元素投加量的增大，Cu、Pb、Cd、As元素在温郁金根和叶中含量呈明显上升趋势，Hg在叶中含量呈上升趋势，在根中则呈下降趋势。

综上所述，药材中重金属含量与土壤中重金属背景值高低相关，但不相关的研究结论也有报道，周海燕等[25]研究显示，附子中重金属元素含量与生长土壤重金属污染的程度相关关系不显著，附子对重金属富集能力的趋势为Cd>Cu>Hg>As>Pb。

3.1.2 水质、地理因素对中药重金属含量的影响

生产区地理因素和水源洁净度直接影响中药中重金属元素的富集。方成鑫等[26]探究了水质对附子重金属含量的影响，结果表明，江油产附子中的Cd、As、Cr、Sb、Pb、Hg、Zn、Ti、Cu、Ba、Fe、Mn等12种重金属含量与河水中含量显著相关，附子中Cr、Mn、Fe等3个元素质量浓度与河水中的差异较大，部分样品中Cd超标，可能与其他污染途径以及附子对特定重金属元素的富集能力有关。张亚静等[27]分析了不同产地野菊花中Pb、Cd、Hg、As、Cu等 5种重金属含量，结果表明：野菊花对重金属的吸收具有协同作用，富集性较高的为Cd；海拔正效应作用于野菊花对Pb、Cd的积累；纬度正效应作用于野菊花对Hg、Cu的积累。

3.1.3 重金属元素在植物药不同部位的分布规律

黄荣韶[28]考察了三七中9种金属元素的分布情况，结果显示，Cd含量偏高，且主要富集在根茎中；Pb、Cu、Hg和As主要富集在须根中，主根中最少。冯光泉等[29]的研究也得出相似结论，三七对Cd有吸收富集作用，在中柱内分布较高；对Pb、As和Hg主要是吸附作用；Pb、As和Hg在茎叶、毛根、表皮中分布较多，剪口次之，皮层、中柱内较少。步艳艳等[30]研究了荆芥对Pb、Cd、Ni富集规律，结果显示，采收早期，荆芥穗中Pb、Cd含量低于荆芥梗，而Ni含量高于荆芥梗，采收后期，Pb、Cd向荆芥穗中富集，而Ni同时向荆芥梗和荆芥穗中富集。张海珠等[31]研究表明实验样品马尾松松枝和松树皮的Cd、Pb、As、Hg均未超标，而松针和土壤中Hg、Pb元素超标，松塔中Pb元素超标；重金属在松枝、松针、松树皮部富集系数由大到小依次为 Cd、Pb、Hg、As，在松塔中的富集系数由大到小依次为Cd、Pb、As、Hg，马尾松对Cd有明显的富集作用。李琳莉等[32]测定了刺梨不同部位重金属分布情况，综合污染指数顺序为根>茎>叶>果，富集系数顺序为Cd>Hg>Pb≈As。贾薇等研究显示，广藿香不同部位对各种重金属富集能力不同，其中叶的富集能力较强。孙年喜等[33]对重庆栽培的独活研究发现，药材和土壤的Cd含量均超标；不同器官中重金属分布，Pb与Cd为根>茎>叶，Cu为茎>根>叶，Hg为茎>叶>根，As为叶>根>茎；独活根和茎对Cd的富集能力最强。李天才等[34]研究发现青海种植大黄中的Cd、Cr元素主要分布在根茎的髓部和皮层。综上所述，不同药用植物及其不同部位对重金属的吸收累积规律不同，在栽培生产中应开展广泛的基础研究，指导中药的合理化种植和采收。

3.1.4 生长年限对中药重金属富集作用的影响

生长年限对中药重金属富集的影响研究较少。彭锐对重庆市地产中药材检测发现，在不同生长年限(1～7年)，重金属Cu、Pb、Hg含量无显著差异，Cd含量在前2年较高，随后降低，As含量在前4年较高，随后降低。武芸等[35]研究发现，人工种植的续断中Pb含量由大到小顺序为三年生根>二年生根>一年生根，Cd、Hg含量则随着生长年限增加呈递减趋势，野生续断中的Cd、Hg和Pb明显地高于家种。江滨等[36]研究表明，云南三七中重金属含量与三七的产地、生产年限及规格等级间无相关性，重金属主要来源于三七表面的浮土，应合理制定三七产地初加工方法，降低重金属污染。

3.2 动物类中药重金属含量及富集规律研究

朱晓东对海螵蛸、土鳖虫和金钱白花蛇中重金属含量分析结果显示，金钱白花蛇中的Hg、土鳖虫的Pb、As、Cu超标；风险评估结果表明，海螵蛸中的5种重金属元素危害商值均大于1，其中As最高为5.004，Pb为3.541；土鳖虫中Cr的危害商值最高为6.286，As和Pb均大于1。喻良文等[37]调研发现，广地龙药材中重金属含量常超标，为此进行了参环毛蚓对重金属Cd富集能力的考察。发现参环毛蚓在12 mg·kg-1的Cd浓度条件下生存良好，其脏器中Cd含量高达70～90 mg·kg-1，高于躯干，说明参环毛蚓是通过消化系统吸收Cd离子。李薇等[38]对广地龙的研究发现，广地龙富集Pb的能力大于Cd，且含量随时间延长不断增大；对Hg的吸收累积规律为快速吸收——快速排出——再度吸收。王文祎等[39]对水蛭养殖研究发现，水蛭中重金属含量随养殖时间延长而增大，清水养殖组的重金属元素含量均高于土壤养殖组的含量。综上所述，动物类中药同样存在重金属超标风险，而且与养殖环境中重金属含量呈现相关性。

3.3 菌类中药重金属含量及富集规律研究

范蕾等[40]分析了22批丽水产灵芝，结果显示，有5批次Cd超出限度，分别有1批次As、Pb超出限度，2批次Cu超出限度；菌盖中Cu、Cd、Hg富集较多，菌柄中As、Pb富集较明显。邢增涛等[41]对灵芝的分析结果显示，生物必需微量元素Ni、Mn、Mo、Sn、Zn、Fe、Co、V、Cu存在于灵芝不同生长阶段，发酵菌丝体与灵芝子实体中微量元素含量相近，孢子粉中Fe、Co、Cu和V的含量高于子实体；As、Cd、Hg和Pb 4种重金属元素在子实体发育过程中，均呈现含量逐渐升高再降低的趋势，Ge的含量一直升高，各元素在孢子粉中含量均为最高。张晓柠等[42]研究了灵芝对Cu、Hg、Pb、Cd 4种重金属元素的耐受能力和富集规律，结果表明，在一定范围内，随着重金属浓度升高，灵芝菌丝体生物量呈现先增加后下降的趋势，且高于对照组；菌丝体对4种元素的富集量呈现低浓度时缓慢增加、高浓度时急剧升高的趋势；灵芝对Cd的富集作用明显，细胞壁对Cd有较好的截留作用，蛋白质、果胶酸盐等金属螯合物在富集作用中起着关键作用，同时Cd能显著激活超氧化物歧化酶，抑制过氧化物酶。综上所述，灵芝对重金属元素具有较强的富集作用。张越等[43]用ICP-MS测定安徽、云南、湖北、湖南四地产茯苓中5种重金属含量，均合格。李耀磊等[44]研究发现，冬虫夏草中重金属污染指数由大至小顺序为As、Cu、Cd、Pb、Hg，样品中 As 不合格率为100%，且主要集中在虫体内，子座较少；土壤中重金属单项污染指数由大至小顺序为Cd、As、Pb、Hg、Cu，其中As、Cd、Pb 不合格率分别为88%、50%、25%。

4 土壤重金属超富集药用植物研究

环境污染和生态破坏问题严重威胁人类健康，学者在研究植物修复技术过程中发现了超富集植物，这些植物通过吸收、降解、挥发、过滤、固定等作用,净化土壤和水体中的重金属元素[45-46]。Baker和Brooks[47]提出了超富集植物的判定标准——超富集浓度界限参考值，并被广泛采用：植物叶片或地上部所含Cd达到100μg·g-1, Co、Cu、Ni、Pb达到1 000 μg·g-1, Mn、Zn达到10 000 μg·g-1以上，同时植物体内重金属富集系数大于1。在已发现的超富集植物中就包括一些药用植物，如对As有超富集能力的蜈蚣草[48]、对Cd有超富集能力的蓖麻[49]、菖蒲[50]、美洲商陆[51]、向日葵[52]、鬼针草[53]，对Cu有超富集能力的鸭跖草[54]和艾蒿[55]，对Pb有超富集能力的杨梅[56]，相关研究方法和结论为中药重金属富集研究和安全生产提供了借鉴和参考。

5 中药中微量元素的医疗保健作用

在关注中药重金属污染问题的同时，不能忽略中药中有益金属元素的作用。赖茂祥等[57]研究发现，三七的根、茎、叶中富含多种人体必需的有益金属元素，如Mg、Ca、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mo、Ge、Se等。席荣英等[58]测定了紫菀根中矿质元素含量，结果显示：紫菀含有丰富的微量元素，Cu、Zn、Fe、Mg、Ca、Mo、Mn的含量分别为42.89、58.14、920.93、2 548.25、3 925.43、0.65、52.18 mg·Kg-1,Se<0.000 5 mg·Kg-1，紫菀中Zn和Mn含量较高，可能与其抗癌活性有关[59]。张积霞等[60]的研究表明，山紫菀和紫菀含有丰富的人体必需微量元素，其中Zn、Mn、Mo可能与其抗癌活性密切相关，Cu能增强人体免疫力和机体的防御功能。

6 小结

中药重金属污染与产地地理因素、土壤、水、大气等自然因素关系密切，化肥农药的使用也是潜在的污染途径，同时不同的药材品种、不同入药部位重金属污染水平亦有差异，主要原因与其对重金属元素的吸收富集及迁移能力有关。同时亦有研究提出，低浓度的重金属胁迫可以提高药用植物产量和次生代谢产物的积累[61]。中药作为一种防病治病的特殊药品，日益受到世界各国人民的关注，加强药材及其土壤中重金属含量相关性研究，可以做到从源头上控制重金属限量，同时为中药种植基地土壤环境的质量评价提供科学依据。同时应关注次生代谢产物和产量的积累、有益微量元素的研究，全方位多因素评价中药质量和功效。