李卓蔚，谷文超，许凌峰，周 浓，尹福强，詹万龙，赵晶晶

(1. 重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆 万州 404120；
2. 重庆三峡学院生物与食品工程学院，重庆 万州 404120；
3. 重庆三峡职业学院，重庆 万州 404100)

【研究意义】滇重楼(Parispolyphyllavar.yunnanensis)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，还有抗肿瘤、抗病毒、消炎等药理作用[1-2]。近年来由于药用需求增多而被大肆采挖，滇重楼野生资源逐渐枯竭，人工大面积栽培已成发展趋势。【前人研究进展】长期以来，对滇重楼成分的研究主要集中在化学成分上，而近年的许多研究表明无机元素也是中药的重要有效成分，参与机体中酶和激素生理反应，对机体的正常代谢有着十分重要的作用[3]，如Cu元素与人体造血、酶的组成和活化、清除氧自由基及免疫等功能密切相关，对人体的造血功能和维持中枢神经系统的完整性具有重要作用[4]；
Zn元素是遗传物质聚合酶的重要成分，具有促进生长发育、维持正常免疫和促进创伤愈合等功能[5]；
Fe元素是许多氧化还原体系和人体血液输送与交换所必需的，具有补气和补血的功效[6]；
Mn元素具有体内催化作用；
Na元素有助于保护机体心血管系统作用[7]，这些无机元素对于滇重楼清热解毒、止痛消肿、凉肝定惊等功效的发挥具有重要意义。此外，无机元素是植物生长过程中不可或缺的成分，研究表明，Ca元素可明显增加滇重楼的株高[8]；
Mo元素能显著提高滇重楼光合速率、生物量及根茎产量[9]；
施用适量Mg元素可以降低滇重楼株高，提高生物量及根茎产量[10]；
Zn元素能提高滇重楼总生物量和地上部生物量[11]。中药材的品质与其产地密切相关，道地药材的品质显著优于其他产地，土壤是其中一个重要影响因素[12]。【本研究切入点】目前，滇重楼无机元素的研究主要集中在其根茎部分，而对滇重楼根茎及根际土壤无机元素相关性的研究未见报道。【拟解决的关键问题】以云贵川3个滇重楼主产区共27个产地的滇重楼根茎及根际土壤为研究材料，采用电感耦合等离子体质谱法(Inductively Coupled Plasma Mass，ICP-MS)对Na、Mg、Al、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn、Ba、B、Co、Ni、Se、Mo、Sb等15种无机元素进行检测，研究不同产地滇重楼根茎及根际土壤中无机元素的含量情况和分布特征，比较栽培品与野生品无机元素含量的差异，为滇重楼选择道地产区进行规模化栽培及肥料施用提供参考依据。

1.1 样品采集

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，经重庆三峡学院生物与食品工程学院周浓教授鉴定为百合科植物滇重楼(P.polyphyllavar.yunnanensis)。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，去掉表层枯枝落叶层，利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1.0 kg根际土壤[13]。植物样品置于45 ℃烘箱中烘干，粉碎，过100目筛。土壤样品自然风干，研磨，过100目筛。

表1 样品来源及编号

1.2 测定方法

采用唐艳梅等[14]方法略作修改，对滇重楼根茎样品粉末进行微波消解，取8 mL浓硝酸同法制备空白溶液；
采用王昭国等[15]方法略作修改，对滇重楼根际土壤粉末进行微波消解，取8 mL浓硝酸和1 mL氢氟酸同法制备空白溶液。以Ge、Rh、Bi为内标元素，采用ICP-MS测定滇重楼根茎及根际土壤Na、Mg、Al、Ca、Fe、Cu、Zn、Mn、Ba、B、Co、Ni、Se、Mo、Sb等无机元素含量。ICP-MS仪器参数设置为：功率1400 W，雾化气流量1.224 L/min，辅助气流量1.0 L/min，冷却气流量14.0 L/min，雾化室温度2.0 ℃，蠕动泵速30 r/min，采样深度3.91 mm，分析时间26 s[16]。

1.3 数据分析

采用Excel 2010软件对测定数据进行处理，利用SPSS 20.0软件进行数据分析。

2.1 不同产地的滇重楼根茎中无机元素含量比较

由表2可以看出，不同产地滇重楼根茎中无机元素含量具有显著性差异(P<0.05)，其中Na、Mg和Ca元素含量变化范围介于0.05～5.62 mg/g，Ca含量最高，Mg含量次之，Na含量最低。野生品中，贵州省产地中Yg-3的Na和Mg含量较高；
云南省产地中Yg-7和Yg-8的Na含量高于其他产地，Yg-11的Ca含量达5.62 mg/g，显著高于其他产地。栽培品中，贵州省产地中Zg-3的Na、Mg元素及云南省产地中Zg-7的Na、Mg、Ca元素含量均显著高于其他产地。

表2 不同产地滇重楼根茎中无机元素含量比较

其余无机元素中Al和Fe含量较高，野生品中，贵州省产地Yg-4的Al、Fe和Co元素含量高于其他产地，其中Al、Fe含量分别达2.01、1.79 mg/g，是各产区平均含量的3倍多；
贵州省产地Yg-3的Cu、Zn、Mn、Se和Sb含量高于其他产地，Yg-2的Mo含量高于其他产地；
云南省产地Yg-7的Ni含量达21.16 μg/g，显著高于其他产地，Yg-10的Ba、B含量高于其他产地。栽培品中，四川省产地Zg-4的Cu、Zn和Mo含量高于其他产地；
云南省产地Zg-5的Co元素、Zg-6的Al和Fe元素、Zg-7的B元素、Zg-8的Ni和Se元素、Zg-11的Ba元素、Zg-14的Mn元素、Zg-15的Sb元素含量均高于其他产地。

从变异系数来看，滇重楼野生品中Zn、Ba和Co元素变异系数大于100%，说明这3种元素在滇重楼根茎中的分散程度较大，受野生生长环境影响较大。栽培品中各元素变异系数介于26.40%～91.49%，Na、Mo和Sb变异系数相对较大，说明这3种元素受栽培产地环境影响较大。

整体来看，不同产地滇重楼栽培品根茎中Ca、Mg、Fe、Al、Na、Cu、Zn、Mn和Ba元素含量较高，野生品根茎中Mg、Ca、Al、Fe、Cu、Zn、Mn、Ba、B、Co、Ni元素含量整体高于栽培品。云南产地的滇重楼不论是野生品还是栽培品，其无机元素含量整体较高，而贵州野生品的无机元素含量整体较高，四川栽培品的无机元素含量整体较高，说明滇重楼根茎中无机元素含量受生长方式及产地影响较大。

2.2 不同产地的滇重楼根际土壤中无机元素含量比较

由表3可以看出，不同产地的滇重楼根际土壤中无机元素含量具有显著性差异(P<0.05)。就野生品而言，贵州省Yt-5产地根际土壤的Ca、Mg含量较高，特别是Ca元素，达51.01 mg/g，显著高于其他产地；
Yt-11产地土壤的Na元素含量显著高于其他产地；
贵州省Yt-2产地土壤的Zn元素，Yt-4产地的Co元素，Yt-5产地的Al、Se元素，四川省Yt-6产地的B、Ni、Mo元素，云南省Yt-11产地的Fe、Mn、Ba和Sb元素含量显著高于其他产地，特别是Al、Fe元素，其含量分别达85.97、98.48 mg/g，远高于其他无机元素含量。就栽培品而言，贵州省Zt-4产地的Mg、Ca元素及云南省Zt-10产地的Na元素含量均高于其他产地；
贵州省Zt-1产地的Cu、Co、Se、Mo元素，Zt-2产地的Al、Ba元素，四川省Zt-4产地的Al、B元素，云南省Zt-5产地的Ni元素，Zt-12产地的Zn元素，Zt-15产地的Fe、Sb元素，Zt-16产地的Mn元素含量显著高于其他产地。

表3 不同产地滇重楼根际土壤中无机元素含量比较

从变异系数来看，滇重楼野生品根际土壤中Mg、Ca、Mo、Sb元素变异系数大于100%，说明这4种元素在滇重楼根际土壤中的分散程度较大，受野生生长环境影响较大。栽培品根际土壤中Mg、Ca、Ba、Sb元素变异系数大于100%，说明这4种元素受栽培环境影响较大，与野生品大体一致。

整体来看，不同产地滇重楼根际土壤中Fe、Al、Ca、Mg、Na、Mn、Ba和B元素含量较高，野生品根际土壤中Na、Mg、Al、Fe、Mn、B、Co、Se和Sb元素含量整体高于栽培品根际土壤，说明根际土壤中各无机元素含量受产地影响较大。

2.3 主成分分析

2.3.1 根茎无机元素主成分分析 利用SPSS 20.0软件对不同产地滇重楼根茎中15种无机元素含量进行主成分分析，提取了4个特征值大于1的主成分(表4)，这4个主成分方差累计贡献率为74.75%，符合主成分分析要求。主成分1的特征值为4.98，贡献率为33.20%，主要反映根茎中Al、Fe、Cu、Zn、Mn、Co和Se元素信息；
主成分2的特征值为3.54，贡献率为23.63%，主要与根茎中Mo、Sb元素密切相关；
主成分3的特征值为1.58，贡献率为10.55%，主要与根茎中B元素密切相关；
主成分4的特征值为1.11，贡献率为7.73%，主要与根茎中Ca、Ni元素密切相关。

对4个主成分进行主成分得分计算和排名(表5)，对于主成分1来说，样品Yg-3得分最高；
对于主成分2来说，样品Zg-4得分最高；
对于主成分3来说，样品Yg-10得分最高；
对于主成分4来说，样品Yg-7得分最高；
综合得分最高的是Zg-4样品。

表5 不同产地滇重楼根茎无机元素主成分得分

综上，滇重楼根茎第1主成分中Al、Fe、Cu、Zn、Mn、Co和Se元素矩阵系数较大，可认为是滇重楼根茎的特征性无机元素，其中在Zg-4产地滇重楼根茎中含量最为丰富。

2.3.2 根际土壤无机元素主成分分析 利用SPSS 20.0软件提取出5个主成分特征值大于1的主成分(表6)，主成分1的特征值为4.30，贡献率为28.69%，主要反映土壤中Mg、Al、Se、Ca和Mo元素信息；
主成分2的特征值为2.88，贡献率为19.18%，主要与土壤中Cu、Co和Ni元素密切相关；
主成分3的特征值为2.20，贡献率为13.49%，主要与土壤中Fe、Sb元素密切相关；
主成分4的特征值为1.34，贡献率为8.90%，主要与土壤中Zn元素密切相关；
主成分5的特征值为1.05，贡献率为6.99%，主要与土壤中Na元素密切相关。5个主成分方差累计贡献率为77.25%，符合主成分分析要求。

表6 不同产地滇重楼根际土壤无机元素主成分矩阵

续表6 Continued table 6

从表7可以看出，对于主成分1来说，样品Zt-1得分最高；
对于主成分2来说，样品Zt-1得分最高；
对于主成分3来说，样品Yt-3得分最高；
对于主成分4来说，样品Zt-11得分最高；
对于主成分5来说，样品Zt-12得分最高；
综合得分最高的是Yt-3样品。

表7 不同产地滇重楼根际土壤无机元素主成分得分

综上，滇重楼根际土壤第1主成分中Mg、Al、Se、Ca和Mo元素矩阵系数较大，可认为是滇重楼根际土壤的特征性无机元素，其中在Yt-3产地根际土壤中含量最为丰富。

2.4 聚类分析

利用SPSS 20.0软件采用系统聚类法对不同产地滇重楼根茎及根际土壤无机元素进行聚类分析。由图1可见，当欧式聚类为15时，可将27个产地滇重楼根茎样品分为3类，Yg-4单独为第Ⅰ类，Yg-3单独为第Ⅱ类，剩余样品为第Ⅲ类，栽培品与野生品交叉严重。根际土壤无机元素聚类分析见图2，当欧式聚类为15时，可将27个产地滇重楼土壤样品分为3类，Zt-1产地土壤单独为第Ⅰ类，Zt-2产地土壤单独为第Ⅱ类，剩余样品为第Ⅲ类，与根茎无机元素聚类结果相比，两种聚类结果差异较大。整体来看，野生滇重楼根茎无机元素含量较栽培品丰富，栽培滇重楼根际土壤无机元素含量较野生品丰富。

图1 不同产地滇重楼根茎无机元素聚类分析

图2 不同产地滇重楼根际土壤无机元素聚类分析

矿质元素作为植物生长发育、产量形成和品质提高不可或缺的物质基础，其含量多与施肥状况、生态因子及环境气候等因素有关，且植物不同部位对无机元素的吸收富集存在差异[17]。目前，滇重楼生产中施肥大多仍采用经验法，存在盲目性，与精准农业的发展要求不适应。根茎作为滇重楼生长发育过程中营养成分等物质的直接吸收者，直接与土壤和肥料接触，因此测定根茎内微量元素、营养元素和重金属含量对其品质评价具有重要意义[18]。

中药含有丰富的无机元素，而无机元素含量是决定中药寒凉温热四性的物质基础，与中药防病、治病等功效密切相关[19]，如富含Fe元素的当归具有补血功效，可用于治疗缺铁性贫血[20]；
富含Zn元素的太子参具有补肾健脾的功效，可用于治疗血中低锌的慢性肾功能衰竭[21]。本研究表明，根茎中各无机元素含量受生长方式及产地影响较大，其中根茎内Ca、Mg含量最高，野生品根茎中平均Ca含量为2.77 mg/g，高于栽培品，而Ca作为生物体必需的矿质元素，是生物体许多生理生化过程的触发器[22]，滇重楼根茎内Ca元素含量越高，越有利于药效的发挥；
野生品根茎中平均Mg含量为1.53 mg/g，高于栽培品，而Mg可以参与人体中几乎所有的新陈代谢过程，尤其是对心血管系统、心脏活动有很好的保护和调节作用[22]，滇重楼根茎内Mg元素含量增加可能会影响其“凉肝定惊”功效的发挥，其机理尚需进一步研究。

现代中药研究表明，根际土壤中无机元素可以影响滇重楼根系的生理代谢活动及营养吸收，促进滇重楼生长，对滇重楼活性成分的生物合成起关键作用，而药用植物根部分泌的有机物可改变土壤中无机元素含量，两者共同构成“土壤-植物”动态生态系统。滇重楼在我国西南的云、贵、川等地分布较广，既有野生品，也有栽培品，土壤元素含量高低可以体现出其被植物直接吸收利用强度的大小[23-24]。本研究中，不同产地滇重楼根际土壤中各无机元素具有显著差异，其中野生品根际土壤中Na、Mg、Al、Fe、Mn、B、Co、Se和Sb元素含量整体高于栽培品，且不同产地根际土壤中各无机元素含量受产地影响较大，考虑到滇重楼生长发育及品质的需求，滇重楼栽培生产中可适当增施含Cu、Zn等元素的肥料。变异系数主要用于衡量数据中各观测值变异程度的大小[25]，野生品根际土壤中Mg、Ca、Mo和Sb元素变异系数大于100%，说明上述4种无机元素在野生滇重楼根际土壤中的分散程度较大，受野生生长环境影响较大；
栽培品根际土壤中Mg、Ca、Ba和Sb元素变异系数大于100%，表明这4种元素受栽培环境影响较大，与野生品大体一致。聚类分析结果表明，栽培与野生滇重楼样品产地交叉严重，这可能与滇重楼栽培品在长年累月的种植中，不同的栽培产地逐渐形成了一些地方特色品种，加之不同产地间的相互引种栽培，使得不同产地的滇重楼基因型变化较大有关。因此，仅从无机元素的分布对滇重楼产地来源进行区分难度较大，而有关水质、气候、土壤等环境因素与滇重楼药材中无机元素种类及含量的潜在联系还需进一步挖掘。

滇重楼对各无机元素吸收能力的大小不仅与滇重楼品种特性有关，还与不同产地土壤中各无机元素含量有很大关联。本研究发现，不同产地滇重楼根茎及根际土壤中各无机元素具有显著差异，大部分无机元素含量在野生品根茎和根际土壤中较栽培品高，且根茎与根际土壤中的无机元素存在显著相关性，这说明不同产地的滇重楼在栽培过程中应针对地域差异进行个性化施肥，而非大范围推广使用“专用肥”。在滇重楼的巨大市场需求前提下，更应围绕药材道地产区、产量和品质进行相关研究，探寻滇重楼对根际土壤无机元素吸收利用的规律，以期为滇重楼人工栽培中选择适宜产地、制定土壤无机元素含量标准、配套科学栽培管理技术奠定理论基础。

猜你喜欢 重楼根茎根际 早实薄皮核桃根际与非根际土壤微生物多样性分析浙江农业科学(2022年7期)2022-07-15根际微生物对植物与土壤交互调控的研究进展中国土壤与肥料(2021年5期)2021-12-02植物根际土壤生态研究进展四川农业科技(2021年7期)2021-12-01土壤质地及砧木影响苹果根际微生物功能多样性及其碳源利用中国果业信息(2020年10期)2020-12-15培育流翔高钙根茎类蔬菜实用技术今日农业(2020年13期)2020-08-24方修《重楼小诗》中的《红楼梦》情怀红楼梦学刊(2020年2期)2020-02-06重楼：梁春宏的脱贫“药方”当代陕西(2019年6期)2019-04-17多叶重楼与云南重楼中4种重楼皂苷的积累差异中成药(2017年7期)2017-11-22基于HPLC指纹图谱鉴别云南重楼和长柱重楼中成药(2017年8期)2017-11-22基于超声波的根茎类中草药净洗技术的研究中央民族大学学报（自然科学版）(2017年3期)2017-06-11