文山三七中As分配規律及其對皂苷和黃酮含量的影響

孫晶晶　祖艷群　馬妮等

摘要[目的]探討文山三七中As分配規律及其對皂苷和黃酮含量的影響。[方法]通過野外大田調查和室內分析相結合的方法研究云南文山三七主要種植區不同年份三七（二年生和三年生）不同部位（主根、須根、剪口）As分配規律，探討As元素對三七主要藥效成分黃酮和皂苷含量的影響。[結果]砷含量在三七各部位分布依次為：須根>剪口>主根。三七須根中As含量最高，為0.31～0.33 mg/kg。3年生三七須根和主根的砷含量較2年生高。三七中黃酮含量為3.45～11.10 mg/g，2年生三七黃酮含量大于3年生三七。三七須根中黃酮含量與須根中As含量呈顯著的負相關關系。總皂苷和單體皂苷含量在剪口和主根中較高，三七總皂苷含量為4.08%～1351%，人參皂苷占總皂苷的90.53%～97.79%。3年生三七的總皂苷和單體皂苷含量大于2年生三七。須根中三七皂苷R1含量與須根中As含量呈顯著的正相關關系；剪口中總皂苷含量、Rg1含量和Rb1含量均與剪口中As含量呈顯著的負相關關系。[結論]因此，三七As含量對藥效成分的影響與不同部位和不同皂苷類型有關，As能導致須根中皂苷含量的累積，須根中黃酮和剪口中皂苷含量的下降。

關鍵詞三七（Panax notoginseng）；皂苷；黃酮；As

中圖分類號S567文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03511-05

基金項目國家自然科學基金（41261096）。

作者簡介孫晶晶（1988-），女，安徽懷遠人，碩士研究生，研究方向：土壤重金屬污染及修復。*通訊作者。

砷（As）是一種常見的環境毒物和人類致癌物，土壤砷污染導致的環境污染問題日益突出[1-3]。全球每年向土壤輸入的砷含量可達9.4×107 kg [4]。我國的砷礦主要分布在湖南、云南、廣西和廣東等省，在云南昆明紅壤中砷的含量達到16.40～19.20 mg/kg，均值為17.80 mg/kg[5]。農田土壤中As超標或污染使農作物產量和品質受到影響[6-10]。三七[Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen]為五加科人參屬（Panax）多年生陰性宿根草本植物，作為云南省名貴的道地中藥材，在云南省文山州具有600多年的栽培歷史和廣泛的栽培面積，三七活血化淤和消腫定痛的功效與其最主要的藥效成分皂苷和黃酮有關，塊根和根莖是主要的藥用部位；莖葉也作藥用；花則是最好的保健飲品；果實和種子主要作為繁殖體。三七花采收年限為2年生以上，根部和莖葉采收年限為3年生。因此，三七的研究年限一般為2年和3年。

文山三七2011年的種植面積6 527 hm2，年產量達到470.7萬kg，占全國三七種植面積和總產量的首位，占我國總產量的98%以上。文山州由于地殼原始分化成分的作用、含砷礦的開采和含砷農藥的長期使用，使三七種植區存在普遍的土壤砷污染和三七砷含量超標的現象[11-13]。皂苷和黃酮含量是三七質量控制的重要指標，三七中單體皂苷Rg1和Rb1為人參皂苷，三七皂苷R1為三七特有，R1、Rg1和Rb1為三七中主要的單體皂苷，總皂苷含量常用三者之和表示。三七砷含量及其與三七皂苷和黃酮含量之間的關系的研究較少[14-16]，隨著三七制品的生產和發展，對三七的需求量不斷增加，研究2年生和3年生三七的皂苷和黃酮含量對砷元素脅迫的響應具有主要的意義，對于指導三七的生產和三七品質的提高具有一定的實踐和理論意義。因此，筆者通過野外大田調查和室內分析相結合的方法研究云南文山三七主要種植區不同年份三七（2年生和3年生）不同部位（主根、須根和剪口）As分配規律，探討As元素對三七主要藥效成分黃酮和皂苷含量的影響，以期為三七的進一步開發利用提供依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1研究對象。于2012年11月在文山州三七主要種植區文山縣、丘北縣、硯山縣、廣南縣進行大田采樣30個（圖1）。

1.2方法

1.2.1大田調查和采樣方法。試驗采用大田調查采樣的方法，于2012年11月在文山州三七主要種植區文山縣、丘北縣、硯山縣、廣南縣進行大田采樣30個，由于三七以1年生苗為主要移栽對象，而收獲對象主要以2年生和3年生為主。因此，選擇年份為2年生和3年生三七，包括2年生（19個樣品）和3年生（11個樣品）三七植物樣品及對應表層土壤樣品（0～15 cm），取樣點以GPS精確定位，各采樣位點的分布如圖1。采樣點緯度為23°28′04.9″～24°10′36.4″，經度為103°53′47.3″～104°53′48.4″，海拔為1 429～2 021 m。采樣點土壤pH值4.2～7.1、有機質含量3.9～39.02 g/kg、CEC為24.42～52.40 cmol/kg，土壤類型以粘壤土和壤質粘土為主。對應表層土壤樣品通過室內分析，As含量的變化范圍為14.24～63.56 mg/kg。

新鮮的植物樣品用自來水清洗干凈后用去離子水清洗，將三七植株分為剪口、主根、須根3個部位，在105 ℃下殺青30 min，然后65～70 ℃烘干至恒重，待冷卻后磨碎待用。測定剪口、主根、須根中As含量、單體皂苷R1、Rg1和Rb1含量、黃酮含量。計算總皂苷含量含量（R1+Rg1+Rb1）。

1.2.3統計分析方法。采用SPSS（11.0）數據處理統進行相關性分析，用Excel 2000軟件對數據進行統計分析。

2結果與分析

2.1不同年份三七各部位As含量特征計算得三七剪口和主根均為0.15 mg/kg，須根為0.32 mg/kg。總的來講，砷含量均低于優質三七砷的限量標準≤1.0 mg/kg（GB190862003）。砷在三七各部位的含量分布為：須根>剪口>主根。

其中，2年生三七的各部位砷含量分別剪口0.15 mg/kg，主根0.14 mg/kg，須根0.31 mg/kg。砷在2年生三七各部位的含量分布為：須根>剪口>主根（圖2）。2年生三七剪口中砷含量與主根中砷含量之間呈顯著的負相關關系（Y=020-0.35X，R=0.462 6，P<0.05，N=19）。3年生三七剪口為0.15 mg/kg，主根為0.17 mg/kg，須根為0.33 mg/kg。砷在3年生三七各部位的含量分布為：須根>主根>剪口（圖2）。

其中，2年生三七須根的黃酮含量為7.25 mg/g，剪口的黃酮含量為5.25 mg/g；主根的黃酮含量為3.60 mg/g（圖3）。三七各部位黃酮含量的較高的為須根、剪口，最低為主根（圖3）。2年生三七的剪口、主根和須根的黃酮含量變異系數分別為15.09%、22.85%和9.68%。3年生三七的須根的黃酮含量為7.27 mg/g，剪口的黃酮平均含量為4.67 mg/g，主根的黃酮含量為3.45 mg/g（圖3）。

3年生三七各部位黃酮含量的較高的為須根、剪口，最低為主根。黃酮在2年生和3年生三七各部位的含量分布規律一致。2年生三七剪口和主根的黃酮含量大于3年生三七，而須根的黃酮含量2年生和3年生三七基本相同。

其中，2年生三七的剪口中總皂苷平均含量為12.95%，其中R1含量為1.16%，人參皂苷Rg1含量為6.85%，人參皂苷Rb1含量為4.94%。相關分析表明，剪口中總皂苷和單體皂苷Rb1含量與剪口中As含量呈顯著的負相關關系。主根中總皂苷含量為10.12%，其中R1含量為089%，人參皂苷Rg1含量為5.42%，人參皂苷Rb1含量為3.81%。須根中總皂苷含量為3.61%，其中R1含量為0.38%，人參皂苷Rg1含量為219%，人參皂苷Rb1含量為1.03%，須根中R1含量與須根中As含量之間呈顯著的正相關關系（表2）。2年生三七的剪口中總皂苷和單體皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于主根，最低的是須根。Rg1和Rb1含量大于R1含量。Rb1/Rg1比值在剪口、主根和須根中分別為0.72、0.70和0.47。人參皂苷與三七皂苷的比值[（Rb1+Rg1）/R1]在剪口、主根和須根中分別為10.16、10.37和8.50。

3年生三七的剪口中總皂苷含量為14.46%，其中R1含量為1.47%，人參皂苷Rg1含量為7.24%，人參皂苷Rb1含量為5.75%。主根中總皂苷含量為11.80%，其中R1含量為1.12%，人參皂苷Rg1含量為6.05%，人參皂苷Rb1含量為4.64%。須根中總皂苷含量為4.91%，其中R1含量為057%，人參皂苷Rg1含量為283%，人參皂苷Rb1含量為249%（表1）。

3年生三七的剪口中總皂苷和單體皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于主根，最低的是須根。并且3年生三七的剪口、主根和須根中總皂苷和單體皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于2年生三七。

3討論與結論

3.1討論2年生和3年生三七的剪口的砷含量沒有明顯的差異，可能由于剪口的生長周期均是在1年內，都是當年新生長的部位，所以2年生和3年生的剪口對土壤中As的吸收過程和吸收規律是相同，主根和須根是屬于多年生器官，3年生三七的主根和須根的砷含量均比2年生的主根和須根的砷含量有所增加。可見As的累積是一個長期的過程，As能儲存在主根和須根中。閻秀蘭等研究也表明，主根是三七中砷的主要儲存部位[12]。相關性分析表明2年生三七的剪口砷含量與主根中砷含量表現出顯著的負相關性。可見，2年生三七剪口中As能轉移到主根中儲存，從而保證了剪口的生長和來年的萌發，三七對土壤As脅迫環境具有其獨特的適應方式和途徑，該特征對于研究三七對As脅迫的響應機理具有主要的意義。

As在三七各部位的含量分布為須根>剪口>主根，地下部位須根、剪口和主根是砷的主要分布區，三七作為一種多年生藥材，一般生長3年后收獲，特別是須根中As含量的2年生和3年生三七中均表現出最高，須根中As含量是其他部位的1.82～3.30倍，須根較容易吸收土壤中的As[12]。所以，3年生三七的砷在主要收獲部位須根、主根和剪口的累積應該加以關注。

黃酮在2年生和3年生三七各部位的含量分布規律均為須根>剪口>主根。魏均嫻等研究了根和葉中的黃酮成分為槲皮素、山柰酚和槲皮素3O槐糖苷[21-23]。黃酮含量與三七的產地和三七的質量大小有關[18]。對于黃酮的分配規律研究較少[15]。2年生三七剪口和主根的黃酮含量大于3年生三七，而須根的黃酮含量2年生和3年生三七基本相同，其原因可能與3年生三七的生物量大于2年生三七，對黃酮含量具有稀釋作用的結果。

一方面，黃酮作為三七的藥效成分，對三七的生理活性具有主要的作用，另一方面，在環境脅迫條件下，植物通過增加植物體內黃酮化合物來防御環境脅迫，黃酮是植物綜合防御體系的一部分。黃酮具有一定的清除氧自由基的作用，能降低亞砷酸鹽對細胞的損傷，對細胞具有防護功能[24-25]。三七莖葉能通過增加黃酮的含量來增強對As脅迫的適應。環境脅迫能使植物體內的黃酮含量增加，主要是由于環境脅迫可誘導黃酮的生物合成的關鍵酶苯丙氨酸解氨酶和查爾酮合酶的活性和數量的上升，已在燈盞花、草珊瑚和毛地黃等中藥材中得到了證實[3，26-27]。三七查爾酮合酶的表達受UV 照射、真菌侵染和微量元素等條件誘導，增加酶活性和含量，提高黃酮含量[5，28]。但是，地下部位須根、剪口和主根作為三七主要的收獲部位和藥效部位，黃酮含量的較低。三七黃酮產量受到很多條件的影響，與三七生長發育階段、部位和生理活動等有關[6，29]。相關分析表現三七須根中黃酮含量與須根中As含量呈顯著的負相關關系，2年生三七須根和剪口中黃酮含量均與須根中As含量也表現出顯著的負相關關系（表3），可見須根中較高的As含量對須根和剪口中黃酮的累積具有明顯抑制作用。研究表明黃酮合成的調控基因查爾酮合酶的表達基因在不同生物體具有不同的時空調節模式，在不同組織和器官、不同時期具有表達的特異性[30-32]。因此，As脅迫對三七地上部分和地下部分黃酮的影響差異需要進一步深入的研究。

皂苷是一類由甾體皂苷元或三萜皂苷元與糖或糖醛酸縮合而成的苷類化合物，分為甾體皂苷和三萜皂苷，廣泛存在于薯蕷科、百合科、五加科、傘形科、豆科、桔梗科、遠志科和葫蘆科等植物中，具有去痰、鎮痛、抗炎、抗疲勞、抗菌和促進核酸和蛋白質合成等作用。三七總皂苷（Rg1+Rb1+R1）平均含量在剪口、主根和須根中分別為13.51%、10.74%和4.08%，除須根外，剪口和主根中的總皂苷含量均是2005年版藥典中規定的不低于5%的2倍以上[33]。

從三七中已經分離得到70多種單體皂苷成分，這些單體皂苷成分大多數為達瑪烷型人參皂苷，其中三七皂苷R1為三七特有，人參皂苷Rg1和Rb1含量最高，Rb1在三七根、剪口、葉、花中的比例分配為1.8∶3.23∶0.03∶0.4[34-36]。三七中人參皂苷Rg1和Rb1含量是三七中皂苷的主要成分，分別占剪口、主根和須根總皂苷的90.53%、90.88%和97.79%，而且Rg1含量高于Rb1含量，與楊崇仁等的研究一致。而三七皂苷R1含量僅占總皂苷的9.47%、9.21%和2.21%[16]。Rg1∶Rb1∶R1在剪口、主根和須根中分別為5.8∶4.2∶1.0；5.5∶4.1∶1.0和5.4∶3.5∶1.0。2年生和3年生三七的剪口中總皂苷和單體皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于主根，最低的是須根，分配規律在2年生和3年生三七中一致。并且3年生三七的剪口、主根和須根中總皂苷和單體皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于2年生三七，因此，從三七主要的藥效成分皂苷的含量累積的角度，3年生三七作為主要收獲階段具有主要的意義。

環境因子的改變能在一定程度上改變植物皂苷基因的表達和皂苷的合成，影響皂苷產量[37-38]。土壤As在低濃度時，可以刺激三七的生長，提高某些單體皂苷的含量，同時其他單體皂苷含量降低，且三七塊根中的單體皂苷R1、Rb1和Rg1之和也隨著外源As的增加而降低[14]。相關分析表現剪口中總皂苷含量、Rg1含量和Rb1含量均與剪口中As含量呈顯著的負相關關系，2年生三七剪口中總皂苷含量和Rb1含量也表現出與剪口中As含量呈顯著的負相關關系（表3）。而須根中三七皂苷R1含量與須根中As含量呈顯著的正相關關系，而且2年生和3年生三七的須根中三七皂苷R1含量與須根中As含量均表現出顯著的正相關關系。可見，皂苷含量的變化不僅與單體皂苷類型有關，也與不同部位的響應有關。特別是人參皂苷Rb1和三七皂苷R1對As脅迫的響應的差異，需要進一步深入的研究。

比較須根As含量與須根黃酮和皂苷含量的相關分析，二者具有相反的相關性，隨著須根中As含量的增加，須根中黃酮含量逐漸下降，而R1含量逐漸增加。對須根中皂苷和黃酮含量進行相關分析，表明須根中須根黃酮含量均與R1含量（Y=1.01-0.078X，R=0.383 4，F=4.48，P<0.05，N=30）和總皂苷含量（Y=7.78-0.51X，R=0.325 6，F=4.56，P<0.05，N=30）呈顯著的負相關關系。黃酮與R1代謝的不同是否是由于對As脅迫響應的差異引起的還需要進一步深入探討。黃酮與三七皂苷R1是植物經一相反應后的代謝物在尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基轉移酶等催化下，與O-葡萄糖醛酸和糖類結合產生，次生代謝產物通過苯丙氨酸途徑和異戊二烯途徑形成[39]，從而可能產生對As脅迫的響應差異。

3.2結論通過大田調查不同年份三七不同部位對As元素的累積特征及其對三七主要藥效成分黃酮和皂苷含量的影響，可以看出文山三七主要生產區三七的As含量低于優質三七對As含量（<1.0 mg/kg）的限度，地下部位須根、剪口和主根是砷的主要分布部位，須根中As含量是其他部位的1.82～3.30倍。三七黃酮含量最低的是主根，須根中黃酮含量與As含量的相關性相反。三七總皂苷含量大于藥典中規定的5%，總皂苷和單體皂苷含量在剪口和主根中較高，剪口和須根中皂苷含量與As的相關性相反，人參皂苷Rb1和三七皂苷R1對As脅迫的響應不同。

因此，三七藥效成分對As元素的響應，不同的年份的影響較小，主要是與不同的部位、不同單體皂苷成分有關。三七藥效成分對As元素的響應，黃酮表現出地上部位和地下部位的差異，皂苷表現出人參皂苷和三七皂苷的差異。

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