六種綠絨蒿植物元素聚類分析和DCA 分析

舍莉萍 ，盧學峰，周玉碧，葉潤蓉，孫勝男，趙慶帥，彭 敏，孫 菁*

1中國科學院西北高原生物研究所青海省青藏高原特色生物資源研究重點實驗室，西寧 810008;2 中國科學院大學，北京 100049

綠絨蒿系罌粟科(Papaveraceae)綠絨蒿屬(MeconopsisVig)植物的統稱，多為一年生或多年生草本植物。該屬植物是藏醫傳統用藥，通常以單味或復方入藥［1，2］，具有抗疲勞、止瀉、鎮痛和保肝等作用［3-5］。近年來，隨著藏醫藥的發展，人們對綠絨蒿屬植物藥用價值的認識也逐漸增多，關于其化學成分的研究也成為了熱點。目前，從綠絨蒿屬植物中分離得到的化學成分主要有生物堿、黃酮及其苷類等［6-11］，但對于其中所含元素的相關研究還不夠深入，僅有少量報道［12］。已有研究表明，藥材療效的發揮與其所含元素的種類和含量密切相關，不但補充、調節人體所缺乏的微量元素，也能對各種微量元素在人體新陳代謝中的吸收、排泄速率產生影響。通過絡合、螯合等作用，藥材中所含的元素在人體內能間接起到解毒作用，從而達到治病的目的［13］。因此，對藥材中所含元素進行分析測定，可為闡明元素與藥材藥效間的關系提供一定的理論依據［14］。

本文運用ICP-OES 法對采自青海省的六種綠絨蒿屬植物——五脈綠絨蒿(Meconopsis quintuplinervia Regel.)、紅花綠絨蒿(M.puniceaMaxim.)、總狀綠絨蒿［M.racemosa(Maxim.)］、川西綠絨蒿(M.henriciBur.et Franch)、全緣葉綠絨蒿［M.integrifolia(Maxim.)Franch.］以及多刺綠絨蒿(M.horridulaHook.f.et Thoms.)中15 種元素含量進行了測定，并利用數量分析方法對其進行聚類分析和DCA 分析，闡述其元素主要分布特征，以期為深入合理的開發利用綠絨蒿屬植物資源提供一定的科學參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent725 系列電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES，美國Agilent。工作條件:射頻發射功率1300 W;等離子氣流量0.8 L/min;輔助氣流量14 L/min;霧化氣流量0.5 L/min;觀測高度15 mm;實驗所用氣體為氬氣);AG135 電子天平(瑞士Mettler Toledo);UPT-I-10T 型超純水機(上海優普);KQ5200DE 超聲波清洗儀(江蘇昆山);pH 酸度計。

16 種待測元素標準溶液濃度均為1000 μg/mL(中國計量科學院)，使用時按需稀釋;硝酸、高氯酸等均為優級純;試驗用水為超純水(18.2 MΩ·cm)。pH4.01 標準緩沖液、pH6.87 標準緩沖液、pH9.18 標準緩沖液。

1.2 材料

試驗用材料均采自青海省境內，采樣點詳情見表1。同一采集地點至少采集15～20 株植株個體，株間距離至少5 m，然后混合。在采集植物樣品的同時利用手持式GPS 定位導航儀記錄采樣點海拔及經緯度，并利用土鉆鉆取采樣點位置表層至10 cm 深的土層，取5 個點的土壤混合作為土壤樣品，分別裝入袋中并標記編號。植物樣品帶回實驗室后，用超純水淋洗、陰干后粉碎，過100 目篩，備用。土壤樣品風干后過100 目篩，參照《GB7859-87 森林土壤pH 值的測定》測定各樣點土樣的pH 值。原植物標本經中國科學院西北高原生物研究所盧學峰副研究員鑒定為罌粟科綠絨蒿屬五脈綠絨蒿(M.quintuplinerviaRegel.)、紅花綠絨蒿(M.puniceaMaxim.)、總狀綠絨蒿［M.horridulaHook.Thoms.var.racemosa(Maxim.)Prain］、川西綠絨蒿(M.henriciBur.et Franch)、全緣葉綠絨蒿［M.integrifolia(Maxim.)Franch］以及多刺綠絨蒿(M.horridulaHook.f.et Thoms.)。

表1 采樣點信息Table 1 Collecting location of samples

1.3 樣品消解

準確稱取各樣品0.300 g 置于150 mL 錐形瓶中，加入20 mL 混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)，封口浸泡過夜。次日將錐形瓶置于電熱板上，在170 ℃左右加熱消解，直至消化液呈無色透明或略帶黃色，蒸發至約1～2 mL，冷卻至室溫后以超純水轉移，定容到25 mL 容量瓶中。平行制備2 份空白，待測。

1.4 元素分析線的選擇與背景校正

元素分析波長的選擇要符合檢出限低、靈敏度高、干擾小等原則。利用ICP-OES 法進行元素測定時，每一元素均可以同時選擇多條特征譜線，且光譜儀具有同步自動背景校正功能。考慮到共存元素之間的相互干擾，實驗中對每個被測元素選取了2～3條譜線進行測定，綜合考慮分析強度、干擾情況及穩定性等因素，本文中所選定各元素的分析波長如表2 所示。同時取10 次平行測定空白液的結果，按IUPAC(國際純粹與應用化學聯合會)的相關規定得到各元素檢出限(表2)。

表2 元素分析線及檢出限Table 2 Detection wavelengths and limits for 15 elements

1.5 標準曲線繪制

將各元素的標準溶液系列(按需稀釋配制)導入儀器進行測定，得到各元素的標準曲線，相應的線性相關系數r均≥0.9997，線性關系良好(表3)。根據標準曲線對各樣點樣品中的15 種元素進行分析測定。

1.6 精密度和加標回收率試驗

對同一份樣品進行7 次重復進樣檢測，以測定本方法的精密度;同時，取已知元素含量的五脈綠絨蒿樣品按照標準加入的方法測定各檢出元素的回收率，如表4 所示。

1.7 數據分析

所有數據處理工作均在PC-ORD V5.0 中進行。聚類分析采用Adjustment to Standard Deviate(即Zscore 標準化)對數據進行標準化轉換。

2 結果與討論

2.1 元素含量測定

在已選定的最佳工作條件下，利用ICP-OES 測定樣品中的15 種元素含量，每個樣品重復測定3次，計算平均值作為測定結果(表5)。從表5 中可以看出，六種綠絨蒿植物中共有10 種元素被檢出，分別為K、Ca、Na、Mg、Fe、Al、Zn、Mn、Cu 和Cr。同一元素在不同綠絨蒿樣品中顯示出不同的含量水平，但各檢出元素含量高低排列順序在六種植物中基本趨于一致，以含量排序，前6 種元素均依次為K＞Ca ＞Mg ＞Fe ＞Al ＞Na，常量元素中K 和Ca 的含量均≥8000 mg/kg，Na 元素含量相對較低，在86.19～361.32 mg/kg 范圍內;而微量元素中，含量最低的為Cu 和Cr。另外，Ni、Se、As、Cd 和Pb 元素因含量過低超出檢出限而未能檢測到。

表3 系列標準溶液的標準曲線Table 3 Standard curves of the standard solution series

表4 精密度及回收率試驗(n=7)Table 4 Precision and recovery test (n=7)

表5 元素含量測定結果(n=3)Table 5 Mineral contents in 6 Meconopsis species (n=3)

2.2 聚類分析

采用歐氏距離-Ward’s Method 分析方法，對6種綠絨蒿元素含量數據進行聚類分析，結果如圖1所示。可見在數據信息保留量達到70%左右時，這六種綠絨蒿屬植物可以劃分為3 個不同類群:1)第Ⅰ類群中，紅花綠絨蒿和全緣葉綠絨蒿最先聚為一組，該組成員中除了Ca 和Cu 元素含量高于平均值外，其他元素的含量均低于各元素的平均含量;另外一組則是五脈綠絨蒿和川西綠絨蒿，這兩種植物中Cu、Na 和Zn 元素含量均高于平均水平而Fe 和Cr元素的含量低于平均水平;這兩組最終因為Fe 和Cr 元素的含量均低于平均值且Cu 的含量高于平均值而劃分入同一類群;2)第Ⅱ類群成員僅為多刺綠絨蒿，其K、Mg、Cu 和Na 元素含量均低于平均值;3)總狀綠絨蒿則因其各元素含量均高于平均含量而獨成第Ⅲ類群。

圖1 六種綠絨蒿植物類群劃分結果Fig.1 Cluster analysis based on mineral contents

2.3 DCA 分析

以元素含量測定結果(表4)和采樣點環境因素(表1)為指標進行的DCA 分析結果(圖2)顯示，六種綠絨蒿植物中元素的積累都受到環境因素不同程度的影響，以K、Zn、Cu、Mg、Na、Mn、Ca 元素受環境因素的影響較為顯著，Al、Fe 和Cr 則遠離分析區域，所受影響不太明顯。從圖中還可以看出，采樣點海拔與元素含量呈負相關關系，經緯度、土壤pH 值則呈現正相關影響。例如，隨著采樣點海拔的升高，K、Zn、Cu 等元素含量呈降低趨勢。

圖2 環境因素對元素影響的DCA 分析Fig.2 DCA based on the environmental factors and mineral contents

3 結論

本文采用濕法消解結合ICP-OES 測定了六種綠絨蒿屬植物中的無機元素組成及含量，并對測定結果進行聚類分析和DCA 分析，以期能夠促進綠絨蒿屬藥用植物資源的深入研究和開發利用。(1)在所選定的儀器工作條件下，各元素分析線之間的相互干擾小，對測定結果無明顯影響，測定結果準確可靠。(2)基于元素含量的聚類分析將六種綠絨蒿植物劃分為3 個類群，雖然不同綠絨蒿植物對元素的吸收利用有較大差異，但同一類群中的綠絨蒿植物之間仍有一定的相似性。(3)以元素含量和環境因素為指標進行的DCA 分析表明，六種綠絨蒿植物對元素的富集受到生長環境的不同影響，采樣點海拔所產生的影響與其余三種因素相反。

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