當歸藥材中無機元素與海拔及經緯度的關系研究

顧志榮， 陳 暉， 王亞麗*， 孫宇靖， 張亞亞

（1.甘肅中醫學院科研實驗中心，甘肅　蘭州　730000；2.甘肅中醫學院當歸研究所，甘肅　蘭州　730000）

［飲片炮制］

當歸藥材中無機元素與海拔及經緯度的關系研究

顧志榮1，2， 陳 暉2， 王亞麗1，2*， 孫宇靖1，2， 張亞亞2

（1.甘肅中醫學院科研實驗中心，甘肅蘭州730000；2.甘肅中醫學院當歸研究所，甘肅蘭州730000）

目的 探討當歸藥材中無機元素的質量分數與其生長的海拔及經緯度的關系。方法 采用AAS（原子吸收分光光度法）測定甘肅省10個主產區的91批不同海拔及經緯度的當歸藥材中9種無機元素（Fe、K、Zn、Mg、Mn、Ca、Ni、Na和Cu），采用相關分析、通徑分析和決定程度分析進行研究。結果 不同產地當歸中無機元素的質量分數大多有顯著性差異；當歸藥材中Na的質量分數與海拔呈顯著正相關，K、Cu的質量分數與經度及緯度呈顯著正相關，Ca的質量分數與海拔呈顯著負相關；海拔和經緯度對Mg、Zn及Ni的質量分數存在一定的交互作用；海拔是K和Mn的主要影響因素，經度是Ca、Ni和Na的主要影響因素，緯度是Ca和Mg的主要影響因素。結論 在當歸種植基地選擇時須考慮海拔、經度及緯度等地理指標以富集人體必需的微量元素，減少重金屬元素。

當歸；無機元素；海拔；經度；緯度；相關分析；通徑分析；決定程度分析

當歸Angelica sinensis（Oliv.）Diels為傘形科草本藥用植物，中醫以其根作為藥用［1］。當歸屬低溫長日照型植物，適宜生長在海拔2 000～3 000 m的高寒陰濕地區。甘肅主產區當歸總產量占全國的95%以上，分布在34°02′～34°50′N及103°37′～104°52′E，以岷山山脈東支南北兩面山麓地區種植面積較大［2］，質量最優，俗稱“岷歸”，被引為道地藥材。

海拔和經度、緯度等地理指標是影響藥用植物分布及生長發育的重要環境因子［3］。研究表明，適當升高種植海拔有利于當歸中阿魏酸的轉化積累［4］。高海拔區種植的當歸產量較高，與海拔通過改變光合產物的分配格局和干物質的積累速率有關，適當升高種植海拔有利于光合產物向根分配，進而提高當歸藥材產量［5］。當歸株高、葉片數和抽薹率與生長海拔和經度呈極顯著負相關，但與緯度呈極顯著正相關，高海拔區種植的當歸植株明顯矮化，抽薹率顯著降低［2］。這些研究從產量、有效成分含有量以及當歸長勢等方面探索了海拔及經緯度與當歸生長的響應關系，但對當歸藥材中無機元素含有量與海拔及經緯度的關系研究筆者未見相關報道。研究表明，當歸含有23種無機元素，其中16種是人體必需的微量元素［6］。無機元素在藥用植物次生代謝產物的生物合成、中藥生物活性的表達和化學成分的結構解析中起著關鍵性作用［7-8］。本實驗基于91批不同生長海拔及經緯度的當歸樣本，探討當歸藥材中無機元素含有量與海拔及經緯度等地理指標的相關關系。

1　儀器與材料

Solaar S-2型原子吸收分光光度計（美國熱電公司）；MK-Ⅲ型光纖壓力自控密閉微波消解系統（上海新科公司）。HNO3和H2O2（均為優級純）；超純水；Zn、Fe、Mn、Mg、Ni、Ca、Na、K及Cu標準儲備液（購自國家標準物質研究中心，批號6031）。91批當歸樣本，于2012年10月下旬采集于甘肅省10個縣級主產區，經甘肅中醫學院藥學院晉玲教授鑒定為Angelica sinensis（Oliv.）Diels。樣本信息見表1。

表1　當歸樣本信息Tab.1 Samp les information of Angelica sinensis

續表1

2　方法與結果

2.1樣品中無機元素的測定 樣品中無機元素的測定采用AAS法。樣品溶液制備、檢測條件等參見參考文獻［9］。每份樣品平行測定3次，取平均值。為減少篇幅并對不同產地當歸藥材中無機元素量進行比較，將測定結果按產地表示為±s（均數±標準差）的形式，采用ANOVA（方差分析）進行比較。9種無機元素質量分數的原始數據均通過了方差齊性檢查，故采用LSD法進行兩兩比較［10］，見表2。可知，不同產地當歸中無機元素的質量分數大多有顯著性差異。

表2　當歸藥材中無機元素測定結果（μg/g）Tab.2 Levels of inorganic elements in Angelica sinensis（μg/g）

2.2當歸中無機元素與生長海拔及經緯度的相關分析 為研究當歸中無機元素與其生長海拔及經緯度的相關關系，并排除其他環境因素對相關關系的影響，同時對其進行Pearson相關分析與偏相關分析，結果見表3。當兩個變量同時與第三個變量相關時，偏相關能夠將第三個變量的影響剔除［11］。Pearson相關分析顯示，當歸藥材中Na的質量分數與海拔，K的質量分數與經度在P＜0.01水平呈極顯著正相關，K的質量分數與緯度在P＜0.05水平呈顯著正相關，Cu的質量分數與經度及緯度在P＜0.05水平呈顯著正相關，Ca的質量分數與海拔在P＜0.05水平呈顯著負相關；其他礦質元素的質量分數與海拔及經緯度的相關關系不顯著。偏相關系數和Pearson相關系數的差值大于0.1的相關關系有：Fe、Cu的質量分數與經度，K、Ca、Mg和Cu的質量分數與緯度，表明這些相關關系受其他環境因子的影響較大。

2.3當歸中無機元素與生長海拔及經緯度的通徑分析 由“2.2”項偏相關分析可知，當歸中有些無機元素與生長海拔及經緯度的相關關系受其他環境因子的影響較大。通徑分析能夠在相關分析的基礎上將自變量對因變量的作用分解為直接作用和間接作用，以揭示多個因素對考察指標的協同作用［12］。由表4直接通徑系數可知，地理指標對Zn、Mn及Cu質量分數的直接作用大小為緯度＞經度＞海拔，對Fe及Na質量分數的直接作用大小為海拔＞緯度＞經度，對Ca質量分數的直接作用大小為海拔＞經度＞緯度，對K質量分數的直接作用大小為經度＞緯度＞海拔，對Mg質量分數的直接作用大小為經度＞海拔＞緯度，對Ni的質量分數的直接作用大小為緯度＞海拔＞經度。此結論與相關分析得出的結論基本一致。

表3　當歸中無機元素的質量分數與海拔及經緯度的相關性分析Tab.3 Correlation analysis between the level of inorganic elements in Angelica sinensis and altitude，latitude and longitude

表4　當歸中無機元素的質量分數與生長海拔及經緯度的通徑分析Tab.4 Path analysis of the levels of inorganic elements in Angelica sinensis and altitude，latitude and longitude

從作用途徑看，海拔對Fe、K、Mg、Mn、Na及Cu質量分數的直接影響為正效應，對Ca、Zn及Ni質量分數的直接影響為負效應，其中與Fe、Ca及Na質量分數的直接通徑系數明顯大于間接通徑系數，說明這些相關關系是海拔直接作用的結果，其他元素的質量分數與海拔的相關關系是直接作用與間接作用綜合的結果；經度對Fe、K、Ca、Mg、Ni、Na及Cu質量分數的直接影響為正效應，對Zn及Mn質量分數的直接影響為負效應，其中與K及Cu質量分數的直接通徑系數明顯大于間接通徑系數，說明這些相關關系是經度直接作用的結果，其他元素的質量分數與經度的相關關系是直接作用與間接作用綜合的結果；緯度對K、Zn及Cu的質量分數的直接影響為正效應，對Fe、Ca、Mg、Ni、Mn及Na質量分數的直接影響為負效應，其中與Mn質量分數的直接通徑系數明顯大于間接通徑系數，說明Mn質量分數與緯度的相關關系是緯度直接作用的結果，其他元素質量分數與緯度的相關關系是直接作用與間接作用綜合的結果。Mg、Zn及Ni的質量分數與海拔和經緯度的直接通徑系數與間接通徑系數彼此間存在一定的交互作用。

2.4海拔及經緯度對當歸無機元素的決定程度分析 決定程度分析能夠得到每個自變量對因變量的絕對影響程度，該分析方法既考慮了因子間的直接作用，也考慮了因子間的間接作用，可對通徑分析結果進行更準確的分析和判斷［13］。絕對影響程度用決策系數來表示，計算公式為：

決策系數的計算結果列于表4中。可知，地理指標對Fe、Ni及Na質量分數影響的決策系數大小排序為經度＞緯度＞海拔，對Zn及Cu質量分數影響的決策系數大小排序為經度＞海拔＞緯度，對K質量分數影響的決策系數大小排序為海拔＞緯度＞經度，對Mg質量分數影響的決策系數大小排序為緯度＞海拔＞經度，對Ca質量分數影響的決策系數大小排序為緯度＞經度＞海拔，對Mn質量分數影響的決策系數大小排序為海拔＞經度＞緯度。其中，海拔對K和Mn的質量分數，經度對Ca、Ni和Na的質量分數，以及緯度對Ca和Mg的質量分數等影響的決策系數為正值，可以看作是相應的地理指標影響無機元素質量分數的主要決策因素，決策系數為負值的是相應的地理指標影響無機元素質量分數的主要限制因素。

3　結論與討論

本實驗首次探討了當歸藥材中的無機元素含有量與海拔、經度及緯度等地理指標的相關關系。方差分析表明，不同產地當歸中無機元素的質量分數大多有顯著性差異。Pearson相關分析表明，當歸藥材中多種無機元素含有量與海拔、經度及緯度存在顯著或極顯著的正相關或負相關；偏相關分析與通徑分析均表明某些無機元素的含有量受多種環境因子的交互作用；通徑分析同時發現，不同地理指標對當歸中不同無機元素的作用不盡相同，體現為不同的正效應或負效應；決定程度分析得出了海拔、經度及緯度作為主要決策因素所影響的無機元素種類。

現代醫學研究表明，中藥無機元素對許多生物活性分子起著關鍵的調控作用，在機體內多與配體形成活性配位化合物發揮作用，是機體營養、生長發育以及防治疾病不可缺少的部分［14-15］。中藥無機元素的種類及含有量積累與產地的環境因子如氣候、土壤和水質，以及地理因子如海拔、經緯度和地形等密切相關，但各種環境和地理因子并不是孤立的，而是多種因子交互作用。本研究表明，海拔、經度及緯度等地理指標對當歸中無機元素質量分數的作用決策系數大小及作用效力不同；決策系數為負值表示相應的地理指標是影響無機元素質量分數的主要限制因素，為正值表示相應的地理指標是影響無機元素質量分數的主要決策因素。這一結論啟示我們，在當歸種植基地選擇及栽培過程中，可以通過選擇性地考察海拔、經度及緯度等地理指標以避免當歸對重金屬元素的富集，也可以讓當歸選擇性地富集與功效主治密切相關的無機元素。

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Relationship between inorganic elements content of Angelica sinensis and its grow ing altitude，latitude and longitude

GU Zhi-rong1，2， CHEN Hui2， WANG Ya-li1，2*， SUN Yu-jing1，2， ZHANG Ya-ya2
（1.Center of Scientific Experiment，Gansu College of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China；2.Institute of Angelica Sinensis，Gansu College of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China）

AIM To investigate the relationship between inorganic elements content of Angelica sinensis and its growing altitude，latitude and longitude.METHODS The contents of nine kinds of inorganic elements（Zn，Fe，Mn，Mg，Ni，Ca，Na，K and Cu）in 91 batches of A.sinensis from ten growing areaswith differentgrowing altitude，latitude and longitudewere determined by AAS（atomic absorption spectroscopy）.Correlation analysis，path analysis and decision coefficient analysiswere used for study.RESULTS The content of inorganic elements in A.sinensis had significant differences among themost growing areas.Na level with altitude，K and Cu levels with latitude and longitude had a significant positive correlation，Ca level had a significant negative correlation with altitude.Their interaction manifested thataltitude affected K and Mn levels，latitude represented the decision factor of Ca，Niand Na levels，and longitude was themain influencing factor of Ca and Mg，respectively.CONCLUSION The growing altitude，latitude and longitudemust be considered in order to concentrate beneficial trace elements and reduce harmful trace elements to human being in the selection of growing areas of A.sinensis.

Angelica sinensis；inorganic elements；altitude；latitude；longitude；correlation analysis；path analysis；decision coefficient analysis

R282.2

A

1001-1528（2015）03-0578-06

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.03.026

2014-06-26

國家自然科學基金項目（30960037）；2011年甘肅省發改委戰略新興產業和產業技術研究與開發專項項目；甘肅中醫學院研究生創新基金項目（CX2014-06）

顧志榮（1988—），男，碩士生，研究方向為中藥成分分析和質量控制。Tel：13519311935，E-mail：sanxincao92@sina.com

王亞麗（1963—），女，教授，博士生導師，研究方向為中藥成分分析和質量控制。E-mail：cnwy11166@hotmail.com