不同月份紅芪微量元素特征研究

強正澤，李成義，王明偉，李碩甘肅中醫藥大學藥學院，甘肅 蘭州 730000

不同月份紅芪微量元素特征研究

強正澤，李成義，王明偉，李碩
甘肅中醫藥大學藥學院，甘肅 蘭州 730000

目的 分析不同月份紅芪中12種微量元素含量的變化特征，為紅芪最佳采收期的選擇提供參考依據。方法 收集不同月份（6、7、8、9、10、11月）紅芪樣品，采用原子吸收光譜法測定其微量元素含量，并進行單因素方差分析、相關性分析、聚類分析及因子分析。結果 不同月份紅芪中銅、鈷元素含量存在顯著差異（P＜0.05），鐵、鈣、錳、鋅、鎂、鉻、鈉、鋰、鎳、鉀元素含量存在極顯著差異（P＜0.01）；銅元素含量與月份之間存在顯著正相關關系，鐵、鈉、錳、鉻、鋰元素含量與月份之間存在顯著負相關關系，鈣、鎂元素含量與月份之間存在極顯著負相關關系；錳、鉻、鎳、鉀、鈉是不同時期紅芪的特征性微量元素；不同時期樣品聚為2類，6、7、8、9月樣品聚為第一類（Ⅰ類），10、11月樣品聚為第二類（Ⅱ類）。結論 紅芪中微量元素與月份的關系密切；6、7、8、9月（未成熟期）紅芪中微量元素信息較為接近或代謝模式相似，10、11月（近成熟期或成熟期）紅芪中微量元素信息較為接近；以微量元素為指標研究紅芪的采收期具有一定的合理性。

紅芪；不同月份；微量元素

DOl：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.09.022

紅芪為豆科植物多序巖黃芪Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.的干燥根［1］142，是甘肅特產藥材之一，在西北地區藥用歷史悠久，具有補氣養血、行滯通痹、托毒排膿、斂瘡生肌等功效。李杲曾云：“凡諸草、木、昆蟲，產之有地，根、葉、花、實，采之有時。失其地，則性味少異；失其時，則氣味不全。”說明中藥采收期非常重要。近年來，對中藥材采收期的評價主要依據藥材中的微量物質、指標性成分及化學成分群的含量，通過指紋圖譜及相似度、聚類分析等方法選擇中藥的合理采收期［2-5］。作為中藥材中的微量成分，微量元素是中藥藥效、藥性的相關性物質［6-7］，是次生代謝產物產生的催化劑［8-9］，是解釋中藥道地性［10］的基礎物質之一，而且是中藥質量控制不可或缺的特征參數［11］，同時中藥中的一些微量元素為人體必需微量元素，是治療疾病的有效物質。目前，紅芪的研究主要集中在成分鑒別［12-13］、藥理作用［14-15］等方面，而對不同月份紅芪中的微量成分變化研究尚未見報道。本研究通過收集不同月份紅芪樣品，應用原子吸收光譜法測定樣品中12種微量元素含量，采用因子分析等方法處理數據并解釋結果，旨在揭示不同月份紅芪中微量元素的變化特征，為紅芪采收期的選擇提供參考依據。

1 儀器與試藥

SOLAAR S-2型原子吸收分光光度計（SOLAAR S-2），SB450300型電熱板（湖北英山國營無限電元件廠），101-2型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海躍進醫療器械廠），VPH-1-5T型超純水制造系統（南京易普易達科技發展有限公司），BS 224型分析天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司）。實驗所需量瓶等玻璃儀器使用前均用鉻酸洗液浸泡24 h，然后用自來水、蒸餾水沖洗干凈，50 ℃烘干備用。

采集甘肅省隴西縣首陽鎮首陽村（104°25'12.34''E，35°05'44.67''N，1896.9 m）2014年不同月份（6、7、8、9、10、11月）的栽培紅芪樣品，經甘肅中醫藥大學中藥鑒定教研室李成義教授鑒定為豆科植物多序巖黃芪Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.的干燥根，樣品經搓條加工后晾干，備用。

標準溶液（濃度1000 μg/mL）均購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心：鐵（Fe）GSB 04-1726-20049，批號153029-1；銅（Cu）GSB 04-1725-2004，批號 153040-1；鈣（Ca）GSB 04-1720-2004，批號152030-2；錳（Mn）GSB 04-1736-2004，批號152021-2；鋅（Zn）GSB 62025-90（3001），批號07092978；鎂（Mg）GSB 04-1726-2004，批號152033-2；鉻（Cr）GSB 04-1722-2004，批號 153001-1；鈷（Co）GSB 04-1723-2004（a），批號 153111；鈉（Na）GSB 04-1738-2004，批號152034-3；鋰（Li）GSB 04-17-2004，批號153002-1；鎳（Ni）GSB 04-1740-2004，批號153034-1；鉀（K）GSB 04-1733-2004，批號153004-1。高氯酸、濃硝酸均為分析純。

2 方法與結果

2.1紅芪樣品處理及含量測定

將不同月份紅芪樣品分別用自來水沖洗干凈泥土，再用蒸餾水清洗后于60 ℃恒溫干燥箱烘至恒重，用研缽研細。每份樣品平行2次，精密稱取1.000 0 g粉末于 100 mL燒杯中，準確加入濃硝酸與高氯酸（4∶1）20 mL，放置24 h后于電熱板上加熱消化處理，保持微沸狀態，至溶液呈無色透明，停止加熱，冷卻后用1%硝酸定容于50 mL容量瓶中，備用。空白溶液同樣操作。參考文獻［16］微量元素測定條件及方法對樣品進行測定，結果見表1。為了考察測定方法的準確度，以11月份紅芪樣品做加樣回收率試驗，平行6份，結果回收率為88.227 5%～106.643 0%，RSD值為0.5%～2.5 %，符合實驗要求。

表1　不同月份紅芪微量元素含量（±s，μg/g）

表1　不同月份紅芪微量元素含量（±s，μg/g）

元素 　6月 　7月 　8月 　9月 　10月 　11月Cu 　0.367 3±0.005 3 　0.377 1±0.002 2 　0.378 6±0.007 7 　0.372 3±0.006 1 　0.391 2±0.004 3 　0.398 2±0.007 3 Fe 　3.292 2±0.057 1 　2.595 0±0.038 5 　1.918 6±0.053 4 　1.667 5±0.035 3 　2.162 6±0.089 2 　1.504 4±0.129 4 Ca 　1.760 5±0.008 1 　1.700 1±0.010 1 　1.665 6±0.005 6 　1.588 9±0.009 8 　1.485 3±0.006 6 　1.374 6±0.006 5 K 　12.178 6±0.089 8 　12.732 6±0.134 9 　11.940 7±0.050 2 　11.647 9±0.077 0 　12.251 5±0.000 4 　12.447 6±0.016 2 Zn 　3.372 6±0.071 8 　3.567 2±0.078 2 　3.285 2±0.064 5 　3.095 3±0.177 8 　3.932 5±0.011 1 　4.802 5±0.000 0 Ni 　0.142 1±0.001 9 　0.136 1±0.000 8 　0.135 1±0.000 3 　0.128 6±0.001 0 　0.131 9±0.000 6 　0.133 6±0.001 4 Na 　38.614 9±0.253 4 　38.677 5±0.414 0 　38.951 4±0.034 6 　36.401 1±0.131 3 　30.938 2±0.133 7 　29.525 8±0.251 2 Mg 　94.832 2±0.475 5 　93.710 7±0.425 1 　91.552 8±0.116 0 　90.910 8±0.389 6 　89.313 8±0.267 7 　87.729 1±0.094 8 Cr 　0.098 7±0.000 8 　0.093 2±0.002 3 　0.084 0±0.000 1 　0.081 2±0.000 1 　0.083 4±0.001 3 　0.081 2±0.000 8 Li 　1.294 2±0.005 5 　1.245 8±0.005 1 　1.219 3±0.000 5 　1.201 2±0.003 6 　1.207 7±0.004 5 　1.189 7±0.001 8 Co 　0.361 4±0.000 9 　0.359 4±0.000 8 　0.355 4±0.000 5 　0.359 6±0.001 8 　0.359 9±0.002 0 　0.358 2±0.000 1 Mn 　1.728 5±0.031 9 　1.392 8±0.009 6 　1.239 4±0.049 8 　1.153 7±0.010 8 　1.254 2±0.016 6 　1.169 4±0.006 2

2.2數據分析

以不同月份變化及紅芪中12種微量元素含量數據建立數據庫，采用SPSS21.0統計軟件對數據進行單因素方差分析、相關性分析、聚類分析及因子分析，并對分析結果做進一步的解釋，分析不同月份紅芪中微量元素的特征規律。

2.2.1單因素方差分析 以微量元素含量、不同月份為變量，對不同月份紅芪中微量元素含量數據進行單因素方差分析，結果見表2。可以看出，不同月份紅芪中12種微量元素均存在差異性，其中不同月份紅芪中Cu、Co含量存在顯著差異（P＜0.05），Fe、Ca、Mn、Zn、Mg、Cr、Na、Li、Ni、K含量存在極顯著差異（P＜0.01）。不同月份紅芪中微量元素的含量出現了極大值與極小值的差異：Cu元素含量6月最低，11月最高；Ca、Fe、Mg、Li含量6月最高，11月最低；K含量7月最高，9月最低；Zn含量9月最低，11月最高；Ni含量6月最高，9月最低；Na含量8月最高，11月最低；Cr含量6月最高，9月最低；Co含量6月最高，8月最低；Mn含量6月最高，9月最低。

表2　不同月份紅芪微量元素含量單因素方差分析

2.2.2相關性分析 以不同月份及微量元素含量為變量進行Person相關性分析，結果見表3。微量元素與月份之間存在一定相關性：Cu含量與月份之間存在顯著正相關關系，相關系數為0.871；Fe、Na、Mn、 Cr、Li含量與月份之間存在顯著的負相關關系，相關系數分別為-0.846、-0.902、-0.816、-0.880、-0.913；Ca、Mg含量與月份之間存在極顯著負相關關系，相關系數分別為-0.982、-0.994。由相關系數可以看出，Cu、Fe、Na、Mn、Cr、Li、Ca、Mg含量與月份的變化密切相關。同時發現不同元素含量之間也存在顯著正、負相關關系，可能是紅芪生長過程某幾類或某幾種元素對紅芪的生理生化指標會產生協同或拮抗作用造成的，也可能是紅芪中調控吸收元素的基因是相似的或基因表達所需要外界環境條件相似。

表3　月份與微量元素含量的相關性分析（r）

2.2.3聚類分析 以12種微量元素含量為變量，不同月份標注個案，采用組間聯接的聚類方法，平方Euclidean距離為度量標準，繪制不同月份紅芪微量元素的樹狀圖，明確不同月份紅芪中微量元素的關系，結果見圖1。可以看出，不同時期微量元素按日期聚為2類，6、7、8、9月份樣品聚為第一類（Ⅰ類），10、11月份樣品聚為第二類（Ⅱ類），其中第一類又可以分為2小類，6、7月份樣品聚為1類，8、9月樣品聚為1類。據筆者調查，6、7、8、9月份為紅芪生長的未成熟期，10、11月份為紅芪生長的近成熟期或成熟期。聚類分析結果說明，6、7、8、9月份（未成熟期）紅芪中微量元素信息較為接近或代謝模式相似，10、11月份紅芪中微量元素信息較為接近；同時說明未成熟期與近成熟期或成熟期紅芪藥材中微量元素的化學信息與代謝模式不同，因此可能存在微量元素信息或代謝模式的轉化點。

圖1　不同月份紅芪微量元素聚類分析圖

2.2.4因子分析 為了進一步明確不同時期紅芪中微量元素的特征，對所得數據進行因子分析，采用主成分提取法提取主成分，采用最大方差法旋轉，結果提取了2個成分，代表了原始數據的87.416%的信息量，其中成分1代表了65.66%的信息，成分2代表了21.756%，主成分特征值及貢獻率見表4，成分得分系數矩陣見表5。成分1中得分系數較高的元素有Mn、Cr、Ni、K，成分 2中得分系數較高的元素為Na，因此Mn、Cr、Ni、K、Na是不同時期紅芪的特征性微量元素，主成分圖見圖2。由圖可見，6、7月份樣品距離較近，8、9月份樣品距離較近，10、11月份樣品距離較近，與不同月份紅芪微量元素聚類分析結果一致。為了進一步明確不同月份紅芪微量元素的變化規律，以不同月份紅芪中特征性微量元素對不同月份的紅芪樣品進行進一步系統聚類分析，結果見圖3。不同月份紅芪樣品可聚為2類，6、7、8、9月樣品為第一類，10、11月樣品為第二類，第一類中6、7、8月樣品為1小類，9月樣品單獨為1小類，說明9月份可能是紅芪樣品中微量元素含量變化規律的臨界點（轉折點），6、7、8、9月份是紅芪的未成熟期，其中6、7、8月份是紅芪生長的開花期，9月份是采籽期，10、11月份為紅芪的近成熟期或成熟期，即采挖期，符合主產區紅芪生長的實際情況。

表4　主成分的特征值及貢獻率

表5　成分得分系數矩陣

圖2　基于微量元素的不同月份紅芪樣品主成分圖

圖3　不同月份紅芪特征性微量元素聚類分析圖

3 討論

本研究表明，不同月份紅芪中微量元素含量存在差異性，紅芪中微量元素含量從未成熟期至成熟期或近成熟期是動態變化的，而且在成熟期或近成熟期達到一定的比例，其原因可能是不同月份紅芪自身的生理條件導致其對微量元素的富集能力不同，也可能是不同月份的生態因子（溫度、降雨量等）干擾了調控某一元素吸收通道開合的基因表達，具體機制有待于深入研究。

本研究結果顯示，近成熟期或成熟期（10、11月份）的紅芪中Cu含量均高于未成熟期紅芪。2010年版《中華人民共和國藥典》中未對紅芪作出重金屬測試指標的要求，但與被要求的黃芪、甘草等其他藥材比較，其Cu含量遠小于20 μg/g［1］附錄48，均符合藥典對其他藥材的標準規定。因此，從紅芪中Cu含量來看，近成熟期或成熟期紅芪安全性較高。

本研究數據表明，不同月份紅芪中含有豐富的微量元素，在紅芪采收期微量元素含量形成一種平衡，結合其他成分，構成了紅芪具有補氣升陽、固表止汗、利水消腫、生津養血、行滯通痹、托毒排膿、斂瘡生肌的功效。藥理學研究表明，植物中的微量元素具有諸多藥理作用［17-20］。例如，Cu是多種酶的主要成分，參與它們的合成，Cu能影響神經系統，缺Cu時可使腦組織萎縮，而過多時可使神經細胞發生病變；Ca是腦神經元的代謝不可缺少的重要元素，能保證腦力旺盛，頭腦冷清并提高人的判斷力，影響人的情趣，充足的Ca能抑制腦神經的異常興奮，使人保持鎮靜；Fe對神經系統有一些特殊的功能。說明紅芪中Cu、Ca及Fe對神經系統具有一定的作用，這與復方紅芪具有促周圍神經再生作用，能有效提高周圍神經損傷修復效果的結論［21］有相通之處。Zn能夠加速生長發育、增加創傷組織的修復，還能加速傷口的愈合，這可能與中藥紅芪具有“行滯通痹，托毒排膿，斂瘡生肌”的功效有關。Cr與糖代謝及糖尿病有著密切的內在聯系，Cr有胰島素樣作用，這與紅芪具有降血糖［22］的功效有一定的相關性。Co是醫治海岸病的有效成分，能夠改善貧血癥狀，可能與紅芪具有“生津養血”的功效有關。紅芪中的微量元素是紅芪功效的基礎物質之一，以微量元素為指標選擇紅芪的采收期具有一定的合理性，也說明本研究思路具有可行性。

本研究的不足之處在于：一、微量元素的種類較少，其中重金屬元素只測定了Cu的含量，對采收期紅芪藥材的安全性評價指標較少；二、紅芪產區選擇較少。因此，本研究結果能否適合于其他產區還需進一步研究。

若本研究認為9月份是紅芪中微量元素從未成熟期向成熟期轉變的轉折點這一假設存在，那么，此種變化的機制是什么？是植物自身需求還是外界環境的影響？這種轉變對植物本身有什么作用？是否與調節紅芪主要藥效成分有關？這些問題的解決有助于進一步揭示紅芪的藥效物質基礎及其作用機制，故有待于進一步分析研究。

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（修回日期：2015-10-08；編輯：陳靜）

Characteristic Analysis on Trace Elements from Hedysari Radix in Different Months

QIANG Zheng-ze， LI Cheng-yi， WANG Ming-wei， LI Shuo （Department of Pharmacy， Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China）

Objective To analyze the characteristic changes of trace elements from Hedysari Radix in different months； To provide references for the choice of the best harvest periods. Methods Trace elements of Hedysari Radix from different months （June， July， August， September， October and November） were determined by atomic absorption spectroscopy and analyzed by single factors analysis of variance， correlation analysis， cluster analysis and factors analysis. Results There was obvious significance between the contents of Cu and Co （P＜0.05）， and there was obvious significance among the contents of Fe， Ca， Mn， Zn， Mg， Cr， Na， Li， Ni and K （P＜0.01）. The results of correlation analysis showed that months had positive correlation with Cu， had a negative correlation with Fe， Na， Mn， Cr and Li contents， and had significantly negative correlation with Ca， Mg contents. Mn， Cr， Ni， K and Na were the characteristics of trace elements from Hedysari Radix in different months. The different months samples could be divided into two categories of June， July， August， September samples （Ⅰ） and October， November samples （Ⅱ）. Conclusion There is close relationship between the contents of trace elements from Hedysari Radix and months. The information and metabolic patterns of trace elements from Hedysari Radix in June， July， August， September （immature） samples are close or similar； the information of trace elements in October， November （nearly mature or maturing） samples are close or similar. Study on harvest times of Hedysari Radix by trace element as an indicator is with certain rationality.

Hedysari Radix； different months； trace elements

R284.1

A

1005-5304（2016）09-0090-06

國家自然科學基金-地區基金（81360621）

李成義，E-mail：gslichengyi@163.com

2015-09-02）