河北省不同地區蒲公英主效成分變化及土壤因子相關性分析

孟然 李趙嘉 吳哲 寧亞茹 薛志忠 魯雪林 王秀萍

摘要[目的]研究土壤環境中微量元素、土壤養分（氮、磷、鉀、有機質）、pH等對蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量的影響。[方法]采集不同種植區域的蒲公英和土壤樣本，分析蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量變化以及土壤養分、微量元素、重金屬含量的相關性。[結果]蒲公英莖葉和根中綠原酸、咖啡酸均與砷含量呈負相關;莖葉中綠原酸、咖啡酸與鈣、鋅等營養元素呈負相關，與堿解氮含量呈顯著負相關（P<0.05），莖葉中綠原酸與有機質含量呈顯著負相關（P<0.05），咖啡酸與有機質含量呈極顯著負相關（P<0.01）。蒲公英根中綠原酸與汞、咖啡酸與鉛分別呈極顯著正相關（P<0.01），根中綠原酸、咖啡酸與各土壤理化性質均未達到顯著相關水平（P>0.05）。[結論]砷元素阻礙蒲公英莖葉中綠原酸的積累，鈣、鋅等營養元素含量低有利于綠原酸和咖啡酸等含量增加;土壤環境的脅迫應激，可能使蒲公英為適應環境而分泌大量綠原酸、咖啡酸;蒲公英種植過程中應合理減少施用氮肥和有機肥。

關鍵詞蒲公英;綠原酸;咖啡酸;土壤因子;微量元素

中圖分類號S567.23文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2020）15-0189-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.15.054

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Changes of Main Effect Components of Dandelion and Correlation Analysis of Soil Factors in Different Regions of Hebei Province

MENG Ran，LI Zhaojia，WU Zhe et al

（Binhai Agricultural Research Institute of Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences，Tangshan Key Laboratory of Plant SaltTolerance Research，Tangshan Engineering Technology Research Center， Tangshan，Hebei 063200）

Abstract[Objective]To study the effects of trace elements，soil nutrients（nitrogen，phosphorus，potassium，organic matter） and pH in the soil environment on chlorogenic acid and caffeic acid content in dandelion.[Method]Collecting dandelion and soil samples from different planting areas，the changes of dandelion chlorogenic acid and caffeic acid content and their correlation with soil nutrients，trace elements and heavy metals were analyzed.[Result]The content of chlorogenic acid and caffeic acid in the stems，leaves and roots of dandelion were negatively correlated with arsenic content;chlorogenic acid and caffeic acid in stems and leaves were negatively correlated with calcium，zinc and other nutrients，and significantly negatively correlated with alkaline nitrogen content（P<0.05），chlorogenic acid in stems and leaves had a significant negative correlation with organic matter content（P<0.05），caffeic acid showed a extremely significant negative correlation with organic matter content（P<0.01）.In roots of dandelion，the content of chlorogenic acid and mercury，caffeic acid and lead were extremely significantly positively correlated （P<0.01），respectively，while the content of chlorogenic acid and caffeic acid in the roots did not reach significant correlation levels with the physical and chemical properties of each soil（P>0.05）.[Conclusion]Arsenic hinders the accumulation of chlorogenic acid in stems and leaves of dandelion，and the low content of calcium，iron and other nutrients is beneficial to the increase of chlorogenic acid and caffeic acid.Stress may cause dandelion to secrete a large amount of chlorogenic acid and caffeic acid in order to adapt to the environment.During the dandelion planting process，the application of nitrogen fertilizer and organic fertilizer should be reduced reasonably.

Key wordsDandelion;Chlorogenic acid;Caffeic acid;Soil factors;Trace elements

基金項目河北省成果轉化項目 “優質高產蒲公英新品種‘濱蒲1號繁育及標準化栽培技術中試”（19826902D） ;河北省農林科學院現代農業科技創新工程課題（2019-1-6-1）。

作者簡介孟然（1993—），女，河北唐山人，研究實習員，碩士，從事耐鹽植物研究。*通信作者，研究員，從事耐鹽功能植物加工研究。

收稿日期2020-03-12

蒲公英（Taraxacum mongolicum Hand.Mazz.）又名婆婆丁、黃花地丁，是菊科舌狀花亞科蒲公英屬多年生草本植物，主要分布于我國華北、東北、西北等省區[1]。作為一種藥食同源的植物，蒲公英含有酚酸類、黃酮類、多糖類、甾醇類等50余種活性化合物[2]，具有抑菌抗炎、抗氧化、抗癌、抗血栓、免疫調節等功效[3]，臨床上主要用于治療咽痛、疔瘡腫毒、濕熱黃疸和熱淋澀痛等癥狀[4]。蒲公英中酚酸類化合物豐富，尤其是咖啡酸和綠原酸含量較高[5]。作為蒲公英中主要活性成分，綠原酸和咖啡酸是其植株體內的次生代謝產物，可幫助植物重新調節內部環境并支持它們適應不斷變化的外部環境條件[6]，藥理研究證明綠原酸具有廣譜抑菌的作用，咖啡酸具有抗氧化、抗腫瘤等作用。

植物生長環境是影響其品質和功效的重要因素，土壤酸堿度、重金屬元素、微量元素、速效養分等影響藥用植物的生長發育，甚至是有效成分的含量[7]。土壤速效養分被植物直接吸收并利用后可提高其產量和品質。氮、磷、鉀是植物生長過程所必需的礦質元素，氮可促進藥材對磷、鉀、鈣的吸收，顯著增加產量，還可促進體內生物堿、苷類、維生素等成分的形成和累積。磷可調控生物體內的營養元素，增強植株抗病、抗逆能力。鉀能提高植物光合作用效率，促進碳水化合物的形成、轉運和貯藏，促進氮的吸收，加速蛋白質的合成，提高抗倒伏、抗病蟲害的能力[8]。土壤礦質元素作為植物的營養庫，對植物的生長發育、產量性狀、初生和次生代謝物質的種類和數量均有很大的影響[9]。

目前已有不少關于藥用植物的活性成分與其生長環境的關系研究[10-11]，而對蒲公英主效成分與土壤之間相關性的研究鮮見報道。為更好地了解和應用這一豐富的藥用植物資源，該研究以張家口市萬全區、崇禮區和唐山市曹妃甸區采樣的蒲公英及其生長土壤為研究對象，探討不同種植區域蒲公英綠原酸和咖啡酸的變化及與土壤養分、微量元素、重金屬元素的相關性，旨在優化蒲公英質控栽培技術、調控蒲公英品質，為其可持續發展提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料不同區域栽種的蒲公英品種均來自河北省農林科學院濱海農業研究所提供的新品系“蒲公英3號”。

1.2藥品與試劑

咖啡酸對照品（純度≥98%）、綠原酸對照品（純度≥95%）均來自sigma;纖維素酶（酶活性：10 000 U/g）來自macklin;超純水、氯化銨溶液為分析純;甲醇、磷酸為色譜純;硝酸、鹽酸、硝酸鑭均為優級純。

1.3儀器與設備

GZX-9240MBE電熱鼓風干燥箱（上海博訊公司醫療設備廠）;HH-6數顯恒溫水浴鍋（上海力辰邦儀器科技有限公司）;Agilent 1200高效液相色譜儀（色譜柱型號Agilent ZORBAX SB-C18，250 mm×4.6 mm，5 μm）;AP124W電子天平（日本島津公司）;JT-1027HTD機械超聲波清洗機（深圳市潔拓超聲波清洗設備有限公司）;HC-800Y粉碎機（浙江永康敏業工貿有限公司）;Z-2000型火焰原子吸收光譜儀;石墨爐原子吸收光譜儀;電感耦合等離子體發射光譜儀;原子熒光光譜儀;冷原子吸收測汞儀。

48卷15期孟 然等河北省不同地區蒲公英主效成分變化及土壤因子相關性分析

1.4樣品采集與處理

1.4.1樣品采集地點。

河北省張家口市萬全區“張家口愛康生態茶業有限公司”蒲公英生產基地：豐勝莊（40°45′41.21″N，114°30′51.51″E）、柳溝（40°46′13.88″N，114°24′58.27″E）、愛康基地（40°44′57.39″N，114°25′54.14″E）、20號棚（40°45′56.69″N，114°32′51.22″E）;張家口市崇禮區上南窯村（41°14′7.56″N，115°28′56.78″E）;唐山市曹妃甸區“綠之苑生態農業有限公司”蒲公英生產基地（39°18′13.25″N，118°26′59.76″E）。

1.4.2樣品采集方法。

選擇生長狀態良好、無機械損傷的蒲公英植株，在所取蒲公英植株近根處采集土壤樣品，用取土器垂直取20 cm深度的耕層土壤，將蒲公英樣品和土壤樣品分別裝牛皮紙袋，編號，每個樣點采集樣本3份。

1.4.3蒲公英樣品制備。

選取蒲公英莖葉，于60 ℃烘干48 h，粉碎后過100目濾篩，置于干燥器中備用。配制0.1%纖維素酶水溶液，pH=4，備用;配制70%甲醇溶液，備用。

1.4.4土壤樣品制備。將采集土壤平行樣本分別混勻，置于80 ℃烘箱中干燥至恒重，研缽研成細粉，過100目篩。準確稱取土壤樣品0.2 g，加入4 mL濃HNO3和1 mL濃HCl振蕩，于消解罐中密封放置12 h。消解后取出冷卻至室溫，用超純水稀釋，抽濾，將溶液轉移至100 mL容量瓶中，定容，搖勻。同法制備樣品空白溶液。

1.5樣品測定

1.5.1蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量的測定。

采用超聲輔助甲醇提取法對蒲公英莖葉及根中的綠原酸和咖啡酸進行提取，稱取約0.083 3 g蒲公英樣品（料液比1∶300）于容量瓶中，加入5 mL纖維素酶溶液，60 ℃水浴30 min，加入無水甲醇12 mL，將甲醇濃度調至70%，隨后用70%甲醇溶液定容至25 mL，最后在超聲功率100～360 W、水溫60 ℃條件下超聲120 min，取出冷卻至室溫，利用注射器和0.45 μm濾膜將提取液注入進樣瓶，待測。

參照夏琴等[12]的方法略有修改，采用高效液相色譜法對蒲公英中綠原酸和咖啡酸含量進行測定。以綠原酸、咖啡酸的質量濃度（μg/mL）為橫坐標（x）、峰面積為縱坐標（y）進行線性回歸，根據綠原酸和咖啡酸回歸方程y=16.835x-16971和y=22.173x-13.042計算樣品中綠原酸和咖啡酸的含量。

1.5.2土壤微量元素含量的測定。根據國家標準測定方法，采用火焰原子吸收光譜法，將周蓓[13]的方法做了部分修改，對土壤中鉛、鋅、銅、鉻元素進行測定;采用石墨爐原子吸收光譜法對鎘元素進行測定;采用電感耦合等離子體發射光譜法對硼、鈣、鎂、鐵和錳元素進行測定;采用原子熒光光譜法對砷元素進行測定;采用冷原子吸收測汞儀測定汞元素含量。

1.5.3土壤養分含量的測定。

參照《土壤農化分析》[14]及《土壤學實驗指導》[15]的方法，土壤中堿解氮采用堿解擴散法測定，速效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法測定，有機質采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定，土壤pH采用電位測定法測定。

1.6數據處理

所得數據使用Microsoft Excel 2007進行統計，并采用SPSS 22.0軟件統計包單因素ANOVA方差分析對主效成分、土壤因子含量分別進行顯著性分析，采用雙變量Pearson相關分析法對每個區域土壤因子與蒲公英中主效成分綠原酸、咖啡酸含量進行相關性分析。

2結果與分析

2.1不同種植區域蒲公英莖葉、根中綠原酸和咖啡酸含量的變化特征

由表1可知，除萬全20號棚外，不同種植區域蒲公英莖葉中綠原酸含量高于根中綠原酸含量，咖啡酸含量同樣為莖葉中含量高于根中含量。綠之苑東西區莖葉中綠原酸含量分別為0.56%、0.88%，咖啡酸含量分別為0.52%、0.91%，均顯著高于其他區域莖葉中綠原酸、咖啡酸含量（P<0.05），且綠之苑東西區間莖葉中綠原酸、咖啡酸含量存在顯著差異（P<0.05）;綠之苑東區根中綠原酸含量最高，為028%，較其他組差異顯著（P<0.05），綠之苑東區根中咖啡酸含量最高，為0.13%，與其他區域蒲公英根中咖啡酸含量之間差異不顯著（P>0.05）。

2.2蒲公英不同種植區土壤環境因子特征

2.2.1土壤微量元素變化特征。

由表2可知，不同種植區域土壤中微量元素的含量各不相同，其中，萬全柳溝土壤中鎂、鐵、錳、鋅、全硼、銅含量分別達19.47 g/kg、50.93 g/kg、775.33 mg/kg、97.00 mg/kg、54.13 mg/kg、54.33 mg/kg，均為最高含量值，且除全硼含量外與其他各組差異顯著（P<005）;崇禮區土壤中全硫含量最高，為0.66 g/kg，且與其他各區域土壤中全硫含量差異顯著（P<0.05）;萬全20號棚、愛康基地土壤中鈣含量分別為40.07和38.03 g/kg，顯著高于其他區域（P<0.05）。

2.2.2土壤重金屬變化特征。

由表3可知，萬全20號棚土壤中含鉛量最高;萬全柳溝土壤中鉻、鎘含量均為最高，且與其他區域有顯著性差異（P<0.05）;綠之苑東區土壤中汞含量最高，其余各區域的汞含量之間差異不顯著（P>0.05）;萬全愛康基地土壤中砷含量最高，除崇禮上南窯村外，與其他區域有顯著性差異（P<0.05）。

2.2.3土壤養分變化特征。由表4可知，8個采集地土壤pH均在7.5～8.0，屬于弱堿性土壤。土壤樣品堿解氮含量為36.75～155.40 mg/kg，崇禮上南窯村含量最高，且除綠之苑東區外與其他各組差異顯著（P<0.05）;速效磷含量為054～4.50 mg/kg，其中萬全20號棚含量最高，且與其他區域有顯著性差異（P<0.05）;速效鉀含量為122.23～419.85 mg/kg，其中萬全柳溝含量最高;土壤的有機質含量為8.74～21.55 g/kg，萬全20號棚含量最高。

2.3土壤因子對蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量的影響

2.3.1土壤微量元素對蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量的影響。

從表5可以看出，蒲公英莖葉中綠原酸含量與鈣、鋅呈顯著負相關（P<0.05），相關系數分別為-0.547、-0.462。莖葉中咖啡酸含量與鈣呈極顯著負相關（P<0.01），相關系數達-0.552，如綠之苑東、西兩區蒲公英莖葉中咖啡酸含量顯著高于其他區域的含量，其土壤鈣含量顯著低于其他區域的含量;同樣，莖葉中咖啡酸含量與鐵、鋅呈顯著負相關（P<005）。根中綠原酸、咖啡酸均未與土壤微量元素呈現顯著相關性（P>0.05）。

2.3.2土壤重金屬對蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量的影響。

從表6可以看出，蒲公英莖葉中綠原酸、咖啡酸含量均與砷元素呈極顯著負相關（P<0.01），其中咖啡酸含量與砷元素相關系數達-0.671，如綠之苑東、西兩區蒲公英莖葉中咖啡酸含量顯著高于其他區域的含量，但土壤中砷元素顯著低于其他區域的含量;根中綠原酸含量與汞呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數達0.761，如綠之苑東區蒲公英根中綠原酸含量和土壤中汞元素含量均顯著高于其他區域的含量;根中的咖啡酸含量與鉛呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數為0.580。

2.3.3土壤養分對蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量的影響。

從表7可以看出，蒲公英莖葉中綠原酸含量與堿解氮和有機質均呈顯著負相關（P<0.05），相關系數分別為-0.448、-0.547。蒲公英莖葉中的咖啡酸含量與堿解氮呈顯著負相關（P<0.05），相關系數為-0.488;與有機質呈極顯著負相關（P<0.01），相關系數為-0.567。根中咖啡酸、綠原酸含量與土壤養分指標均未達到顯著相關水平（P>0.05）。可見，隨著土壤中堿解氮、有機質含量增加，蒲公英莖葉中綠原酸和咖啡酸含量有所減少。

3結論與討論

不同種植區域蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量差異明顯。相對來說，蒲公英莖葉中綠原酸、咖啡酸含量高于根中綠原酸、咖啡酸含量，這與前人的研究結果一致[16]。此次試驗中綠之苑兩區綠原酸、咖啡酸含量均高于其他區域。不同種植區域土壤中微量元素含量各不相同，重金屬元素含量均未超過國家標準中規定的上限，符合種植要求。所測土壤樣品均為弱堿性土壤，根據土壤養分分級[14]表明，土壤堿解氮從極缺到極豐富均有分布，速效磷含量處于極缺水平，速效鉀含量從中等到極豐富水平均有分布。綜合來看，總體土壤養分處于缺乏到中等水平。

在一定范圍內，蒲公英中綠原酸、咖啡酸含量與砷元素成反比，可能是因為砷元素對植株造成損害，阻礙了莖葉中綠原酸的形成和積累。鹽堿土壤中鐵、鋅等多種元素呈難溶解狀態，活性下降，導致植株吸收利用少，有利于綠原酸和咖啡酸等含量積累，土壤中鈣、鋅等營養元素含量越低，綠原酸、咖啡酸含量越高，與試驗結果相一致。蒲公英根中綠原酸含量與汞成正比，咖啡酸含量與鉛成正比，可能是根對重金屬元素更加敏感，在重金屬脅迫下，咖啡酸刺激生產和積累木質素，在細胞壁中發揮作用并提高其耐久性形成物理障礙，避免重金屬對細胞的損壞作用。

酸類化合物是適應性反應系統，參與植物生長、發育的調控和應對植物所處的不利環境[17-18]，參與植物的生物和非生物脅迫耐受性，包括病原體侵襲、低溫和高溫脅迫、紫外線、干旱、重金屬脅迫和鹽分脅迫[19-20]。在非生物脅迫下，耐性植物顯示出較高的酚酸類物化合物積累[21-23]。結合速效養分的含量分析，隨著土壤中堿解氮、有機質含量增加，蒲公英莖葉中綠原酸和咖啡酸含量有所減少，與蒲公英相似的藥用白菊花、金銀花中綠原酸等活性成分與土壤速效養分及有機質相關性研究結果相一致[11，24]。

在最佳生長條件下，植物可能以更高的速率生長，而防御性化學物質的積累量較低[25]，在一定程度下施加脅迫可以提高次生代謝產物的積累，可提高植物的藥用價值[26]。也就是說，氮素、有機肥可有效地提高蒲公英的產量，但對于綠原酸、咖啡酸的含量有明顯負效應，過量氮素和有機肥或將降低蒲公英中綠原酸、咖啡酸的含量。鹽堿地上蒲公英的生長與酚酸類化合物的合成之間似乎需要權衡。然而，酚酸類化合物的積累增強了葉片抗氧化活性以保護其免受氧化損傷，葉中綠原酸、咖啡酸的積累可能是蒲公英適應鹽堿地重要的生態機制。

蒲公英種植過程中應科學減施氮肥和有機肥。控制土壤中的金屬元素含量，尤其是砷元素，以及控制鈣、鐵、鋅等營養元素含量以促進綠原酸、咖啡酸的生成和積累。具體有促進作用的土壤養分含量及營養元素含量范圍，有待于以后進一步的研究。另外，蒲公英有效成分的含量除了與土壤因子有關，還與溫度、光照時間、降水量等緊密相關，接下來將對這一部分試驗進行探究。

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