延胡索及其根際土壤無機元素特征分析

劉焱，趙順鑫，魏祖晨，劉世文，焦青，谷文超，祁俊生，周濃

1.重慶三峽學院生物與食品工程學院，三峽庫區道地藥材綠色種植與深加工重慶市工程實驗室，重慶 404120； 2.成都和合醫學檢驗所有限公司，四川 成都 610101

延胡索為罌粟科植物延胡索Corydalis yanhusuoW. T. Wang的干燥塊莖，有活血、行氣、止痛功效，用于治療胸脅、脘腹疼痛，胸痹心痛，經閉痛經，產后瘀阻，跌仆腫痛等[1-2]。延胡索為我國常用大宗藥材，在江蘇、安徽、浙江、湖北等地均有分布[3-4]。目前，延胡索人工栽培馴化中存在品種退化、種源不清、病蟲害發病率高等問題，嚴重影響延胡索的道地優勢[5]。

中藥材質量與其元素含量密切相關。延胡索藥材中的元素主要來自其根際土壤，土壤中適宜的元素能促進延胡索幼苗的生長發育、提高藥材品質，而重金屬元素含量過高不但抑制幼苗生長，而且嚴重影響藥材品質[6-9]。因此，研究延胡索藥材及其根際土壤中無機元素特征規律對提高其產量和質量具有重要意義。管競環等[10]運用有序樣品聚類分析方法建立植物類中藥微量元素含量區間尺，用于植物類中藥微量元素的評價。本研究以不同產地延胡索的塊莖、莖、葉及其根際土壤為研究對象，評價藥材元素等級和土壤環境質量，并考察其相關性，以期為延胡索根際土壤質量評價、重金屬污染風險管理提供依據，并為延胡索的標準化種植提供參考。

1 儀器與試藥

TAS-990AFG型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司），C-MAG HP10型數顯加熱板（德國IKA公司），DZF-6050MBE型電熱恒溫真空干燥箱（上海博訊實業有限公司），CP225D型分析天平（德國Sartorius公司）。

延胡索及根際土壤樣品采集于重慶、陜西、浙江5個延胡索典型產地施肥及種植方式一致的當地種植大戶。每份藥材樣品均取自50株成熟植株以保證樣品一致性，按塊莖、莖、葉分開，切成小段，45 ℃烘干，粉碎，過100目篩，備用。對應的土壤樣品均為附著于延胡索根部的根際土壤，陰干，粉碎，過100目篩，備用。延胡索及其根際土壤采集地信息見表1。經三峽庫區道地藥材綠色種植與深加工重慶市工程實驗室（重慶三峽學院）祁俊生教授鑒定為罌粟科植物延胡索Corydalis yanhusuoW. T. Wang及其根際土壤。鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、鈉（Na）、錳（Mn）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鎳（Ni）、硼（B）、鉬（Mo）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）標準貯備液，國家環境保護總局標準樣品研究所；硝酸、高氯酸、氫氟酸（優級純），國藥集團化學試劑有限公司；水為去離子水。

表1 延胡索樣品來源信息

2 方法與結果

2.1 根際土壤元素含量測定

根際土壤中氮（N）含量采用凱氏蒸餾法測定，磷（P）含量采用硫酸-高氯酸消煮法測定[11]。K、Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cu、Ni、B、Mo、Hg、Cd、Pb、Cr、As元素含量采用陳碧華等[12]方法測定：精密稱取根際土壤0.2g，置于聚四氟乙烯燒杯中，依次加入8 mL硝酸和1 mL氫氟酸，在微波消解儀上進行消解，消解完全后，冷卻轉移至50 mL量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，同法制備空白樣品，采用原子吸收分光光度法測定。

不同產地延胡索根際土壤中17種元素測定結果見表2。除Mo元素未檢測出，不同樣品其他元素含量差異有統計學意義（P＜0.05）。10種大量元素含量為P＞K＞Na＞Mg＞Mn＞B＞N＞Zn＞Ca＞Ni，6種重金屬元素含量為Cu＞Cr＞Pb＞As＞Cd＞Hg。5個不同產地延胡索樣品大量元素中，S1根際土壤Mg、Zn、Ni及B元素含量較為豐富，S2根際土壤P、K、Mn含量較為豐富，S3根際土壤Na元素含量豐富，S4根際土壤N元素含量豐富，S5根際土壤P、Ca元素含量較為豐富；重金屬元素中，S1根際土壤As、Cd元素含量較高，S2根際土壤Cu、As、Pb、Cr元素含量較高，S3根際土壤Hg元素含量最高。

表2 不同產地延胡索根際土壤無機元素含量測定結果（mg/kg，n＝3）

2.2 延胡索不同部位元素含量測定

延胡索不同部位樣品中N含量采用凱氏蒸餾法測定，P含量采用釩鉬黃比色法測定[11]。K、Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cu、Ni、B、Mo、Hg、Cd、Pb、Cr、As元素含量采用陳碧華等[12]方法測定：精密稱取延胡索樣品0.2 g于聚四氟乙烯燒杯中，加入8 mL硝酸，在微波消解儀上進行消解，消解完全后，冷卻轉移至50 mL量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，同法制備空白樣品，采用原子吸收分光光度法測定。

不同產地延胡索塊莖、莖、葉中17種元素含量測定結果見表3。所有產地延胡索樣品3個部位均未檢測出B和Mo，其他元素含量差異均有統計學意義（P＜0.05）。塊莖中9種大量元素含量為K＞N＞P＞Mg＞Ca＞Na＞Zn＞Mn＞Ni，S4總量最高；6種重金屬元素含量為Cu＞Cr＞Pb＞Cd＞As＞Hg，S4總量最高。莖中9種大量元素含量為K＞Ca＞N＞Mg＞Na＞P＞Zn＞Mn＞Ni，S3總量最高；6種重金屬元素含量為Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞As＞Hg，S1總量最高；葉中9種大量元素含量為K＞Ca＞Mg＞N＞P＞Na＞Zn＞Mn＞Ni，S4總量最高；6種重金屬元素含量為Cu＞Pb＞Cd＞Cr＞As＞Hg，S1總量最高。總體而言，檢測出的9種大量元素中，K元素含量最高，Ni元素含量最低；6種重金屬元素中，Cu元素含量最高，Hg元素含量最低。延胡索不同部位元素含量差異較大，N、K、Ni、Cu、As元素含量為莖＞葉＞塊莖，Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cd、Pb元素含量為葉＞莖＞塊莖，P元素含量為葉＞塊莖＞莖，Cr元素含量為塊莖＞莖＞葉。

表3 不同產地延胡索不同部位無機元素含量測定結果（mg/kg，n＝3）

2.3 延胡索不同部位無機元素含量等級評價

由于各元素在植物體內的豐度不同，需統一綱量后比較各元素在植物不同部位的含量差異。管競環等[10]制定的“植物類中藥無機元素含量區間表”將植物中無機元素含量分為1～10級，等級越高表明該植物中某種元素在自然界的相對水平越高[13]。由于文獻[10]無N、Pb、Cr等級劃分標準，故本文未對這3種元素含量進行等級評價。延胡索不同部位無機元素含量等級見表4。Zn莖（10級）、Zn葉（10級）、Ni莖（10級）、Ni葉（10級）、Cu莖（10級）、Cu葉（9級）及Cd葉（9級）較其他元素等級高，表明延胡索莖和葉Zn、Ni、Cu、Cd元素豐度遠高于其他元素；K莖（8級）與Ni塊莖（8級）處于較高等級；K葉（5級）、Ca莖（4級）、Mg莖（4級）、Mg葉（6級）、Mn莖（4級）、Mn葉（5級）、Zn塊莖（6級）、Hg全（4級）及Cd莖（6級）等級居中；其余元素均處于較低等級。延胡索不同部位無機元素含量等級不同，但不同產地延胡索各元素含量等級順序較為穩定。

表4 不同產地延胡索不同部位無機元素含量等級

2.4 延胡索不同部位營養元素富集系數評價

計算延胡索不同部位營養元素富集系數。富集系數＝營養元素在植物體中的量÷營養元素在該植物生長土壤中的量[14]。不同產地延胡索不同部位無機元素富集系數見表5。除未檢測出的B、Mo元素外，其余15種元素的富集系數均不相同。其中，N、Ca元素3個部位的富集系數均大于1，表明延胡索塊莖、莖及葉對其根際土壤中的N、Ca元素具有較強的富集作用；P、Na、Mn、Ni、As、Hg、Pb、Cr等元素3個部位的富集系數均小于1，表明延胡索塊莖、莖及葉對其根際土壤中以上元素富集作用較弱。此外，延胡索不同部位對元素的富集程度不同：莖對K元素富集系數大于1，而塊莖對K元素富集系數小于1；莖和葉對Mg、Zn、Cu、Cd等元素的富集系數均大于1，而塊莖對這些元素富集系數均小于1。可以看出，延胡索塊莖對重金屬元素的富集作用相對較弱，因此選擇塊莖作為藥用相對安全。

表5 不同產地延胡索不同部位無機元素富集系數

2.5 土壤污染等級評價

采用單因子污染指數（Pi）和內梅羅綜合污染指數（P綜）法[15]，根據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618－2018）進行土壤污染等級評價（見表6、表7）。Pi＝Ci/Si，式中，Ci為污染物i的實測數據，Si為污染物i的評價標準。

表6 土壤污染風險篩選值（mg/kg）

表7 土壤污染等級評價標準

表8 不同產地延胡索根際土壤污染等級評價

5個不同產地延胡索根際土壤中Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni元素Pi均小于1，Cd元素Pi除S1產地外，其余均小于1。此外，P綜為S1＞S2＞S5＞S4＞S3，其中S1產地P綜＞0.7，污染等級評價在警戒線，結合Pi可以看出，S1產地延胡索根際土壤受Cd元素污染的風險較大。其他產地P綜均小于0.7，在安全等級范圍內。

2.6 根際土壤無機元素含量與延胡索各部位無機元素含量相關性

采用SPSS20.0對不同產地延胡索根際土壤無機元素與延胡索不同部位無機元素進行Pearson雙側檢驗相關性分析，結果見表9。

表9 延胡索不同部位無機元素與根際土壤無機元素含量相關性分析（r）

N土與N葉、Ca塊莖存在顯著正相關（r＝0.891、r＝0.902，P＜0.05）；P土與P葉、Cu塊莖存在顯著正相關（r＝0.956、r＝0.881，P＜0.05）；Mn土與P塊莖、Zn葉、Pb莖、Cr莖存在顯著正相關（r＝0.887、r＝0.924、r＝0.901、r＝0.890，P＜0.05）；Zn土與N莖、Zn塊莖、Cd葉存在極顯著正相關（r＝0.959、r＝0.976、r＝0.960，P＜0.01），與Cu葉存在顯著正相關（r＝0.957，P＜0.05）；Ni土與Ca莖、Ca葉、Zn葉、Ni塊莖、Ni莖、As莖、Hg莖、Pb莖存在顯著正相關（r＝0.897、r＝0.955、r＝0.954、r＝0.907、r＝0.890、r＝0.903、r＝0.918、r＝0.950，P＜0.05）；As土與P塊莖、Zn葉、Pb莖、Cr莖存在顯著正相關（r＝0.916、r＝0.953、r＝0.933、r＝0.896，P＜0.05）；Hg土與Na莖存在極顯著正相關（r＝0.965，P＜0.01），與N塊莖存在顯著正相關（r＝0.940，P＜0.05）；Cd土與Pb莖存在極顯著正相關（r＝0.964，P＜0.01），與Ca葉、Zn葉存在顯著正相關（r＝0.891、r＝0.941，P＜0.05）；Pb土與Zn葉存在顯著正相關（r＝0.879，P＜0.05）；Cr土與P塊莖、Zn葉、As莖、Pb莖存在顯著正相關（r＝0.955、r＝0.971、r＝0.954、r＝0.944，P＜0.05）。以上延胡索根際土壤無機元素與其不同部位無機元素之間具有不同程度的協同作用。

P土與Mn莖存在顯著負相關（r＝-0.901，P＜0.05）；Ca土與Cr葉存在顯著負相關（r＝-0.882，P＜0.05）；Mg土與Na塊莖存在顯著負相關（r＝-0.880，P＜0.05）；Mn土與K莖、As塊莖存在顯著負相關（r＝-0.906、r＝-0.894，P＜0.05）；Ni土與K莖、K葉存在極顯著負相關（r＝-0.974、r＝-0.992，P＜0.01）；B土與Na葉、Pb塊莖存在顯著負相關（r＝-0.937、r＝-0.885，P＜0.05）；As土與K莖存在顯著負相關（r＝-0.931，P＜0.05）；Hg土與Cd塊莖存在顯著負相關（r＝-0.935，P＜0.05）；Cd土與K莖、K葉存在極顯著負相關（r＝-0.965、r＝-0.975，P＜0.01）；Pb土與K莖存在顯著負相關（r＝-0.928，P＜0.05）；Cr土與K莖存在顯著負相關（r＝-0.937，P＜0.05）。以上延胡索根際土壤無機元素與其不同部位無機元素之間具有不同程度的拮抗作用。

2.7 延胡索塊莖中無機元素含量相關性

采用SPSS20.0對5個不同產地延胡索塊莖中15種元素含量進行Pearson雙側檢驗相關性分析，結果見表10。延胡索塊莖中部分無機元素存在一定的相關性：N與Cd存在極顯著負相關（r＝-0.927，P＜0.01）；K與Cr存在極顯著正相關（r＝0.968，P＜0.01），與Ca存在顯著正相關（r＝0.889，P＜0.05）；Ni與Na存在顯著負相關（r＝-0.890，P＜0.05），與Hg存在顯著正相關（r＝0.889，P＜0.05）；Pb與Mn存在顯著負相關（r＝-0.954，P＜0.05），與As存在顯著正相關（r＝0.938，P＜0.05）。表明延胡索塊莖中各無機元素之間的積累具有相互抑制或促進的調節作用。

表10 延胡索塊莖中無機元素含量相關性分析（r）

3 討論

藥用植物根際土壤中的元素是其藥材質量的主要物質基礎，根際土壤中某一元素的含量往往影響該元素在藥用植物體內的積累，道地藥材優質性形成的部分原因可能與此有關[17-18]。湯雛清等[19]利用原子吸收分光光度計測定浙江磐安延胡索塊莖及其種植環境土壤、水質8種微量元素含量，發現種植土壤、水質與藥材間微量元素含量呈正相關。叢曉東等[20]報道延胡索甲素含量與Fe、Zn、Mn和Zn/Cu比值有明顯相關性，并發現其活性可能是有機成分與金屬元素相互作用的結果。馬月光等[21]報道Cu、Ca、Pb、Zn為延胡索的特征微量元素，且不同產地延胡索微量元素含量存在地域特征性。本研究結果表明，延胡索根際土壤中P、K、Na元素含量相對較高，三者占元素總量的96%，重金屬元素Hg、As、Cd元素含量最低。不同產地延胡索根際土壤各元素含量差異性較大，浙江東陽與重慶開縣延胡索根際土壤元素總量最高。研究表明，土壤Mo元素含量與胃癌死亡率呈負相關，土壤缺Mo可造成環境和植物中亞硝酸鹽含量增加，進而提高胃癌死亡率[22]。本研究在所有產地延胡索根際土壤中均未檢測到Mo，因此在以上地區栽培延胡索時，可以施以鉬肥，以提高土壤中Mo元素含量。 不同產地藥材的藥效差異與其根際土壤無機元素含量有關，無機元素不但能參與藥材中活性成分的合成，而且能與活性成分協同作用產生療效[23]。研究表明，Zn具有促進機體的生長發育、免疫成熟和創傷愈合的作用[24]，Cu與人體內清除氧自由基的清除功能密切相關[25]，Ni參與細胞激素和色素的代謝等活動[26]。本研究對延胡索不同部位的元素含量進行比較研究，發現不同部位元素含量差異較大。其中，延胡索莖的無機元素總量最高，葉次之，塊莖最少。延胡索以塊莖入藥，塊莖中Cr元素含量高于莖和葉，在種植延胡索時應警惕重金屬Cr對藥材質量的影響。同時，對延胡索不同部位元素進行等級劃分，其莖和葉中Zn、Ni、Cu、Cd等元素豐度遠高于其他元素，K、Ca、Mg、Mn含量也很豐富，極具開發價值。

重金屬含量為評價藥材質量的主要指標之一。研究表明，N、K、Ca等對延胡索中重金屬的解毒起到重要作用[27-29]。本研究結果顯示，5個產地延胡索入藥部位塊莖對多數元素的富集作用較弱，但對N、Ca有較強的富集作用，而其莖與葉對N、Ca、K、Mg、Zn、Cu、Cd均具有較強的富集作用，表明這5個地區均適合延胡索的種植。另外，除S1產地的Cd元素Pi＞1外，其余產地均小于1，表明S1產地受Cd污染的風險較大，可適量加入Ca肥改變延胡索幼苗的抗氧化酶活性，從而緩解Cd毒害風險[30]。根據P綜，所有產地污染等級評價均未超過警戒線，進一步表明5個地區的土壤質量安全，可以發展延胡索藥材生產。

相關性分析表明，延胡索藥材不同部位與其根際土壤無機元素既存在協同作用，又具有拮抗作用；同時，延胡索塊莖中各無機元素含量也存在一定相關性，表明延胡索藥材各無機元素含量高低是多種因子復合作用的結果，這種復合作用導致延胡索在生長過程中對其根際土壤無機元素的吸收具有選擇性。

本研究對5個不同產地延胡索根際土壤及其植株3個不同部位的無機元素含量進行比較研究，總結其不同部位無機元素含量的規律，并對其根際土壤進行了安全性評價，可根據不同產地的土壤性質及不同部位的無機元素分布研制延胡索專用肥，為延胡索的可持續健康發展提供參考。