ICP-MS法分析川藏高原不同產地手掌參礦質元素含量

楊洋 徐立軍 吳宗耀 黃明進

摘 要：?為分析川藏高原不同產地手掌參礦質元素含量差異、評價其藥材質量，采用電感耦合等離子質譜（ICP-MS） 法對7個不同產地手掌參中21個礦質元素含量進行了測定。結果表明，P、Mn、Fe、Zn、Al、Cr、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb等12個礦質元素在7個不同產地手掌參中含量差異較大，極值比均大于0.50。系統聚類分析將7個產地手掌參樣品聚為4類，其中米林縣、朗縣和阿壩縣各聚為一類，而巴塘縣、理塘縣、波密縣以及昌都市合并聚為一類。產地與礦質元素對應分析（又叫關聯分析）顯示12個礦質元素累計含量（邊際活動值）依次為：米林縣（672.97）<阿壩縣（838.17）<朗縣（890.61）<巴塘縣（918.90）<理塘縣（924.39）<波密縣（980.83）<昌都市（984.79）。同時，米林縣、波密縣、朗縣產手掌參與Al、Fe元素，朗縣與Al、Mg、Zn元素，昌都市、巴塘縣、理塘縣與P元素的關聯度較高。分析表明手掌參中P、Mn、Fe等12個礦質元素的含量受產地的影響較大，具有區域性特征；而產地對手掌參中其他必需及有益元素含量的影響較小。

關鍵詞：手掌參；川藏高原；礦質元素；含量分析

中圖分類號：Q946.91

文獻標識碼：A

文章編號：1008－0457（2023）03－0050－06

國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2023.03.008

手掌參為蘭科植物手參屬手參 Gymnadenia conopsea （L.）R.Br的干燥塊莖，有補腎益精、理氣止痛之效［1］，是傳統的蒙藥、藏藥［2-4］ 。手參塊莖形似手掌而得名手掌參，又名藏三七、掌參、佛手參、手兒參或旺拉（藏名）［2，5］。手參在我國黑龍江、吉林、遼寧、內蒙古、河北、山西、陜西、甘肅東南部、四川西部至北部、云南西北部、西藏東南部（察隅）均有分布，朝鮮半島、日本、俄羅斯、西伯利亞至歐洲一些國家也有，一般生于海拔265～4700 m的山坡林下、草地或礫石灘草叢中［1］。由于手參分布范圍廣，不同分布區域受降水量、濕度、溫度、光照、土壤類型、地形地貌、海拔等的影響，手參生長發育及其藥材品質有很大差異［6］，同時手掌參作為傳統民族民間藥材，基礎研究較薄弱，在質量評價方面，薛楠等［7］研究了藏藥手掌參藥材HPLC指紋圖譜，建立了手掌參藥材質量HPLC評價方法；江洪濤等［8］研究了西藏林芝3個產地手掌參11種礦物元素含量，認為手掌參含有K、Na、Ca等多種人體所必需的常量元素， 但Zn、Mg元素未檢出，文獻調研表明，對手掌參質量評價尤其是礦質元素的研究還不夠全面。然而，中藥材中常含有豐富的礦質元素，其含量、累積量及比例可作為質量評價的重要指標［9］，一方面礦質元素與中藥防病、治病、保健等功效密切相關，如K元素具有滲透調節作用，Fe、Mn、Zn和Cu等礦質元素為蛋白質和酶的重要組成部分，具有延緩衰老、抗氧化及免疫調節功能［10］；另一方面，植物礦質元素主要來自土壤礦質，有的礦質元素可作為植物體組成成分，有的參與調節生命活動，有的則兼有這兩種功能，其含量因植物種類、植物組織或器官、生長環境或年齡的不同而有差異，植物礦質元素還對植物病害防控、重金屬脅迫有緩解作用［11］；其次，礦質元素在植物體中含量與土壤背景值有關，表現出區域性特征，可以用于溯源，追溯植物生長環境、植物產品來源等［12］；同時礦質元素還會影響作物品質和產品安全性（有害元素和重金屬），如在糧食作物水稻［13］、 果樹葡萄［14］、 中藥材天麻［15］等植物中礦質元素含量與品質有顯著相關性。鑒于此，本研究從植物必需的大量元素、微量元素，植物有益元素及有害元素等礦質元素含量方面分析研究了川藏高原產手掌參藥材質量及不同產地對其質量的影響，為手參人工培育、藥材質量控制及其產地溯源提供試驗依據。

1 ?材料與方法

1．1 ?試驗材料與儀器

手掌參藥材采集自西藏朗縣、米林縣、波密縣及昌都市，四川巴塘縣、理塘縣和阿壩縣，地理分布如圖1所示，由西藏藏醫藥大學徐立軍教授鑒定為手參 G.conopsea 的干燥塊莖。主要試劑為分析純硝酸（重慶川東化工集團有限公司）、硝酸水溶液及標準溶液制備用超純水；礦質元素混合標準溶液Multi-element Calibration Standard # 2A（購自安捷倫科技有限公司）。主要儀器為安捷倫7800電感耦合等離子體質譜儀（Agilent7800 ICP-MS，安捷倫科技有限公司）、SX-5-12型箱式電阻爐控制箱（天津市泰斯特儀器有限公司）、TANKPE030純水機（成都唐氏康寧科技發展有限公司）。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?供試品的制備

參照《中國藥典》［16］2020版通則（2302）灰分測定法，取過60目篩的手掌參藥材粉末1 g，精密稱取1.0000g，放入烘干至恒重的石英坩堝中，烘箱烘至恒重，放入箱式電阻爐控制箱灰化，將灰分用配制好的硝酸與水1∶ 1 溶液溶解，過濾，濾液置50 mL容量瓶，定容至刻度，搖勻，測定時用0.45 μm 濾頭過濾，即得手掌參供試品。

1.2.2 ?標準溶液的制備

將濃度為10 μg/mL的混合標準溶液分別吸取12.5、25、50、100、200 μL加入到5 mL容量瓶中，加超純水定容至刻度，搖勻，制備成濃度為25、50、100、200、400 μg/L的多元標準溶液，備用。

1.2.3 ?數據統計分析

采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進行統計分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?手掌參礦質元素含量分析

參照武維華主編《植物生理學》對植物體內礦質元素分類［11］，將測定的21個礦質元素分為植物必需大量元素、微量元素、有益元素、植物有害元素及其他元素等幾類，并對各礦質元素含量范圍（最大、最小值）、極差、極值比（極差/極小值）和平均含量進行統計分析，結果見表1。統計發現，極值比≥0.50的元素有P（0.81）、Mn（0.65）、Fe（0.89）、Zn（0.66）等植物必需礦質元素，以及Al（0.66）、Cr（0.66）、As（4.33）、Ag（1.09）、Cd（13.41）、Pb（1.46）等植物有害元素，及Ga（4.65）、Rb（2.21）等元素，這些元素在不同產地手掌參藥材中的含量極差、標準差較大，離散程度較高，尤其是P、Fe、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb等元素極值比較大，在不同產地手掌參中含量差異明顯；測定的21個元素中，極值比<0.50的元素均為植物必需大量元素、微量元素及有益元素，這些元素在不同產地手掌參藥材中的含量差異不大，離散程度較低，受產地的影響較小。Se元素是人體必需的微量元素，測定結果顯示手掌參Se元素78Se在3個同位素（77Se、78Se、82Se）之間含量最高，平均含量達到了9.86 mg/kg。

2.2 ?手掌參礦質元素聚類分析

為分析不同產地手掌參藥材中礦質元素含量及其分布規律，以極值比大于0.5的礦質元素P、Mn、Fe、Zn、Al、Cr、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb含量為變量，采用系統聚類法，對7個產地手掌參藥材樣品進行聚類，并按照經緯度，將樣品產地從西向東標定序號依次為1-朗縣、2-米林縣、3-波密縣、4-昌都市、5-巴塘縣、6-理塘縣、7-阿壩縣（圖1）。

將樣品產地信息及其礦質元素含量輸入IBM SPSS Statistics 26.0軟件，選用組間聯結、平方歐氏距離測量區間進行系統聚類，輸出結果見表2。

從聚類表可以看出，第一步是5-即巴塘縣和6-理塘縣樣品聚為一類，第二步與3-波密縣和4-昌都市合并，然后依次為1-朗縣、2-米林縣、7-阿壩縣，并生成樣品聚類樹狀圖，見圖2。從樹狀圖可以看出“米林縣樣品”“朗縣樣品”“阿壩縣樣品”各聚為一類，其余波密縣、昌都市、巴塘縣和理塘縣樣品聚為一類。聚類結果表明，川藏高原手掌參藥材在礦質元素含量上，具有明顯的地域分布特征。對照表1各產地手掌參樣品礦質元素含量，波密縣手掌參樣品中Fe元素含量較高（40.76 mg/kg），地理距離不遠的朗縣、米林縣樣品中Fe元素含量趨近，分別為30.92 mg/kg、32.03 mg/kg，進一步說明鐵元素可能是米林縣及其鄰近區域產手掌參質量指標性礦質元素；在7個樣品中，朗縣樣品Mg、Mn、Zn、Cr、Rb含量高，Ca、Na、Ag、Cd含量低，而相反阿壩縣樣品77Se、82Se、Ag、Cd含量高，Mg、K、Fe、78Se、Al含量低，阿壩縣從地理距離上，都較其他6個產地較遠，與最西邊的朗縣經度相差8度，緯度差4度，氣候、土壤因子相差較大，其手掌參可能表現為少Fe元素特征；3-波密縣、4-昌都市、5-巴塘縣、6-理塘縣4個產地具有連續的地理分布（圖1），其所產手掌參藥材樣品中的礦質元素含量相似，具有明顯的P、Ca、K及部分重金屬等礦質元素含量特征，聚為一類。

2.3 ?手掌參礦質元素與產地關聯分析

聚類分析直觀地反映了手掌參產地分布規律，但產地與礦質元素之間的關聯作用不清楚。對應分析也稱關聯分析，用來揭示指標之間、樣品之間，指標與樣品之間的關系。為了進一步闡明產地與礦質元素之間的關系，在上述聚類分析結果的基礎上，分別以表1中7個產地為行，極值比大于0.5的礦質元素為列，測得的含量為權重，輸入到IBM SPSS Statistics 26.0軟件，對7個手掌參藥材樣品進行對應分析，輸出結果見表3、表4和圖3。

從表3活動邊際看，巴塘縣、理塘縣、波密縣、昌都市產手掌參樣品中P、Mn等12個礦質元素累計含量較高，阿壩縣和朗縣次之，米林縣累計含量最低為672.97， 即米林縣（672.97）<阿壩縣（838.17）<朗縣（890.61）<巴塘縣（918.90）<理塘縣（924.39）<波密縣（980.83）<昌都市（984.79）。表4中維度1的慣量為0.764，即第一維度展示了76.4%的變異，而維度2的慣量為0.172，展示了剩余17.2%的變異，第三維度只展示了4.0%的變異，因此二維的對應分析即可滿足分析要求。

圖3進一步反映了產地間、礦質元素間、產地與礦質元素之間的潛在對應關系，位置越近，說明不同指標之間就越相似，圖3-a米林縣、朗縣與阿壩縣距離較遠，與圖1中地理分布距離相一致，即地理分布距離越遠，所產手掌參礦質元素含量差異就越大；圖3-b說明Fe、Al元素含量關系較近，P元素含量較其他元素含量關系次之，Cd、Ga、As元素較其他元素含量距離更遠，Zn、Mg、Cr、Ag、Rb幾個元素的位置在圖中較近，表明不同礦質元素在手掌參藥材中的含量呈現協同作用關系；圖3-c中行點與列點表示產地與礦質元素間的關系，行點與列點距離越近表示產地與礦質元素間的關系越密切，即米林縣、波密縣、朗縣產手掌參與Al、Fe元素有較密切對應關系，朗縣產手掌參與Al、Mg、Zn元素有較好對應關系，昌都市、巴塘縣、理塘縣產手掌參與P元素有較好對應關系。

3 ?結論與討論

手掌參含有豐富的礦物質元素，且不同產地手掌參礦質元素含量不同，尤其是P、Fe、Mn、Zn、Al、As、Ag、Cd等元素的差異更明顯，與江洪濤等［8］西藏林芝產手參塊莖礦質元素含量相比亦有較大差異，但與同為蘭科植物的天麻塊莖相比，天麻的植物必需大量元素與植物必需微量元素均比手掌參的高［15］。Se可與多種重金屬元素產生拮抗效應，降低植物對重金屬的吸收［16-18］。但Se濃度過高時，同樣會對植物有毒害［19-21］，所以適量的Se才會對植物的生長起有益作用，78Se元素含量在手掌參Se的3個同位素中含量較高，可能與手參適應產地環境有關。P、Fe是植物必需礦質元素，在植物生長發育中起重要作用［11］，P元素參與植物多種代謝過程，在植物體內易移動及被重復利用，且在生命活動最旺盛的根莖分生組織中含量較高，對種子、塊根、塊莖的生長有利。因此，不同產地手掌參塊莖藥材中P元素含量差異大，可能是在不同生長時期采集，或是同一采收時期手參所處的生長發育階段不同。手掌參的P元素含量較高，與三七的礦質元素分布含量相似，都是P元素在植株中含量較高且穩定［22］。Fe是不易被重復利用的元素，進入植物體內后處于較為固定的狀態而不易被轉運，手參是多年生植物，生長年限越長，通常鐵元素在體內的累積越多，含量越高。參照《中華人民共和國藥典》2020版對中藥材重金屬限量標準［16］，7個產地手掌參中重金屬Cu、As、Ag、Cd、Pb等元素含量均未超限，但不同產地手掌參中As、Ag、Al、Cd、Pb、Cr、Ga、Rb等元素含量有一定差異，可能與產地土壤重金屬或其他有害元素背景值有關。分析結果表明，手掌參中P、Mn、Fe、Zn、Al、Cr、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb等12個礦質元素的含量受產地的影響較大，具有區域性特征，而產地對手掌參其他必需及有益元素含量的影響較小。

（責任編輯：胡吉鳳）

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Analysis of Mineral Elements Content of ?Gymnadenia conopsea ?from Different Geographic Locations in the Sichuan-Tibet Plateau with Detection of ICP-MS

Yang Yang1，2，3，Xu Lijun1*，Wu Zongyao1，Huang Mingjin2，3

（1.University of Tibetan Medicine，Lhasa，Tibet Autonomous Region 850000，China; 2.College of Agriculture ＆ Dendrobium Research Institute，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China;

3.Guizhou Provincial Key Laboratory for Medicinal Plant Breeding and Planting，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）

Abstract：

In order to analyze the quality of ?Gymnadenia conopsea （L.）R.Br ??from the Sichuan-Tibet Plateau，the content of twenty-one mineral elements in ?G.conopsea ?from seven different geographic locations in this area were studied by inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）.The results showed that the content of twelve plant essential mineral elements（P，Mn，Fe，Zn，Al，Cr，As，Ag，Cd，Pb，Ga and Rb）in the seven different origins were quite different，and the ratio of extreme values were all more than 0.50.Systematic cluster analysis clustered samples from 7 origins into 4 categories，among which Milin County，Lang County and Aba County were clustered into one group，while Batang County，Litang County，Bomi County and Changdu County were combined into one group.The correspondence analysis between origin and mineral elements suggested that the cumulative content of 12 mineral elements was as follows：Milin County（672.97）

Keywords：

Gymnadenia conopsea ; geographic locations; mineral elements; content analysis