杠柳不同部位无机元素的分布及富集特征研究*

李国辉，张春艳，李天祥，李庆和，张伯礼

（1.天津中医药大学，天津 300193；2.天津市滨海新区塘沽中医医院，天津 300450）

·中药研究·

杠柳不同部位无机元素的分布及富集特征研究*

李国辉1，张春艳2，李天祥1，李庆和1，张伯礼1

（1.天津中医药大学，天津 300193；2.天津市滨海新区塘沽中医医院，天津 300450）

[目的]测定3种植物形态（藤本、灌木、蔓生灌木）杠柳根皮、茎皮、根际土壤中Mn、Cu、Zn、Fe、K、Ca、Mg共7种元素的含量，考察杠柳不同部位各元素的分布及富集特征。[方法]电热板湿法消解样品，火焰原子吸收法测定各元素含量。[结果]根皮、茎皮中各元素含量差异较大，但大小顺序均为K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn；元素Zn、Fe、K、Ca在两部位中的分布具较明显差异性，Zn、K、Ca在茎皮中有较多分布，而根皮中有更多的Fe；根际土壤中元素含量大小顺序为Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu，杠柳生长土壤质量较优；根皮、茎皮对Cu、Ca富集性较强，K在茎皮中有一定的富集。[结论]明确了杠柳根皮、茎皮中7种元素的含量、分布及富集特征，提供了杠柳植物形态分为两类的数据支撑，首次提出杠柳作为铜污染区土壤修复植物的可能性，为完善杠柳的生态学等基础研究奠定了基础。

杠柳；无机元素；分布及富集；植物修复

杠柳（Periploca sepium Bge.）为萝藦科植物，根皮习称香加皮，为传统中药材，功能利水消肿，祛风湿，强筋骨[1]。近年来，随着对其化学组成[2-3]、药理活性[4-5]、代谢[6-7]、质量控制[8-10]、临床应用等方面研究的不断深入，相关药用价值不断被挖掘。现代药学研究表明：中药材中发挥其临床疗效的物质基础不仅包括其有机组分，无机元素及其组成对疾病的防治和人体机能的调节作用亦不可忽视，如铁参与组成血红蛋白，运输和储存体内氧，构成细胞色素系统，提高免疫力；锌、锰参与酶的组成及激活，调节多种生理活动。不同药用植物因其遗传特性、个体发育、生理、代谢的差异，导致其对根际土壤各种元素的选择性吸收能力不同。前期考察发现，杠柳植物形态呈藤本状（TB）、灌木状（GM）、蔓生灌木状（MS）[11]，香加皮强心成分杠柳毒苷在茎皮中含量较高[10]，故本研究拟通过测定不同植物形态杠柳的根皮、茎皮及其根际土壤中锰（Mn）、铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）的含量，考察3种形态杠柳无机元素含量的差异性、不同药用部位中各元素的分布以及富集特征，为完善杠柳的生态学等基础研究奠定基础。

1 材料与仪器

1.1实验材料 样品采自天津蓟县下营镇，选取3个不同生长形态的杠柳样地，于2012年6月4日，6月21日，8月21日，9月5日在每个样地随机选取3株，收集其茎皮、根皮及根际土壤。原植物经天津中医药大学李天祥副教授鉴定为萝藦科植物杠柳（Periploca sepium Bge.）。植物样晾干后，40℃减压真空干燥4 h，粉碎过60目筛待测。土样去除石块及动植物残体后在室内阴干，将通过2 mm筛的土壤粉碎、研磨，至全部通过100目筛待测。

1.2仪器与试剂 iCE 3500原子吸收光谱仪（美国Thermo Fisher Scientific公司）；EH35A plus电加热板（Lab-Tech公司）；空心阴极灯（北京曙光明电子光源仪器有限公司）；FA 2104电子天平（上海舜宇恒平科技仪器有限公司）；SB25-12DT超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；DFZ-6050型真空干燥箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）。单元素（Fe、Mn、Cu、Zn、K、Ca、Mg）标准溶液，离子质量浓度均为1 000 μg/mL，购于天津傲然精细化工研究所；GBW 07603-生物成分分析-灌木枝叶成分分析标准物质，GBW 07427-土壤成分分析标准物质-华北平原土壤，均购于中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所；硝酸、高氯酸、氢氟酸、硝酸镧均为优级纯；实验用水为娃哈哈纯净水。

2 实验方法

2.1植物样品消解 精确称取0.500 0 g试样于50 mL聚四氟乙烯烧杯中，1 mL纯净水润湿后加入10 mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，盖上表面皿置于通风橱内浸泡过夜。次日于100℃电热板上消解2 h，中间补加硝酸3 mL，然后120℃、140℃各消解2 h，2 mL硝酸冲洗表面皿，继续加热至约剩1 mL左右溶液，取下放冷加入1 mL硝酸，继续赶酸至白烟冒尽，1%硝酸趁热溶解残渣，定容至50 mL。同时消解质控样灌木枝叶标准物质及全程序空白，所有样品采用平行双样。

2.2土壤样品消解 精确称取0.500 0 g过100目筛并烘干至恒重的试样于50 mL聚四氟乙烯烧杯中，1mL纯净水润湿后加入10mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，盖上表面皿置于通风橱内浸泡过夜。次日于电热板上微沸状态消解3 h，2 mL硝酸冲洗表面皿，加入3 mL氢氟酸除硅，为了达到更好的飞硅效果，应经常摇动烧杯，余下赶酸、定容等操作同“2.1植物样品消解”项。同时消解华北平原土壤标准物质并制备全程序空白，所有样品采用平行双样。

对测定条件优化后，火焰原子吸收光谱法测定供试液中无机元素的含量，若元素浓度超出线性范围，以1%硝酸对供试液及空白溶液进行稀释后重新测定。在K及Ca、Mg的测定中，分别加入一定量的Na标准溶液和镧溶液，以抑制溶液中K的电离以及磷酸根（PO43-）等对Ca、Mg测定的影响。采用一般线性标准曲线法对样品进行含量计算，重复测定3次，取其算术平均值。

3 统计学方法

采用SPSS 19.0统计软件，组间的差异比较采用单因素方差分析（one-way ANOVA）法。

4 结果与结论

4.13种形态杠柳根皮、茎皮中各元素含量 见表1，见表2。

由表1、表2可知，杠柳根皮、茎皮中以K、Ca、Mg的含量较多，而Mn、Cu、Zn的含量较少；根皮、茎皮中的含量大小顺序表现一致，均为K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn。

表1 杠柳根皮中无机元素含量（±s）Tab.1 Contents of inorganic elements in velamen of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

表1 杠柳根皮中无机元素含量（±s）Tab.1 Contents of inorganic elements in velamen of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

注：MS与TB比较，*P＜0.05；GM与TB比较，#P＜0.05。

植物形态 Cu Zn Fe MS 0.07±0.00 0.02±0.00 0.90±0.20*#GM 0.07±0.02 0.03±0.01 0.93±0.24*#TB 0.09±0.01 0.03±0.01 1.43±0.16*#均值 0.08 0.02 1.09 n 12 12 12 36 Mn 0.11±0.04 0.11±0.02 0.13±0.05 0.11植物形态MS GM TB均值n Ca 10.41±2.18 06.96±0.15*#09.72±1.55 07.64±0.94*#08.94±0.25 12.13±1.37*#9.69 8.91 K 12 12 12 36 Mg 2.27±0.28 1.91±0.16 1.95±0.28 2.05

表2 杠柳茎皮中无机元素含量（±s）Tab.2 Contents of inorganic elements in stem bark of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

表2 杠柳茎皮中无机元素含量（±s）Tab.2 Contents of inorganic elements in stem bark of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

注：MS与TB比较，*P＜0.05；GM与TB比较，#P＜0.05。

植物形态MS GM TB均值n 12 12 12 36 Mn Cu Zn Fe 0.12±0.05 0.06±0.02*#0.03±0.01 0.46±0.10 0.12±0.02 0.06±0.01*#0.04±0.01 0.68±0.34 0.13±0.05 0.09±0.01*#0.04±0.01 0.71±0.06 0.12 0.07 0.04 0.62植物形态MS GM TB均值n 12 12 12 36 Ca 18.50±3.03 13.26±1.84*#19.73±3.38 13.03±3.32*#19.29±1.45 26.98±1.67*#19.17 17.76 K Mg 2.01±0.16 1.93±0.16 2.12±0.28 2.02

比较藤本、蔓生、灌木3种形态杠柳中元素含量可以发现，蔓生、灌木两种形态杠柳所含7种元素并未表现明显差异性。与蔓生、灌木相比，藤本杠柳根皮中Fe与Ca、茎皮中Cu与Ca含量差异有统计学意义，其他元素无明显区别。藤本Ca含量约为其他两种形态的2倍，可能与其多生于腐殖质较丰富的林地中，可供吸收的钙离子（Ca2+）更多，且根部对Ca2+吸收的限制较少有关[12]。杠柳体内过量的Ca2+以草酸钙晶体存在，这与杠柳根皮、茎皮中含有大量草酸钙方晶的报道[13]相符。

《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》[14]（WM/T2-2004）规定Cu的限量标准为Cu≤0.02mg/g。本实验测得根皮、茎皮中Cu的平均含量分别为0.08、0.07 mg/g，超出限量标准2~3倍，其测定结果与本课题组所测其他地点杠柳根皮、茎皮中Cu含量（0.02 mg/g，另文报道）具有明显差异性，猜测杠柳对元素Cu的吸收可能与其生长土壤有较大关系。

4.2杠柳根皮、茎皮中各元素的分布特性 植物体不同部位对同种元素的吸收具有差异性。以根皮/茎皮为分布系数，考察7种无机元素在根皮、茎皮中的分布，结果显示Zn、Fe、K、Ca的分布具较明显差异，其中Fe的分布系数为1.85，表明其在根皮中有更多的分布；K、Ca的分布系数约为0.5，茎皮中含量约为根皮中的2倍；Zn以茎皮中分布稍多。Mn、Cu、Mg在根皮、茎皮中含量水平一致，分布并未表现出明显差异。结果见表3。

表3 杠柳根皮、茎皮中无机元素分布系数（根皮/茎皮）Tab.3 Distribution coefficients of inorganic elements in velamen and stem bark of Periploca sepium Bge. (velamen/stem bark)

4.3杠柳根际土壤中各元素含量 杠柳根际土壤中无机元素含量大小顺序为Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu，与根皮、茎皮中含量顺序相比，Fe含量高于K含量，为各元素含量最高，Cu含量最低，其他元素含量次序与根皮、茎皮中一致。7种元素中，3种形态杠柳根际土壤所含Fe、K无明显差异性；蔓生根际土壤中元素Cu含量与灌木土壤相比、所含Ca、Mg量与藤本土壤相比差异均有统计学意义，藤本根际土壤元素Mn、Zn含量与蔓生及灌木两种形态差异有统计学意义。结果见表4。

表4 杠柳根际土壤中无机元素含量（±s）Tab.4 Contents of inorganic elements in rhizosphere soil of Periploca sepium Bge（.±s）mg/g

表4 杠柳根际土壤中无机元素含量（±s）Tab.4 Contents of inorganic elements in rhizosphere soil of Periploca sepium Bge（.±s）mg/g

注：MS与GM比较，△P＜0.05；MS与TB比较，*P＜0.05；GM与TB比较，#P＜0.05。

植物形态MS GM TB均值n 12 12 12 36 Mn Cu Zn Fe 0.27±0.04*#0.01±0.01△0.07±0.01*#24.27±2.73 0.46±0.17*#0.02±0.01△0.07±0.00*#30.22±6.87 0.79±0.20*#0.02±0.00△0.08±0.01*#29.74±1.36 0.51 0.02 0.08 28.08植物形态MS GM TB均值n 12 12 12 36 Ca 11.76±1.12 4.90±1.54* 15.64±3.27 6.79±1.21* 15.56±1.04 7.85±1.45* 14.32 6.51 K Mg 4.82±0.65* 6.00±1.14* 7.33±0.79* 6.05

《土壤环境质量标准》[15]分别对Cu、Zn作出限量要求，规定Ⅰ类土壤Cu≤0.035mg/g、Zn≤0.1mg/g，本实验所测杠柳根际土壤Cu、Zn含量分别为0.02mg/g、0.08 mg/g，均低于标准限量要求，表明杠柳生长地土壤质量基本上保持自然水平，质量较优。

4.4杠柳根皮、茎皮中各元素的富集特征 植物体不同部位对各元素的吸收、富集具有差异性。以某部位中元素含量与其根际土壤元素含量的比值作为此部位对该元素的富集系数，以表征其对该元素的吸收、富集能力，富集系数越大表明其富集能力越强。本实验计算所得3种形态杠柳的根皮、茎皮对7种元素的富集系数结果见表5。从表5中可知，Cu、Ca在根皮、茎皮中均表现出富集现象；Cu的富集系数较大，分别为4.19、3.95，根皮、茎皮的富集能力相当；根皮、茎皮对Ca的富集系数分别为1.41、3.17，茎皮对Ca的富集能力更强；K在茎皮亦有一定的富集；其他元素在根皮、茎皮中均未表现出富集现象，Fe的吸收最少，富集系数分别为0.04、0.02。

表5 杠柳根皮、茎皮对无机元素的富集系数Tab.5 Enrichment coefficients of inorganic elements in velamen and stem bark of Periploca sepium Bge.

5 讨论

杠柳根皮、茎皮中无机元素含量大小顺序为K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn，通过3种形态、两部位无机元素含量及其显著性比较可知，形态上更为接近的蔓生与灌木间无明显差异，而与蔓生、灌木相比，藤本在Fe、Ca、Cu等元素上表现为差异有统计学意义，可推测杠柳形态应归为两类，蔓生与灌木合并，藤本单独归为一类，但是3种形态是否满足种下亚种的条件仍需从分子生物学等方面予以探索。

杠柳生长土壤质量较优，从所测元素来看并未受到污染，基本保持在自然水平。根皮、茎皮对Cu、Ca均表现出富集能力，茎皮对K也具有一定的富集现象，此两部位对Cu的富集系数相当，富集能力较强，考虑到不同采集地点的杠柳根皮、茎皮所含Cu元素含量不同及其对Cu的强富集性，下一步工作可深入探讨杠柳作为Cu污染区土壤的修复净化植物的可能性。

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Study on distribution and enrichment characteristic of inorganic elements in different fractions of Periploca sepium Bge.

LI Guo-hui1,ZHANG Chun-yan2,LI Tian-xiang1,LI Qing-he1,ZHANG Bo-li1
（1.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China; 2.Tianjin Binhai New Area Tanggu Traditional Chinese Medicine Hospital,Tianjin 300450,China）

[Objective]To determine the contents of Mn,Cu,Zn,Fe,K,Ca and Mg in velamen,stem bark and rhizosphere soil of Periploca sepium Bge．of three growth forms(vine,shrub and sprawling shrub),and study the distribution and enrichment characteristic of these elements in different fractions．[Methods]All samples were wet digested on electric heating plate,content of each element was determined by flame atomic absorption spectrometry．[Results]Contents of elements in velamen and stem bark are quite different,but all ordered as K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn;distribution of Zn,Fe,K and Ca were significantly different in two parts．Zn,K and Ca were more in stem bark,and Fe in velamen;contents of elements in rhizosphere soil which was excellent were ordered as Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu,and Cu and Ca were highly enriched,K had a certain enrichment in stem bark．[Conclusion]The foundation is laid fof improving the basic research such as ecology of Periploca sepium Bge．by making the contents,distribution and enrichment characteristic of seven elements in velamen and stem bark cleared,providing data for supporting dividing into two categories,and firstly proposing the possiblity of phytoremediation in copper contaminated soil by Periploca sepium Bge．．

Periploca sepium Bge．;inorganic element;distribution and enrichment;phytoremediation

R282.72

A

1672-1519（2014）12-0756-04

2014-06-11）

（本文编辑：高 杉，马 英）

10.11656/j.issn.1672-1519.2014.12.16

天津市科技支撑计划项目（10ZCZDSY12400）；第4次全国中药资源普查天津试点：生多调查（环）。

李国辉（1989-），男，硕士研究生，研究方向为中药质量控制与资源开发。

李天祥，E-mail:litianxiang612@sina.com。