文山三七中As分配规律及其对皂苷和黄酮含量的影响

孙晶晶　祖艳群　马妮等

摘要[目的]探讨文山三七中As分配规律及其对皂苷和黄酮含量的影响。[方法]通过野外大田调查和室内分析相结合的方法研究云南文山三七主要种植区不同年份三七（二年生和三年生）不同部位（主根、须根、剪口）As分配规律，探讨As元素对三七主要药效成分黄酮和皂苷含量的影响。[结果]砷含量在三七各部位分布依次为：须根>剪口>主根。三七须根中As含量最高，为0.31～0.33 mg/kg。3年生三七须根和主根的砷含量较2年生高。三七中黄酮含量为3.45～11.10 mg/g，2年生三七黄酮含量大于3年生三七。三七须根中黄酮含量与须根中As含量呈显著的负相关关系。总皂苷和单体皂苷含量在剪口和主根中较高，三七总皂苷含量为4.08%～1351%，人参皂苷占总皂苷的90.53%～97.79%。3年生三七的总皂苷和单体皂苷含量大于2年生三七。须根中三七皂苷R1含量与须根中As含量呈显著的正相关关系；剪口中总皂苷含量、Rg1含量和Rb1含量均与剪口中As含量呈显著的负相关关系。[结论]因此，三七As含量对药效成分的影响与不同部位和不同皂苷类型有关，As能导致须根中皂苷含量的累积，须根中黄酮和剪口中皂苷含量的下降。

关键词三七（Panax notoginseng）；皂苷；黃酮；As

中图分类号S567文献标识码A文章编号0517-6611（2014）12-03511-05

基金项目国家自然科学基金（41261096）。

作者简介孙晶晶（1988-），女，安徽怀远人，硕士研究生，研究方向：土壤重金属污染及修复。*通讯作者。

砷（As）是一种常见的环境毒物和人类致癌物，土壤砷污染导致的环境污染问题日益突出[1-3]。全球每年向土壤输入的砷含量可达9.4×107 kg [4]。我国的砷矿主要分布在湖南、云南、广西和广东等省，在云南昆明红壤中砷的含量达到16.40～19.20 mg/kg，均值为17.80 mg/kg[5]。农田土壤中As超标或污染使农作物产量和品质受到影响[6-10]。三七[Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen]为五加科人参属（Panax）多年生阴性宿根草本植物，作为云南省名贵的道地中药材，在云南省文山州具有600多年的栽培历史和广泛的栽培面积，三七活血化淤和消肿定痛的功效与其最主要的药效成分皂苷和黄酮有关，块根和根茎是主要的药用部位；茎叶也作药用；花则是最好的保健饮品；果实和种子主要作为繁殖体。三七花采收年限为2年生以上，根部和茎叶采收年限为3年生。因此，三七的研究年限一般为2年和3年。

文山三七2011年的种植面积6 527 hm2，年产量达到470.7万kg，占全国三七种植面积和总产量的首位，占我国总产量的98%以上。文山州由于地壳原始分化成分的作用、含砷矿的开采和含砷农药的长期使用，使三七种植区存在普遍的土壤砷污染和三七砷含量超标的现象[11-13]。皂苷和黄酮含量是三七质量控制的重要指标，三七中单体皂苷Rg1和Rb1为人参皂苷，三七皂苷R1为三七特有，R1、Rg1和Rb1为三七中主要的单体皂苷，总皂苷含量常用三者之和表示。三七砷含量及其与三七皂苷和黄酮含量之间的关系的研究较少[14-16]，随着三七制品的生产和发展，对三七的需求量不断增加，研究2年生和3年生三七的皂苷和黄酮含量对砷元素胁迫的响应具有主要的意义，对于指导三七的生产和三七品质的提高具有一定的实践和理论意义。因此，笔者通过野外大田调查和室内分析相结合的方法研究云南文山三七主要种植区不同年份三七（2年生和3年生）不同部位（主根、须根和剪口）As分配规律，探讨As元素对三七主要药效成分黄酮和皂苷含量的影响，以期为三七的进一步开发利用提供依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1研究对象。于2012年11月在文山州三七主要种植区文山县、丘北县、砚山县、广南县进行大田采样30个（图1）。

1.2方法

1.2.1大田调查和采样方法。试验采用大田调查采样的方法，于2012年11月在文山州三七主要种植区文山县、丘北县、砚山县、广南县进行大田采样30个，由于三七以1年生苗为主要移栽对象，而收获对象主要以2年生和3年生为主。因此，选择年份为2年生和3年生三七，包括2年生（19个样品）和3年生（11个样品）三七植物样品及对应表层土壤样品（0～15 cm），取样点以GPS精确定位，各采样位点的分布如图1。采样点纬度为23°28′04.9″～24°10′36.4″，经度为103°53′47.3″～104°53′48.4″，海拔为1 429～2 021 m。采样点土壤pH值4.2～7.1、有机质含量3.9～39.02 g/kg、CEC为24.42～52.40 cmol/kg，土壤类型以粘壤土和壤质粘土为主。对应表层土壤样品通过室内分析，As含量的变化范围为14.24～63.56 mg/kg。

新鲜的植物样品用自来水清洗干净后用去离子水清洗，将三七植株分为剪口、主根、须根3个部位，在105 ℃下杀青30 min，然后65～70 ℃烘干至恒重，待冷却后磨碎待用。测定剪口、主根、须根中As含量、单体皂苷R1、Rg1和Rb1含量、黄酮含量。计算总皂苷含量含量（R1+Rg1+Rb1）。

1.2.3统计分析方法。采用SPSS（11.0）数据处理统进行相关性分析，用Excel 2000软件对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1不同年份三七各部位As含量特征计算得三七剪口和主根均为0.15 mg/kg，须根为0.32 mg/kg。总的来讲，砷含量均低于优质三七砷的限量标准≤1.0 mg/kg（GB190862003）。砷在三七各部位的含量分布为：须根>剪口>主根。

其中，2年生三七的各部位砷含量分别剪口0.15 mg/kg，主根0.14 mg/kg，须根0.31 mg/kg。砷在2年生三七各部位的含量分布为：须根>剪口>主根（图2）。2年生三七剪口中砷含量与主根中砷含量之间呈显著的负相关关系（Y=020-0.35X，R=0.462 6，P<0.05，N=19）。3年生三七剪口为0.15 mg/kg，主根为0.17 mg/kg，须根为0.33 mg/kg。砷在3年生三七各部位的含量分布为：须根>主根>剪口（图2）。

其中，2年生三七须根的黄酮含量为7.25 mg/g，剪口的黄酮含量为5.25 mg/g；主根的黄酮含量为3.60 mg/g（图3）。三七各部位黄酮含量的较高的为须根、剪口，最低为主根（图3）。2年生三七的剪口、主根和须根的黄酮含量变异系数分别为15.09%、22.85%和9.68%。3年生三七的须根的黄酮含量为7.27 mg/g，剪口的黄酮平均含量为4.67 mg/g，主根的黄酮含量为3.45 mg/g（图3）。

3年生三七各部位黄酮含量的较高的为须根、剪口，最低为主根。黄酮在2年生和3年生三七各部位的含量分布规律一致。2年生三七剪口和主根的黄酮含量大于3年生三七，而须根的黄酮含量2年生和3年生三七基本相同。

其中，2年生三七的剪口中总皂苷平均含量为12.95%，其中R1含量为1.16%，人参皂苷Rg1含量为6.85%，人参皂苷Rb1含量为4.94%。相关分析表明，剪口中总皂苷和单体皂苷Rb1含量与剪口中As含量呈显著的负相关关系。主根中总皂苷含量为10.12%，其中R1含量为089%，人参皂苷Rg1含量为5.42%，人参皂苷Rb1含量为3.81%。须根中总皂苷含量為3.61%，其中R1含量为0.38%，人参皂苷Rg1含量为219%，人参皂苷Rb1含量为1.03%，须根中R1含量与须根中As含量之间呈显著的正相关关系（表2）。2年生三七的剪口中总皂苷和单体皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于主根，最低的是须根。Rg1和Rb1含量大于R1含量。Rb1/Rg1比值在剪口、主根和须根中分别为0.72、0.70和0.47。人参皂苷与三七皂苷的比值[（Rb1+Rg1）/R1]在剪口、主根和须根中分别为10.16、10.37和8.50。

3年生三七的剪口中总皂苷含量为14.46%，其中R1含量为1.47%，人参皂苷Rg1含量为7.24%，人参皂苷Rb1含量为5.75%。主根中总皂苷含量为11.80%，其中R1含量为1.12%，人参皂苷Rg1含量为6.05%，人参皂苷Rb1含量为4.64%。须根中总皂苷含量为4.91%，其中R1含量为057%，人参皂苷Rg1含量为283%，人参皂苷Rb1含量为249%（表1）。

3年生三七的剪口中总皂苷和单体皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于主根，最低的是须根。并且3年生三七的剪口、主根和须根中总皂苷和单体皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于2年生三七。

3讨论与结论

3.1讨论2年生和3年生三七的剪口的砷含量没有明显的差异，可能由于剪口的生长周期均是在1年内，都是当年新生长的部位，所以2年生和3年生的剪口对土壤中As的吸收过程和吸收规律是相同，主根和须根是属于多年生器官，3年生三七的主根和须根的砷含量均比2年生的主根和须根的砷含量有所增加。可见As的累积是一个长期的过程，As能储存在主根和须根中。阎秀兰等研究也表明，主根是三七中砷的主要储存部位[12]。相关性分析表明2年生三七的剪口砷含量与主根中砷含量表现出显著的负相关性。可见，2年生三七剪口中As能转移到主根中储存，从而保证了剪口的生长和来年的萌发，三七对土壤As胁迫环境具有其独特的适应方式和途径，该特征对于研究三七对As胁迫的响应机理具有主要的意义。

As在三七各部位的含量分布为须根>剪口>主根，地下部位须根、剪口和主根是砷的主要分布区，三七作为一种多年生药材，一般生长3年后收获，特别是须根中As含量的2年生和3年生三七中均表现出最高，须根中As含量是其他部位的1.82～3.30倍，须根较容易吸收土壤中的As[12]。所以，3年生三七的砷在主要收获部位须根、主根和剪口的累积应该加以关注。

黄酮在2年生和3年生三七各部位的含量分布规律均为须根>剪口>主根。魏均娴等研究了根和叶中的黄酮成分为槲皮素、山柰酚和槲皮素3O槐糖苷[21-23]。黄酮含量与三七的产地和三七的质量大小有关[18]。对于黄酮的分配规律研究较少[15]。2年生三七剪口和主根的黄酮含量大于3年生三七，而须根的黄酮含量2年生和3年生三七基本相同，其原因可能与3年生三七的生物量大于2年生三七，对黄酮含量具有稀释作用的结果。

一方面，黄酮作为三七的药效成分，对三七的生理活性具有主要的作用，另一方面，在环境胁迫条件下，植物通过增加植物体内黄酮化合物来防御环境胁迫，黄酮是植物综合防御体系的一部分。黄酮具有一定的清除氧自由基的作用，能降低亚砷酸盐对细胞的损伤，对细胞具有防护功能[24-25]。三七茎叶能通过增加黄酮的含量来增强对As胁迫的适应。环境胁迫能使植物体内的黄酮含量增加，主要是由于环境胁迫可诱导黄酮的生物合成的关键酶苯丙氨酸解氨酶和查尔酮合酶的活性和数量的上升，已在灯盏花、草珊瑚和毛地黄等中药材中得到了证实[3，26-27]。三七查尔酮合酶的表达受UV 照射、真菌侵染和微量元素等条件诱导，增加酶活性和含量，提高黄酮含量[5，28]。但是，地下部位须根、剪口和主根作为三七主要的收获部位和药效部位，黄酮含量的较低。三七黄酮产量受到很多条件的影响，与三七生长发育阶段、部位和生理活动等有关[6，29]。相关分析表现三七须根中黄酮含量与须根中As含量呈显著的负相关关系，2年生三七须根和剪口中黄酮含量均与须根中As含量也表现出显著的负相关关系（表3），可见须根中较高的As含量对须根和剪口中黄酮的累积具有明显抑制作用。研究表明黄酮合成的调控基因查尔酮合酶的表达基因在不同生物体具有不同的时空调节模式，在不同组织和器官、不同时期具有表达的特异性[30-32]。因此，As胁迫对三七地上部分和地下部分黄酮的影响差异需要进一步深入的研究。

皂苷是一类由甾体皂苷元或三萜皂苷元与糖或糖醛酸缩合而成的苷类化合物，分为甾体皂苷和三萜皂苷，广泛存在于薯蓣科、百合科、五加科、伞形科、豆科、桔梗科、远志科和葫芦科等植物中，具有去痰、镇痛、抗炎、抗疲劳、抗菌和促进核酸和蛋白质合成等作用。三七总皂苷（Rg1+Rb1+R1）平均含量在剪口、主根和须根中分别为13.51%、10.74%和4.08%，除须根外，剪口和主根中的总皂苷含量均是2005年版药典中规定的不低于5%的2倍以上[33]。

从三七中已经分离得到70多种单体皂苷成分，这些单体皂苷成分大多数为达玛烷型人参皂苷，其中三七皂苷R1为三七特有，人参皂苷Rg1和Rb1含量最高，Rb1在三七根、剪口、叶、花中的比例分配为1.8∶3.23∶0.03∶0.4[34-36]。三七中人参皂苷Rg1和Rb1含量是三七中皂苷的主要成分，分别占剪口、主根和须根总皂苷的90.53%、90.88%和97.79%，而且Rg1含量高于Rb1含量，与杨崇仁等的研究一致。而三七皂苷R1含量仅占总皂苷的9.47%、9.21%和2.21%[16]。Rg1∶Rb1∶R1在剪口、主根和须根中分别为5.8∶4.2∶1.0；5.5∶4.1∶1.0和5.4∶3.5∶1.0。2年生和3年生三七的剪口中总皂苷和单体皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于主根，最低的是须根，分配规律在2年生和3年生三七中一致。并且3年生三七的剪口、主根和须根中总皂苷和单体皂苷R1、Rg1、Rb1含量均大于2年生三七，因此，从三七主要的药效成分皂苷的含量累积的角度，3年生三七作为主要收获阶段具有主要的意义。

环境因子的改变能在一定程度上改变植物皂苷基因的表达和皂苷的合成，影响皂苷产量[37-38]。土壤As在低浓度时，可以刺激三七的生长，提高某些单体皂苷的含量，同时其他单体皂苷含量降低，且三七块根中的单体皂苷R1、Rb1和Rg1之和也随着外源As的增加而降低[14]。相关分析表现剪口中总皂苷含量、Rg1含量和Rb1含量均与剪口中As含量呈显著的负相关关系，2年生三七剪口中总皂苷含量和Rb1含量也表现出与剪口中As含量呈显著的负相关关系（表3）。而须根中三七皂苷R1含量与须根中As含量呈显著的正相关关系，而且2年生和3年生三七的须根中三七皂苷R1含量与须根中As含量均表现出显著的正相关关系。可见，皂苷含量的变化不仅与单体皂苷类型有关，也与不同部位的响应有关。特别是人参皂苷Rb1和三七皂苷R1对As胁迫的响应的差异，需要进一步深入的研究。

比较须根As含量与须根黄酮和皂苷含量的相关分析，二者具有相反的相关性，随着须根中As含量的增加，须根中黄酮含量逐渐下降，而R1含量逐渐增加。对须根中皂苷和黄酮含量进行相关分析，表明须根中须根黄酮含量均与R1含量（Y=1.01-0.078X，R=0.383 4，F=4.48，P<0.05，N=30）和总皂苷含量（Y=7.78-0.51X，R=0.325 6，F=4.56，P<0.05，N=30）呈显著的负相关关系。黄酮与R1代谢的不同是否是由于对As胁迫响应的差异引起的还需要进一步深入探讨。黄酮与三七皂苷R1是植物经一相反应后的代谢物在尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶等催化下，与O-葡萄糖醛酸和糖类结合产生，次生代谢产物通过苯丙氨酸途径和异戊二烯途径形成[39]，从而可能产生对As胁迫的响应差异。

3.2结论通过大田调查不同年份三七不同部位对As元素的累积特征及其对三七主要药效成分黄酮和皂苷含量的影响，可以看出文山三七主要生产区三七的As含量低于优质三七对As含量（<1.0 mg/kg）的限度，地下部位须根、剪口和主根是砷的主要分布部位，须根中As含量是其他部位的1.82～3.30倍。三七黄酮含量最低的是主根，须根中黄酮含量与As含量的相关性相反。三七总皂苷含量大于药典中规定的5%，总皂苷和单体皂苷含量在剪口和主根中較高，剪口和须根中皂苷含量与As的相关性相反，人参皂苷Rb1和三七皂苷R1对As胁迫的响应不同。

因此，三七药效成分对As元素的响应，不同的年份的影响较小，主要是与不同的部位、不同单体皂苷成分有关。三七药效成分对As元素的响应，黄酮表现出地上部位和地下部位的差异，皂苷表现出人参皂苷和三七皂苷的差异。

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