芍药不同药用部位重金属吸收富集特征研究

曹 帅，王文建，权春梅，刘耀武

（1．亳州师范高等专科学校，安徽 亳州236800；2．安徽省中医药科学研究院亳州中医药科学研究所，安徽 亳州236800）

芍药系毛茛科植物，是一种天然药用植物，其根（主根）入药称为“白芍”，其药用成分主要是芍药苷，有平抑肝阳，敛阴养血，收汗缓中之功效［1］。有文献研究报道［2］，在芍药的各不同部位如花、茎、须根也含有不同量的芍药苷，为了节约资源，达到资源的利用最大化，近年来芍药各药用部位须根、茎及芍花也纷纷被有效利用。然而重金属污染是造成中药材质量下降的重要原因之一，也是影响中药走向世界的主要障碍之一。中药中的重金属污染主要元素包括铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）、汞（Hg）、铜（Cu），重金属在人体中累积达到一定程度，会造成慢性中毒，严重时导致组织细胞出现病变，甚至致癌［3］。

亳州芍药（简称“亳芍”）是安徽4大道地药材之一，因其种植量大、品质佳、药用广而被中国药典所收录，因此对亳芍药中重金属研究具有重要意义。国内外对芍药的研究多集中在对白芍的化学成分芍药苷的含量测定［4-6］，而对白芍的重金属含量研究尚不多见。作者所在课题组已经对白芍的重金属含量做了一些研究［7-9］，但芍药不同药用部位重金属的分布及其规律的研究尚未见报道。文章通过研究芍药不同药用部位重金属含量的分布特征及对不同重金属的吸收富集能力，达到对芍药各药用部位对不同重金属吸收的特征研究。

1 仪器与材料

1．1 样品采集

实验所用样品为芍药的不同药用部位，即芍花、芍药的主根、须根、茎及土壤，实验样品分别从亳州市谯城区的沙土镇、观堂镇、谯东镇三个乡镇主产区采集。为了研究的科学性，芍药不同药用部位的采集与土壤的采集均要求采集同一植株及该植株生长的土壤。土壤采样深度为表层0～20cm，采样的植株为健康、无病虫害样株。样品经安徽省中医药科学研究院亳州中医药研究所方成武教授鉴定为芍药。

1．2 仪器与试剂

AFS-3100双道原子荧光光度计（北京科创海光仪器有限公司）；SOLAARM6原子吸收光谱仪（美国热电公司）；EthosA微波消解仪；岛津AUW-220D电子天平；小型粉碎机（WB-100北京维博创机械设备有限公司）。

Pb、Cd、As、Hg、Cu单元素标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心），硝酸（BV-Ⅲ级，北京化学试剂研究所）、高氯酸（优级纯，天津市鑫源化工有限公司）、盐酸（优级纯，西陇化工股份有限公司）、硫脲（分析纯，北京化学试剂公司）、抗坏血酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、双氧水（优级纯，上海华谊微电子材料有限公司），实验用水为去离子水。

1．3 实验方法

1．3．1 样品的处理与制备

样品的前处理：将芍药的各药用部位洗净并置于烘箱中105℃烘干、粉碎，放入干燥器中，备用。土壤直接取样后置于烘箱中烘干，放入干燥器中，备用。

芍药样品的消解与制备：精确称取各芍药样品于烧杯中，加硝酸—高氯酸（3∶1）混合溶液18mL，在电热板上加热消解样品完全后（必要时可以补充混合酸液），再持续蒸发至高氯酸白烟散尽，冷却后转移消解液于50mL容量瓶中，并用5%硝酸溶液清洗烧杯3次，清洗液同样倒入容量瓶中，定容，摇匀后静置待测，同时做空白试验。

土壤样品的处理与消解：精确称取土壤样品，加入到50mL聚四氟乙烯烧杯中，并加入5mL的盐酸，使样品初步分解，再加入8mL硝酸、5mL氢氟酸、5mL高氯酸在电热板上中温加热，持续蒸发至高氯酸白烟散尽，冷却后转移消解液于50mL容量瓶中，并用5%盐酸溶液清洗烧杯3次，清洗液同样倒入容量瓶中，定容，摇匀后静置30min待测，同时做空白试验。

1．3．2 测定方法

Pb、Cd、Cu采用原子吸收分光光度法，As、Hg采用原子荧光法。含量测定采用标准曲线法。

2 结果与分析

2．1 芍药不同药用部位的重金属含量测定结果与分布特征

芍药不同药用部位的重金属含量测定结果见表1。

表1 芍药各药用部位的重金属含量 单位：mg／kg

《中华人民共和国药典》（2010年版一部）及2007年7月1日对外贸易经济合作部发布实行的《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》中药材重金属限量标准为Pb≤5．0mg／Kg，Cd≤0．3mg／Kg，As≤2．0 mg／Kg，Hg≤0．2mg／Kg，Cu≤20．0mg／Kg，可知，亳芍药的主根、须根及茎的重金属含量均符合，且远远低于限量标准，这为亳芍药不同部位的安全性提供了依据。

由表1的测定结果可绘制出图1至图5，分别为Pb、Cd、As、Hg、Cu重金属元素在不同药用部位的分布图。

图1 芍药不同药用部位Pb的分布图

图2 芍药不同药用部位Cd的分布图

图3 芍药不同药用部位As的分布图

从图1～图5可知，Pb、Cd、As、Hg、Cu这5种重金属在芍药不同部位的含量均不相同，Pb在同一植株中的分布规律为须根＞茎＞主根＞花；Cd在同一植株中的分布规律须根＞茎＞主根＞花，与Pb的分布规律相同；As在同一植株中的分布规律为须根＞茎＞花＞主根；Hg在同一植株中的分布规律为须根＞花＞茎＞主根；Cu在同一植株中的分布规律为须根＞茎＞主根＞花。由此可见，Pb、Cd、Cu在同一植株中的分布规律相同，均符合须根＞茎＞主根＞花的分布规律，而As、Hg的分布规律与Pb、Cd、Cu的分布规律稍有不同，因此说明这5种重金属元素在芍药不同部位的迁移分配规律不同，为明确重金属在芍药体内的迁移特性，需要进一步研究这5种重金属在不同部位的富集系数［10］。

图4 芍药不同药用部位Hg的分布图

图5 芍药不同药用部位Cu的分布图

2．2 芍药不同药用部位重金属富集系数

药材本身对重金属元素的选择、积累能力是影响药材重金属含量的因素之一，这就要求在中药材生产基地规划中，要开展中药材对重金属元素的吸收积累特性研究，从而对土壤中重金属的含量提出更加科学、合理的标准要求［11］。

植物对土壤元素的吸收富集能力可以用富集系数表示，即植物体内某元素的含量与该元素在土壤中的含量的比值［12］。为了进一步对芍药不同药用部位的吸收富集能力进行研究，作者又对芍药采集点对应的3个乡镇的土壤做了重金属的含量测定，测定结果见表2。

表2 不同乡镇土壤的重金属含量 单位：mg／kg

GAP对药用植物的栽培的条件中，要求栽培土壤应符合土壤质量二级标准，参照表3国家二级土壤环境质量标准（GB15618—2008），比较分析得知，研究区土壤中5种重金属含量均符合国家二级土壤环境质量标准要求，说明亳州地区的土壤重金属状况良好，适合药用植物的种植。

表3 土壤环境质量标准 单位：mg／kg

由表1和表2测量数据可计算出5种重金属元素在芍药不同部位的富集系数见表4。

表4 芍药不同部位对五种重金属元素的富集系数

由表4可以绘制出芍药不同部位对5种重金属元素的吸收系数分布图，见图6。

由图6可以得出以下结果：

1）芍药不同部位对5种重金属元素的吸收富集能力比较

图6 芍药不同部位对五种重金属元素的吸收系数分布图

对Pb、Cd、Cu的吸收富集能力为：须根＞茎＞主根＞花对As的吸收富集能力为：须根＞茎＞花＞主根对Hg的吸收富集能力为：须根＞花＞茎 ＞主根。

由以上吸收富集能力可看出，芍药须根对5种重金属元素的吸收富集能力最大，而主根对Pb、Cd、Cu重金属元素的吸收富集能力较小，对As、Hg重金属元素的吸收富集能力最小，因此在重金属含量较高的地区应加强对须根的重金属含量的监测。另外，富集系数r在0．5～1．5时表示该部位重金属含量与土壤中该重金属的含量属同一水平，r＜0．5表示该部位重金属含量较土壤中该重金属的含量相对贫化，即低于土壤中相应重金属含量的水平。芍药各药用部位对5种重金属元素的吸收富集系数基本都小于0．5（除了须根对Cd的富集系数r＞0．5），说明芍药对土壤中五种重金属的吸收富集能力均较小。

2）同一药用部位对不同金属元素的分析比较

芍药须根对土壤中不同重金属元素的富集能力大小顺序依次为：Cd＞Cu＞Hg＞Pb＞As；芍药主根对土壤中不同重金属元素的富集能力大小顺序依次为：Cu＞Cd＞Pb＞Hg＞As；芍药茎对土壤中不同重金属元素的富集能力大小顺序依次为：Cu＞Cd＞Hg＞Pb＞As；芍药花对土壤中不同重金属元素的富集能力大小顺序依次为：Cu＞Cd＞Hg＞Pb＞As。

由此得知，芍药各药用部位对Cu、Cd的吸收富集能力较大，对Pb、Hg的吸收能力较小，而对As的吸收富集能力最小。

3 结论

1）通过研究，首次揭示了Pb、Cd、As、Hg、Cu这5种重金属在芍药植株上的分布规律，Pb、Cd、Cu在同一植株中的分布规律相同，均符合须根＞茎＞主根＞花的分布规律，而As在同一植株中的分布规律为须根＞茎＞花＞主根，Hg在同一植株中的分布规律为须根＞花＞茎＞主根，由此可见，对于芍药而言，并不是越沿植株向上重金属含量越小，说明Pb、Cd、As、Hg、Cu在芍药植株上的迁移具有其独特性，可能与芍药自身的遗传特性有关。

2）通过研究芍药不同部位对重金属元素的吸收富集能力，结果表明，芍药不同药用部位对重金属元素的吸收富集能力各不相同，但芍药对土壤中5种重金属的吸收富集能力均较小，不属于对这5种重金属强吸收的植物，因此种植芍药对土壤的可选择性较大。同一药用部位对不同金属元素吸收富集能力亦不相同，芍药各药用部位对Cu、Cd的吸收富集能力较大，对Pb、Hg的吸收能力较小，而对As的吸收富集能力最小。因此，Cu、Cd含量较大的土壤不适宜种植芍药，另外，在采收时需注意监测各药用部位Cu、Cd的含量。这些研究成果可作为选择芍药种植基地的重要依据。

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