当归药材中无机元素与海拔及经纬度的关系研究

顾志荣， 陈 晖， 王亚丽*， 孙宇靖， 张亚亚

（1.甘肃中医学院科研实验中心，甘肃　兰州　730000；2.甘肃中医学院当归研究所，甘肃　兰州　730000）

［饮片炮制］

当归药材中无机元素与海拔及经纬度的关系研究

顾志荣1，2， 陈 晖2， 王亚丽1，2*， 孙宇靖1，2， 张亚亚2

（1.甘肃中医学院科研实验中心，甘肃兰州730000；2.甘肃中医学院当归研究所，甘肃兰州730000）

目的 探讨当归药材中无机元素的质量分数与其生长的海拔及经纬度的关系。方法 采用AAS（原子吸收分光光度法）测定甘肃省10个主产区的91批不同海拔及经纬度的当归药材中9种无机元素（Fe、K、Zn、Mg、Mn、Ca、Ni、Na和Cu），采用相关分析、通径分析和决定程度分析进行研究。结果 不同产地当归中无机元素的质量分数大多有显著性差异；当归药材中Na的质量分数与海拔呈显著正相关，K、Cu的质量分数与经度及纬度呈显著正相关，Ca的质量分数与海拔呈显著负相关；海拔和经纬度对Mg、Zn及Ni的质量分数存在一定的交互作用；海拔是K和Mn的主要影响因素，经度是Ca、Ni和Na的主要影响因素，纬度是Ca和Mg的主要影响因素。结论 在当归种植基地选择时须考虑海拔、经度及纬度等地理指标以富集人体必需的微量元素，减少重金属元素。

当归；无机元素；海拔；经度；纬度；相关分析；通径分析；决定程度分析

当归Angelica sinensis（Oliv.）Diels为伞形科草本药用植物，中医以其根作为药用［1］。当归属低温长日照型植物，适宜生长在海拔2 000～3 000 m的高寒阴湿地区。甘肃主产区当归总产量占全国的95%以上，分布在34°02′～34°50′N及103°37′～104°52′E，以岷山山脉东支南北两面山麓地区种植面积较大［2］，质量最优，俗称“岷归”，被引为道地药材。

海拔和经度、纬度等地理指标是影响药用植物分布及生长发育的重要环境因子［3］。研究表明，适当升高种植海拔有利于当归中阿魏酸的转化积累［4］。高海拔区种植的当归产量较高，与海拔通过改变光合产物的分配格局和干物质的积累速率有关，适当升高种植海拔有利于光合产物向根分配，进而提高当归药材产量［5］。当归株高、叶片数和抽薹率与生长海拔和经度呈极显著负相关，但与纬度呈极显著正相关，高海拔区种植的当归植株明显矮化，抽薹率显著降低［2］。这些研究从产量、有效成分含有量以及当归长势等方面探索了海拔及经纬度与当归生长的响应关系，但对当归药材中无机元素含有量与海拔及经纬度的关系研究笔者未见相关报道。研究表明，当归含有23种无机元素，其中16种是人体必需的微量元素［6］。无机元素在药用植物次生代谢产物的生物合成、中药生物活性的表达和化学成分的结构解析中起着关键性作用［7-8］。本实验基于91批不同生长海拔及经纬度的当归样本，探讨当归药材中无机元素含有量与海拔及经纬度等地理指标的相关关系。

1　仪器与材料

Solaar S-2型原子吸收分光光度计（美国热电公司）；MK-Ⅲ型光纤压力自控密闭微波消解系统（上海新科公司）。HNO3和H2O2（均为优级纯）；超纯水；Zn、Fe、Mn、Mg、Ni、Ca、Na、K及Cu标准储备液（购自国家标准物质研究中心，批号6031）。91批当归样本，于2012年10月下旬采集于甘肃省10个县级主产区，经甘肃中医学院药学院晋玲教授鉴定为Angelica sinensis（Oliv.）Diels。样本信息见表1。

表1　当归样本信息Tab.1 Samp les information of Angelica sinensis

续表1

2　方法与结果

2.1样品中无机元素的测定 样品中无机元素的测定采用AAS法。样品溶液制备、检测条件等参见参考文献［9］。每份样品平行测定3次，取平均值。为减少篇幅并对不同产地当归药材中无机元素量进行比较，将测定结果按产地表示为±s（均数±标准差）的形式，采用ANOVA（方差分析）进行比较。9种无机元素质量分数的原始数据均通过了方差齐性检查，故采用LSD法进行两两比较［10］，见表2。可知，不同产地当归中无机元素的质量分数大多有显著性差异。

表2　当归药材中无机元素测定结果（μg/g）Tab.2 Levels of inorganic elements in Angelica sinensis（μg/g）

2.2当归中无机元素与生长海拔及经纬度的相关分析 为研究当归中无机元素与其生长海拔及经纬度的相关关系，并排除其他环境因素对相关关系的影响，同时对其进行Pearson相关分析与偏相关分析，结果见表3。当两个变量同时与第三个变量相关时，偏相关能够将第三个变量的影响剔除［11］。Pearson相关分析显示，当归药材中Na的质量分数与海拔，K的质量分数与经度在P＜0.01水平呈极显著正相关，K的质量分数与纬度在P＜0.05水平呈显著正相关，Cu的质量分数与经度及纬度在P＜0.05水平呈显著正相关，Ca的质量分数与海拔在P＜0.05水平呈显著负相关；其他矿质元素的质量分数与海拔及经纬度的相关关系不显著。偏相关系数和Pearson相关系数的差值大于0.1的相关关系有：Fe、Cu的质量分数与经度，K、Ca、Mg和Cu的质量分数与纬度，表明这些相关关系受其他环境因子的影响较大。

2.3当归中无机元素与生长海拔及经纬度的通径分析 由“2.2”项偏相关分析可知，当归中有些无机元素与生长海拔及经纬度的相关关系受其他环境因子的影响较大。通径分析能够在相关分析的基础上将自变量对因变量的作用分解为直接作用和间接作用，以揭示多个因素对考察指标的协同作用［12］。由表4直接通径系数可知，地理指标对Zn、Mn及Cu质量分数的直接作用大小为纬度＞经度＞海拔，对Fe及Na质量分数的直接作用大小为海拔＞纬度＞经度，对Ca质量分数的直接作用大小为海拔＞经度＞纬度，对K质量分数的直接作用大小为经度＞纬度＞海拔，对Mg质量分数的直接作用大小为经度＞海拔＞纬度，对Ni的质量分数的直接作用大小为纬度＞海拔＞经度。此结论与相关分析得出的结论基本一致。

表3　当归中无机元素的质量分数与海拔及经纬度的相关性分析Tab.3 Correlation analysis between the level of inorganic elements in Angelica sinensis and altitude，latitude and longitude

表4　当归中无机元素的质量分数与生长海拔及经纬度的通径分析Tab.4 Path analysis of the levels of inorganic elements in Angelica sinensis and altitude，latitude and longitude

从作用途径看，海拔对Fe、K、Mg、Mn、Na及Cu质量分数的直接影响为正效应，对Ca、Zn及Ni质量分数的直接影响为负效应，其中与Fe、Ca及Na质量分数的直接通径系数明显大于间接通径系数，说明这些相关关系是海拔直接作用的结果，其他元素的质量分数与海拔的相关关系是直接作用与间接作用综合的结果；经度对Fe、K、Ca、Mg、Ni、Na及Cu质量分数的直接影响为正效应，对Zn及Mn质量分数的直接影响为负效应，其中与K及Cu质量分数的直接通径系数明显大于间接通径系数，说明这些相关关系是经度直接作用的结果，其他元素的质量分数与经度的相关关系是直接作用与间接作用综合的结果；纬度对K、Zn及Cu的质量分数的直接影响为正效应，对Fe、Ca、Mg、Ni、Mn及Na质量分数的直接影响为负效应，其中与Mn质量分数的直接通径系数明显大于间接通径系数，说明Mn质量分数与纬度的相关关系是纬度直接作用的结果，其他元素质量分数与纬度的相关关系是直接作用与间接作用综合的结果。Mg、Zn及Ni的质量分数与海拔和经纬度的直接通径系数与间接通径系数彼此间存在一定的交互作用。

2.4海拔及经纬度对当归无机元素的决定程度分析 决定程度分析能够得到每个自变量对因变量的绝对影响程度，该分析方法既考虑了因子间的直接作用，也考虑了因子间的间接作用，可对通径分析结果进行更准确的分析和判断［13］。绝对影响程度用决策系数来表示，计算公式为：

决策系数的计算结果列于表4中。可知，地理指标对Fe、Ni及Na质量分数影响的决策系数大小排序为经度＞纬度＞海拔，对Zn及Cu质量分数影响的决策系数大小排序为经度＞海拔＞纬度，对K质量分数影响的决策系数大小排序为海拔＞纬度＞经度，对Mg质量分数影响的决策系数大小排序为纬度＞海拔＞经度，对Ca质量分数影响的决策系数大小排序为纬度＞经度＞海拔，对Mn质量分数影响的决策系数大小排序为海拔＞经度＞纬度。其中，海拔对K和Mn的质量分数，经度对Ca、Ni和Na的质量分数，以及纬度对Ca和Mg的质量分数等影响的决策系数为正值，可以看作是相应的地理指标影响无机元素质量分数的主要决策因素，决策系数为负值的是相应的地理指标影响无机元素质量分数的主要限制因素。

3　结论与讨论

本实验首次探讨了当归药材中的无机元素含有量与海拔、经度及纬度等地理指标的相关关系。方差分析表明，不同产地当归中无机元素的质量分数大多有显著性差异。Pearson相关分析表明，当归药材中多种无机元素含有量与海拔、经度及纬度存在显著或极显著的正相关或负相关；偏相关分析与通径分析均表明某些无机元素的含有量受多种环境因子的交互作用；通径分析同时发现，不同地理指标对当归中不同无机元素的作用不尽相同，体现为不同的正效应或负效应；决定程度分析得出了海拔、经度及纬度作为主要决策因素所影响的无机元素种类。

现代医学研究表明，中药无机元素对许多生物活性分子起着关键的调控作用，在机体内多与配体形成活性配位化合物发挥作用，是机体营养、生长发育以及防治疾病不可缺少的部分［14-15］。中药无机元素的种类及含有量积累与产地的环境因子如气候、土壤和水质，以及地理因子如海拔、经纬度和地形等密切相关，但各种环境和地理因子并不是孤立的，而是多种因子交互作用。本研究表明，海拔、经度及纬度等地理指标对当归中无机元素质量分数的作用决策系数大小及作用效力不同；决策系数为负值表示相应的地理指标是影响无机元素质量分数的主要限制因素，为正值表示相应的地理指标是影响无机元素质量分数的主要决策因素。这一结论启示我们，在当归种植基地选择及栽培过程中，可以通过选择性地考察海拔、经度及纬度等地理指标以避免当归对重金属元素的富集，也可以让当归选择性地富集与功效主治密切相关的无机元素。

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Relationship between inorganic elements content of Angelica sinensis and its grow ing altitude，latitude and longitude

GU Zhi-rong1，2， CHEN Hui2， WANG Ya-li1，2*， SUN Yu-jing1，2， ZHANG Ya-ya2
（1.Center of Scientific Experiment，Gansu College of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China；2.Institute of Angelica Sinensis，Gansu College of Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China）

AIM To investigate the relationship between inorganic elements content of Angelica sinensis and its growing altitude，latitude and longitude.METHODS The contents of nine kinds of inorganic elements（Zn，Fe，Mn，Mg，Ni，Ca，Na，K and Cu）in 91 batches of A.sinensis from ten growing areaswith differentgrowing altitude，latitude and longitudewere determined by AAS（atomic absorption spectroscopy）.Correlation analysis，path analysis and decision coefficient analysiswere used for study.RESULTS The content of inorganic elements in A.sinensis had significant differences among themost growing areas.Na level with altitude，K and Cu levels with latitude and longitude had a significant positive correlation，Ca level had a significant negative correlation with altitude.Their interaction manifested thataltitude affected K and Mn levels，latitude represented the decision factor of Ca，Niand Na levels，and longitude was themain influencing factor of Ca and Mg，respectively.CONCLUSION The growing altitude，latitude and longitudemust be considered in order to concentrate beneficial trace elements and reduce harmful trace elements to human being in the selection of growing areas of A.sinensis.

Angelica sinensis；inorganic elements；altitude；latitude；longitude；correlation analysis；path analysis；decision coefficient analysis

R282.2

A

1001-1528（2015）03-0578-06

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.03.026

2014-06-26

国家自然科学基金项目（30960037）；2011年甘肃省发改委战略新兴产业和产业技术研究与开发专项项目；甘肃中医学院研究生创新基金项目（CX2014-06）

顾志荣（1988—），男，硕士生，研究方向为中药成分分析和质量控制。Tel：13519311935，E-mail：sanxincao92@sina.com

王亚丽（1963—），女，教授，博士生导师，研究方向为中药成分分析和质量控制。E-mail：cnwy11166@hotmail.com