不同月份红芪微量元素特征研究

强正泽，李成义，王明伟，李硕甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000

不同月份红芪微量元素特征研究

强正泽，李成义，王明伟，李硕
甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000

目的 分析不同月份红芪中12种微量元素含量的变化特征，为红芪最佳采收期的选择提供参考依据。方法 收集不同月份（6、7、8、9、10、11月）红芪样品，采用原子吸收光谱法测定其微量元素含量，并进行单因素方差分析、相关性分析、聚类分析及因子分析。结果 不同月份红芪中铜、钴元素含量存在显著差异（P＜0.05），铁、钙、锰、锌、镁、铬、钠、锂、镍、钾元素含量存在极显著差异（P＜0.01）；铜元素含量与月份之间存在显著正相关关系，铁、钠、锰、铬、锂元素含量与月份之间存在显著负相关关系，钙、镁元素含量与月份之间存在极显著负相关关系；锰、铬、镍、钾、钠是不同时期红芪的特征性微量元素；不同时期样品聚为2类，6、7、8、9月样品聚为第一类（Ⅰ类），10、11月样品聚为第二类（Ⅱ类）。结论 红芪中微量元素与月份的关系密切；6、7、8、9月（未成熟期）红芪中微量元素信息较为接近或代谢模式相似，10、11月（近成熟期或成熟期）红芪中微量元素信息较为接近；以微量元素为指标研究红芪的采收期具有一定的合理性。

红芪；不同月份；微量元素

DOl：10.3969/j.issn.1005-5304.2016.09.022

红芪为豆科植物多序岩黄芪Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.的干燥根［1］142，是甘肃特产药材之一，在西北地区药用历史悠久，具有补气养血、行滞通痹、托毒排脓、敛疮生肌等功效。李杲曾云：“凡诸草、木、昆虫，产之有地，根、叶、花、实，采之有时。失其地，则性味少异；失其时，则气味不全。”说明中药采收期非常重要。近年来，对中药材采收期的评价主要依据药材中的微量物质、指标性成分及化学成分群的含量，通过指纹图谱及相似度、聚类分析等方法选择中药的合理采收期［2-5］。作为中药材中的微量成分，微量元素是中药药效、药性的相关性物质［6-7］，是次生代谢产物产生的催化剂［8-9］，是解释中药道地性［10］的基础物质之一，而且是中药质量控制不可或缺的特征参数［11］，同时中药中的一些微量元素为人体必需微量元素，是治疗疾病的有效物质。目前，红芪的研究主要集中在成分鉴别［12-13］、药理作用［14-15］等方面，而对不同月份红芪中的微量成分变化研究尚未见报道。本研究通过收集不同月份红芪样品，应用原子吸收光谱法测定样品中12种微量元素含量，采用因子分析等方法处理数据并解释结果，旨在揭示不同月份红芪中微量元素的变化特征，为红芪采收期的选择提供参考依据。

1 仪器与试药

SOLAAR S-2型原子吸收分光光度计（SOLAAR S-2），SB450300型电热板（湖北英山国营无限电元件厂），101-2型电热恒温鼓风干燥箱（上海跃进医疗器械厂），VPH-1-5T型超纯水制造系统（南京易普易达科技发展有限公司），BS 224型分析天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）。实验所需量瓶等玻璃仪器使用前均用铬酸洗液浸泡24 h，然后用自来水、蒸馏水冲洗干净，50 ℃烘干备用。

采集甘肃省陇西县首阳镇首阳村（104°25'12.34''E，35°05'44.67''N，1896.9 m）2014年不同月份（6、7、8、9、10、11月）的栽培红芪样品，经甘肃中医药大学中药鉴定教研室李成义教授鉴定为豆科植物多序岩黄芪Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.的干燥根，样品经搓条加工后晾干，备用。

标准溶液（浓度1000 μg/mL）均购于国家有色金属及电子材料分析测试中心：铁（Fe）GSB 04-1726-20049，批号153029-1；铜（Cu）GSB 04-1725-2004，批号 153040-1；钙（Ca）GSB 04-1720-2004，批号152030-2；锰（Mn）GSB 04-1736-2004，批号152021-2；锌（Zn）GSB 62025-90（3001），批号07092978；镁（Mg）GSB 04-1726-2004，批号152033-2；铬（Cr）GSB 04-1722-2004，批号 153001-1；钴（Co）GSB 04-1723-2004（a），批号 153111；钠（Na）GSB 04-1738-2004，批号152034-3；锂（Li）GSB 04-17-2004，批号153002-1；镍（Ni）GSB 04-1740-2004，批号153034-1；钾（K）GSB 04-1733-2004，批号153004-1。高氯酸、浓硝酸均为分析纯。

2 方法与结果

2.1红芪样品处理及含量测定

将不同月份红芪样品分别用自来水冲洗干净泥土，再用蒸馏水清洗后于60 ℃恒温干燥箱烘至恒重，用研钵研细。每份样品平行2次，精密称取1.000 0 g粉末于 100 mL烧杯中，准确加入浓硝酸与高氯酸（4∶1）20 mL，放置24 h后于电热板上加热消化处理，保持微沸状态，至溶液呈无色透明，停止加热，冷却后用1%硝酸定容于50 mL容量瓶中，备用。空白溶液同样操作。参考文献［16］微量元素测定条件及方法对样品进行测定，结果见表1。为了考察测定方法的准确度，以11月份红芪样品做加样回收率试验，平行6份，结果回收率为88.227 5%～106.643 0%，RSD值为0.5%～2.5 %，符合实验要求。

表1　不同月份红芪微量元素含量（±s，µg/g）

表1　不同月份红芪微量元素含量（±s，µg/g）

元素 　6月 　7月 　8月 　9月 　10月 　11月Cu 　0.367 3±0.005 3 　0.377 1±0.002 2 　0.378 6±0.007 7 　0.372 3±0.006 1 　0.391 2±0.004 3 　0.398 2±0.007 3 Fe 　3.292 2±0.057 1 　2.595 0±0.038 5 　1.918 6±0.053 4 　1.667 5±0.035 3 　2.162 6±0.089 2 　1.504 4±0.129 4 Ca 　1.760 5±0.008 1 　1.700 1±0.010 1 　1.665 6±0.005 6 　1.588 9±0.009 8 　1.485 3±0.006 6 　1.374 6±0.006 5 K 　12.178 6±0.089 8 　12.732 6±0.134 9 　11.940 7±0.050 2 　11.647 9±0.077 0 　12.251 5±0.000 4 　12.447 6±0.016 2 Zn 　3.372 6±0.071 8 　3.567 2±0.078 2 　3.285 2±0.064 5 　3.095 3±0.177 8 　3.932 5±0.011 1 　4.802 5±0.000 0 Ni 　0.142 1±0.001 9 　0.136 1±0.000 8 　0.135 1±0.000 3 　0.128 6±0.001 0 　0.131 9±0.000 6 　0.133 6±0.001 4 Na 　38.614 9±0.253 4 　38.677 5±0.414 0 　38.951 4±0.034 6 　36.401 1±0.131 3 　30.938 2±0.133 7 　29.525 8±0.251 2 Mg 　94.832 2±0.475 5 　93.710 7±0.425 1 　91.552 8±0.116 0 　90.910 8±0.389 6 　89.313 8±0.267 7 　87.729 1±0.094 8 Cr 　0.098 7±0.000 8 　0.093 2±0.002 3 　0.084 0±0.000 1 　0.081 2±0.000 1 　0.083 4±0.001 3 　0.081 2±0.000 8 Li 　1.294 2±0.005 5 　1.245 8±0.005 1 　1.219 3±0.000 5 　1.201 2±0.003 6 　1.207 7±0.004 5 　1.189 7±0.001 8 Co 　0.361 4±0.000 9 　0.359 4±0.000 8 　0.355 4±0.000 5 　0.359 6±0.001 8 　0.359 9±0.002 0 　0.358 2±0.000 1 Mn 　1.728 5±0.031 9 　1.392 8±0.009 6 　1.239 4±0.049 8 　1.153 7±0.010 8 　1.254 2±0.016 6 　1.169 4±0.006 2

2.2数据分析

以不同月份变化及红芪中12种微量元素含量数据建立数据库，采用SPSS21.0统计软件对数据进行单因素方差分析、相关性分析、聚类分析及因子分析，并对分析结果做进一步的解释，分析不同月份红芪中微量元素的特征规律。

2.2.1单因素方差分析 以微量元素含量、不同月份为变量，对不同月份红芪中微量元素含量数据进行单因素方差分析，结果见表2。可以看出，不同月份红芪中12种微量元素均存在差异性，其中不同月份红芪中Cu、Co含量存在显著差异（P＜0.05），Fe、Ca、Mn、Zn、Mg、Cr、Na、Li、Ni、K含量存在极显著差异（P＜0.01）。不同月份红芪中微量元素的含量出现了极大值与极小值的差异：Cu元素含量6月最低，11月最高；Ca、Fe、Mg、Li含量6月最高，11月最低；K含量7月最高，9月最低；Zn含量9月最低，11月最高；Ni含量6月最高，9月最低；Na含量8月最高，11月最低；Cr含量6月最高，9月最低；Co含量6月最高，8月最低；Mn含量6月最高，9月最低。

表2　不同月份红芪微量元素含量单因素方差分析

2.2.2相关性分析 以不同月份及微量元素含量为变量进行Person相关性分析，结果见表3。微量元素与月份之间存在一定相关性：Cu含量与月份之间存在显著正相关关系，相关系数为0.871；Fe、Na、Mn、 Cr、Li含量与月份之间存在显著的负相关关系，相关系数分别为-0.846、-0.902、-0.816、-0.880、-0.913；Ca、Mg含量与月份之间存在极显著负相关关系，相关系数分别为-0.982、-0.994。由相关系数可以看出，Cu、Fe、Na、Mn、Cr、Li、Ca、Mg含量与月份的变化密切相关。同时发现不同元素含量之间也存在显著正、负相关关系，可能是红芪生长过程某几类或某几种元素对红芪的生理生化指标会产生协同或拮抗作用造成的，也可能是红芪中调控吸收元素的基因是相似的或基因表达所需要外界环境条件相似。

表3　月份与微量元素含量的相关性分析（r）

2.2.3聚类分析 以12种微量元素含量为变量，不同月份标注个案，采用组间联接的聚类方法，平方Euclidean距离为度量标准，绘制不同月份红芪微量元素的树状图，明确不同月份红芪中微量元素的关系，结果见图1。可以看出，不同时期微量元素按日期聚为2类，6、7、8、9月份样品聚为第一类（Ⅰ类），10、11月份样品聚为第二类（Ⅱ类），其中第一类又可以分为2小类，6、7月份样品聚为1类，8、9月样品聚为1类。据笔者调查，6、7、8、9月份为红芪生长的未成熟期，10、11月份为红芪生长的近成熟期或成熟期。聚类分析结果说明，6、7、8、9月份（未成熟期）红芪中微量元素信息较为接近或代谢模式相似，10、11月份红芪中微量元素信息较为接近；同时说明未成熟期与近成熟期或成熟期红芪药材中微量元素的化学信息与代谢模式不同，因此可能存在微量元素信息或代谢模式的转化点。

图1　不同月份红芪微量元素聚类分析图

2.2.4因子分析 为了进一步明确不同时期红芪中微量元素的特征，对所得数据进行因子分析，采用主成分提取法提取主成分，采用最大方差法旋转，结果提取了2个成分，代表了原始数据的87.416%的信息量，其中成分1代表了65.66%的信息，成分2代表了21.756%，主成分特征值及贡献率见表4，成分得分系数矩阵见表5。成分1中得分系数较高的元素有Mn、Cr、Ni、K，成分 2中得分系数较高的元素为Na，因此Mn、Cr、Ni、K、Na是不同时期红芪的特征性微量元素，主成分图见图2。由图可见，6、7月份样品距离较近，8、9月份样品距离较近，10、11月份样品距离较近，与不同月份红芪微量元素聚类分析结果一致。为了进一步明确不同月份红芪微量元素的变化规律，以不同月份红芪中特征性微量元素对不同月份的红芪样品进行进一步系统聚类分析，结果见图3。不同月份红芪样品可聚为2类，6、7、8、9月样品为第一类，10、11月样品为第二类，第一类中6、7、8月样品为1小类，9月样品单独为1小类，说明9月份可能是红芪样品中微量元素含量变化规律的临界点（转折点），6、7、8、9月份是红芪的未成熟期，其中6、7、8月份是红芪生长的开花期，9月份是采籽期，10、11月份为红芪的近成熟期或成熟期，即采挖期，符合主产区红芪生长的实际情况。

表4　主成分的特征值及贡献率

表5　成分得分系数矩阵

图2　基于微量元素的不同月份红芪样品主成分图

图3　不同月份红芪特征性微量元素聚类分析图

3 讨论

本研究表明，不同月份红芪中微量元素含量存在差异性，红芪中微量元素含量从未成熟期至成熟期或近成熟期是动态变化的，而且在成熟期或近成熟期达到一定的比例，其原因可能是不同月份红芪自身的生理条件导致其对微量元素的富集能力不同，也可能是不同月份的生态因子（温度、降雨量等）干扰了调控某一元素吸收通道开合的基因表达，具体机制有待于深入研究。

本研究结果显示，近成熟期或成熟期（10、11月份）的红芪中Cu含量均高于未成熟期红芪。2010年版《中华人民共和国药典》中未对红芪作出重金属测试指标的要求，但与被要求的黄芪、甘草等其他药材比较，其Cu含量远小于20 μg/g［1］附录48，均符合药典对其他药材的标准规定。因此，从红芪中Cu含量来看，近成熟期或成熟期红芪安全性较高。

本研究数据表明，不同月份红芪中含有丰富的微量元素，在红芪采收期微量元素含量形成一种平衡，结合其他成分，构成了红芪具有补气升阳、固表止汗、利水消肿、生津养血、行滞通痹、托毒排脓、敛疮生肌的功效。药理学研究表明，植物中的微量元素具有诸多药理作用［17-20］。例如，Cu是多种酶的主要成分，参与它们的合成，Cu能影响神经系统，缺Cu时可使脑组织萎缩，而过多时可使神经细胞发生病变；Ca是脑神经元的代谢不可缺少的重要元素，能保证脑力旺盛，头脑冷清并提高人的判断力，影响人的情趣，充足的Ca能抑制脑神经的异常兴奋，使人保持镇静；Fe对神经系统有一些特殊的功能。说明红芪中Cu、Ca及Fe对神经系统具有一定的作用，这与复方红芪具有促周围神经再生作用，能有效提高周围神经损伤修复效果的结论［21］有相通之处。Zn能够加速生长发育、增加创伤组织的修复，还能加速伤口的愈合，这可能与中药红芪具有“行滞通痹，托毒排脓，敛疮生肌”的功效有关。Cr与糖代谢及糖尿病有着密切的内在联系，Cr有胰岛素样作用，这与红芪具有降血糖［22］的功效有一定的相关性。Co是医治海岸病的有效成分，能够改善贫血症状，可能与红芪具有“生津养血”的功效有关。红芪中的微量元素是红芪功效的基础物质之一，以微量元素为指标选择红芪的采收期具有一定的合理性，也说明本研究思路具有可行性。

本研究的不足之处在于：一、微量元素的种类较少，其中重金属元素只测定了Cu的含量，对采收期红芪药材的安全性评价指标较少；二、红芪产区选择较少。因此，本研究结果能否适合于其他产区还需进一步研究。

若本研究认为9月份是红芪中微量元素从未成熟期向成熟期转变的转折点这一假设存在，那么，此种变化的机制是什么？是植物自身需求还是外界环境的影响？这种转变对植物本身有什么作用？是否与调节红芪主要药效成分有关？这些问题的解决有助于进一步揭示红芪的药效物质基础及其作用机制，故有待于进一步分析研究。

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（修回日期：2015-10-08；编辑：陈静）

Characteristic Analysis on Trace Elements from Hedysari Radix in Different Months

QIANG Zheng-ze， LI Cheng-yi， WANG Ming-wei， LI Shuo （Department of Pharmacy， Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China）

Objective To analyze the characteristic changes of trace elements from Hedysari Radix in different months； To provide references for the choice of the best harvest periods. Methods Trace elements of Hedysari Radix from different months （June， July， August， September， October and November） were determined by atomic absorption spectroscopy and analyzed by single factors analysis of variance， correlation analysis， cluster analysis and factors analysis. Results There was obvious significance between the contents of Cu and Co （P＜0.05）， and there was obvious significance among the contents of Fe， Ca， Mn， Zn， Mg， Cr， Na， Li， Ni and K （P＜0.01）. The results of correlation analysis showed that months had positive correlation with Cu， had a negative correlation with Fe， Na， Mn， Cr and Li contents， and had significantly negative correlation with Ca， Mg contents. Mn， Cr， Ni， K and Na were the characteristics of trace elements from Hedysari Radix in different months. The different months samples could be divided into two categories of June， July， August， September samples （Ⅰ） and October， November samples （Ⅱ）. Conclusion There is close relationship between the contents of trace elements from Hedysari Radix and months. The information and metabolic patterns of trace elements from Hedysari Radix in June， July， August， September （immature） samples are close or similar； the information of trace elements in October， November （nearly mature or maturing） samples are close or similar. Study on harvest times of Hedysari Radix by trace element as an indicator is with certain rationality.

Hedysari Radix； different months； trace elements

R284.1

A

1005-5304（2016）09-0090-06

国家自然科学基金-地区基金（81360621）

李成义，E-mail：gslichengyi@163.com

2015-09-02）