不同产地百合药材中无机元素的分析与评价△

张黄琴，严辉，钱大玮*，郭盛，张洋，华中一，郭兰萍，唐志书，段金廒

(1.南京中医药大学 江苏省中药资源产业化过程协同创新中心 中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心，江苏 南京 210023；2.中国中医科学院 道地药材国家重点实验室培育基地，北京 100700；3.陕西中医药大学 陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西 咸阳 712083)

不同产地百合药材中无机元素的分析与评价△

张黄琴1，严辉1，钱大玮1*，郭盛1，张洋1，华中一1，郭兰萍2，唐志书3，段金廒1

(1.南京中医药大学 江苏省中药资源产业化过程协同创新中心 中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心，江苏 南京 210023；2.中国中医科学院 道地药材国家重点实验室培育基地，北京 100700；3.陕西中医药大学 陕西省中药资源产业化协同创新中心，陕西 咸阳 712083)

目的对不同产地百合药材中无机元素进行分析评价。方法采用微波消解样品，电感耦合等离子体-原子发射光谱法ICP-AES(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer)测定两个主产地35批百合药材中20种无机元素的含量，并用EZ info、SPSS软件对数据进行分析。结果百合中K、P、Mg、Ca、Na、Si、Fe、Al元素含量较高，含量范围分别为7.200×103～1.955×104μg·g-1，1.114×103～2.982×103μg·g-1，450.525～772.953 μg·g-1，276.633～827.536 μg·g-1，51.884～871.821 μg·g-1，47.523～540.714 μg·g-1，46.847～595.202 μg·g-1，20.592～264.639 μg·g-1，所有样品中均未检测到Hg。以20种元素含量为变量，进行主成分分析，绘制PCA(principal components analysis)得分图，35批百合药材被分成以产地为区分的两组。再结合直观的变量重要性投影值VIP(variable importance in the projection)处理结果综合给出各变量的权重系数，得出两产地主要的差异性元素为：K、P、Fe、Si、Na。结论研究结果可为百合药材的种植栽培与质量控制提供依据。

百合；无机元素；电感耦合等离子体-原子发射光谱法；主成分分析

百合药材为百合科植物卷丹LiliumlancifoliumThunb.、百合LiliumbrowniiF.E.Brown var.viridulumBaker或细叶百合LiliumpumilumDC.的干燥肉质鳞叶，其味甘、性寒，有养阴润肺、清心安神之功[1]，用于治疗阴虚燥咳、劳嗽咳血、肺痈、老年人慢性支气管炎、神经衰弱、失眠心悸、精神恍惚等症[2-3]。百合含酚性甘油酯、甾体皂苷和生物碱等活性成分，此外还含有氨基酸、核苷、微量元素及磷脂等营养成分[4]。现代研究表明，中药疗效与安全性不仅与其活性成分有关，而且与无机元素的种类和含量也有密切的联系[5]。

目前我国百合药材的主产地为湖南龙山、安徽霍山等地，栽培品种为卷丹[6]。本研究通过对主产地35批次百合中20种无机元素进行分析评价，为百合药材的种植栽培与质量控制提供依据。

1 仪器与试药

Optima 2100 DV型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Perkin Elmer公司)；MilestoneEthos D型微波消解仪(意大利Milestone公司)；ML204电子分析天平(梅特勒-托尼多仪器有限公司)；Millipore Q纯水系统(美国Millipore公司)；所用器皿以10%HNO3溶液浸泡24 h。

各元素标准溶液均为国家标准样品，含有铝(Al)、砷(As)、钡(Ba)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)、镍(Ni)、铅(Pb)、锡(Sn)、锌(Zn)、硒(Se)、硅(Si)、汞(Hg)的多种元素标准溶液(100 μg·mL-1，批号：GSB04-1767-2004)；钾(K，批号：GSB04-1751-2004)、钙(Ca，批号：GSB04-1720-2004)、钠(Na，批号：GSB04- 1738-2004)、磷(P，批号：GSB04-1741-2004)的单元素标准溶液(1000 μg·mL-1)，购于国家有色金属及电子材料分析测试中心。超纯水(18.3 MΩ·cm，Millipore Q纯水系统)；硝酸(优级纯)。

百合样品为实地采集，经南京中医药大学段金廒教授鉴定为百合科植物卷丹LiliumlancifoliumThunb.的干燥肉质鳞叶，凭证标本存放于江苏省中药资源产业化过程协同创新中心。S1～S18产自湖南龙山，S19～S35产自安徽霍山。

2 方法与结果

2.1 对照品溶液的制备

2.1.1 微量元素对照品溶液的配制 分别精密吸取多种元素标准溶液(100 μg·mL-1)适量，以超纯水稀释，配制成含铝(Al、As、Ba、Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、Sn、Zn、Se、Si、Hg元素质量浓度分别为5.00、2.00、1.00、0.500、0.200 μg·mL-1的系列混合对照品溶液。

2.1.2 常量元素对照品溶液的配制 分别精密吸取K、Ca、Na、P标准溶液(1000 μg·mL-1)适量，以超纯水稀释，配制成含K、Ca、Na、P分别为400、200、100、50.0、10.0、5.00 μg·mL-1的系列质量浓度的混合对照品溶液。

2.2 供试品溶液制备

取样品粉末0.5 g(60目)，精密称定，于聚四氟乙烯消解罐中，置于通风橱，加入浓硝酸8 mL，静置20 min，待反应不剧烈后加盖密封，放入微波消解仪中，按设定的消解程序处理：先经10 min由室温升温至150 ℃，150 ℃维持2 min消解，然后3 min由150 ℃升温至200 ℃，200 ℃维持8 min消解。消解完毕后，冷却至室温，取出消解罐，在通风橱中将酸挥尽，转移用超纯水定容至25 mL。同步以8 mL浓硝酸做空白试验。

2.3 测定条件

ICP-AES条件：等离子体射频功率为1.3 kW；冷却气流量为15 L·min-1；辅助气流速为0.2 L·min-1；载气流量为0.8 L·min-1；观测方向为Axial；观测高度为15 nm；一次读数时间为5 s；进样延时30 s；泵速为15 r·min-1。

2.4 数据处理

将测得数据导入EZ info软件(Waters公司)，进行主成分分析(principal components analysis，PCA)，得各样品的得分图。采用偏最小二乘法(partial least squares method，PLS)分析得到各元素的VIP值(variable importance in the projection)，依据VIP值的大小判断各个元素对分类的重要程度。相关性分析使用SPSS 21.0。

2.5 线性关系的考察

按测定条件依次测定各无机元素的系列质量浓度对照品溶液，以对照品质量浓度为横坐标(X)，对照品峰强度为纵坐标(Y)，进行回归计算，得各元素的回归方程、相关系数和线性范围。结果见表1。

表1 20种无机元素的标准曲线

2.6 方法学考察

2.6.1 精密度试验 按2.3项下的方法对上述混合标准溶液重复测定6次，各元素质量分数的RSD在0.65%～2.57%，表明该方法精密度良好。

2.6.2 重复性试验 取样品S3的供试品溶液，按2.2项下方法分别制备6份供试品溶液，按2.3项下的方法测定并计算各元素含量，结果RSD为1.54%～2.76%，可满足实验的要求。

2.6.3 稳定性试验 取样品S3的供试品溶液，分别于0、2、4、6、8、10 h重复测定，各元素含量的RSD<2.98%，表明供试品溶液在10 h内测定结果稳定。

2.6.4 加样回收率试验 精密称取9份S3样品适量，加入该样品中各元素含量的80%、100%、120%的对照品，平行3份。按2.3项下的测试条件下分别测定，结果回收率为95.2%～104.5%，RSD<3.00%，说明该方法准确可靠。

2.7 样品的测定结果

各样品按2.2项下的方法制得供试品溶液。取各供试品溶液，按2.3项下的条件进样测定，测定结果见表2。百合中的元素K、P、Mg、Ca、Na、Si、Fe、Al含量较高，含量范围分别为7.200×103～1.955×104μg·g-1，1.114×103～2.982×103μg·g-1，450.525～772.953 μg·g-1，276.633～827.536 μg·g-1，51.884～871.821 μg·g-1，47.523～540.714 μg·g-1，46.847～595.202 μg·g-1，20.592～264.639 μg·g-1，所有样品中均未检测到Hg元素。

表2 百合样品中无机元素测定结果(n=3) /μg·g-1

表2(续)

注：nd表示低于检测限。

3 讨论

3.1 百合药材样品采集地的调研及确定

《中华人民共和国药典》(《中国药典》)收载的百合药材基原为百合科植物卷丹LiliumlancifoliumThunb.、百合LiliumbrowniiF.E. Brown var.viridulumBaker或细叶百合LiliumpumilumDC.的干燥肉质鳞叶。本课题组在以往的研究中发现[7]，随着经济发展、生态环境的变化，许多药材的主产地也会有相应的变化，如百合药材，以往的记载宜兴百合是道地药材，但目前宜兴当地沿太湖流域已没有百合种植，种植地已向山区迁移，且所产的百合都以价值更高的鲜百合出售，几乎没有加工成百合药材的。又如兰州百合，目前亦是以鲜品作为食品销售的。我国目前百合药材以卷丹为主。前期调研显示[8-9]，目前市场上百合药材主要是以湖南龙山与安徽霍山产的卷丹为主，商品百合药材目前最大的产区为湖南龙山县，遍及全县的25个乡镇。龙山县的百合种植自20世纪50年代末引种自江苏宜兴，经过50余年的发展，已形成了种植、加工、开发、销售的百合生产经营产业链。2015年全县种植面积达5000余公顷，鲜百合年产量达7万余吨。百合药材另一个主产区集中在安徽霍山县的漫水河、上土市、太平畈等乡镇和金寨县、舒城县、庐江县、岳西县，以及湖北省英山县、罗田县的部分乡镇。约30年前，由宜兴引种，经安徽天长引入霍山试种，近年栽培面积迅速扩大，至2015年，安徽省霍山县及其周边地区种植面积已达到4000多公顷，鲜百合年产量达6万余吨，也是药材市场上百合药材和饮片的主要来源之一。因此，本研究主要选择了两产地的35批百合药材进行元素的分析与评价。

3.2 不同产地的百合元素含量差异性分析与评价

将测定数据导入EZ info(Waters公司)软件进行主成分分析，通过降维建立包含第一个主成分t[1]与第二个主成分t[2]二维空间的PLS-DA分类模型，见图1。第一个主成分轴是原始数据矩阵方差最大方向，第二个主成分轴是方差次大方向，降维时，最大限度保留有用信息，寻找能够使不同产地样品得到最大分离的方向。由图1分析得出，以20种元素含量为变量，进行主成分分析，绘制PCA得分图，35批百合药材被分成以产地为区分的两组，即湖南龙山百合、安徽霍山百合。

图1 35批百合药材中元素含量的主成分得分图

采用偏最小二乘法分析得到各个指标的VIP值，见图2，K、P、Fe、Si、Na的VIP值均大于1，表明这5种元素在不同产地的百合中含量差异性较大；Mg、Cd、Pb、Cr、Zn、Sn、Ni、As、Se、Mn的VIP值较小，表明这些元素含量在不同的产地间相差较小，可能的原因有：1)百合有很强的元素吸收调节功能，无论产地环境的元素含量有多大的差异，它们保持这些元素在体内的相对平衡；2)两个产地的环境中这几种元素的含量相差较小，而造成百合元素中它们的含量相差较小。仍需要进一步开展这方面的研究。

图2 各元素含量的VIP值

药材的生长过程中，其体内元素的积累至少有两种情况[10]：1)某些药材对元素有较强的调节作用，表现为特殊富集或拒吸收某种或某几种元素的特性，如：谷巍等[11]研究不同产地泽泻及其根际土壤中无机元素分布特征和相关性得出各产地泽泻对P、S、Zn、Mg、Cu元素有富集作用的结论；郭兰萍等[12]研究土壤中无机元素对茅苍术道地性的影响，得出茅苍术主要是通过选择性吸收调控药材中无机元素的含量，即遗传特性可能是影响茅苍术无机元素吸收的主要因素，而土壤中无机元素在茅苍术道地性形成中的作用可能很有限的结论。2)某些药材在生长过程中没有对元素特殊富集作用，亦无很强的自身调节作用，其体内的元素随生长环境变化而变化，如：袁小凤等[13]研究浙贝及土壤中无机元素含量的关系，得出产区环境对浙贝母元素特征的影响效果大于种源及物候期的影响的结论。对本研究结果中Cu、Pb、As、Cd、Hg 5种有害元素进行分析评价。运用SPSS软件对两产地样品中Cu、Pb、As、Cd元素含量分别进行非参数检验，结果显示两产地间差异无统计学意义；但个别百合药材的重金属含量偏高，亦有的样品含量却很低，据此推测百合无主动富集有害元素的特性，它们在百合药材中的含量主要与其生长环境的差异有关[14-15]。现行《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》的限量指标为重金属总质量分数应≤20.0 mg·kg-1，Cu≤20.0 mg·kg-1，Hg≤0.2 mg·kg-1，Pb≤5.0 mg·kg-1，Cd≤0.3 mg·kg-1，As≤2.0 mg·kg-1[16]。同样，2015版《中国药典》也对部分药材如西洋参、甘草、黄芪、丹参、金银花等的重金属及有害元素的限量作了同样的规定，但未见对百合的重金属及有害元素的限量作出规定。若以该标准衡量，则本实验测得两个产地百合中Pb、Cd均超标。故在百合栽培种植过程中要注意土壤及环境的测试。但也应防止采收加工、炮制及贮藏过程的污染[17]，以保证生产高品质的百合药材。所有样品中均未检测到Hg，据此推测这可能与百合拒吸收Hg的特征有关。

3.3 元素间相关性分析

采用SPSS软件进行相关性分析，因多数变量不服从正态分布，故采用Spearman等级相关系数法，结果见表3。元素含量之间有Al-Fe、Cu-Si、Ca-Mn、Mg-P等39对呈显著正相关，表明百合中这39对元素吸收积累过程有很好的协同作用；Ba-Sn、K-Cr、Na-Ni等21对呈显著负相关，表明百合中这21对元素的吸收积累过程起着拮抗作用[11]。药材元素含量的相关性分析，是为探讨药材在生长过程中各元素的积累规律是否存在元素间彼此的吸收促进或拮抗等关系，其结果可为进一步开展卷丹植物生长发育过程中生理生化机制及肥料施用策略等研究提供有益参考。

表3 百合中无机元素含量间相关性分析

注：*P<0.05，**P<0.01。

4 结语与展望

本研究采用ICP-AES法分析不同产地百合药材共35批样品中20种元素，分析结果显示，百合中的K、P、Mg、Ca等元素含量较高。其中K是机体中重要的电解质，可加强肌肉的韧性和心脏的运动力，促进蛋白质、碳水化合物和热能代谢；P有调节神经、催眠、镇痛等作用；Mg是Na+-2K+-2ATP酶反应中重要的配体之一，对血管张力、反应性及外周管阻力的调节方面均起重要作用；Ca是生命活动中的重要元素，也是骨代谢的重要因子，摄入足够的Ca是预防骨质疏松的重要基础[14]。这些元素的富集与百合具有抗疲劳、抗肿瘤、降血糖、抗氧化、免疫调节、镇静及抗应激损伤功效相符。

通过PCA得分图，35批百合药材被分成以产地为区分的两组。PCA属于多指标综合评价法中的客观赋权法，该方法是通过恰当的数学变换，使新变量主成分成为原变量的线性组合，并选取少数几个在变差总信息量中比例较大的主成分来分析事物的一种方法。PCA具有简洁性、有效性、普遍性等特点，其反映主成分和指标包含信息量的权数，以计算综合评价值，这样在指标权重选择上克服了主观因素的影响，有助于保证客观地反映样本间的现实关系。再结合直观的变量重要性投影值VIP处理结果综合给出各变量的权重系数，得出了两产地主要的差异性元素。研究直观简单地得出各元素对分组的贡献率，反映了不同产地主要的差异性元素。

本研究结果为百合药材的种植栽培与质量控制提供依据，但是土壤中无机元素的含量与百合药材中无机元素含量的关系，土壤中无机元素的形态及其有效性有待进一步的分析研究。

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AnalysisandEvaluationofInorganicElementsinLiliumlancifoliumThunb.fromDifferentRegions

ZHANGHuangqin1，YANHui1，QIANDawei1*，GUOSheng1，ZHANGYang1，HUAZhongyi1，GUOLanping2，TANGZhishu3，DUANJin’ao1

(1.JiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization，NationalandLocalCollaborativeEngineeringCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrializationandFormulaeInnovativeMedicine，NanjingUniversityofChineseMedicine，Nanjing210023，China；2.StateKeyLaboratoryBreedingBaseofDao-diHerbs，ChinaAcademyofChineseMedicalSciences，Beijing100700，China；3.ShanxiCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization，ShanxiUniversityofChineseMedicine，Xianyang712083，China)

Objective：To analyze and evaluate the inorganic elements ofLiliumlancifoliumThunb.from different regions.MethodsThe contents of 20 kinds of inorganic elements inL.lancifoliumfrom 2 main regions were determined by ICP-AES(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer)after microwave digestion.The date was analyzed with EZ info and SPSS software.ResultsThe contents of K、P、Mg、Ca、Na、Si、Fe、Al were higher compared with other inorganic elements inL.lancifolium.The content ranges were respectively as follows：7.200×103-1.955×104μg·g-1，1.114×103-2.982×103μg·g-1，450.525-772.953 μg·g-1，276.633-827.536 μg·g-1，51.884-871.821 μg·g-1，47.523-540.714 μg·g-1，46.847-595.202 μg·g-1，20.592-264.639 μg·g-1.The content of Hg element was lower than the detection limit in all detected samples.According to PCA(principal components analysis) figure，35 batches were divided into two categories，namely Anhui Huoshan and Hunan Longshan.The main different elements between two categories were：K，P，Fe，Si，Na according to the VIP(variable importance in the projection) points figure.ConclusionThis result can provide scientific basis for growing，cultivation and quality control ofL.lancifolium.

LiliumlancifoliumThunb.；inorganic elements；ICP-AES；principal components analysis

2016-04-04)

中央本级重大增减支项目(2060302)；国家自然科学基金(81373978)

*

钱大玮，研究员，硕士生导师，研究方向：中药资源化学；Tel:(025)85811916，E-mail: qiandwnj@126.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.8.004