土壤元素有效性与姜黄质量的相关性研究

向姝畅， 薛 柳， 曾建宏， 代 伟， 郑燕玲， 尹红梅， 宋九华*

（1.乐山师范学院 化学学院，四川 乐山 614000；2.沐川县安全生产监督管理局，四川 乐山 614500）

土壤元素有效性与姜黄质量的相关性研究

向姝畅1， 薛 柳1， 曾建宏2， 代 伟1， 郑燕玲1， 尹红梅1， 宋九华1*

（1.乐山师范学院 化学学院，四川 乐山 614000；2.沐川县安全生产监督管理局，四川 乐山 614500）

目的：测定不同产地姜黄及其生长土壤中无机元素含量，分析各元素含量之间的相关性，探讨生长土壤中无机元素对姜黄中无机元素含量的影响。方法：采用微波消解，原子吸收分光光度法测定姜黄及其生长土壤8种无机元素含量。结果：通过相关性分析和逐步回归分析发现姜黄中的Cr与Ni，Cd与Mn，Cu与Fe含量之间有显著相关性；姜黄中的Mn与土壤中的Cr、Cu、Fe、Ni、Mn之间有显著相关性。结论：研究结果为姜黄药材从无机元素这一角度进行品质品评提供参考，同时也为姜黄资源的合理利用及GAP研究提供理论依据。

姜黄；无机元素；土壤；关联分析

姜黄，姜科植物姜黄（Curcuma longa L.）的干燥根茎，主要产地是四川和福建。它具有驱寒消炎、通经止痛、活血行气的功效，用于胸胁刺痛，女性痛经、闭经，风湿肩臂疼痛，腹痛跌扑肿痛[1-2]。研究表明，无机元素的种类及含量对中药的疗效有着很重要的影响，中药中的元素对人体所缺乏的元素有调节和补充作用[3]。由于植物的生长受很多因素的影响，因此植物中的无机元素不尽相同，在同种植物体内的元素种类大体相同，但因为内部环境和其所生长的外部环境，其含量也不尽相同[4-5]。不同的植物对微量元素的需求量不一样，对微量元素的富集能力也不一样，这也是药材多样性的一个重要原因[6]。近年来，对姜黄的研究主要集中在对姜黄中的挥发油及姜黄素方面的研究，其中对姜黄中的姜黄素和挥发油的药用价值及市场价值有许多探讨[7]，对姜黄中无机元素的分析方法也有部分研究[8-10]，但对姜黄中的无机元素及其所生长土壤中的无机元素的相关性并没有过多的讨论和深入研究[11]。本研究对四川23个不同产区姜黄药材及其生长土壤中铬、镉、铅、铜、铁、锌、镍、锰8种无机元素含量进行了测定，研究其元素分布规律及药材与土壤中元素含量的关系，探讨药材对元素的吸收规律，为丰富和发展姜黄药材多指标评价体系及品质形成的成因提供参考，为药材部分药理作用机制及药材的种植提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器试剂

A3AFG-12型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；AL104电子天平（梅特勒-托利多仪器上海有限公司）；UPT-I-20T超纯水器（成都超纯水科技有限公司）；SHZ—DⅢ循环水式多用真空泵；COOLPEX型微波化学反应仪（上海屹尧仪器科技有限发展公司）；Ni、Pb、Cr、Cd、Mn、Zn、Cu、Fe元素的标准溶液（国家标准物质网），其他试剂均为优级纯。

1.2 样品采集

姜黄药材及其土壤样品于2016年5月，采自乐山周边的犍为、沐川及市中心，采样时每块地采用5点取样法，采集生长两年以上的姜黄根茎，洗净、烘干、粉碎备用，同时采集其根际土壤混匀干燥后磨细、过筛。姜黄和土壤样品各23份，1-7号样品来自犍为，8-13号来自沐川，14-23号样品来自市中心。

1.3 样品制备

姜黄样品：在50℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎 (过60目筛)，准确称取0.5 g左右，精确到0.0001 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，加浓硝酸5 mL，用微波消解仪消解，根据微波消解仪所提供的消解方法，消解完后溶液呈绿色，放在电热板上加热，加入浓硝酸洗消解罐，待溶液变成澄清透明后，放冷，用3%硝酸溶液洗涤，洗液合并于50 mL容量瓶中，并定容至刻度，摇匀[12]。

土壤样品：自然风干，粉碎，过100目筛，准确称取土壤样品0.25 g，精确到0.0001 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，加浓硝酸6 mL，浓盐酸2 mL，氢氟酸2 mL，使用微波消解仪消解，根据微波消解仪所提供的消解方法，消解完后溶液呈黄色，放在电热板上加热，加入浓硝酸洗消解罐，若溶液还是黄色，则加入少量氢氟酸在坩埚中，待溶液变成澄清透明后，放冷，用0.2%硝酸溶液洗涤，洗液合并于50 mL容量瓶中，并定容至刻度，摇匀[13]。

无机元素标准溶液的制备：用移液管精确移取不同体积的元素标准储备液，稀释定容至50 mL，配置成不同浓度梯度的标准溶液。分别测定其吸光度，绘制各元素的标准曲线。

所测元素均采用原子吸收分光光度法进行测定。

2 结果与分析

2.1 姜黄药材中无机元素的含量特征

2.1.1 不同产区姜黄样品中无机元素的含量

含量测定结果见表1。

表1 姜黄中各无机元素的含量（μg/g）

由表1可知：姜黄中每种元素的含量都不同，并且在这8种元素中，铁和锌的含量相对较高，其他几种的含量相对较低。铬平均含量为0.17 μg/g，含量区间为0.08～0.39 μg/g；镉平均含量为0.04 μg/g，含量区间为0.00～0.19 μg/g；铅平均含量为0.06 μg/g，含量区间为0.00～0.28 μg/g；铜平均含量为0.21 μg/g，含量区间为0.04～0.48 μg/g；铁平均含量为8.80 μg/g，含量区间为3.16～16.00 μg/g；锌平均含量为13.67 μg/g，含量区间为2.99～43.70 μg/g；镍平均含量为0.11 μg/g，含量区间为0.01～0.36 μg/g；锰平均含量为2.99 μg/g，含量区间为0.24～6.01 μg/g。

图1 姜黄中无机元素的含量

根据姜黄元素的定量测量结果，绘制了折线图，把每个样品的元素含量均在图上展现。为了绘图方便把所有元素单位统一为μg/g。由图1可见在23个姜黄样品中，8种无机元素基本具有相似的峰形，说明其元素分布呈现非常相似的有规律的分布形态，只是由于产地不同，个别样品的含量有所差异。在近似的峰形中均体现出Zn＞Fe＞Mn＞Cu＞Cr＞Ni＞Pb＞Cd的趋势。与田玉梅所测的五种郁金香无机元素比较姜黄无机元素含量中的Fe、Zn的含量有较大差异，而其他微量元素的含量相差不多[12]，这可能与所生长的环境有关。

2.1.2 姜黄生长土壤中无机元素的含量

表2 土壤中各无机元素的含量（μg/g）

由表2可知，土壤中每种元素的含量也不同，且在这8种元素中，每种元素之间的差值也更大，铁和锌的含量相对较高，其他几种的含量相对较低。铬平均含量为1.16 μg/g，含量区间为0.53～1.91 μg/g；镉平均含量为0.16 μg/g，含量区间为0.00～0.68 μg/g；铅平均含量为3.48 μg/g，含量区间为0.70～21.77 μg/g；铜平均含量为0.49 μg/g，含量区间为0.19～1.17 μg/g；铁平均含量为31.37 μg/g，含量区间为8.13～49.49 μg/g；锌平均含量为96.65 μg/g，含量区间为33.35～156.44 μg/g；镍平均含量为0.93 μg/g，含量区间为0.22～2.08 μg/ g；锰平均含量为8.95 μg/g，含量区间为1.65～14.11 μg/g。

由表1和表2得到，姜黄和土壤中的每种微量元素的含量都有差异，但姜黄与所生长的土壤里的无机元素的含量呈现相同的变化趋势，且重金属的含量很少，对人体食用姜黄并没有多大的影响，因为这些微量元素可以帮助人体补充、协调自身的微量元素[14]。

2.2 相关性分析

本次实验采用SPSS Statistics 19软件对数据进行相关性分析。

2.2.1 姜黄中无机元素之间的相关性分析

表3 姜黄中各无机元素之间的相关性分析

由表3可知，姜黄中的铬和镍在0.01水平上呈极显著正相关；镉和锰在0.05水平上显著正相关，铜和铁在0.05水平上显著正相关。

2.2.2 姜黄与土壤中无机元素的相关性分析

表4 姜黄与土壤中无机元素的相关性分析

由表4可知，姜黄中的锰和土壤中的铬、铁、镍在0.05水平（双侧）上呈显著负相关，和土壤中的铜、锰在0.01水平（双侧）上呈显著负相关，姜黄中的其他无机元素与土壤中无机元素均无显著相关性。

2.3 逐步回归分析

分别以姜黄各元素Cr、Cd、Pb、Cu、Fe、Zn、Ni、Mn的含量作因变量（Y），以姜黄中的主要无机元素 Cr（X1）、Cd（X2）、Pb（X3）、Cu（X4）、Fe（X5）、Zn（X6）、Ni（X7）、Mn（X8）和土壤中的主要无机元素Cr（X9）、Cd（X10）、Pb（X11）、Cu（X12）、Fe（X13）、Zn（X14）、Ni（X15）、Mn（X16）作自变量，运用多变量逐步回归去除对姜黄中各无机元素含量影响较小的因子，建立姜黄各无机元素含量与主导因子的回归方程，结果见表5。

表5 逐步回归分析结果

由表5可见，姜黄中铬受到姜黄中镍元素的正向促进作用，决定系数R2为0.394，其相关系数达0.683；姜黄中镉元素含量受到姜黄中锰及土壤中铁和铅的共同正向促进作用，相关系数分别为0.021，0.002和0.008，决定系数为0.641；影响姜黄中铜元素含量的主要因子为姜黄中的铁元素，其相关系数为0.014，决定系数为0.255；影响姜黄中铁元素含量的主要因子为姜黄中的铜元素，其相关系数为16.664，决定系数为0.233；影响姜黄中镍元素含量的主要因子为姜黄中的铬元素，相关系数为0.577，决定系数为0.394；影响姜黄中锰元素含量的主要因子为姜黄中的镉元素和土壤中的锰元素，其相关系数为分别为20.226和-0.365，决定系数为0.625。通过分析发现在姜黄的生长过程中，姜黄的微量元素含量受到土壤里的微量元素和姜黄里的微量元素的共同影响，两者起协同作用。

3 结果与讨论

姜黄中药材的有效成分有姜黄素类、挥发油以及无机元素，因此，无机元素也是评价药材药理性质的特征指标之一[15]。本次实验发现来自不同产区的23个姜黄样品中均富含有Zn和Fe等元素，其中Zn元素的含量最高，其次是Fe、Mn、Cu，最后为Cr、Ni、Pb、Cd。Zn、Fe、Mn这3种元素具有活血的药理作用。在这23个姜黄药材样品中元素的含量分布呈现出相同的分布状态。通过相关分析以及逐步回归分析，发现影响姜黄中无机元素含量较大的影响因子是姜黄自身中微量元素镍、锰、铁、铜、铬和镉；另外，土壤中的铁、铅和锰协同姜黄中其他微量元素对姜黄中的镉和锰含量产生影响。从实验结果发现，姜黄中重金属元素的含量很低，对人体产生的危害很小，而人体所必需的微量元素的含量相对较高，对人体中的微量元素起补充和协调作用，说明姜黄的药用价值很好。研究这些人体所必需的微量元素和对人体有危害的重金属元素，可以知道姜黄的药用价值，为研究姜黄药理作用与无机元素之间的关系提供依据。综上所述，可以从无机元素这一角度对姜黄药材的药理品质进行评价。

植物体内的各种无机元素含量一定程度上受到土壤中的无机元素含量的影响，但土壤并不是影响药材中无机元素含量的主要因素[16]。通过对姜黄药材中无机元素含量与其生长土壤无机元素含量进行相关性分析发现，姜黄中的锰和土壤中的铬、铁、镍、铜、锰呈显著负相关，受土壤元素的影响较大。根据实验结果发现，姜黄中的一些微量元素与其生长土壤中元素存在一定的相关性，不仅有显著正相关，也有显著负相关，说明土壤中的无机元素对姜黄中的无机元素具有协同作用、拮抗作用和选择性吸收等特点。

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The Correlation Between Soil Elements and Turmeric Quality

XIANG Shuchang1，XUE Liu1，ZENG Jianhong2，DAI Wei1，ZHENG Yɑnlinɡ1，YIN Honɡmei1，SONG Jiuhuɑ1

（1.School of Chemistry，Leshan Normal University，Leshan Sichuan 614000；2.Muchuan Safety Supervision Bureau，Leshan Sichuan 614500，China）

Objective：The inorganic elements in different habitats in turmeric and the growth of the soil were determined，the correlation among different elements was analyzed，and the effect of inorganic elements in the soil on the content of inorganic elements in turmeric was discussed：Method：The contents of 8 inorganic elements in the soil of growth and development of the soil were determined by flame atomic absorption spectrophotometry.Results：Through bivariate and regression analysis，Cr and Ni in turmeric，Cd and Mn，there was a correlation between Cu and Fe;There was a correlation between Mn and soil in turmeric in Cr，Cu，Fe，Ni and Mn.Conclusion：This study can provide the basis through the analysis of inorganic elements in soil quality evaluation of turmeric turmeric herb.

Curcuma；Inorganic Elements；Soil；Correlation Analysis

R284

A

1009-8666(2017)04-0033-05

10.16069/j.cnki.51-1610/g4.2017.04.007

［责任编辑、校对：李书华］

2016-11-11

大学生创新训练计划项目“土壤无机元素对姜黄质量的影响研究”（201610649051）；四川省教育厅项目“秦艽品质与土壤因子的相关性研究”(15ZA0283)

向姝畅（1995—），女，四川达州人。乐山师范学院本科生。

宋九华（1974—），女，四川仁寿人。乐山师范学院高级实验师，研究方向：药用植物资源评价及次生代谢产物。