土壤有效元素含量与延胡索(Corydalis yanhusuo)品质的相关性研究

刘焱, 黄小兰, 钟志松, 曾莹, 焦青, 周浓, 祁俊生, 吴应梅,*

土壤有效元素含量与延胡索()品质的相关性研究

刘焱1,2, 黄小兰1, 钟志松2, 曾莹3, 焦青2, 周浓1, 祁俊生1, 吴应梅1,*

1. 重庆三峡学院生物与食品工程学院, 三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室, 重庆 404120 2. 成都和合医学检验所有限公司, 成都 610101 3. 四川大学华西医院药剂科, 成都 610041

延胡索乙素是相关延胡索()品质的重要化学成分, 在中国药典中作为延胡索质量控制指标, 分析不同产地延胡索中延胡索乙素含量与根际土壤有效性元素含量的相关性, 对指导延胡索合理化种植栽培有重要科学意义。采用土壤农化法对不同产地延胡索根际土壤中10种元素(大量元素N、P、K、Ca、Mg; 微量元素Zn、Mn、Fe、Cu、B)有效性含量进行了测定, 同时采用高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography, HPLC) 测定不同产地延胡索中延胡索乙素含量。结果表明: 不同产地延胡索根际土壤中有效性元素含量存在显著性差异(<0.05)。大量元素中, 重庆市开县(S2)产地根际土壤有效磷、有效钙含量最高, 浙江省东阳市(S4)产地根际土壤有效钾、有效镁含量最高; 微量元素中, 陕西省汉中市(S3)、浙江省磐安县(S5)产地根际土壤有效铁、有效铜含量显著高于其他产地。不同产地延胡索块茎中的延胡索乙素含量均达0.07%以上, 高于药典中的限定标准。相关分析结果表明, 延胡索乙素含量与有效钙含量存在极显著正相关(=0.97,<0.01), 与有效铁存在显著负相关(=-0.87,<0.05), 延胡索乙素含量主要受根际土壤有效钙含量影响。

延胡索; 不同产地; 有效性元素; 延胡索乙素

0 前言

延胡索(W. T. Wang), 又称元胡, 是著名的“浙八味”之一[1], 具有活血、行气、止痛等功效[2]。延胡索中含有生物碱、核苷、酚酸、蒽醌类等化学活性成分[3-6], 其中主要化学成分是生物碱, 而延胡索乙素是延胡索中最重要的生物碱之一, 也是延胡索最主要的活性成分, 在药典中作为延胡索质量控制指标, 具有多种药理学活性[2,7-8]。元素也是延胡索药材中发挥药理药效的重要成分, 关于延胡索元素的研究可追溯到上世纪八十年代。早在1989年, 汤雏清[9]等对延胡索及其种植环境的微量元素分析发现延胡索药材与其种植环境有密切关系。1998年, 王兆华[10]等用等离子体发射光谱法测定了延胡索及水煎液中14种元素的含量, 其中Fe、Mg、Zn、Ca、Mn含量较高。近年来, 随着检测技术的不断更新, 对延胡索元素的研究越来越深入。苏莉等[11]用微波消解-火焰原子吸收光谱法测定延胡索中Li、Be、Mg等16种金属元素含量, 为探讨延胡索金属元素含量与药理关系提供了有效数据。李雅萌等[12]采用电感耦合等离子体-质谱法测定延胡索中Cu、Ni、Cr等9种重金属元素含量, 为延胡索的安全性评估提供科学依据。随着延胡索种植规模的不断扩大, 不同生长环境、栽培技术等原因使其内在质量也变得参差不齐[13], 分析元素对其质量的影响成为近年来研究热点。研究表明, 延胡索中微量元素含量呈现一定的地域性特征[14]。徐皓等[15]研究发现叶面喷施Fe肥对延胡索有效成分含量的增加有促进作用, 但Cu肥和Zn肥的作用不明显。余顺慧等[16]研究发现高浓度Cu2+会破坏延胡索的根系, 减弱根系对营养元素的吸收, 从而间接抑制延胡索块茎中其他元素的含量。王梦苒等[17]研究发现延胡索幼苗期至花期末吸收K元素最多, N次之, P最少; 初花期至膨大期吸N量最高, K次之, P最低。目前对延胡索元素的研究主要集中在其药材部位的测定, 且关于延胡索根际土壤元素有效性与延胡索品质的相关性研究未见报道。本研究测定延胡索根际土壤中10种有效性元素及其块茎中延胡索乙素含量, 其中10种有效元素中包括大量元素: 有效N、P、K、Ca、Mg; 微量元素: 有效Zn、Mn、Fe、Cu、B。分析根际土壤元素有效性与延胡索品质的关系, 旨在揭示延胡索根际土壤中有效性元素的含量特征, 明确对延胡索品质影响较大的有效性元素, 为延胡索规范化种植、科学施肥以提高延胡索品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

LC-20A 型高效液相色谱仪(日本岛津公司), ZEEnit 700型原子吸收光谱仪(德国耶拿分析仪器股份公司), UV-2450型紫外可见分光光度计(日本岛津公司), ML 204型万分之一分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司), BS-2F型振荡培养箱(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司), KQ-300DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司), HPL-4型离心机(金坛市鸿科仪器厂)。

1.2 试药

延胡索乙素对照品(南京都莱生物技术有限公司, 批号: MUST-15042710); 二乙基三胺五乙酸(DTPA)、三乙胺、氯化锶、氯化铵、酸性铬蓝K、萘酚绿B、姜黄素、草酸、硼酸、氯化钙、乙酸铵、氨水、乙酸、95%乙醇、无水乙醇, 均为分析纯; 色谱乙腈、甲醇为德国默克公司; 水为娃哈哈纯净水。

1.3 样品来源

延胡索新鲜块茎及根际土壤采集于重庆、陕西、浙江等地, 5个产地样品随机采自施肥及种植方式一致的当地种植大户。每份药材样品均取自50株成熟植株块茎以保证样品一致性, 对应的土壤样品均采自相应植株根际土壤, 药材样品经三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室(重庆三峡学院)周浓教授鉴定为罂粟科植物延胡索(W. T. Wang)块茎, 延胡索块茎及其根际土壤采集地信息见表1。

1.4 测定方法

大量元素: 根际土壤中速效氮含量采用碱解扩散法测定; 速效磷含量采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定; 速效钾含量采用醋酸铵-原子吸收法测定[18]。有效钙(Ca)、镁(Mg)利用乙酸铵溶液浸提, 采用原子吸收分光光度计测定。

微量元素: 有效铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)、锰(Mn)利用DTPA浸提后, 采用原子吸收分光光度计测定[19]; 有效硼(B)利用沸水浸提-姜黄素比色, 采用可见分光光度计测定[20]。

品质分析: 延胡索乙素采用中国药典(2020年版一部)延胡索药材项下【含量测定】进行测定[2], 色谱条件为: 色谱柱: Durashell C18(2)柱(4.6 mm×250 mm, 5 μm);流动相: A相为甲醇, B相为0.1%磷酸溶液(三乙胺调PH为6.2); 等度洗脱(55: 45); 检测波长: 280 nm; 柱温: 35℃; 进样量: 20 uL; 流速: 1.0 mL·min-1。

1.5 数据分析

数据采用SPSS 20.0软件进行分析, 分析方法有: 方差分析(样本均数差别的显著性检验); 系统聚类分析(度量标准: 平方Euclidean距离; 标准化: Z得分); 回归分析(将<0.01的因素保留在模型中, 采用稳健逐步回归)。

2 结果与分析

2.1 不同产地延胡索根际土壤有效元素含量

5个不同产地延胡索根际土壤中10种有效元素含量测定结果见表2, 结果显示不同产地延胡索根际土壤有效性元素含量存在显著性差异(<0.05)。其中大量元素含量比较发现: 重庆市开县郭家镇盆丰村(S2)产地根际土壤有效磷、有效钙含量最高, 特别是有效钙含量达5 117.231 mg·kg-1, 显著高于其他产地; 浙江省东阳市千祥镇东王村(S4)产地根际土壤有效钾、有效镁含量最高; 浙江省磐安县新渥镇古竹村(S5)产地根际土壤有效氮含量最高。而微量元素含量比较发现: 重庆市开县郭家镇盆丰村(S2)、陕西省汉中市城固县(S3)、浙江省东阳市千祥镇东王村(S4)产地根际土壤有效锌含量相当,含量均在3.000 mg·kg-1以上, 显著高于重庆市万州区百安坝街道天星村(S1)、浙江省磐安县新渥镇古竹村(S5) 产地; 但重庆市万(S1)产地根际土壤有效锰含量与其他产地相比含量极高, 达45.435 mg·kg-1, 显著高于5个产地平均含量(23.606 mg·kg-1); 陕西省汉中市城固县(S3)、浙江省磐安县新渥镇古竹村(S5)产地根际土壤中有效铁与有效铜含量较高, 显著高于其他产地。整体来看, 每个产地的10种有效元素含量差异较大, 这可能与当地土壤环境有关。

表1 延胡索样品信息

表2 延胡索根际土壤有效性元素含量/(mg·kg-1)

注:=3, 同列不同小写字母表示在<0.05水平差异显著。

2.2 不同产地延胡索块茎中延胡索乙素含量

采用HPLC对不同产地延胡索块茎中延胡索乙素含量进行了测定, 结果见图1。结果表明, 5个产地延胡索块茎中延胡索乙素含量范围在0.711—0.765 mg·g-1之间, 含量均符合2020年版《中国药典》一部中延胡索(元胡)药材项下[含量测定]的限定标准(按干燥品计算, 延胡索乙素不得少于0.05%)[2]。其中, S2(重庆市开县郭家镇盆丰村)延胡索块茎中延胡索乙素最高, S3(陕西省汉中市城固县)延胡索块茎中延胡索乙素相对较低。

2.3 延胡索根际土壤元素有效性与延胡索乙素相关性分析

对5个不同产地延胡索块茎中延胡索乙素含量与其对应的根际土壤中10种元素有效性含量进行相关分析, 结果见表3。可以看出, 延胡索块茎中延胡索乙素含量与根际土壤中10种有效性元素含量之间存在一定的相关性, 延胡索乙素与有效钙存在极显著正相关(=0.97,<0.01); 与有效铁存在显著负相关(=-0.87,<0.05)。同时, 各有效元素之间也存在一定的相关性, 其中, 有效氮与有效硼存在显著负相关(=-0.82,<0.05); 有效钾与有效镁存在显著正相关(=0.86,<0.05); 有效钙与有效铁存在显著负相关(=-0.88,<0.05)。

2.4 延胡索根际土壤元素有效性与延胡索乙素聚类分析

对5个不同产地延胡索块茎中延胡索乙素含量和根际土壤中10种有效性元素分别进行聚类分析, 根际土壤有效性元素聚类分析与延胡索乙素聚类分析分别见图2、图3。由图2可以看出, 在欧式距离为15处时, 根际土壤中10种元素有效性含量水平聚为3类, 第I类产地包括S5和S3; 第II类产地有S1; 第III类产地包括S4和S2。表明浙江省磐安县新渥镇古竹村(S5)和陕西省汉中市城固县(S3)根际土壤元素有效性含量相近; 浙江省东阳市千祥镇东王村(S4)与重庆市开县郭家镇盆丰村(S2)根际土壤元素有效性含量相近。由图3可以看出, 在欧式距离为15处时, 延胡索块茎中延胡索乙素含量水平聚为2类, 第I类产地为S2; 第II类产地包括S3、S1、S4、S5。表明重庆市开县郭家镇盆丰村(S2)产延胡索块茎中的延胡索乙素含量与剩余4地延胡索乙素含量差别较大, 与2.2重庆市开县郭家镇盆丰村(S2)产延胡索块茎中的延胡索乙素含量最高相互印证。

注: 不同小写字母表示在P<0.05水平差异显著。

Figure 1 Analysis of the content of tetrahydropalmatine in

表3 延胡索根际土壤有效性与其药材质量的相关性分析

注: *表示显著相关(<0.05), **表示极显著相关(<0.01)。

2.5 延胡索根际土壤元素有效性与延胡索乙素回归分析

为找出影响延胡索药材质量的重要有效性元素,对5个不同产地延胡索根际土壤有效性元素与延胡索乙素进行回归分析[21], 将<0.01的因素保留在模型中。采用稳健逐步回归获得了以下回归方程:

图2 延胡索根际土壤有效性元素聚类分析

Figure 2 Cluster analysis of available elements in rhizosphere soil of

图3 延胡索延胡索乙素聚类分析

Figure 3 Cluster analysis of tetrahydropalmatine in

延胡索乙素=1.69210-5Ca+0.675,2=0.940

结果表明, 根际土壤有效钙对延胡索块茎中延胡索乙素含量影响较大, 与2.3相关性分析结果一致。

3 讨论

根际土壤中大量元素和微量元素是植物生长环境的重要因子之一, 其含量高低直接关系到植物的生长发育, 也反映出土壤对植物矿物质营养的供给水平[22]。研究不同产地延胡索根际土壤中不同种类的有效元素含量, 可以知道延胡索根系生长环境及土壤肥沃程度。大量元素是植物生长发育所需的基本组成成分之一, 本研究中5个产地延胡索根际土壤中的大量有效性元素比较发现, S4(浙江省东阳市千祥镇东王村)和S5(浙江省磐安县新渥镇古竹村)的有效氮、有效磷、有效钾总量较高, 表明这两个地区土壤较其他地区土壤相对肥沃, 更有利于延胡索植株的生长发育。铁、锰、锌、铜、硼是植物体内重要的微量元素, 研究发现, 缺铁会引起果树出现黄叶病, 缺锰则会出现黄斑症, 缺硼花而不实, 缺锌可能导致植物出现花白叶病和小叶病等[23]。本研究5个产地延胡索根际土壤微量元素比较发现, S3(陕西省汉中市城固县)根际土壤有效铁、有效锌、有效硼较为丰富, S1(重庆市万州区百安坝街道天星村)根际土壤有效锰较为丰富, S5(浙江省磐安县新渥镇古竹村)根际土壤有效铜较为丰富。

延胡索乙素是延胡索中最重要活性成分, 具有良好的镇痛、镇静和催眠等药理作用[24]。本研究中, 所有产地延胡索块茎中延胡索乙素含量均达0.07%以上, 高于药典中的限定标准(按干燥品计算, 延胡索乙素不得少于0.05%), 表明这5个产地的延胡索块茎均能作为原料药满足临床用药需求。相关性分析、回归分析结果表明, 延胡索中延胡索乙素含量与根际土壤中有效钙含量呈极显著正相关, 说明有效钙是影响延胡索乙素合成积累的重要因素。大量元素与微量元素之间也存在一定的关联, 其中有效氮与有效硼之间、有效钙与有效铁之间均存在显著的负相关, 原因可能与土壤的pH有关[25], 延胡索栽培管理过程中肥料应在土壤各元素之间寻求一种平衡, 按照土壤元素丰缺程度控肥是值得重点关注的环节。

本研究采用土壤农化法和HPLC法测定了不同产地延胡索根际土壤有效元素含量(包括大量元素和微量元素)及延胡索乙素含量, 通过相关性分析总结根际土壤有效元素含量与延胡索有效成分含量之间的规律, 为研究延胡索药材品质形成机制, 掌握延胡索对土壤元素吸收利用规律, 科学合理地开展配方施肥奠定基础。

[1] 陈彩霞, 李艾莲, 谢赛萍. 延胡索种茎分级与药材产量及质量关系的研究[J]. 中国农业大学学报, 2017, 22(3): 37–50.

[2] 国家药典委员会编. 中华人民共和国药典(2020年版一部)[S]. 北京: 中国医药科技出版社, 2020.

[3] LI Qiuyue, GUAN Huanyu, WANG Xiaoming, et al. Fingerprint–efficacy study of the quaternary alkaloids in[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2017, 20(7): 108–117.

[4] 张静, 周浓, 丁博, 等. 不同产地和商品等级延胡索中尿苷、鸟苷、腺苷的含量分析[J]. 中国实验方剂学杂志, 2016, 22(13): 71–76.

[5] 冯自立, 赵正栋, 刘建欣. 延胡索化学成分及药理活性研究进展[J]. 天然产物研究与开发, 2018, 30(11): 2000– 2008.

[6] 陶移文, 田庚元, 汪敬武. 元胡粗多糖的提取及理化性质[J]. 南昌大学学报: 理科版, 2010, 34(6): 575–578.

[7] ZHANG Yonglai, SHA Rui, WANG Kaiguo, et al. Protective effects of tetrahydropalmatine against ketamine- induced learning and memory injury via antioxidative, anti-inflammatory and anti-apoptotic mechanisms in mice[J]. Molecular Medicine Reports, 2018, 17(5): 6873–6880.

[8] 万超, 于定容, 刘颖, 等. 醋延胡索饮片颜色与其内在质量的相关性分析[J]. 中国实验方剂学杂志, 2019, 25(12): 145–150.

[9] 汤雏清, 王任, 张立人, 等. 元胡及其种植环境的微量元素分析[J]. 现代应用药学, 1989(3): 12–13.

[10] 王兆华, 张大军, 杜桂芝, 等. 延胡索及水煎液中14种无机元素的测定[J]. 广东微量元素科学, 1998(11): 3–5.

[11] 苏莉, 包莉萍. 微波消解-火焰原子吸收光谱法测定湖北延胡索中的金属元素含量[J]. 安徽农业科学, 2015, 43(8): 45–46.

[12] 李雅萌, 王亚茹, 周柏松, 等. 延胡索中重金属及有害元素的测定[J]. 特产研究, 2019, 41(2): 66–68.

[13] 张小博. 不同厂家延胡索药材的质量评价及分析[J]. 北方药学, 2016, 13(5): 163–163.

[14] 马月光, 宓嘉琪, 吴新新. 不同产地延胡索中微量元素含量的主成分分析及聚类分析[J].中华中医药学刊, 2013, 31(11): 2552–2554.

[15] 徐皓, 昝丽霞, 赵桦. 微量元素对延胡索有效成分含量的影响[J]. 中国实验方剂学杂志, 2012, 18(5): 90–92.

[16] 余顺慧, 刘双琳, 方荣美, 等. 铜污染对延胡索生长和铜积累的影响[J]. 贵州农业科学, 2016, 44(2): 133–136.

[17] 王梦苒, 王朝辉, 郑险峰, 等. 延胡索干物质累积及氮、磷、钾养分吸收规律[J]. 中国实验方剂学杂志, 2018, 24(7): 45–50.

[18] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000.

[19] 杨野, 王丽, 郭兰萍, 等. 三七不同间隔年限种植土壤中微量元素动态变化规律研究[J]. 中国中药杂志, 2014, 39(4): 580–587.

[20] 董慕新, 李玉芳, 朱克庄, 等.土壤有效硼测定方法标准化研究[J]. 土壤肥料, 1990, 3 (3): 30–32.

[21] 沈晓凤, 张琦, 严铸云, 等. 根际土壤元素有效性与丹参质量的相关性分析[J]. 中国中药杂志, 2016, 41(7): 1212–1217.

[22] 陶晓慧, 张丽静, 张洪荣, 等. 玛曲高寒沙化草地不同灌木根际微量元素含量特征[J]. 草业科学, 2011, 28(12): 2102–2106.

[23] 巩丽, 刘振东, 高晗, 等. 微量元素过量对农作物的危害[J]. 现代农业科技, 2017, 8 (8): 132–134.

[24] 梁卓, 孙艺丹, 王锐利, 等. 延胡索乙素在不同溶剂中平衡溶解度及其油水分配系数的测定[J]. 中国药物与临床, 2012, 12(8): 984–986.

[25] 王男麒, 彭良志, 淳长品, 等. 赣南柑桔园背景土壤营养状况分析[J]. 中国南方果树, 2012, 41(5): 1–4.

Study on the correlation between the content of soil available elements and the quality of

LIU Yan1,2, HUANG Xiaolan1, ZHONG Zhisong2, ZENG Ying3, JIAO Qin2, ZHOU Nong1, QI Junsheng1, WU Yingmei1,*

1. Laboratory for Green Cultivation and Deep Processing of Three Gorges Reservoir Area’s Medicinal Herbs, College of Life Science and Food Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404120, China 2. Chengdu Hehe Medical Laboratory Limited Liability Company, Chengdu 610101, China 3. Department of Pharmacy, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu 610041, China

Tetrahydropalmatine is an important chemical component related to the quality ofwhich is used as a quality control indexofin Chinese pharmacopoeia. Thus, to analyze the correlation between tetrahydropalmatine content and the content of available elements in rhizosphere soil is a great scientific significance to guide the rational cultivation of. The available contents of 10 elements (major elements: N, P, K, Ca, Mg; trace elements: Zn, Mn, Fe, Cu, B) in rhizosphere soil offrom different producing areas were determined by soil agrochemical method, and the content of tetrahydropalmatine inwas performed by high performance liquid chromatography (HPLC) in the study. The results showed that there were significant differences in the content of available elements in rhizosphere soil offrom different producing areas (< 0.05). The contents of available P and Ca in rhizosphere soil of Kaixian Chongqing (S2), as well as the contents of available K and Mg in rhizosphere soil of Dongyang Zhejiang (S4) were highest of all producing areas. Among trace elements, the contents of available iron and copper in rhizosphere soil of Hanzhong Shanxi (S3) and Pan'an Zhejiang (S5) were higher than that of other producing areas. Furthemore, the content of tetrahydropalmatine intuber was above 0.07%, which was higher than the limit standard in Pharmacopoeia. In addition, correlation analysis showed that the content of tetrahydropalmatine was positively related to the available Ca (= 0.97,< 0.01), while negatively related to the available Fe (= -0.87,< 0.05), and the content of tetrahydropalmatine was mainly affected by the content of available Ca in rhizosphere soil.

; different areas; available elements; tetrahydropalmatine

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.02.013

R282.2

A

1008-8873(2022)02-108-06

2020-06-23;

2020-08-11

重庆市技术创新与应用示范重点研发项目(cstc2018jscx-mszdX0093); 重庆市技术创新与应用示范一般项目(cstc2018jscx-msybX0370) ; 重庆市自然科学基金联合实施项目(cstc2018jcyjAX0770); 重庆市教委青年项目(KJQN201801216)

刘焱(1989—), 女, 硕士研究生, 主要从事药用植物栽培学研究, E-mail: 977863867@qq.com

通信作者:吴应梅(1981—), 女, 博士在读, 实验师, 主要从事药用植物栽培与质量控制研究, E-mail: wuyingmei0927@126.com

刘焱, 黄小兰, 钟志松,等. 土壤有效元素含量与延胡索()品质的相关性研究[J]. 生态科学, 2022, 41(2): 108–113.

LIU Yan, HUANG Xiaolan, ZHONG Zhisong, et al. Study on the correlation between the content of soil available elements and the quality of[J]. Ecological Science, 2022, 41(2): 108–113.