李國(guó)輝，張春艷，李天祥，李慶和，張伯禮

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 300193；2.天津市濱海新區(qū)塘沽中醫(yī)醫(yī)院，天津 300450）

·中藥研究·

杠柳不同部位無(wú)機(jī)元素的分布及富集特征研究*

李國(guó)輝1，張春艷2，李天祥1，李慶和1，張伯禮1

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 300193；2.天津市濱海新區(qū)塘沽中醫(yī)醫(yī)院，天津 300450）

[目的]測(cè)定3種植物形態(tài)（藤本、灌木、蔓生灌木）杠柳根皮、莖皮、根際土壤中Mn、Cu、Zn、Fe、K、Ca、Mg共7種元素的含量，考察杠柳不同部位各元素的分布及富集特征。[方法]電熱板濕法消解樣品，火焰原子吸收法測(cè)定各元素含量。[結(jié)果]根皮、莖皮中各元素含量差異較大，但大小順序均為K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn；元素Zn、Fe、K、Ca在兩部位中的分布具較明顯差異性，Zn、K、Ca在莖皮中有較多分布，而根皮中有更多的Fe；根際土壤中元素含量大小順序?yàn)镕e＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu，杠柳生長(zhǎng)土壤質(zhì)量較優(yōu)；根皮、莖皮對(duì)Cu、Ca富集性較強(qiáng)，K在莖皮中有一定的富集。[結(jié)論]明確了杠柳根皮、莖皮中7種元素的含量、分布及富集特征，提供了杠柳植物形態(tài)分為兩類(lèi)的數(shù)據(jù)支撐，首次提出杠柳作為銅污染區(qū)土壤修復(fù)植物的可能性，為完善杠柳的生態(tài)學(xué)等基礎(chǔ)研究奠定了基礎(chǔ)。

杠柳；無(wú)機(jī)元素；分布及富集；植物修復(fù)

杠柳（Periploca sepium Bge.）為蘿藦科植物，根皮習(xí)稱(chēng)香加皮，為傳統(tǒng)中藥材，功能利水消腫，祛風(fēng)濕，強(qiáng)筋骨[1]。近年來(lái)，隨著對(duì)其化學(xué)組成[2-3]、藥理活性[4-5]、代謝[6-7]、質(zhì)量控制[8-10]、臨床應(yīng)用等方面研究的不斷深入，相關(guān)藥用價(jià)值不斷被挖掘?，F(xiàn)代藥學(xué)研究表明：中藥材中發(fā)揮其臨床療效的物質(zhì)基礎(chǔ)不僅包括其有機(jī)組分，無(wú)機(jī)元素及其組成對(duì)疾病的防治和人體機(jī)能的調(diào)節(jié)作用亦不可忽視，如鐵參與組成血紅蛋白，運(yùn)輸和儲(chǔ)存體內(nèi)氧，構(gòu)成細(xì)胞色素系統(tǒng)，提高免疫力；鋅、錳參與酶的組成及激活，調(diào)節(jié)多種生理活動(dòng)。不同藥用植物因其遺傳特性、個(gè)體發(fā)育、生理、代謝的差異，導(dǎo)致其對(duì)根際土壤各種元素的選擇性吸收能力不同。前期考察發(fā)現(xiàn)，杠柳植物形態(tài)呈藤本狀（TB）、灌木狀（GM）、蔓生灌木狀（MS）[11]，香加皮強(qiáng)心成分杠柳毒苷在莖皮中含量較高[10]，故本研究擬通過(guò)測(cè)定不同植物形態(tài)杠柳的根皮、莖皮及其根際土壤中錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）的含量，考察3種形態(tài)杠柳無(wú)機(jī)元素含量的差異性、不同藥用部位中各元素的分布以及富集特征，為完善杠柳的生態(tài)學(xué)等基礎(chǔ)研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與儀器

1.1實(shí)驗(yàn)材料 樣品采自天津薊縣下?tīng)I(yíng)鎮(zhèn)，選取3個(gè)不同生長(zhǎng)形態(tài)的杠柳樣地，于2012年6月4日，6月21日，8月21日，9月5日在每個(gè)樣地隨機(jī)選取3株，收集其莖皮、根皮及根際土壤。原植物經(jīng)天津中醫(yī)藥大學(xué)李天祥副教授鑒定為蘿藦科植物杠柳（Periploca sepium Bge.）。植物樣晾干后，40℃減壓真空干燥4 h，粉碎過(guò)60目篩待測(cè)。土樣去除石塊及動(dòng)植物殘?bào)w后在室內(nèi)陰干，將通過(guò)2 mm篩的土壤粉碎、研磨，至全部通過(guò)100目篩待測(cè)。

1.2儀器與試劑 iCE 3500原子吸收光譜儀（美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司）；EH35A plus電加熱板（Lab-Tech公司）；空心陰極燈（北京曙光明電子光源儀器有限公司）；FA 2104電子天平（上海舜宇恒平科技儀器有限公司）；SB25-12DT超聲波清洗機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）；DFZ-6050型真空干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）。單元素（Fe、Mn、Cu、Zn、K、Ca、Mg）標(biāo)準(zhǔn)溶液，離子質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL，購(gòu)于天津傲然精細(xì)化工研究所；GBW 07603-生物成分分析-灌木枝葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，GBW 07427-土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-華北平原土壤，均購(gòu)于中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘察研究所；硝酸、高氯酸、氫氟酸、硝酸鑭均為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水為娃哈哈純凈水。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1植物樣品消解 精確稱(chēng)取0.500 0 g試樣于50 mL聚四氟乙烯燒杯中，1 mL純凈水潤(rùn)濕后加入10 mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，蓋上表面皿置于通風(fēng)櫥內(nèi)浸泡過(guò)夜。次日于100℃電熱板上消解2 h，中間補(bǔ)加硝酸3 mL，然后120℃、140℃各消解2 h，2 mL硝酸沖洗表面皿，繼續(xù)加熱至約剩1 mL左右溶液，取下放冷加入1 mL硝酸，繼續(xù)趕酸至白煙冒盡，1%硝酸趁熱溶解殘?jiān)ㄈ葜?0 mL。同時(shí)消解質(zhì)控樣灌木枝葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及全程序空白，所有樣品采用平行雙樣。

2.2土壤樣品消解 精確稱(chēng)取0.500 0 g過(guò)100目篩并烘干至恒重的試樣于50 mL聚四氟乙烯燒杯中，1mL純凈水潤(rùn)濕后加入10mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，蓋上表面皿置于通風(fēng)櫥內(nèi)浸泡過(guò)夜。次日于電熱板上微沸狀態(tài)消解3 h，2 mL硝酸沖洗表面皿，加入3 mL氫氟酸除硅，為了達(dá)到更好的飛硅效果，應(yīng)經(jīng)常搖動(dòng)燒杯，余下趕酸、定容等操作同“2.1植物樣品消解”項(xiàng)。同時(shí)消解華北平原土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)并制備全程序空白，所有樣品采用平行雙樣。

對(duì)測(cè)定條件優(yōu)化后，火焰原子吸收光譜法測(cè)定供試液中無(wú)機(jī)元素的含量，若元素濃度超出線性范圍，以1%硝酸對(duì)供試液及空白溶液進(jìn)行稀釋后重新測(cè)定。在K及Ca、Mg的測(cè)定中，分別加入一定量的Na標(biāo)準(zhǔn)溶液和鑭溶液，以抑制溶液中K的電離以及磷酸根（PO43-）等對(duì)Ca、Mg測(cè)定的影響。采用一般線性標(biāo)準(zhǔn)曲線法對(duì)樣品進(jìn)行含量計(jì)算，重復(fù)測(cè)定3次，取其算術(shù)平均值。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，組間的差異比較采用單因素方差分析（one-way ANOVA）法。

4 結(jié)果與結(jié)論

4.13種形態(tài)杠柳根皮、莖皮中各元素含量 見(jiàn)表1，見(jiàn)表2。

由表1、表2可知，杠柳根皮、莖皮中以K、Ca、Mg的含量較多，而Mn、Cu、Zn的含量較少；根皮、莖皮中的含量大小順序表現(xiàn)一致，均為K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn。

表1 杠柳根皮中無(wú)機(jī)元素含量（±s）Tab.1 Contents of inorganic elements in velamen of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

表1 杠柳根皮中無(wú)機(jī)元素含量（±s）Tab.1 Contents of inorganic elements in velamen of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

注：MS與TB比較，*P＜0.05；GM與TB比較，#P＜0.05。

植物形態(tài) Cu Zn Fe MS 0.07±0.00 0.02±0.00 0.90±0.20*#GM 0.07±0.02 0.03±0.01 0.93±0.24*#TB 0.09±0.01 0.03±0.01 1.43±0.16*#均值 0.08 0.02 1.09 n 12 12 12 36 Mn 0.11±0.04 0.11±0.02 0.13±0.05 0.11植物形態(tài)MS GM TB均值n Ca 10.41±2.18 06.96±0.15*#09.72±1.55 07.64±0.94*#08.94±0.25 12.13±1.37*#9.69 8.91 K 12 12 12 36 Mg 2.27±0.28 1.91±0.16 1.95±0.28 2.05

表2 杠柳莖皮中無(wú)機(jī)元素含量（±s）Tab.2 Contents of inorganic elements in stem bark of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

表2 杠柳莖皮中無(wú)機(jī)元素含量（±s）Tab.2 Contents of inorganic elements in stem bark of Periploca sepium Bge.（±s）mg/g

注：MS與TB比較，*P＜0.05；GM與TB比較，#P＜0.05。

植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Mn Cu Zn Fe 0.12±0.05 0.06±0.02*#0.03±0.01 0.46±0.10 0.12±0.02 0.06±0.01*#0.04±0.01 0.68±0.34 0.13±0.05 0.09±0.01*#0.04±0.01 0.71±0.06 0.12 0.07 0.04 0.62植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Ca 18.50±3.03 13.26±1.84*#19.73±3.38 13.03±3.32*#19.29±1.45 26.98±1.67*#19.17 17.76 K Mg 2.01±0.16 1.93±0.16 2.12±0.28 2.02

比較藤本、蔓生、灌木3種形態(tài)杠柳中元素含量可以發(fā)現(xiàn)，蔓生、灌木兩種形態(tài)杠柳所含7種元素并未表現(xiàn)明顯差異性。與蔓生、灌木相比，藤本杠柳根皮中Fe與Ca、莖皮中Cu與Ca含量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其他元素?zé)o明顯區(qū)別。藤本Ca含量約為其他兩種形態(tài)的2倍，可能與其多生于腐殖質(zhì)較豐富的林地中，可供吸收的鈣離子（Ca2+）更多，且根部對(duì)Ca2+吸收的限制較少有關(guān)[12]。杠柳體內(nèi)過(guò)量的Ca2+以草酸鈣晶體存在，這與杠柳根皮、莖皮中含有大量草酸鈣方晶的報(bào)道[13]相符。

《藥用植物及制劑外經(jīng)貿(mào)綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[14]（WM/T2-2004）規(guī)定Cu的限量標(biāo)準(zhǔn)為Cu≤0.02mg/g。本實(shí)驗(yàn)測(cè)得根皮、莖皮中Cu的平均含量分別為0.08、0.07 mg/g，超出限量標(biāo)準(zhǔn)2~3倍，其測(cè)定結(jié)果與本課題組所測(cè)其他地點(diǎn)杠柳根皮、莖皮中Cu含量（0.02 mg/g，另文報(bào)道）具有明顯差異性，猜測(cè)杠柳對(duì)元素Cu的吸收可能與其生長(zhǎng)土壤有較大關(guān)系。

4.2杠柳根皮、莖皮中各元素的分布特性 植物體不同部位對(duì)同種元素的吸收具有差異性。以根皮/莖皮為分布系數(shù)，考察7種無(wú)機(jī)元素在根皮、莖皮中的分布，結(jié)果顯示Zn、Fe、K、Ca的分布具較明顯差異，其中Fe的分布系數(shù)為1.85，表明其在根皮中有更多的分布；K、Ca的分布系數(shù)約為0.5，莖皮中含量約為根皮中的2倍；Zn以莖皮中分布稍多。Mn、Cu、Mg在根皮、莖皮中含量水平一致，分布并未表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 杠柳根皮、莖皮中無(wú)機(jī)元素分布系數(shù)（根皮/莖皮）Tab.3 Distribution coefficients of inorganic elements in velamen and stem bark of Periploca sepium Bge. (velamen/stem bark)

4.3杠柳根際土壤中各元素含量 杠柳根際土壤中無(wú)機(jī)元素含量大小順序?yàn)镕e＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu，與根皮、莖皮中含量順序相比，F(xiàn)e含量高于K含量，為各元素含量最高，Cu含量最低，其他元素含量次序與根皮、莖皮中一致。7種元素中，3種形態(tài)杠柳根際土壤所含F(xiàn)e、K無(wú)明顯差異性；蔓生根際土壤中元素Cu含量與灌木土壤相比、所含Ca、Mg量與藤本土壤相比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，藤本根際土壤元素Mn、Zn含量與蔓生及灌木兩種形態(tài)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 杠柳根際土壤中無(wú)機(jī)元素含量（±s）Tab.4 Contents of inorganic elements in rhizosphere soil of Periploca sepium Bge（.±s）mg/g

表4 杠柳根際土壤中無(wú)機(jī)元素含量（±s）Tab.4 Contents of inorganic elements in rhizosphere soil of Periploca sepium Bge（.±s）mg/g

注：MS與GM比較，△P＜0.05；MS與TB比較，*P＜0.05；GM與TB比較，#P＜0.05。

植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Mn Cu Zn Fe 0.27±0.04*#0.01±0.01△0.07±0.01*#24.27±2.73 0.46±0.17*#0.02±0.01△0.07±0.00*#30.22±6.87 0.79±0.20*#0.02±0.00△0.08±0.01*#29.74±1.36 0.51 0.02 0.08 28.08植物形態(tài)MS GM TB均值n 12 12 12 36 Ca 11.76±1.12 4.90±1.54* 15.64±3.27 6.79±1.21* 15.56±1.04 7.85±1.45* 14.32 6.51 K Mg 4.82±0.65* 6.00±1.14* 7.33±0.79* 6.05

《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[15]分別對(duì)Cu、Zn作出限量要求，規(guī)定Ⅰ類(lèi)土壤Cu≤0.035mg/g、Zn≤0.1mg/g，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)杠柳根際土壤Cu、Zn含量分別為0.02mg/g、0.08 mg/g，均低于標(biāo)準(zhǔn)限量要求，表明杠柳生長(zhǎng)地土壤質(zhì)量基本上保持自然水平，質(zhì)量較優(yōu)。

4.4杠柳根皮、莖皮中各元素的富集特征 植物體不同部位對(duì)各元素的吸收、富集具有差異性。以某部位中元素含量與其根際土壤元素含量的比值作為此部位對(duì)該元素的富集系數(shù)，以表征其對(duì)該元素的吸收、富集能力，富集系數(shù)越大表明其富集能力越強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)計(jì)算所得3種形態(tài)杠柳的根皮、莖皮對(duì)7種元素的富集系數(shù)結(jié)果見(jiàn)表5。從表5中可知，Cu、Ca在根皮、莖皮中均表現(xiàn)出富集現(xiàn)象；Cu的富集系數(shù)較大，分別為4.19、3.95，根皮、莖皮的富集能力相當(dāng)；根皮、莖皮對(duì)Ca的富集系數(shù)分別為1.41、3.17，莖皮對(duì)Ca的富集能力更強(qiáng)；K在莖皮亦有一定的富集；其他元素在根皮、莖皮中均未表現(xiàn)出富集現(xiàn)象，F(xiàn)e的吸收最少，富集系數(shù)分別為0.04、0.02。

表5 杠柳根皮、莖皮對(duì)無(wú)機(jī)元素的富集系數(shù)Tab.5 Enrichment coefficients of inorganic elements in velamen and stem bark of Periploca sepium Bge.

5 討論

杠柳根皮、莖皮中無(wú)機(jī)元素含量大小順序?yàn)镵＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn，通過(guò)3種形態(tài)、兩部位無(wú)機(jī)元素含量及其顯著性比較可知，形態(tài)上更為接近的蔓生與灌木間無(wú)明顯差異，而與蔓生、灌木相比，藤本在Fe、Ca、Cu等元素上表現(xiàn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可推測(cè)杠柳形態(tài)應(yīng)歸為兩類(lèi)，蔓生與灌木合并，藤本單獨(dú)歸為一類(lèi)，但是3種形態(tài)是否滿(mǎn)足種下亞種的條件仍需從分子生物學(xué)等方面予以探索。

杠柳生長(zhǎng)土壤質(zhì)量較優(yōu)，從所測(cè)元素來(lái)看并未受到污染，基本保持在自然水平。根皮、莖皮對(duì)Cu、Ca均表現(xiàn)出富集能力，莖皮對(duì)K也具有一定的富集現(xiàn)象，此兩部位對(duì)Cu的富集系數(shù)相當(dāng)，富集能力較強(qiáng)，考慮到不同采集地點(diǎn)的杠柳根皮、莖皮所含Cu元素含量不同及其對(duì)Cu的強(qiáng)富集性，下一步工作可深入探討杠柳作為Cu污染區(qū)土壤的修復(fù)凈化植物的可能性。

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Study on distribution and enrichment characteristic of inorganic elements in different fractions of Periploca sepium Bge.

LI Guo-hui1,ZHANG Chun-yan2,LI Tian-xiang1,LI Qing-he1,ZHANG Bo-li1
（1.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China; 2.Tianjin Binhai New Area Tanggu Traditional Chinese Medicine Hospital,Tianjin 300450,China）

[Objective]To determine the contents of Mn,Cu,Zn,Fe,K,Ca and Mg in velamen,stem bark and rhizosphere soil of Periploca sepium Bge．of three growth forms(vine,shrub and sprawling shrub),and study the distribution and enrichment characteristic of these elements in different fractions．[Methods]All samples were wet digested on electric heating plate,content of each element was determined by flame atomic absorption spectrometry．[Results]Contents of elements in velamen and stem bark are quite different,but all ordered as K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Cu＞Zn;distribution of Zn,Fe,K and Ca were significantly different in two parts．Zn,K and Ca were more in stem bark,and Fe in velamen;contents of elements in rhizosphere soil which was excellent were ordered as Fe＞K＞Ca＞Mg＞Mn＞Zn＞Cu,and Cu and Ca were highly enriched,K had a certain enrichment in stem bark．[Conclusion]The foundation is laid fof improving the basic research such as ecology of Periploca sepium Bge．by making the contents,distribution and enrichment characteristic of seven elements in velamen and stem bark cleared,providing data for supporting dividing into two categories,and firstly proposing the possiblity of phytoremediation in copper contaminated soil by Periploca sepium Bge．．

Periploca sepium Bge．;inorganic element;distribution and enrichment;phytoremediation

R282.72

A

1672-1519（2014）12-0756-04

2014-06-11）

（本文編輯：高 杉，馬 英）

10.11656/j.issn.1672-1519.2014.12.16

天津市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（10ZCZDSY12400）；第4次全國(guó)中藥資源普查天津試點(diǎn)：生多調(diào)查（環(huán)）。

李國(guó)輝（1989-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴庂|(zhì)量控制與資源開(kāi)發(fā)。

李天祥，E-mail:litianxiang612@sina.com。