滇黃精品質評價及與土壤元素相關性分析*

余晚霞，陳勇杏，郭磊，魯斌，朱書紅，華燕

(西南林業大學，云南 昆明 650224)

中藥材黃精(Polygonatirhizoma)是百合科植物3種藥用基源黃精(Polygonatumspp.)的干燥根莖。黃精為藥食同源植物，能調養心臟、脾胃、腎，長期服用有益于身心健康[1]。中藥藥效與其活性成份有關，與無機微量元素亦具較強關聯[2]，一般含Cr、Mn、Fe等微量元素。研究發現微量元素與人體生長發育、疾病防治存在關系，還可作活性物質參與藥效的發揮，從而影響中藥材質量[3-5]。研究表明黃精除主要含多糖外[6]，還含有皂苷[7]、黃酮[8]、微量元素[9]等其他有效、活性物質，還具有藥理作用，如：具降血壓[10]、調節血脂[11]、減輕疲勞[12]、抗衰老等[13]。近年來，由于野生滇黃精(PolygonatumkingianumColl.et Hemsl.)資源遭到人們大幅采掘，數量銳減。為使滇黃精得到更好保護與有效利用，合理開采、研究滇黃精使其利用最大化，當前已有農戶、學者引種，或以不同栽培模式進行人工種植。種植離不開土壤，植物根際是依靠與其相互作用而供給藥材、農作物必要的營養，對它們生長發育有極其重要影響。如：根際土壤中的礦質元素[14]，土壤中的礦質元素包括重金屬、一定量重金屬可對藥材產生積極效應，反之亦然；某些元素通過藥材富集可進入人體并表現出治療效果；或通過影響藥材的生長和活性成分的含量，使其表現出更為有利的理化性狀及治療效果[15-19]。多糖是黃精中主要藥效成分之一，且含量最高，是《中國藥典》(2020版)規定的主要檢測指標，其常被作為評價黃精品質的重要因素。

本研究對云南滇黃精主產地滇黃精藥材和根際土壤中Cu、Zn、Ar、Se等14種元素進行研究，將其在林下與大棚栽培的滇黃精中含量差異性及分布規律進行對比，以評估所調查地滇黃精藥材重金屬含量的安全性，并對14種元素與藥材主要活性成分進行相關分析，探究營養元素對其藥用品質產生的效用，以期為滇黃精的科學化栽培、種植提供數據支撐和理論指導。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

于2022年9月—2023年2月完成滇黃精-土壤樣品“一對一”采集和制備工作。供試樣品采自云南省主產區8州(市)(表1)，經西南林業大學專家胡勇副教授鑒定為滇黃精。藥材采樣，采用五點法取樣，根據植株生長情況，每個采樣點采集6～15株滇黃精，挑選大小、高矮基本一致，長勢良好的植株進行采樣，采集了108份，每份重200～500 g，將每個采樣點藥材混合，共計18組；土壤采樣，先將表層3～4 cm的小碎石、枯枝、等雜物拂去，后輕挖露出滇黃精根莖，輕微抖動，去除部分散土，呈放射狀取不同栽培模式滇黃精根際土壤，采集了108份，每份重30～50 g，將每個采樣點土樣混合，共計18組。滇黃精規?；N植地，藥材樣品及土壤樣品采集均按照國家樣品采集標準，隨機多點采集。

表1 樣品來源Tab.1 Sample source

將新鮮滇黃精根莖洗凈切片，經60 ℃烘干后使用小型粉碎機將其粉碎，攤開，置于干凈的托盤中避風室溫充分干燥后，用保鮮袋封裝并稱取一定量樣品用于實驗，其余保存備用。

將采集的土壤樣品混勻用四分法分至約100 g后經風干后除去異物用實心木棒研壓，過2 mm尼龍篩，混勻用瑪瑙研缽過2 mm尼龍篩，樣本研磨至全部通過100目尼龍篩后，保存備用。

1.2 滇黃精多糖、礦質元素含量測定

1.2.1 主要儀器與試劑

無水葡萄糖標準品(廣東光華科技股份有限公司)；P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Mo、Cu、As、Cd、Pb、Cr、Se元素(國家標準物質研究中心，質量濃度為1 000 mg/L)標準溶液混標。

主要實驗儀器 紫外分光光度計(Evolution 300，賽默飛世爾科技)；電感耦合等離子體質譜儀(300D，Perkinelmer)；電子天平感量(BSA124S，精確度0.1 mg，賽多利斯)；研磨儀(24位，賽維爾)；高速萬能粉碎機(ZK-100B，北京中科浩宇科技發展有限公司)；石墨消解儀(GD30，成都奧普樂儀器有限公司)。

主要化學試劑 鹽酸、高氯酸、濃硝酸(分析純，Sigma)；氬氣(純度99.9 %，佳亞化工)；濃硫酸(分析純，云南楊林工業開發區汕滇藥業)；GB/T 602標準溶液及內標液、Rh、Re內標(國家標準物質中心)。

1.2.2 具體指標測定

按照《中國藥典》2020年版一部，參考(藥材和飲片部分)測定滇黃精多糖含量[9]，多糖標準曲線y=60.358x+0.183 1，R2= 0.999 4。

采用微波消解法，測定滇黃精藥材P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Mo、Cu、As、Cd、Pb、Cr、Se等14種元素含量。稱取試樣0.100 0～0.150 0 g，進行微波消解。具體試驗參照文獻[20]，消解時間共計3 h。

1.3 根際土壤礦質元素含量測定

測定土壤中P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Mo、Cu、As、Cd、Pb、Cr、Se等14種礦質元素含量，采用微波消解儀消解土壤樣品，方法同1.2。土壤消解時間共計約230 min。

1.4 數據分析

植物對礦質元素的富集系數=植物礦質元素含量/與植物對應土壤礦質元素含×100 %。采用 Excel 2016 對試驗數據進行初步統計整理，對土壤、滇黃精重金屬含量，土壤、滇黃精礦質元素含量，滇黃精多糖含量、重金屬富集特征進行分析及繪制圖表；采用SPSS 26.0統計分析軟件對土壤礦質元素含量進行主成分分析、聚類分析，對滇黃精多糖含量進行聚類分析；采用Origin 2021 軟件對土壤重金屬含量與滇黃精重金屬含量、土壤重金屬含量與滇黃精多糖含量進行相關性分析，并繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 根際土壤重金屬含量特征分析

根據《土壤環境質量標準》(GB/T 15618-2018)確定農用地土壤污染風險篩選值和風險管制值，并采用“單項污染指數法”分析不同產地土壤中重金屬的污染狀況，評價土壤環境質量，結合兩者綜合測定及評判土壤環境質量[21]，結果見表2。

Lt-2、Lt-3、Lt-4、Lt-5、Lt-6、Lt-9、Lt-10、Dt-2產地 Zn、Cu 元素含量均超過風險篩選值，表明這些產地的土壤重金屬存在風險，應當采取相應防范方法及適當處理措施控制土壤中重金屬含量。其它產地的幾種重金屬低于風險篩選值，說明這些產地的農用地土壤風險低，對土壤環境的危害相對較小。其中。風險管制值對重金屬Cd、As、Pb、Cd進行相應限值，若土壤中這4種重金屬超過該限值，則說明農用地土壤污染風險高，農產品土地的土壤環境不符合質量安全標準，且不能通過某些措施降低其風險，不能種植農作物[22]。對土壤中Zn、Cu、As、Cd、Pb、Cr研究表明，這些種植滇黃精的產地中土壤重金屬含量均低于土壤風險管制值，產地土壤安全性無問題。

2.2 不同采樣點滇黃精根莖礦質元素含量差異

植物礦質元素的含量差異較大，根據礦質元素本身的含量很難判斷其在植物中的相對含量。依據 “植物類中藥無機元素含量區間表” 可客觀評價礦質元素在植物中的相對含量高低，該表將礦質元素的含量分為1到10級共10個等級，隨元素含量的增加級別依次提高[23]。如表3所示，Mn(10級)元素含量級別最高，且等級差異較大，在1～10等級區間波動，As元素含量級別最低，等級差異穩定，說明產地滇黃精根莖中大棚栽培品Dt-6產地 Mn 元素含量處于較高水平?？傮w來看，所有產地中 K、P、Zn 元素含量較高，As 元素含量最低。

表3 滇黃精藥材中礦質元素含量等級表Tab.3 Table of mineral element content levels in P.kingianum medicinal materials

2.3 根際土壤礦質元素特征

2.3.1 根標土壤礦質元素含量差異

分析土壤礦質元素的分布特點、差異性是研究藥材品質形成的基本內容。測定并分析了林下、大棚栽培品滇黃精產地根際土壤的14種礦質元素，反映滇黃精產地根際土壤礦質元素的地質背景，結果見表4。

表4 云南主產區2種栽培模式下滇黃精根際土壤礦質元素含量Tab.4 Mineral element content in the rhizosphere soil of P.kingianum under two cultivation modes in the main production areas of Yunnan μg/g

根據礦質元素的平均含量，將土壤中14種礦質元素按高低順序排序為Fe>K>Mn>P>Ca> Zn>Mg>Cu>Cr>Pb>As>Mo>Cd>Se。在土壤中、滇黃精藥材中前7種礦質元素相同，都是Fe、K、Mn、P、Ca、Mg、Zn且含量豐富，但含量高低順序與滇黃精根莖有差異，說明滇黃精對礦質元素的吸收能力不一樣，可能與產地的根際土壤有一定關系。

根據表4可知，林下、大棚栽培品產地根際土壤的礦質元素也存在一定差異，整體上看，林下栽培品滇黃精根際土壤中元素含量高于大棚栽培品；僅K元素大棚栽培品滇黃精高于林下。從幾種重金屬元素含量整體可知，滇黃精林下栽培品重金屬含量均高于大棚栽培品的重金屬含量，排序依次為Zn、Cu、Cr、Pb、As、Cd，其含量分別為：178.95、94.99、46.62、42.29、9.37、0.91 μg/g。大棚栽培品產地的滇黃精土壤中的重金屬含量均相對低，可知該產地土壤受外界環境影響較??；林下栽培品產地土壤受環境影響較大。

從變異系數來看，滇黃精林下栽培品產地土壤中Mn和Mg的變異系數較大，其次是Pb、Ca、Se元素，表明Mn、Mg的離散程度較大。大棚栽培品產地土壤中Se和Mg的變異系數較大，其次是Cu、Ca、K元素，表明Se、Mg的離散程度較大。

2.3.2 土壤礦質元素主成分分析

對滇黃精林下、大棚栽培品產地土壤中14種礦質元素通過降維形式和載荷因子大小進行主成分分析，分析結果見表5、表6和圖1。

圖1 不同采樣點土壤中礦質元素PCA圖

表5 不同采樣點土壤礦質元素的主成分特征根及貢獻率Tab.5 Principal component characteristic roots and contribution rates of soil mineral elements at different sampling points

表6 不同采樣點根際土壤中礦質元素旋轉成分矩陣Tab.6 Rotating component matrix of mineral elements in rhizosphere soil at different sampling points

表5描述了土壤中礦質元素的主成分特征根和貢獻率，方差貢獻率在前五的為主成分，累計貢獻率為86.476%，其中方差貢獻率在第一主成分中的值為30.451%，所占比例最大，包含的信息也最多。表6是礦質元素主成分旋轉后的成分矩陣，表中PC1、PC2、PC3、PC4、PC5分別代表方差貢獻率排在前五的主成分一、二、三、四、五。從表中可以看出，土壤中Mg、Ca、Fe、Cr、Cd在第一主成分中的載荷系數較大。從土壤中礦質元素PCA圖(圖1)可以看出PC1中Mg、Ca、Fe、Cr、Cd含量較高。因此，可得Mg、Ca、Fe、Cr、Cd可作為產地滇黃精土壤的特征礦質元素。

2.4 滇黃精藥材品質分析

2.4.1 滇黃精根莖多糖含量特征分析

由圖2可知，不同產地林下、大棚栽培品滇黃精根莖樣品中多糖含量在7.69%～25.73%之間，均高于7.0%，結果符合《中國藥典》2020版對多糖含量(以無水葡萄糖計)的規定。其中Lt-1、Lt-6、Dt-1、Lt-4、Dt-2產地滇黃精多糖含量較其他產地高，含量均在20.00%以上，表明這幾個產區滇黃精藥材品質較好；而Lt-3、Dt-5、Dt-6、Lt-8、Dt-7產地滇黃精多糖含量均在10%以下，低于其他產地，表明這5個產區的滇黃精藥材品質相對稍差。

圖2 不同采樣點滇黃精多糖含量圖Fig.2 Polysaccharide content map of P.kingianum at different sampling points

總的來看，林下栽培品滇黃精多糖含量高于大棚栽培品，為進一步了解林下、大棚栽培品產地滇黃精的分布規律，現將不同栽培品產地滇黃精按多糖含量進行聚類(圖3)。由圖3可知，林下、大棚栽培品18個產地的滇黃精被聚成了兩大類。Lt-1、Lt-6、Dt-3、Dt-4，4個產地的滇黃精樣品被聚為一類，其他產地被聚為第二類。第二類中，Lt-2、Lt-7、Lt-11產地的滇黃精樣品被聚為一小類，Dt-7、Dt-6、Lt-8產地的滇黃精樣品被聚為另一小類。從滇黃精多糖測定結果可得出結論，除Dt-1和Dt-2產地外，Lt-1、Lt-6、Dt-3、Dt-4產地滇黃精樣品中的多糖含量明顯也高于其他產區，因此被聚為一類，其余產地被聚為一類?？芍狳S精中多糖含量不僅與自身因素有關，還與其產地的地理環境、栽培模式存在較大關系。

圖3 不同采樣點滇黃精多糖含量聚類分析圖Fig.3 Cluster analysis of polysaccharide content in P.kingianum at different sampling points

2.4.2 滇黃精根莖重金屬含量特征分析

藥材中重金屬含量會影響藥材的安全性，中藥材重金屬超標現象是限制中藥發展的基礎因素，應著重注意藥材中重金屬超標現象。滇黃精中重金屬含量的測定結果見表7。

表7 云南省滇黃精主產區2種栽培模式下滇黃精重金屬含量

根據《中國藥典》2020年版對重金屬As、Cd、Pb、Cu的限量指標分別為：Cu≤20 mg/kg，As≤2 mg/kg，Cd≤1 mg/kg，Pb≤5 mg/kg，由研究結果可知：林下、大棚栽培品產地滇黃精樣品中重金屬含量均未超標。

2.4.3 土壤重金屬含量對滇黃精根莖多糖含量的影響

對滇黃精產地土壤重金屬和滇黃精中活性成分多糖的含量進行相關性分析(表8)。其中相關系數r代表相關性大小，r值越大表示相關性越強，大于0代表正相關，小于0代表負相關。

表8 不同采樣點土壤重金屬含量與滇黃精多糖含量的相關性Tab.8 Correlation between soil heavy metal content and polysaccharide content of P.kingianum in different sampling points

滇黃精活性成分多糖含量與土壤中Cu元素(r=0.323)、Zn元素(r=0.057)呈正相關，相關性大小為Cu>Zn，說明滇黃精中多糖含量受這兩種重金屬元素影響較大，隨著土壤中Cu、Zn元素含量的升高，滇黃精中活性成分多糖含量會隨之增加，其他重金屬元素對黃精多糖含量影響相對較弱。

2.4.4 土壤重金屬含量對滇黃精根莖重金屬含量的影響

植物體內的各種礦質元素含量一定程度上受到土壤中的礦質元素含量的影響，植物中的礦質元素不一定受土壤中同一種元素的顯著影響，還與土壤中其他元素呈顯著相關關系。

對滇黃精產地土壤和滇黃精根莖重金屬元素進行相關性分析，如表9所示，重金屬As(r=0.519)、Pb(r=0.540*)元素在土壤和滇黃精中均呈顯著正相關；滇黃精重金屬As還與土壤中重金屬Cd(r=0.503*)、Pb(r=0.498*)均呈顯著正相關；滇黃精中重金屬Cr與土壤中重金屬Pb(r=0.736**)呈極顯著相關。

表9 不同采樣點滇黃精重金屬與土壤重金屬的相關性Tab.9 Correlation between heavy metal content and soil heavy metal content of P.kingianum at different sampling points

總的來看，滇黃精與其生長地土壤中重金屬間呈現多種元素含量相互密切相關關系，重金屬的積累不僅受土壤中同種重金屬的影響，還與其他重金屬元素密切相關。

2.4.5 重金屬富集特征分析

植物對礦質元素的富集系數C表示礦質元素在植物體內與在植物對應土壤中含量的比值，表示植物對土壤中礦質元素吸收的強弱程度。

滇黃精根莖對重金屬的富集系數如圖4所示。從滇黃精根莖重金屬富集系數平均值中可看出，滇黃精對土壤中的As、Pb、Cr元素富集系數小于0.1，滇黃精對它們的富集能力差，富集作用強烈貧化。富集能力強弱為Cd>Zn>Cu>Cr>As、Pb。從圖4可以明顯看出，Dt-1滇黃精中的Cd富集系數明顯大于1，Dt-6滇黃精中的Cd和Lt-11滇黃精中的Cd富集系數也接近于1，可知這兩個產地的滇黃精對土壤重金屬Cd的富集能力較明顯。

圖4 不同采樣點滇黃精對重金屬富集系數圖Fig.4 Enrichment coefficient of heavy metals in P.kingianum from different sampling points

3 討論與結論

3.1 討論

藥用植物的健康生長離不開其根際土壤中的微量元素，有效的微量元素可直接被植物吸收[24]，參與植物的各種理化反應，如：Cd在一定條件下可降低植物對有效元素的吸收或阻礙其生長，同時根際土壤中有效元素含量的高低也可間接反映土壤肥力的狀況[25]。

本研究對土壤重金屬對滇黃精多糖、重金屬分析，發現滇黃精中多糖含量受Cu、Zn兩種元素影響較大，18個產地土壤重金屬含量達標，食品安全無問題，但種植時應對這些產地土壤環境中的重金屬含量加以把控，避免產地遭到污染。黃精多糖含量、品質不僅與自身因素有關還與其產地地理環境、栽培模式有較大關系。如蔣亞奇等[26]研究9個不同產地黃精藥材品質測定29種元素，發現安徽黃精品質更好；王丹等[27]報道多花黃精多糖成分含量因產地不同而存在較大差異，含量最高達11.78 %最低為8.09 %；蔣海隴等[28]報道杉木成熟林撫育間伐可提高林下栽培的多花黃精、野生黃精的多糖含量；盛衛星等[29]報道林下、大田、容器栽培模式中，發現林下栽培的多花黃精多糖含量顯著高于大田和容器栽培。滇黃精多糖含量特征與此類似。對礦質含量差異分析，發現林下栽培品產地的滇黃精根際土壤有效元素含量更為豐富，排在前3的為Fe、K、Mn，而冉金鳳等[30]研究9個產地的黃精發現對其影響大的元素分別為Fe、Mn、Zn等，說明不同產地黃精土壤礦質元素含量差異性較大。通過富集特征分析，發現需對土壤中重金屬Cd的含量嚴格監控，并防止滇黃精藥材出現Cd超標而影響藥材安全，推測可能與土壤環境質量特性存在一定關系。羅長浩[31]研究施有機肥對黃精活性成分的影響，發現對黃精多糖作用也較為顯著；Wu等[32]研究發現林下滇黃精理化指標整體優于大田，本研究中發現林下栽培的滇黃精的多糖、有效元素等整體也優于大棚；因此，栽培管理措施的差別也可能是導致兩種栽培模式滇黃精活性成分差異的原因。

3.2 結論

通過對云南省主產區18個產地林下、大棚不同栽培模式滇黃精-土壤14種礦質元素，滇黃精根莖品質進行分析比較；并探究了滇黃精-土壤之間的相關性，發現土壤礦質元素在一定含量范圍內對藥材具有一定程度的積極作用。發現林下栽培品滇黃精多糖含量、礦質元素均高于大棚、藥材品質也優于大棚。研究結果表明林下栽培模式值得推廣；同時，明確了土壤中各礦質元素含量的分布規律，可根據土壤中微量元素的豐缺狀況制定合理的施肥計劃，并為云南省滇黃精的科學化種植提供參考。