土壤无机元素化学形态与滇重楼主要有效成分相关性研究- 大数跨境

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土壤无机元素化学形态与滇重楼主要有效成分相关性研究

天然产物研究与开发

2023-09-15

导读：本文探究了野生和栽培产地滇重楼根际土壤中16种无机元素的5种化学形态分布规律及其与药材品质的相关性。

施志芬1,2 盘付梅1,2 谷文超2 王光志1* 周浓2*

1 成都中医药大学药学院

2 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

前言

滇重楼(Paris polyphylla var. yunnanensis)为百合科多年生草本药用植物，主要以干燥根茎入药，性寒味苦，具有清热解毒、凉肝定惊、抗肿瘤、抗炎等功效。近些年来，由于制药产业的飞速发展，市场对滇重楼的需求成倍增加，而滇重楼药用部位生长缓慢，且繁殖率低下，导致野生滇重楼资源枯竭，因此，发展栽培种植品解决野生资源供应不足的问题已迫在眉睫。

元素形态分为物理和化学两种，其中化学形态指元素在环境中实际存在的分子或离子形式，与元素的富集性、迁移性及生物可利用性等密切相关，主要包括水溶态、交换态(弱酸提取态)、铁锰氧化态(可还原提取态)、有机态(可氧化提取态)、残渣态等。目前对土壤元素的研究主要集中对其元素全量的探讨，全量元素虽然能一定程度反映土壤元素总含量的高低，但却不能直观反映出真正能被植物吸收利用的元素含量，因此分析土壤中各元素形态的含量对了解某一地区元素分布状况将具有更加全面的意义。此外，已有大量学者对中草药根际土壤中的各种重金属元素形态含量进行了探讨，却鲜少有对其他无机元素形态的分析。其中，Shen研究了丹参中无机元素的吸收和迁移规律，发现丹参中的无机元素含量受根际元素形态分配的影响较大，主要受根际土壤中交换态、残渣态、有机态和铁锰氧化态含量的交互影响。这为滇重楼品质、根际土壤、元素形态迁移等相关方面的研究提供了很好的示范与借鉴。

本研究采用BCR顺序提取法提取各元素的化学形态，采用电感耦合等离子体质谱法(inductivelycoupled plasma mass.ICP-MS)进行含量测定，探究滇重楼野生品与栽培品的根际土壤中16种无机元素的分布规律及含量大小，并与有效成分进行相关性分析，以期为滇重楼合理施肥及规范化种植提供参考。

代表性结果

讨论与结论

元素形态是生态地球化学调查与评价的重要内容之一，是研究元素迁移和转化等循环规律的重要基础。研究表明，水溶态和交换态具有较高的生物有效性，在环境体系中极易迁移和转化而被植物吸收利用。结合本研究结果，水溶态中的K元素含量较高，其作为植物重要的营养元素之一，能够促进滇重楼的光合作用，调节植株体内细胞渗透压，增强植物对不良环境的适应能力。相比于野生滇重楼，栽培品中的K元素含量明显较高，说明了栽培地块中土壤肥力较好，这可能与栽培滇重楼的人工施肥有密切关系。但另一重要营养元素P在交换态和水溶态中的含量少，在有机态和残渣态中的含量高，在栽培地块的人工处理方面可以适当追施磷肥，提高土壤肥力。对一些有重要作用，但含量少或者是未检测出的元素，也应当采取施肥的措施来进行弥补，在交换态中并未检测出Mo元素，但Mo元素在滇重楼植株的光合作用、株高、根茎产量等方面有着积极地促进作用。铁锰氧化态是元素与水合Fe2O3和Mn2O3生成结核体的一部分，其稳定度很差，研究表明这一形态重金属易通过还原反应从而被释放出来，对环境具有潜在威胁。有机态具有较强的化学键，在强氧化条件下才能分解，因此较为稳定。在这两种化学形态中，Ca、Mg、Al、Fe等元素的含量较高，说明它们未与上述离子团结合或结合体不稳定，皆未检测出Na元素，说明处于游离状态的Na+在交换态提取过程中已被提取。残渣态是元素被包裹在矿物晶格中的一种形态，此形态十分稳定，不易被释放也不易被植物利用，是一种惰性形态。在本次的研究中，大部分元素以残渣态的形式存在，侧面反映了实际可以被利用的元素含量很低。不同产地各化学形态元素丰富度不一，同一元素的含量也不一致，有些甚至差异明显，这与产地所在地理环境，农业生产方式，栽培以及后期施肥管理等因素有关。对滇重楼野生和栽培品根际土壤中各元素化学形态的研究，直观的反映了土壤元素的有效含量。

相关性分析表明，滇重楼药材的品质与其根际土壤元素有着密切的关系。营养元素对有效成分的作用不一定都是正向的，就如水溶态、铁锰氧化态、交换态中的P、K元素，在促进滇重楼植株健康生长的同时在一定程度上也对其有效成分的累积产生了一定的抑制作用。同一化学形态下的同一元素，对有效成分的作用不一定是单一的，就如有机态K、Se元素对有效成分的形成既有拮抗作用又有促进作用。不同化学形态下的不同种元素，对有效成分的作用趋势可能是一致的。就如不同化学形态下的Al、Ba、Fe、Se等元素与重楼皂苷呈显著的正相关关系，其中的Se元素贡献尤为突出，其交换态、水溶态以及有机态都对重楼皂苷VI、VII、H有极大促进作用。同时，Se元素也是人体必需的微量营养元素，近年来富Se产品受到广泛追捧。因此，在滇重楼的人工栽培过程种适当施加Se肥，能够提高其药用价值以及经济价值。残渣态元素因其自身特性，不易被植株吸收利用，与各有效成分的相关性也就远低于其他化学形态元素。因此，在进行土壤元素研究时，在研究全量元素的同时，也要注重对元素形态的分析，以便了解土壤元素的有效性。

药用植物的根际土壤，是植株与外界环境进行物质交换的直接媒介，是影响药用植物品质与产量的物质基础。根际土壤中的无机元素在中药材适宜种植区域的选择、规范化种植、品质形成与评价方面扮演着重要角色。因此探究各化学形态下的具体元素含量以及各元素与药材有效成分之间的关系就显得格外重要。本研究初步探究了滇重楼根际土壤各元素形态下的具体元素与重楼皂苷的关系，以期为滇重楼适宜生长区域的选择、规范化种植、品质形成与评价等方面提供参考。而关于不同产地滇重楼根际土壤中各无机元素是如何迁移与转化的相关问题仍需要进一步探究。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2023年第8期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。

引用格式：施志芬,盘付梅,谷文超,等.土壤无机元素化学形态与滇重楼主要有效成分相关性研究[J].天然产物研究与开发,2023,35:1380-1392. Shi ZF,Pan FM,Gu WC.et al.Correlation between the chemical forms of soil inorganic elements and the main active components of Paris polyphylla var. yunnanensis[J].Nat Prod Res Dev,2023,35:1380-1392.