土壤元素有效性與姜黃質量的相關性研究

向姝暢， 薛 柳， 曾建宏， 代 偉， 鄭燕玲， 尹紅梅， 宋九華*

（1.樂山師范學院 化學學院，四川 樂山 614000；2.沐川縣安全生產監督管理局，四川 樂山 614500）

土壤元素有效性與姜黃質量的相關性研究

向姝暢1， 薛 柳1， 曾建宏2， 代 偉1， 鄭燕玲1， 尹紅梅1， 宋九華1*

（1.樂山師范學院 化學學院，四川 樂山 614000；2.沐川縣安全生產監督管理局，四川 樂山 614500）

目的：測定不同產地姜黃及其生長土壤中無機元素含量，分析各元素含量之間的相關性，探討生長土壤中無機元素對姜黃中無機元素含量的影響。方法：采用微波消解，原子吸收分光光度法測定姜黃及其生長土壤8種無機元素含量。結果：通過相關性分析和逐步回歸分析發現姜黃中的Cr與Ni，Cd與Mn，Cu與Fe含量之間有顯著相關性；姜黃中的Mn與土壤中的Cr、Cu、Fe、Ni、Mn之間有顯著相關性。結論：研究結果為姜黃藥材從無機元素這一角度進行品質品評提供參考，同時也為姜黃資源的合理利用及GAP研究提供理論依據。

姜黃；無機元素；土壤；關聯分析

姜黃，姜科植物姜黃（Curcuma longa L.）的干燥根莖，主要產地是四川和福建。它具有驅寒消炎、通經止痛、活血行氣的功效，用于胸脅刺痛，女性痛經、閉經，風濕肩臂疼痛，腹痛跌撲腫痛[1-2]。研究表明，無機元素的種類及含量對中藥的療效有著很重要的影響，中藥中的元素對人體所缺乏的元素有調節和補充作用[3]。由于植物的生長受很多因素的影響，因此植物中的無機元素不盡相同，在同種植物體內的元素種類大體相同，但因為內部環境和其所生長的外部環境，其含量也不盡相同[4-5]。不同的植物對微量元素的需求量不一樣，對微量元素的富集能力也不一樣，這也是藥材多樣性的一個重要原因[6]。近年來，對姜黃的研究主要集中在對姜黃中的揮發油及姜黃素方面的研究，其中對姜黃中的姜黃素和揮發油的藥用價值及市場價值有許多探討[7]，對姜黃中無機元素的分析方法也有部分研究[8-10]，但對姜黃中的無機元素及其所生長土壤中的無機元素的相關性并沒有過多的討論和深入研究[11]。本研究對四川23個不同產區姜黃藥材及其生長土壤中鉻、鎘、鉛、銅、鐵、鋅、鎳、錳8種無機元素含量進行了測定，研究其元素分布規律及藥材與土壤中元素含量的關系，探討藥材對元素的吸收規律，為豐富和發展姜黃藥材多指標評價體系及品質形成的成因提供參考，為藥材部分藥理作用機制及藥材的種植提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 儀器試劑

A3AFG-12型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；AL104電子天平（梅特勒-托利多儀器上海有限公司）；UPT-I-20T超純水器（成都超純水科技有限公司）；SHZ—DⅢ循環水式多用真空泵；COOLPEX型微波化學反應儀（上海屹堯儀器科技有限發展公司）；Ni、Pb、Cr、Cd、Mn、Zn、Cu、Fe元素的標準溶液（國家標準物質網），其他試劑均為優級純。

1.2 樣品采集

姜黃藥材及其土壤樣品于2016年5月，采自樂山周邊的犍為、沐川及市中心，采樣時每塊地采用5點取樣法，采集生長兩年以上的姜黃根莖，洗凈、烘干、粉碎備用，同時采集其根際土壤混勻干燥后磨細、過篩。姜黃和土壤樣品各23份，1-7號樣品來自犍為，8-13號來自沐川，14-23號樣品來自市中心。

1.3 樣品制備

姜黃樣品：在50℃的烘箱中烘干至恒重，粉碎 (過60目篩)，準確稱取0.5 g左右，精確到0.0001 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，加濃硝酸5 mL，用微波消解儀消解，根據微波消解儀所提供的消解方法，消解完后溶液呈綠色，放在電熱板上加熱，加入濃硝酸洗消解罐，待溶液變成澄清透明后，放冷，用3%硝酸溶液洗滌，洗液合并于50 mL容量瓶中，并定容至刻度，搖勻[12]。

土壤樣品：自然風干，粉碎，過100目篩，準確稱取土壤樣品0.25 g，精確到0.0001 g，置于聚四氟乙烯消解罐中，加濃硝酸6 mL，濃鹽酸2 mL，氫氟酸2 mL，使用微波消解儀消解，根據微波消解儀所提供的消解方法，消解完后溶液呈黃色，放在電熱板上加熱，加入濃硝酸洗消解罐，若溶液還是黃色，則加入少量氫氟酸在坩堝中，待溶液變成澄清透明后，放冷，用0.2%硝酸溶液洗滌，洗液合并于50 mL容量瓶中，并定容至刻度，搖勻[13]。

無機元素標準溶液的制備：用移液管精確移取不同體積的元素標準儲備液，稀釋定容至50 mL，配置成不同濃度梯度的標準溶液。分別測定其吸光度，繪制各元素的標準曲線。

所測元素均采用原子吸收分光光度法進行測定。

2 結果與分析

2.1 姜黃藥材中無機元素的含量特征

2.1.1 不同產區姜黃樣品中無機元素的含量

含量測定結果見表1。

表1 姜黃中各無機元素的含量（μg/g）

由表1可知：姜黃中每種元素的含量都不同，并且在這8種元素中，鐵和鋅的含量相對較高，其他幾種的含量相對較低。鉻平均含量為0.17 μg/g，含量區間為0.08～0.39 μg/g；鎘平均含量為0.04 μg/g，含量區間為0.00～0.19 μg/g；鉛平均含量為0.06 μg/g，含量區間為0.00～0.28 μg/g；銅平均含量為0.21 μg/g，含量區間為0.04～0.48 μg/g；鐵平均含量為8.80 μg/g，含量區間為3.16～16.00 μg/g；鋅平均含量為13.67 μg/g，含量區間為2.99～43.70 μg/g；鎳平均含量為0.11 μg/g，含量區間為0.01～0.36 μg/g；錳平均含量為2.99 μg/g，含量區間為0.24～6.01 μg/g。

圖1 姜黃中無機元素的含量

根據姜黃元素的定量測量結果，繪制了折線圖，把每個樣品的元素含量均在圖上展現。為了繪圖方便把所有元素單位統一為μg/g。由圖1可見在23個姜黃樣品中，8種無機元素基本具有相似的峰形，說明其元素分布呈現非常相似的有規律的分布形態，只是由于產地不同，個別樣品的含量有所差異。在近似的峰形中均體現出Zn＞Fe＞Mn＞Cu＞Cr＞Ni＞Pb＞Cd的趨勢。與田玉梅所測的五種郁金香無機元素比較姜黃無機元素含量中的Fe、Zn的含量有較大差異，而其他微量元素的含量相差不多[12]，這可能與所生長的環境有關。

2.1.2 姜黃生長土壤中無機元素的含量

表2 土壤中各無機元素的含量（μg/g）

由表2可知，土壤中每種元素的含量也不同，且在這8種元素中，每種元素之間的差值也更大，鐵和鋅的含量相對較高，其他幾種的含量相對較低。鉻平均含量為1.16 μg/g，含量區間為0.53～1.91 μg/g；鎘平均含量為0.16 μg/g，含量區間為0.00～0.68 μg/g；鉛平均含量為3.48 μg/g，含量區間為0.70～21.77 μg/g；銅平均含量為0.49 μg/g，含量區間為0.19～1.17 μg/g；鐵平均含量為31.37 μg/g，含量區間為8.13～49.49 μg/g；鋅平均含量為96.65 μg/g，含量區間為33.35～156.44 μg/g；鎳平均含量為0.93 μg/g，含量區間為0.22～2.08 μg/ g；錳平均含量為8.95 μg/g，含量區間為1.65～14.11 μg/g。

由表1和表2得到，姜黃和土壤中的每種微量元素的含量都有差異，但姜黃與所生長的土壤里的無機元素的含量呈現相同的變化趨勢，且重金屬的含量很少，對人體食用姜黃并沒有多大的影響，因為這些微量元素可以幫助人體補充、協調自身的微量元素[14]。

2.2 相關性分析

本次實驗采用SPSS Statistics 19軟件對數據進行相關性分析。

2.2.1 姜黃中無機元素之間的相關性分析

表3 姜黃中各無機元素之間的相關性分析

由表3可知，姜黃中的鉻和鎳在0.01水平上呈極顯著正相關；鎘和錳在0.05水平上顯著正相關，銅和鐵在0.05水平上顯著正相關。

2.2.2 姜黃與土壤中無機元素的相關性分析

表4 姜黃與土壤中無機元素的相關性分析

由表4可知，姜黃中的錳和土壤中的鉻、鐵、鎳在0.05水平（雙側）上呈顯著負相關，和土壤中的銅、錳在0.01水平（雙側）上呈顯著負相關，姜黃中的其他無機元素與土壤中無機元素均無顯著相關性。

2.3 逐步回歸分析

分別以姜黃各元素Cr、Cd、Pb、Cu、Fe、Zn、Ni、Mn的含量作因變量（Y），以姜黃中的主要無機元素 Cr（X1）、Cd（X2）、Pb（X3）、Cu（X4）、Fe（X5）、Zn（X6）、Ni（X7）、Mn（X8）和土壤中的主要無機元素Cr（X9）、Cd（X10）、Pb（X11）、Cu（X12）、Fe（X13）、Zn（X14）、Ni（X15）、Mn（X16）作自變量，運用多變量逐步回歸去除對姜黃中各無機元素含量影響較小的因子，建立姜黃各無機元素含量與主導因子的回歸方程，結果見表5。

表5 逐步回歸分析結果

由表5可見，姜黃中鉻受到姜黃中鎳元素的正向促進作用，決定系數R2為0.394，其相關系數達0.683；姜黃中鎘元素含量受到姜黃中錳及土壤中鐵和鉛的共同正向促進作用，相關系數分別為0.021，0.002和0.008，決定系數為0.641；影響姜黃中銅元素含量的主要因子為姜黃中的鐵元素，其相關系數為0.014，決定系數為0.255；影響姜黃中鐵元素含量的主要因子為姜黃中的銅元素，其相關系數為16.664，決定系數為0.233；影響姜黃中鎳元素含量的主要因子為姜黃中的鉻元素，相關系數為0.577，決定系數為0.394；影響姜黃中錳元素含量的主要因子為姜黃中的鎘元素和土壤中的錳元素，其相關系數為分別為20.226和-0.365，決定系數為0.625。通過分析發現在姜黃的生長過程中，姜黃的微量元素含量受到土壤里的微量元素和姜黃里的微量元素的共同影響，兩者起協同作用。

3 結果與討論

姜黃中藥材的有效成分有姜黃素類、揮發油以及無機元素，因此，無機元素也是評價藥材藥理性質的特征指標之一[15]。本次實驗發現來自不同產區的23個姜黃樣品中均富含有Zn和Fe等元素，其中Zn元素的含量最高，其次是Fe、Mn、Cu，最后為Cr、Ni、Pb、Cd。Zn、Fe、Mn這3種元素具有活血的藥理作用。在這23個姜黃藥材樣品中元素的含量分布呈現出相同的分布狀態。通過相關分析以及逐步回歸分析，發現影響姜黃中無機元素含量較大的影響因子是姜黃自身中微量元素鎳、錳、鐵、銅、鉻和鎘；另外，土壤中的鐵、鉛和錳協同姜黃中其他微量元素對姜黃中的鎘和錳含量產生影響。從實驗結果發現，姜黃中重金屬元素的含量很低，對人體產生的危害很小，而人體所必需的微量元素的含量相對較高，對人體中的微量元素起補充和協調作用，說明姜黃的藥用價值很好。研究這些人體所必需的微量元素和對人體有危害的重金屬元素，可以知道姜黃的藥用價值，為研究姜黃藥理作用與無機元素之間的關系提供依據。綜上所述，可以從無機元素這一角度對姜黃藥材的藥理品質進行評價。

植物體內的各種無機元素含量一定程度上受到土壤中的無機元素含量的影響，但土壤并不是影響藥材中無機元素含量的主要因素[16]。通過對姜黃藥材中無機元素含量與其生長土壤無機元素含量進行相關性分析發現，姜黃中的錳和土壤中的鉻、鐵、鎳、銅、錳呈顯著負相關，受土壤元素的影響較大。根據實驗結果發現，姜黃中的一些微量元素與其生長土壤中元素存在一定的相關性，不僅有顯著正相關，也有顯著負相關，說明土壤中的無機元素對姜黃中的無機元素具有協同作用、拮抗作用和選擇性吸收等特點。

參考文獻：

[1]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典（一部）[M].北京：化學工業出版社，2010：247.

[2]趙秀玲.姜黃的化學成分、藥理作用及其資源開發的研究進展[J].中國調味品，2012，37（5）：9-13.

[3]貢濟宇，許天陽.中藥微量元素的研究[J].微量元素與健康研究，2002，19（4）：69.

[4]劉亞軒，李曉靜，白金峰，等.植物樣品中無機元素分析的樣品前處理方法和測定技術[J].巖礦測試，2013，32（5）：681-693.

[5]張囡.穿龍薯蕷質量控制及評價研究[D].沈陽：遼寧中醫藥大學，2011.

[6]簡再友，王文全，游佩進.中藥微量元素的研究[J].微量元素與健康研究，2009，11（4）：10-17.

[7]陳曉瑩.用GC/MS法比較姜黃揮發油的兩種提取方法[J].廣東藥學院學報，2001，4（10）：293-296.

[8]舒薇，高秋，周芥鋒，等.火焰原子吸收光譜法測定中藥莪術及姜黃中的微量元素的含量[J].微量元素與健康研究，2015，32（6）：34-35.

[9]關燕云，解文麗，艾春香.姜黃素的生理功能及其在水產配合飼料中的應用[J].中國飼料，2015，3（16）：11-15.

[10]周瑤瑤，張俊峰.姜黃素在心血管疾病中的應用[J].國際心血管病雜志，2015，42（1）：41-43.

[11]朱曉梅.秦巴山區漢中中藥材姜黃中無機元素的測定[J].光譜實驗室，2011，28（5）：2558-2561.

[12]田玉梅，周丹，張瑋，等.五種郁金無機元素比較及樣品元素間相關性分析[J].光譜學與光譜分析，2008，28（9）：2192-2195.

[13]張志強，石帥，李夢凝，等.微波消解-火焰原子吸收光譜法測定土壤、沉積物中的錳[J].科技世界，2015，6（22）：241-243.

[14]韓婷，宓鶴鳴.姜黃的化學成分及藥理活性研究進展[J].解放軍藥學學報，2001，10（2）：95-97.

[15]房海靈，郭巧生，邵青松.野菊花中元素分布特征及相關性和主成分分析[J].中國中藥雜志，2010，35（18）：2432-2436.

[16]汪麗婭，孟繁蘊，張文生，等.黃草烏原藥材與土壤無機元素相關性研究[J].北京中醫藥大學學報，2005，28（3）：68-71.

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

［責任編輯、校對：李書華］

2016-11-11

大學生創新訓練計劃項目“土壤無機元素對姜黃質量的影響研究”（201610649051）；四川省教育廳項目“秦艽品質與土壤因子的相關性研究”(15ZA0283)

向姝暢（1995—），女，四川達州人。樂山師范學院本科生。

宋九華（1974—），女，四川仁壽人。樂山師范學院高級實驗師，研究方向：藥用植物資源評價及次生代謝產物。