三七各器官Cu、Cr、Cd、Pb 含量特征及其健康風險評價

郭 婷，何忠俊，李冬雪，李昕悅，梁社往，熊俊芬，洪常青

（1.云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201；2.云南農業大學農學與生物技術學院，云南 昆明 650201）

【研究意義】三七〔Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen〕為五加科人參屬植物，以塊根、蘆頭入用藥，味甘、微苦、性溫［1］。研究表明，三七在人體血液系統、心血管系統、神經系統、免疫系統等多方面具有生理活性，尤其對心、腦血管系統疾病具有明顯療效，可降低心肌耗氧量、改善心肌缺血、抗心律失常、降血脂、降血壓、抗休克等，同時，能改善腦血循環、保護實驗性腦缺血等［2］。三七已有500 余年栽培歷史，初始道地產地為廣西，后因各種原因遷移到云南省文山州，目前文山為三七的主要道地產地［3］。三七醫用價值高、藥效好，是多種中成藥原材料，可以藥食兩用，還可以作為日化用品的開發原料，市場需求量大［4］。蘆頭在三七地下部分中所占比例小，但其皂苷含量高，主要用于制藥企業提取皂苷組分的原料［5］。2016 年云南省批準三七莖葉作為地方特色食品，目前三七莖葉多用于皂苷提取原料，也有部分作為袋泡茶飲用［6-7］；筋條和須根多用于藥膳。云南是三七的主產地，近幾年隨著三七需求量快速增加，三七種植范圍已由文山州擴展到云南省紅河、曲靖、昆明、玉溪等13 個州市［8］。廣西百色、廣東南雄等地也有種植，廣西百色三七主要分布在百色的靖西、田東、田陽、德保等地，特別是靖西因自然條件適宜、三七的產量高、質量好而被譽為“三七之鄉”［9］。“文山三七”第一批通過GAP 基地認證，第一個獲得國家地理標志保護中藥材［7］，2016 年《文山三七道地藥材》行業標準發布實施。近年來，隨著三七連作障礙加重、道地產區租地成本增加和三七需求量的增長，三七種植區域已由文山州向周邊州市大面積擴展。道地產區三七產量不斷縮減，促使三七產地從道地產區文山不斷向外擴展，出現非道地產地三七充當道地產地三七現象，導致三七品質下降。

【前人研究進展】作為三七主產區的云南地質結構復雜，金屬礦藏豐富，三七種植地土壤重金屬背景值相對較高，再加上礦業活動的無序擴張以及含重金屬農藥的大量施用，重金屬污染問題日益嚴重，已對三七藥材的國際貿易及藥品質量安全產生了嚴重威脅［9］。在三七種植過程中，部分種植者為減少病蟲害、提高藥材產量，大量施用化肥、農藥，也導致三七重金屬污染。林龍勇等［10］研究發現，三七須根、主根、莖、葉存在較為嚴重的鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）超標，其不同部位的3 種元素超標范圍分別為81%～100%、75%～100%、25%～ 63%；趙靜等［11］研究發現，三七藥材中As 超標率為32.4%，Cd超標率為29.7%。三七作為大量中成藥的原料，重金屬污染問題可能會影響用藥安全［12］，重金屬元素的過量攝入對人體會產生一系列急、慢性的中毒反應［13］。Roy 等［14］對種植于重金屬冶煉廠周圍的胡蘿卜進行研究，發現食用該土壤中生長的胡蘿卜會導致Cd 攝入量超標，可能會對成人和幼兒造成重金屬健康風險。Lukaski 等［15］研究發現微量Cr（Ⅲ）可增強細胞產生胰島素，但200 μg/L Cr（Ⅵ）就會引起人體細胞DNA 突變。因此，三七的重金屬含量特征及其健康風險是一個值得關注的問題。

【本研究切入點】通過對三七莖葉、蘆頭、塊根、筋條及須根5 個器官中銅（Cu）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）4 種重金屬的含量特征進行試驗分析，揭示三七各部位重金屬轉運特征，并對人體健康安全提出評價。【擬解決的關鍵問題】為三七藥品安全性評價提供參考以及三七適宜種植地區選擇提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及制備

供試三七樣品采自云南、廣西、廣東三七種植面積較大的地塊，共43 個采樣點，包括：廣東南雄-廣西靖西片區4 個采樣點，分別采于廣西百色與廣東南雄；云南文山州各縣15 個采樣點，分別采于文山、硯山、馬關、西疇、丘北和麻栗坡6 個縣；云南三七新拓展區域24 個采樣點，分別采于紅河州瀘西、石屏、屏邊、蒙自、建水5個縣，昆明市石林、尋甸、祿勸3 個縣，以及曲靖市羅平縣、玉溪市紅塔區、保山市騰沖縣。在每個三七種植地塊內隨機采集三七植株樣10～15株，以GPS 精確定位并記錄采樣點的基本情況。

將三七植株帶回實驗室，用滴加洗潔精的自來水洗去泥土，再用含1%檸檬酸的蒸餾水漂洗、去除表面附著的礦質元素，最后用蒸餾水沖洗干凈，攤開晾干附著的水分，按莖葉、主根、蘆頭、筋條、須根分開，60 ℃烘干，粉碎過0.150 mm 篩，裝入自封袋備用。

1.2 樣品測定方法

采用HNO3-HClO4法消煮［15］，準確稱取0.5000 g 三七粉碎樣品，加入10 mL HNO3和2 mL HClO4，在石墨消解儀中緩慢加熱消煮至透明，用超純水定容至50 mL；用電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS，Elan6100DRC 型，美國Perkin Elmer 公司）測定重金屬Cu、Cr、Cd、Pb 含量［16］。

銅、鉻、鎘、鉛等試劑標準液濃度均為1 mg/mL（由中國計量科學研究院化學計量與分析科學研究所提供），其余試劑均為優級純，水為去離子水。

1.3 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2010 及SPSS 25.0 進行統計分析。

根據所檢測的三七塊根中Cu、Cr、Cd、Pb含量以及《中國藥典》［18］規定每日服用三七粉的最大限量值9 g，計算成人每周實際重金屬攝入量，并與PTWI（mg）比較，評價其食用安全性。以AWI 占PTWI 的百分比即AWI/PTWI×100%對食用安全性進行評價，所占比例越高，其食用安全性越低。

AWI（mg）=三七重金屬濃度（mg/kg）×三七每周攝入量（kg/d）×7（d）

PTWI=PTWI（mg/kg）×成人體質量

周攝入量占PTWI 百分比（%）=每周攝入量（mg）/PTWI 值（mg）

式中，AWI 為成人每周實際重金屬攝入量（mg），PTWI 為成人每周可耐受攝入量（mg），成人體質量以70 kg 計。

2 結果與分析

2.1 三七各器官重金屬累積狀況分析

從表1 可以看出，43 個三七樣品中，莖葉、蘆頭和須根4 種重金屬元素含量均表現為Cu＞Cr＞Pb＞Cd，而塊根和筋條則表現為Cr＞Cu＞Pb＞Cd。其中，廣西靖西-廣東南雄與新拓展區三七5 個器官的Cu 元素含量均存在顯著差異，Cr 元素含量除須根外其他器官均存在顯著差異，Pb 元素含量在塊根與筋條中存在顯著差異、其他部位無顯著差異；廣西靖西-廣東南雄與文山州三七莖葉、蘆頭和塊根的Cu 元素含量存在顯著差異；文山州與新拓展片區三七筋條的Cr 元素含量存在顯著差異、其他部位及元素均無顯著差異；3 個片區三七各個器官Cd 元素含量均無顯著差異。43 個三七樣品中，4 種重金屬元素最大含量均位于須根，Cu、Cr 含量最高的為廣西靖西-廣東南雄三七，分別為43.180、14.44 mg/kg；Cd、Pb 含量最高的為新拓展區三七的須根，其含量分別為3.51、8.57 mg/kg；不同采樣片區重金屬含量有一定的差異，三七莖葉、蘆頭、塊根、筋條和須根各個部位的Cu、Cr 含量均表現為廣西靖西-廣東南雄＞文山州＞新拓展區；三七各部位的Cd 含量均表現為新拓展區＞文山州＞廣西靖西-廣東南雄；Pb 元素各個部位的含量趨勢不同，其中莖葉、蘆頭、塊根和筋條表現為文山州＞廣西靖西-廣東南雄＞新拓展區，須根的Pb 元素含量則表現為新拓展區＞文山州＞廣西靖西-廣東南雄。

表1 不同地區三七各器官4 種重金屬元素含量Table 1 Contents of four heavy metal elements in various organs of Panax notoginseng from different regions

由表2 可知，4 種重金屬元素在三七不同部位的分布均表現為地下部分含量高于地上部分，且地下部分重金屬元素多集中于須根。其中，Cu元素在莖葉、蘆頭、筋條的含量與塊根、須根差異顯著；Cr 元素在蘆頭、塊根、須根的含量與筋條差異顯著，莖葉與其他4 個部位差異不顯著；Cd 元素在莖葉、蘆頭、塊根、筋條的含量與須根差異顯著；Pb 元素在蘆頭、塊根、筋條的含量與須根、莖葉差異顯著，莖葉與須根的Pb 元素含量也存在顯著差異。

表2 三七不同器官4 種重金屬元素含量Table 2 Contents of four heavy metal elements in different organs of Panax notoginseng

參照2020 版《中華人民共和國藥典》［18］，三七中Cu、Cd、Pb 含量的限量標準分別為20、1、5 mg/kg，而Cr 元素限量標準在2020 版《中華人民共和國藥典》［18］以及《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》［19］中均未提出，因此本試驗引用食品中污染物限量規定，在我國食品安全國家標準GB 2762-2017 中規定的食物重金屬Cr 限量標準為2 mg/kg。依照上述標準，由表3 可知，43 個三七植株樣品不同部位表現出不同程度的超標現象，超標程度表現為Cr＞Pb＞Cd＞Cu，莖葉、蘆頭、塊根、筋條、須根的Cr 超標率分別為93.02%、100%、75%、18.51%、100%，Pb 超標率分別為16.28%、2.33%、0、0、66.67%，Cd超標率分別為2.3%、2.3%、0、8%、68%，Cu 超標率分別為4.65%、2.33%、0、0、48.15%，其中三七各個部位Cr 元素超標顯著，應加強三七種植區Cr 元素的管控。三七不同部位間4 種重金屬元素超標率也存在顯著差異，表現為須根＞莖葉＞蘆頭＞塊根＞筋條，其中須根的Cu、Cr、Cd、Pb 超標率分別為50.18%、100%、68.00%、66.67%，4 種重金屬含量超標率均超過50%，應加強對三七須根中4 種重金屬安全性的關注。

表3 三七各器官4 種重金屬元素超標率Table 3 Over-standard rates of four heavy metal elements in various organs of Panax notoginseng

2.2 不同產地三七對重金屬元素的轉運特征

轉運系數（TF）常被用來評估化學物質在植物體內的遷移能力［20］。由圖1 可知，4 種重金屬從三七地下部分遷移到莖葉的平均轉運能力表現為Pb＞Cu＞Cr＞Cd，其中Cu、Cd、Pb 平均轉運系數均大于1，而Cr 的轉運系數則小于1，說明三七體內可能具有較強的Cu、Cd、Pb 向地上部轉運能力。在三七各器官中，塊根向莖葉轉移重金屬的能力最強，蘆頭次之，須根最小，其中Cd 元素由須根向莖葉的轉移系數最小，僅為0.13，說明Cd 元素從須根向莖葉的轉移能力較差；Pb 元素由筋條向莖葉的轉移系數最大，為3.09，說明Pb 元素由筋條向莖葉的轉移能力最強。

圖1 三七各器官4 種重金屬元素向莖葉的轉運系數Fig.1 Transport coefficients of four heavy metal elements to stems and leaves in vavious organ of Panax notoginseng

2.3 三七塊根重金屬健康風險初步評價

塊根是三七的主要藥用部位，因此對三七塊根進行健康風險評價。根據所檢測的三七塊根中Cu、Cr、Cd、Pb 的含量以及我國居民每周三七粉的攝入量，計算成人每周實際重金屬攝入量（AWI），并與PTWI 比較，評價其食用安全性，評價結果見表4。43 個三七樣本塊根的Cu、Cr、Cd、Pb 平均每周實際攝入量（AWI）占PTWI 的百分比分別為0.11%～0.27%、1.05%～1.84%、0.68%～1.01%、10.21%～25.25%，平均分別為0.12%、1.45%、0.80%、16.84%，主要表現為Pb＞Cr＞Cd＞Cu。Pb 平均每周實際攝入量（AWI）占PTWI 的百分比最高為25.25%，平均為16.84%，Cd、Cu、Pb 元素按照此標準攝入三七塊根對人體健康風險相對較較低，尤其是Cu 元素，其平均每周實際攝入量（AWI）占PTWI 的百分比平均僅為0.12%，這可能是由于人體對Cu 元素的代謝能力較強。廣西靖西-廣東南雄、文山州、新拓展區3 個片區三七的Cd、Cr、Cu 攝入風險差異較小，廣西靖西-廣東南雄與新拓展區三七的Pb攝入風險差異較大。評價結果顯示，以所有三七塊根重金屬平均含量計算，4 種重金屬攝入量均未超過PTWI 值，表明目前成人每周攝入該產地三七塊根暫時是安全的，尚未存在食用安全隱患。

表4 三七塊根重金屬AWI 占PTWI 的百分比Table 4 Percentage of AWI of heavy metals in PTWI in roots of Panax notoginseng

3 討論

本研究對3 個片區43 個三七樣本的莖葉、蘆頭、塊根、筋條和須根Cu、Cr、Cd 和Pb 元素進行測定，發現三七各器官中4 種重金屬元素含量均存在差異，整體表現為地下部分含量＞地上部分。三七根系不僅是吸收重金屬的主要器官，其吸收的重金屬元素也能不斷地遷移到地上部位，而且三七塊根作為藥用的主要器官，對重金屬的累積含量將對三七藥用安全構成風險［21］。陳璐等［22］通過研究發現，三七不同器官對重金屬的累積能力不同，其中須根對重金屬的累積能力最強。重金屬元素從土壤進入植物體內的過程與植物本身的遺傳特性、主動吸收功能和對元素的富集能力有關，不同的植物對重金屬元素具有不同的吸收和累積特性，植株的不同器官對不同重金屬也有不同的吸收特征［23］，這可能是造成三七各器官重金屬元素含量差異的原因。本研究發現三個片區的三七重金屬元素含量差異較大，這與地質背景、土壤類型、化肥農藥施用等有關［10，24］。趙靜等［11］研究發現，三七全部根系Cr、Cd 含量存在一定的超標現象，超標率分別為37.8%、29.7%，Cu 和Pb 均符合規定標準，超標率為0。本研究將根系分為塊根、筋條以及須根3 個部分，發現須根中Cu、Cr、Cd、Pb 元素超標較為嚴重，超標率分別為50.18%、100%、68.00%、66.67%；塊根和筋條中僅發現Cr 元素超標，超標率分別為75%、18.51%，其他3 種元素均未超標。本研究僅對三七各器官Cu、Cr、Cd、Pb 污染情況進行了研究，而未對土壤重金屬污染進行研究，后期可根據加強三七產區土壤重金屬污染狀況的研究，以便對三七重金屬污染進行全面的管控。

不同植物對不同的重金屬轉運規律不同。由于重金屬不是植物必需營養元素，除超累積植物外，大部分植物盡量抑制重金屬的吸收或避免其向地上部轉運［17］。陳璐等［22］研究發現，Cr、As、Pb 3 種重金屬從地下部分轉運到地上部分的能力較弱，而Cd、Hg 從蘆頭轉運到莖的能力較強。本研究中，Cu、Cd、Pb 元素從地下部分運轉到地上部分相對容易，而Cr 不容易從地下部分運轉到地上部分。與其他各器官相比，三七的須根向地上部分的轉運能力最弱，因而最容易富集重金屬元素。

重金屬在人體內存在生物富集作用，長期攝入可能會引發人體一系列急慢性中毒反應［11］。人類長期攝入受Cu、Cr、Cd 和Pb 等重金屬污染的中藥材，會導致重金屬在體內累積并造成一系列的中毒反應。孫兆帥等［25］通過目標危害商（THQ）對三七塊根進行健康風險評估發現，通過食用三七而攝入As 潛在健康風險最高，Cd 風險最小，但Pb、Cd、As、Cu 均不會對人體造成潛在健康風險。本研究發現，三七塊根存在較高的Pb、Cd、Cr 攝入風險，而Cu 未發現存在攝入風險；同時，食用三七塊根攝入Cr 的健康風險最高，地區差異較大，Cu、Cd、Pb 攝入風險較低，地區差異也較小。雖然4 種重金屬攝入風險低，但重金屬會在人體產生生物富集作用，長期攝入會引發一系列急慢性中毒反應，因此應控制重金屬的攝入量。

4 結論

本研究結果表明，重金屬Cu、Cr、Pb、Cd在三七各器官的分布存在一定差異，總體表現為地下部重金屬含量高于地上部，器官間的累積特征總體表現為須根＞莖葉＞蘆頭＞筋條＞塊根；對4 種重金屬的累積量表現為Cu＞Cr＞Pb＞Cd，超標的重金屬主要是Cr，莖葉、蘆頭、塊根、筋條和須根的超標率分別為93.02%、100%、75%、18.51%、100%。不同產地三七的4 種重金屬污染差異較大，各器官的Cu、Cr 含量表現為廣西靖西-廣東南雄＞文山州＞新拓展區；Cd 含量表現為新拓展區＞文山州＞廣西靖西-廣東南雄；Pb 在各器官含量趨勢不同，莖葉、蘆頭、塊根和筋條表現為文山州＞廣西靖西-廣東南雄＞新拓展區，須根則表現為新拓展區＞文山州＞廣西靖西-廣東南雄。

4 種重金屬從三七地下部分遷移到莖葉的平均轉運能力表現為Pb＞Cu＞Cr＞Cd，且Cu、Cd、Pb 平均轉運系數均大于1，而Cr 的轉運系數則小于1，表明三七具有較強的Cu、Cd、Pb 向地上部轉運能力。在三七各器官中，向莖葉轉移重金屬的能力表現為塊根＞蘆頭＞筋條＞須根。

本研究中，不同產地三七塊根重金屬Cu、Cd、Pb 日攝入量占FAO/WHO 規定的CDI/ADI 百分比均較小，對人體的健康風險較低，而Cr 的百分比達到50.88%，對人體攝入風險較高。不同產地三七塊根重金屬Cu、Cr、Pb 的攝入風險大小為廣西靖西-廣東南雄＞文山州＞新拓展區，Cd攝入風險為新拓展區＞文山州＞廣西靖西-廣東南雄。