ICP-MS法分析川藏高原不同產(chǎn)地手掌參礦質(zhì)元素含量

楊洋 徐立軍 吳宗耀 黃明進(jìn)

摘 要：?為分析川藏高原不同產(chǎn)地手掌參礦質(zhì)元素含量差異、評(píng)價(jià)其藥材質(zhì)量，采用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS） 法對(duì)7個(gè)不同產(chǎn)地手掌參中21個(gè)礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，P、Mn、Fe、Zn、Al、Cr、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb等12個(gè)礦質(zhì)元素在7個(gè)不同產(chǎn)地手掌參中含量差異較大，極值比均大于0.50。系統(tǒng)聚類(lèi)分析將7個(gè)產(chǎn)地手掌參樣品聚為4類(lèi)，其中米林縣、朗縣和阿壩縣各聚為一類(lèi)，而巴塘縣、理塘縣、波密縣以及昌都市合并聚為一類(lèi)。產(chǎn)地與礦質(zhì)元素對(duì)應(yīng)分析（又叫關(guān)聯(lián)分析）顯示12個(gè)礦質(zhì)元素累計(jì)含量（邊際活動(dòng)值）依次為：米林縣（672.97）<阿壩縣（838.17）<朗縣（890.61）<巴塘縣（918.90）<理塘縣（924.39）<波密縣（980.83）<昌都市（984.79）。同時(shí)，米林縣、波密縣、朗縣產(chǎn)手掌參與Al、Fe元素，朗縣與Al、Mg、Zn元素，昌都市、巴塘縣、理塘縣與P元素的關(guān)聯(lián)度較高。分析表明手掌參中P、Mn、Fe等12個(gè)礦質(zhì)元素的含量受產(chǎn)地的影響較大，具有區(qū)域性特征；而產(chǎn)地對(duì)手掌參中其他必需及有益元素含量的影響較小。

關(guān)鍵詞：手掌參；川藏高原；礦質(zhì)元素；含量分析

中圖分類(lèi)號(hào)：Q946.91

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008－0457（2023）03－0050－06

國(guó)際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2023.03.008

手掌參為蘭科植物手參屬手參 Gymnadenia conopsea （L.）R.Br的干燥塊莖，有補(bǔ)腎益精、理氣止痛之效［1］，是傳統(tǒng)的蒙藥、藏藥［2-4］ 。手參塊莖形似手掌而得名手掌參，又名藏三七、掌參、佛手參、手兒參或旺拉（藏名）［2，5］。手參在我國(guó)黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、山西、陜西、甘肅東南部、四川西部至北部、云南西北部、西藏東南部（察隅）均有分布，朝鮮半島、日本、俄羅斯、西伯利亞至歐洲一些國(guó)家也有，一般生于海拔265～4700 m的山坡林下、草地或礫石灘草叢中［1］。由于手參分布范圍廣，不同分布區(qū)域受降水量、濕度、溫度、光照、土壤類(lèi)型、地形地貌、海拔等的影響，手參生長(zhǎng)發(fā)育及其藥材品質(zhì)有很大差異［6］，同時(shí)手掌參作為傳統(tǒng)民族民間藥材，基礎(chǔ)研究較薄弱，在質(zhì)量評(píng)價(jià)方面，薛楠等［7］研究了藏藥手掌參藥材HPLC指紋圖譜，建立了手掌參藥材質(zhì)量HPLC評(píng)價(jià)方法；江洪濤等［8］研究了西藏林芝3個(gè)產(chǎn)地手掌參11種礦物元素含量，認(rèn)為手掌參含有K、Na、Ca等多種人體所必需的常量元素， 但Zn、Mg元素未檢出，文獻(xiàn)調(diào)研表明，對(duì)手掌參質(zhì)量評(píng)價(jià)尤其是礦質(zhì)元素的研究還不夠全面。然而，中藥材中常含有豐富的礦質(zhì)元素，其含量、累積量及比例可作為質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)［9］，一方面礦質(zhì)元素與中藥防病、治病、保健等功效密切相關(guān)，如K元素具有滲透調(diào)節(jié)作用，F(xiàn)e、Mn、Zn和Cu等礦質(zhì)元素為蛋白質(zhì)和酶的重要組成部分，具有延緩衰老、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)功能［10］；另一方面，植物礦質(zhì)元素主要來(lái)自土壤礦質(zhì)，有的礦質(zhì)元素可作為植物體組成成分，有的參與調(diào)節(jié)生命活動(dòng)，有的則兼有這兩種功能，其含量因植物種類(lèi)、植物組織或器官、生長(zhǎng)環(huán)境或年齡的不同而有差異，植物礦質(zhì)元素還對(duì)植物病害防控、重金屬脅迫有緩解作用［11］；其次，礦質(zhì)元素在植物體中含量與土壤背景值有關(guān)，表現(xiàn)出區(qū)域性特征，可以用于溯源，追溯植物生長(zhǎng)環(huán)境、植物產(chǎn)品來(lái)源等［12］；同時(shí)礦質(zhì)元素還會(huì)影響作物品質(zhì)和產(chǎn)品安全性（有害元素和重金屬），如在糧食作物水稻［13］、 果樹(shù)葡萄［14］、 中藥材天麻［15］等植物中礦質(zhì)元素含量與品質(zhì)有顯著相關(guān)性。鑒于此，本研究從植物必需的大量元素、微量元素，植物有益元素及有害元素等礦質(zhì)元素含量方面分析研究了川藏高原產(chǎn)手掌參藥材質(zhì)量及不同產(chǎn)地對(duì)其質(zhì)量的影響，為手參人工培育、藥材質(zhì)量控制及其產(chǎn)地溯源提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 ?材料與方法

1．1 ?試驗(yàn)材料與儀器

手掌參藥材采集自西藏朗縣、米林縣、波密縣及昌都市，四川巴塘縣、理塘縣和阿壩縣，地理分布如圖1所示，由西藏藏醫(yī)藥大學(xué)徐立軍教授鑒定為手參 G.conopsea 的干燥塊莖。主要試劑為分析純硝酸（重慶川東化工集團(tuán)有限公司）、硝酸水溶液及標(biāo)準(zhǔn)溶液制備用超純水；礦質(zhì)元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液Multi-element Calibration Standard # 2A（購(gòu)自安捷倫科技有限公司）。主要儀器為安捷倫7800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent7800 ICP-MS，安捷倫科技有限公司）、SX-5-12型箱式電阻爐控制箱（天津市泰斯特儀器有限公司）、TANKPE030純水機(jī)（成都唐氏康寧科技發(fā)展有限公司）。

1.2 ?試驗(yàn)方法

1.2.1 ?供試品的制備

參照《中國(guó)藥典》［16］2020版通則（2302）灰分測(cè)定法，取過(guò)60目篩的手掌參藥材粉末1 g，精密稱(chēng)取1.0000g，放入烘干至恒重的石英坩堝中，烘箱烘至恒重，放入箱式電阻爐控制箱灰化，將灰分用配制好的硝酸與水1∶ 1 溶液溶解，過(guò)濾，濾液置50 mL容量瓶，定容至刻度，搖勻，測(cè)定時(shí)用0.45 μm 濾頭過(guò)濾，即得手掌參供試品。

1.2.2 ?標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

將濃度為10 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液分別吸取12.5、25、50、100、200 μL加入到5 mL容量瓶中，加超純水定容至刻度，搖勻，制備成濃度為25、50、100、200、400 μg/L的多元標(biāo)準(zhǔn)溶液，備用。

1.2.3 ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用IBM SPSS Statistics 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?手掌參礦質(zhì)元素含量分析

參照武維華主編《植物生理學(xué)》對(duì)植物體內(nèi)礦質(zhì)元素分類(lèi)［11］，將測(cè)定的21個(gè)礦質(zhì)元素分為植物必需大量元素、微量元素、有益元素、植物有害元素及其他元素等幾類(lèi)，并對(duì)各礦質(zhì)元素含量范圍（最大、最小值）、極差、極值比（極差/極小值）和平均含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，極值比≥0.50的元素有P（0.81）、Mn（0.65）、Fe（0.89）、Zn（0.66）等植物必需礦質(zhì)元素，以及Al（0.66）、Cr（0.66）、As（4.33）、Ag（1.09）、Cd（13.41）、Pb（1.46）等植物有害元素，及Ga（4.65）、Rb（2.21）等元素，這些元素在不同產(chǎn)地手掌參藥材中的含量極差、標(biāo)準(zhǔn)差較大，離散程度較高，尤其是P、Fe、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb等元素極值比較大，在不同產(chǎn)地手掌參中含量差異明顯；測(cè)定的21個(gè)元素中，極值比<0.50的元素均為植物必需大量元素、微量元素及有益元素，這些元素在不同產(chǎn)地手掌參藥材中的含量差異不大，離散程度較低，受產(chǎn)地的影響較小。Se元素是人體必需的微量元素，測(cè)定結(jié)果顯示手掌參Se元素78Se在3個(gè)同位素（77Se、78Se、82Se）之間含量最高，平均含量達(dá)到了9.86 mg/kg。

2.2 ?手掌參礦質(zhì)元素聚類(lèi)分析

為分析不同產(chǎn)地手掌參藥材中礦質(zhì)元素含量及其分布規(guī)律，以極值比大于0.5的礦質(zhì)元素P、Mn、Fe、Zn、Al、Cr、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb含量為變量，采用系統(tǒng)聚類(lèi)法，對(duì)7個(gè)產(chǎn)地手掌參藥材樣品進(jìn)行聚類(lèi)，并按照經(jīng)緯度，將樣品產(chǎn)地從西向東標(biāo)定序號(hào)依次為1-朗縣、2-米林縣、3-波密縣、4-昌都市、5-巴塘縣、6-理塘縣、7-阿壩縣（圖1）。

將樣品產(chǎn)地信息及其礦質(zhì)元素含量輸入IBM SPSS Statistics 26.0軟件，選用組間聯(lián)結(jié)、平方歐氏距離測(cè)量區(qū)間進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，輸出結(jié)果見(jiàn)表2。

從聚類(lèi)表可以看出，第一步是5-即巴塘縣和6-理塘縣樣品聚為一類(lèi)，第二步與3-波密縣和4-昌都市合并，然后依次為1-朗縣、2-米林縣、7-阿壩縣，并生成樣品聚類(lèi)樹(shù)狀圖，見(jiàn)圖2。從樹(shù)狀圖可以看出“米林縣樣品”“朗縣樣品”“阿壩縣樣品”各聚為一類(lèi)，其余波密縣、昌都市、巴塘縣和理塘縣樣品聚為一類(lèi)。聚類(lèi)結(jié)果表明，川藏高原手掌參藥材在礦質(zhì)元素含量上，具有明顯的地域分布特征。對(duì)照表1各產(chǎn)地手掌參樣品礦質(zhì)元素含量，波密縣手掌參樣品中Fe元素含量較高（40.76 mg/kg），地理距離不遠(yuǎn)的朗縣、米林縣樣品中Fe元素含量趨近，分別為30.92 mg/kg、32.03 mg/kg，進(jìn)一步說(shuō)明鐵元素可能是米林縣及其鄰近區(qū)域產(chǎn)手掌參質(zhì)量指標(biāo)性礦質(zhì)元素；在7個(gè)樣品中，朗縣樣品Mg、Mn、Zn、Cr、Rb含量高，Ca、Na、Ag、Cd含量低，而相反阿壩縣樣品77Se、82Se、Ag、Cd含量高，Mg、K、Fe、78Se、Al含量低，阿壩縣從地理距離上，都較其他6個(gè)產(chǎn)地較遠(yuǎn)，與最西邊的朗縣經(jīng)度相差8度，緯度差4度，氣候、土壤因子相差較大，其手掌參可能表現(xiàn)為少Fe元素特征；3-波密縣、4-昌都市、5-巴塘縣、6-理塘縣4個(gè)產(chǎn)地具有連續(xù)的地理分布（圖1），其所產(chǎn)手掌參藥材樣品中的礦質(zhì)元素含量相似，具有明顯的P、Ca、K及部分重金屬等礦質(zhì)元素含量特征，聚為一類(lèi)。

2.3 ?手掌參礦質(zhì)元素與產(chǎn)地關(guān)聯(lián)分析

聚類(lèi)分析直觀(guān)地反映了手掌參產(chǎn)地分布規(guī)律，但產(chǎn)地與礦質(zhì)元素之間的關(guān)聯(lián)作用不清楚。對(duì)應(yīng)分析也稱(chēng)關(guān)聯(lián)分析，用來(lái)揭示指標(biāo)之間、樣品之間，指標(biāo)與樣品之間的關(guān)系。為了進(jìn)一步闡明產(chǎn)地與礦質(zhì)元素之間的關(guān)系，在上述聚類(lèi)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，分別以表1中7個(gè)產(chǎn)地為行，極值比大于0.5的礦質(zhì)元素為列，測(cè)得的含量為權(quán)重，輸入到IBM SPSS Statistics 26.0軟件，對(duì)7個(gè)手掌參藥材樣品進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，輸出結(jié)果見(jiàn)表3、表4和圖3。

從表3活動(dòng)邊際看，巴塘縣、理塘縣、波密縣、昌都市產(chǎn)手掌參樣品中P、Mn等12個(gè)礦質(zhì)元素累計(jì)含量較高，阿壩縣和朗縣次之，米林縣累計(jì)含量最低為672.97， 即米林縣（672.97）<阿壩縣（838.17）<朗縣（890.61）<巴塘縣（918.90）<理塘縣（924.39）<波密縣（980.83）<昌都市（984.79）。表4中維度1的慣量為0.764，即第一維度展示了76.4%的變異，而維度2的慣量為0.172，展示了剩余17.2%的變異，第三維度只展示了4.0%的變異，因此二維的對(duì)應(yīng)分析即可滿(mǎn)足分析要求。

圖3進(jìn)一步反映了產(chǎn)地間、礦質(zhì)元素間、產(chǎn)地與礦質(zhì)元素之間的潛在對(duì)應(yīng)關(guān)系，位置越近，說(shuō)明不同指標(biāo)之間就越相似，圖3-a米林縣、朗縣與阿壩縣距離較遠(yuǎn)，與圖1中地理分布距離相一致，即地理分布距離越遠(yuǎn)，所產(chǎn)手掌參礦質(zhì)元素含量差異就越大；圖3-b說(shuō)明Fe、Al元素含量關(guān)系較近，P元素含量較其他元素含量關(guān)系次之，Cd、Ga、As元素較其他元素含量距離更遠(yuǎn)，Zn、Mg、Cr、Ag、Rb幾個(gè)元素的位置在圖中較近，表明不同礦質(zhì)元素在手掌參藥材中的含量呈現(xiàn)協(xié)同作用關(guān)系；圖3-c中行點(diǎn)與列點(diǎn)表示產(chǎn)地與礦質(zhì)元素間的關(guān)系，行點(diǎn)與列點(diǎn)距離越近表示產(chǎn)地與礦質(zhì)元素間的關(guān)系越密切，即米林縣、波密縣、朗縣產(chǎn)手掌參與Al、Fe元素有較密切對(duì)應(yīng)關(guān)系，朗縣產(chǎn)手掌參與Al、Mg、Zn元素有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系，昌都市、巴塘縣、理塘縣產(chǎn)手掌參與P元素有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 ?結(jié)論與討論

手掌參含有豐富的礦物質(zhì)元素，且不同產(chǎn)地手掌參礦質(zhì)元素含量不同，尤其是P、Fe、Mn、Zn、Al、As、Ag、Cd等元素的差異更明顯，與江洪濤等［8］西藏林芝產(chǎn)手參塊莖礦質(zhì)元素含量相比亦有較大差異，但與同為蘭科植物的天麻塊莖相比，天麻的植物必需大量元素與植物必需微量元素均比手掌參的高［15］。Se可與多種重金屬元素產(chǎn)生拮抗效應(yīng)，降低植物對(duì)重金屬的吸收［16-18］。但Se濃度過(guò)高時(shí)，同樣會(huì)對(duì)植物有毒害［19-21］，所以適量的Se才會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)起有益作用，78Se元素含量在手掌參Se的3個(gè)同位素中含量較高，可能與手參適應(yīng)產(chǎn)地環(huán)境有關(guān)。P、Fe是植物必需礦質(zhì)元素，在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起重要作用［11］，P元素參與植物多種代謝過(guò)程，在植物體內(nèi)易移動(dòng)及被重復(fù)利用，且在生命活動(dòng)最旺盛的根莖分生組織中含量較高，對(duì)種子、塊根、塊莖的生長(zhǎng)有利。因此，不同產(chǎn)地手掌參塊莖藥材中P元素含量差異大，可能是在不同生長(zhǎng)時(shí)期采集，或是同一采收時(shí)期手參所處的生長(zhǎng)發(fā)育階段不同。手掌參的P元素含量較高，與三七的礦質(zhì)元素分布含量相似，都是P元素在植株中含量較高且穩(wěn)定［22］。Fe是不易被重復(fù)利用的元素，進(jìn)入植物體內(nèi)后處于較為固定的狀態(tài)而不易被轉(zhuǎn)運(yùn)，手參是多年生植物，生長(zhǎng)年限越長(zhǎng)，通常鐵元素在體內(nèi)的累積越多，含量越高。參照《中華人民共和國(guó)藥典》2020版對(duì)中藥材重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)［16］，7個(gè)產(chǎn)地手掌參中重金屬Cu、As、Ag、Cd、Pb等元素含量均未超限，但不同產(chǎn)地手掌參中As、Ag、Al、Cd、Pb、Cr、Ga、Rb等元素含量有一定差異，可能與產(chǎn)地土壤重金屬或其他有害元素背景值有關(guān)。分析結(jié)果表明，手掌參中P、Mn、Fe、Zn、Al、Cr、As、Ag、Cd、Pb、Ga、Rb等12個(gè)礦質(zhì)元素的含量受產(chǎn)地的影響較大，具有區(qū)域性特征，而產(chǎn)地對(duì)手掌參其他必需及有益元素含量的影響較小。

（責(zé)任編輯：胡吉鳳）

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Analysis of Mineral Elements Content of ?Gymnadenia conopsea ?from Different Geographic Locations in the Sichuan-Tibet Plateau with Detection of ICP-MS

Yang Yang1，2，3，Xu Lijun1*，Wu Zongyao1，Huang Mingjin2，3

（1.University of Tibetan Medicine，Lhasa，Tibet Autonomous Region 850000，China; 2.College of Agriculture ＆ Dendrobium Research Institute，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China;

3.Guizhou Provincial Key Laboratory for Medicinal Plant Breeding and Planting，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China）

Abstract：

In order to analyze the quality of ?Gymnadenia conopsea （L.）R.Br ??from the Sichuan-Tibet Plateau，the content of twenty-one mineral elements in ?G.conopsea ?from seven different geographic locations in this area were studied by inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）.The results showed that the content of twelve plant essential mineral elements（P，Mn，F(xiàn)e，Zn，Al，Cr，As，Ag，Cd，Pb，Ga and Rb）in the seven different origins were quite different，and the ratio of extreme values were all more than 0.50.Systematic cluster analysis clustered samples from 7 origins into 4 categories，among which Milin County，Lang County and Aba County were clustered into one group，while Batang County，Litang County，Bomi County and Changdu County were combined into one group.The correspondence analysis between origin and mineral elements suggested that the cumulative content of 12 mineral elements was as follows：Milin County（672.97）

Keywords：

Gymnadenia conopsea ; geographic locations; mineral elements; content analysis