林药复合种植的滇龙胆中元素的化学计量特征研究

李远菊１，２，王元忠２，张 霁２，赵艳丽２，张金渝２，金 航 ２

（１． 云南中医学院中药学院，昆明 ６５０５００；２． 云南省农业科学院药用植物研究所，昆明 ６５０２００）

摘要：药用植物复合种植是对传统中药材种植模式的优化，在一定程度上可缓解中药材与作物争地的矛盾，对中药资源的保护与可持续发展具有重要意义。试验通过采集单一种植模式的滇龙胆（Ｇｅｎｔｉａｎａ ｒｉｇｅｓｃｅｎｓ Ｆｒａｎｃｈ．ｅｘ Ｈｅｍｓｌ．）样品以及滇龙胆与茶树［Ｃａｍｅｌｌｉａ ｓｉｎｅｎｓｉｓ （Ｌ．） Ｏ． Ｋｔｚｅ］、大叶桉（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ ｒｏｂｕｓｔａ Ｓｍｉｔｈ）、木瓜［Ｃｈａｅｎｏｍｅｌｅｓ ｓｉｎｅｎｓｉｓ （Ｔｈｏｕｉｎ） Ｋｏｅｈｎｅ］、旱冬瓜（Ａｌｎｕｓ ｎｅｐａｌｅｎｓｉｓ Ｄ． Ｄｏｎ）、核桃（Ｊｕｇｌａｎｓ ｒｅｇｉａ Ｌ．）、杉木［Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ ｌａｎｃｅｏｌａｔａ （Ｌａｍｂ．） Ｈｏｏｋ．］、木果石栎［Ｌｉｔｈｏｃａｒｐｕｓ ｘｙｌｏｃａｒｐｕｓ （Ｋｕｒｚ） Ｍａｒｋｇ．］等林药复合种植模式的滇龙胆样品，用微波消解－ＩＣＰ－ＡＥＳ法测定各滇龙胆样品中的Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｐ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｔｉ等元素含量，以探明不同种植模式下滇龙胆植株中元素的化学计量特征。结果表明，该方法的加标回收率在９５．４０％～１０８．２５％，相对标准偏差在０．２６％～２．０８％。其中滇龙胆根中的元素含量排序为Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｎｉ，茎、叶中的为Ｃａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｎｉ。以滇龙胆－茶树复合种植模式的Ｐ元素含量最高，其在根、茎、叶中分别为１ ３８４．７３、１ ６４０．１２、２ ３９９．０４ μｇ／ｇ；滇龙胆－旱冬瓜复合种植模式的Ｆｅ和Ｔｉ元素含量最高；滇龙胆－大叶桉复合种植模式的Ｍｇ元素含量最高，其根、茎、叶中分别为１ ４８６．０８、２ ７７０．９９、４ ６７３．２４ μｇ／ｇ；滇龙胆－核桃复合种植模式的Ｓｒ元素含量最高，其根、茎、叶中分别为３７．０２、５２．８０、３４．６３ μｇ／ｇ。重金属元素Ｃｄ与Ｃａ、Ｆｅ、Ｎｉ元素含量之间呈显著或极显著正相关，相关系数分别为０．７４１、０．９２９、０．８９３；Ｎｉ与Ｆｅ、Ｔｉ含量之间呈显著或极显著正相关，与Ｐｂ含量之间呈显著负相关；Ｍｇ与Ｃｕ含量之间呈显著正相关，Ｍｎ与Ｓｒ含量之间呈极显著正相关。

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关键词 ：滇龙胆（Ｇｅｎｔｉａｎａ ｒｉｇｅｓｃｅｎｓ Ｆｒａｎｃｈ．ｅｘ Ｈｅｍｓｌ．）；复合种植；元素；化学计量特征

中图分类号：Ｓ５６７．２３＋９；Ｓ３４４．３；Ｏ６５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０4－０906－０5

ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ ０４３９－８１１４． ２０１５．０4．０33

收稿日期：２０１４－０６－１３

基金项目：国家自然科学基金项目（８１２６０６０８）；科技部“十二五”国家科技支撑计划项目（２０１１ＢＡＩ１３Ｂ０２－０４）；云南省自然科学基金项目（２０１３ＦＺ１５０；２０１３ＦＺ１５１）

作者简介：李远菊（１９８９－），女，云南宁蒗人，在读硕士研究生，研究方向为中药资源开发与利用，（电话）１５０８７１４９９０６（电子信箱）ｙｊｌｉ１９８９０７２７＠１２６．ｃｏｍ；通信作者，金 航，研究员，硕士研究生导师，（电子信箱）ｊｉｎｈａｎｇ２００９＠１２６．ｃｏｍ。

植物中的元素含量与药用植物防病治病的作用密切相关［１］，研究表明，Ｚｎ和Ｃｕ能调节机体免疫功能，Ｓｅ以谷胱甘肽过氧化物酶形式发挥抗氧化作用［２］。与基因型相比，环境因素是影响植物中元素含量变化的主要因子［３］。Ｈａｎ等［４］对不同功能型植物中的１１种元素计量特征进行了比较，结果表明气候、土壤和植物功能群显著影响元素含量。药用植物中元素响应环境变化与代谢物的改变密切相关［５］。元素化学计量特征研究主要揭示元素与环境间的关系，这对于中药资源保护和道地药材形成机制研究具有重要意义［６］。

林药复合种植是对传统中药材种植模式的优化，是将药用植物与农林生物复合种植及充分利用土地、光、水分、养分等自然资源的保护生态环境方式之一，也是中药资源保护与持续生产的主要研究内容之一，所以在一定程度上可以借鉴农业生态学的理论与方法［７］来指导中药材种植生产。研究表明，合理的复合种植提高了生产效率，实现了药用植物栽培地的可持续利用［８］。目前国内外关于复合种植对作物中元素含量影响的研究报道较多［９，１０］，但在药用植物研究上尚未见系统报道。

滇龙胆（Ｇｅｎｔｉａｎａ ｒｉｇｅｓｃｅｎｓ Ｆｒａｎｃｈ．ｅｘ Ｈｅｍｓｌ．）为龙胆科（Ｇｅｎｔｉａｎａｃｅａｅ）多年生草本植物，是中国传统医学的常用中药材。具有清热燥湿、泻肝胆火之功效，可用于治疗湿热黄疸、肝火目赤、耳鸣耳聋等病征［１１］。云南省临沧市是滇龙胆的主产区，主要种植模式有单一种植及其与茶树［Ｃａｍｅｌｌｉａ ｓｉｎｅｎｓｉｓ（Ｌ．）Ｏ． Ｋｔｚｅ］、大叶桉（Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ ｒｏｂｕｓｔａ Ｓｍｉｔｈ）、木瓜［Ｃｈａｅｎｏｍｅｌｅｓ ｓｉｎｅｎｓｉｓ（Ｔｈｏｕｉｎ）Ｋｏｅｈｎｅ］、旱冬瓜（Ａｌｎｕｓ ｎｅｐａｌｅｎｓｉｓ Ｄ． Ｄｏｎ）、核桃（Ｊｕｇｌａｎｓ ｒｅｇｉａ Ｌ．）、杉木［Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ ｌａｎｃｅｏｌａｔａ（Ｌａｍｂ．）Ｈｏｏｋ．］、木果石栎［Ｌｉｔｈｏｃａｒｐｕｓ ｘｙｌｏｃａｒｐｕｓ（Ｋｕｒｚ）Ｍａｒｋｇ．］等经济林木的林药复合种植。试验采用微波消解－电感耦合等离子体原子发射光谱法，分析了单一种植模式及其林药复合种植模式的滇龙胆植株中元素含量，探寻不同种植模式下滇龙胆植株中元素的化学计量特征，旨在为滇龙胆的质量评价和栽培上的合理施肥提供科学依据。

１ 材料与方法

１．１ 仪器

参试仪器主要有Ｅｔｈｏｓ Ｏｎｅ微波消解仪（意大利Ｍｉｌｅｓｔｏｎｅ公司）、ＵＰＴ－Ｉ－１０Ｌ超纯水处理器（成都优越科技有限公司）、ＤＨＧ－９２４５ Ａ型恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）、ＡＲ１１４０分析天平［梅特勒－托利多（上海）有限公司］、ＩＣＰＥ－９０００型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（日本岛津公司），测定中的工作参数主要是高频发生器功率１ ２００ Ｗ、载气流量０．７ Ｌ／ｍｉｎ、辅助气流量０．６ Ｌ／ｍｉｎ。

１．２ 试剂

元素Ｐ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｔｉ标准溶液的浓度都为１ ０００ μｇ／ｍＬ，均购自国家标准物中心，再根据测定需要配制成不同浓度的混合标准溶液；硝酸（优级纯）、Ｈ２Ｏ２（分析纯）均购自广东西陇化工股份有限公司。

１．３ 样品及处理

试验所用二年生滇龙胆样品采自云南省临沧市，经云南省农业科学院药用植物研究所金航研究员鉴定为滇龙胆无疑。田间种植分为单一种植模式和分别与茶树、大叶桉、木瓜、旱冬瓜、核桃、杉木、木果石栎等混植的林药复合种植模式。各模式植物样品都有根、茎、叶，样品采集后用水冲洗干净，再用去离子水反复清洗、阴干，置于５５ ℃烘箱中烘干至恒重，粉碎后过１００目筛，备用。测定时称取０．５００ ０ ｇ样品粉末于聚四氟乙烯消解罐中，加入８ ｍＬ硝酸、２ ｍＬ Ｈ２Ｏ２、２ ｍＬ去离子水，放入消解仪中，按表１中的消解步骤进行消解，待消解完全后冷却至室温，转移至２５ ｍＬ容量瓶中，用去离子水定容至刻度，摇匀，得供试样品溶液，样品一式３份，同时备空白溶液一份。各模式样品都用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测元素含量。

２ 结果与分析

２．１ 各元素标准曲线

根据Ｐ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｓｒ、Ｔｉ各元素的标准溶液计算各元素的标准曲线方程，结果见表２。通过绘制各元素的标准曲线，发现各元素在标准溶液浓度范围内呈线性关系，相关系数在０．９９９ ３ ～ １．０００ ０。

２．２ 试验方法的精密度和加标回收率

将同一样品溶液重复测定６次，计算相对标准偏差，结果为０．２６％～２．０８％。称取样品粉末０．５００ ０ ｇ，加入各元素标准溶液，测定各元素的含量，计算加标回收率，结果各元素的回收率在９５．４０％～１０８．２５％，表明试验所采用的方法可信度适宜。

２．３ 不同种植模式下滇龙胆根中的元素含量

试验测定的不同种植模式下滇龙胆根中的各元素含量结果见表３。由表３可知，不同种植模式下滇龙胆根中的元素含量由高到低依次为Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓｒ、Ｎｉ。以滇龙胆－茶树复合种植模式（以下简写为茶树，其他的复合种植模式下同；各表中也如此）下Ｃａ和Ｐ元素的含量最高，分别为３ ６３７．１３、１ ３８４．７３ μｇ／ｇ；以旱冬瓜复合种植模式下Ｆｅ和Ｔｉ元素的含量最高，分别为２ ５２１．５２、２２７．６７ μｇ／ｇ；以核桃复合种植模式下Ｍｎ和Ｓｒ元素的含量最高，分别为１６７．３９、３７．０２ μｇ／ｇ；Ｍｇ元素含量在不同种植模式里由高到低依次为大叶桉、旱冬瓜、茶树、木瓜、木果石栎、滇龙胆单一种植模式、杉木、核桃；与Ｃａ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐ元素的含量相比，Ｚｎ元素含量各种植模式都较低，在３１．６６～４８．０８ μｇ／ｇ；Ｎｉ元素含量各种植模式在４．３２～１９．５４ μｇ／ｇ，其中，滇龙胆单一种植模式的Ｎｉ元素含量与木瓜的Ｎｉ元素含量差异不显著（Ｐ＞０．０５），分别为５．９４、５．６７ μｇ／ｇ。

２．４ 不同种植模式下滇龙胆茎中的元素含量

试验测定的不同种植模式下滇龙胆茎中的各元素含量结果见表４。由表４可知，不同种植模式的滇龙胆茎中的元素含量由高到低依次为Ｃａ、Ｍｇ、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｎｉ。以大叶桉、茶树、旱冬瓜复合种植模式中Ｍｇ、Ｐ和Ｆｅ元素的含量最高，分别为２ ７７０．９９、１ ６４０．１２、６９９．３１ μｇ／ｇ；滇龙胆单一种植模式和与茶树复合种植模式里Ｃａ元素的含量差异不显著（Ｐ＞０．０５），但与其余复合种植模式的Ｃａ元素含量差异显著（Ｐ＜０．０５）；以核桃复合种植模式里的Ｍｎ和Ｓｒ元素含量最高，分别为２５１．９３、５２．８０ μｇ／ｇ；Ｚｎ元素含量的变化较稳定，各种植模式在３７．０３～ ５８．８８ μｇ／ｇ；核桃和木瓜复合种植模式里Ｎｉ元素的含量两者之间差异不显著（Ｐ＞０．０５），分别为１．６６、１．８２ μｇ／ｇ；Ｔｉ元素的含量以旱冬瓜复合种植模式的最高，为５３．４３ μｇ／ｇ，以大叶桉复合种植模式的最低，为７．６０ μｇ／ｇ。

２．５ 不同种植模式下滇龙胆叶中的元素含量

试验测定的不同种植模式下滇龙胆叶中的各元素含量结果见表５。由表５可知，不同种植模式的滇龙胆叶中的元素含量高低排序与茎中的相同。以旱冬瓜复合种植模式里Ｃａ、Ｆｅ、Ｎｉ和Ｔｉ元素的含量最高，分别为９ ０２６．９３、１ ６１５．７３、１５．３８、１３９．６７ μｇ／ｇ；以大叶桉复合种植模式里Ｍｇ元素的含量最高，为４ ６７３．２４ μｇ／ｇ；Ｍｎ元素含量各种植模式之间差异显著（Ｐ＜０．０５）；以茶树复合种植模式里的Ｐ元素含量最高，为２ ３９９．０４ μｇ／ｇ；Ｚｎ元素含量各种植模式在３９．３２～６８．１１ μｇ／ｇ；以核桃复合种植模式中Ｓｒ元素的含量最高，为３４．６３ μｇ／ｇ。

２．６ 滇龙胆不同种植模式、不同部位的重金属含量

试验测定的滇龙胆不同种植模式、不同部位的重金属元素（Ｃｄ、Ｃｕ、Ｐｂ）含量结果见表６。从表６可知，Ｃｄ元素含量在０．０９～０．６５ μｇ／ｇ，不同种植模式同一部位Ｃｄ元素含量差异显著（Ｐ＜０．０５），以核桃复合种植模式的Ｃｄ元素含量最低；根据《中国药典》２０１０版规定的重金属含量标准（Ｃｄ≤０．３ μｇ／ｇ），滇龙胆单一种植模式、旱冬瓜和木果石栎复合种植模式里的Ｃｄ元素含量高于药典标准，因此滇龙胆不适宜与旱冬瓜和木果石栎复合种植。Ｃｕ元素含量仍然是核桃复合种植模式的较低。Ｐｂ元素含量在０．０５～２．７９ μｇ／ｇ，平均含量为１．２３ μｇ／ｇ；根据《中国药典》２０１０版规定的重金属含量标准（Ｐｂ≤５．０ μｇ／ｇ），所有种植模式的Ｐｂ元素含量均符合药典标准。

２．７ 不同种植模式里滇龙胆中的元素含量相关性分析

对不同种植模式里滇龙胆中１２种元素含量进行相关性分析，结果见表７。分析表明，滇龙胆中有５对元素之间的相关性达到显著水平，４对元素之间的相关性达到极显著水平。Ｃａ与Ｃｄ之间呈显著正相关，相关系数为０．７４１，但与其他元素之间的相关性均未达到显著水平；Ｆｅ与Ｔｉ之间呈显著正相关，相关系数为０．８２９，Ｆｅ与Ｎｉ、Ｃｄ之间呈极显著正相关，相关系数分别为０．８９６、０．９２９；Ｍｇ与Ｃｕ之间呈显著正相关，相关系数为０．７８８，但与其他元素之间的相关性均未达到显著水平；Ｔｉ与Ｎｉ之间呈显著正相关，相关系数为０．８２１；Ｍｎ与Ｓｒ之间呈极显著正相关，相关系数为０．８４８，但与其他元素之间的相关性均未达到显著水平；Ｎｉ与Ｃｄ之间呈极显著正相关，相关系数为０．８９３；Ｎｉ与Ｐｂ之间呈显著负相关，相关系数为－０．８２５。

３ 小结与讨论

试验结果表明，不同种植模式下滇龙胆中的必需元素含量存在差异。滇龙胆－茶树复合种植模式里的Ｐ元素含量最高，在根、茎、叶中分别为１ ３８４．７３、１ ６４０．１２、２ ３９９．０４ μｇ／ｇ；滇龙胆－旱冬瓜复合种植模式里Ｆｅ和Ｔｉ元素的含量最高，在根、茎、叶中分别为２ ５２１．５２、６９９．３１、１ ６１５．７３ μｇ／ｇ和２２７．６７、５３．４３、１３９．６７ μｇ／ｇ；滇龙胆－核桃复合种植模式里Ｓｒ元素的含量最高，在根、茎、叶中分别为３７．０２、５２．８０、３４．６３ μｇ／ｇ；滇龙胆－大叶桉复合种植模式里Ｍｇ元素含量最高，在根、茎、叶中分别为１ ４８６．０８、 ２ ７７０．９９、４ ６７３．２４ μｇ／ｇ。Ｇｕｎｅｓ等［９］研究发现，小麦－鹰嘴豆复合种植模式的茎中Ｐ、Ｋ、Ｆｅ、Ｚｎ和Ｍｎ含量增加，小麦－小扁豆复合种植模式的种子中Ｎ、Ｐ、Ｋ和Ｆｅ含量增加，因此推断种间互补作用有利于促进植物的营养吸收。

不同种植模式里滇龙胆中重金属元素的含量具有指导意义，如滇龙胆－核桃复合种植模式里Ｃｄ元素含量最低，单一种植、滇龙胆－旱冬瓜、滇龙胆－木果石栎复合种植模式里Ｃｄ元素含量均高于《中国药典》２０１０版的标准；Ｐｂ元素含量均符合药典标准。Ａｎ等［１０］研究了青菜、甘蓝、番茄、玉米和鸡眼草５种植物在不同种植方式下对重金属的吸收，结果表明，玉米与其他作物的间作可降低作物对重金属的吸收。我们的试验结果也说明复合种植可降低药源植物对重金属的吸收。

滇龙胆不同种植模式中，有９对元素之间的相关性达到显著或极显著水平，其中Ｃｄ与Ｃａ呈显著正相关，相关系数为０．７４１，Ｃｄ与Ｆｅ、Ｎｉ呈极显著正相关，相关系数分别为０．９２９、０．８９３；Ｎｉ与Ｆｅ呈极显著正相关，相关系数为０．８９６，Ｎｉ与Ｔｉ呈显著正相关，相关系数为０．８２１，Ｎｉ与Ｐｂ呈显著负相关，相关系数为－０．８２５；Ｍｇ与Ｃｕ呈显著正相关，相关系数为０．７８８；Ｍｎ与Ｓｒ呈极显著正相关，相关系数为０．８４８。

林药复合种植模式能够充分利用土地、光、水分、养分等自然资源，有利于扩大传统中药材的生产规模，并对保护生态环境、保护生物多样性发挥积极作用［１２］，具有显著的生态效益、经济效益。同时，复合种植模式对中药材产量具有积极影响［１３］，对确保药材品质具有重要意义。中药材品质的形成取决于植物的代谢途径，而矿质营养元素的丰缺和平衡将影响植物的生长发育，进而影响代谢途径［１４］，导致药材品质产生变化。所以林药复合种植模式的元素计量特征研究可为中药材的规范化种植及合理施肥提供借鉴。由于复合种植模式下的元素含量变化可能与根际间的相互作用有关，因此根际间的作用机理还有待进一步研究。

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（责任编辑 王珞）