云南薯蕷屬植物礦質(zhì)元素指紋圖譜研究

1、云南薯蕷屬植物礦質(zhì)元素指紋圖譜研究云南薯蕷屬植物礦質(zhì)元素指紋圖譜研究指紋圖譜技術(shù)常用于食品、藥品的質(zhì)量控制及產(chǎn)地溯源1-2。目前應(yīng)用于植物資源評(píng)價(jià)的指紋圖譜技術(shù)主要針對(duì)有機(jī)化合物3-4；咖啡、小麥、水稻等物種的研究說明礦質(zhì)元素及其含量可用于構(gòu)建指紋圖譜，輔助植物資源的評(píng)價(jià)研究5-8。周應(yīng)群等9采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定不同消費(fèi)方式的甘草中16種礦質(zhì)元素含量，通過指紋圖譜分析，提醒礦質(zhì)元素在不同甘草類型間的差異規(guī)律。Zheng等10測(cè)定中國(guó)21種藥用植物中Li、n、Ni等8種元素含量，進(jìn)展藥材礦質(zhì)元素指紋圖譜相似性分析，建立了藥材質(zhì)量控制的新方法。近年對(duì)杭白菊hrysantheuri

2、fliuRaat、夏枯草PrunellavulgarisL.、鐵皮石斛DendrbiuffiinaleKiuraetig等物種的研究報(bào)道說明，礦質(zhì)元素含量對(duì)藥食同源植物的資源評(píng)價(jià)和開發(fā)利用具有重要意義11-13。薯蕷屬植物DisreaL.廣泛分布于熱帶及溫帶地區(qū)，中國(guó)西南和東南部是其主要產(chǎn)區(qū)14。中國(guó)薯蕷資源豐富，多數(shù)種類可供藥用和食用，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。參薯D.alataL.、薯蕷D.ppsitaThunb.、日本薯蕷D.japniaThunb.等在中國(guó)廣泛栽培14。其中，薯蕷具補(bǔ)脾養(yǎng)胃、生津益肺等成效，被?中國(guó)藥典?2022版收錄作為傳統(tǒng)中藥山藥的植物來(lái)源15。目前中國(guó)薯本文由論文聯(lián)盟.

3、Ll.搜集整理蕷屬植物資源評(píng)價(jià)研究主要集中于形態(tài)特征、分子系統(tǒng)學(xué)和化學(xué)成分含量16-18，關(guān)于薯蕷不同物種間礦質(zhì)元素指紋圖譜研究尚未見報(bào)道。本研究以產(chǎn)自云南的參薯、薯蕷、日本薯蕷等6種薯蕷為研究對(duì)象，采用火焰原子吸收分光光度法FAAS和原子熒光分光光度法AFS測(cè)定不同薯蕷地下塊莖中u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、As、d、Na和K等元素含量并構(gòu)建元素指紋圖譜，結(jié)合多變量分析展開薯蕷中礦質(zhì)元素的評(píng)價(jià)研究。研究結(jié)果以期為薯蕷屬植物資源的評(píng)價(jià)和平安食用提供科學(xué)根據(jù)。1材料與方法1.1材料1.1.1植物材料樣品信息見表1。參薯、薯蕷、日本薯蕷、毛膠薯蕷、云南薯蕷和高山薯蕷樣品采集時(shí)間為2022年9

4、月中旬至10月初，采集部位為植株地下塊莖。云南薯蕷、毛膠薯蕷、高山薯蕷為野生樣品，其余薯蕷均為栽培樣品。樣品共計(jì)10批S01S10，采集地涉及云南滇中的玉溪市，滇西北的大理州和麗江市，滇東的曲靖市。每批測(cè)定樣品均為10株個(gè)體的混樣。鮮樣采集后帶回實(shí)驗(yàn)室，用去離子水洗凈根部泥土，切片并放入60烘箱中烘干至恒重，粉碎過100目尼龍篩，放入自封袋中避光保存1.1.2儀器和試劑1儀器：火焰原子吸收分光光度計(jì)TAS-990，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；原子熒光分光光度計(jì)AFS-3100，北京海光儀器；萬(wàn)分之一分析天平AR1140，梅特勒-托利多儀器上海；控溫電爐DDL-4x1K，金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器

5、廠；高溫馬弗爐SRJX-8-13，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；illipre純水系統(tǒng)illi-QAadei，美國(guó)illipre。2試劑：測(cè)定礦質(zhì)元素u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、As、d、Na、K所用標(biāo)準(zhǔn)溶液均購(gòu)自濟(jì)南眾標(biāo)科技；硝酸和鹽酸為優(yōu)級(jí)純，購(gòu)自西隴化工股份；高氯酸優(yōu)級(jí)純和硫脲分析純購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑；去離子水用美國(guó)illipre純水系統(tǒng)自制。1.2方法1.2.1樣品消解1u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、d、Na和K消解方法：稱取樣品4.000g置于250L錐形瓶中，參加30L體積比為51的硝酸-高氯酸混合液，置于控溫電爐上加熱，待樣品不再產(chǎn)生棕色氣體時(shí)升高電爐溫度，待瓶?jī)?nèi)溶液體

6、積為1L時(shí)取下冷卻，將溶液轉(zhuǎn)移至比色管中，用去離子水定容至50L，搖勻備用，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。2總砷As消解方法：稱取樣品2.000g于50L瓷坩堝中，于電爐上碳化至無(wú)煙，移入550高溫馬弗爐中灰化4h，冷卻后參加10L體積比為11的鹽酸-水溶液溶解灰分，轉(zhuǎn)移至25L比色管中，參加2.5L硫脲溶液，用體積比為19的硫酸-水溶液定容至25L，搖勻備用，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。1.2.2元素含量測(cè)定待測(cè)樣品中u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、d、Na和K含量測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法FAAS。u含量測(cè)定參照GBT5009.13-2022；Zn含量測(cè)定參照GBT5009.14-2022；Pb含量測(cè)定參照

7、GB5009.12-2022的方法；Ni含量測(cè)定參照GBT5009.138-2022；g、Fe、n含量測(cè)定參照GB/T12396-2022的方法；d含量測(cè)定參照GB/T5009.15-2022；Na和K含量測(cè)定參照GB/T5009.91-2022；As含量測(cè)定采用原子熒光分光光度法AFS，參照GB/T5009.11-2022。1.2.3回歸方程用硝酸和去離子水配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的稀硝酸，將其作為11種礦質(zhì)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋劑。分別取適量u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、As、d、Na和K的儲(chǔ)藏液，用稀釋劑配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。以吸光度A對(duì)濃度g/50L作回歸方程，r2值、線性范圍和檢出限見

8、表2。1.3數(shù)據(jù)分析根據(jù)礦質(zhì)元素含量測(cè)定結(jié)果建立1個(gè)np的數(shù)據(jù)矩陣用于指紋圖譜分析19，其中n=10，代表不同產(chǎn)地10批薯蕷樣品；p=11，代表用于構(gòu)建薯蕷樣品指紋圖譜的11種礦質(zhì)元素含量信息。數(shù)據(jù)矩陣詳細(xì)表示如下：Xi和Yi為2個(gè)指紋圖譜間的元素含量，和為元素平均值。為元素的個(gè)數(shù)。聚類分析Hierarhiallusteranalysis，HA用于不同產(chǎn)地薯蕷屬植物礦質(zhì)元素含量的分類與描繪；主成分分析Prinipalpnentanalysis，PA、偏最小二乘法Partialleastsquaresdisriinantanalysis，PLS-DA及變量投影重要性準(zhǔn)那么Variableiprt

9、anefrtheprjetin，VIP用于挑選特征元素和導(dǎo)致樣品間差異的主要元素變量。相似性分析、聚類分析和主成分分析用軟件SPSS19.0完成，偏最小二乘法及變量投影重要性準(zhǔn)那么用軟件SI-P11.5完成。2結(jié)果與分析2.1加標(biāo)回收率為考察方法的可靠性，精細(xì)稱取含量樣品S026份，分別參加適量標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.2.1的方法制成供試溶液，進(jìn)展6次加標(biāo)平行測(cè)定，計(jì)算加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏向RSD%。表3顯示11種元素加標(biāo)回收率在94.75%101.80%之間，RSD數(shù)值介于1.10%4.98%之間，方法穩(wěn)定可靠。2.2薯蕷礦質(zhì)元素指紋圖譜的建立6種薯蕷屬植物中礦質(zhì)元素絕對(duì)含量測(cè)定結(jié)果見表4，所有

10、樣品中均含有u、Zn、Pb等11種礦質(zhì)元素，11種礦質(zhì)元素在6種薯蕷屬植物根莖中平均含量由大到小為：FegNaZnKunNiPbdAs。不同樣品間，As絕對(duì)含量變化最大，最大值為最小值的55.13倍；其次為Fe、Ni和n，最大值分別為最小值的31.51、25.83、20.77倍；K，u和Zn含量變化較小，最大值分別為最小值的1.79、2.34、3.38倍。以礦質(zhì)元素百分含量為變量，研究6種薯蕷屬植物中礦質(zhì)元素構(gòu)成變化圖1。結(jié)果顯示，F(xiàn)e元素含量占11種礦質(zhì)元素總含量的25.72%至89.86%。云南薯蕷和日本薯蕷中g(shù)元素百分含量均低于6.00%，其余樣品均高于19.00%。As元素百分含量在所

11、有元素中最低，除樣品S06和S07外，其余樣品百分含量均低于0.01%。d百分含量介于0.02%至0.69%之間，Pb元素百分含量介于0.06%至0.66%之間；大局部樣品Ni元素均低于1.00%；以上3種元素在薯蕷屬植物中的構(gòu)成比例均處較低程度。Na和u在高山薯蕷中百分含量最高分別為10.65%和4.39%，n元素在采集自玉溪的參薯中百分含量最高10.88%，高山薯蕷中u、Zn、Pb、g、n、d和Na百分含量在所有樣品中均處較低程度。2.3相似性分析與聚類分析相似性分析用于研究不同薯蕷樣品礦質(zhì)元素指紋圖譜的相似性，Pearsn相關(guān)系數(shù)顯示表5：S01：S02，S01：S05，S01：S06，

12、S01：S07，S01：S08，S01：S09的Pearsn系數(shù)均大于0.900；S01：S04的Pearsn相關(guān)系數(shù)為0.723；S01：S03與S01：S10的Pearsn相關(guān)系數(shù)較接近，分別為0.551和0.565。夾角余弦法亦得到類似的結(jié)果表6。以各元素絕對(duì)含量及百分含量為變量進(jìn)展聚類分析，結(jié)果顯示聚類分析與相似性分析結(jié)果一致圖2，互相支持。結(jié)合以上分析結(jié)果可知，10批薯蕷樣品可分成3類，S01、S02、S05、S06、S07、S08和S09的礦質(zhì)元素含量及構(gòu)成較接近，可歸為第一類；樣品S03與S10可歸為第二類；樣品S04單獨(dú)歸為第三類。2.4薯蕷類礦質(zhì)特征元素和樣品間主要元素變量的

13、挑選采用主成分分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)化處理，并對(duì)樣品中的特征礦質(zhì)元素進(jìn)展研究。由表7可知前4個(gè)主成分累計(jì)奉獻(xiàn)率達(dá)84.47%。第一主成分特征值為10.36，代表礦質(zhì)元素在植物中的構(gòu)成比例，包括u、Zn、Pb、Ni、g、n、Na和K的百分含量信息；第二主成分特征值為3.80，主要為Ni、Fe、n和As的含量信息；第三主成分特征值為2.49，主要反映Zn、Pb、g和d的含量信息；第四主成分特征值為1.92，反映As在植物中的元素含量構(gòu)成信息。50%以上總方差來(lái)自前4個(gè)主成份，因此u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、As、d、Na和K為6種薯蕷屬植物的特征元素。為進(jìn)一步明確不同特征元素對(duì)樣品間元素指紋圖

14、譜差異性奉獻(xiàn)的大小，采用偏最小二乘法分析，計(jì)算變量VIP數(shù)值，結(jié)果顯示圖3g、Pb、As、n、Fe、Na的絕對(duì)含量與g、Fe、u、K、Zn的百分含量的VIP數(shù)值均大于1，以上變量對(duì)不同薯蕷樣品間元素指紋圖譜的差異性影響最大。3討論與結(jié)論3.1礦質(zhì)元素指紋圖譜結(jié)合多變量分析可對(duì)樣品指紋圖譜信息進(jìn)展定量評(píng)價(jià)和分類描繪Pearsn相關(guān)系數(shù)和夾角余弦均可用于薯蕷樣品元素指紋圖譜的相似性分析。所有樣品根據(jù)g、Pb、As、n、Fe、Na的絕對(duì)含量與g、Fe、u、K、Zn的百分含量可分為3類。第一類包括薯蕷、參薯和高山薯蕷，其塊莖中g(shù)、u、Zn和K構(gòu)成比例較高是該類薯蕷的主要特征元素。第二類植株塊莖中Fe和

15、As含量較高，包括云南薯蕷和日本薯蕷。第三類即毛膠薯蕷植株塊莖中Fe、n、As含量均明顯高于其它薯蕷。同屬植物盾葉薯蕷D.zingiberensis和穿龍薯蕷D.nippnia塊莖中礦質(zhì)元屬的積累變化研究說明，薯蕷塊莖中富集特定元素，對(duì)K、Zn、Fe等元素的吸收量大于農(nóng)作物，且元素含量與土壤中礦質(zhì)元素含量相關(guān)性不顯著20-21。本研究顯示，一樣產(chǎn)地的薯蕷樣品并未完全聚為一類，6種薯蕷屬植物礦質(zhì)元素指紋圖譜的相似性受物種的影響較大。3.2不同礦質(zhì)元素在薯蕷屬植物塊莖中的累積呈現(xiàn)不同規(guī)律李鳳霞等22測(cè)定了199種中藥中41種元素含量，本研究結(jié)果與該文獻(xiàn)報(bào)道比照發(fā)現(xiàn)，參薯、薯蕷、日本薯蕷、毛膠薯蕷、云南薯蕷和高山薯蕷中u、Zn和Pb的元素含量與199種中藥的平均含量較接近，毛膠薯蕷與云南薯蕷的Fe含量高于199種中藥的平均值，其余薯蕷樣品Fe、g、n、As和K的含量均低于其平均值，產(chǎn)自云南玉溪的薯蕷和參薯的Ni含量高于199種中藥的平均值，產(chǎn)自云南麗江和大理的薯蕷與產(chǎn)自玉溪的云南薯蕷、毛膠薯蕷、高山薯蕷Ni含量那么低于其平均值。以上比照結(jié)果說明毛膠薯蕷與云南薯蕷對(duì)Fe元素的需求量較其它藥用植物大，而Ni元素在薯蕷塊莖中的積累可能受產(chǎn)地和植物吸收特性的共同影響。3.3薯蕷屬植物塊莖中礦質(zhì)元素計(jì)量特征Fe和g是6種薯蕷中的主要礦質(zhì)元素，其中Fe元素在日本薯蕷、云南薯蕷和毛膠薯