三七矿质营养元素的分布特征

2020-11-09林洁赵致罗春丽刘红昌罗夫来王华磊

山地农业生物学报 2020年2期

林洁赵致罗春丽刘红昌罗夫来王华磊

摘要：通过研究矿质元素在三七中的分布特征，为三七营养诊断提供科学依据。试验以两年生三七和三年生三七为研究对象，测定其主根、须根、剪口、茎、叶和花6个部位的14种元素（N、P、K、Ca、Mg、Fe、Al、Cu、Zn、B、Na、Sr、Cd、Pb）的含量，并分析各部位元素组成的差异。结果表明：主成分分析显示，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）分别接受了总变量的380%和286%，明确区分了植株的各个部位;B、Mg、N、Al、Fe、Cd、Sr、Ca、K、Na这10种元素反映8096%的矿质元素信息，表明该元素在三七花期为主要的矿质元素;不同元素在三七各个部位中分布存在显著差异，植株中K和P元素的含量较高

且稳定。

关键词：三七;矿质元素;主成分分析

中图分类号：S56723+6

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2020）02-0069-06国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.02.011

Distribution Characteristics of Mineral Nutrients in Panax notoginseng

LIN Jie ，ZHAO Zhi，LUO Chunli，

LIU Hongchang，LUO Fulai，WANG Hualei*

（College of Agriculture，Guizhou University，Laboratory about Breeding and Planting of Traditional Chinese Medicine in Guizhou，Guiyang，Guizhou 550025，China）

Abstract：The distribution characteristics of mineral elements in Panax notoginseng were studied to provide scientific basis for its nutritional diagnosis Biennial and Triennial P notoginseng was used as the experimental materialsThe content of 14 kinds of elements （N，P，K，Ca，Mg，Fe，Al，Cu，Zn，B，Na，Sr，Cd，Pb） were determined in the taproot，fibrous root，scissoria，stem，leaf and flower，and the difference of element composition in each part was analyzedThe results showed that the first principal component （PC1） and the second principal component （PC2） accepted 380% and 286% of the total variables，respectively，and clearly distinguished each part of the plant The ten elements B，Mg，N，Al，Fe，Cd，Sr，Ca，K and Na can reflect 8096% of the mineral element information，indicating that this element played an important role in the flowing period of P.notoginseng The distribution of different elements in each part of P notoginseng existed significant differences，and K and P element contents were relatively high and stable in the plant

Keywords：Panax notoginseng; mineral elements; principal component analysis

三七[Panax notoginseng（Burk）FHChen]為五加科人参属多年生草本植物，以干燥根及根茎入药[1]。三七享有南国神草、金不换等美誉，对治疗心血管类疾病[2]、中枢神经类疾病[3]有显著作用。

中药矿质元素的含量、分布特征影响药材的适宜种植区域、药材质量和产量等方面。通过缺素试验和检测等方式，确定三七正常生长过程所需的矿质元素，包括N、P、K、Ca、Mg、Fe、S、Mn、Cu、Zn、B等[46]。三七适宜区域的选择可以通过对土壤矿质元素分析，从而判断能否满足三七的营养需求[7]，早在80年代就有学者研究发现，三七品质与微量元素的含量密不可分[8]，合理施肥也能显著提高三七单株生物量和总产量[9]。元素的移动性和分配规律是制定施肥措施的参考依据，而同一种矿质元素在不同作物中的吸收分配具有明显的差异[10]。金属胁迫对植物细胞有毒害作用[11]，也能通过植物进入动物和人体，威胁人体健康[12]，所以研究金属在三七体内的分布情况有较深的意义。本研究以两年生三七和三年生三七为材料，对三七各部位进行矿质元素测定，揭示了不同矿质元素在三七体内的分布特点，为三七的合理养分管理提供科学依据。

1材料与方法

11试验材料

试验材料为三七[（Panax notoginseng （Burk ） F H Chen）]，包括两年生三七和三年生三七。

12试验地概况

试验地位于贵州省六盘水市丹霞镇，属于典型的北亚热带季风气候，年平均气温12～15 ℃，年降水量1200～1500 mm。土壤pH 644，有机质含量3077 mg/kg，全氮、有效磷和速效钾含量分别为288、130和140 mg/kg。

13样品采集与处理

于2018年三七花期分别随机取样两年生三七和三年生三七全株各30株，混合样品，3次重复。洗去泥土，从剪口、主根、须根、茎、叶、花6部分进行取样，贴好标签。带回实验室后用去离子水将植株洗净，经105 ℃杀青15 min，然后于60 ℃下烘干至恒重。粉碎通过05 mm筛，保存于干燥器。

14元素含量测定

每份粉碎干样称取05000 g左右，在马弗炉中灰化，灰化过程为200 ℃2 h，400 ℃2 h，600 ℃4 h，共8 h，冷却至常温后，再用5 mL 10%HNO3溶解，采用Optim 8100电感耦合等离子体发射光谱仪（Perkin Elmer公司）测定K、Ga、P、Mg、Fe、Cu、Zn、B等元素。钾（K）、钙（Ca）、磷（P）、镁（Mg）等元素标准溶液购买于国家有色金属及电子材料分析测试中心。N含量采用硫酸-双氧水消化，Kjeltec 8400凯氏定氮仪测定（FOSS公司）。

15数据分析

所有数据均采用DPS 705和Excel 2007进行处理及相关分析。

2结果与分析

21三七不同部位的矿质元素主成分分析

将不同年限三七的不同部位元素组成进行主成分分析发现，三七不同部位矿质元素的含量有较明显的差异。PCA结果显示，第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）的累计贡献率为636%，其中PC1能够解释总体数据38%的变异，明显将植株不同部位分开;PC2解释了总体数据256%的变异，大致区分了植株生命活动较为旺盛的部位，同时发现三七须根和其他部位具有明显差异，不同生长年限的主根矿质元素组成相似（图1）。

根据特征值可以确定主成分的个数，由表1可知，前三个主成分的贡献率分别为380%、256%、174%，当主成分达到三个时，累积贡献率已达8093%，即三个主成分已经可以代表不同年生三七各部位矿质元素的8093%的信息含量。

从表1可知，第一主成分的特征值是531，累积贡献率为3795%，B、Mg、N、Na等元素在第一主成分上有较高的载荷（表2），说明第一主成分主要反映了B、Mg、N等元素的信息;第二主成分的特征值为358，累积贡献率为6355%，Al、Fe、Cd、Sr元素在第二主成分上有较高的载荷，说明了第二主成分主要反映了Al、Fe、Cd、Sr元素的信息;第三主成分的特征值为243，累积贡献率为8093%，Ca、K、Na元素在第三主成分上有较高的载荷，说明第三主成分主要反映了Ca、K的信息。根据各元素在不同因子上的載荷，可以看出B、Mg、N、Al、Fe、Al、Cd、Sr、Ca、K、Na等10种元素已经基本反映了三七生长所需的元素情况。

22三七中大量元素（N、P、K、Ca、Mg）的分布特征

氮（N）：不同生长年限的三七植株各部位氮元素的分布规律一致，表现为花>叶>须根>剪口>主根>茎，氮素是植物三大营养元素之一，三七花的氮素含量最高，这也与三七正处于生殖生长阶段相吻合。三七花期氮元素的分布没有受到生长年限的影响，吸收规律相似。

磷（P）：不同生长年限三七的磷元素分布特征相似，花中的磷含量显著高于其他部位。两年生各部位含量都表现出差异性，而三年生中叶和茎的含量相当。

钾（K）：钾元素能够促进茎秆粗壮，钾元素在三七植株中的分布也是茎中的钾含量明显高于剪口须根等其他部位;两年生的须根和叶的钾含量分布相似，三年生的须根和花钾含量相似。

钙（Ca）：钙元素在两年生三七和三年生三七中分布规律不一致，两年生三七茎中含量最高，而三年生

则叶中含量最高

，这可能是由于钙元素在叶的一些老的组织中不易移动，其他部位分布比例相同。

镁（Mg）：镁元素在两年生三七和三年生三七中分布规律不一致，镁主要存在于幼嫩器官和组织中;两年生三七叶中的镁元素含量明显高于其他部位，叶>花>须根>剪口>茎>主根，三年生则是花中镁含量较高，花>叶≈须根>剪口>主根≈茎。

23三七中微量元素（Fe、Cu、Zn、B、Na）的分布特征

铁（Fe）：不同生长年限的三七地下部分各部位表现出了相似的规律，都是须根>剪口>主根，地上部分两年生叶和花差异不明显，但是均显著高于茎的含量，三年生则是茎和花差异不明显，显著低于叶;两者须根的铁元素含量都显著高于其他部位。

铜（Cu）：不同年限的三七各部位铜元素含量的分布不同，两年生剪口中铜含量显著高于其他各部位，三年生则是主根显著高于其他各部分。

锌（Zn）：不同年限的三七各部位锌元素含量分布相似，均是花显著高于叶高于须根。两年生三七剪口锌含量与须根相似，三年生三七主根与剪口含量差异不明显，总体而言，各年限三七地下部分锌含量差异不显著。

硼（B）：两年生三七和三年生三七主根和须根的硼元素含量相近。两年生三七各部位硼的分布为叶≈花>须根>剪口>茎>主根;三年生为叶≈须根>花>剪口>茎≈主根。

钠（Na）：1979年Brownell就提出Na是植物的必需元素[13]。两年生三七和三年生三七各部位的钠元素含量分布规律不一致，两年生三七表现为叶>茎≈须根>花>剪口>主根，三年生三七钠元素含量为叶>须根>剪口>茎>花>主根。

24三七中金属（Al、Sr、Cd、Pb）的分布特征

两种不同生长年限的三七各部位金属分布情况见表5。

铝（Al）：金属铝在植物细胞方面开展的研究较多[14]。两年生三七和三年生三七各部位铝含量的分布规律相似，须根的铝含量显著高于其他各部位，同一年限的不同部位表现出较大的差异。

锶（Sr）：两种不同年限的三七金属锶的含量分布规律不同。其中须根中的锶含量显著高于其他各部位，茎中次之。两年生三七中各部位锶含量分布为须根>茎>剪口>叶>花≈主根;三年生为须根>茎>叶>剪口>主根>花。

镉（Cd）：不同年限的三七镉的分布规律相同，均是须根中的镉含量显著高于其他部位。主根中没有镉元素，总体而言，四种重金属中，镉含量最低。

铅（Pb）：不同年限三七各部位铅的分布规律不同，两年生三七的须根铅含量显著高于其他各部位，三年生三七则是叶。分布规律为两年生须根>叶≈剪口>花≈主根≈莖;三年生叶>须根≈花≈茎≈主根>剪口。

3结论与讨论

31三七不同部位的元素含量差异

本研究表明，两年生三七和三年生三七须根部位Fe、Cu、Al、Sr、Cd、Pb元素的含量显著高于其他部位，

而须根中的P含量低于花，N、Mg、Zn、B含量低于花和叶，K低于花、叶和茎。有研究报道三七道地产区比新产区须根中铁含量高（道地产区332051 mg/kg>新产区210541 mg/kg），丹霞镇作为新产地，Fe含量为156329 mg/kg，略低于云南新产区[15]。据文献报道，三七须根中Cu、Al、Sr、Cd、Pb这五种金属的含量也高于其他各个部位[1617]，经比较本地区三七中金属含量低于以往的研究报道，可能是由于取样时期不同以及土壤环境差异所致，也说明三七须根更容易吸收土壤重金属，而且不容易从须根转移到地上部分，此结果与陈璐等人[18]的研究类似。本试验结果显示花中N、P、K含量高于主根、须根和剪口，K主要集中在植物生命活动最活跃的部位[19]，K在三七地上部中的含量显著高于地下部分，说明地上部分生长较为旺盛。

32三七体内矿质元素含量特征

根据主成分分析可以看出，第一主成分中B和Mg的系数较大，可见B、Mg元素与主成分相关程度最高，即第一主成分反映了B、Mg元素的特征。硼元素能够促进植物细胞的伸长和组织的分化，促进根系的生长，花粉的萌发和花粉管的生长，增强作物的抗逆性[20]。镁元素与植物的光合作用息息相关，叶绿素的形成离不开镁，三七各部位的镁含量都很丰富，含量为093～343 g/kg，和曲媛等[21]人的研究结果相同。第二主成分中Fe、Cd的系数较大，即第二主成分反应这三个元素的特征，其中镉为重金属，说明三七具有很高的镉富集能力和转运能力[22]。K和P是植物生长的必须大量元素，在不同生长年限三七的各部位含量高，而且两元素的变异系数低，说明两元素的变异范围相对较窄，相对较稳定，说明一定量的K和P是构成三七品质和产量的必要条件。钾元素能够促进茎秆粗壮，所以钾元素在三七植株中的分布也是茎中的钾含量明显高于剪口须根等其他部位;磷元素促进花的分化和形成，导致花中磷含量显著高于其他部位。钾元素含量大于磷元素，说明三七是喜钾植物，这符合以往的研究结果[2324]。本试验分析的元素较为全面，但只有一个时期，后续将对不同时期进行研究。

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