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

2、fliuRaat、夏枯草PrunellavulgarisL.、鐵皮石斛DendrbiuffiinaleKiuraetig等物種的研究報道說明，礦質元素含量對藥食同源植物的資源評價和開發利用具有重要意義11-13。薯蕷屬植物DisreaL.廣泛分布于熱帶及溫帶地區，中國西南和東南部是其主要產區14。中國薯蕷資源豐富，多數種類可供藥用和食用，具有重要的經濟價值。參薯D.alataL.、薯蕷D.ppsitaThunb.、日本薯蕷D.japniaThunb.等在中國廣泛栽培14。其中，薯蕷具補脾養胃、生津益肺等成效，被?中國藥典?2022版收錄作為傳統中藥山藥的植物來源15。目前中國薯本文由論文聯盟.

3、Ll.搜集整理蕷屬植物資源評價研究主要集中于形態特征、分子系統學和化學成分含量16-18，關于薯蕷不同物種間礦質元素指紋圖譜研究尚未見報道。本研究以產自云南的參薯、薯蕷、日本薯蕷等6種薯蕷為研究對象，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等元素含量并構建元素指紋圖譜，結合多變量分析展開薯蕷中礦質元素的評價研究。研究結果以期為薯蕷屬植物資源的評價和平安食用提供科學根據。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。每批測定樣品均為10株個體的混樣。鮮樣采集后帶回實驗室，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TAS-990，北京普析通用儀器有限責任公司；原子熒光分光光度計AFS-3100，北京海光儀器；萬分之一分析天平AR1140，梅特勒-托利多儀器上海；控溫電爐DDL-4x1K，金壇市金城國勝實驗儀器

5、廠；高溫馬弗爐SRJX-8-13，北京市永光明醫療儀器廠；illipre純水系統illi-QAadei，美國illipre。2試劑：測定礦質元素u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、As、d、Na、K所用標準溶液均購自濟南眾標科技；硝酸和鹽酸為優級純，購自西隴化工股份；高氯酸優級純和硫脲分析純購自國藥集團化學試劑；去離子水用美國illipre純水系統自制。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，待樣品不再產生棕色氣體時升高電爐溫度，待瓶內溶液體

6、積為1L時取下冷卻，將溶液轉移至比色管中，用去離子水定容至50L，搖勻備用，同時做空白實驗。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，同時做空白實驗。1.2.2元素含量測定待測樣品中u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、d、Na和K含量測定采用火焰原子吸收分光光度法FAAS。u含量測定參照GBT5009.13-2022；Zn含量測定參照GBT5009.14-2022；Pb含量測定參照

7、GB5009.12-2022的方法；Ni含量測定參照GBT5009.138-2022；g、Fe、n含量測定參照GB/T12396-2022的方法；d含量測定參照GB/T5009.15-2022；Na和K含量測定參照GB/T5009.91-2022；As含量測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量分數為2%的稀硝酸，將其作為11種礦質元素標準溶液的稀釋劑。分別取適量u、Zn、Pb、Ni、g、Fe、n、As、d、Na和K的儲藏液，用稀釋劑配制不同濃度的標準溶液。以吸光度A對濃度g/50L作回歸方程，r2值、線性范圍和檢出限見

8、表2。1.3數據分析根據礦質元素含量測定結果建立1個np的數據矩陣用于指紋圖譜分析19，其中n=10，代表不同產地10批薯蕷樣品；p=11，代表用于構建薯蕷樣品指紋圖譜的11種礦質元素含量信息。數據矩陣詳細表示如下：Xi和Yi為2個指紋圖譜間的元素含量，和為元素平均值。為元素的個數。聚類分析Hierarhiallusteranalysis，HA用于不同產地薯蕷屬植物礦質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那么Variableiprt

9、anefrtheprjetin，VIP用于挑選特征元素和導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那么用軟件SI-P11.5完成。2結果與分析2.1加標回收率為考察方法的可靠性，精細稱取含量樣品S026份，分別參加適量標準溶液，按照1.2.1的方法制成供試溶液，進展6次加標平行測定，計算加標回收率和相對標準偏向RSD%。表3顯示11種元素加標回收率在94.75%101.80%之間，RSD數值介于1.10%4.98%之間，方法穩定可靠。2.2薯蕷礦質元素指紋圖譜的建立6種薯蕷屬植物中礦質元素絕對含量測定結果見表4，所有

10、樣品中均含有u、Zn、Pb等11種礦質元素，11種礦質元素在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。以礦質元素百分含量為變量，研究6種薯蕷屬植物中礦質元素構成變化圖1。結果顯示，Fe元素含量占11種礦質元素總含量的25.72%至89.86%。云南薯蕷和日本薯蕷中g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元素指紋圖譜的相似性，Pearsn相關系數顯示表5：S01：S02，S01：S05，S01：S06，

12、S01：S07，S01：S08，S01：S09的Pearsn系數均大于0.900；S01：S04的Pearsn相關系數為0.723；S01：S03與S01：S10的Pearsn相關系數較接近，分別為0.551和0.565。夾角余弦法亦得到類似的結果表6。以各元素絕對含量及百分含量為變量進展聚類分析，結果顯示聚類分析與相似性分析結果一致圖2，互相支持。結合以上分析結果可知，10批薯蕷樣品可分成3類，S01、S02、S05、S06、S07、S08和S09的礦質元素含量及構成較接近，可歸為第一類；樣品S03與S10可歸為第二類；樣品S04單獨歸為第三類。2.4薯蕷類礦質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數據進展標準化處理，并對樣品中的特征礦質元素進展研究。由表7可知前4個主成分累計奉獻率達84.47%。第一主成分特征值為10.36，代表礦質元素在植物中的構成比例，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成信息。50%以上總方差來自前4個主成份，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。為進一步明確不同特征元素對樣品間元素指紋圖

14、譜差異性奉獻的大小，采用偏最小二乘法分析，計算變量VIP數值，結果顯示圖3g、Pb、As、n、Fe、Na的絕對含量與g、Fe、u、K、Zn的百分含量的VIP數值均大于1，以上變量對不同薯蕷樣品間元素指紋圖譜的差異性影響最大。3討論與結論3.1礦質元素指紋圖譜結合多變量分析可對樣品指紋圖譜信息進展定量評價和分類描繪Pearsn相關系數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g、Pb、As、n、Fe、Na的絕對含量與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、u、Zn和K構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塊莖中礦質元屬的積累變化研究說明，薯蕷塊莖中富集特定元素，對K、Zn、Fe等元素的吸收量大于農作物，且元素含量與土壤中礦質元素含量相關性不顯著20-21。本研究顯示，一樣產地的薯蕷樣品并未完全聚為一類，6種薯蕷屬植物礦質元素指紋圖譜的相似性受物種的影響較大。3.2不同礦質元素在薯蕷屬植物塊莖中的累積呈現不同規律李鳳霞等22測定了199種中藥中41種元素含量，本研究結果與該文獻報道比照發現，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，產自云南麗江和大理的薯蕷與產自玉溪的云南薯蕷、毛膠薯蕷、高山薯蕷Ni含量那么低于其平均值。以上比照結果說明毛膠薯蕷與云南薯蕷對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元素計量特征Fe和g是6種薯蕷中的主要礦質元素，其中Fe元素在日本薯蕷、云南薯蕷和毛膠薯