基于微量元素分析技术的植物菘蓝和马蓝不同部位营养元素分布及富集作用

闫 峻，谢胜凯，刘瑞萍，曾 远，冯 硕，崔建勇，郭冬发

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

菘蓝（isatis indigotica Fort.）是十字花科草本植物，主要分布于我国的河北、江苏、安徽、河南、山西、浙江、山东、广西等地，其根和叶分别为板蓝根和大青叶；马蓝（baphicacabnthus cusia（nees） bremek）是爵床科植物，主要分布于我国的福建、四川，云南、湖南、江西、贵州和广东等地，其根和叶分别为南板蓝根和南大青叶。菘蓝和马蓝均为工业上常用染料的原料，同时也是临床常用中药材，具有清热解毒、凉血消斑和利咽等功效，主要用于治疗发热咽痛、瘟疫时毒、 痄腮和丹毒等［1-3］。

目前，对菘蓝和马蓝的研究主要集中在对其有机化学成分的分析和药理作用的评价等方面［4-6］，但是对其微量营养元素等研究的较少。现代医学研究表明，微量元素对人体健康、生长发育和防病治病有着密切的关系，尤其是微量元素可以调节人体机能［7-8］。同时有研究表明，微量营养元素首先被植物根部吸收，一部分在根部累积，另一部分输送到植物体的地上部分并富集，从而形成了营养元素在植物体根、茎、叶、花和果实等器官的分布差异［9］。

目前，微量元素的测定方法主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体发射光谱法等［10］。本研究采用电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体光谱法，对相同产地、相同生长时间的菘蓝和马蓝的地下部分（板蓝根和南板蓝根）和地上部分（大青叶和南大青叶）及其种植地土壤中的20种金属元素含量进行测定，从而发现菘蓝和马蓝根和叶种营养元素的差异，并对营养元素在土壤—根—叶体系中的分布特征进行研究。

1 实验仪器和试剂

1.1 实验仪器

NexION 300 D电感耦合等离子体质谱仪和5300 DV电感耦合等离子体发射光谱仪均为美国铂金埃尔默公司产品。

1.2 实验材料和试剂

菘蓝和马蓝的干燥根和叶，产地为四川省成都市，由北京中医药大学提供，并经北京中医药大学刘永刚教授鉴定；硝酸、盐酸、氢氟酸，MOS级，天津市风船化学试剂科技有限公司；多元素溶液标准溶液，美国Inorganic Ventures公司产品；纯水为实验室自制去离子水，符合GB/T 6682—2008的要求。

2 实验方法

2.1 样品及标准溶液的制备

2.1.1 植物菘蓝和马蓝样品的制备

将菘蓝和马蓝根和叶干燥至恒重，粉碎，过100目筛，密封保存。测量前将植物样品粉末置于80℃烘箱中干燥4 h，准确称取0.2 g样品置于聚四氟乙烯坩埚中，加入3 mL HNO3，盖上盖子，将坩埚放在50℃电热板上加热48 h，坩埚冷却后，打开盖子放在100℃电热板上加热，蒸至近干，再加入0.5 mL硝酸蒸至近干，加入1 mL硝酸和1 mL去离子水，盖上盖子后置于130℃电热板上加热3 h，将溶液转入聚四氟乙稀塑料瓶中，并用去离子水定容至20 mL。

2.1.2 种植地土壤样品的制备

将菘蓝和马蓝种植地土壤干燥，粉碎，过100目筛，密封保存。测量前将土壤样品粉末置于80℃烘箱中干燥4 h，准确称取50 mg样品置于聚四氟乙烯坩埚中，加入1 mL盐酸、1 mL硝酸和3 mL氢氟酸，盖上盖子，放在185℃电热板上，加热48 h，坩埚冷却后，打开盖子放在170℃电热板上加热，蒸至近干，再加入0.5 mL硝酸蒸至近干，加入1 mL硝酸和1 mL去离子水，盖上盖子后置于130℃电热板上加热3 h，将溶液转入聚四氟乙稀塑料瓶中，并用去离子水定容至50 mL。

2.1.3 标准溶液的制备

采用多元素混合标准物质，母液浓度均为10.0 mg·L-1， 将标准溶液稀释至 1.0、5.0、10.0、 20.0 和 50.0 μg·L-1，做标准工作曲线。以10 μg·L-1的Rh溶液作为在线内标对样品进行测试，在线内标溶液与样品溶液通过一个三通混合后进入雾化器。

2.2 仪器条件

2.2.1 电感耦合等离子体质谱法

植物菘蓝和马蓝以及种植地土壤中Li、Be、 Cu、 Zn、 Cr、 Co、 V、 Ni、 Ga、 Sr、 Sb、Ba、Bi和Tl元素采用电感耦合等离子体质谱法进行测量，冷却气流速17 L·min-1，辅助气流速 1.2 L·min-1， 样品气流速 0.92 L·min-1，驻留时间为 30 ms， 测量时泵速 20 r·min-1，测量时间为16 s，检测室模式为双模模式。

2.2.2 电感耦合等离子体发射光谱法

植物菘蓝和马蓝以及种植地土壤中Al、Ca、Fe、K、Mg和Na元素采用电感耦合等离子体发射光谱法进行测量，射频功率为1 300 W，等离子体气流量为15 L·min-1，辅助气流量为 0.2 L·min-1，雾化气流量为0.8 L·min-1。

3 实验结果

3.1 植物菘蓝和马蓝以及种植地土壤营养元素的测定

植物菘蓝和马蓝不同生长部位以及种植地土壤中营养元素的含量测定结果见表1。

由表1可知，植物菘蓝和马蓝不同部位以及种植地土壤中各营养元素的含量存在一定的差异。菘蓝和马蓝叶片中的营养元素含量普遍高于根中的营养元素含量，说明随着植物的生长，营养元素主要集中在菘蓝和马蓝的叶片部位，其中Ca、Fe、K、Mg、Na元素的含量明显高于其他元素的含量。

3.2 植物菘蓝和马蓝对营养元素的富集作用

植物对土壤中的营养元素具有一定的富集作用，其富集强度可以用（X植物/X土壤）来表示［8］。植物菘蓝和马蓝不同生长部位对营养元素的富集强度见表2。

由表2可见，植物菘蓝和马蓝不同部位对土壤的富集作用存在一定的差异。其中K、Ni、Cr和Ca在植物菘蓝根中的富集强度最强 ， 分 别 达 到 了 0.565、 0.406、 0.364和0.340；K、Ca、Zn和Tl在植物菘蓝叶中的富集强度最强，分别达到了 0.579、0.330、0.254和0.229；Ca、K、Mg和Zn在植物马蓝根中的富集强度最强，分别达到了0.955、0.699、 0.254和0.246； K、 Ca、 Mg和Tl在植物菘马叶中的富集强度最强，分别达到了2.083、 1.577、 0.386 和 0.327。

表1 植物菘蓝和马蓝以及种植地土壤中营养元素的含量/（mg·kg-1）Table 1 Contents of nutrient elements/（mg·kg-1） in isatis indigotica， baphicacabnthus cusia （nees） bremek and the soil

表2 植物菘蓝和马蓝对营养元素的富集作用Table 2 Enrichment effect of isatis indigotica and baphicacabnthus cusia （nees） bremek on nutrient elements

4 结论与建议

植物菘蓝和马蓝的根（板蓝根、南板蓝根）和叶（大青叶、南大青叶）及叶经过加工制得的产物（青黛）具有广泛的工业应用和药用价值，特别是在 “非典”和 “流感”等特殊时期，菘蓝和马蓝的根和叶以其独有的抗病毒、抗炎、抗菌和免疫增强活性，在特殊时期均做出了特殊的贡献，同时作为常用有机染料在工业上也具有较为广泛的应用。本研究采用电感耦合等离子体质谱法和电感耦合等离子体光谱法对植物菘蓝和马蓝的不同部位及其种植地土壤中的营养元素含量及其对营养元素的富集作用进行了评价。菘蓝和马蓝叶片中的营养元素含量高于根中的营养元素含量，其中Ca、Fe、K、Mg和Na元素的含量明显高于其他元素的含量。对营养元素富集作用的结果表明，植物菘蓝中K和Ca对营养元素的富集作用最强，植物马蓝中K、Ca和Mg的富集强度最强。

从整体上看，菘蓝和马蓝对土壤中营养元素的富集作用较弱，说明土壤营养元素中有效营养元素含量较低。同时，在今后的研究中可以考虑通过K、Ca和Mg等富集强度较高的营养元素进行植物营养成分示踪研究。