杠柳Periploca sepium Bge. 为萝藦科植物，根皮习称香加皮，功能祛风湿、强筋骨，《中国药典》2010年版规定其质控指标4-甲氧基水杨醛不得少于0.20%^[1]。随着香加皮的强心^[2]、抗肿瘤^[3]等药理作用^[4]不断被发现，市场需求量日益增加。前期研究以4-甲氧基水杨醛及强心成分杠柳毒苷为指标，考察其在不同部位的累积变化，发现基于杠柳毒苷，茎皮可作为新药用部位^[5]。无机元素为植物体次生代谢关键酶、辅酶的影响因子，对活性成分的合成累积发挥重要的调节作用，本研究拟通过对不同采收期杠柳根皮、茎皮中Mn、Cu、Zn、Fe、K、Ca、Mg进行测定，明确不同无机元素的累积变化趋势；结合前期考察数据，使用SPSS 19.0分析元素与活性成分间的相关性，以阐明影响杠柳活性成分的元素关键因子，为杠柳的栽培、质量提高及资源开发奠定基础。

样品于2011年5月至11月采自天津蓟县下营镇，以半月为节点平行采样，其基原植物经天津中医药大学李天祥副教授鉴定均为萝藦科植物杠柳Periploca sepium Bge.。样品于40 ℃减压真空干燥4 h，粉碎，过60目筛待测。

ICE 3500原子吸收光谱仪（美国Thermo Fisher Scientific公司）；EH35A plus电加热板（Lab-Tech公司）；空心阴极灯（北京曙光明电子光源仪器有限公司）；FA 2104电子天平（上海舜宇恒平科技仪器有限公司）；SB25—12DT超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；DFZ—6050型真空干燥箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）。

元素Fe、Mn、Cu、Zn、K、Ca、Mg标准溶液，离子质量浓度均为1 000 μg/mL，购于天津傲然精细化工研究所；GBW 07603-生物成分分析-灌木枝叶成分分析标准物质，购于中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所；硝酸、高氯酸均为优级纯；实验用水为娃哈哈纯净水。

精确称取0.5 g试样于50 mL聚四氟乙烯烧杯中，1 mL纯净水润湿后加入10 mL硝酸-高氯酸（4∶1）混合酸，盖上表面皿置于通风橱内浸泡过夜。次日于100 ℃电热板上消解2 h，中间补加硝酸3 mL，然后120、140 ℃各消解2 h，2 mL硝酸冲洗表面皿，继续加热至剩1 mL左右时加入硝酸1 mL，赶酸至白烟冒尽，取下用1%硝酸趁热冲洗烧杯壁，转移定容至50 mL。同时消解质控样灌木枝叶标准物质及全程序空白，所有样品采用平行双样。

采用火焰原子吸收光谱法测定供试液中元素量，若质量浓度超出线性范围，以1%硝酸对试样及空白溶液稀释后测定。每份样品重复测定3次，取算术平均值。

数据采用Excel及SPSS 19.0进行常规处理及相关性分析。

7种元素在根皮、茎皮中均有分布，其中以大量元素Ca、K的量最多，Mg、Fe次之，Cu、Zn的量较少且相当，根皮中各元素量大小顺序为K＞Ca＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu，茎皮中量顺序则为Ca＞K＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu。从根皮、茎皮相对分布系数（根皮/茎皮）可以看出，各元素在两者的分布具有差异性，其中尤以Fe、Ca、Zn最明显，Fe在根皮中有较大分布，而Ca、Zn主要存在于茎皮中；K相对主要分布于茎皮中，根皮、茎皮中元素Mn、Cu、Mg量相当，分布并无明显差异，见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 7种元素在根皮、茎皮中的质量分数及其分布系数 (根皮/茎皮) Table 1 Contents and distribution coefficients of seven elements in velamen and stem bark（velamen / stem bark） 元素 根皮 / (mg·g-1) 茎皮 / (mg·g-1) 均值 / (mg·g-1) 相对分布系数 Mn 0.15 0.18 0.17 0.83 Cu 0.02 0.02 0.02 1.00 Zn 0.02 0.04 0.03 0.50 Fe 2.07 0.76 1.42 2.72 K 12.16 18.13 15.15 0.67 Ca 10.50 23.45 16.98 0.45 Mg 2.59 2.54 2.57 1.02

表 1 7种元素在根皮、茎皮中的质量分数及其分布系数 (根皮/茎皮) Table 1 Contents and distribution coefficients of seven elements in velamen and stem bark（velamen / stem bark）

杠柳根皮中，Ca与杠柳毒苷的累积趋势显示出较强的一致性，均呈“双峰”型，于6月15日及9月1日出现峰值。Fe与4-甲氧基水杨醛的变化趋势具有高度的同步性，在6月15日前，Fe量的变化较平缓，4-甲氧基水杨醛无明显变化；此后杠柳根部对Fe的吸收明显增加，而根皮中4-甲氧基水杨醛累积量亦明显增加，在7月1日达到峰值，然后均逐步降低，至9月中旬左右，Fe量与4-甲氧基水杨醛均又达到新的峰值，此后，由于植物体进入枯萎期，生命活动趋于相对静止，各质量分数无明显变化。K与4-甲氧基水杨醛的累积变化趋势相似，不同之处在于7月15日达到第1个累积高峰，滞后半个月。值得注意的是K与Ca均在11月份达到另1个累积高峰，可能是植株枯萎前将各类营养向根部转移贮藏的体现。Mn、Cu、Zn、Mg的量较低，且在整个生长周期中未呈现明显变化，见图 1。

图 1

Fig. 1

图 1 杠柳根皮中杠柳毒苷、4-甲氧基水杨醛及7种元素的累积变化 Fig. 1 Accumulative variations of periplocin,4-methoxysalicylic aldehyde,and seven elements in velamen of P.sepium

杠柳茎皮中，Fe与4-甲氧基水杨醛、Ca与Mg的累积趋势相近，呈“双峰”型。在7月1日左右植物生长最旺盛时期，植株对Ca、Mg、Fe的吸收逐渐增加至峰值，同时4-甲氧基水杨醛的累积量亦达到最大值，此后，对Ca、Mg、Fe的吸收逐步减缓，4-甲氧基水杨醛的量无明显变化，9月下旬，根皮中Fe和4-甲氧基水杨醛出现另一个小高峰，而Ca、Mg的量达到最低后又逐步增加，推测可能是元素在植物体内按需分配转移的结果。K的累积趋势总体表现为在6月初植物生长旺盛期吸收达到最大，后呈逐步减少趋势。考察元素与杠柳毒苷累积趋势不一致。Mn、Cu、Zn的量较低，且在整个年生长周期中未呈现明显变化，见图 2。

图 2

Fig. 2

图 2 杠柳茎皮中杠柳毒苷、4-甲氧基水杨醛及7种元素的累积变化 Fig. 2 Accumulative variations of periplocin,4-methoxysalicylic aldehyde,and seven elements in stem bark of P. sepium

由表 2可知，根皮中Mn与K呈极显著负相关，Cu与Zn、Ca与Mg呈显著正相关；茎皮中Fe与Ca、Ca与Mg呈极显著正相关，Fe与Mg、K与Mg呈显著正相关；根皮与茎皮中同种元素表现出极显著正相关，如Cu、Fe、Mg；另外，茎皮中Cu与根皮中Mn、Zn呈显著正相关，与K呈显著负相关；茎皮中K与根皮中Zn、Mg，茎皮中Ca与根皮中K、Mg均呈显著正相关。

表 2(Table 2)

表 2 杠柳根皮、茎皮中无机元素及其与杠柳毒苷、4-甲氧基水杨醛的相关性 Table 2 Correlation between elements and periplocin and 4-methoxysalicylic aldehyde in velamen and stem bark of P. sepium 因素 杠柳毒苷 4-甲氧基水杨醛 根皮 茎皮 根皮 茎皮 根皮 茎皮 Mn Cu Zn Fe K Ca Mg Mn Cu Zn Fe K Ca Mg 杠柳毒苷 根皮 1.000 茎皮 0.108 1.000 4-甲氧基水杨醛 根皮 -0.396 -0.473 1.000 茎皮 -0.501 -0.417 0.723** 1.000 根皮 Mn 0.250 0.461 -0.266 0.015 1.000 Cu 0.218 0.384 -0.045 0.094 0.403 1.000 Zn -0.006 0.172 -0.150 0.132 0.231 0.645 1.000 Fe -0.356 -0.134 0.605 0.850** 0.287 0.435 0.348 1.000 K -0.210 -0.470 0.048 -0.032 -0.679** -0.432 -0.116 -0.146 1.000 Ca 0.867** 0.027 -0.251 -0.367 0.251 0.271 -0.048 -0.111 0.016 1.000 Mg 0.306 0.048 -0.116 -0.070 0.261 0.400 0.379 0.296 0.231 0.626 1.000 茎皮 Mn 0.239 0.162 -0.629 -0.366 0.464 0.022 -0.016 -0.227 0.087 0.296 0.258 1.000 Cu 0.233 0.359 -0.263 0.165 0.601 0.708** 0.645 0.296 -0.536 0.153 0.213 0.139 1.000 Zn -0.185 -0.644 0.175 0.229 -0.263 -0.172 -0.128 0.014 0.198 -0.083 -0.036 0.090 -0.172 1.000 Fe -0.336 -0.246 0.686** 0.737** 0.066 0.127 0.087 0.817** 0.235 -0.014 0.403 -0.110 -0.011 0.017 1.000 K 0.025 -0.099 0.256 0.289 0.226 0.291 0.554 0.473 -0.154 0.142 0.613 -0.308 0.300 0.109 0.371 1.000 Ca -0.258 -0.134 0.226 0.239 -0.152 -0.023 -0.011 0.415 0.591 0.137 0.597 0.218 -0.344 0.171 0.702** 0.210 1.000 Mg 0.033 -0.083 0.256 0.133 -0.029 0.199 0.254 0.392 0 .309 0.285 0.695** 0.104 -0.182 0.140 0.617 0.533 0.823** 1.000 *P＜0.05 **P＜0.01

表 2 杠柳根皮、茎皮中无机元素及其与杠柳毒苷、4-甲氧基水杨醛的相关性 Table 2 Correlation between elements and periplocin and 4-methoxysalicylic aldehyde in velamen and stem bark of P. sepium

基于杠柳毒苷，在根皮中与Ca呈极显著正相关，在茎皮中与Zn呈显著负相关；而根皮中Ca与Mg呈显著正相关，故杠柳毒苷的主要影响元素为根皮Ca及茎皮Zn，其累积受到根皮Ca的协同、茎皮Zn的拮抗作用，根皮Mg间接影响杠柳毒苷。

基于4-甲氧基水杨醛，在根皮中与茎皮中4-甲氧基水杨醛呈极显著正相关，与茎皮中Fe呈极显著正相关，与根皮中Fe呈显著正相关，与茎皮中Mn呈显著负相关；在茎皮中与根皮、茎皮中Fe均呈极显著正相关。由上可知，4-甲氧基水杨醛的主要元素影响因子为Fe及茎皮Mn，其累积受到Fe的协同和茎皮Mn的拮抗作用。此外，茎皮Fe与茎皮中Ca、Mg分别呈极显著、显著正相关，故可认为茎皮Ca、Mg间接影响4-甲氧基水杨醛在杠柳根皮、茎皮中的累积（表 2）。

金属元素参与植物体内正常生理代谢活动从而调控次生代谢产物的合成及累积。元素Zn和Mo可以通过促进甘草酸生物合成关键酶基因的表达及甘草酸前体物角鲨烯的生成，最终提高甘草酸的合成累积^[6]。在杠柳不定根生长的指数末期加入浓度均为0.05 mmol/L的诱导子Ag⁺和La³⁺能显著提高杠柳毒苷的累积量。Fe是叶绿素合成所必须的元素，同时，许多含铁物质是重要的电子传递者或催化剂，参与植物体内多种代谢。本研究发现，杠柳中Fe与4-甲氧基水杨醛累积量呈显著正相关，推测Fe可有效激活4-甲氧基水杨醛生物合成途径中关键酶的基因表达。植物对元素的吸收是有限度的，一定范围内，随着生长基质中元素浓度的增加而增强，但是过高浓度会影响其他元素的吸收平衡，不利于植株生长，甚至死亡。因此，需通过可控实验考察在杠柳不同生长阶段施用Fe元素最佳浓度水平、配比以及施肥方式，如叶面喷洒或土壤条施等。

《中国药典》2010年版^[1]以及《药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》^[7]均规定，中药材重金属限量指标Cu≤0.02 mg/g。杠柳根皮、茎皮中的Cu平均量均为0.02 mg/g，存在含量超标的隐患。在考察中发现茎皮中Cu与根皮中K呈显著性拮抗，茎皮中Cu与根皮中Cu协同作用极显著，且根皮、茎皮中的Cu量与杠柳毒苷和4-甲氧基水杨醛无明显关系，故可考虑在某阶段增施一定量钾肥以抑制杠柳对Cu元素的吸收，降低重金属对药材质量的影响。

本实验仅考察了7种无机元素，在下一步的研究中应考察其他无机元素对杠柳的生长及多种次生代谢产物累积的影响，研究范畴不仅仅局限于营养元素的量，元素间的配比、重金属元素及环境因素^[8]的胁迫作用等因素均有待深入研究，以提高和控制药材质量。