陕南丹参药材有效成分含量与土壤因子相关性研究

王高红，朱 蒙，薛智凤,4，张文硕，陈清敏，成 星，贺凯凯，杨 玲

（1.陕西省地质调查实验中心，陕西 西安 710000；
2.陕西省地质调查院，陕西 西安 710000；
3.中国自然资源学会秦巴研究分会，陕西 西安 710000；
4.生态环境部生态环境损害鉴定评估中心，陕西 西安 710000）

丹参为唇形科植物丹参Salvia miltiorrhizaBge.的干燥根和根茎，味苦，微寒，归心、肝经，具有活血祛瘀、通经止痛、清心除烦、凉血消痈的功效[1]。现代药理学研究表明，丹参具有抗肿瘤[2]、抗骨质疏松[3]、抗神经炎症[4]等作用。丹参的有效成分主要有脂溶性二萜醌类化合物和水溶性酚酸类化合物。脂溶性二萜醌类化合物包括丹参酮Ⅰ、丹参酮ⅡA、丹参酮 ⅡB、隐丹参酮、丹参新酮等，其中丹参酮 ⅡA为代表性成分。水溶性酚酸类化合物包括丹参素、原儿茶醛、丹酚酸A、丹酚酸B、丹酚酸C 等，其中丹酚酸B 为代表性成分。2020 年版《中国药典》（一部）以丹参酮类（丹参酮 ⅡA、隐丹参酮、丹参酮Ⅰ的总量）和丹酚酸B 为指标，对丹参药材进行质量控制。

中药材生长及质量形成过程受到气候生态、土壤环境、地形地貌、种植技术等的影响[5-6]。中药材中有效成分含量是其质量评价的重要指标。中药材有效成分的形成和积累受到土壤无机元素和土壤肥力等的影响[7-8]。近年来，对丹参的研究多集中在化学成分[9]及药理作用方面[10]，关于丹参有效成分含量与土壤因子间相关性的研究报道较少。

丹参主产于四川、山东、陕西、河南等地。2020年，陕西省发布首批“秦药”遴选结果，丹参作为十五种大宗道地中药材之一入选。陕西省陕南地区地处秦巴山区，丹参种植已发展多年，药材品质较好。本研究以陕南不同产地丹参为对象，采集丹参药材及种植土壤样品，对丹参药材无机元素和有效成分以及土壤对应的无机元素和肥力指标进行检测，研究丹参有效成分含量与药材无机元素含量和土壤因子的相关性，以期为改良土壤、控制丹参药材中有害元素含量及提高品质提供理论依据。

1.1 供试样品

丹参药材与其对应的土壤样品于2021 年11 月至12 月在陕南地区（包括商洛、汉中、安康、旬阳4 市）采集，均为栽培种（生长年限均为2 年生），共计25份。丹参均为种子繁殖，春季进行种苗移栽，移栽时开沟深度以种苗伸直为标准，移栽后墒情不好时，浇定根水，使丹参根与土壤充分粘实。幼苗时期、大田移栽期和发芽初期注意除草，花蕾期除留种外，剪去花蕾，减少营养消耗，促使根生长粗壮。施肥时施够底肥，返青后、开花前、开花后及时追肥、氮磷钾肥配合。每个采样地均采用五点法采样，五点采得的药材混合成为1 份药材样品。土壤样品采集相应药材下深0 ～ 20 cm 的土样，将同一份药材下采集的土壤样品充分混合，采用四分法缩分至2 kg 为1 份土壤样品。丹参药材样品经陕西师范大学崔浪军教授鉴定为唇形科植物丹参Salvia miltiorrhizaBge.的干燥根和根茎。丹参样品除去表面泥土，自然风干后，粉碎，过筛备用。土壤样品去除石块、植物残渣等杂质，自然风干后，研磨，过筛备用。

1.2 药物与试剂

1.3 主要仪器

X Series 2 型电感耦合等离子体质谱仪，icap 7400 型电感耦合等离子体原子发射光谱仪［赛默飞世尔科技（中国）有限公司］；
2202E 型原子荧光光度计（北京海光仪器有限公司）；
PHS-3C 型酸度计（上海仪电科学仪器有限公司）；
1260 型高效液相色谱仪（美国安捷伦科技公司）；
Quintix35-1CN 型十万分之一电子天平［赛多利斯科学仪器（北京）有限公司］；
KQ-500 VDE 型双频数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

2.1 无机元素测定

2.1.1 药材无机元素测定 丹参药材样品共测定12 种元素：砷（As）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）、镍（Ni）、铅（Pb）、硒（Se）、锌（Zn）采用电感耦合等离子体质谱法测定；
铁（Fe）采用电感耦合等离子原子发射光谱法测定；
汞（Hg）采用原子荧光光度法测定。

2.1.2 土壤无机元素测定 丹参种植土壤样品共测定12 种元素：镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、镍（Ni）、铅（Pb）、锌（Zn）采用电感耦合等离子体质谱法测定；
铁（Fe）、锰（Mn）采用电感耦合等离子原子发射光谱法测定；
汞（Hg）、砷（As）、硒（Se）采用原子荧光光度法测定。

2.2 土壤肥力指标测定

丹参种植土壤样品共测定5 个肥力指标：pH 采用电位法测定；
有机质（OM）采用重铬酸钾容量法测定；
速效钾（AvK）、有效磷（AvP）采用电感耦合等离子体质谱法测定；
水解性氮（AvN）采用碱解扩散法测定。

2.3 药材有效成分测定

2.3.1 丹参酮ⅡA、丹参酮Ⅰ、隐丹参酮的测定

（1）混合对照品溶液的制备 称取丹参酮ⅡA0.010 17 g、丹参酮Ⅰ 0.011 22 g、隐丹参酮0.010 91 g，置50 mL 棕色容量瓶中，加甲醇溶解并稀释至刻度，然后稀释10 倍，制成每1 mL 分别含20.3 μg、22.4 μg、21.8 μg 相应对照品的混合对照品溶液，4℃下保存备用。（2）供试品溶液的制备 取粉碎后的丹参药材粉末约0.3 g，精密称定，置具塞锥形瓶中，精密加入甲醇50 mL，密塞，称定重量，超声处理（功率：140 W，频率：42 kHz）30 min，放冷，再称定重量，用甲醇补足失重，摇匀，滤过，取续滤液，即得。（3）色谱条件 色谱柱：Agilent ZORBAX SB-C18（4.6 mm × 250 mm, 5μm）；
流动相：乙腈（A）- 0.02%磷酸水溶液（B）；
梯度洗脱（0 ～ 12 min，70%A；
12 ～ 20 min, 70% → 90%A）；
检测波长：270 nm；
柱温：25℃；
流速：1.0 mL/min；
进样量：10 μL。

2.3.2 丹酚酸B 的测定 （1）对照品溶液的制备

粘液腺囊肿被视为口腔科疾病之一，它是一种口腔粘液腺导管因受到外伤后发生破裂，涎粘蛋白分泌物潴留于腺体组织内，所引起的腺泡逐渐膨胀而形成的囊肿。囊肿多发生于下唇，其次是舌尖、舌腹部以及颊粘膜等处。症状为局部肿胀，患处有淡紫蓝色半透明且质地柔软的囊性肿块，易破溃，破溃排出液体数日后会反复发作，病程可数天到数月。本文在梳理腺上皮和粘液腺的组织细胞学知识的基础上，综合分析了粘液腺囊肿这种疾病的治疗方法以及各种方法的优点和不足。

称取丹酚酸B 0.018 01 g，置100 mL 容量瓶中，加甲醇-水（8 ∶2）混合溶液溶解并稀释至刻度，然后稀释20 倍，制成每1 mL 含90.0 μg 对照品的溶液，4℃下保存备用。（2）供试品溶液的制备 取粉碎后的丹参药材粉末约0.15 g，精密称定，置具塞锥形瓶中，精密加入甲醇-水（8 ∶2）混合溶液50 mL，密塞，称定重量，超声处理（功率：140 W，频率：42 kHz）30 min，放冷，再称定重量，用甲醇-水（8 ∶2）混合溶液补足失重，摇匀，滤过，精密量取续滤液5 mL，移至10 mL 容量瓶中，加甲醇-水（8 ∶2）混合溶液稀释至刻度。（3）色谱条件色谱柱：Agilent ZORBAX SB-C18（4.6 mm × 250 mm，5μm）；
流动相：乙腈（A）- 0.1%磷酸水溶液（B）；
检测波长：286 nm；
柱温：25℃；
流速：1.2 mL/min；
进样量：10 μL。

2.4 数据分析

各有效成分含量根据外标一点法进行计算，有效成分含量=［（A1×C×V×100）/（A2×W×106）］×%，式中：A1为样品峰面积；
A2为对照品峰面积；
C为对照品浓度；
V为稀释倍数；
W为样品称样量。采用Excel 对实验数据进行处理。采用SPSS 26.0 进行统计分析，相关性分析采用Pearson 相关系数法。

3.1 陕南不同产地丹参药材中有效成分含量特征

陕南不同产地丹参药材中有效成分含量见表1。25 个产地丹参药材丹参酮ⅡA的含量介于0.10% ～0.52%；
丹参酮Ⅰ的含量介于0.07% ～ 0.44%；
隐丹参酮的含量介于0.05% ～ 0.64%；
总丹参酮类（以丹参酮ⅡA、丹参酮Ⅰ、隐丹参酮含量之和计）介于0.25% ～1.49%，均达到《中国药典》规定的不少于0.25%的规定；
丹酚酸B 的含量介于2.31%～9.21%，除23号外，其余采样点采得的药材均达到《中国药典》规定的不少于3.0%的标准。

表1 丹参有效成分含量测试结果（%，n = 3）Tab.1 The result of effective component contents in Salvia miltiorrhiza Bge.（%，n = 3）

从含量的变异系数来看，5 种有效成分中，隐丹参酮变异系数最大，为57.7%；
丹酚酸B 变异系数最小，为25.0%；
丹参酮Ⅰ、总丹参酮类、丹参酮ⅡA的变异系数分别为40.8%、39.8%、32.1%。总体而言，5 种有效成分含量的变异系数均较大，说明不同产地丹参药材有效成分含量差异较大。

3.2 陕南不同产地丹参种植土壤无机元素含量和肥力特征

陕南不同产地丹参药材种植土壤无机元素含量和肥力指标测试结果见表2。不同产地丹参种植土壤中无机元素含量和肥力指标值差异较大。无机元素含量的变异系数介于29.4%～121.0%，肥力指标的变异系数介于15.2%～104.2%。除了pH、Zn 元素的变异系数分别为15.9%、29.4%以外，其它指标的变异系数均大于30%，说明不同丹参种植土壤的无机元素含量和肥力相差较大。

表2 土壤无机元素含量和肥力指标测试结果（n = 3）Tab.2 The results of inorganic element contents and fertility indexes of soil（n = 3）

无机元素含量变化范围为0.012 ～105 800.000 mg/kg，平均含量的排序为：Fe ＞Mn ＞Cr ＞Zn ＞Ni ＞Cu ＞Co ＞Pb ＞As ＞Se ＞Cd ＞Hg。《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》对农用地土壤污染风险筛选值和管制值做出了规定，土壤的pH 所处的范围不同，相应的各个指标的污染风险筛选值和管制值有所不同，其中，Pb、As、Cu、Cd、Hg、Cr、Mn、Ni、Zn 为必测基本项目。根据测定结果，7 号丹参种植土壤中的Cd 含量为0.310 mg/kg，达到了风险筛选值0.30 mg/kg；
8 号丹参种植土壤中的Cd 含量为1.540 mg/kg，达到了风险筛选值0.60 mg/kg；
10 号、22 号丹参种植土壤中的Cu 含量分别为50.700 mg/kg、53.800 mg/kg，达到了风险筛选值50 mg/kg；
24 号丹参种植土壤中Cu、Cr、Ni 含量分别为107.000 mg/kg、548.000 mg/kg、310.000 mg/kg，达到了风险筛选值50 mg/kg、150 mg/kg、70 mg/kg；
以上6 处有元素含量达到风险筛选值的土壤，其元素含量均未达到风险管制值。综合来看，陕南丹参种植土壤环境总体质量较好，个别重金属含量超标不严重。

土壤的pH 介于5.10 ～8.35，跨度从弱酸性到弱碱性，表明丹参种植适宜的pH 范围较广。土壤有机质含量介于4.34 ～ 36.80 g/kg，平均值为11.80 g/kg；
水解性氮含量介于27.600 ～ 106.000 mg/kg，平均值为54.500 g/kg；
有效磷含量介于5.100 ～ 119.000 g/kg，平均值为28.000 g/kg；
速效钾含量介于27.600 ～170.000 g/kg，平均值为81.000 g/kg。根据全国第二次土壤普查土壤肥力状况分级标准，陕南丹参种植土壤有机质含量4%处于六级水平（＜0.6%），40%处于五级水平（0.6%～1%），52%处于四级水平（1%～2%），4%处于二级水平（3%～4%）；
水解性氮含量4%处于六级水平（＜30 mg/kg），72%处于五级水平（30 ～60 mg/kg），12% 处 于 四 级 水 平（60 ～ 90 mg/kg），12%处于三级水平（90 ～ 120 mg/kg）；
有效磷含量（以P2O5计）20%处于三级水平（10 ～ 20 mg/kg），36%处于二级水平（20 ～ 40 mg/kg），44%处于一级水平（＞40 mg/kg）；
速效钾含量（以K2O 计），12%处于五级水平（30 ～ 50 mg/kg），48%处于四级水平（50 ～100 mg/kg），24%处于三级水平（100 ～ 150 mg/kg），12%处于二级水平（150 ～ 200 mg/kg），4%处于一级水平（＞200 mg/kg）。总体而言，陕南丹参种植土壤有机质、水解性氮含量处于较低水平，有效磷含量处于较高水平，速效钾含量处于中等水平。

3.3 陕南不同产地丹参无机元素含量特征

陕南不同产地丹参药材中无机元素含量为介于0.004 2～1 780.000 mg/kg，见表3。平均含量的排序为：Fe ＞Mn ＞Zn ＞Cu ＞Ni ＞Cr ＞Pb ＞Co ＞As ＞Se ＞Cd ＞Hg。2020 年版《中国药典》对于丹参药材重金属及有害元素的限量值规定为：Pb ≤5 mg/kg，Cd ≤1 mg/kg，As ≤2 mg/kg，Hg ≤0.2 mg/kg，Cu ≤20 mg/kg。根据测定结果，7 号丹参药材中Cd含量为1.280 mg/kg，超过限量值标准；
1号、6号、12号、15 号、20 号、22 号、24 号7 处丹参药材中Cu 含量分 别 为22.800 mg/kg、22.800 mg/kg、22.400 mg/kg、25.600 mg/kg、22.400 mg/kg、27.500 mg/kg、27.500 mg/kg，超过限量值标准；
其它重金属及有害元素含量均未超标。结合土壤重金属及有害元素含量来看，7 号种植土壤中的Cd 含量达到了风险筛选值，丹参药材中Cd 含量也超过了限量值；
22 号、24 号种植土壤中的Cu 达到了风险筛选值，丹参药材中Cu含量也超过了限量值。

表3 丹参药材无机元素含量测试结果（mg/kg，n = 3）Tab.3 The results of inorganic element contents in Salvia miltiorrhiza Bge.（mg/kg，n = 3）

根据丹参药材无机元素测定结果，按照12 种元素的原子序数绘制丹参中无机元素分布曲线，见图1。为了绘图方便，将Mn 和Fe 元素含量缩小了10 倍，Co、As、Se、Cd、Pb 元素含量扩大了10 倍，Hg 元素含量扩大了100 倍，建立了陕南地区丹参无机元素指纹图谱。从图谱可以看出，陕南不同产地丹参中12 种无机元素具有基本相似的峰形，只因不同产地土壤状况和人为管理的不同而呈现含量上的差异。

图1 陕南不同产地丹参药材无机元素含量分布曲线Fig.1 Inorganic elements chromatogram of Salvia miltiorrhiza Bge.of different producing areas in southern Shaanxi

3.4 丹参药材中无机元素的富集特征

元素生物富集系数是表征化学物质被生物浓缩或富集于体内程度的指标，客观反映了植物从土壤环境中吸收或摄取无机元素的能力[11]。表4 列出了陕南地区不同产地丹参药材对各种无机元素的平均富集系数，从中可以看出，丹参药材对Se 的富集能力最强，达到1.206；
对Cu、Cd、Hg、Ni、Zn 的富集能力较强，介于0.210 ～0.884；
对Pb、As、Cr、Mn、Co、Fe 的富集能力较弱，介于0.025 ～0.070。富集能力排 序 为：Se ＞Cd ＞Cu ＞Zn ＞Hg ＞Ni ＞As ＞Cr ＞Mn ＞Pb ＞Co ＞Fe。在实际种植过程中应根据各产地的土壤状况，结合丹参对无机元素的吸收富集特点，调整施肥配比和用量，以提高丹参药材产量和质量。

表4 丹参药材对无机元素的平均富集系数Tab.4 The average enrichment coefficient of inorganic elements in Salvia miltiorrhiza Bge.

3.5 丹参药材中有效成分与土壤因子之间的关系

本研究采用SPSS 26.0 对陕南地区不同产地丹参药材有效成分含量与土壤各项指标值的相关性进行分析，结果见表5。土壤Cr、Ni 含量与丹参酮Ⅰ含量的相关系数分别为0.449、0.414，呈显著正相关（P＜0.05）。土壤Cu、Co、Cr、Ni 含量与隐丹参酮含量的相关系数分别为0.606、0.589、0.539、0.641，呈极显著正相关（P＜0.01）。土壤Co 含量与丹参酮ⅡA含量的相关系数为0.407，呈显著正相关（P＜0.05）。土壤Cu、Cr 含量与总丹参酮类含量的相关系数分别为0.455、0.484（P＜0.05），呈显著正相关；
土壤Co、Ni 含量与总丹参酮类含量的相关系数分别为0.507、0.524，呈极显著正相关（P＜0.01）。各个土壤指标值与丹酚酸B 含量均无显著相关性。表明适当提高土壤中Cu、Co、Cr、Ni含量可以促进丹参有效成分的累积。

表5 土壤因子与丹参有效成分的相关性分析Tab.5 Correlation analysis of soil factors and effective component in Salvia miltiorrhiza Bge.

3.6 丹参药材中有效成分与其无机元素含量之间的关系

本研究对陕南地区不同产地丹参药材有效成分与其无机元素含量进行相关性分析，结果见表6。药材Mn 含量与丹参酮 ⅡA含量的相关系数为-0.427，呈显著负相关（P＜0.05）。药材Hg、Mn 含量与丹酚酸B 含量的相关系数分别为-0.438、-0.420，呈显著负相关（P＜0.05）。丹参药材无机元素含量与丹参酮Ⅰ、隐丹参酮、总丹参酮类含量均无显著相关性。

表6 丹参药材无机元素与有效成分的相关性分析Tab.6 Correlation analysis of inorganic elements and effective component in Salvia miltiorrhiza Bge.

本研究对陕南地区不同产地丹参药材有效成分及无机元素含量进行测定，对相应的丹参种植土壤无机元素含量与肥力指标进行测定，分析各个土壤因子与丹参有效成分含量的相关性，寻求影响丹参有效成分含量的关键土壤因子。

研究表明，除一处丹参药材丹酚酸B 含量未达到2020 年版《中国药典》所规定的标准外，陕南不同产地的丹参药各个有效成分含量均达到标准，且大多数丹参药材有效成分含量超出标准值较多，有效成分含量较高。不同产地丹参种植土壤无机元素含量与肥力指标值变异较大，对土壤无机元素中属于农用地土壤污染风险管控的基本指标进行分析评价，两处土壤中的Cd 达到了风险筛选值，两处土壤中的Cu 达到了风险筛选值：一处土壤中的Cd、Cr、Ni 达到了风险筛选值，所有土壤各项指标均未达到风险管制值。陕南不同产地丹参中12 种无机元素含量具有基本相似的峰形，对丹参药材无机元素中属于《中国药典》中有限量值的指标进行分析评价；
一处丹参药材Cd 含量超出限量值，七处Cu 含量超出限量值。对丹参药材富集土壤中各个无机元素的能力进行评价，Cd、Cu 均排在前列，说明丹参种植需关注土壤中Cd、Cu 元素的含量，土壤中Cd、Cu 元素含量过高易造成丹参药材中Cd、Cu 含量超出限量值标准，对丹参药材质量控制需加强对丹参药材中Cd、Cu 含量的监控。

相关性分析显示，土壤中Cr、Ni 含量与丹参酮Ⅰ含量呈显著正相关；
土壤中Cu、Co、Cr、Ni 含量与隐丹参酮含量呈极显著正相关；
土壤中Co 含量与丹参酮 ⅡA呈显著正相关；
土壤中Cu、Cr 含量与总丹参酮类含量呈显著正相关；
土壤中Co、Ni 含量与总丹参酮类含量呈极显著正相关。表明适当提高土壤中Cu、Co、Cr、Ni 含量可以促进丹参有效成分的累积，但同时又应注意Cu、Co、Cr、Ni 含量不能过高，以免造成土壤重金属含量超标，导致药材重金属含量超标。张琦[12]对山东、河南、河北、四川等8 个省25 个产地丹参有效成分含量与土壤无机元素的相关性进行了研究，结果显示，丹参酮 ⅡA、丹酚酸B 与土壤中无机元素均无显著相关性。表明丹参有效成分与土壤因子的相关性受研究的地理范围影响较大。本研究结果适用于陕南地区丹参药材。

陕南丹参药材中丹参酮类有效成分主要的土壤决定因子为Cu、Co、Cr、Ni，应加强对丹参药材及其种植土壤中Cu、Cd 含量的监测。本研究可为陕南丹参药材品质形成机制及丹参药材对土壤元素吸收利用规律研究奠定基础。气候、地形和水质等环境因子与丹参药材有效成分含量的相关性有待于进一步研究。

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