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不同区域中姜黄对土壤中砷、汞吸收富集能力研究

 张寒梅,吕瑞,黄彩霞

 绵阳师范学院化学与化学工程学院(绵阳621000)

摘要采用原子荧光光谱法测定了同一地区2个不同区域中姜黄及其栽培土壤中As和Hg的含量,并评价了姜黄不同药用部位对土壤中As和Hg的吸收富集能力。研究结果表明该地区生长于不同区域的姜黄中As和Hg的含量有一定差异,且姜黄对土壤中As和Hg的富集能力均较弱。试验方法回收率在95.80%~108.4%之间,方法准确可靠。试验可为该地区姜黄的规范化种植提供参考。

关键词原子荧光光谱法;姜黄;重金属:富集能力

 姜黄是我国传统中药之一。入药部位姜黄(Curcuma longaL.)为姜科(Zingiberaceae)植物姜黄的根茎,黄丝郁金( Radix Curcumae)为姜科植物姜黄的块根,两者属同一植株的不同药用部位。研究表明,姜黄具有广泛的药理活性,如抗癌、抗炎、抗菌,提高免疫力及保护肝脏、胃肠道等,同时近年也报道临床上用于治疗阿尔茨海默病、抑郁症和糖尿病等。

 中药以其副作用小、易于识别、药理温和以及药效持久等特点而受到患者的青睐,而中药中重金属残留问题也成为关注的焦点。为减少中药中重金属对人体的危害,农业耕地中重金属的含量应该受到严格控制,以减少蔬菜、水果和粮食等食物对重金属的富集量,从而减少通过食物链进入人体的重金属含量,以防因重金属含量超标给人类带来危害,如As超标会引起肝、肾、心等实质器官的损害,Hg超标会损害肾脏,造成肾功能衰竭。目前对于姜黄中As和Hg含量及其吸收富集能力研究尚未见文献报道。试验采用原子荧光光谱法测定了乐山市犍为县2个不同地区姜黄及其栽培土壤中砷和汞含量,并评价了姜黄不同药用部位对土壤中砷、汞的富集能力,为姜黄规范化栽培提供科学数据。

1  材料与方法

1.1样品采集及鉴定

 黄丝郁金、姜黄、土壤(pH为5.5~6.0)均采自乐山市犍为县,采样时分别采取A,B两区域中的植株及栽培土壤样本,样本分别编号:A1、A2和B1、B2,土壤编号A和B,植株经绵阳师范学院天然产物研究所鉴定为姜科植物姜黄的干燥块根黄丝郁金及姜科植物姜黄的干燥根茎姜黄。

1.2仪器与试剂

 AFS-9700双通道原子荧光光度计:北京海光仪器公司;小型高速粉粹机:WB-100,北京维博创机械设备有限公司;101-2A型电热鼓风恒温干燥箱:上海沪南电炉烘箱厂;AUY全自动分析天平:日本岛津公司。

 HNO3( GR)、HClO4( GR)、KOH(GR)、KBH4( GR)、HCl( GR)、氢氟酸(GR)、硫脲( GR)、抗坏血酸(AR)、30% H2O2( GR);试验用水均为二次蒸馏水;Hg和As标准储备液均由相应的分析纯金属配制,其标准储备液的质量浓度分别为100μ g/m L,根据测定要求,使用时再逐级稀释成标准使用液。

1.3试验方法

1.3.1样品的处理与制备

1.3.1.1黄丝郁金、姜黄预处理与制备

  将黄丝郁金和姜黄样品分别用自来水、二次蒸馏水洗净,于105 0C下烘干,粉碎至过100目筛,封装后置于干燥器中保存备用。

 准确称取样品1.000 0 g于50 m L烧杯中,加入20.0mL高氯酸+硝酸(1+4)混合酸,盖上表面皿低温消解,保持微沸,待样品溶液澄清后逐滴加入双氧水直到溶液呈无色透明后停止加热,冷却至室温后转移并定容于25.00 m L比色管中,备用。准确移取10.00 m L备用液于25.00 m L比色管中,加入2.0 m L盐酸和10.00mL(5%抗坏血酸+5%硫脲)混合液,用二次蒸馏水定容,待测。

1.3.1.2土壤样品预处理与制备

 将土样于105℃下烘干,用研钵磨碎至过100目筛后,封装置于干燥器中保存备用。

 准确称取质量为0.200 0 g的土样于100 m L烧杯中,加硝酸+高氯酸(3+1)混合酸30.0 m L,盖上表面皿,静置1d,低温消解,保持微沸4h,加入3.0 m L氢氟酸,继续低温消解,待溶液清澈后加双氧水直到溶液呈无色透明后停止加热,冷却至室温后转移并定容于50.00 m L比色管中,备用。准确移取10.00 m L备用液于25.00 m L比色管中,加入2.0 m L盐酸和10.00 mL(5%抗坏血酸+5%硫脲)混合液,用二次蒸馏水定容,待测。

1.3.2仪器工作条件

经优化后得到仪器最佳工作条件见表1。

2结果与分析

2.1工作曲线回归方程及相关系数

 在优化后的仪器工作条件下,测定各标准溶液的吸光度,并绘制浓度-吸光度工作曲线,所得各元素的工作曲线及线性关系见表2和表3。

  从表2和表3中可知,各元素的线性相关系数均大于0.9966,符合测定要求,可以作为样品测定的标准。

2.2准确度试验

 向样品中加入一定量的As和Hg的标准溶液,用原子荧光光谱仪测定各元素含量,结果见表4和表5。试验的加标回收率在95.80%~108.4%,说明该方法的准确度符合要求,可以用于样品含量的测定。

2.3样品中重金属含量的测定

 样品按照1.3.1样品的处理与制备的方法进行处理,在最佳仪器工作条件下,测定结果见表6和表7。

 由表6可知A、B两区域内样品中As和Hg含量有一定差异。A区域土壤及样品中As和Hg含量均大于B区域。A、B区域的土样及植株中Hg的含量均大于As的含量。

 经测定,该研究区土壤pH均小于6.5,属于酸性土壤,其测定标准见表7。

 GAP对药用植物的栽培条件要求栽培土壤应符合土壤质量二级标准。从表6和表7可以看出A、B两区域土样中重金属Hg含量均严重超出土壤环境质量二级标准;A土样中重金属Hg含量为土壤环境质量一级标准的61倍,为土壤环境质量二级标准的30倍;B土壤样品中重金属Hg含量为土壤环境质量一级标准的47倍,为土壤环境质量二级标准的23倍。A、B两区域土样中重金属As含量符合GAP药用植物标准。

 A、B两区域的黄丝郁金和姜黄中As和Hg含量均未超标,符合GAP药用植物标准。

2.4黄丝郁金、姜黄对土壤中重金属的富集能力分析

 为进一步了解黄丝郁金、姜黄对土壤中砷、汞的富集能力,可以用富集系数表示,即植物中某元素含量与土壤中该元素含量的比值。由表6分析得到A、B两区域的重金属元素在黄丝郁金与姜黄中的富集系数见表8。

  从表8中可见,采至A、B区域的黄丝郁金(块根)、姜黄(根茎)对土壤中重金属As和Hg的富集能力总体均较弱。相比较而言,黄丝郁金和姜黄对Hg的富集能力略大于对As的富集能力。结合周亚文等报道的姜黄不同药用部位对Cu、P b和C d的富集作用的数据,可为药用姜黄的栽培提供更加完备的数据参考。

3结论

 研究结果表明该地区两个不同区域的土壤中Hg含量超标,As含量符合标准,且A区域土壤及样品中As和Hg含量均大于B区域。虽两个区域姜黄与黄丝郁金中As和Hg含量符合GAP药用标准,且对土壤中重金属As和Hg富集能力也较弱,但土壤仍是中药中重金属来源的主要途径之一。因此,在栽培和管理药用姜黄的生长过程之中,仍需要严格监控土壤中As和Hg元素的含量。在农业耕种中防止人为因素导致土地重金属污染。针对该地区,建议严格监控其土壤中重金属Hg的污染。

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