刺梨根质量标准提升及种植基地土壤和刺梨各部位重金属污染研究

摘要

目的 刺梨根为蔷薇科（Rosaceae ）蔷薇属（Rosa ）植物缫丝花（Rosa roxburghii Tratt.）的根，为贵州少数民族用药，其味苦、涩，性平，归胃、大肠经，具有健胃消食、收敛止泻的功效，主要用于食积腹痛、腹泻等症，是一种药食两用资源。刺梨根作为贵州省特色民族苗药，且当前正加快发展以苗药为重点的健康医药产业，因此贵州省药监局拟对载入《贵州省中药材、民族药材质量标准(2003年版)》的刺梨根质量标准进行提升研究，本课题组承担其中质量标准研究任务，通过查阅刺梨根质量标准发现，该品种药材标准较为简单，仅有形状描述，缺少重要的薄层鉴别项、检查项和含量测定项等具体检测项目，难以定性定量评价刺梨根现状和品质，为进一步提升和完善黔产刺梨根的质量标准，提升药材品质，本课题对刺梨根进行定性定量研究，拟定刺梨根质量标准及草案，希望最终研究成果为新版《贵州省中药材、民族药材质量标准》提供参考依据。 刺梨全身是宝，多部位入药，不仅可作为药物用于医疗，花卉用于观赏，而且在食品饮料、保健品、化妆品等方面具有广阔应用前景。本课题在对刺梨根质量标准提升完善研究过程中，发现刺梨不同部位重金属富集迁移、风险评价、来源分析及刺梨根际土重金属状况鲜有报道，此外，刺梨受重金属污染主要来源是土壤，对刺梨根、叶、果入药部位的重金属含量有直接影响，因此，本文对刺梨种植基地刺梨中重金属Pb、As、Hg、Cd、Cr含量进行了调查，首次评价了刺梨不同部位重金属分布特征及污染风险，探讨了土壤—刺梨系统重金属富集迁移及污染来源，以期为刺梨药材的质量评价、用药安全及制定重金属限量标准提供参考依据。 方法 （1）参照《中国药典(2015年版)》对刺梨根进行系统研究，其中包括以下几点， @① 基源鉴定 ②薄层鉴别 ③中药材检查项，其中包含： 水分测定参照《中国药典(2015年版)》第四部通则0832第二法（烘干法）；总灰分、酸不溶性灰分测定参照《中国药典(2015年版)》第四部通则2302；水溶性浸出物测定参照《中国药典(2015年版)》第四部通则2201；重金属 Pb、As、Hg、Cd、Cr 含量参照 GB5009.12-2017、GB5009.11-2014、GB5009.17-2014、GB5009.15-2014、GB5009.123-2014。 ④含量测定 HPLC法测定刺梨根中鞣花酸含量(首次建立) 紫外法测定刺梨根总多酚含量(首次建立) ⑤指纹图谱研究 初步建立刺梨根提取物中没食子酸、阿魏酸、鞣花酸、芦丁四种指认成分的指纹图谱研究，并通过软件分析 ⑥将以上各项内容整合，按照贵州省中药材、民族药材质量标准及起草说明编写技术要求，拟定刺梨根质量标准草案及起草说明。 （2）刺梨基地土壤及刺梨根、茎、叶、果各部位重金属的分布特征及风险评价 ①对刺梨种植基地的土壤和刺梨根、茎、叶、果样品进行采集和前处理 ②按照现行国家标准分别对土壤和植物样品进行消解，并测定其重金属含量 ③参照《GB15618-1995土壤环境质量标准》和《WM/T2-2004药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》等标准，对土壤和植物样品中重金属含量进行初步探讨污染特征和状况 ④运用土壤重金属评价方法（潜在生态危害指数、改进物元模型）和植物重金属评价方法（富集系数评价法、指数评价法、人体健康风险评价法）分别对土壤和刺梨根、茎、叶、果各部位中五种重金属含量进行评价分析 ⑤采用数理统计法(相关性分析、主成分分析)，初步探索污染来源 结果 （1）刺梨根质量标准提升 实验新增了刺梨根薄层色谱鉴别、检查项、含量测定及指纹图谱，完成对刺梨根质量标准提升研究并形成质量标准草案。 ①对基源进行鉴定，本品为是蔷薇科植物单瓣缫丝花 Rosa roxburghii Tratt.f.normalis Rehd.et Wils.及缫丝花 Rosa roxburghii Tratt的根。 ②新增薄层色谱鉴别方法，方法简便，易重复，斑点清晰可见。 ③新增完善检查项下各项指标，完成刺梨根样品测试，初步确定各限量标准。其中，25批刺梨根药材水分含量在7.38%~11.95%范围内，平 均值为9.59%。25批刺梨根药材总灰分含量在0.41%~11.66%范围内，其平均值为4.03%。22批刺梨根药材酸不溶性灰分含量在0.10%~3.33%范围内，其平均值为1.03%。22批刺梨根药材浸出物含量在6.65%~23.23%范围内，其平均值为14.36%。15批刺梨根中As含量为0.16~0.58mg·Kg-1，Hg含量为0.03~0.12mg·Kg-1 ，Cd含量为0.01~0.70mg·Kg-1 ，Pb含量为0.24~4.04mg·Kg-1，重金属含量较低。 ④分别建立了鞣花酸成分及总多酚组分2个含量测定方法。 方法1 首次建立了刺梨根中总多酚紫外分光光度测定法，以没食子酸为对照，检测波长 76⑥nm ，1⑤批刺梨根样品总多酚含量在7.54%~14.04%，平均值为10.70%。RSD为21.24%。 方法 ②首次建立了鞣花酸 RP-HPLC 测定法，选用 COSMOSIL 5C18(4.6ID×250 mm，5μm)色谱柱，以乙腈-0.1%磷酸水溶液为流动相进行等度洗脱，检测波长254nm；体积流量1mL·min-1；柱温30℃；进样体积10μL。鞣花酸在2.43~21.87μg·mL-1范围内线性关系良好。平均回收率在105.83%，RSD为3.23%。20批刺梨根样品中鞣花酸的含量范围为0.20~1.48 mg·g-1，平均值为0.76mg·g-1。 ⑤建立了刺梨根提取物HPLC指纹图谱测定方法，通过中药色谱指纹图谱相似度评价系统（2012版）软件，对12个共有峰进行识别，12批次指纹图谱相似度达0.8以上，通过标准物质比对，确定4、10、11、12号峰分别为没食子酸、阿魏酸、鞣花酸、芦丁四种成分，该成分首次在刺梨根中检出。 ⑥完成质量标准草案及起草说明。 （2）刺梨基地土壤及刺梨根、茎、叶、果各部位重金属的分布特征及风险评价 ①四个刺梨基地45批土壤样品重金属Pb、As、Hg、Cd、Cr均在国家土壤二级标准限定值范围内，符合中药材种植规范基地土壤中重金属限量规定要求。 ②131批刺梨样品中（15批刺梨根、48批刺梨茎、48批刺梨叶、20批刺梨果），存在106批样品符合标准，样品合格率分别为：刺梨果95%、刺梨叶93.5%、刺梨根80%和刺梨茎60.5%。 ③刺梨不同部位中重金属分布特征为：茎＞叶＞根＞果；从重金属分布特征看，重金属污染状况表现为Cr＞Cd＞Pb＞Hg＞As；从超标元素看，刺梨根茎叶中Cr全部超标。 ④刺梨根茎叶果中各重金属的单因子污染指数为Cr＞Cd＞Pb＞Hg ＞As，刺梨各部位的综合污染指数为根＞茎＞叶＞果，富集系数为Cd＞Hg＞Pb≈As≈Cr。 ⑤四个基地整体土壤状况良好，处于较轻污染等级，少量样本存在Hg、Cd污染，其中Hg潜在生态风险较强。 ⑥刺梨植株污染Cd主要来自土壤，Hg、Pb、As、Cr可能与大气沉降和农业活动有关。 ⑦基地土壤Cd、Cr来源成土母质，As、Pb可能来源农业活动，而Hg污染可能与大气沉降密切关联。 结论与亮点 本研究从薄层鉴别、检查项、含量测定、指纹图谱四个方面对刺梨根进行初步探究，达到提升刺梨根质量标准的目的，为完善和提升刺梨根的质量标准提供了理论基础。 在结合实地考察和室内分析的基础上，采集同一株刺梨和刺梨表层土壤，采用原子荧光光谱仪和原子吸收光谱仪对刺梨表层土壤和刺梨根、茎、叶、果中重金属Pb、As、Hg、Cd、Cr进行测定，参照国家标准对土壤和刺梨各部位中重金属进行初步探讨其污染特征和状况；运用土壤重金属评价方法(潜在生态危害指数、改进物元模型)和植物重金属评价方法(富集系数评价法、指数评价法、人体健康风险评价法)分别对土壤和刺梨根、茎、叶、果各部位中五种重金属含量进行评价分析；采用数理统计法(相关性分析、主成分分析)，初步探索污染来源。 目的 刺梨根为蔷薇科（Rosaceae ）蔷薇属（Rosa ）植物缫丝花（Rosa roxburghii Tratt.）的根，为贵州少数民族用药，其味苦、涩，性平，归胃、大肠经，具有健胃消食、收敛止泻的功效，主要用于食积腹痛、腹泻等症，是一种药食两用资源。刺梨根作为贵州省特色民族苗药，且当前正加快发展以苗药为重点的健康医药产业，因此贵州省药监局拟对载入《贵州省中药材、民族药材质量标准(2003年版)》的刺梨根质量标准进行提升研究，本课题组承担其中质量标准研究任务，通过查阅刺梨根质量标准发现，该品种药材标准较为简单，仅有形状描述，缺少重要的薄层鉴别项、检查项和含量测定项等具体检测项目，难以定性定量评价刺梨根现状和品质，为进一步提升和完善黔产刺梨根的质量标准，提升药材品质，本课题对刺梨根进行定性定量研究，拟定刺梨根质量标准及草案，希望最终研究成果为新版《贵州省中药材、民族药材质量标准》提供参考依据。 刺梨全身是宝，多部位入药，不仅可作为药物用于医疗，花卉用于观赏，而且在食品饮料、保健品、化妆品等方面具有广阔应用前景。本课题在对刺梨根质量标准提升完善研究过程中，发现刺梨不同部位重金属富集迁移、风险评价、来源分析及刺梨根际土重金属状况鲜有报道，此外，刺梨受重金属污染主要来源是土壤，对刺梨根、叶、果入药部位的重金属含量有直接影响，因此，本文对刺梨种植基地刺梨中重金属Pb、As、Hg、Cd、Cr含量进行了调查，首次评价了刺梨不同部位重金属分布特征及污染风险，探讨了土壤—刺梨系统重金属富集迁移及污染来源，以期为刺梨药材的质量评价、用药安全及制定重金属限量标准提供参考依据。 方法 （1）参照《中国药典(2015年版)》对刺梨根进行系统研究，其中包括以下几点， @① 基源鉴定 ②薄层鉴别 ③中药材检查项，其中包含： 水分测定参照《中国药典(2015年版)》第四部通则0832第二法（烘干法）；总灰分、酸不溶性灰分测定参照《中国药典(2015年版)》第四部通则2302；水溶性浸出物测定参照《中国药典(2015年版)》第四部通则2201；重金属 Pb、As、Hg、Cd、Cr 含量参照 GB5009.12-2017、GB5009.11-2014、GB5009.17-2014、GB5009.15-2014、GB5009.123-2014。 ④含量测定 HPLC法测定刺梨根中鞣花酸含量(首次建立) 紫外法测定刺梨根总多酚含量(首次建立) ⑤指纹图谱研究 初步建立刺梨根提取物中没食子酸、阿魏酸、鞣花酸、芦丁四种指认成分的指纹图谱研究，并通过软件分析 ⑥将以上各项内容整合，按照贵州省中药材、民族药材质量标准及起草说明编写技术要求，拟定刺梨根质量标准草案及起草说明。 （2）刺梨基地土壤及刺梨根、茎、叶、果各部位重金属的分布特征及风险评价 ①对刺梨种植基地的土壤和刺梨根、茎、叶、果样品进行采集和前处理 ②按照现行国家标准分别对土壤和植物样品进行消解，并测定其重金属含量 ③参照《GB15618-1995土壤环境质量标准》和《WM/T2-2004药用植物及制剂外经贸绿色行业标准》等标准，对土壤和植物样品中重金属含量进行初步探讨污染特征和状况 ④运用土壤重金属评价方法（潜在生态危害指数、改进物元模型）和植物重金属评价方法（富集系数评价法、指数

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