无机元素对中药材品质的多重影响研究

摘要

本课题以野生药材(黄芩)、栽培药材(川芎)以及受控试验培育药材(青蒿、菘蓝、荆芥)为试验材料，通过测定药材和根际土壤中无机元素含量、药材化学成分含量以及受控实验培育药材抗氧化系统的变化趋势，就无机元素对中药材的影响进行系统研究。主要研究内容包括：土壤无机元素对野生中药材无机元素及药效成分的影响；栽培中药材不同生长阶段的无机元素积累规律；水培条件下镉胁迫对青蒿的伤害机理及其抗氧化系统和青蒿素的变化趋势研究；土培条件下不同重金属胁迫(镉和铅)对菘蓝和荆芥的伤害机理及其抗氧化系统和靛玉红的变化趋势研究。研究结果如下：
　　 ⑴居群内，黄芩根际土壤中无机元素对黄芩药材中的无机元素含量影响小，总分布区内，根际土壤无机元素对药材中的无机元素含量有明显影响，尤以Ca、Fe、Mg、Mn、P显著。黄芩根际土壤和药材中各无机元素含量的相对大小，以及黄芩对各无机元素的吸收能力受产地影响小，并且根际土壤中的含量的相对大小与药材一致。提示黄芩中各无机元素含量可能以一定的比例存在，而这种比例同样受到土壤中元素配比的影响。黄芩药材中的无机元素对自身化学成分的合成和积累的影响与化学组分的极性和元素种类有关。所测10种元素中，大部分元素可能不利于中等极性或强极性化学组分的合成和积累(苷类)，但有利于弱极性组分的合成和积累。K、Mg与大部分组分含量呈正相关。
　　 ⑵川芎不同部位无机元素的积累特征随生长阶段的变化趋势源于川芎各部位生长发育的元素需求。川芎茎叶中大部分无机元素含量、分配比例以及茎叶对无机元素的吸收能力均在苗期和抽茎期较高，且显著高于根茎。而根茎中大部分元素含量在收获期达到最高，且部分元素的根茎分配比例在收获期高于茎叶。但川芎根茎和茎叶对不同元素吸收能力的相对大小以及对元素的富集作用比较稳定，受生育期和部位影响小。川芎根茎和茎叶对Cd均有富集，茎叶在苗期和抽茎期还对Pb有富集。川芎茎叶对Pb的吸收能力始终大于根茎，对Cd的吸收能力在收获期小于根茎。随着生长时间的延长，川芎对Cd、Pb的总吸收量减少，但在根茎中的分配比例增加，从而使得川芎根茎中Cd、Pb含量随生长时间的延长而增加。
　　 ⑶水培条件下，青蒿茎叶中Cd含量随胁迫浓度和胁迫时间的增长而增加。与之对应的青蒿色素和细胞膜损害情况以及青蒿抗氧化防御系统的反应情况为：随胁迫浓度和胁迫时间的延长，青蒿色素含量下降，且Chlb对Cd胁迫的敏感程度大于Chla；电导率对Cd胁迫敏感，其上升速度和最大值随Cd胁迫浓度的增加而提高，而MDA所受影响小；POD酶只有当Cd胁迫达到一定程度时才被激活，且胁迫浓度越大，反应越快，活性越高。而CAT酶应答速度和程度较高，在大部分胁迫时间里保持较高活性；ASA含量无显著变化，而GSH含量显著增加，与GSH是抗Cd的主要物质的观点相符；Cd胁迫对于青蒿素的合成和积累有促进作用，尤以低浓度组和高浓度组明显。Cd胁迫后期，各项指标数据都出现异常，如电导率显著低于对照，MDA显著高于对照，POD活性大幅提高，青蒿素含量显著下降等，可能是Cd毒性加剧的表现。
　　 ⑷菘蓝对Cd、Pb的吸收和富集特性以及Cd、Pb对菘蓝的影响机理相似处多，差异点少：菘蓝对Cd、Pb的吸收能力强，对Cd还有很强的富集能力。菘蓝根、叶中Cd、Pb含量随Cd、Pb胁迫浓度的提高而增加，而其对Cd、Pb的吸收能力随胁迫浓度的提高先增后降；Cd、Pb处理均抑制菘蓝生长，且抑制强度随胁迫浓度和胁迫时间的增长而加大；Cd胁迫显著降低菘蓝Chl含量，但对类胡萝卜素无影响，而Pb胁迫对两者含量的提高程度随胁迫浓度和时间而增加；电导率对Cd、Pb胁迫敏感，随胁迫浓度的提高而增加，而MDA含量仅在胁迫后期增加；POD活性在Cd、Pb胁迫初期受到抑制，后期恢复，但Pb胁迫下的恢复速度和幅度大于Cd胁迫。Cd胁迫下，CAT活性有一定增加，Pb胁迫下，CAT活性变化趋势与POD一致；APX活性在Cd、Pb胁迫程度较低时增加，胁迫程度较高时受到抑制；Cd胁迫下靛玉红含量降低，Pb胁迫下增加。由此推测，菘蓝在Cd、Pb毒性达到极度和很强的土壤中还能存活，可能其对过氧化胁迫有较强的耐受能力。
　　 ⑸荆芥对Cd、Pb的吸收和富集特性以及Cd、Pb对荆芥的影响机理为：对Cd、Pb吸收能力较菘蓝弱，且随Cd、Pb胁迫浓度的增加，荆芥对Cd的吸收能力显著下降，对Pb的吸收能力先增后降，且荆芥仅在土壤中Cd含量较低时才对Cd有富集作用。荆芥茎叶中Cd、Pb含量随Cd、Pb胁迫浓度的提高而增加；Cd胁迫初期促进荆芥生长，胁迫后期，由促进转为轻微抑制。Pb抑制荆芥生长，随胁迫时间的延长，其抑制作用有所缓解；Cd、Pb胁迫对荆芥Chl和类胡萝卜素均表现为随胁迫浓度和胁迫时间的延长由促进转为抑制；Cd、Pb胁迫下，荆芥电导率随胁迫浓度的提高而增加，随胁迫时间的延长而下降。MDA含量在胁迫初期增加，胁迫后期降低；Cd胁迫下，中浓度显著促进荆芥POD活性，高浓度显著抑制荆芥POD活性，Pb胁迫下，POD酶变化趋势相反。Cd、Pb胁迫下，荆芥CAT活性均随胁迫浓度和胁迫时间的增长显著增加；各个Cd、Pb胁迫水平均对荆芥APX活性有促进作用。由此推测，荆芥对体内Cd含量有较强的平衡能力，加上其抗氧化系统能力较强，从而使得在Cd、Pb毒性达到极度和很强的土壤中还能存活。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1无机元素

1.1.1简介

1.1.2中药材中无机元素含量的影响因素

1.1.3无机元素对中药材活性成分的影响

1.2重金属

1.2.1简介

1.2.2中药材中重金属含量的影响因素

1.2.3重金属对中药材活性成分的影响

1.3镉和铅

1.3.1镉、铅的来源及危害

1.3.2药用植物对镉、铅吸收和转运机制

1.3.3镉、铅对药用植物的影响

1.4课题来源及主要研究内容

1.4.1课题来源

1.4.2研究目的和内容

第2章 土壤无机元素对野生药材中无机元素及药效成分的影响初探

2.1供试材料

2.2仪器与试剂

2.2.1仪器

2.2.2试剂

2.3测试方法

2.3.1无机元素含量测定

2.3.2有效成分测定及特征化学组分提取

2.4数据处理

2.5结果与讨论

2.5.1药材无机元素居群内变异的主要影响因素

2.5.2土壤无机元素对药材无机元素的影响

2.5.3黄芩对各无机元素的吸收特性及黄芩中无机元素含量特征

2.5.4黄芩药材无机元素与有效成分和特征化学组分的相关趋势

2.6小结

第3章 栽培药材中无机元素的积累规律研究

3.1供试材料

3.2仪器与试剂

3.2.1仪器

3.2.2试剂

3.3测试方法

3.4数据处理

3.5结果与讨论

3.5.1川芎不同部位各元素含量随生育期的变化

3.5.2川芎各元素分配比例随生育期的变化

3.5.3川芎对元素的吸收能力随部位和生育期的变化

3.5.4川芎药材及土壤环境质量分析

3.5.5土壤元素含量与川芎各部位元素含量的相关性

3.6小结

第4章 水培条件下镉对青蒿的伤害机理及其抗氧化系统和青蒿素的变化研究

4.1供试材料

4.2仪器与试剂

4.3处理与取样

4.4测试方法

4.4.1青蒿素含量测定

4.4.2生理生化指标测定

4.5数据处理

4.6结果与讨论

4.6.1镉对青蒿色素的影响

4.6.2镉对青蒿细胞膜的影响

4.6.3镉对青蒿抗氧化酶的影响

4.6.4镉对青蒿抗氧化物质的影响

4.6.5镉对青蒿素含量的影响

4.6.6青蒿对镉的吸收和积累特征

4.7 小结

第5章 土培条件下镉、铅胁迫对菘蓝和荆芥的影响及机理研究

5.1供试材料

5.2仪器与试剂

5.3处理与取样

5.3.1胁迫浓度设置

5.3.2土壤处理

5.3.3栽培与取样

5.4测试方法

5.4.1靛玉红含量测定

5.4.2生物学性状测定

5.4.3生理生化指标测定

5.5数据处理

5.6结果与讨论

5.6.1镉、铅对菘蓝和荆芥生长的影响

5.6.2镉、铅对菘蓝和荆芥色素含量的影响

5.6.3镉、铅对菘蓝和荆芥电导率和MDA的影响

5.6.4镉、铅对菘蓝和荆芥抗氧化酶活性的影响

5.6.5镉、铅对荆芥和菘蓝APX活性的影响

5.6.6镉、铅对菘蓝靛玉红含量的影响

5.6.7菘蓝不同部位对镉、铅的吸收和富集特征

5.6.8荆芥茎叶对镉、铅的吸收和富集特征

5.7小结

结论

致谢

参考文献

附录1

攻读硕士学位期间发表的论文及科技成果