两种白刺属植物寄生锁阳营养成分分析

Determination and analysis of nutritional components in Cynomorium songaricum parasitic on two species of Nitraria

摘要

目的 揭示小果白刺和大白刺寄生锁阳的营养组成及差异。 方法 采用分光光度法、氨基酸分析仪和电感耦合等离子体质谱等方法，对寄生于小果白刺和大白刺的锁阳茎与花序中的营养组成进行了测定。 结果 在水分、灰分、蛋白质、脂肪、多糖、粗纤维、可溶性膳食纤维和总膳食纤维含量方面，不同寄主及不同部位样品间无差异显著性（P>0.05）。寄生于小果白刺的锁阳茎和花序部位的氨基酸总量、必需氨基酸和药效氨基酸含量均高于寄生于大白刺锁阳的相应部位，且同一寄主锁阳的花序部位氨基酸含量显著高于茎部位（P<0.01）。对50种矿质元素进行了检测，锁阳中共检测出了23种矿物质元素，含量前3位的分别是S、Ca和Mg，其中镉（Cd）仅在锁阳茎部位中检出，而钒（V）仅在花序部位中检出；系统聚类结果表明，不同寄主锁阳的同一部位样品更为相似。 结论 两种白刺属植物寄生锁阳的营养组成差异不显著，但同一寄主锁阳的茎部位和花序部位氨基酸含量却存在极显著差异。本研究为不同寄主锁阳鉴别以及品质鉴定提供了数据支撑，也为锁阳资源的综合开发利用提供了依据。

Abstract

Objective To study the nutritional components and their difference of C.songaricum that hosted in Nitraria sibirica and N.roborowskii. Method The nutritional components in the stem and inflorescence of C.songaricum from two Nitraria species were analyzed by spectrophotometry，amino acid analyzer and ICP-MS. Result There were no significant differences (P>0.05) in the contents of water，ash，protein，fat，polysaccharide，crude fiber，soluble dietary fiber and total dietary fiber among the four samples.The analysis of amino acids showed that the content of total amino acids，essential amino acids and drug effective amino acids in the stem and inflorescence of C.songaricum hosted in N.sibirica were higher than those hosted in N.roborowskii，and the amino acid content of inflorescence from the same host was extremely higher than that of stem (P<0.01).The results of elemental content showed that 23 out of 50 elements were detected，among which Cd was detected only in the stem and V only in the inflorescence.The elements of the same part of C.songaricum from the different hosts were more similar that those obtained by systematic cluster analysis. Conclusion The nutrient composition of C.songaricum hosted in two Nitraria was observed without significant difference，but the difference of amino acid content in stem and inflorescence has been remarkable.This study provided data and scientific basis for the quality analysis，comprehensive development and utilization of C.songaricum.

Graphical abstract

关键词

锁阳 / 小果白刺 / 大白刺 / 营养成分 / 氨基酸 / 矿质元素

Key words

Cynomorium songaricum / Nitraria sibirica / Nitraria roborowskii / nutrient composition / aimno acids / mineral elements

锁阳（Cynomorium songaricum Rupr.）为锁阳科锁阳属多年生肉质寄生草本植物，多寄生于白刺属植物的根部^［1］，为我国珍贵的传统中药材，素有“沙漠人参”之美誉^［2］，具有补肾阳、益精血、润肠通便之功效^［3］。锁阳含有丰富的营养成分，包括蛋白质、氨基酸、脂肪酸和矿物质元素等^［4-9］，在其分布区有悠久的食用历史^［10］。由于市场需求所致的过度采挖，2021年被收录入《国家重点保护野生植物名录》所收载，保护级别为国家二级保护植物。锁阳资源的分布与其寄主分布密切相关，主要分布于青海、内蒙古、甘肃、新疆和宁夏等荒漠地区^［11］。

白刺属植物是荒漠区的重要优势物种，同时也是锁阳最主要的寄主^［12］。实地调查发现，锁阳多寄生于分布较为广泛的大白刺、白刺和小果白刺。研究人员对不同白刺寄生锁阳的种子质量进行了研究，结果发现种子大小和千粒质量差异显著^［13］。本课题组前期研究表明，锁阳的脂溶性成分因寄主不同而存在明显差异^［14］，通过对分别寄生于小果白刺和大白刺的锁阳样品进行的差异基因表达分析，共挖掘出50个参与多糖转录调控的差异表达基因，发现锁阳糖类的合成代谢及其转运具有一定的寄主依赖性^［15］。药材和可食用植物与人体健康息息相关，故其成分检测显得尤为重要^［16］。在锁阳采收季，小果白刺和大白刺植物形态特征易于区分，故而以此两种白刺寄生的锁阳为样品，进行营养成分的测定与对比分析，以期为锁阳资源的开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

QDN-Ⅱ全自动凯氏定氮仪（杭州汇尔仪器设备有限公司）；SZC-C脂肪测定仪（郑州宏朗仪器设备有限公司）；Cary300紫外扫描分光光度仪（美国Varin公司）；Biochrom 30+型氨基酸分析仪（大昌华嘉商业（中国）有限公司）；RF-5000型荧光光谱仪（日本岛津公司）；Waters-600E型高效液相色谱仪（美国Waters公司）；KQ-100E型超声波清洗器（昆山科技有限公司）；Molement元素型超纯水机（上海摩勒生物科技有限公司）；离心机（3K15，美国Sigma公司）；DKB-501A型超级恒温水槽（上海精宏试验设备有限公司）；Agilent Technologies 7800（美国安捷伦公司）；ICP 5000电感耦合等离子体发射光谱仪（聚光科技（杭州）股份有限公司）。

葡萄糖对照品（中国药品生物制品检定所）；氮气（纯度99.9%）；浓硫酸、石油醚、硫酸钾、硫酸铜、盐酸（≥36%）、苯酚、茚三酮、柠檬酸、柠檬酸钠、氢氧化钠、硝酸、高氯酸均为优级纯；无水乙醇（分析纯）；乙腈、甲醇为色谱纯（国药集团化学试剂有限公司）。17种氨基酸混合标准溶，浓度2.5 μmol/mL：天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、丝氨酸（Ser）、组氨酸（His）、甘氨酸（Gly）、苏氨酸（Thr）、精氨酸（Arg）、丙氨酸（Ala）、酪氨酸（Tyr）、半胱氨酸（Cys）、缬氨酸（Val）、蛋氨酸（Met）、苯丙氨酸（Phe）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、赖氨酸（Lys）、脯氨酸（Pro，大昌华嘉商业（中国）有限公司）；K、Na、Ca、Mg、S标准溶液（10 mg/mL），Pb、As、Cd、Cr、Hg、Se、Sn、Ag、Mo、Tl、Ti、Be、V、Co、Ni、Li、Sb、Ba、B、Sr、Al、Fe、Mn、Cu、Zn、P、I标准溶液（1 000 μg/mL），混标18种稀土元素Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Th、Pm （1 000 μg/mL），购自国家有色金属及电子材料分析测试中心。

锁阳样品于2021年5月锁阳采收季，采集于青海省海西州都兰县巴隆乡科尔村巴隆滩（N 36°2′25″，E 97°40′26″，海拔2 827 m），经甘肃农业大学孙学刚教授鉴定为锁阳科锁阳属植物锁阳（Cynomorium songaricum Rupr.）。锁阳采挖后于当日带回实验室，去除表面泥沙后，将样品冻存于-40 ˚C冰柜备用。实验所用样品为寄生于小果白刺的锁阳茎（SS）和花序（SF），以及寄生于大白刺的锁阳茎（RS）和花序（RF）。

1.2 方法

1.2.1 常规指标测定

水分测定：《中国药典》2020版通则0832第2法；灰分测定：《中国药典》2020版通则2302；蛋白质测定：GB 5009.5-2016《食品中蛋白质的测定》；脂肪测定：GB 5009.6-2016《食品中脂肪的测定》；多糖测定：Dubois等^［17］的硫酸-苯酚法；粗纤维测定：GB/T 6434-2006《饲料中粗纤维测定方法》；可溶性膳食纤维和总膳食纤维测定：GB 5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》。

1.2.2 氨基酸测定

1.2.2.1 样品制备

准确称取0.5 g粉碎后的样品，置于水解管中，加入6 mol/L盐酸溶液10 mL、苯酚2滴。在充氮状态下密封水解管，置于103 ℃的电热鼓风恒温箱内，水解22 h后取出，冷却至室温。将水解液过滤至50 mL容量瓶内，以纯水冲洗水解管，将水解液合并至50 mL容量瓶内，定容后振荡混匀。准确吸取1 mL滤液移入试管内，40 ℃加热减压干燥，取1 mL纯水溶解干燥后的残留物，继续减压干燥。取1 mL柠檬酸钠缓冲溶液（pH=2.2）溶解试管中的残留物，振荡混匀，过0.22 μm滤膜，即得样品测定液，供仪器测定。

1.2.2.2 检测条件

磺酸型阳离子交换树脂色谱柱，测定波长570、440 nm，柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液流速0.25 mL/min，分离柱长15 cm，柱温53 ℃，柱压9.7~10.1 Pa；茚三酮溶液流速0.3 mL/min，泵压0.5 bar，反应槽温度98 ℃，进样量20 μL，分析时间45 min。

1.2.3 矿质元素测定

1.2.3.1 样品制备

称取1 g粉碎后的样品于100 mL锥形瓶中，加入20 mL硝酸+高氯酸（9+1）混合酸，浸泡过夜。于250 ℃下加热消解，出现碳化现象时补加1 mL硝酸，消解完全后，蒸发至无色或淡黄色，冷却，用一级水将消解液转入25 mL容量瓶中，定容、摇匀，待测。同时做试剂空白对照。

1.2.3.2 检测条件

电感耦合等离子体质谱仪仪器条件（ICP-MS）：射频功率：1 500 W；雾化器流量：1.01 L/min；辅助器流量：0.9 L/min；扫描次数：3次；稳定时间：40 s；重复测量次数：3次；样品进样时间：30 s；雾化室温度：2 ℃。

电感耦合等离子体发射光谱仪仪器条件（ICP）：功率：1 150 w；气流量：0.6 L/min；辅助气流量：3 L/min；冷却气流量：2 L/min；冲洗泵速：100 r/min；分析泵速：50 r/min；冲洗时间：15 s；观测方式：水平；重复测量次数：3次。

1.3 数据处理

所有测定均平行重复3次，运用DPS数据处理系统V19.05高级版进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同寄主锁阳常规营养成分分析

传统中医药中常以锁阳的干燥肉质茎入药^［3］，而在锁阳资源的分布区，农牧民群众则全草食用。前期研究表明锁阳花序具有较高的营养价值^［18］，因此，为探究分别寄生于小果白刺和大白刺的锁阳及其茎和花序部位常规营养成分的差异，对其水分、灰分、蛋白质、脂肪、多糖、粗纤维、可溶性膳食纤维和总膳食纤维进行了测定。

表1结果表明，所采鲜锁阳样品的平均水分含量为82.3%，灰分含量均值1.3%。锁阳蛋白质含量均值为2.47%，而寄生于小果白刺锁阳的茎和花序蛋白质含量均值为寄生于大白刺锁阳的2.01倍。所采锁阳样品中脂肪含量较为接近，均值为0.21%。寄生于大白刺的锁阳茎和花序中的多糖均值为寄生于小果白刺锁阳的1.63倍。植物纤维素具有促消化、缓解便秘的作用^{［3，19-20］}。所测样品含有丰富的纤维素，其粗纤维、可溶性膳食纤维和总膳食纤维含量均值分别为1.78%、1.56%和6.59%。

为探讨不同寄主锁阳的茎部位和花序部位中常规营养成分的差异性，用Friedman检验分析其差异显著性，分析结果见表2。结果显示，Friedman检验统计量（卡方）=0.450 0，近似卡方分布的显著性测验，P=0.929 7。采用Monte Carlo随机抽样方法计算得到的概率P值为0.958 5。如进行F检验，其F统计量等于0.133 8，显著性水平P=0.938 8。可认为所测样品在组间差异不显著。多重比较结果显示，其相互间均差异不显著。

2.2 氨基酸组成分析

氨基酸是植物体所含的重要营养成分，其中的蛋氨酸、色氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和苏氨酸为人体必需氨基酸^［21］（essential amino acids，EAA）。部分具有重要药理作用的氨基酸被称为药效氨基酸^［22］（drug-effective amino acids，DAA），包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和精氨酸。本研究测定了4个锁阳样品中的17种氨基酸含量（表3），检测出7种必需氨基酸，包括蛋氨酸、缬氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、苏氨酸；以及10种非必需氨基酸，包括天冬氨酸、酪氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸。

表3所测结果表明，含量最高的3种氨基酸依次是天冬氨酸、脯氨酸和精氨酸。氨基酸总量（total amino acids，TAA）、必需氨基酸和药效氨基酸含量，寄生于小果白刺的锁阳茎和花序部位均高于寄生于大白刺的锁阳对应部位。药效氨基酸占氨基酸总含量的百分比，也以寄生于小果白刺的锁阳为高。所测样品中药效氨基酸占氨基酸总含量的61.18%~72.50%，均值为68.84%。

为揭示不同样品间的差异性，组间差异性分析结果显示，Friedman检验统计量（卡方）=42.678 6，近似卡方分布的显著性测验，P=0.000 0。采用Monte Carlo随机抽样方法计算得到的概率P值为0.000 0。如进行F检验，其F统计量等于82.060 1，显著性水平P=0.000 0。可认为所测样品在组间存在显著差异。多重比较结果显示（表4），样品SS与SF、SF与RS、RS与RF存在极显著差异（P<0.01）。从而证实同一寄主的锁阳，氨基酸含量在不同部位间存在极显著差异。

2.3 矿质元素分析

可食用植物的元素含量，往往与人体健康息息相关，尤其药用植物的元素含量水平，是决定药材性味的主要因素之一，也是判定其功效的重要物质基础^［23-24］。本研究分析了锁阳样品中的常量、微量元素和稀土元素。结果表明（表5），所测50种元素，仅检出23种，未检出Pb、As、Hg、Sn、Ag、Tl、Be、Sb、I和18种稀土元素。所检出元素中，以含量均值进行比较，含量前3位的依次是S、Ca和Mg。Cd仅在锁阳茎部位样品SS和RS中微量检测到，而V仅在锁阳花序部位样品SF和RF中检测到，故而可作为区分不同部位的特征元素。

本研究采用系统聚类法对样品间的相互关系进行了探讨，结果表明（图1），当欧式距离为6时，样品被分为两类，锁阳样品RF和SF首先聚为一类，另一类为RS和SS。说明寄生于小果白刺的锁阳花序样品和寄生于大白刺的锁阳花序样品更为相似，茎部位锁阳样品亦如此，而非同一寄主间，不同部位样品更为相似。

3 讨论

品质的优劣是药用植物资源开发利用的关键，品质的形成与种源、产地、气候等因素紧密相关。锁阳是全寄生植物，需要依赖寄主的物质补给来完成自身的生命活动，寄主的来源可能是影响锁阳品质形成的重要因素，故本研究对比分析了两种寄主锁阳的茎部位和花序部位营养成分。常规营养成分分析结果表明，不同寄主和不同部位间均不具有显著性差异，而传统用药中未对不同寄主锁阳加以区分，且常用去除花序的肉质茎，但本研究结果说明锁阳花序亦有较大的利用价值。

氨基酸含量的统计结果表明，同一寄主、不同部位的锁阳在氨基酸含量上存在着显著差异，其中花序部位的单一氨基酸含量、总必须氨基酸含量和总氨基酸含量均高于茎部位，由此可见不同部位是影响锁阳氨基酸含量差异的重要因素，说明锁阳的不同部位对氨基酸含量的影响可能强于寄主。此外，不同部位间氨基酸含量的显著性差异可能与植物的繁殖策略有关。氨基酸是植物生长发育过程中不可缺少的有机成分，它在细胞和组织分化、提高花粉活力、促进种子发育、增强抗逆性方面发挥重要作用^［25-26］。花序是锁阳的繁殖器官，基于植物繁殖分配的原理，氨基酸可以实现从茎部位向花序部位的动态分配，以此来保证繁殖过程中氨基酸或氮源的正常供给。

锁阳元素含量的系统聚类表明，不同部位间的相似性大于不同寄主。5种不同寄主广寄生中微量元素含量的研究表明，所测的K、Ca和Mg等8种元素含量因寄主不同而具有较大差异^［27］。本研究中锁阳元素含量测定结果显示，Cd仅在锁阳茎部位微量检测到，而V仅在锁阳花序部位中检出，使其分别成为锁阳茎部位和花序部位的特征元素。丁泽贤等^［28］对茯苓不同部位元素分布规律研究表明，茯苓不同部位对不同元素的吸收亦具有一定的选择性，Cu、Cd、Zn、Ba元素是茯苓3个部位的特征性元素。

4 结论

本研究对两种白刺寄生锁阳的茎部位和花序部位进行了营养成分分析，常规营养成分和氨基酸含量的组间差异性分析显示，其在常规营养成分中无差异显著性，而同一寄主锁阳茎和花序部位的氨基酸含量差异性显著。基于元素含量的聚类分析，可有效区分不同部位的锁阳。上述结果为探讨锁阳的品质研究提供了参考依据，也为锁阳资源开发提供了基础数据。

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基金资助

青海省重点研发与转化计划项目(2019-SF-171)

内蒙古自治区中央引导地方科技发展资金项目(2021ZY0043)

阿拉善盟应用技术研究与开发资金计划项目(AMYY2020-11)