全 文 ：书天然产物研究与开发 Nat Prod Ｒes Dev 2015，27:2001-2005
文章编号:1001-6880(2015)12-2001-05
收稿日期:2015-06-19 接受日期:2015-10-21
基金项目:青海省应用基础研究计划(2013-Z-755);国家自然科学
基金(81403051)
* 通讯作者 Tel:86-971-6143898;E-mail:sunj@ nwipb． cas． cn
六种绿绒蒿植物元素聚类分析和 DCA分析
舍莉萍1，2，卢学峰1，周玉碧1，叶润蓉1，孙胜男1，2，赵庆帅1，2，彭 敏1，孙 菁1*
1中国科学院西北高原生物研究所青海省青藏高原特色生物资源研究
重点实验室，西宁 810008;2 中国科学院大学，北京 100049
摘 要:本文利用湿法消解结合电感耦合等离子体发射光谱仪测定了六种绿绒蒿属药用植物中元素组成及含
量，采用 PC-OＲD数据分析软件对数据进行聚类分析和 DCA分析。结果显示，同一元素在不同绿绒蒿样品中显
示出不同的含量水平，以含量排序，前 6 种元素均依次为 K ＞ Ca ＞ Mg ＞ Fe ＞ Al ＞ Na;聚类分析将六种绿绒蒿植
物聚为三个类群，即五脉、川西、红花和全缘叶绿绒蒿为第一类群，多刺和总状绿绒蒿分别为第二和第三类群;
DCA分析则显示采样点海拔与六种绿绒蒿植物中各元素的富集呈负相关影响，经纬度土壤 pH值则与其呈正相
关影响。本实验结果可为绿绒蒿属植物资源的深入研究和开发利用提供一定的科学依据。
关键词:绿绒蒿;聚类分析;DCA分析;元素;电感耦合等离子体发射光谱仪
中图分类号:Ｒ284． 1 文献标识码:A DOI:10． 16333 / j． 1001-6880． 2015． 12． 001
Cluster Analysis and Detrended Correspondence Analysis of
6 Meconopsis Species Based on Contents of Elements
SHE Li-ping1，2，LU Xue-feng1，ZHOU Yu-bi1，YE Ｒun-rong1，SUN Sheng-nan1，2，
ZHAO Qing-shuai1，2，PENG Min1，SUN Jing1*
1Qinghai Key Laboratory of Qinghai Tibet Plateau Biological Ｒesources，Northwest Institute of Plateau Biology，Chinese Academy of
Sciences，Xining 810008，China;2University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
Abstract:The contents of 15 elements in 6 Meconopsis species were determined by inductively coupled plasma optical e-
mission spectrometer (ICP-OES)，and the data were analyzed by using PC-OＲD data processing program． The results
showed that these herbs were all rich in minerals but with a significant difference，and the major ones were in the order
of K ＞ Ca ＞ Mg ＞ Fe ＞ Al ＞ Na． Based on the difference of the elements’contents，these tested samples were clustered
into 3 groups，the first class contained Meconopsis quintuplinervia，M． henrici，M． punicea and M． integrifolia． The others
were in the second (M． horridula)and the third (M． racemosa)team，separately． The elevation of sampling point was
found to be inversely associated with the elements’concentration，and other 3 factors presented opposite influence，which
indicated by the detrended correspondence analysis． These findings provided some theoretical basis for further study and
application of these Meconopsis Vig． herbs．
Key words:Meconopsis Vig．;cluster analysis;detrended correspondence analysis;elements;ICP-OES
绿绒蒿系罂粟科(Papaveraceae)绿绒蒿属
(Meconopsis Vig)植物的统称，多为一年生或多年生
草本植物。该属植物是藏医传统用药，通常以单味
或复方入药［1，2］，具有抗疲劳、止泻、镇痛和保肝等
作用［3-5］。近年来，随着藏医药的发展，人们对绿绒
蒿属植物药用价值的认识也逐渐增多，关于其化学
成分的研究也成为了热点。目前，从绿绒蒿属植物
中分离得到的化学成分主要有生物碱、黄酮及其苷
类等［6-11］，但对于其中所含元素的相关研究还不够
深入，仅有少量报道［12］。已有研究表明，药材疗效
的发挥与其所含元素的种类和含量密切相关，不但
补充、调节人体所缺乏的微量元素，也能对各种微量
元素在人体新陈代谢中的吸收、排泄速率产生影响。
通过络合、螯合等作用，药材中所含的元素在人体内
能间接起到解毒作用，从而达到治病的目的［13］。因
此，对药材中所含元素进行分析测定，可为阐明元素
与药材药效间的关系提供一定的理论依据［14］。
本文运用 ICP-OES 法对采自青海省的六种绿
绒蒿属植物———五脉绿绒蒿(Meconopsis quintuplin-
ervia Ｒegel．)、红花绿绒蒿(M． punicea Maxim．)、总
状绿绒蒿［M． racemosa (Maxim．)］、川西绿绒蒿(M．
henrici Bur． et Franch)、全缘叶绿绒蒿［M． integrifolia
(Maxim．)Franch．］以及多刺绿绒蒿(M． horridula
Hook． f． et Thoms．)中 15 种元素含量进行了测定，并
利用数量分析方法对其进行聚类分析和 DCA分析，
阐述其元素主要分布特征，以期为深入合理的开发
利用绿绒蒿属植物资源提供一定的科学参考。
1 材料与方法
1． 1 仪器与试剂
Agilent725 系列电感耦合等离子体发射光谱仪
(ICP-OES，美国 Agilent。工作条件:射频发射功率
1300 W;等离子气流量 0． 8 L /min;辅助气流量 14
L /min;雾化气流量 0． 5 L /min;观测高度 15 mm;实
验所用气体为氩气);AG135 电子天平(瑞士 Mettler
Toledo);UPT-I-10T 型超纯水机 (上海优普);
KQ5200DE超声波清洗仪(江苏昆山);pH酸度计。
16 种待测元素标准溶液浓度均为 1000 μg /mL
(中国计量科学院)，使用时按需稀释;硝酸、高氯酸
等均为优级纯;试验用水为超纯水(18． 2 MΩ·
cm)。pH4． 01 标准缓冲液、pH6． 87 标准缓冲液、
pH9． 18 标准缓冲液。
1． 2 材料
试验用材料均采自青海省境内，采样点详情见
表 1。同一采集地点至少采集 15 ～ 20 株植株个体，
株间距离至少 5 m，然后混合。在采集植物样品的
同时利用手持式 GPS 定位导航仪记录采样点海拔
及经纬度，并利用土钻钻取采样点位置表层至 10
cm深的土层，取 5 个点的土壤混合作为土壤样品，
分别装入袋中并标记编号。植物样品带回实验室
后，用超纯水淋洗、阴干后粉碎，过 100 目筛，备用。
土壤样品风干后过 100 目筛，参照《GB7859-87 森林
土壤 pH值的测定》测定各样点土样的 pH值。原植
物标本经中国科学院西北高原生物研究所卢学峰副
研究员鉴定为罂粟科绿绒蒿属五脉绿绒蒿(M． quin-
tuplinervia Ｒegel．)、红花绿绒蒿(M． punicea Max-
im．)、总状绿绒蒿［M． horridula Hook． Thoms． var．
racemosa (Maxim．)Prain］、川西绿绒蒿(M． henrici
Bur． et Franch)、全缘叶绿绒蒿［M． integrifolia(Max-
im．)Franch］以及多刺绿绒蒿(M． horridula Hook． f．
et Thoms．)。
表 1 采样点信息
Table 1 Collecting location of samples
样品名称
Sample
样品来源
Sample sources
海拔
Elevation (m)
经纬度
Coordinates (°)
土样酸碱度
pH
五脉绿绒蒿(WM) 青海省互助县 3362． 8 E:102． 21，N:37． 01 7． 15
红花绿绒蒿(HH) 青海省班玛县 3733． 0 E:100． 66，N:32． 89 6． 14
总状绿绒蒿(ZZ) 青海省刚察县 3436． 5 E:102． 25，N:35． 68 7． 17
川西绿绒蒿(CX) 青海省循化县 3617． 3 E:102． 74，N:35． 57 7． 12
全缘叶绿绒蒿(QY) 青海省尖扎县 3571． 6 E:101． 85，N:35． 23 6． 52
多刺绿绒蒿(DC) 青海省称多县 4349． 0 E:97． 22，N:33． 55 7． 13
1． 3 样品消解
准确称取各样品 0． 300 g 置于 150 mL 锥形瓶
中，加入 20 mL 混合酸(HNO3 ∶ HClO4 = 4 ∶ 1)，封口
浸泡过夜。次日将锥形瓶置于电热板上，在 170 ℃
左右加热消解，直至消化液呈无色透明或略带黄色，
蒸发至约 1 ～ 2 mL，冷却至室温后以超纯水转移，定
容到 25 mL容量瓶中。平行制备 2 份空白，待测。
1． 4 元素分析线的选择与背景校正
元素分析波长的选择要符合检出限低、灵敏度
高、干扰小等原则。利用 ICP-OES 法进行元素测定
时，每一元素均可以同时选择多条特征谱线，且光谱
仪具有同步自动背景校正功能。考虑到共存元素之
间的相互干扰，实验中对每个被测元素选取了 2 ～ 3
条谱线进行测定，综合考虑分析强度、干扰情况及稳
定性等因素，本文中所选定各元素的分析波长如表
2 所示。同时取 10 次平行测定空白液的结果，按
IUPAC(国际纯粹与应用化学联合会)的相关规定得
到各元素检出限(表 2)。
2002 天然产物研究与开发 Vol. 27
表 2 元素分析线及检出限
Table 2 Detection wavelengths and limits for 15 elements
元素
Elements
分析谱线
Spectral line (nm)
检出限
Detection limits (mg /L)
Al 396． 2 0． 015
As 189 0． 025
Ca 396． 8 0． 0025
Cd 226． 5 0． 0002
Cr 357． 9 0． 0072
Cu 327． 4 0． 0015
Fe 238． 2 0． 0012
K 766． 5 0． 021
Mg 279． 6 0． 003
Mn 257． 6 0． 021
Na 589 0． 0055
Ni 230． 3 0． 017
Pb 220． 4 0． 0097
Se 196 0． 002
Zn 213． 9 0． 011
1． 5 标准曲线绘制
将各元素的标准溶液系列(按需稀释配制)导
入仪器进行测定，得到各元素的标准曲线，相应的线
性相关系数 r 均≥0． 9997，线性关系良好(表 3)。
根据标准曲线对各样点样品中的 15 种元素进行分
析测定。
1． 6 精密度和加标回收率试验
对同一份样品进行 7 次重复进样检测，以测定
本方法的精密度;同时，取已知元素含量的五脉绿绒
蒿样品按照标准加入的方法测定各检出元素的回收
率，如表 4 所示。
1． 7 数据分析
所有数据处理工作均在 PC-OＲD V5． 0 中进行。
聚类分析采用 Adjustment to Standard Deviate(即 Z-
score标准化)对数据进行标准化转换。
2 结果与讨论
2． 1 元素含量测定
在已选定的最佳工作条件下，利用 ICP-OES 测
定样品中的 15 种元素含量，每个样品重复测定 3
表 3 系列标准溶液的标准曲线
Table 3 Standard curves of the standard solution series
元素
Elements
线性方程
Linear equation
相关系数
Ｒ
元素
Elements
线性方程
Linear equation
相关系数
Ｒ
Al Y = 2815X -62． 733 0． 9999 Mg Y = 26021X + 12143 0． 9997
As Y = 3017． 7X + 37． 05 0． 9999 Mn Y = 4724． 7X -299． 28 0． 9999
Ca Y = 338289X + 69332 0． 9999 Na Y = 4508X -537． 4 0． 9999
Cd Y = 74． 666X -16． 964 0． 9998 Ni Y = 309． 49X + 33． 514 0． 9999
Cr Y = 1800． 3X + 341． 81 0． 9998 Pb Y = 30． 132X + 13． 781 0． 9999
Cu Y = 3002． 6X + 369． 79 0． 9997 Se Y = 24． 7X + 39． 875 0． 9997
Fe Y = 1057． 2X + 93． 832 0． 9998 Zn Y = 1794． 7X + 184． 59 0． 9998
K Y = 781． 39X -7． 1952 0． 9999
表 4 精密度及回收率试验(n = 7)
Table 4 Precision and recovery test (n = 7)
元素
Elements
样品含量
Sample (mg /L)
加标量
Add (mg /L)
测定含量
Detected (mg /L)
回收率
Ｒecovery (%) ＲSD (%)
Al 10． 81 10． 0 20． 25 99． 66 1． 22
Ca 111． 59 100． 0 212． 00 100． 41 1． 45
Cr 0． 27 2． 0 2． 19 95． 99 1． 01
Cu 0． 23 2． 0 2． 24 100． 67 1． 51
Fe 13． 12 20． 0 33． 11 99． 94 0． 99
3002Vol. 27 舍莉萍等:六种绿绒蒿植物元素聚类分析和 DCA分析
K 424． 50 500． 0 923． 99 99． 90 1． 23
Mg 26． 67 50． 0 77． 01 100． 68 0． 79
Mn 0． 54 2． 0 2． 54 99． 78 0． 94
Na 3． 62 2． 0 5． 66 101． 99 1． 56
Zn 0． 60 2． 0 2． 61 100． 51 1． 75
次，计算平均值作为测定结果(表 5)。从表 5 中可
以看出，六种绿绒蒿植物中共有 10 种元素被检出，
分别为 K、Ca、Na、Mg、Fe、Al、Zn、Mn、Cu 和 Cr。同
一元素在不同绿绒蒿样品中显示出不同的含量水
平，但各检出元素含量高低排列顺序在六种植物中
基本趋于一致，以含量排序，前 6 种元素均依次为 K
＞ Ca ＞ Mg ＞ Fe ＞ Al ＞ Na，常量元素中 K 和 Ca 的含
量均≥8000 mg /kg，Na元素含量相对较低，在 86． 19
～ 361． 32 mg /kg 范围内;而微量元素中，含量最低
的为 Cu和 Cr。另外，Ni、Se、As、Cd 和 Pb 元素因含
量过低超出检出限而未能检测到。
表 5 元素含量测定结果(n = 3)
Table 5 Mineral contents in 6 Meconopsis species (n = 3)
元素
Elements
含量结果 Content (mg /kg)
WM ＲSD(%) HH ＲSD(%) ZZ ＲSD(%) CX ＲSD(%) QY ＲSD(%) DC ＲSD(%)平均值 Mean
Al 901． 13 1． 48 262． 86 0． 75 1884． 67 1． 03 479． 32 0． 31 574． 14 0． 26 908． 31 835． 07
Ca 9299． 42 2． 46 10026． 77 0． 80 10857． 00 0． 19 8709． 55 0． 65 10984． 83 0． 27 10380． 00 0． 08 9678． 20
Cr 22． 52 2． 54 17． 69 1． 39 58． 22 1． 76 20． 43 0． 64 23． 93 0． 48 56． 92 0． 28 33． 29
Cu 18． 88 2． 96 16． 12 0． 72 20． 17 2． 15 17． 10 0． 58 17． 22 1． 81 6． 73 0． 13 16． 04
Fe 1093． 48 0． 82 422． 53 0． 13 2655． 39 0． 26 752． 71 0． 14 807． 38 0． 14 1733． 00 0． 53 1244． 08
K 35374． 76 2． 31 22427． 50 0． 31 37372． 30 1． 57 31853． 21 0． 33 22273． 33 0． 24 27622． 97 1． 34 29487． 34
Mg 2222． 68 0． 35 2030． 75 0． 13 2782． 26 0． 12 2149． 52 0． 52 1877． 93 0． 18 2136． 00 0． 32 2199． 86
Mn 45． 37 0． 65 25． 63 0． 48 77． 87 0． 90 36． 83 0． 25 27． 86 0． 50 57． 80 0． 40 45． 23
Na 301． 69 2． 66 161． 51 0． 49 361． 32 1． 50 279． 59 0． 48 148． 94 0． 47 86． 19 0． 97 223． 20
Zn 49． 98 0． 47 41． 75 0． 19 60． 07 0． 17 62． 18 1． 04 32． 60 1． 60 43． 44 0． 57 48． 33
注:Ni、Se、As、Cd和 Pb元素因含量低于检出限而未能检测到。
Note:Ni，Se，As，Cd and Pb were toofew to be detected．
2． 2 聚类分析
采用欧氏距离-Ward’s Method 分析方法，对 6
种绿绒蒿元素含量数据进行聚类分析，结果如图 1
所示。可见在数据信息保留量达到 70%左右时，这
六种绿绒蒿属植物可以划分为 3 个不同类群:1)第
Ⅰ类群中，红花绿绒蒿和全缘叶绿绒蒿最先聚为一
组，该组成员中除了 Ca 和 Cu 元素含量高于平均值
外，其他元素的含量均低于各元素的平均含量;另外
一组则是五脉绿绒蒿和川西绿绒蒿，这两种植物中
Cu、Na和 Zn元素含量均高于平均水平而 Fe 和 Cr
元素的含量低于平均水平;这两组最终因为 Fe 和
Cr元素的含量均低于平均值且 Cu 的含量高于平均
值而划分入同一类群;2)第Ⅱ类群成员仅为多刺绿
绒蒿，其 K、Mg、Cu 和 Na 元素含量均低于平均值;
3)总状绿绒蒿则因其各元素含量均高于平均含量
而独成第Ⅲ类群。
1.2E+00 1.3E+00 2.6E+01 3.8E+01 5E+01
100 75% 50% 25 0
WM
CX
HH
QY
DC
ZZ
Distance(Objective%function)
Information%remaining(%)
图 1 六种绿绒蒿植物类群划分结果
Fig. 1 Cluster analysis based on mineral contents
2． 3 DCA分析
以元素含量测定结果(表 4)和采样点环境因素
(表 1)为指标进行的 DCA分析结果(图 2)显示，六
4002 天然产物研究与开发 Vol. 27
种绿绒蒿植物中元素的积累都受到环境因素不同程
度的影响，以 K、Zn、Cu、Mg、Na、Mn、Ca 元素受环境
因素的影响较为显著，Al、Fe 和 Cr 则远离分析区
域，所受影响不太明显。从图中还可以看出，采样点
海拔与元素含量呈负相关关系，经纬度、土壤 pH 值
则呈现正相关影响。例如，随着采样点海拔的升高，
K、Zn、Cu等元素含量呈降低趋势。
图 2 环境因素对元素影响的 DCA分析
Fig. 2 DCA based on the environmental factors and mineral
contents
3 结论
本文采用湿法消解结合 ICP-OES 测定了六种
绿绒蒿属植物中的无机元素组成及含量，并对测定
结果进行聚类分析和 DCA分析，以期能够促进绿绒
蒿属药用植物资源的深入研究和开发利用。(1)在
所选定的仪器工作条件下，各元素分析线之间的相
互干扰小，对测定结果无明显影响，测定结果准确可
靠。(2)基于元素含量的聚类分析将六种绿绒蒿植
物划分为 3 个类群，虽然不同绿绒蒿植物对元素的
吸收利用有较大差异，但同一类群中的绿绒蒿植物
之间仍有一定的相似性。(3)以元素含量和环境因
素为指标进行的 DCA分析表明，六种绿绒蒿植物对
元素的富集受到生长环境的不同影响，采样点海拔
所产生的影响与其余三种因素相反。
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