全 文 ：2008年 7月 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) Jul. 2008第 39卷第 4期 Journal of Inner Mongolia Universi ty Vol. 39 No. 4
　　文章编号: 1000- 1638( 2008) 04-0411-06
内蒙古和林格尔地区沙地柏生化成分分析
刘　颖 1, 2 ,冯金朝 1 ,周珊珊 1 ,李改枝 2 ,范文静 2 ,李皎洁 2
( 1.中央民族大学生命与环境科学学院 , 北京 100081;
2. 内蒙古师范大学化学与环境科学学院 , 呼和浩特 010022)
摘要:对内蒙古和林格尔地区沙地柏中常量 、微量金属元素、氨基酸、全氮、有机质及其生长土
壤环境的含水量、有机质、全氮等进行了详细的测试分析 .结果表明: 植物中常量元素含量为
Ca> K> Al> Mg> Na型 ; Fe、 Mn 、 Zn、 Cu等微量元素在植物体不同器官中含量顺序不同 ,叶
中含量最多 ;叶片氨基酸总含量为 5. 20% ;植物含水量:叶> 茎> 根 ;叶绿素含量叶中最多 ;根、
茎、叶的碳氮含量比 ( C /N )分别是 128、 102和 50. 2;土壤含水量: 40～ 50 cm土层 > 20～ 30 cm
土层> 表层土 ;土壤 C /N比随土壤深度的增加而增加 .对沙地柏及其生长土壤的生化成分分
析结果 ,可为改善西部地区生态环境 ,选择优良的防风固沙树种提供可靠依据 .
关键词: 沙地柏 ;微量元素 ;氨基酸 ; C /N ;和林格尔县
中图分类号: O657. 31　　文献标识码: A
　　我国干旱、半干旱地区总面积为 504万 km2 ,占全国总土地面积的 52. 5% .特别是近年来 ,我国的
沙尘暴现象日益严重 ,尤其是北方地区已成为世界四大沙尘暴区的一部分 .干旱缺水 ,成为影响植物
正常生长发育乃至存亡攸关的环境因子 ,植物抗旱性比较研究是干旱、半干旱区造林树种选择的基
础 ,是关系到该区造林成败的关键因素之一〔1, 2〕 .
沙地柏 ( Sabina vulgaris )为柏科 ( Cupressaceae)圆柏属常绿匍匐灌木 ,主要分布于新疆、甘肃、宁
夏、内蒙古、陕西、青海等地海拔 1100～ 2800 m的地区 .沙地柏主根不明显 ,侧根发达 ,主要分布在 10
～ 60 cm的沙层中 ,纵横交错 ,组成强大的根系网 ,是沙区优良的防风固沙、水土保持造林树种 .沙地
柏枝繁叶茂 ,地面覆盖力强 ,枝条沙埋后即可萌发不定根不断扩大种群 ,具有很好的遮蔽地表、固沙保
水、减少蒸发等生态防护功能 ,还可以起到良好的美化环境功能 .因此 ,近几年在城镇绿化、沙区防风
固沙造林等方面得到很好的推广 .在内蒙古地区沙地柏还可以作为一种较好的牲畜饲料 ,它的根、枝、
果、叶可提供芳香油 ,并可入药 ,有祛风湿、止痛活血等功能 .
目前 ,关于沙地柏的研究主要有:沙地柏中鬼臼毒素的分析研究、沙地柏的无性生殖、除叶干扰、
水分生态研究等〔3〕 ,但有关其金属元素、氨基酸、 C /N比等方面的研究文献不多 .本文即从这几方面
入手 ,对内蒙古和林格尔地区的沙地柏进行分析测定 ,并对其生长土壤环境的含水量和 C /N比等进
行研究 ,以期对沙地柏潜在资源价值的评价提供可靠依据 .
1　实验部分
1. 1　仪器与试剂
ICPQ-1000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪 (日本 ,岛津公司 ) ,操作参数见文献〔2〕; 835-50
收稿日期: 2007-08-17;修回日期: 2008-01-22
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 20767004);中央民族大学“ 985工程”项目资助 ( CUN 985-3-3);内蒙古
自治区自然科学基金资助重点项目 ( 200711020202) ;内蒙古自治区高等学校科学研究项目
( N J06108)
作者简介: 刘颖 ( 1963～ ) ,女 ,河南省新安县人 ,教授 ,博士 ,研究方向: 环境及药物分析化学 .
型氨基酸分析仪 (日本 ,日立公司 ) ,分析条件见文献〔4〕; p HS-3C精密 pH计 (上海雷磁仪器厂 ,上
海 ) ; 722型分光光度计 (上海精密科学仪器有限公司 ) .
1. 2　主要试剂
K、 Ca、 Na、 Mg、 Al、 Mn、 Fe、 Cu、 Zn标准储备液: 1. 00 g· L- 1 (国家环保总局标准样品研究所
GSB07-1257-2000) ,用时用稀酸稀释成一定浓度的工作液 .
氨基酸混合标准溶液: 0. 06 mol· L- 1的十七种标准氨基酸混合液 (日本 ,日立公司 ) .其余试剂均
为分析纯 ,实验用水为二次蒸馏水 .
1. 3　研究样地及样品预处理
内蒙古呼市和林格尔地区地形地貌多样 ,山、丘、川兼备 ,属内蒙古高原向黄土高原的过渡地带 ,
素有“五丘三山二分川”之说 ,总体地形呈东高西低、南高北低的态势 .东南部属蛮汉山的支脉 ,山区面
积占全县总面积的 20. 4% ;中部和南部属黄土丘陵区 ,占全县总面积的 57. 3% ;西北属土默川平原的
边缘 ,占全县总面积的 22. 3% .气候属于中温带半干旱大陆性季风气候 ,并兼有山地气候的特点 ,年平
均气温 5. 6℃ ,≥ 10℃积温 2769℃ ,无霜期 118 d,年降水量 418 mm,植物生长期 6～ 8月份的降水量
占全年降水量的 59. 3% .土壤以栗钙土和黄绵土为主 , p H值为 8. 6左右 ,属碱性土壤 .
2006年 3月采集和林格尔盛乐园区苗圃的沙地柏全株及其着生土壤样品 (表层土、 20～ 30 cm土
层、 40～ 50 cm土层 ,实测 pH为 8. 60) .除测定含水量时用新鲜样品外 ,其余样品均用去离子水洗净 ,
80℃烘干 ,研磨粉碎过 20目筛 ,然后准确称取一定量的该样品 ,电热板上灰化 ,高温炉 540℃焙烧 4
h,去离子水润湿 ,用 6 mo l· L- 1 HCl溶解后定容到 100 mL容量瓶中 ,制成试样溶液 .
常量、微量元素含量测定采用 ICP-AES方法 (具体操作见文献〔 2〕 ) .氨基酸测定执行 GB /
T18246-2000标准 ,前处理采用盐酸水解法 ,应用日立 835-50型氨基酸自动分析仪进行氨基酸含量测
定 ;有机质的测定采用 H2 SO4-K2 Cr2O7法 ;全氮采用凯氏定氮法 ;含水量采用失重法 ;叶绿素采用分光
光度法 .
2　结果与讨论
2. 1　植物元素含量特征
2. 1. 1　常量元素分析　表 1测定结果表明 ,沙地柏中常量元素含量顺序是:根 , Ca> K> Al> Na>
Mg;茎 , Ca> K> Al> Na> Mg;叶 , Ca> K> Al> Mg> Na.据此 ,沙地柏可确定为是 Ca> K> Al>
Mg> Na型 .其中 Ca、 K、 Al、Mg元素在叶中含量最高 .
表 1　沙地柏中常量元素含量 (% ,n= 4)
Table 1　 Contents of macroelements in Sabina vulgaris (% ,n= 4)
　　　　　　根　　　　　　
平均值 RSD
　　　　　　茎　　　　　　
平均值 RSD
　　　　　　叶　　　　　　
平均值 RSD
K 0. 20 5. 4 0. 21 2. 8 0. 64 4. 4
Na 0. 15 4. 5 0. 11 5. 8 0. 10 5. 1
Ca 0. 89 1. 0 1. 02 2. 0 2. 02 0. 8
Mg 0. 07 4. 5 0. 08 1. 8 0. 21 4. 4
Al 0. 19 4. 0 0. 20 0. 8 0. 39 2. 0
2. 1. 2　必需微量元素分析
　　由表 2可知:沙地柏中微量元素含量顺序 ,根: Fe> M n> Zn> Cu;茎: Fe> M n> Zn> Cu;叶: Fe>
Mn> Zn> Cu.且叶中的 Cu、 Fe、 Mn、 Zn含量均明显高于根和茎 .植物生理学研究表明 , Fe、 Mn、 Zn、
Cu均参与光合作用 , Cu、 Fe、Mn含量高有利于在光合作用过程中物质的合成和酶的活性〔5〕 .因此 ,对
沙地柏的生长和发育特别有利 .
参照文献〔6〕报道的陆生高等植物中元素平均含量及含量低限 ,对沙地柏进行比较 .结果表明:
Na、 K、 Fe、 Al的含量均高于陆生高等植物的平均含量 , Ca、Mg、 Mn、 Zn、 Cu的含量却均低于陆生高等
412 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2008年
植物的平均含量 ,但高于其含量低限 .这表明和林格尔地区沙地柏中的必需金属元素都不缺乏 ,在预
防沙化和水土流失中 ,种植沙地柏不需施加任何微肥就能使植物长势良好 ,同时也说明采样地区适合
种植沙地柏 .
表 2　沙地柏植物体内微量元素含量 (% , n= 4)
Table 2　 Contents of microelements in Sabina vulgaris (% ,n= 4)
　　　　　　根　　　　　　
平均值 (× 10- 3 ) RSD
　　　　　　茎　　　　　　
平均值 (× 10- 3 ) RSD
　　　　　　叶　　　　　　
平均值 (× 10- 3 ) RSD
Fe 33. 6 2. 9 18. 9 2. 4 38. 8 2. 9
M n 2. 64 5. 4 4. 46 1. 8 10. 5 3. 4
Zn 1. 62 3. 6 2. 36 1. 6 3. 93 1. 1
Cu 1. 08 4. 1 1. 12 4. 4 1. 81 1. 4
2. 2　氨基酸的测定
氨基酸是广泛存在于植物体内的一种含氮物质 ,是构成生物体蛋白质分子的基本单位 .由表 3可
见:沙地柏根、茎、叶中均含有 17种氨基酸 ,但含量有一定差异 .根、茎、叶总含量分别为 2. 07%、
2. 36%和 5. 19% ,且叶中氨基酸的总量高于茎和根 ,说明沙地柏的叶可做动物饲料 .
沙地柏植株中含有人体和动物体所必需的 7种氨基酸〔6〕 .它们在沙地柏各部分的含量总和是 ,
根: 0. 929% ,茎: 1. 02% ,叶: 2. 13% ,分别占氨基酸总量的 45%、 43%和 42% .在 17种氨基酸中 ,根、
茎、叶中谷氨酸的含量最高 .谷氨酸在生物体内蛋白质代谢过程中占有重要地位 ,参与动物、植物和微
生物中的许多重要化学反应 .游离脯氨酸积累量与逆境程度、植物的抗逆性有关 .在正常环境条件下 ,
植物体内游离脯氨酸含量较低 ,但在逆境条件下 (旱、热、冷、冻、盐碱 ) ,植物体内脯氨酸的含量显著增
加 .从表 3可知 ,脯氨酸在根、茎、叶中的百分比分别是 3. 6% 、 4. 2%、 4. 7% ,对于沙地柏这种抗旱植物
来说 ,仍可在更恶劣的环境条件下生存 .
表 3　沙地柏中氨基酸含量 (n= 3)
Table 3 Determination of amino acids inSabina vulgaris (n= 3)
氨基酸 根 茎 叶
c w c w c w
苏氨酸* 0. 099 4. 8 0. 114 4. 8 0. 245 4. 7
异亮氨酸* 0. 127 6. 1 0. 143 6. 1 0. 265 5. 1
亮氨酸* 0. 203 9. 8 0. 230 9. 7 0. 477 9. 2
缬氨酸* 0. 142 6. 9 0. 159 6. 7 0. 345 6. 6
苯丙氨酸* 0. 151 7. 3 0. 158 6. 7 0. 284 5. 4
蛋氨酸* 0. 113 5. 5 0. 117 5. 0 0. 096 1. 8
赖氨酸* 0. 094 4. 5 0. 101 4. 3 0. 416 8. 0
天门冬氨酸 0. 193 9. 3 0. 229 9. 7 0. 516 9. 9
丝氨酸 0. 112 5. 4 0. 112 4. 7 0. 260 5. 0
谷氨酸 0. 250 12 0. 309 13 0. 713 14
甘氨酸 0. 117 5. 7 0. 138 5. 8 0. 306 5. 8
丙氨酸 0. 125 6. 0 0. 140 5. 9 0. 348 6. 7
胱氨酸 0. 118 5. 7 0. 121 5. 1 0. 124 2. 4
酪氨酸 0. 039 1. 9 0. 051 2. 2 0. 128 2. 5
组氨酸 0. 034 1. 6 0. 041 1. 7 0. 113 2. 1
精氨酸 0. 080 3. 9 0. 103 4. 4 0. 315 6. 1
脯氨酸 0. 074 3. 6 0. 099 4. 2 0. 244 4. 7
　　* 人体和动物体中必需的氨基酸〔6〕
　　 c: 氨基酸含量 (% )　　 w: 氨基酸占总氨基酸的百分含量 (% )
413第 4期 刘颖等　内蒙古和林格尔地区沙地柏生化成分分析
2. 3　植物叶绿素分析
植物中叶绿素的含量与光合速率、营养状况等密切相关 ,通常测定叶绿素含量以表征植物生长状
况 .实验结果 (表 4)表明 ,叶绿素含量在植物叶片中最多 ,根和茎叶绿素含量低 .由于叶绿素 a /叶绿素b
的变化反映了叶绿体的数量变化动态 ,因此可以说根和茎拥有多的叶绿体和低的叶绿素含量 .
表 4　沙地柏中叶绿素含量 (mg· L- 1 ,n= 3)
Table 4　 Contents of Chlorophyll in Sabina vulgaris (mg· L- 1 ,n= 3)
器官 　　　　吸光度　　　　 　　　　　　色素浓度　　　　　　
A665 A649 Ca Cb C
叶 0. 493 0. 512 3. 36 9. 17 12. 5
茎 0. 035 0. 036 0. 241 0. 642 0. 883
根 0. 005 0. 005 0. 0354 0. 0882 0. 124
2. 4　植物有机质及全氮的测定
表 5　植物有机质、全氮含量及 C/N (n= 3)
Table 5　 Determination of organic matter, total-N , C/N ratio in Sabina vulgaris (n= 3)
根 茎 叶
粗蛋白 /% 2. 5 3. 1 6. 5
全氮 /% 0. 40 0. 49 1. 0
有机质 /% 91 90 94
C /N 128 102 50
　　植物有机质是植物体内的重要物质 .由表 5可知:沙地柏体内所含有机质含量较高 ,达到 90%以
上 ,且顺序为叶> 根> 茎 ,但其含量相差不大 .
植物氮素的浓度与氮素的回收率有关 ,植物对氮素的保持能力与凋落物养分含量、土壤矿化及土
壤供氮水平有关〔 7〕 .实验测定结果表明: 沙地柏全氮含量随根、茎及叶的顺序上升 ,叶中全氮含量最
高 .这是因为叶绿素是植物叶片中一种主要含氮物质 ,由于叶中叶绿素含量最高 ,因此 ,叶中的全氮含
量最高 .
植物 C /N比是农业、生态和全球变化研究领域广泛考虑的重要因子 .植物体内的 C /N比可以体
现植物的营养利用效率 ( NU E)〔8〕 .本实验沙地柏 C /N比是随根、茎及叶的顺序逐渐降低 (见表 5) .这
说明植物体各部分的营养利用效率不同 ,根部的营养利用律最高 ,这与根部营养素含量即土壤有机质
含量高有关系 .
2. 5　沙地柏生长土壤的初步分析
2. 5. 1　含水量测定　土壤样品采集后立即测定其含水量 ,并与沙地柏进行比较 ,结果见表 6.
表 6　沙地柏及其生长土壤含水量测定 (% , n= 3)
Table 6　 Contents of water in Sabina vulgaris and its growth soils(% ,n= 3)
沙地柏含水量 根 茎 叶
21 22 26
土壤含水量 表层土 20～ 30cm土层 40～ 50cm土层
1. 0 5. 3 5. 7
　　对植物含水量测定实验结果表明:沙地柏各部分含水量按叶、茎、根的顺序依次降低 ,分别为:
26%、 22%、 21% .而土壤含水量却随土壤深度的增加而逐渐增大 ,顺序是: 40～ 50 cm土层> 20～ 30
cm土层> 表层土 ,分别为 5. 7%、 5. 3%和 1. 0% .其中 40～ 50 cm土层与 20～ 30 cm土层的含水量相差
不多 ,但较表层土要高得多 .这与沙土性质及当地气候条件 ,如空气中水分含量较少且风沙较大、表层
土无法锁住水分、含水量降低等因素有关 .
由表 6可见 ,沙地柏各部分的含水量远远大于土壤中含水量 ,这一现象表明沙地柏有很强的吸水
性和保水性 ,体现了沙生植物独有的特性 .
414 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2008年
2. 5. 2　土壤有机质、全氮及 C /N比的分析
土壤有机质是土壤肥力的重要组成部分和土壤养分的主要来源 ,同时也是形成土壤结构的重要
因素 ,它还是植物矿质营养和有机营养的源泉〔 9〕 .
表 7　土壤有机质、全氮含量及 C/N (n= 3)
Table 7　 Determination of organic matter, total-N ,C /N ratio in soils (n= 3)
表层土样 20～ 30cm土样 40～ 50cm土样
有机质 /% 0. 530 0. 402 0. 360
全氮 /% 32. 3 20. 0 17. 4
C /N 9. 15 11. 1 11. 5
　　分析结果表明 (表 7):土壤有机质的含量随土层的加深而逐渐减小 ,顺序为:表层土> 20～ 30cm
土层> 40～ 50cm土层 ,含量分别为: 0. 53% 、 0. 40% 和 0. 36% ,说明该地区土壤有机质含量比较低 .
原因是土壤长时间不翻动 ,由地表林褥腐烂分解形成的有机质集中分布在浅层土壤中 .这也说明土壤
含碳量主要来源于腐殖质分解〔 10〕 .
从表 7还可以看出 ,土壤全氮含量平均为 0. 0233% ,表层土的含量最多 ,土壤全氮是随土壤深度
的增加而降低 ,这与土壤有机质的含量规律是相一致的 .原因是土壤氮素以有机质占绝对优势 .因此 ,
土壤全氮量主要决定于有机质含量 ,并与有机质间存在很好的线性正相关关系〔 11〕 .表 7显示 ,采样地
土壤的 C /N比介于 20∶ 5〔 12〕 ,表明土壤有机质的分解速率较高 ,这与测得有机质含量低的结果相一
致 .
3　结　论
　　本文对内蒙古和林格尔地区沙地柏进行了生化成分分析 .结果表明 ,沙地柏属 Ca> K> Al> Mg
> Na型 ,是一种富集 Ca、 K、 Al元素的植物 ;它的根、茎、叶中微量元素 Fe、 Mn、 Cu、 Zn含量的顺序均
为 Fe> M n> Zn> Cu;所含氨基酸种类多 ,特别是含有人体及动物体必需的多种氨基酸 ,用它作为动
物饲料很有发展前景 .土壤水分、有机碳及 C /N比都随土壤深度的增加而增加 ,而土壤全氮的含量顺
序相反 ,随土壤深度的增加而降低 .本实验测定结果为研究沙地柏的经济价值、缓和与改善西部地区
恶劣的生态环境、因地制宜的选择良好的防风固沙树种提供可靠的理论依据 .
致谢:在采集样品的过程中 ,得到了内蒙古和林格尔盛乐园区苗圃的大力支持和帮助 ,在此表示
衷心感谢!
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(责任编委　边占喜 )
Biochemical Composition Analy sis on Sabina vulgaris
in Helingeer County of Inner M ongolia
LIU Ying
1, 2 , FEN G Jin-chao
1 , ZHOU Shan-shan
1 , L I Gai-zhi
2 , FAN Wen-jing
2 , LI Jiao-jie
2
( 1. College of L i fe and Environmental Science ,
Central University for Nationali ties ,Beijing 100081, China;
2. College of Chem istry and Env ironmental Science ,
Inner Mongol ia Normal University , Hohhot 010022,China)
　　 Abstract: A detailed measurement and analysis on the macroelements, microelements, amino
acids, total-N and org anic mat ter in Sabina vulgaris of Helingeer county o f Hohho t as w ell as the
w ater content , org anic mat ter and total-N in the g row th soil o f Sabina vulgaris were perfo rmed. The
resul ts indica ted that macroelements Ca, K, Na , Al and M g belong to the type o f Ca> K> Na> Al>
Mg; The contents o f micro elements such as Fe, Mn, Zn, Cu are in dif ferent order in di fferent o rg ans
o f a plant , and the highest contents are in the leaves; The to tal content o f amino acids is 5. 20% ; The
o rder of w ater contents in a plant is leaf> stem> roo t; The content o f Chlo rophy lls in leaves is the
highest; The ratio of carbon content to nit rog en content ( C /N) in ro ots, stems and leaves is 128, 102
and 50. 2, respectiv ely; The o rder o f wa ter contents in the soil i s the la yer o f 40～ 50 cm> the layer
o f 20～ 30 cm> topsoil; The deeper the soi l is , the higher C /N ra tio is. The results may prov ide
reliable data and theoretical bases fo r improv ing ecological envi ronment in w est China and choo sing
fine t ree species wi th wind-resistance and sand-fixa tion.
Key words: Sabina vulgaris; microelement; amino acid; C /N; Helingeer county
416 内蒙古大学学报 (自然科学版 ) 2008年