冉余艷，梁社往，翁靜，史靜，何忠俊*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，昆明 650201；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生處，昆明 650201）

藥用植物有效成分是評價(jià)藥材品質(zhì)的重要指標(biāo)，多為次生代謝物，其分化、合成不僅受自身基因的控制，還會受到環(huán)境因素（如光照、溫度、水分、土壤等）的影響，一定的環(huán)境脅迫能刺激其形成和積累。研究表明，產(chǎn)區(qū)地理位置和生態(tài)因子對景天三七（）有效成分的分化和形成起決定性作用。黃芩（Georgi）的藥效成分與溫度呈正相關(guān)，且高溫影響大于低溫；土壤溫度、含水量對靈芝（）主要活性成分的積累具有顯著影響，在一定范圍內(nèi)，降低土壤溫度、增加土壤含水量，可顯著提高靈芝品質(zhì)。7月平均溫度是影響黃管秦艽（）藥材品質(zhì)的主導(dǎo)生態(tài)因子；經(jīng)度、緯度和土壤陽離子交換量是滇重樓（var.）根莖總皂苷含量的主導(dǎo)生態(tài)因子。

三七[（Burk.）F.H.Chen]為五加科人參屬多年生草本植物，多以地下部入藥，主要藥效成分是皂苷類，藥理作用主要表現(xiàn)在血液系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等方面。云南省文山州是三七的道地產(chǎn)區(qū)，該地三七的產(chǎn)量和品質(zhì)均優(yōu)于其他產(chǎn)區(qū)，文山三七道地性的決定性因素是地理位置和自然環(huán)境。近年來，隨著三七連作障礙的加重，文山州適宜種植三七的土地資源已十分緊缺，三七種植地已由文山州及周邊區(qū)域向曲靖、昆明、大理、騰沖、保山等地?cái)U(kuò)展，省外的廣西、廣東、四川、貴州部分地區(qū)也有三七種植。三七對生境的要求極為嚴(yán)苛，盲目擴(kuò)張是否會影響三七藥材品質(zhì)？目前，關(guān)于生態(tài)因子與三七有效成分的研究還不夠深入，僅有地質(zhì)背景、土壤理化性質(zhì)、地球化學(xué)元素、氣象條件等與三七生長狀況、商品品質(zhì)、藥效成分等的比較和簡單相關(guān)分析，以及文山與廣西三七藥效成分的比較，且這些研究均是在云南文山州及其周邊的紅河州進(jìn)行的。三七生長區(qū)域生態(tài)因子與三七有效成分綜合分析與評價(jià)的缺乏，十分不利于三七產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著三七產(chǎn)區(qū)的擴(kuò)張，迫切需要探明生態(tài)因子與三七品質(zhì)的關(guān)系。本文采用相關(guān)、逐步回歸、通徑和決策等分析方法，分析云南、貴州、四川、重慶共68個(gè)樣點(diǎn)三七主根皂苷組分、總皂苷含量和48個(gè)生態(tài)因子的數(shù)量關(guān)系，探明影響三七主根皂苷組分的主導(dǎo)生態(tài)因子，并明確其主要決策因子和限制因子，以期為三七的引種栽培和環(huán)境調(diào)控提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和采樣區(qū)調(diào)查

三七大面積栽培種源仍為一混合群體，生產(chǎn)上采用“集團(tuán)選擇”的方法選留健康良種，絕大多數(shù)由文山供種。2019年10—11月和2020年10—11月，根據(jù)種植面積布置樣點(diǎn)數(shù)，片區(qū)最少樣點(diǎn)數(shù)控制在4個(gè)。采集3年生春三七（文山種源），共計(jì)68個(gè)樣點(diǎn)（圖1）。土壤、植株樣品的采集用隨機(jī)多點(diǎn)取樣法，采樣深度為0～20 cm。每個(gè)樣點(diǎn)在種植地塊隨機(jī)均勻采集15～20株三七及根區(qū)土壤約1 kg。將鮮植株帶回實(shí)驗(yàn)室，先用滴加洗潔精的自來水洗去泥土，然后用含2%檸檬酸的蒸餾水漂洗，去除表面的礦質(zhì)元素，最后用蒸餾水反復(fù)沖洗干凈。將主根與其他部位分開，105℃殺青后，70℃烘干至質(zhì)量恒定，粉碎過100目篩，備用。土壤經(jīng)風(fēng)干處理后，過0.25 mm和2 mm篩備用。

圖1 三七采樣點(diǎn)分布圖Figure 1 Distribution of sampling points of Panax notoginseng

現(xiàn)場測定經(jīng)度、緯度、海拔、坡度、坡向，氣象資料來自中國醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院藥用植物研究所TCM-GIS系統(tǒng)。

1.2 樣品測定

1.2.1 土壤養(yǎng)分測定方法

土壤pH采用電位法，有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀容量法，全氮采用凱氏定氮法，全磷采用碳酸鈉熔融-鉬銻抗比色法，全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法，陽離子交換量采用乙酸銨交換法，有效鈣、有效鎂采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度法，有效硫采用磷酸鹽浸提-硫酸鋇比濁法，有效硼采用沸水浸提-姜黃素比色法，有效鉬采用草酸-草酸銨浸提法，有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅采用Mehlich 3法聯(lián)合浸提，顆粒組成采用吸管法。

1.2.2 植物養(yǎng)分元素測定方法

植物全氮、全磷采用HSO-HO消煮，凱氏法定氮，釩鉬黃比色法測磷。全硫采用HNO-HClO消煮、比濁法，硼采用干灰化、姜黃素法。鉀、鈣、鎂、銅、鋅、鐵、錳、鉬采用HR-ICP-MS型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（德國Finnigan MAT公司），參照DZ/T 0223—2001方法進(jìn)行測定。

1.2.3 主根皂苷組分的測定

儀器：Aglient1260系列高效液相色譜儀。

對照品溶液制備：準(zhǔn)確稱取一定量的三七皂苷R、人參皂苷Rg、人參皂苷Rb標(biāo)準(zhǔn)品，加入甲醇，制成濃度分別為0.107 8、0.415 0、0.483 0 mg·mL的對照品標(biāo)液。

供試樣品溶液制備：準(zhǔn)確稱取三七主根樣品粉末0.600 0 g，置于三角瓶中，加入50 mL甲醇（分析醇），封口搖勻，靜置4 h后，超聲提取30 min，最后補(bǔ)足甲醇損失量，用0.45μm微孔濾頭過濾，備用。

色譜條件：使用SB-CAnalytical HPLC Column（4.6 mm×250 mm，5μm）色譜柱。檢測波長203 nm；柱溫25℃；進(jìn)樣量10 μL；流速1.5 mL·min；流動相乙腈（B）-水（A），梯度洗脫（0～20 min，20% B；20～45 min，20%～46% B；45～47 min，46%～55% B；47～50 min，55%～80%B）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

全部數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行處理，SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 三七主根皂苷組分特征

按行政區(qū)及地理位置，將采樣點(diǎn)分為7個(gè)片區(qū)，分別為文山、文山周邊（玉溪和紅河）、昆明、曲靖、滇西（大理和保山）、貴州、四川-重慶。由表1可知，三七皂苷R以滇西最高，顯著高于貴州、四川-重慶，其余片區(qū)之間均無顯著差異。人參皂苷Rg以貴州最高，與文山無顯著差異，顯著高于其他片區(qū)；滇西與文山、文山周邊、曲靖無顯著差異，顯著高于昆明、四川-重慶。三七皂苷Rb以文山最高，其次為滇西、貴州、四川-重慶，這四者之間無顯著差異；文山顯著高于文山周邊、昆明、曲靖。貴州總皂苷含量略高于文山、滇西，三者之間無顯著差異，但顯著高于其他片區(qū)。

表1 三七主根皂苷組分區(qū)域差異分析（%）Table 1 Analysis of regional difference of saponin components in taproot of Panax notoginseng（%）

2.2 三七主根皂苷組分與生態(tài)因子的相關(guān)分析

2.2.1 與地理氣候因子的相關(guān)分析

由表2可知，三七皂苷R與海拔、日照呈極顯著正相關(guān)，與緯度、7月平均溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，與7月最高溫呈顯著負(fù)相關(guān)；與活動積溫呈極顯著負(fù)偏相關(guān)，與年均溫、1月平均溫、1月最低溫呈顯著負(fù)偏相關(guān)。人參皂苷Rg與1月最低溫呈極顯著正相關(guān)，與年降水量、年均溫、1月平均溫、7月最高溫、活動積溫、濕度呈顯著正相關(guān)，與緯度呈顯著負(fù)相關(guān)；與1月平均溫呈極顯著負(fù)偏相關(guān)，與緯度、濕度呈顯著負(fù)偏相關(guān)。人參皂苷Rb與年降水量、1月平均溫、1月最低溫、7月最高溫、濕度呈極顯著正相關(guān)，與年均溫、7月平均溫呈顯著正相關(guān)，與海拔呈極顯著負(fù)相關(guān)；與年均溫呈顯著負(fù)偏相關(guān)?？傇碥张c年降水量、1月平均溫、1月最低溫、濕度呈極顯著正相關(guān)，與年均溫、7月最高溫呈顯著正相關(guān)，與緯度、海拔呈顯著負(fù)相關(guān)；與1月平均溫呈極顯著負(fù)偏相關(guān)，與緯度、1月最低溫呈顯著負(fù)偏相關(guān)。

表2 地理氣候因子與三七主根皂苷組分的單、偏相關(guān)性分析Table 2 Single and partial correlation analysis between geographical climatic factors and saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.2.2 與土壤因子的相關(guān)分析

由表3可知，三七皂苷R與有效鐵呈顯著正相關(guān)，與土壤pH、鹽基飽和度、有效鈣呈極顯著負(fù)相關(guān)；僅與土壤pH呈顯著負(fù)偏相關(guān)。人參皂苷Rg與全磷、有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)；與有效鋅呈顯著正偏相關(guān)。人參皂苷Rb與全鉀呈顯著正相關(guān)，與全磷呈顯著負(fù)相關(guān)；僅與鹽基飽和度呈顯著負(fù)偏相關(guān)。總皂苷與鹽基飽和度、全磷呈顯著負(fù)相關(guān)；僅與有效鋅呈顯著正偏相關(guān)。

表3 土壤因子與三七主根皂苷組分的單、偏相關(guān)性分析Table 3 Single and partial correlation analysis between soil factors and saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.2.3 與主根養(yǎng)分因子的相關(guān)分析

由表4可知，三七皂苷R與主根錳、鋅呈顯著正相關(guān)，與主根全鉀呈顯著負(fù)相關(guān)；僅與主根硫呈顯著正偏相關(guān)。人參皂苷Rg與主根鈣、銅呈極顯著正相關(guān)，與主根鋅呈顯著正相關(guān)；與主根鈣、銅呈極顯著正偏相關(guān)。人參皂苷Rb與主根鈣呈極顯著正相關(guān)，與主根全氮、銅呈顯著正相關(guān)；僅與主根鈣呈顯著正偏相關(guān)?？傇碥张c主根鈣、銅呈極顯著正相關(guān)，與主根全氮、鋅呈顯著正相關(guān)；與主根鈣呈極顯著正偏相關(guān)，與主根銅呈顯著正偏相關(guān)。

表4 主根養(yǎng)分因子與三七主根皂苷組分的單、偏相關(guān)性分析Table 4 Single and partial correlation analysis between nutrient factors and saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.3 三七主根皂苷組分的主導(dǎo)因子分析

單相關(guān)分析是研究兩個(gè)變量之間表面的、非本質(zhì)的關(guān)系。偏相關(guān)分析是除去其他因素的影響，僅研究兩者之間的相關(guān)關(guān)系，比單相關(guān)系數(shù)更能說明兩者的線性相關(guān)程度。本研究采用單、偏相關(guān)結(jié)合的方法，篩選出更多影響三七主根皂苷組分含量的顯著因子，全面反映對主根皂苷組分影響顯著的生態(tài)因子。為了使回歸方程的收斂性更好，選擇相關(guān)分析顯著的因子作為評判指標(biāo)。

分別選取對主根皂苷R、Rg、Rb、總皂苷（單、偏）相關(guān)影響顯著的因子進(jìn)行逐步回歸，得到各皂苷的逐步回歸方程，見表5。R：緯度（）、海拔（）、年均溫（）、1月平均溫（）、7月平均溫（）、1月最低溫（）、7月最高溫（）、活動積溫（）、日照（）、pH（）、鹽基飽和度（）、有效鈣（）、有效鐵（）、主根鉀（）、主根硫（）、主根錳（）、主根鋅（）；Rg：緯度（）、年降水量（）、年均溫（）、1月平均溫（）、1月最低溫（）、7月最高溫（）、活動積溫（）、濕度（）、全磷（）、有效磷（）、有效鋅（）、主根鈣（）、主根銅（）、主根鋅（）；Rb：海拔（）、年降水量（）、年均溫（）、1月平均溫（）、7月平均溫（）、1月最低溫（）、7月最高溫（）、濕度（）、鹽基飽和度（）、全磷（）、全鉀（）、主根氮（）、主根鈣（）、主根銅（）；總皂苷：緯度（）、海拔（）、年降水量（）、年均溫（）、1月平均溫（）、1月最低溫（）、7月最高溫（）、濕度（）、鹽基飽和度（）、全磷（）、有效鋅（）、主根氮（）、主根鈣（）、主根銅（）、主根鋅（）。

由表5可知，三七皂苷R主要受緯度（）、7月平均溫（）、活動積溫（）、pH（）的綜合影響，這4個(gè)因子能共同決定其含量變異的35.92%；人參皂苷Rg主要受緯度（）、1月最低溫（）、7月最高溫（）、主根鈣（）、主根銅（）的綜合影響，這5個(gè)因子能共同決定其含量變異的52.05%；人參皂苷Rb主要受濕度（）、鹽基飽和度（）、全鉀（）、主根鈣（）、主根銅（）的綜合影響，這5個(gè)因子能共同決定其含量變異的47.60%；總皂苷主要受緯度（）、海拔（）、1月最低溫（）、7月最高溫（）、鹽基飽和度（）、有效鋅（）、主根鈣（）、主根銅（）的綜合影響，這8個(gè)因子能共同決定其含量變異的66.10%。

表5 三七主根皂苷組分的逐步回歸方程Table 5 Stepwise regression equation of saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.3.1 主根三七皂苷R與生態(tài)因子的通徑分析

通徑分析是通過自變量與因變量之間表面直接相關(guān)性的分解，研究自變量對因變量的直接重要性和間接重要性，從而為統(tǒng)計(jì)決策提供可靠的依據(jù)，用公式可表達(dá)為=+，其中為單相關(guān)系數(shù)、為直接通徑系數(shù)、為間接通徑系數(shù)。決策系數(shù)（）是反映自變量對因變量綜合作用大小的參數(shù)，利用決策系數(shù)可以對通徑分析結(jié)果進(jìn)行明確的判斷，并確定主要決定性變量和限制性變量，決策系數(shù)計(jì)算公式為R=2Pr-P，式中P為直接通徑系數(shù)、r為單相關(guān)系數(shù)。

由表6可知，三七皂苷R直接通徑系數(shù)絕對值排序?yàn)榫暥龋ǎ净顒臃e溫（）＞pH（）＞7月平均溫（）。的間接通徑系數(shù)總和大于直接通徑系數(shù)，且方向相反，抵消了直接通徑的作用，致使其對三七皂苷R的總效應(yīng)方向改變；其余因子對三七皂苷R的直接作用大于間接作用，其中的直接作用與間接作用方向相反，削弱了各因子對三七皂苷R的總效應(yīng)，的直接作用與間接作用方向相同，加強(qiáng)了直接通徑作用。

表6 主根三七皂苷R1與生態(tài)因子的通徑分析Table 6 Path analysis between ecological factors and notoginsenoside R1 in taproot of Panax notoginseng

4個(gè)因子的決策系數(shù)的大小依次為＞＞＞，其中、、為正，以最大，說明、、是三七皂苷R的主要決策因子，且是三七皂苷R的最主要決策因子。為負(fù)，其決策系數(shù)絕對值在4個(gè)入選因子中最高，說明是三七皂苷R的最主要限制因子。、、的決策系數(shù)絕對值較高（＞0.001），且地域性明顯，說明主根三七皂苷R有一定的地域特征。但由于這幾個(gè)因子只能決定其含量變異的35.92%，說明主根三七皂苷R還受其他因素的影響。

2.3.2 主根人參皂苷Rg與生態(tài)因子的通徑分析

由表7可知，人參皂苷Rg直接通徑系數(shù)絕對值排序?yàn)?月最高溫（）＞1月最低溫（）＞緯度（）＞主根銅（）＞主根鈣（）。對人參皂苷Rg的間接作用總和大于直接作用，且方向相反，大幅削弱了其對人參皂苷Rg的直接效應(yīng)；其余因子對人參皂苷Rg的直接作用均大于間接作用總和，其中的直接作用與間接作用方向相反，削弱了各因子對人參皂苷Rg的綜合效應(yīng)；的直接作用與間接作用方向一致，加強(qiáng)了各因子對人參皂苷Rg的綜合效應(yīng)。

表7 主根人參皂苷Rg1與生態(tài)因子的通徑分析Table 7 Path analysis between ecological factors and ginsenoside Rg1 in taproot of Panax notoginseng

2.3.3 主根人參皂苷Rb與生態(tài)因子的通徑分析

由表8可知，人參皂苷Rb直接通徑系數(shù)絕對值排序?yàn)辂}基飽和度（）＞濕度（）＞主根鈣（）＞全鉀（）＞主根銅（）。僅的間接通徑系數(shù)總和大于直接通徑系數(shù)，其余因子直接通徑系數(shù)均大于間接通徑系數(shù)總和。的直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)總和方向相反，對直接通徑的效果有所削弱，、的直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)總和方向相同，增強(qiáng)了各因子對主根人參皂苷Rb的總效應(yīng)。

表8 主根人參皂苷Rb1與生態(tài)因子的通徑分析Table 8 Path analysis between ecological factors and ginsenoside Rb1 in taproot of Panax notoginseng

2.3.4 三七主根總皂苷與生態(tài)因子的通徑分析

由表9可知，總皂苷直接通徑系數(shù)絕對值依次為1月最低溫（）＞緯度（）＞7月最高溫（）＞海拔（）＞鹽基飽和度（）＞主根鈣（）＞主根銅（）＞有效鋅（）。、對總皂苷的間接作用總和大于直接作用，且方向相反，從而改變了直接通徑對總皂苷的作用方向；其余因子對總皂苷的直接作用大于間接作用總和，其中、、、的直接作用與間接作用總和方向相反，削弱了各因子對總皂苷的總效應(yīng)；、的直接作用與間接作用總和方向相同，增強(qiáng)了各因子對總皂苷的直接作用，使、與總皂苷的相關(guān)性較高。

表9 三七主根總皂苷與生態(tài)因子的通徑分析Table 9 Path analysis between total saponins in taproot of Panax notoginseng and ecological factors

3 討論

本研究中，供試三七主根總皂苷含量均達(dá)到國家藥典要求，貴州、文山、滇西總皂苷含量顯著高于文山周邊、昆明、曲靖、四川-重慶。與趙江的研究結(jié)果相比，道地產(chǎn)區(qū)文山總皂苷含量較為一致，昆明周邊、滇西總皂苷含量偏低，這可能與采樣范圍、片區(qū)劃分不一致有關(guān)。陳茵對云南省21個(gè)產(chǎn)區(qū)三七皂苷組分含量進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)云南省傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)與新產(chǎn)區(qū)皂苷組分含量均無顯著差異，與本研究結(jié)果不同，可能是采樣點(diǎn)較少及采樣范圍不一致所致。孟祥霄等對326個(gè)三七樣點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)地適宜性研究發(fā)現(xiàn)，云南東南部、貴州西南部是最適栽培區(qū)，與本研究結(jié)果較為一致。林潔等也指出，貴州種植三七的品質(zhì)良好。因此，為了保證三七質(zhì)量穩(wěn)定，可考慮在貴州西南部引種種植三七。

綜合相關(guān)分析、逐步回歸和通徑分析結(jié)果，主根三七皂苷R與土壤pH、緯度、7月平均溫呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤pH、緯度是其主要決定性因子，7月平均溫是其主要限制因子。因此，要獲得高主根三七皂苷R含量，需要控制在低緯度和低土壤pH的地域，且7月平均溫需限制在較低范圍；主根人參皂苷Rg含量主要受1月最低溫、7月最高溫和緯度的制約，三者均為Rg的限制性因子，其中以1月最低溫影響最大，說明較高的1月最低溫和7月最高溫，較低的緯度可獲得較高的Rg含量；主根人參皂苷Rb含量主要受大氣濕度和主根鈣的影響，兩者均為其決定性因子，均與Rb呈極顯著正相關(guān)，因此，高的大氣濕度和土壤鈣含量可獲得高Rb含量。三七主根總皂苷主要受1月最低溫、緯度、主根鈣、主根銅的影響，高的1月最低溫、較低的緯度和高的主根鈣、銅含量可獲得高的總皂苷含量。三七中鈣、銅含量和土壤中有效態(tài)鈣、銅含量顯著相關(guān)，這也與目前三七產(chǎn)區(qū)絕大多數(shù)在石灰?guī)r母質(zhì)上相一致。三七主根單體皂苷Rg、Rb遠(yuǎn)高于R，R僅占總皂苷的5%～9%。因此，三七主根總皂苷含量主要取決于Rg、Rb含量的高低。綜合考慮，較高的1月最低溫、大氣濕度、土壤鈣含量，較低的緯度、7月平均溫是獲得三七主根高皂苷含量的關(guān)鍵。

4 結(jié)論

（1）三七主根皂苷組分及總皂苷含量均具有地域性特征，三七皂苷R含量較高的是滇西、文山、昆明，人參皂苷Rg、人參皂苷Rb、總皂苷含量較高的為文山、滇西、貴州。

（2）三七主根三七皂苷R與土壤pH、緯度、7月均溫呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤pH、緯度是其主要決定性因子，7月平均溫是其主要限制因子。三七主根人參皂苷Rg含量主要受1月最低溫、7月最高溫和緯度的制約，三者均為人參皂苷Rg的限制性因子，其中以1月最低溫影響最大。三七主根人參皂苷Rb含量主要受大氣濕度和主根鈣含量的影響，二者均為其決定性因子。三七主根總皂苷主要受1月最低溫、緯度、主根鈣含量、主根銅含量的影響，高的1月低溫，較低的緯度，高的主根鈣、銅含量可獲得高的總皂苷含量。

（3）較高的1月最低溫、大氣濕度、土壤鈣含量，較低的緯度、7月平均溫是獲得三七主根高皂苷含量的關(guān)鍵。