黄芪化学成分与生态因子的相关性

　　生态因子对药用植物品质影响和道地药材的形成是道地药材研究的重要内容.气候因子能直接或间接影响药用植物的生长、发育、生殖、行为和分布,土壤无机元素能够影响植物根系营养及生理代谢活动,促进植物的生长,影响药用植物化学成分积累,最终影响中药材品质.阐明生态因子对药用植物化学成分积累的影响对生产实践具有重要的指导意义.研究表明，日照时数、海拔和年降水量是影响宪活（Notopterygiumincisum)化学成分累积的主要因素;温度对人参（Panaxginseng)皂苷活性成分的累积起主要作用;土壤类型与铁皮石解(Dendrobiumofficinale)多糖含量呈显著正相关，年降水量与金钗石斛（)的石斛碱积累呈显著正相关，温度是影响鼓槌石斛（toxum)毛兰素含量的主要因素@;西洋参（Panaxquinquefoli-um)化学生态型的形成和分化与其所在的气候地理环境变异相关.

　　黄芪为豆科植物蒙古黄芪(licus)或月莫荚黄芪(na-ceus)的干燥根,其味甘,性微温,归肺、脾经，具有补气升阳、固表止汗、利水消肿、生津养血、行滞通痹、托毒排脓、敛疮生肌之功效M.黄芪在我国已有2000多年的应用历史，最初记载于《神农本草经》位列上品，为补药之长，应用于药品食品等领域，目前以黄芪为原料生产的中成药达200多种，是临床应用最为广泛的补益中药.市场的大量需求引发了对野生黄芪资源的过度采挖,传统道地黄芪主产区的野生黄芪濒临灭绝，已远不能满足市场需求.目前,我国商品黄芪已形成以人工栽培为主要来源,以蒙古黄芪为主流商品，传统芪与栽培芪并存的资源格局.蒙古黄芪的主产区形成了山西、甘肃、内蒙古三大栽培主产区.目前,对黄芪化学成分与生态因子相关性的研究尚未见报道.本文采用主成分分析和相关性分析法,研究了蒙古黄芪中化学成分与生态因子的相关性,为黄芪资源保护、引种驯化、田间种植、中药材规范化生产(GAP)提供重要的参考资料.

　　1材料与方法

   1.1材料

　　药材为甘肃、内蒙古和山西3个黄芪主产区2年生蒙古黄芪，除去须根和根头，晒干（表1).采集黄芪药材的同时采集土壤样品，以梅花形布点,用采土器取样,混匀，用4分法缩分,封装于自封袋中.

　　1.2测定项目与方法

　　1.2.1黄芪化学成分的测定采用超高效液相色谱法（UPLC)测定黄芪中毛蕊异黄酮苷、毛蕊异黄酮、山柰酣、芒柄花素、芒柄花苷、槲皮素6种黄酮类成分的含量M;采用超高效液相色谱法（UPLC)测定黄芪中黄芪皂苷（黄芪甲苷）的含量M;采用苯酣-硫酸法测定黄芪中黄芪多糖的含量(表2).

　　2.2黄芪产地土壤无机元素的测定土壤样品室内自然晾干，研碎过100目筛.参考《电感偶合等离子体发射光谱方法通则标准》(JY/T015-1996)M测定土壤无机元素含量.精密称量1g样品于石英消解管中，加入硝酸与盐酸的混酸约4mL,置于石墨加热炉上,60°C消解12h,然后温度提高到120°C赶酸2h,定容到25mL,取约20mL溶液过0.22^m滤膜,进ICP(电感偶合等离子体发射光谱仪）分析，测定全量铜、锌、锰、钙、镁、铁、砸、硼、铝、钠、镍、钡元素含量.取1g土壤样品，加入0.5mol?L-1碳酸氢钠浸提液,25C震荡浸提1h,取浸提液过滤后稀释,测定有效氮、有效磷和有效钾含量.测定3次,取平均值（表3).各产地的气候资料来自《中国气象科学数据库》（1971-2000年）,见表4.

　　1.3数据处理

　　采用Excel2003和SPSS18.0软件对数据进行统计分析.米用单因素（one~wayANOVA)和Duncan法进行方差分析和多重比较（a=0.05),用Pearson

　　法对不同产地黄芪化学成分含量及土壤中无机元素含量做单因素方差分析.

　　1结果与分析

　　2.1黄芪化学成分含量分析

　　由表5可知，山西产地黄芪中黄芪甲苷、毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷、山奈酣和黄芪多糖含量显著高于内蒙古和甘肃两地,说明山西产地黄芪质量较好.甘肃产地黄芪中毛蕊异黄酮和芒柄花素的含量显著高于内蒙古、山西两地，内蒙古产地黄芪中槲皮素含量显著高于甘肃、山西.由图1可见，山西产地黄芪主要分布在PCA图的上方，即成分1的正值部分，说明分布在PCA图上方的黄芪质量较好，内蒙古产地黄芪与山西产地黄芪分布距离较近,说明内蒙古黄芪与山西黄芪的质量相近,都较好.甘肃产地黄芪与山西产地黄芪距离较远,且甘肃产地黄芪质量较差.

　　2.2黄芪产地土壤无机元素含量

　　由图2可知，分析提取3个主成分.其中，主成分1的方差贡献率为59.7%,主要由元素镍、锌、铜、铁、砸组成；主成分2的方差贡献率为14.6%,主要由钙组成；主成分3的方差贡献率为9.0%,主要由有效钾组成.由表5可知，元素锌、锰、钙、砸、磷在3个黄芪主产地之间有显著差异.主要表现为山西产地土壤中锌、砸、有效磷元素显著高于甘肃和内蒙古两产地.甘肃与山西、内蒙古黄芪产地中土壤无机元素差异较大，且主要表现为钙的差异.山西与内蒙古两地土壤微量元素具有相似性.

　　2.3黄芪产地气候因子的主成分分析

　　由图3可知，提取2个主成分,成分1的方差贡献率为59.2%,主要由年极端最高温、年相对气温、7月最高温、7月均温和年降水量组成;成分2的方差贡献率为37.1%,主要由年极端最低温、1月最低温、年日照时数和1月均温组成.可见，各地相差较大的气候因子主要有年极端最高温、7月最高温、7月均温和年降水量.

　　2.4黄芪化学成分含量与土壤元素的相关性

　　由表6可知，黄芪甲苷含量与土壤中无机元素铜、锌、铁、砸、钠、镍、有效磷含量呈显著正相关；毛蕊异黄酮苷含量与钙呈显著负相关；毛蕊异黄酮含量与钙呈显著正相关；山奈酚含量与钙呈显著负相关;芒柄花素与钙呈显著正相关，与镁呈显著负相关;芒柄花苷含量与钙呈显著负相关，与镁呈显著正相关;槲皮素含量与钙、锰呈显著负相关；黄芪多糖含量与钙呈显著负相关.可见，土壤无机元素钙对黄芪药材中化学成分含量的影响最大,其次是镁、有效磷、锌、砸、镍、铜、钠.

　　2.5黄芪化学成分含量与气候因子的相关性

　　由表7可知，毛蕊异黄酮苷含量与7月均温、年曰照时数、7月最高温、年极端最高温呈显著正相关，与年均相对湿度呈显著负相关；毛蕊异黄酮含量与年曰照时数、7月均温呈显著负相关，与年均相对湿度呈显著正相关；山奈酚含量与年日照时数、7月均温呈显著正相关，与年均相对湿度呈显著负相关;芒柄花素含量与年日照时数、7月均温呈显著负相关，与年均相对湿度呈显著正相关;芒柄花苷含量与年均相对湿度呈显著负相关，与7月均温和年日照时数呈显著正相关;槲皮素含量与年日照时数、7月均温、7月最高气温和年极端最高温呈显著正相关,与年均相对湿度呈显著负相关；黄芪多糖含量与年均相对湿度呈显著负相关.可见，年均相对湿度、年曰照时数和7月均温对黄芪中化学成分的积累影响最大.

　　3讨论

　　山西产地黄芪甲苷、毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷、山奈酣和黄芪多糖的含量高于内蒙古和甘肃两地，说明山西产地黄芪质量最好，这与传统认为山西为黄芪的道地产区一致.黄芪甲苷含量与元素铜、锌、铁、砸、钠、镍和有效磷呈显著正相关，山西产地黄芪土壤中元素铜、锌、铁、砸、钠、镍和有效磷高于内蒙古和甘肃两地.内蒙古产区黄芪与山西产地黄芪质量相近.

　　药材品质是内因（基因型、生理生化过程）和外因（生态环境、农艺措施）综合作用的结果，是药用植物在一定生态条件和栽培技术下的综合表现㈣.药用植物的分布取决于地域的经纬度、地形、地貌，在一定的经纬度、地形、地貌条件下所具有的光照、温度、水分等自然因子会对药用植物的生长产生重要的作用M.地理因子通过外因影响着药材品质.故黄芪药材道地性的形成是产地经纬度、地形、地貌等地理因子和该地理因子条件下所具有的光照、温度、水分等自然因子综合作用的结果.

　　本研究采用化学成分分析和生态因子研究相结合的方法,探索了3个黄芪主产地12批黄芪药材中8种活性成分对10种气候因子和15种土壤无机元素的响应，明确了对黄芪化学成分积累影响较大的气候因子及土壤无机元素.在气候因子中，年均相对湿度、年曰照时数和7月均温对黄芪中有效成分的积累影响最大.黄芪药材中化学成分的含量与年均相对湿度主要呈负相关，与7月均温、年极端最高温和7月最高温主要呈正相关.这与索凤梅等M有关黄芪主要分布在我国北部相对干旱的地区的研究结论一致.在今后的栽培生产和黄芪GAP基地选址中应充分考虑这些气候因子.在土壤无机元素中，钙对黄芪药材中化学成分含量的影响最大，毛蕊异黄酮苷、山柰酣、芒柄花苷、槲皮素和黄芪多糖含量主要为负影响,表明随着土壤钙的增加，黄芪中毛蕊异黄酮苷、山柰酣、芒柄花苷、槲皮素和黄芪多糖的合成量有减少趋势.但是这种影响并不是绝对的，因为钙含量并不是单一变量，其他土壤无机元素和生态因子都在自然条件下有一定的不确定性，而且土壤中钙也只是在一定范围内.因此，土壤中无机元素钙的含量显著影响黄芪中化学成分的含量,从而影响药材品质；而无机元素锰、镁、铁、钠亦可通过影响黄芪化学成分的合成量而影响其品质.在生产实践中，可通过在一定范围内调控这些无机元素以增加黄芪化学成分的积累,从而提高黄芪药材的质量.

　　中药有效成分的积累受产地生态因子的影响，中药材品质的优劣与气候、土壤、地形和水质等密切相关,气候因子与土壤元素对中药品质的影响已经被大量的研究证明.本研究发现了对黄芪有效成分积累影响较大的气候因子及土壤元素，但这些影响并不是孤立的，而是多种因子综合作用的结果.生态因子对药材品质影响研究应注意系统性，应用多元统计分析方法，不仅分析单因素对药材品质的作用，同时分析不同因子相互作用对药材品质的影响,加强多因素、定量化和综合分析的研究.不同的植物对气候因子的响应程度不同，对土壤无机元素的吸收亦不相同.因此,结合生态因子与遗传信息的综合作用对药材品质的系统评价有待进一步研究.

　　自古以来,药材的“地道性”局限于药材的功效与产地的关系,而对药材品质与环境关系的研究并不深入,未能揭示其本质和内在规律.目前，关于生态因子对药材品质的影响研究主要集中在药材品质上,而对品质形成过程中关键酶及相关生化过程的影响研究相当薄弱.加强生态因子对药材品质形成过程中关键酶及相关生化过程的影响研究，可为进一步探讨药材品质形成机理奠定基础.