全 文 ：植物生态学报 2012, 36 (4): 302–312 doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00302
Chinese Journal of Plant Ecology http://www.plant-ecology.com
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收稿日期Received: 2011-10-08 接受日期Accepted: 2011-12-14
* 共同通讯作者Co-author for correspondence (E-mail: cxxie@implad.ac.cn; sunjuan7603@sohu.com)
人参药材中人参皂苷与生态因子的相关性及人参
生态区划
贾光林1,2 黄林芳2 索风梅2 宋经元2 谢彩香2* 孙 娟1*
1青岛农业大学经济草本植物应用研究所, 青岛 266109; 2中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所中草药物质基础与资源利用教育部重点实
验室, 北京 100193
摘 要 为了扩大人参(Panax ginseng)栽培面积, 解决人参资源日益短缺的问题, 研究了人参皂苷与生态因子之间的相关
性。利用超高效液相(UPLC)色谱法, 测定了辽宁、吉林和黑龙江三省不同产区人参样品中3种人参皂苷(Rg1、Re和Rb1)的含
量, 并基于“中药材产地适宜性分析地理信息系统”(TCMGIS)平台, 获得采样区域10个生态因子(包括活动积温、年平均气温、
海拔、相对湿度、年日照时数、年降水量、7月最高气温、7月平均气温、1月最低气温和1月平均气温等)数据; 利用因子分
析法对16个人参基地进行因子得分评价, 得分最高的是吉林和辽宁的人参基地, 故将吉林和辽宁的人参基地作为人参生态适
宜性分析的最佳区域; 通过偏最小二乘回归法建立3种人参皂苷成分与上述10个生态因子间的回归方程并获取其相应的权重,
结果发现多个温度因子与人参皂苷含量呈强负相关关系, 说明热量因子对人参皂苷活性成分的累积起主要作用, 而水分因
子、地理因子和光照因子与人参皂苷含量呈弱相关关系; 以因子得分最高的吉林和辽宁人参基地为基点区域, 分别对3种人参
皂苷进行单成分生态适宜性区划以及综合区划, 得知3种人参皂苷成分积累的最佳区域主要集中在长白山脉, 而燕山山脉和
太行山脉只有少量分布区域。
关键词 生态区划, 因子分析, 偏最小二乘回归, 变量投影重要性指标, 权重系数
Correlation between ginsenoside contents in Panax ginseng roots and ecological factors, and
ecological division of ginseng plantation in China
JIA Guang-Lin1,2, HUANG Lin-Fang2, SUO Feng-Mei2, SONG Jing-Yuan2, XIE Cai-Xiang2*, and SUN Juan1*
1Institute of Applied Research of Economic Herb Plants, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; and 2Key Laboratory of Bioactive Sub-
stances and Resources Utilization of Chinese Herbal Medicine of Ministry of Education, Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medi-
cal Sciences & Peking Union Medical College, Beijing 100193, China
Abstract
Aims Roots of Panax ginseng are a rare and famous Chinese medicine, in which the total ginsenosides are re-
sponsible for biological activities. Due to reduction of the wild resource, it is necessary to artificially cultivate P.
ginseng in appropriate agricultural lands. Our objective is to explore suitable planting regions by analyzing the
correlation between ginsenoside contents and ecological factors in various agricultural lands.
Methods Three ginsenoside (Rg1, Re and Rb1) contents in roots of five-years-old cultivated P. ginseng from
Liaoning, Jilin and Heilongjiang provinces were measured by ultra-performance liquid chromatography (UPLC).
Ten ecological factors including temperature, moisture and light at 16 planting sites in China were obtained from
the ecological suitability database of the Geographic Information System for Traditional Chinese Medicine
(TCM-GIS). They were evaluated by factor analysis to determine the suitable growing regions for P. ginseng. The
assessment showed that planting bases in Jilin and Liaoning provinces were the best option for P. ginseng devel-
opment. Ecological division of the three ginsenosides was assessed according to the results of factor analysis. The
regression equation of ten ecological factors and ginsenoside contents was established by partial least-squares re-
gression. Ecological divisions of P. ginseng agricultural lands in China were then classified.
Important findings There was a significant negative correlation between total ginsenoside contents and various
temperature parameters, such as active accumulated temperature, mean annual temperature, average temperature
in July and average temperature in January, indicating that low temperature is a key factor for accumulation of
ginsenosides. Also, ginsenoside contents had weak correlations with moisture factors (e.g., relative humidity and
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average annual precipitation), geographical factor (e.g., altitude) and light (e.g., annual average sunshine hours).
The results of ecological division showed that the best agricultural lands for P. ginseng were large areas of
Changbai Mountains, part of Taihang Mountains and Yanshan Mountains.
Key words ecological division, factor analysis, partial least-squares regression, variable importance in projec-
tion, weight coefficient

中药人参为五加科植物人参(Panax ginseng)的
干燥根茎(国家药典委员会, 2010), 具有补脾益肺、
安神益智之功效。人参对生长环境要求很高, 主要
分布在我国东北长白山和大、小兴安岭一带, 尤以
吉林省长白山区数量最多、质量最好。人参主要生
于阴坡密林下, 腐殖土层较厚、湿润、少光、通风
良好的地方。目前其野生资源非常稀少, 已被《国
家重点保护野生药用动植物名录》列为一类保护植
物。关于人参生理、生化、分子、药理及临床等方
面的研究目前已相对深入(窦德强等, 1999; 罗志勇
等, 2000; Mallol et al., 2001; Sun et al., 2010; Wu et
al., 2010; 张翠英等, 2010; Qi et al., 2011; 张春晶
等, 2011), 而人参品质与生态因子的相关性研究多
停留在单因素水平(朱士云, 1994; 于海业和张蕾,
2006; 陈宏伟等, 2007; 程海涛等, 2011), 鉴于环境
的复杂性以及生态因子间的多重相关性, 单因素水
平的实验数据很难客观地反映问题的实质。本文就
国家药典委员会规定的3种人参皂苷成分与10个生
态因子数据, 运用因子分析及偏最小二乘回归方
法 , 对影响3种人参皂苷含量(国家药典委员会 ,
2010)的生态因子进行相关分析, 获得影响3种人参
皂苷累积的主导因子, 并利用“中药材生态适宜性
分析平台” (TCMGIS)对3种人参皂苷成分进行生态
适宜性分析, 获取与分析基点生态相似度最高的区
域, 以避免人参种植过程中存在的盲目引种、连作
障碍等诸多问题(赵曰丰, 2001; 简在友等, 2011),
以期为提高人参品质、扩大人参种植面积和建立人
参良好农业规范(good agricultural practices, GAP)种
植基地提供理论指导。
1 材料和方法
1.1 实验材料
人参样品来源于主产区辽宁、吉林和黑龙江省
的16个人参种植基地。根据对角交叉法采集5年生
人参样品。实地采样并记录样地的海拔及经纬度(表
1)。人参样品由中国医学科学院药用植物研究所鉴
定, 所有生药药品凭证标本保存于中国医学科学院
药用植物研究所标本室。
1.2 实验和数据处理方法
1.2.1 人参皂苷含量测定
人参皂苷 (Rg1、Re 和 Rb1)采用超高效液相
(UPLC)色谱法测定。精密称定样品粉末(过四号筛,
65目) 1.0 g, 置于具塞三角瓶中, 加入甲醇50 mL,
密塞, 称重, 超声提取30 min, 冷却至室温, 用甲醇
补足差重, 过滤。精密吸取续滤液25 mL, 挥去溶剂,
残渣用适量甲醇溶解并转移至10 mL量瓶中, 加甲
醇稀释至刻度, 0.22 μm微孔滤膜过滤, 滤液作供试
品溶液用于含量测定。色谱条件为 : ACQUITY
UPLC BEH C18色谱柱(50 mm × 2.1 mm, 1.7 μm),
柱温30 ℃, 流速0.3 mL·min–1, 检测波长203 nm,
进样量2 μL, 流动相为乙腈, 梯度洗脱(0→3 min,
19% 乙腈; 3→4 min, 19%→21%乙腈; 4→5 min,
21%→26%乙腈; 5→9 min, 26%→27%乙腈; 9→12
min, 27%→32%乙腈; 12→15 min, 32% → 43%乙
腈; 15 → 18 min, 43% →60%乙腈; 18→20 min,
100%乙腈), 方法学考察结果显示精密度、重现性和
稳定性良好。
1.2.2 气象数据获取
气象数据获取方法是基于数字高程模型(digital
elevation model, DEM)的多元线性回归插值方法,
对我国600多个气象台站30年(1967–1997年)地面气
象数据的站点数据, 应用Arcgis软件包进行空间插
值, 将站点数据转换成数据曲面, 根据记录的人参
基地经纬度获得样地气候因子数据。根据人参种植
基地经纬度在气候数据曲面中提取人参基地的气
候因子, 包括: 活动积温X1、年平均气温X2、海拔
X3、相对湿度X4、年日照时数X5、年降水量X6、7
月最高气温X7、7月平均气温X8、1月最低气温X9和1
月平均气温X10。
1.2.3 生态因子权重的确定
采用主成分分析(principal component analysis,
PCA)提取公因子, 使得每个公因子中需要解释的

304 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (4): 302–312

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表1 人参种植基地地理信息
Table 1 Geographic information of Panax ginseng planting bases
序号 Number 人参种植基地 Panax ginseng planting bases 海拔 Elevation (m) 经度 Longitude 纬度 Latitude
1 辽宁省清源县1 Qingyuan County 1, Liaoning Province 420 124°55′08″ E 41°54′41″ N
2 辽宁省清源县2 Qingyuan County 2, Liaoning Province 464 124°54′47″ E 41°53′30″ N
3 辽宁省宽甸县 Kuandian County, Liaoning Province 324 125°24′07″ E 40°47′31″ N
4 辽宁省桓仁县 Huanren County, Liaoning Province 649 125°26′17″ E 41°22′23″ N
5 辽宁省新宾县 Xinbin County, Liaoning Province 523 125°02′13″ E 41°29′33″ N
6 吉林省通化县 Tonghua County, Jilin Province 547 125°30′19″ E 41°33′10″ N
7 吉林省集安市1 Ji’an City 1, Jilin Province 560 125°54′55″ E 41°30′39″ N
8 吉林省集安市2 Ji’an City 2, Jilin Province 452 126°02′18″ E 41°03′20″ N
9 吉林省抚松县 Fusong County, Jilin Province 631 127°17′50″ E 42°29′38″ N
10 吉林省长白县 Changbai County, Jilin Province 938 127°33′09″ E 41°35′32″ N
11 吉林省靖宇县 Jingyu County, Jilin Province 610 126°55′22″ E 42°12′41″ N
12 吉林省安图县 Antu County, Jilin Province 667 126°22′30″ E 42°53′45″ N
13 吉林省敦化市 Dunhua City, Jilin Province 525 127°50′14″ E 43°22′07″ N
14 吉林省珲春市 Hunchun City, Jilin Province 600 129°50′14″ E 43°09′00″ N
15 吉林省汪清县 Wangqing County, Jilin Province 385 129°33′35″ E 43°35′20″ N
16 黑龙江省宁安市 Ning’an City, Heilongjiang Province 586 129°34′20″ E 44°07′57″ N


因子数量最少。在因子分析中, 因子以Quartmax方
法旋转后得到因子载荷量及方差贡献率(表2), 因子
载荷量的值越大, 说明该因子与公因子的相关性越
强, 该因子对公因子的代表性也就越大。计算各气
候因子的因子负荷系数矩阵, 然后求得各气候因子
的因子得分系数, 将因子得分较高的人参种植基地
作为人参生态适宜性分析的基点区域。运用偏最小
二乘回归法分别建立3种人参皂苷(Rg1、Re和Rb1)
与10个气候因子的线性回归方程, 并根据3种人参
皂苷回归方程的变量投影重要性指标(variable im-
portance in projection, VIP), 将VIP指标值进行归一
化处理, 作为各生态因子的权重系数。
∑
∑
=
== m
h
h
m
h
hjh
j
tYr
wtYrq
1
2
1
22
2
),(
),(
VIP (1)
∑= jjX VIPVIPj /ω (2)
(1)式中, q为自变量的个数; r(Y, th)为2个变量的协方
差, 也是它们的相关系数; Whj是轴Wh的第j个分量;
(2)式中
jXω 为生态因子Xj的权重。当VIPj大于1时,
自变量Xj (j = 1, 2,…, q)对Y的解释作用更强。由于Xj
对Y的解释是通过th来传递的, 如果th对Y的解释能
力很强, 而Xj在构造th时又起到了相当重要的作用,
那么Xj对Y的解释能力就被视为很大, 即生态因子Xj
对人参皂苷的积累很重要。就是基于这样一个事实,
本研究利用变量投影重要性指标(VIPj)来确定生态
因子的权重。
1.2.4 人参皂苷生态适宜性分析
人参生态适宜性分析首先是根据人参生态适
宜性分析基点的生态数据值, 将每层生态数据标准
化, 并进行相似系数计算, 根据上述确定的权重值
计算多指标空间距离, 并对产生的距离数据进行重
分类, 形成不同生态相似度的空间区域, 然后与行
政区划数据相交运算, 输出人参适宜分布区域。
2 结果和分析
2.1 人参生态适宜性区域分析
为客观地评价16个人参基地环境对人参生长
的适宜程度, 采用因子分析法计算这16个人参种植
基地的生态因子得分, 从而筛选出因子得分较高的
10个人参基地作为人参生态适宜性分析的基点区
域。
2.1.1 人参分布影响因子分析
根据表2因子分析的结果, 对因子进行解释:
第一公因子F1中, 因子载荷量较大的变量分别
是X1、X2、X7、X8、X9和X10, 即活动积温、年平均
气温、7月最高气温、7月平均气温、1月最低气温
贾光林等: 人参药材中人参皂苷与生态因子的相关性及人参生态区划 305

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表2 因子载荷量及方差贡献率
Table 2 Factors loading and variance contribution rate
公因子
Common
factor
活动积温
Active ac-
cumulative
temperature
年平均
气温
Average
annual air
tempera-
ture
海拔
Eleva-
tion
相对
湿度
Relative
humidity
年日照
时数
Annual
sunshine
time
年降水
量
Annual
precipi-
tation
7月最
高气温
Maximum
air tem-
perature in
July
7月平均
气温
Average
air tem-
perature
in July
1月最
低气温
Minimum
air tem-
perature in
January
1月平均
气温
Average
air tem-
perature
in January
方差贡
献率
variance
contribu-
tion
(%)
因子名称
Factor
name
F1 0.836 0.966 –0.472 –0.519 –0.524 –0.505 0.874 0.913 0.950 0.958 60.70 热量因子
Heat factor
F2 0.032 0.154 0.018 0.773 –0.170 0.769 –0.201 –0.066 –0.060 0.071 12.96 水分因子
Water factor
F3 0.102 –0.097 0.795 –0.266 –0.207 0.351 –0.287 –0.249 0.047 0.073 10.40 地理因子
Geographical
factor
F4 0.099 0.010 –0.174 –0.141 0.793 –0.035 –0.177 –0.061 –0.077 –0.041 7.33 光照因子
Light factor


和1月平均气温。这些变量集中反映了人参种植基
地的热量条件。因此, 第一公因子F1被称为“热量因
子”。
第二公因子F2中, 因子载荷量较大的变量分别
是X4和X6, 即相对湿度和年降水量。这些变量主要
反映了人参种植基地的降水条件。因此, 第二公因
子F2被称为“水分因子”。
第三公因子F3中, 因子载荷量较大的变量是X3,
即海拔因子。反映了人参种植基地的地理条件, 因
此, 第三公因子F3被称为“地理因子”。
第四公因子F4中, 因子载荷量较大的变量是X5,
即年日照时数。反映了人参种植基地的光照条件,
因此, 第四公因子F4被称为“光照因子”。
从表2可以看出, 公因子F1 (热量因子)方差贡
献率为60.7%, 公因子F2、F3和F4的方差贡献率均较
小, 分别为12.96%、10.40%和7.33%, 上述4个公因
子累计方差贡献率达到91.39% > 85.00%, 可以认
为, 影响人参分布的公因子主要是热量、水分、地
理和光照4个因子, 其中F1 (热量因子)对人参的分
布影响最为显著, F2 (水分因子)、F3 (地理因子)和F4
(光照因子)的影响较F1弱。
2.1.2 人参种植基地的生态权重分析
因子得分值的大小表示人参对该区域生态环
境适宜程度的强弱, 分值越大, 表明该区域生态环
境越适宜人参的生长。4个公因子的权重系数经计
算分别为0.664、0.142、0.114和0.080。因此, 总得
分F = 0.664F1 + 0.142F2 + 0.114F3 + 0.080F4, 其中Fi
= ∑bijXj (bij为因子得分矩阵第i行、第j列的系数, 文
中未列出; Xj为生态因子值)。由表3可知, 辽宁宽甸、

表3 不同人参种植基地生态因子得分
Table 3 Scores of ecological factors in different Panax gin-
seng planting bases
排名
Rank
省份
Province
县或市
County or city
得分
Score
1 辽宁 Liaoning 宽甸县 Kuandian County 1.04
2 辽宁 Liaoning 桓仁县 Huanren County 0.74
3 吉林 Jilin 集安市2 Ji’an City 2 0.66
4 吉林 Jilin 通化县 Tonghua County 0.60
5 辽宁 Liaoning 新宾县 Xinbin County 0.58
6 辽宁 Liaoning 清源县1 Qingyuan County 1 0.42
7 吉林 Jilin 集安市1 Ji’an City 1 0.39
8 辽宁 Liaoning 清源县2 Qingyuan County 2 0.35
9 吉林 Jilin 珲春市 Hunchun City –0.16
10 吉林 Jilin 安图县 Antu County –0.33
11 吉林 Jilin 长白县 Changbai County –0.37
12 吉林 Jilin 抚松县 Fusong County –0.37
13 吉林 Jilin 汪清县 Wangqing County –0.52
14 黑龙江
Heilongjiang
宁安市 Ning’an City –0.73
15 吉林 Jilin 靖宇县 Jingyu County –0.86
16 吉林 Jilin 敦化市 Dunhua City –1.44


桓仁、新宾、清源和吉林集安、通化、珲春、安图
的人参基地分值较高, 故以上述10个人参基地作为
人参适宜性分析的基点区域。
2.2 人参皂苷含量的影响因子及其权重分析
2.2.1 生态因子变量间的相关性检验
利用16个人参种植基地的样品含量和生态因
子数据, 分别建立人参皂苷Rg1、Re和Rb1与10个生
态因子间的矩阵, 为了辨识生态因子间是否存在多
重相关性, 求算10个生态因子间的Pearson相关系数
r (表4)。
306 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (4): 302–312

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表4 生态因子间的Pearson相关系数
Table 4 Pearson correlation coefficient between ecological factors
**, 在0.01水平上相关性显著(双尾检测); *, 在0.05水平上相关性显著(双尾检测)。X1, 活动积温; X2, 年平均气温; X3, 海拔; X4, 相对湿度; X5,
年日照时数; X6, 年降水量; X7, 7月最高气温; X8, 7月平均气温; X9, 1月最低气温; X10, 1月平均气温。
**, correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed); *, correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). X1, active accumulative temperature;
X2, average annual air temperature; X3, elevation; X4, relative humidity; X5, annual sunshine time; X6, annual precipitation; X7, maximum air tempera-
ture in July; X8, average air temperature in July; X9, minimum air temperature in January; X10, average air temperature in January.


从表4中可以发现, 多个自变量间在不同水平
上存在严重共线性问题(相关系数r > 0.8), 若采用
普通最小二乘法, 则会严重影响回归模型的拟合效
果。
2.2.2 偏最小二乘回归模型的建立
解决多元共线性问题目前应用较广的方法主
要有岭回归 (ridge regression, RR)、主成分回归
(principal component regression, PCR)和偏最小二乘
回归(partial least squares regression, PLSR)等方法,
这3种方法可以很好地克服多重相关性对回归建模
的干扰。在此采用偏最小二乘回归方法建立人参皂
苷Rg1、Re和Rb1的回归方程, 方程如下:
Rg1:
Y = 3.02 – 0.13X1 – 0.12X2 + 0.06X3 + 0.04X4 + 0.07X5 –
0.09X6 – 0.09X7 – 0.10X8 – 0.13X9 – 0.13X10
Re:
Y = 4.54 – 0.11X1 – 0.11X2 + 0.07X3 + 0.09X4 + 0.04X5 –
0.03X6 – 0.11X7 – 0.11X8 – 0.11X9 – 0.12X10
Rb1:
Y = 3.27 – 0.12X1 – 0.13X2 + 0.07X3 + 0.08X4 + 0.04X5 –
0.05X6 – 0.12X7 – 0.13X8 – 0.12X9 – 0.13X10
从上述3个回归方程可以看出, X1、X2、X6、X7、
X8、X9和X10的回归系数均为负值, 说明活动积温、
年平均气温、年降水量、7月最高气温、7月平均气
温、1月最低气温、1月平均气温与人参皂苷Rg1、
Re和Rb1呈负相关关系, 即在一定温度范围内, 适
度的低温有利于人参皂苷Rg1、Re和Rb1的累积; X3、
X4和X5的回归系数均为正值, 说明海拔、相对湿度、
日照时数与人参皂苷Rg1、Re和Rb1呈正相关关系。
另外, 从各个因子回归系数的绝对值大小可知,
X3、X4、X5和X6的回归系数绝对值较小, 说明海拔、
相对湿度、年日照时数和年降水量对人参皂苷累积的
影响较小, 与叶殿秀等(1998)和吴庆生等(2002)对西
洋参(Panax quinquefolium)有效成分的研究结论一致。
2.2.3 变量投影重要性分析
偏最小二乘回归分析中, 自变量对因变量的解
释能力是以变量投影重要性指标(VIP)来度量的。通
过变量投影重要性指标VIP定义可知, 10个生态因
子对人参皂苷Rg1、Re和Rb1的解释可通过VIP值大
小反映。根据公式(1)和(2)得到每个生态因子的权重
系数, 见图1(a)、1(b)和1(c)。
从图1A可以看出, 自变量X1、X2、X9和X10的VIP
值较大(VIP > 1), 即活动积温、年平均气温、1月最
低气温和1月平均气温对人参皂苷Rg1的累积有较
大影响; 图1B显示, 自变量X1、X2、X7、X8、X9和
X10的VIP值较大(VIP > 1), 即活动积温、年平均气
温、7月最高气温、7月平均气温、1月最低气温和1
月平均气温对人参皂苷Re的累积有较大影响; 图
1C显示, 自变量X1、X2、X7、X8、X9和X10的VIP值
较大(VIP > 1), 即活动积温、年平均气温、7月最高
气温、7月平均气温、1月最低气温和1月平均气温
对人参皂苷Rb1的累积有较大影响。这与2.2.2一节
生态因子
Ecological factor
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10
X1 1 0.753** –0.300 –0.380 –0.408 0.412 0.699** 0.745** 0.728** 0.713**
X2 1 –0.487 –0.354 –0.478 0.581* 0.878** 0.940** 0.878** 0.917**
X3 1 0.122 –0.011 0.040 –0.520* –0.520* –0.468 –0.450
X4 1 0.098 0.212 –0.473 –0.416 –0.562* –0.491
X5 1 –0.497* –0.466 –0.422 –0.578* –0.576*
X6 1 0.184 0.320 0.455 0.583*
X7 1 0.981** 0.772** 0.751**
X8 0.790** 0.792**
X9 1 0.980**
X10 1
贾光林等: 人参药材中人参皂苷与生态因子的相关性及人参生态区划 307

doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00302


图1 3种人参皂苷的变量投影重要性指标(VIP)值(A、B、C)及生态因子权重((a)、(b)、(c))。X1, 活动积温; X2, 年平均气温; X3,
海拔; X4, 相对湿度; X5, 年日照时数; X6, 年降水量; X7, 7月最高气温; X8, 7月平均气温; X9, 1月最低气温; X10, 1月平均气温。
Fig. 1 Variable importance in projection values (VIP) (A, B, and C) and weights of ecological factor ((a), (b), and (c)) of three
ginsenosides. X1, active accumulative temperature; X2, average annual air temperature; X3, elevation; X4, relative humidity; X5, annual
sunshine time; X6, annual precipitation; X7, maximum air temperature in July; X8, average air temperature in July; X9, minimum air
temperature in January; X10, average air temperature in January.


中3个回归方程中的生态因子系数相对大小的结论
一致。
2.3 生态适宜性分析
根据2.1.2一节中的因子分析法得知最适合人
参皂苷含量累积的10个人参种植基地, 由ArcGIS
DEM空间插值模块获得这10个种植基地的生态因
子数值(表5), 将上述人参种植基地的生态因子范围
值作为人参生态适宜性分析的基准数据, 即上述种
植基地的生态因子数值范围最适宜人参生长分布。
人参皂苷生态适宜性分析流程: 首先根据10个
人参种植基地的生态因子基准值, 利用中药材生态
适宜性分析平台将各生态因子数据标准化, 然后利
用3种人参皂苷的VIP指标值确定影响不同皂苷成
分的各生态因子权重(图1), 进行不同权重系数的多
生态因子空间距离计算, 将生成的空间距离进行均
等划分, 生成不同生态相似度的空间区域, 并与县
行政区划图层进行相交运算, 得出不同人参皂苷的
最佳适宜区域(表6)。表6中只列出各省适宜区中面
积最大的5个县(市)。将上述3个适宜区分布图进行
空间叠加, 共同部分即为最适合3种人参皂苷成分
累积的地区, 即最适合人参种植区域(表6)。
从表6中可以看出, 3种人参皂苷成分积累的最
佳区域主要集中在横跨辽宁、吉林和黑龙江三省的
长白山脉, 该地区地势较高, 濒临日本海, 符合人

308 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (4): 302–312

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表5 人参最佳种植基地生态因子值
Table 5 Ecological factor values of optimum Panax ginseng planting bases
人参基地
Panax ginseng
planting bases
活动积温
Active ac-
cumulative
temperature
(℃)
年平均
气温
Average air
annual
temperature
(℃)
海拔
Eleva-
tion
(m)

相对湿度
Relative
humidity
(%)
年日照时数
Average
annual
sunshine
time
(h)
年降水量
Average
annual
precipita-
tion
(mm)
7月最高气温
Maximum air
temperature
in July
(℃)
7月平均
气温
Average air
temperature
in July
(℃)
1月最低
气温
Minimum air
temperature
in January
(℃)
1月平均
气温
Average air
temperature
in January
(℃)
辽宁宽甸县
Kuandian County,
Liaoning
Province
2 953 12.7 324 690 2 290 875 26.6 22.0 –19.2 –13.2
辽宁桓仁县
Huanren County,
Liaoning
Province
2 681 12.0 649 659 2 346 835 26.1 21.5 –20.9 –14.8
吉林集安市2
Ji’an City 2,
Jilin Province
2 671 12.5 452 701 2 259 871 26.6 22.0 –19.8 –14.2
吉林通化县
Tonghua County,
Jilin Province
2 635 12.1 547 672 2 349 820 26.4 21.8 –21.2 –15.0
辽宁新宾县
Xinbin County,
Liaoning
Province
2 644 11.7 523 668 2 387 813 25.7 21.2 –21.4 –15.1
辽宁清源县1
Qingyuan County 1,
Liaoning Province
2 638 12.1 420 687 2 408 763 26.4 21.9 –21.5 –15.4
吉林集安市1
Ji’an City 1,
Jilin Province
2 644 11.6 560 686 2 325 837 26.0 21.3 –21.7 –15.6
辽宁清源县2
Qingyuan County 2,
Liaoning Province
2 638 11.8 464 686 2 409 768 26.0 21.4 –21.9 –15.7
吉林珲春市
Hunchun City,
Jilin Province
2 368 10.8 600 654 2 326 680 26.1 20.8 –21.0 –15.4
吉林安图县
Antu County,
Jilin Province
2 607 11.2 667 695 2 325 712 26.8 22.0 –23.9 –17.6
基准值
Reference value
2 368–2 953 10.8–12.7 426–871 65.4–70.1 2 259–2 409 680–875 26.8 20.8–22.0 –23.9 –17.6– –13.2



参喜阴凉、湿润的气候特点。另外, 在山西和河北
之间的太行山脉(海拔超过1 500 m), 辽宁、河北、
内蒙古3省、自治区交界处的燕山山脉(海拔大约
1 000 m)也有少量分布(因为适宜面积较小, 故表中
未列出)。最适合人参种植的区域主要分布在黑龙江
省鹤岗市、桦南县、依兰县、勃利县、宝清县、虎
林县、密山市、鸡东县、林口县、海林县、穆棱县、
东宁县、宁安县, 吉林省汪清县、珲春市、龙井市、
抚松县、长白县、集安市、通化县、柳河县、磐石
市, 辽宁省抚顺县、宽甸县、凤城市等县市, 这与
张其书等(张其书和王飒, 1984; 周海鸥等, 2010)的
研究结果基本一致。另外, 山西上党自古也是人参
种植区域, 如《名医别录》记载: 人参“出上党山谷
及辽东”。
3 讨论
人参皂苷是评定人参品质的主要指标, 其含量
的高低受到基因和环境的调控。有学者通过对不同
产地的人参和西洋参进行人参皂苷含量测定后认
为: 人参皂苷Re含量受基因调控, Rb1受环境调控,
Rg1受两者共同调控(Lim et al., 2005; Schlag &
McIntosh, 2006; Lee et al., 2011), 但是由于样品处
理方式、生长年限和仪器条件等都会给测定结果造
成很大影响, 因此, 上述结论须经过反复论证后才
能确定其客观存在性。然而毫无疑问的是, 环境条
件影响中药材的分布、生长发育、产量及品质, 适

贾光林等: 人参药材中人参皂苷与生态因子的相关性及人参生态区划 309

doi: 10.3724/SP.J.1258.2012.00302
表6 3种人参皂苷最适宜生态区域及人参最佳种植区域分布
Table 6 Distribution of ecological suitable areas of three kinds of ginsenosides and optimum planting areas of Panax ginseng
分布区域
Distribution area
人参皂苷
Ginsenoside
省或市
Province or city
市、县或旗
City, county or banner
黑龙江 Heilongjiang 宝清、虎林、密山、东宁、富锦等
Baoqing, Hulin, Mishan, Dongning, Fujin, etc.
吉林 Jilin 汪清、珲春、通化、集安、柳河等
Wangqing, Hunchun, Tonghua, Ji’an, Liuhe, etc.
辽宁 Liaoning 新宾、宽甸、清原、桓仁、本溪等
Xinbin, Kuandian, Qingyuan, Huanren, Benxi, etc.
河北 Hebei 平泉、承德、兴隆、青龙、宽城等
Pingquan, Chengde, Xinglong, Qinglong, Kuancheng, etc.
内蒙古 Inner Mongolia 宁城、喀喇沁、敖汉、赤峰、翁牛特
Ningcheng, Harqin, Aohan, Chifeng, Ongniud
山西 Shanxi 五台、繁峙、灵丘、代县、平顺等
Wutai, Fanshi, Lingqiu, Dai Xian, Pingshun, etc.
Rg1
北京 Beijing 密云、怀柔、平谷
Miyun, Huairou, Pinggu
黑龙江 Heilongjiang 宝清、虎林、密山、东宁、富锦等
Baoqing, Hulin, Mishan, Dongning, Fujin, etc.
吉林 Jilin 汪清、珲春、通化、集安、柳河等
Wangqing, Hunchun, Tonghua, Ji’an, Liuhe, etc.
辽宁 Liaoning 新宾、宽甸、清原、桓仁、本溪等
Xinbin, Kuandian, Qingyuan, Huanren, Benxi, etc.
河北 Hebei 平泉、青龙、阜平、承德、宽城等
Pingquan, Qinglong, Fuping, Chengde, Kuancheng, etc.
内蒙古 Inner Mongolia 宁城、巴林、喀喇沁、赤峰、翁牛特等
Ningcheng, Balin, Harqin, Chifeng, Ongniud, etc.
山西 Shanxi 五台、繁峙、代县、灵丘、平顺等
Wutai, Fanshi, Dai Xian, Lingqiu, Pingshun, etc.
Re
北京 Beijing 密云
Miyun
黑龙江 Heilongjiang 宝清、虎林、密山、东宁、富锦等
Baoqing, Hulin, Mishan, Dongning, Fujin, etc.
吉林 Jilin 汪清、珲春、通化、集安、柳河等
Wangqing, Hunchun, Tonghua, Ji’an, Liuhe, etc.
辽宁 Liaoning 新宾、宽甸、清原、桓仁、本溪等
Xinbin, Kuandian, Qingyuan, Huanren, Benxi, etc.
河北 Hebei 平泉、承德、兴隆、阜平、青龙等
Pingquan, Chengde, Xinglong, Fuping, Qinglong, etc.
内蒙古 Inner Mongolia 宁城、喀喇沁、巴林、赤峰、翁牛特等
Ningcheng, Harqin, Balin, Chifeng, Ongniud, etc.
山西 Shanxi 五台、繁峙、代县、灵丘、平顺等
Wutai, Fanshi, Dai Xian, Lingqiu, Pingshun, etc.
Rb1
北京 Beijing 密云、平谷
Miyun, Pinggu
黑龙江 Heilongjiang 宝清、虎林、密山、东宁、富锦等
Baoqing, Hulin, Mishan, Dongning, Fujin, etc.
吉林 Jilin 汪清、珲春、通化、集安、柳河等
Wangqing, Hunchun, Tonghua, Ji’an, Liuhe, etc.
辽宁 Liaoning 新宾、宽甸、清原、桓仁、本溪等
Xinbin, Kuandian, Qingyuan, Huanren, Benxi, etc.
河北 Hebei 平泉、青龙、承德等
Pingquan, Qinglong, Chengde, etc.
内蒙古 Inner Mongolia 宁城、喀喇沁、赤峰、翁牛特等
Ningcheng, Harqin, Chifeng, Ongniud, etc.
山西 Shanxi 五台、繁峙、代县、灵丘、平顺等
Wutai, Fanshi, Dai Xian, Lingqiu, Pingshun, etc.
最佳种植区域
Optimum planting areas
北京 Beijing 密云
Miyun


宜的生态环境是生产优质高产道地药材的外部先
决条件。本研究利用因子分析和偏最小二乘回归等
方法考察了不同人参种植基地的生态环境, 寻找并
揭示不同生态因子对人参皂苷富集的影响, 阐明生
态因子对人参的作用规律, 为保证人参中药资源可
持续利用奠定基础。当然, 本研究也存在很多不足,
310 植物生态学报 Chinese Journal of Plant Ecology 2012, 36 (4): 302–312

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本文作者寄希望于通过定量的数据分析获得定性
的研究结果。
3.1 人参皂苷与温度因子的关系
人参品质的优劣主要受生态环境和栽培技术
的影响。人参性喜低温 , 多分布在39–48° N、
117.5–134.0° E之间。人参皂苷的累积常常受多个生
态因子的影响(马丹炜, 2008), 通过2.2中的偏最小
二乘回归分析发现, 多个温度因子(活动积温、年平
均气温、7月最高气温、7月平均气温、1月最低气
温和1月平均气温)对人参3种皂苷成分(Rg1、Re和
Rb1)的含量表现出较强的负相关性, 说明温度在人
参的主要活性成分皂苷类形成中起着决定性作用,
适度低温有利于人参皂苷的累积。有研究表明, 7月
份温度较高, 会促使植物消耗较多的碳水化合物用
于生殖生长, 进而减少次生代谢的前体物质(王东
辉, 2010)。人参皂苷作为次生代谢产物, 较高的温
度会导致生殖生长的加强而使人参皂苷总累计量
减少。
3.2 人参皂苷与水分因子的关系
水分在植物的生长发育、生理生化过程中有着
重要的作用。2.2中分析结果显示, 相对湿度、年降
水量与人参皂苷(Rg1、Re和Rb1)含量呈弱相关关系,
这也存在一定的客观必然性, 因为所采集人参均为
遮阴棚栽培, 空气中的相对湿度、年降水量等生态
因子对棚内小环境影响较小。而包京姗等(2009)研
究发现土壤水分对人参的生长十分重要, 当土壤相
对含水量为60%–80%时有利于人参的生长, 当土壤
含水量过高时, 由于土壤孔隙空气不足, 根系呼吸
困难, 常会造成肉质根类植物窒息、腐烂和死亡。
3.3 人参皂苷与地理因子和光照因子的关系
海拔、年日照时数与人参皂苷(Rg1、Re和Rb1)
含量呈弱相关, 但朱仁斌等(2001)研究发现: 在海
拔530–800 m之间, 随着海拔的增加, 西洋参的总
人参皂苷含量有增加的趋势, 这与本研究的结果有
些出入。原因可能是: 由于生态因子间存在多重相
关性, 在非限定条件下研究单一海拔因子得出的实
验结果不能全面地反映研究对象的实质, 例如海拔
因子对温度影响极大。因此, 合理的实验设计和合
适的统计学方法对研究结果很关键。
3.4 人参皂苷累积最佳区域
适宜3种人参皂苷成分积累的最佳区域主要在
长白山脉。该地区地势较高, 靠近日本海, 符合人
参喜阴凉、湿润的气候特点; 另外, 在山西和河北
之间的太行山脉和辽宁、河北、内蒙古三省、自治
区交界处的燕山山脉也有少量分布, 这与人参传统
道地产区一致。最适合人参种植的区域主要分布在
黑龙江和辽宁东南部、吉林南部等长白山南麓区域,
该区域由于靠近日本海, 更适宜人参对阴凉湿润的
要求, 可考虑优先在这一区域开展人参引种栽培和
遴选人参种植基地。由于本文研究结果只基于气候
条件, 未涉及工农业污染现状以及社会经济环境等
因素, 因此在进行人参引种栽培前, 应综合考查当
地的自然和社会经济条件。
本研究揭示了影响人参皂苷Rg1、Re和Rb1含
量累积的主要生态因子是温度, 并表现出强负相关
性, 即适度低温有利于人参皂苷Rg1、Re和Rb1的累
积; 而水分因子、地理因子和光照因子与人参皂苷
(Rg1、Re和Rb1)含量呈弱相关。人参生态适宜性分
析的结果表明: 人参最佳种植区域是长白山南麓区
域, 可优先考虑在该区域内进行人参引种栽培和基
地建设。中药材生态适宜性分析平台不仅适用于药
用植物, 而且可以为其他经济作物或动物的引种驯
化、生态适宜性分析提供理论指导(陈士林等, 2007;
黄林芳等, 2010; Huang et al., 2010; Yu et al., 2010;
陈士林, 2011; 谢彩香等, 2011a, 2011b)。另外, 栽培
技术也在很大程度上影响着人参品质, 故在人参引
种栽培中, 不仅要科学考察适宜的种植区域, 同时
应合理引进栽培技术, 有效地避免盲目引种以及提
高人参质量, 确保生产出优质的人参药材, 为人参
产业的科学发展和阐明东北人参道地性本质提供
理论指导。
致谢 国家自然科学资金(30801519)、贵州中药材
产地适宜性地理信息系统及中草药资源的信息化
建 设 (2008(5004)) 和 公 益 性 行 业 农 业 专 项
(200903060)资金资助。
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责任编委: 倪 健 责任编辑: 王 葳