以主成分分析(PCA)和相关性分析(CA)法研究黄芪中主要有效成分与生态因子的相关性,探究影响黄芪主要成分积累的生态因子.结果表明: 山西产地黄芪中的黄芪甲苷、毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷、山奈酚和黄芪多糖的含量显著高于内蒙古和甘肃两地.影响黄芪化学成分含量的气候因子主要为年均相对湿度、年日照时数及7月均温.影响黄芪化学成分含量的土壤元素主要为钙,且钙在一定范围内与毛蕊异黄酮苷、山柰酚、芒柄花苷、槲皮素、黄芪多糖的含量呈负相关.
Principal component analysis (PCA) and correlation analysis (CA) were applied to analyze the correlation of the main chemical components in Astragalus membranaceus var. mongholicus and ecological factors. The results showed that the contents of astragaloside, campanulin, ononin, kaempferol and astragalus polysaccharides (APS) of A. membranaceus var. mongholicus produced in Shanxi were significantly higher than in Inner Mongolia and Gansu. The main climatic factors for affecting the contents of chemical ingredients in A. membranaceus var. mongholicus were annual average relative humidity, sunshine hours and average July temperature. Calcium was the main factor in the soil affecting the chemical ingredient contents, and calcium was negatively correlated with the contents of calycosin glycosides, kaempferol, ononin, quercetin and APS in A. membranaceus var. mongholicus within a certain range.
全 文 :黄芪化学成分与生态因子的相关性∗
杨庆珍1,2 王增绘1 付 娟1 刘德旺3 黄林芳1∗∗
( 1 中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所, 北京 100193; 2吉林农业大学, 长春 130118; 3内蒙古医科大学药学院,
呼和浩特 010080)
摘 要 以主成分分析(PCA)和相关性分析(CA)法研究黄芪中主要有效成分与生态因子的
相关性,探究影响黄芪主要成分积累的生态因子.结果表明: 山西产地黄芪中的黄芪甲苷、毛
蕊异黄酮苷、芒柄花苷、山奈酚和黄芪多糖的含量显著高于内蒙古和甘肃两地.影响黄芪化学
成分含量的气候因子主要为年均相对湿度、年日照时数及 7月均温.影响黄芪化学成分含量的
土壤元素主要为钙,且钙在一定范围内与毛蕊异黄酮苷、山柰酚、芒柄花苷、槲皮素、黄芪多糖
的含量呈负相关.
关键词 黄芪; 化学成分; 无机元素; 气候因子
文章编号 1001-9332(2015)03-0732-07 中图分类号 R28 文献标识码 A
Correlation between chemical constituents and ecological factors of Astragalus membranaceus
var. mongholicus. YANG Qing⁃zhen1,2, WANG Zeng⁃hui1, FU Juan1, LIU De⁃wang3, HUANG
Lin⁃fang1 ( 1Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking
Union Medical College, Beijing 100193, China; 2Jilin Agricultural University, Changchun 130118,
China; 3School of Pharmacy, Inner Mongolia Medical University, Huhehaote 010080, China) .
⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(3): 732-738.
Abstract: Principal component analysis (PCA) and correlation analysis (CA) were applied to an⁃
alyze the correlation of the main chemical components in Astragalus membranaceus var. mongholicus
and ecological factors. The results showed that the contents of astragaloside, campanulin, ononin,
kaempferol and astragalus polysaccharides (APS) of A. membranaceus var. mongholicus produced in
Shanxi were significantly higher than in Inner Mongolia and Gansu. The main climatic factors for af⁃
fecting the contents of chemical ingredients in A. membranaceus var. mongholicus were annual aver⁃
age relative humidity, sunshine hours and average July temperature. Calcium was the main factor in
the soil affecting the chemical ingredient contents, and calcium was negatively correlated with the
contents of calycosin glycosides, kaempferol, ononin, quercetin and APS in A. membranaceus var.
mongholicus within a certain range.
Key words: Astragalus membranaceus var. mongholicus; chemical composition; inorganic element;
climatic factor.
∗国家自然科学基金面上项目(81274013,81473315)和国家自然科
学基金重点项目(81130069)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: lfhuang@ implad.ac.cn
2014⁃07⁃31收稿,2014⁃12⁃28接受.
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[1-2],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[3-4] .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
是影响羌活(Notopterygium incisum)化学成分累积
的主要因素[5];温度对人参(Panax ginseng)皂苷活
性成分的累积起主要作用[6-7];土壤类型与铁皮石
斛(Dendrobium officinale)多糖含量呈显著正相关,
年降水量与金钗石斛(D. nobile)的石斛碱积累呈显
著正相关,温度是影响鼓槌石斛(D. chrysotoxum)毛
兰素含量的主要因素[8];西洋参(Panax quinquefoli⁃
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[9] .
黄芪为豆科植物蒙古黄芪(Astragalus membra⁃
应 用 生 态 学 报 2015年 3月 第 26卷 第 3期
Chinese Journal of Applied Ecology, Mar. 2015, 26(3): 732-738
naceus var. mongholicus)或膜荚黄芪(A. membrana⁃
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[10] .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[11-12] .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、
山柰酚、芒柄花素、芒柄花苷、槲皮素 6 种黄酮类成
分的含量[13];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[14];采用苯酚⁃
硫酸法测定黄芪中黄芪多糖的含量[15](表 2).
1 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
表 1 黄芪样品产地及地理信息
Table 1 Origin and geographical information of Astragalus membranaceus var. mongholicus sample
药材编号
Herb No.
产地
Origin
经纬度
Latitude and longitude
气象站
Station
药材编号
Herb No.
产地
Origin
经纬度
Latitude and longitude
气象站
Station
GS1 甘肃定西市渭源县
Weiyuan, Dingxi, Gansu
35.12 N,
104.18 E
兰州
Lanzhou
GS2 甘肃定西市陇西县
Longxi, Dingxi, Gansu
35.08 N,
104.47 E
兰州
Lanzhou
GS3 甘肃定西市岷县
Minxian, Dingxi, Gansu
34.53 N,
104.14 E
合作
Hezuo
GS4 甘肃定西市岷县
Minxian, Dingxi, Gansu
34.53 N,
104.14 E
合作
Hezuo
NM5 内蒙古乌兰察布市
Wulanchabu City, Inner Mongolia
42.27 N,
112.65 E
呼和浩特
Hohhot
NM6 内蒙古呼和浩特市武川县
Wuchuan, Hohhot, Inner Mongolia
41.70 N,
109.95 E
呼和浩特
Hohhot
NM7 内蒙古乌兰察布市
Wulanchabu, Inner Mongolia
41.92 N,
118.70 E
赤峰
Chifeng
NM8 内蒙古包头市固阳县
Guyang, Baotou, Inner Mongolia
42.29 N,
119.93E
赤峰
Chifeng
SX9 山西大同市浑源县
Hunyuan, Datong, Shanxi
39.54 N,
113.72 E
大同
Datong
SX10 山西大同市浑源县
Hunyuan, Datong, Shanxi
39.52 N,
113.64 E
大同
Datong
SX11 山西大同市浑源县
Hunyuan, Datong, Shanxi
39.54 N,
113.63 E
原平
Yuanping
SX12 山西大同市浑源县
Hunyuan, Datong, Shanxi
39.52 N,
113.64 E
原平
Yuanping
表 2 黄芪的化学成分
Table 2 Chemical ingredients of Astragalus membranaceus var. mongholicus
药材编号
Herb
No.
黄芪甲苷
Astragaloside Ⅳ
(μg·g-1)
毛蕊异黄酮苷
Campanulin
(μg·g-1)
毛蕊异黄酮
Calycosin
(μg·g-1)
山柰酚
Kaempferol
(μg·g-1)
芒柄花素
Formononetin
(μg·g-1)
芒柄花苷
Ononin
(μg·g-1)
槲皮素
Quercetin
(μg·g-1)
黄芪多糖
APS
(mg·g-1)
GS1 1106 1301.8 773.1 509.7 710.3 831.4 791.8 149.34
GS2 1074 1251.3 785.4 501.3 708.6 822.7 1064.5 147.09
GS3 1126 1078.1 800.8 510.4 709.3 823.5 856.2 152.81
GS4 1135 1207.2 817.3 513.5 706.9 825.7 819.5 152.09
NM5 1198 1537.2 437.2 628.6 488.1 963.2 1100.9 193.90
NM6 1153 1476.2 432.7 653.7 470.3 967.2 1053.2 179.09
NM7 1074 1450.3 595.4 650.1 405.2 1045.1 1040.4 180.22
NM8 1103 1730.1 420.5 620.2 390.5 970.2 1105.1 183.14
SX9 1232 1601.4 467.4 708.3 358.4 1044.5 966.7 201.24
SX10 1330 1599.3 400.6 719.8 364.5 1109.3 983.4 211.06
SX11 1279 1619.7 410.5 713.4 367.6 1060.7 979.6 210.39
SX12 1203 1620.5 434.6 709.6 359.7 1009.8 981.3 209.14
3373期 杨庆珍等: 黄芪化学成分与生态因子的相关性
子体发射光谱方法通则标准》(JY / T 015—1996) [16]
测定土壤无机元素含量.精密称量 1 g样品于石英消
解管中,加入硝酸与盐酸的混酸约 4 mL,置于石墨
加热炉上,60 ℃消解 12 h,然后温度提高到 120 ℃
赶酸 2 h,定容到 25 mL,取约 20 mL溶液过 0.22 μm
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、硒、硼、铝、钠、镍、钡
元素含量.取 1 g土壤样品,加入 0.5 mol·L-1碳酸氢
钠浸提液,25 ℃震荡浸提 1 h,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) [17 ],见表 4.
1 3 数据处理
采用 Excel 2003 和 SPSS 18.0 软件对数据进行
统计分析.采用单因素(one⁃way ANOVA)和 Duncan
法进行方差分析和多重比较(α = 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.
2 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、山奈酚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.
表 3 黄芪土壤无机元素含量
Table 3 Inorganic elements in Astragalus membranaceus var. mongholicus soil (mg·kg-1)
药材编号
Herb
No.
铜
Cu
锌
Zn
锰
Mn
钙
Ca
镁
Mg
铁
Fe
硒
Se
硼
B
铝
Al
钠
Na
镍
Ni
钡
Ba
有效氮
Effective
N
有效磷
Effective
P
有效钾
Effective
K
GS1 10.70 21.1 234 10278 2932 6166 11187 9.17 8665 76.9 5.34 83.7 14500 1167 480
GS2 7.98 21.7 237 14832 3120 6291 11224 10.70 7415 121.0 7.19 75.9 14600 1138 422
GS3 5.31 19.6 225 14451 2692 5575 9823 16.20 5741 111.0 4.15 67.3 13900 1137 265
GS4 5.02 17.6 195 14231 2839 5228 7852 8.37 6093 114.0 5.01 57.3 14600 883 345
NM5 4.35 13.4 114 2302 2807 5452 4788 8.18 8488 76.2 4.90 66.8 13800 514 367
NM6 6.58 16.6 140 7843 3446 5952 9257 9.82 7953 110.0 6.40 62.4 14800 966 455
NM7 2.43 8.17 79 2657 3498 3342 3616 4.44 4059 61.0 1.36 33.2 14100 386 204
NM8 4.33 11.7 102 1852 3263 5665 5495 7.86 5818 60.5 3.56 42.1 15000 608 258
SX9 10.68 25.9 179 7544 3134 5924 13512 9.51 6935 106.0 6.34 62.7 14000 1564 413
SX10 24.70 34.2 254 4978 3306 12557 17406 19.70 10805 266.0 12.70 95.6 14200 1838 273
SX11 6.27 20.7 135 8140 3085 5619 12340 8.31 6542 87.0 5.21 54.5 13800 1354 441
SX12 7.06 18.4 133 8010 3047 5867 10924 7.87 5845 101.0 5.81 52.6 14500 1149 381
表 4 研究样地气候因子的 1971—2000年年均值
Table 4 Annual average value of climatic factors at plots in 1971-2000
气象站
Station
年极端
最低温
Annual
extreme
minimum
temperature
(℃)
年极端
最高温
Annual
extreme
highest
temperature
(℃)
年均温
Annual
average
temperature
(℃)
1月最低温
January
minimum
temperature
(℃)
1月均温
January
average
temperature
(℃)
7月最高温
July
maximum
temperature
(℃)
7月均温
Average
July
temperature
(℃)
年平均
相对湿度
Annual
average
relative
humidity
(%)
年降水量
Annual
precipit
ation
(mm)
年日照
时数
Sunshine
hours
(h)
兰州 Lanzhou -19.7 39.8 9.8 -17.7 -5.3 39.8 22.4 56 311.7 2424.0
合作 Hezuo -27.9 30.4 2.4 -27.8 -9.9 30.4 12.8 64 531.6 2370.1
呼和浩特 Huhhot -30.5 38.5 6.7 -30.5 -11.6 38.5 22.6 54 397.9 2862.2
赤峰 Chifeng -28.8 40.4 7.5 -27.6 -10.7 40.4 23.6 49 371.0 2865.9
太原 Taiyuan -27.2 37.2 7.0 -26.5 -10.6 37.2 22.0 51 371.4 2670.9
原平 Yuanping -25.8 38.1 9.0 -25.2 -7.7 38.0 23.3 55 417.1 2584.6
437 应 用 生 态 学 报 26卷
表 5 黄芪化学成分和土壤中无机元素单因素方差分析
Table 5 One⁃way ANOVA between chemical composition of Astragalus membranaceus var. mongholicus and inorganic ele⁃
ments in soil (mean±SD)
成份
Composition
甘肃
Gansu
内蒙古
Inner Mongolia
山西
Shanxi
F P
黄芪甲苷 Astragaloside Ⅳ 1110.25±27.04 1132.00±54.78 1261.00±55.65 11.67 0.003
毛蕊异黄酮苷 Campanulin 1209.60±95.81 1548.45±126.46 1610.23±11.44 22.07 0
毛蕊异黄酮 Calycosin 794.15±19.15 471.45±82.93 428.28±29.74 59.02 0
山奈酚 Kaempferol 508.73±5.22 638.15±16.31 712.78±5.16 399.92 0
芒柄花素 Formononetin 708.78±1.43 438.525±47.91 362.55±4.27 171.64 0
芒柄花苷 Ononin 825.83±3.93 986.43±39.22 1056.08±41.35 51.27 0
槲皮素 Quercetin 883.00±123.84 1074.90±32.91 977.75±7.53 6.71 0.016
黄芪多糖 ASP 150.33±2.63 184.09±6.76 207.96±4.55 137.24 0
铜 Cu 7.25±2.66 4.42±1.70 12.18±8.57 2.22 0.165
锌 Zn 20.00±1.83 12.47±3.51 24.80±7.01 7.16 0.014
锰 Mn 222.75±19.19 108.75±25.40 175.25±56.63 9.32 0.006
钙 Ca 13448.00±2127.87 3663.50±2805.74 7168.00±1482.25 20.20 0
镁 Mg 2895.75±179.20 3253.50±314.27 3143.00±114.35 2.80 0.114
铁 Fe 5815.00±500.65 5102.75±1191.58 7491.75±3379.43 1.38 0.3
硒 Se 10021.50±1586.46 5789.00±2438.40 13545.50±2782.69 11.17 0.004
硼 B 11.11±3.53 7.58±2.26 11.35±5.61 1.09 0.376
铝 Al 6978.50±1335.46 6579.50±2038.11 7531.75±2228.23 0.25 0.783
钠 Na 105.73±19.67 76.93±23.22 140.00±84.38 1.49 0.277
镍 Ni 5.42±1.28 4.06±2.14 7.52±3.49 1.98 0.193
钡 Ba 71.05±11.35 51.13±16.08 66.35±19.99 1.65 0.244
有效氮 Effective N 1.44±0.03 1.44±0.06 1.41±0.03 0.63 0.553
有效磷 Effective P 1081.25±132.90 618.50±248.89 1476.25±294.73 13.29 0.002
有效钾 Effective K 378.00±93.45 321.00±112.15 377.00±73.54 0.48 0.635
图 1 不同产地黄芪中化学成分 PCA分析
Fig.1 PCA of chemical components from different origins of As⁃
tragalus membranaceus var. mongholicus.
SX: 山西 Shanxi; GS: 甘肃 Gansu; NM: 内蒙古 Inner Mongolia.
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、硒组成;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、硒、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、硒、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
图 2 黄芪产地土壤无机元素 PCA 分析载荷图(A)和得分
图(B)
Fig.2 PCA load diagram (A) and PCA score plot (B) for in⁃
organic elements in the origins of Astragalus membranaceus var.
mongholicus.
AN:有效氮 Available N; AP:有效磷Available P; AK:有效钾Available K.
5373期 杨庆珍等: 黄芪化学成分与生态因子的相关性
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、硒、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、硒、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
日照时数、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;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
日照时数和 7月均温对黄芪中化学成分的积累影响
最大.
图 3 黄芪产地气候因子 PCA载荷图(A)和得分图(B)
Fig.3 PCA load diagram (A) and PCA score plot (B) for climatic factors in the origins of Astragalus membranaceus var. mongholicus.
1)年极端最低温 Annual extreme minimum temperature; 2)年极端最高温 Annual extreme highest temperature; 3)年均温 Annual average temperature;
4)1月最低温 Minimum temperature in January; 5)1月均温 Average temperature in January; 6)7月最高温 Maximum temperature in July; 7)7月均
温 Average temperature in July; 8)年均相对湿度 Annual average relative humidity; 9)年降水量 Annual precipitation; 10)年日照时数 Sunshine
hours.
表 6 黄芪化学成分与土壤无机元素的相关性分析
Table 6 Correlation analysis between chemical ingredients of Astragalus membranaceus var. mongholicus and inorganic ele⁃
ments in soil
成分
Composition
铜
Cu
锌
Zn
锰
Mn
钙
Ca
镁
Mg
铁
Fe
硒
Se
硼
B
铝
Al
钠
Na
镍
Ni
钡
Ba
有效氮
Available
N
有效磷
Available
P
有效钾
Available
K
黄芪甲苷 Astragaloside IV 0.643∗ 0.668∗ 0.137 -0.245 0.019 0.655∗ 0.667∗ 0.454 0.530 0.613∗ 0.665∗ 0.373 -0.459 0.683∗ 0.128
毛蕊异黄酮苷 Campanulin 0.185 0.011 -0.548 -0.803∗∗ 0.517 0.206 0.073 -0.217 0.118 0.016 0.156 -0.257 0.044 0.068 -0.021
毛蕊异黄酮 Calycosin -0.214 -0.059 0.528 0.777∗∗ -0.49 -0.273 -0.116 0.053 -0.209 -0.131 -0.239 0.173 0.097 -0.114 0.016
山柰酚 Kaempferol 0.304 0.198 -0.438 -0.654∗ 0.518 0.280 0.277 -0.028 0.108 0.234 0.272 -0.184 -0.265 0.288 -0.053
芒柄花素 Formononetin -0.187 -0.032 0.573 0.773∗∗ -0.587∗ -0.180 -0.107 0.141 0.021 -0.100 -0.126 0.340 0.157 -0.119 0.186
芒柄花苷 Ononin 0.355 0.183 -0.426 -0.732∗∗ 0.604∗ 0.322 0.233 0.003 0.113 0.278 0.261 -0.179 -0.301 0.239 -0.212
槲皮素 Quercetin -0.150 -0.315 -0.579∗ -0.633∗ 0.546 -0.031 -0.309 -0.230 -0.019 -0.100 -0.020 -0.317 0.096 -0.343 -0.178
黄芪多糖 APS 0.316 0.225 -0.407 -0.654∗ 0.348 0.326 0.282 0.021 0.162 0.248 0.302 -0.125 -0.338 0.294 -0.063
∗P<0.05; ∗∗P<0.01. 下同 The same below.
637 应 用 生 态 学 报 26卷
表 7 黄芪化学成分含量与气候因子的相关性分析
Table 7 Correlation analysis between chemical ingredients of Astragalus membranaceus var. mongholicus and climatic factors
成分
Composition
年极端
最低温
Annual
extreme
minimum
temperature
年极端
最高温
Annual
extreme
highest
temperature
年均温
Annual
average
temperature
1月最低温
Minimum
temperature
in January
1月均温
Average
temperature
in January
7月最高温
Maximum
temperature
in July
7月均温
Average
temperature
in July
年均
相对湿度
Annual
average
relative
humidity
年降水量
Annual
precipitation
年日照
时数
Sunshine
hours
黄芪甲苷
Astragaloside IV
-0.220 -0.081 0.053 -0.258 -0.223 -0.086 0.161 -0.179 0.072 0.112
毛蕊异黄酮苷
Campanulin
-0.322 0.602∗ 0.483 -0.283 -0.304 0.599∗ 0.751∗∗ -0.807∗∗ -0.394 0.717∗∗
毛蕊异黄酮 Calycosin 0.505 -0.471 -0.333 0.485 0.471 -0.467 -0.659∗ 0.707∗ 0.241 -0.766∗∗
山柰酚 Kaempferol -0.430 0.354 0.301 -0.418 -0.400 0.349 0.577∗ -0.653∗ -0.167 0.610∗
芒柄花素 Formononetin 0.471 -0.453 -0.324 0.438 0.445 -0.449 -0.638∗ 0.765∗∗ 0.223 -0.721∗∗
芒柄花苷 Ononin -0.425 0.405 0.299 -0.396 -0.431 0.401 0.595∗ -0.739∗∗ -0.235 0.656∗
槲皮素 Quercetin -0.362 0.626∗ 0.368 -0.311 -0.357 0.627∗ 0.651∗ -0.683∗ -0.413 0.783∗∗
黄芪多糖 APS -0.414 0.303 0.282 -0.41 -0.368 0.297 0.536 -0.586∗ -0.116 0.551
3 讨 论
山西产地黄芪甲苷、毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷、
山奈酚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、硒、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、硒、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[18] .
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[19] .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、年日照时数和 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[19]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、山柰酚、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、山柰酚、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[20-21] .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
7373期 杨庆珍等: 黄芪化学成分与生态因子的相关性
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[18] .
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作者简介 杨庆珍,女,1988 年生,硕士研究生.主要从事中
药资源研究及道地性品评价研究. E⁃mail: youngqingzhen@
126.com
责任编辑 孙 菊
837 应 用 生 态 学 报 26卷