辽东楤木活性成分与生态因子的相关性研究

程瑶，于锡宏, ，佟雪姣，刘汉兵，赵恒田，蒋欣梅, *

1. 东北农业大学/农业部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030；

2. 林下经济资源研发与利用协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150040

辽东楤木（Aralia lata(Miq.) Seem）是五加科楤木属（Aralia）的一种药食两用植物，其嫩芽是一种名贵的山野菜，其根皮和树皮均可入药，中药名“刺龙芽”，主产于黑龙江、吉林、辽宁。辽东楤木的主要活性成分是三萜皂苷，此外还含有黄酮、多糖、挥发油、萜类、甾体等成分（Zhang et al.，2012）。药理学研究表明楤木皂苷具有保护神经（Wang et al.，2014)、提高心肌功能（Lee et al.，2009）、抗炎、抗肿瘤的活性（Kim et al.，2013）。辽东楤木中的黄酮具有抗氧化作用（Zhang et al.，2013），楤木多糖可以保护心肌、抗氧化和抗辐射损伤（王丽君等，2006）。目前以辽东楤木为原料的龙牙肝泰在临床上用于急、慢性肝炎转氨酶偏高的辅助治疗，以辽东楤木叶为原料开发的胶囊也已用于癌症患者的辅助治疗。

活性成分及其含量是衡量中药材质量的重要指标。植物类中药材的活性成分多是次级代谢产物，其合成积累受生态因素（如气候、土壤、地质等）的影响（吴庆生等，2002）。如低温和高海拔利于景天三七黄酮的积累（任平等，2019），影响人参皂苷合成积累的主导生态因子是温度（贾光林等，2012），其次是降水量和光照，光照和土壤条件影响黄芪多糖的含量（曹建军，2006）。目前对于辽东楤木的研究主要集中化学成分和药理活性等方面，而关于其活性成分与生态因子相关性的研究还未见报道。

因此，本研究测定了黑龙江省不同产地的辽东楤木的活性成分含量，运用相关性分析和逐步回归分析方法探讨了生态因子与辽东楤木活性成分的关系，以期为辽东楤木的规范化、标准化栽培及品质划分提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 采样地点

2016年6月15日-8月15日，在黑龙江省境内五大山脉（老爷岭、张广才岭、完达山脉、小兴安岭、大兴安岭）范围内选择地理分布相对均匀、所处积温带不同的林区调查采样，采样地点有：第一积温带的东宁（DN）、阿城（AC）；第二积温带的海林（HL）、勃利（BL）、佳木斯（JMS）；第三积温带的尚志（SZ）；第四积温带的饶河（RH）和伊春（YC）。

1.2 气候因子的获取

从中国气象科学数据共享服务网数据查询系统（http://data.cma.cn/data）及当地气象局获取各采样点2016年的气象数据，包括年平均气压（AAP）、年极端最高气压（HAP）、年极端最低气压（LAP）、年积温（CT）、年平均气温（AT）、年平均最低气温（LT）、年平均最高气温（HT）、1月平均气温（JaAT）、1月最高气温（JaHT）、1月最低气温（JaLT）、7月平均气温（JuAT）、7月最高气温（JuHT）、7月最低气温（JuLT）、年平均相对湿度（RH）、年降水量（AP）、年最多降水量（HP）、年最少降水量（LP）、年平均风速（WS）、年极大风速（HWS），共19个气候因子。

1.3 样本采集

每个样地采集15株以上、生长健壮的二年生植株的幼嫩叶片用于活性成分分析。同时用环刀法采集各样点地表20 cm处的土壤样本用于分析土壤的理化性质，用GPS定位仪记录样地的经纬度和海拔高度。

1.4 活性成分分析

取辽东楤木叶片洗净，60 ℃烘干、粉碎、过100目筛后，每份样品取1.0 g，用80%乙醇超声提取，采用香草醛-冰醋酸比色法测定总皂苷含量，用齐墩果酸标准品制作标准曲线，560 nm波长测定吸光值（王雪等，2014）。

精密称取辽东楤木干燥粉末1.0 g，用65%乙醇避光提取，用比色法510 nm波长下测定吸光值，以芦丁为对照品制作标准曲线（张正康，2001）。

精密称取辽东楤木干燥粉末1.0 g，用苯酚-硫酸比色法测定辽东楤木多糖含量，以葡萄糖制作标准曲线（张桂娟等，2016）。

1.5 土壤理化性质分析

用土壤水分测定仪测定土壤湿度；用土壤pH计测定土壤pH；土壤总孔隙度[(1-容重/比重)×100]，围框淹灌法测定田间持水量（徐立萍等，2013）；有机质含量、全N、全P、全K、碱解N、速效P、速效K用土壤养分速测仪测定（浙江托普仪器有限公司）。

1.6 数据分析

用SPSS 25.0软件进行ANOVO单因素方差分析、生态因子的主成分分析（PCA），用Pearson相关性分析法分析活性成分与生态因子的相关性，显著度水平设为0.05。采用逐步多元回归分析影响辽东楤木活性成分的主导生态因子，并建立多元回归模型。

2 结果与分析

2.1 不同产地辽东楤木药用活性成分含量

由表1可知，不同产地辽东楤木叶片中的活性成分存在差异，阿城楤木皂苷略高于佳木斯，两者之间差异不显著，但显著高于其他产地；东宁产辽东楤木黄酮含量最高，与其他产地差异显著，其次为饶河、勃利、尚志、海林、西林、佳木斯、海林；伊春产辽东楤木多糖含量略高于饶河，两者之间差异不显著，二者均显著高于其他产地，其次为尚志、佳木斯、海林、阿城和东宁。

2.2 辽东楤木活性成分与气候因子的相关性分析

2.2.1 辽东楤木产地气候因子的主成分分析

对采样点19个气候因子进行PCA分析，提取5个主成分，成分1主要是温度因子，方差贡献率为47.64%，主要由年积温、年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温、1月平均气温、1月最高气温、1月最低气温组成；成分2归结为气压因子，方差贡献率为19.84%，主要由年平均气压、年极端最高气压、年极端最低气压、年平均风速组成；成分3主要是7月温度，方差贡献率为13.53%，主要由7月平均气温、7月最高气温、7月最低气温组成（图1）。可见，各地相差较大的气候因子主要有年积温、年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温、1月平均气温、1月最高气温以及1月最低气温。

表1 不同产地辽东楤木活性成分含量 Table 1 Contents of bioactive ingredient in Aralia lata (Miq.) Seem from different origins

图1 辽东楤木产地气候因子主成分分析 Fig. 1 Principal component analysis for climatic factors of Aralia lata (Miq.) Seem origins

2.2.2 辽东楤木活性成分与主要气候因子的相关性分析

由表2可知，辽东楤木总皂苷含量与气压呈不显著正相关，与年平均气温和1月气温呈不显著负相关，与7月最高气温呈显著正相关，与降水量和风速呈不显著正相关。总黄酮含量与气压、年平均气温和1月气温呈正相关，其中与1月最高气温呈显著正相关，与7月最高气温呈极显著负相关。多糖含量与气压呈不显著正相关，与年积温、1月气温呈显著或极显著负相关，与7月气温呈不显著负相关，与年降水量和湿度呈显著正相关，与风速不相关。

表2 辽东楤木活性成分与气候因子的相关性分析 Table 2 Correlation analysis between medicinal bioactive ingredients and climatic factors

2.2.3 生态因子与辽东楤木活性成分的逐步多元回归分析

以不同产区辽东楤木的活性成分皂苷、黄酮和多糖为因变量Y，以19个气候因子为自变量，对气候因子与辽东楤木活性成分含量进行逐步多元回归分析，得到楤木皂苷与气候因子回归方程为：Y=17.347+0.823X1，X1：7月最高气温（℃），t=4.3527，P=0.000；R=0.953，R2=0.931；F=21.521，P=0.000；黄酮与气候因子回归方程为：Y=21.018-0.807X1，X1：7月最高气温（℃），t=-3.4228，P=0.000；R=0.878，R2=0.846；F=40.103，P=0.000；多糖与气候因子回归方程为：Y=11.078-0.823X1+0.281X2，X1：年平均气温（℃），t=-0.8917，P=0.000；X2：年降水量（mm），t=3.044，P=0.029，R=0.983，R2=0.966；F=71.491，P=0.000。

逐步多元回归分析结果表明，影响楤木皂苷和黄酮含量的主导气候因子为7月最高气温，年平均气温和年降水量是影响辽东楤木多糖含量的主导气候因子，与其他生态因子无显著相关。

2.3 辽东楤木活性成分与土壤因子的相关性分析

2.3.1 辽东楤木产地土壤因子的主成分分析

由表3可见，辽东楤木适生于疏松肥沃的中性或偏酸性土壤。分析提取3个主成分（图2），成分1的方差贡献率为34.10%，主要由pH、有机质、速效P；成分2的方差贡献率为28.45%，主要总孔隙度、全N、速效K组成；成分3的方差贡献率为16.84%，主要由全磷组成。可见，各地相差较大的土壤理化因子主要有pH、有机质和速效P。

表3 不同地区土壤理化性质 Table 3 Soil physicochemical properties of different origns

图2 辽东楤木产地土壤理化性质的主成分分析 Fig. 2 Principal component analysis for soil physicochemical properties of Aralia lata (Miq.) Seem origns

2.3.2 辽东楤木活性成分与土壤理化性质的相关性分析

辽东楤木活性成分与土壤理化性质的相关性分析结果表明，皂苷含量与土壤pH和速效钾呈显著正相关，与全氮含量呈极显著负相关（表4），即适当提高土壤pH、增施钾肥、减少氮肥的施用可以提高楤木皂苷的含量。黄酮含量与土壤碱解氮含量呈极显著负相关，生产中减少氮肥的施用可以提高黄酮的含量。多糖含量与有机质含量呈极显著负相关而与其他土壤因子无明显相关性。

2.3.3 土壤因子与辽东楤木活性成分的逐步多元回归分析

以不同产区辽东楤木的药用活性成分皂苷、黄酮和多糖为因变量Y，以10个土壤因子为自变量，对生态因子与辽东楤木活性成分含量进行逐步多元回归分析，得到楤木皂苷与土壤因子回归方程为：Y=10.598-0.976X1，X1：土壤全N，t=-11.085，P=0.000；R=0.976，R2=0.946；F=122.886，P=0.0001；黄酮与土壤因子的回归方程为：Y=21.506-0.047X1+ 0.15X2，X1：土壤碱解N，t=-25.512，P=0.000；X2：土壤速效P，t=4.001，P=0.01，R=0.996，R2=0.990；F=16.004，P=0.01；多糖与土壤因子的回归方程为：Y=11.596-0.868X1，X1：土壤有机质含量，t=-4.274，P=0.00；R=0.868，R2=0.712；F=18.267，P=0.005。

逐步多元回归分析表明，土壤全氮是影响辽东楤木皂苷含量的主导土壤因子，土壤碱解N和土壤速效P是影响辽东楤木黄酮含量的主导土壤因子，影响多糖含量的主导土壤因子是有机质含量，其他土壤因子与辽东楤木活性成分无显著关系。

3 讨论

三萜皂苷是辽东楤木主要入药成分，其含量高低影响着药材质量，通过环境调控可以提高三萜皂苷含量。研究表明，一定的环境胁迫有利于药用植物次生成分的积累（孟祥才等，2011）。在本研究结果显示，皂苷含量与1月气温呈负相关，与7月气温呈正相关，这与辽东楤木皂苷分布规律以及林红梅的研究结果一致（黄福山等，2014；林红梅，2016）。不同药用植物对土壤质地，尤其是土壤pH的要求不同。辽东楤木适宜生长在pH 6.0-7.0微酸性土壤中，研究结果表明，土壤pH与总皂苷含量呈显著正相关，表明提高土壤pH会促进皂苷的合成，这也与林红梅的研究结果一致。推测提高土壤pH，会对植物造成生长胁迫，植株体内活性氧含量增加，从而促进了三萜皂苷的积累。土壤肥力对皂苷的合成与积累具有重要影响，赵英等（2012）研究指出，土壤增施磷肥、钾肥有利于提高人参皂苷含量。林红梅（2016）的研究中也发现土壤K元素含量与人参总皂苷含量呈显著正相关，因此，在人工栽培中，增施钾肥和磷肥利于皂苷的积累。

表4 辽东楤木活性成分与土壤理化性质的相关性分析 Table 4 Correlation analysis between bioactive ingredients of and soil physicochemical properties

黄酮类化合物是植物中重要的次生代谢产物，在植物生长发育和抗逆等过程中发挥着重要作用（Coimbra et al.，2006；Carlsen et al.，2008）。植物体内黄酮含量随季节表现出规律性的变化趋势，李春明（2007）发现杨树叶片中黄酮含量从5月末呈现下降趋势，至8月末达到最低后又呈显著上升趋势，总黄酮含量与温度呈负相关，表明黄酮在抵御低温胁迫方面发挥着一定作用，低温条件下利于黄酮积累，该结论与本研究结果一致。在本研究发现，黄酮含量与土壤碱解氮含量呈极显著负相关，符合“碳素/营养平衡假说”，即植物体内以碳为基础的次生代谢物质（如黄酮、萜烯类等）与植株体内的氮含量呈负相关关系（Koricheva，2002；Hamilton et al.，2010），同样的研究结果在柔毛淫羊霍（孔璐等，2008）和短亭飞蓬（Song et al.，2009）中也曾报道过。以上研究结果证明，土壤中氮含量较少时更有利于以碳为基础的次生代谢产物形成。

多糖是生命有机体的重要组成成分，也是维持生命所必须的结构材料，参与细胞生命的各种活动，如能量的储存和传递、细胞识别等（Zhang et al.，2013）。植物多糖因其特殊的生物活性，被广泛应用于临床医学研究（Liu et al.，2016）。目前对植物多糖的研究多集中在其药理作用方面，关于多糖与生态因子相关性的研究较少。牛艳（2005）和温美佳（2010）在生态因子与枸杞多糖的相关性研究中发现，枸杞多糖含量与年平均气温、1月气温和7月气温均存在显著负相关，在本研究中楤木多糖与气温也呈负相关关系，表明气温升高时，呼吸作用大于光合作用，加速了植株体内多糖的分解，所以高温不利于多糖的积累。土壤因子中有机质是影响楤木多糖的主导生态因子，且多糖与有机质呈负相关，该结果表明，增加土壤肥力虽然可以增加植物的生物量，但是会限制多糖的合成。

4 结论

本文对辽东楤木中总皂苷、黄酮和多糖3种有效活性成分与气候因子和土壤因子进行了相关性分析，并构建了逐步多元回归模型。结果表明，7月最高气温和土壤全氮水平是影响皂苷含量的主导生态因子；7月平均最高气温、土壤碱解N和速效P含量对黄酮含量有较大影响；年平均气温、年降水量和有机质含量是影响辽东楤木多糖含量的主导因子。