三七主根皂苷组分含量与生态因子的关系

冉余艳，梁社往，翁静，史静，何忠俊*

（1.云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201；2.云南农业大学农学与生物技术学院，昆明 650201；3.云南农业大学研究生处，昆明 650201）

药用植物有效成分是评价药材品质的重要指标，多为次生代谢物，其分化、合成不仅受自身基因的控制，还会受到环境因素（如光照、温度、水分、土壤等）的影响，一定的环境胁迫能刺激其形成和积累。研究表明，产区地理位置和生态因子对景天三七（）有效成分的分化和形成起决定性作用。黄芩（Georgi）的药效成分与温度呈正相关，且高温影响大于低温；土壤温度、含水量对灵芝（）主要活性成分的积累具有显著影响，在一定范围内，降低土壤温度、增加土壤含水量，可显著提高灵芝品质。7月平均温度是影响黄管秦艽（）药材品质的主导生态因子；经度、纬度和土壤阳离子交换量是滇重楼（var.）根茎总皂苷含量的主导生态因子。

三七[（Burk.）F.H.Chen]为五加科人参属多年生草本植物，多以地下部入药，主要药效成分是皂苷类，药理作用主要表现在血液系统、中枢神经系统、免疫系统等方面。云南省文山州是三七的道地产区，该地三七的产量和品质均优于其他产区，文山三七道地性的决定性因素是地理位置和自然环境。近年来，随着三七连作障碍的加重，文山州适宜种植三七的土地资源已十分紧缺，三七种植地已由文山州及周边区域向曲靖、昆明、大理、腾冲、保山等地扩展，省外的广西、广东、四川、贵州部分地区也有三七种植。三七对生境的要求极为严苛，盲目扩张是否会影响三七药材品质？目前，关于生态因子与三七有效成分的研究还不够深入，仅有地质背景、土壤理化性质、地球化学元素、气象条件等与三七生长状况、商品品质、药效成分等的比较和简单相关分析，以及文山与广西三七药效成分的比较，且这些研究均是在云南文山州及其周边的红河州进行的。三七生长区域生态因子与三七有效成分综合分析与评价的缺乏，十分不利于三七产业的可持续发展。随着三七产区的扩张，迫切需要探明生态因子与三七品质的关系。本文采用相关、逐步回归、通径和决策等分析方法，分析云南、贵州、四川、重庆共68个样点三七主根皂苷组分、总皂苷含量和48个生态因子的数量关系，探明影响三七主根皂苷组分的主导生态因子，并明确其主要决策因子和限制因子，以期为三七的引种栽培和环境调控提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 样品采集和采样区调查

三七大面积栽培种源仍为一混合群体，生产上采用“集团选择”的方法选留健康良种，绝大多数由文山供种。2019年10—11月和2020年10—11月，根据种植面积布置样点数，片区最少样点数控制在4个。采集3年生春三七（文山种源），共计68个样点（图1）。土壤、植株样品的采集用随机多点取样法，采样深度为0～20 cm。每个样点在种植地块随机均匀采集15～20株三七及根区土壤约1 kg。将鲜植株带回实验室，先用滴加洗洁精的自来水洗去泥土，然后用含2%柠檬酸的蒸馏水漂洗，去除表面的矿质元素，最后用蒸馏水反复冲洗干净。将主根与其他部位分开，105℃杀青后，70℃烘干至质量恒定，粉碎过100目筛，备用。土壤经风干处理后，过0.25 mm和2 mm筛备用。

图1 三七采样点分布图Figure 1 Distribution of sampling points of Panax notoginseng

现场测定经度、纬度、海拔、坡度、坡向，气象资料来自中国医学科学研究院药用植物研究所TCM-GIS系统。

1.2 样品测定

1.2.1 土壤养分测定方法

土壤pH采用电位法，有机质采用外加热重铬酸钾容量法，全氮采用凯氏定氮法，全磷采用碳酸钠熔融-钼锑抗比色法，全钾采用氢氧化钠熔融-火焰光度法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法，阳离子交换量采用乙酸铵交换法，有效钙、有效镁采用乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法，有效硫采用磷酸盐浸提-硫酸钡比浊法，有效硼采用沸水浸提-姜黄素比色法，有效钼采用草酸-草酸铵浸提法，有效铁、有效锰、有效铜、有效锌采用Mehlich 3法联合浸提，颗粒组成采用吸管法。

1.2.2 植物养分元素测定方法

植物全氮、全磷采用HSO-HO消煮，凯氏法定氮，钒钼黄比色法测磷。全硫采用HNO-HClO消煮、比浊法，硼采用干灰化、姜黄素法。钾、钙、镁、铜、锌、铁、锰、钼采用HR-ICP-MS型电感耦合等离子体质谱仪（德国Finnigan MAT公司），参照DZ/T 0223—2001方法进行测定。

1.2.3 主根皂苷组分的测定

仪器：Aglient1260系列高效液相色谱仪。

对照品溶液制备：准确称取一定量的三七皂苷R、人参皂苷Rg、人参皂苷Rb标准品，加入甲醇，制成浓度分别为0.107 8、0.415 0、0.483 0 mg·mL的对照品标液。

供试样品溶液制备：准确称取三七主根样品粉末0.600 0 g，置于三角瓶中，加入50 mL甲醇（分析醇），封口摇匀，静置4 h后，超声提取30 min，最后补足甲醇损失量，用0.45µm微孔滤头过滤，备用。

色谱条件：使用SB-CAnalytical HPLC Column（4.6 mm×250 mm，5µm）色谱柱。检测波长203 nm；柱温25℃；进样量10 µL；流速1.5 mL·min；流动相乙腈（B）-水（A），梯度洗脱（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 数据处理

全部数据采用Excel进行处理，SPSS 25.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 三七主根皂苷组分特征

按行政区及地理位置，将采样点分为7个片区，分别为文山、文山周边（玉溪和红河）、昆明、曲靖、滇西（大理和保山）、贵州、四川-重庆。由表1可知，三七皂苷R以滇西最高，显著高于贵州、四川-重庆，其余片区之间均无显著差异。人参皂苷Rg以贵州最高，与文山无显著差异，显著高于其他片区；滇西与文山、文山周边、曲靖无显著差异，显著高于昆明、四川-重庆。三七皂苷Rb以文山最高，其次为滇西、贵州、四川-重庆，这四者之间无显著差异；文山显著高于文山周边、昆明、曲靖。贵州总皂苷含量略高于文山、滇西，三者之间无显著差异，但显著高于其他片区。

表1 三七主根皂苷组分区域差异分析（%）Table 1 Analysis of regional difference of saponin components in taproot of Panax notoginseng（%）

2.2 三七主根皂苷组分与生态因子的相关分析

2.2.1 与地理气候因子的相关分析

由表2可知，三七皂苷R与海拔、日照呈极显著正相关，与纬度、7月平均温呈极显著负相关，与7月最高温呈显著负相关；与活动积温呈极显著负偏相关，与年均温、1月平均温、1月最低温呈显著负偏相关。人参皂苷Rg与1月最低温呈极显著正相关，与年降水量、年均温、1月平均温、7月最高温、活动积温、湿度呈显著正相关，与纬度呈显著负相关；与1月平均温呈极显著负偏相关，与纬度、湿度呈显著负偏相关。人参皂苷Rb与年降水量、1月平均温、1月最低温、7月最高温、湿度呈极显著正相关，与年均温、7月平均温呈显著正相关，与海拔呈极显著负相关；与年均温呈显著负偏相关。总皂苷与年降水量、1月平均温、1月最低温、湿度呈极显著正相关，与年均温、7月最高温呈显著正相关，与纬度、海拔呈显著负相关；与1月平均温呈极显著负偏相关，与纬度、1月最低温呈显著负偏相关。

表2 地理气候因子与三七主根皂苷组分的单、偏相关性分析Table 2 Single and partial correlation analysis between geographical climatic factors and saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.2.2 与土壤因子的相关分析

由表3可知，三七皂苷R与有效铁呈显著正相关，与土壤pH、盐基饱和度、有效钙呈极显著负相关；仅与土壤pH呈显著负偏相关。人参皂苷Rg与全磷、有效磷呈显著负相关；与有效锌呈显著正偏相关。人参皂苷Rb与全钾呈显著正相关，与全磷呈显著负相关；仅与盐基饱和度呈显著负偏相关。总皂苷与盐基饱和度、全磷呈显著负相关；仅与有效锌呈显著正偏相关。

表3 土壤因子与三七主根皂苷组分的单、偏相关性分析Table 3 Single and partial correlation analysis between soil factors and saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.2.3 与主根养分因子的相关分析

由表4可知，三七皂苷R与主根锰、锌呈显著正相关，与主根全钾呈显著负相关；仅与主根硫呈显著正偏相关。人参皂苷Rg与主根钙、铜呈极显著正相关，与主根锌呈显著正相关；与主根钙、铜呈极显著正偏相关。人参皂苷Rb与主根钙呈极显著正相关，与主根全氮、铜呈显著正相关；仅与主根钙呈显著正偏相关。总皂苷与主根钙、铜呈极显著正相关，与主根全氮、锌呈显著正相关；与主根钙呈极显著正偏相关，与主根铜呈显著正偏相关。

表4 主根养分因子与三七主根皂苷组分的单、偏相关性分析Table 4 Single and partial correlation analysis between nutrient factors and saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.3 三七主根皂苷组分的主导因子分析

单相关分析是研究两个变量之间表面的、非本质的关系。偏相关分析是除去其他因素的影响，仅研究两者之间的相关关系，比单相关系数更能说明两者的线性相关程度。本研究采用单、偏相关结合的方法，筛选出更多影响三七主根皂苷组分含量的显著因子，全面反映对主根皂苷组分影响显著的生态因子。为了使回归方程的收敛性更好，选择相关分析显著的因子作为评判指标。

分别选取对主根皂苷R、Rg、Rb、总皂苷（单、偏）相关影响显著的因子进行逐步回归，得到各皂苷的逐步回归方程，见表5。R：纬度（）、海拔（）、年均温（）、1月平均温（）、7月平均温（）、1月最低温（）、7月最高温（）、活动积温（）、日照（）、pH（）、盐基饱和度（）、有效钙（）、有效铁（）、主根钾（）、主根硫（）、主根锰（）、主根锌（）；Rg：纬度（）、年降水量（）、年均温（）、1月平均温（）、1月最低温（）、7月最高温（）、活动积温（）、湿度（）、全磷（）、有效磷（）、有效锌（）、主根钙（）、主根铜（）、主根锌（）；Rb：海拔（）、年降水量（）、年均温（）、1月平均温（）、7月平均温（）、1月最低温（）、7月最高温（）、湿度（）、盐基饱和度（）、全磷（）、全钾（）、主根氮（）、主根钙（）、主根铜（）；总皂苷：纬度（）、海拔（）、年降水量（）、年均温（）、1月平均温（）、1月最低温（）、7月最高温（）、湿度（）、盐基饱和度（）、全磷（）、有效锌（）、主根氮（）、主根钙（）、主根铜（）、主根锌（）。

由表5可知，三七皂苷R主要受纬度（）、7月平均温（）、活动积温（）、pH（）的综合影响，这4个因子能共同决定其含量变异的35.92%；人参皂苷Rg主要受纬度（）、1月最低温（）、7月最高温（）、主根钙（）、主根铜（）的综合影响，这5个因子能共同决定其含量变异的52.05%；人参皂苷Rb主要受湿度（）、盐基饱和度（）、全钾（）、主根钙（）、主根铜（）的综合影响，这5个因子能共同决定其含量变异的47.60%；总皂苷主要受纬度（）、海拔（）、1月最低温（）、7月最高温（）、盐基饱和度（）、有效锌（）、主根钙（）、主根铜（）的综合影响，这8个因子能共同决定其含量变异的66.10%。

表5 三七主根皂苷组分的逐步回归方程Table 5 Stepwise regression equation of saponin components in taproot of Panax notoginseng

2.3.1 主根三七皂苷R与生态因子的通径分析

通径分析是通过自变量与因变量之间表面直接相关性的分解，研究自变量对因变量的直接重要性和间接重要性，从而为统计决策提供可靠的依据，用公式可表达为=+，其中为单相关系数、为直接通径系数、为间接通径系数。决策系数（）是反映自变量对因变量综合作用大小的参数，利用决策系数可以对通径分析结果进行明确的判断，并确定主要决定性变量和限制性变量，决策系数计算公式为R=2Pr-P，式中P为直接通径系数、r为单相关系数。

由表6可知，三七皂苷R直接通径系数绝对值排序为纬度（）＞活动积温（）＞pH（）＞7月平均温（）。的间接通径系数总和大于直接通径系数，且方向相反，抵消了直接通径的作用，致使其对三七皂苷R的总效应方向改变；其余因子对三七皂苷R的直接作用大于间接作用，其中的直接作用与间接作用方向相反，削弱了各因子对三七皂苷R的总效应，的直接作用与间接作用方向相同，加强了直接通径作用。

表6 主根三七皂苷R1与生态因子的通径分析Table 6 Path analysis between ecological factors and notoginsenoside R1 in taproot of Panax notoginseng

4个因子的决策系数的大小依次为＞＞＞，其中、、为正，以最大，说明、、是三七皂苷R的主要决策因子，且是三七皂苷R的最主要决策因子。为负，其决策系数绝对值在4个入选因子中最高，说明是三七皂苷R的最主要限制因子。、、的决策系数绝对值较高（＞0.001），且地域性明显，说明主根三七皂苷R有一定的地域特征。但由于这几个因子只能决定其含量变异的35.92%，说明主根三七皂苷R还受其他因素的影响。

2.3.2 主根人参皂苷Rg与生态因子的通径分析

由表7可知，人参皂苷Rg直接通径系数绝对值排序为7月最高温（）＞1月最低温（）＞纬度（）＞主根铜（）＞主根钙（）。对人参皂苷Rg的间接作用总和大于直接作用，且方向相反，大幅削弱了其对人参皂苷Rg的直接效应；其余因子对人参皂苷Rg的直接作用均大于间接作用总和，其中的直接作用与间接作用方向相反，削弱了各因子对人参皂苷Rg的综合效应；的直接作用与间接作用方向一致，加强了各因子对人参皂苷Rg的综合效应。

表7 主根人参皂苷Rg1与生态因子的通径分析Table 7 Path analysis between ecological factors and ginsenoside Rg1 in taproot of Panax notoginseng

2.3.3 主根人参皂苷Rb与生态因子的通径分析

由表8可知，人参皂苷Rb直接通径系数绝对值排序为盐基饱和度（）＞湿度（）＞主根钙（）＞全钾（）＞主根铜（）。仅的间接通径系数总和大于直接通径系数，其余因子直接通径系数均大于间接通径系数总和。的直接通径系数和间接通径系数总和方向相反，对直接通径的效果有所削弱，、的直接通径系数和间接通径系数总和方向相同，增强了各因子对主根人参皂苷Rb的总效应。

表8 主根人参皂苷Rb1与生态因子的通径分析Table 8 Path analysis between ecological factors and ginsenoside Rb1 in taproot of Panax notoginseng

2.3.4 三七主根总皂苷与生态因子的通径分析

由表9可知，总皂苷直接通径系数绝对值依次为1月最低温（）＞纬度（）＞7月最高温（）＞海拔（）＞盐基饱和度（）＞主根钙（）＞主根铜（）＞有效锌（）。、对总皂苷的间接作用总和大于直接作用，且方向相反，从而改变了直接通径对总皂苷的作用方向；其余因子对总皂苷的直接作用大于间接作用总和，其中、、、的直接作用与间接作用总和方向相反，削弱了各因子对总皂苷的总效应；、的直接作用与间接作用总和方向相同，增强了各因子对总皂苷的直接作用，使、与总皂苷的相关性较高。

表9 三七主根总皂苷与生态因子的通径分析Table 9 Path analysis between total saponins in taproot of Panax notoginseng and ecological factors

3 讨论

本研究中，供试三七主根总皂苷含量均达到国家药典要求，贵州、文山、滇西总皂苷含量显著高于文山周边、昆明、曲靖、四川-重庆。与赵江的研究结果相比，道地产区文山总皂苷含量较为一致，昆明周边、滇西总皂苷含量偏低，这可能与采样范围、片区划分不一致有关。陈茵对云南省21个产区三七皂苷组分含量进行研究，发现云南省传统产区与新产区皂苷组分含量均无显著差异，与本研究结果不同，可能是采样点较少及采样范围不一致所致。孟祥霄等对326个三七样点进行产地适宜性研究发现，云南东南部、贵州西南部是最适栽培区，与本研究结果较为一致。林洁等也指出，贵州种植三七的品质良好。因此，为了保证三七质量稳定，可考虑在贵州西南部引种种植三七。

综合相关分析、逐步回归和通径分析结果，主根三七皂苷R与土壤pH、纬度、7月平均温呈显著负相关，土壤pH、纬度是其主要决定性因子，7月平均温是其主要限制因子。因此，要获得高主根三七皂苷R含量，需要控制在低纬度和低土壤pH的地域，且7月平均温需限制在较低范围；主根人参皂苷Rg含量主要受1月最低温、7月最高温和纬度的制约，三者均为Rg的限制性因子，其中以1月最低温影响最大，说明较高的1月最低温和7月最高温，较低的纬度可获得较高的Rg含量；主根人参皂苷Rb含量主要受大气湿度和主根钙的影响，两者均为其决定性因子，均与Rb呈极显著正相关，因此，高的大气湿度和土壤钙含量可获得高Rb含量。三七主根总皂苷主要受1月最低温、纬度、主根钙、主根铜的影响，高的1月最低温、较低的纬度和高的主根钙、铜含量可获得高的总皂苷含量。三七中钙、铜含量和土壤中有效态钙、铜含量显著相关，这也与目前三七产区绝大多数在石灰岩母质上相一致。三七主根单体皂苷Rg、Rb远高于R，R仅占总皂苷的5%～9%。因此，三七主根总皂苷含量主要取决于Rg、Rb含量的高低。综合考虑，较高的1月最低温、大气湿度、土壤钙含量，较低的纬度、7月平均温是获得三七主根高皂苷含量的关键。

4 结论

（1）三七主根皂苷组分及总皂苷含量均具有地域性特征，三七皂苷R含量较高的是滇西、文山、昆明，人参皂苷Rg、人参皂苷Rb、总皂苷含量较高的为文山、滇西、贵州。

（2）三七主根三七皂苷R与土壤pH、纬度、7月均温呈显著负相关，土壤pH、纬度是其主要决定性因子，7月平均温是其主要限制因子。三七主根人参皂苷Rg含量主要受1月最低温、7月最高温和纬度的制约，三者均为人参皂苷Rg的限制性因子，其中以1月最低温影响最大。三七主根人参皂苷Rb含量主要受大气湿度和主根钙含量的影响，二者均为其决定性因子。三七主根总皂苷主要受1月最低温、纬度、主根钙含量、主根铜含量的影响，高的1月低温，较低的纬度，高的主根钙、铜含量可获得高的总皂苷含量。

（3）较高的1月最低温、大气湿度、土壤钙含量，较低的纬度、7月平均温是获得三七主根高皂苷含量的关键。