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黃芪化學成分與生態(tài)因子的相關性論文
生態(tài)因子對藥用植物品質影響和道地藥材的形成是道地藥材研究的重要內容.氣候因子能直接或間接影響藥用植物的生長、發(fā)育、生殖、行為和分布,土壤無機元素能夠影響植物根系營養(yǎng)及生理代謝活動,促進植物的生長,影響藥用植物化學成分積累,最終影響中藥材品質.闡明生態(tài)因子對藥用植物化學成分積累的影響對生產(chǎn)實踐具有重要的指導意義.研究表明，日照時數(shù)、海拔和年降水量是影響憲活（Notopterygiumincisum)化學成分累積的主要因素;溫度對人參（Panaxginseng)皂苷活性成分的累積起主要作用;土壤類型與鐵皮石解(Dendrobiumofficinale)多糖含量呈顯著正相關，年降水量與金釵石斛（D.nobile)的石斛堿積累呈顯著正相關，溫度是影響鼓槌石斛（D.chrysotoxum)毛蘭素含量的主要因素@;西洋參（Panaxquinquefoli-um)化學生態(tài)型的形成和分化與其所在的氣候地理環(huán)境變異相關.
黃芪為豆科植物蒙古黃芪(Astragalusmembra-naceusvar.mongholicus)或月莫莢黃芪(A.membrana-ceus)的干燥根,其味甘,性微溫,歸肺、脾經(jīng)，具有補氣升陽、固表止汗、利水消腫、生津養(yǎng)血、行滯通痹、托毒排膿、斂瘡生肌之功效M.黃芪在我國已有2000多年的應用歷史，最初記載于《神農本草經(jīng)》位列上品，為補藥之長，應用于藥品食品等領域，目前以黃芪為原料生產(chǎn)的中成藥達200多種，是臨床應用最為廣泛的補益中藥.市場的大量需求引發(fā)了對野生黃芪資源的過度采挖,傳統(tǒng)道地黃芪主產(chǎn)區(qū)的野生黃芪瀕臨滅絕，已遠不能滿足市場需求.目前,我國商品黃芪已形成以人工栽培為主要來源,以蒙古黃芪為主流商品，傳統(tǒng)芪與栽培芪并存的資源格局.蒙古黃芪的主產(chǎn)區(qū)形成了山西、甘肅、內蒙古三大栽培主產(chǎn)區(qū).目前,對黃芪化學成分與生態(tài)因子相關性的研究尚未見報道.本文采用主成分分析和相關性分析法,研究了蒙古黃芪中化學成分與生態(tài)因子的相關性,為黃芪資源保護、引種馴化、田間種植、中藥材規(guī)范化生產(chǎn)(GAP)提供重要的參考資料.
1材料與方法
1.1材料
藥材為甘肅、內蒙古和山西3個黃芪主產(chǎn)區(qū)2年生蒙古黃芪，除去須根和根頭，曬干（表1).采集黃芪藥材的同時采集土壤樣品，以梅花形布點,用采土器取樣,混勻，用4分法縮分,封裝于自封袋中.
1.2測定項目與方法
1.2.1黃芪化學成分的測定采用超高效液相色譜法（UPLC)測定黃芪中毛蕊異黃酮苷、毛蕊異黃酮、山柰酣、芒柄花素、芒柄花苷、槲皮素6種黃酮類成分的含量M;采用超高效液相色譜法（UPLC)測定黃芪中黃芪皂苷（黃芪甲苷）的含量M;采用苯酣-硫酸法測定黃芪中黃芪多糖的含量(表2).
2.2黃芪產(chǎn)地土壤無機元素的測定土壤樣品室內自然晾干，研碎過100目篩.參考《電感偶合等離子體發(fā)射光譜方法通則標準》(JY/T015-1996)M測定土壤無機元素含量.精密稱量1g樣品于石英消解管中，加入硝酸與鹽酸的混酸約4mL,置于石墨加熱爐上,60°C消解12h,然后溫度提高到120°C趕酸2h,定容到25mL,取約20mL溶液過0.22^m濾膜,進ICP(電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀）分析，測定全量銅、鋅、錳、鈣、鎂、鐵、砸、硼、鋁、鈉、鎳、鋇元素含量.取1g土壤樣品，加入0.5mol?L-1碳酸氫鈉浸提液,25C震蕩浸提1h,取浸提液過濾后稀釋,測定有效氮、有效磷和有效鉀含量.測定3次,取平均值（表3).各產(chǎn)地的氣候資料來自《中國氣象科學數(shù)據(jù)庫》（1971-2000年）,見表4.
1.3數(shù)據(jù)處理
采用Excel2003和SPSS18.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.米用單因素（one~wayANOVA)和Duncan法進行方差分析和多重比較（a=0.05),用Pearson
法對不同產(chǎn)地黃芪化學成分含量及土壤中無機元素含量做單因素方差分析.
2結果與分析
2.1黃芪化學成分含量分析
由表5可知，山西產(chǎn)地黃芪中黃芪甲苷、毛蕊異黃酮苷、芒柄花苷、山奈酣和黃芪多糖含量顯著高于內蒙古和甘肅兩地,說明山西產(chǎn)地黃芪質量較好.甘肅產(chǎn)地黃芪中毛蕊異黃酮和芒柄花素的含量顯著高于內蒙古、山西兩地，內蒙古產(chǎn)地黃芪中槲皮素含量顯著高于甘肅、山西.由圖1可見，山西產(chǎn)地黃芪主要分布在PCA圖的上方，即成分1的正值部分，說明分布在PCA圖上方的黃芪質量較好，內蒙古產(chǎn)地黃芪與山西產(chǎn)地黃芪分布距離較近,說明內蒙古黃芪與山西黃芪的質量相近,都較好.甘肅產(chǎn)地黃芪與山西產(chǎn)地黃芪距離較遠,且甘肅產(chǎn)地黃芪質量較差.
2.2黃芪產(chǎn)地土壤無機元素含量
由圖2可知，分析提取3個主成分.其中，主成分1的方差貢獻率為59.7%,主要由元素鎳、鋅、銅、鐵、砸組成；主成分2的方差貢獻率為14.6%,主要由鈣組成；主成分3的方差貢獻率為9.0%,主要由有效鉀組成.由表5可知，元素鋅、錳、鈣、砸、磷在3個黃芪主產(chǎn)地之間有顯著差異.主要表現(xiàn)為山西產(chǎn)地土壤中鋅、砸、有效磷元素顯著高于甘肅和內蒙古兩產(chǎn)地.甘肅與山西、內蒙古黃芪產(chǎn)地中土壤無機元素差異較大，且主要表現(xiàn)為鈣的差異.山西與內蒙古兩地土壤微量元素具有相似性.
2.3黃芪產(chǎn)地氣候因子的主成分分析
由圖3可知，提取2個主成分,成分1的方差貢獻率為59.2%,主要由年極端最高溫、年相對氣溫、7月最高溫、7月均溫和年降水量組成;成分2的方差貢獻率為37.1%,主要由年極端最低溫、1月最低溫、年日照時數(shù)和1月均溫組成.可見，各地相差較大的氣候因子主要有年極端最高溫、7月最高溫、7月均溫和年降水量.
2.4黃芪化學成分含量與土壤元素的相關性
由表6可知，黃芪甲苷含量與土壤中無機元素銅、鋅、鐵、砸、鈉、鎳、有效磷含量呈顯著正相關；毛蕊異黃酮苷含量與鈣呈顯著負相關；毛蕊異黃酮含量與鈣呈顯著正相關；山奈酚含量與鈣呈顯著負相關;芒柄花素與鈣呈顯著正相關，與鎂呈顯著負相關;芒柄花苷含量與鈣呈顯著負相關，與鎂呈顯著正相關;槲皮素含量與鈣、錳呈顯著負相關；黃芪多糖含量與鈣呈顯著負相關.可見，土壤無機元素鈣對黃芪藥材中化學成分含量的影響最大,其次是鎂、有效磷、鋅、砸、鎳、銅、鈉.
2.5黃芪化學成分含量與氣候因子的相關性
由表7可知，毛蕊異黃酮苷含量與7月均溫、年曰照時數(shù)、7月最高溫、年極端最高溫呈顯著正相關，與年均相對濕度呈顯著負相關；毛蕊異黃酮含量與年曰照時數(shù)、7月均溫呈顯著負相關，與年均相對濕度呈顯著正相關；山奈酚含量與年日照時數(shù)、7月均溫呈顯著正相關，與年均相對濕度呈顯著負相關;芒柄花素含量與年日照時數(shù)、7月均溫呈顯著負相關，與年均相對濕度呈顯著正相關;芒柄花苷含量與年均相對濕度呈顯著負相關，與7月均溫和年日照時數(shù)呈顯著正相關;槲皮素含量與年日照時數(shù)、7月均溫、7月最高氣溫和年極端最高溫呈顯著正相關,與年均相對濕度呈顯著負相關；黃芪多糖含量與年均相對濕度呈顯著負相關.可見，年均相對濕度、年曰照時數(shù)和7月均溫對黃芪中化學成分的積累影響最大.
3討論
山西產(chǎn)地黃芪甲苷、毛蕊異黃酮苷、芒柄花苷、山奈酣和黃芪多糖的含量高于內蒙古和甘肅兩地，說明山西產(chǎn)地黃芪質量最好，這與傳統(tǒng)認為山西為黃芪的道地產(chǎn)區(qū)一致.黃芪甲苷含量與元素銅、鋅、鐵、砸、鈉、鎳和有效磷呈顯著正相關，山西產(chǎn)地黃芪土壤中元素銅、鋅、鐵、砸、鈉、鎳和有效磷高于內蒙古和甘肅兩地.內蒙古產(chǎn)區(qū)黃芪與山西產(chǎn)地黃芪質量相近.
藥材品質是內因（基因型、生理生化過程）和外因（生態(tài)環(huán)境、農藝措施）綜合作用的結果，是藥用植物在一定生態(tài)條件和栽培技術下的綜合表現(xiàn)㈣.藥用植物的分布取決于地域的經(jīng)緯度、地形、地貌，在一定的經(jīng)緯度、地形、地貌條件下所具有的光照、溫度、水分等自然因子會對藥用植物的生長產(chǎn)生重要的作用M.地理因子通過外因影響著藥材品質.故黃芪藥材道地性的形成是產(chǎn)地經(jīng)緯度、地形、地貌等地理因子和該地理因子條件下所具有的光照、溫度、水分等自然因子綜合作用的結果.
本研究采用化學成分分析和生態(tài)因子研究相結合的方法,探索了3個黃芪主產(chǎn)地12批黃芪藥材中8種活性成分對10種氣候因子和15種土壤無機元素的響應，明確了對黃芪化學成分積累影響較大的氣候因子及土壤無機元素.在氣候因子中，年均相對濕度、年曰照時數(shù)和7月均溫對黃芪中有效成分的積累影響最大.黃芪藥材中化學成分的含量與年均相對濕度主要呈負相關，與7月均溫、年極端最高溫和7月最高溫主要呈正相關.這與索鳳梅等M有關黃芪主要分布在我國北部相對干旱的地區(qū)的研究結論一致.在今后的栽培生產(chǎn)和黃芪GAP基地選址中應充分考慮這些氣候因子.在土壤無機元素中，鈣對黃芪藥材中化學成分含量的影響最大，毛蕊異黃酮苷、山柰酣、芒柄花苷、槲皮素和黃芪多糖含量主要為負影響,表明隨著土壤鈣的增加，黃芪中毛蕊異黃酮苷、山柰酣、芒柄花苷、槲皮素和黃芪多糖的合成量有減少趨勢.但是這種影響并不是絕對的，因為鈣含量并不是單一變量，其他土壤無機元素和生態(tài)因子都在自然條件下有一定的不確定性，而且土壤中鈣也只是在一定范圍內.因此，土壤中無機元素鈣的含量顯著影響黃芪中化學成分的含量,從而影響藥材品質；而無機元素錳、鎂、鐵、鈉亦可通過影響黃芪化學成分的合成量而影響其品質.在生產(chǎn)實踐中，可通過在一定范圍內調控這些無機元素以增加黃芪化學成分的積累,從而提高黃芪藥材的質量.
中藥有效成分的積累受產(chǎn)地生態(tài)因子的影響，中藥材品質的優(yōu)劣與氣候、土壤、地形和水質等密切相關,氣候因子與土壤元素對中藥品質的影響已經(jīng)被大量的研究證明.本研究發(fā)現(xiàn)了對黃芪有效成分積累影響較大的氣候因子及土壤元素，但這些影響并不是孤立的，而是多種因子綜合作用的結果.生態(tài)因子對藥材品質影響研究應注意系統(tǒng)性，應用多元統(tǒng)計分析方法，不僅分析單因素對藥材品質的作用，同時分析不同因子相互作用對藥材品質的影響,加強多因素、定量化和綜合分析的研究.不同的植物對氣候因子的響應程度不同，對土壤無機元素的吸收亦不相同.因此,結合生態(tài)因子與遺傳信息的綜合作用對藥材品質的系統(tǒng)評價有待進一步研究.
自古以來,藥材的“地道性”局限于藥材的功效與產(chǎn)地的關系,而對藥材品質與環(huán)境關系的研究并不深入,未能揭示其本質和內在規(guī)律.目前，關于生態(tài)因子對藥材品質的影響研究主要集中在藥材品質上,而對品質形成過程中關鍵酶及相關生化過程的影響研究相當薄弱.加強生態(tài)因子對藥材品質形成過程中關鍵酶及相關生化過程的影響研究，可為進一步探討藥材品質形成機理奠定基礎.
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