土壤因子与华重楼生物量和药效成分含量相关性分析

夏科　赵志国　吴巧芬　李秀娟　郑文俊　仇硕

摘 要：  為研究土壤因子对华重楼生长和药效成分积累的影响，该研究利用高效液相色谱技术（HPLC）以及相关性和多元线性回归分析方法，测定了华重楼不同产地土壤成分、样品的生物量和重楼皂苷的含量，分析了土壤因子与华重楼生物量和药效成分的相关性。结果表明：（1）不同产地土壤成分和华重楼产量及其重楼皂苷含量均有差异。（2）相关性分析显示，干重与有机质、全氮、碱解氮显著正相关，重楼皂苷Ⅰ与有机质和速效磷显著正相关，重楼皂苷Ⅱ与速效磷和速效钾显著正相关，而重楼皂苷Ⅶ与土壤各因子的相关性不显著。（3）多元线性回归分析显示，影响干重的主导因子为碱解氮，影响重楼皂苷Ⅰ的主导因子为有机质，影响重楼皂苷Ⅱ的主导因子为速效磷，而重楼皂苷Ⅱ与碱解氮呈线性负相关。综合分析认为，影响华重楼干重的土壤因子主要是碱解氮，而影响华重楼皂苷含量的土壤因子主要为有机质和速效磷，该研究结果为华重楼的人工栽培提供了理论依据。

关键词： 华重楼， 土壤因子， 产量， 重楼皂苷， 相关性分析

中图分类号：  Q945文献标识码：  A文章编号：  1000-3142（2023）06-1080-08

Correlation analysis between soil factors with biomass and medicinal components of Paris polyphylla var. chinensis

XIA Ke1， ZHAO Zhiguo1， WU Qiaofen1， LI Xiujuan1， ZHENG Wenjun2， QIU Shuo1，2*

（ 1. Guangxi Key Laboratory of Plant Functional Phytochemicals and Sustainable Utilization， Guangxi Institute of Botany， Guangxi

Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences， Guilin 541006， Guangxi， China; 2. College of

Tourism ＆ Landscape Architecture， Guilin University of Technology， Guilin 541006， Guangxi， China ）

Abstract：  Inorder to study the effect of soil factors on the growth and medicinal component of Paris polyphylla var. chinensis， the biomass and the polyphyllin contents of different samples from different origins were determined， soil composition was measured， and the correlations between soil factors biomass and medicinal components were analyzed. The results were as follows： （1） There were differences in soil composition in different place， while the yield and polyphyllin content in samples in different places were quite different. （2） Correlation analysis showed that the dry weight was significantly positively correlated with organic matter， total nitrogen， and alkaline nitrogen， the polyphyllin I content was significantly positively related with organic matter and available phosphorus， the polyphyllin Ⅱ content was significantly positively correlated with available phosphorus and available potassium. （3）Multiple linear regression analysis showed that the dry weight was dominantly affected by alkaline nitrogen， the polyphyllin I was dominantly affected by organic matter， the polyphyllin Ⅱ was dominantly affected by available phosphorus， and was linear negatively correlated with alkaline nitrogen. In summary， the main soil factors affecting dry weight was alkaline nitrogen， the main soil factors affecting the polyphyllin total content was organic matter and available phosphorus. The results provide a support for the artificial cultivation.

Key words： Paris polyphylla var. chinensis， soil factor， yield， polyphyllins， correlation analysis

华重楼（Paris polyphylla var. chinensis）为百合科（Liliaceae）重樓属（Paris L.）多年生草本植物，主要分布于我国云南、贵州、广西、四川等地，为七叶一枝花变种之一（中国植物志，1978），华重楼与云南重楼为《中国药典》收入的2个重楼属基源植物。华重楼以根茎入药，具有清热解毒、消肿止痛、凉肝定惊之功效，是云南白药等多种中成药的主要原料（中华人民共和国药典，2020）。现代化学和药理研究表明，华重楼中主要活性成分为重楼皂苷，临床上常被用于抗肿瘤、抗菌、止血、镇痛等（刘帅等，2020）。

药用植物的药效成分及其含量是衡量中药质量的重要指标。药效成分大多为次级代谢产物，既受自身遗传因素的影响，也受生长环境因素的影响（吴庆生等，2002；卜静等，2012；任平等，2019）。重楼属植物主要药效成分为重楼皂苷，其含量的积累受土壤水分（梁娟等，2014）、环境温度（梁娟等，2016）、光质（李铂等，2019）以及土壤肥力（郑梅霞等，2020）等因素的影响较大，而受经纬度和海拔高低的影响较小。刘哲等（2019）报道了氮、磷、钾配施有利于提高华重楼块茎生物量及总皂苷含量；刘哲等（2020）研究发现，速效磷和速效钾是影响皂苷含量的主要土壤因子。近年来，华重楼的人工种植越来越多，各种林下套种、遮阴种植、露天种植均有进行，但产量和质量差别较大，如皂苷总含量有的高达5.08%，有的则达不到《中国药典》规定标准0.6%，有的成分含量很低或检测不到（刘哲等，2020）。造成这种现象的原因至今未见有报道。鉴于此，有关土壤因子等对重楼属植物特别是华重楼和滇重楼的生长及药效成分积累的影响仍需要更多研究和进一步分析。

本研究收集我国广西、湖南等地不同种植环境的华重楼及生长地土壤，并调查样品的生长势，测定其鲜重和干重；提取重楼皂苷成分，并利用高效液相色谱技术（HPLC）检测重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ的含量；同时，检测土壤的pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷及速效钾的含量；采用相关性和多元线性回归法分析土壤因子与干重和重楼皂苷含量之间的相关性，进而分析土壤因子对华重楼干重和重楼皂苷含量的影响，以期为华重楼的人工栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

华重楼的种植地为广西资源的两水乡、瓜里乡、梅溪镇和广西那坡龙谷乡、广西融水杆洞乡以及湖南新宁崀山镇，种植方式分为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

S1：广西资源两水乡、落叶阔叶林；S2：广西资源瓜里乡、杉木林；S3：广西资源瓜里乡、毛竹林；S4：广西资源梅溪镇、75%的遮阳网；S5：湖南新宁崀山镇、落叶阔叶林；S6：广西那坡龙合乡、落叶阔叶林；S7：广西融水杆洞乡、露地栽培。种植地均为海拔600 ～1 300 m的山区，除了S4和S7以外，其余种植地林下郁闭度均在0.7以上。种苗均为根茎分株繁殖苗，种植时间4 a，每个种植地的管理基本保持一致。

1.2 样品采收和指标测定

每年观察植株长势情况，于种植后第4年的10月，采用等距取样法采挖根茎，每个种植地选择3个采样点，每个采样点面积为1 m × 2 m，每个采样点随机采挖9株，洗净，去根，称取鲜重，置于烘箱烘干至恒重，称干重，并分别检测重楼皂苷Ⅰ、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷Ⅶ的含量，计算出这3种皂苷的总和，同时分别采挖种植地土壤，进行土壤营养成分分析。

1.3 重楼皂苷的提取

重楼皂苷提取参照2020年版《中国药典》的提取方法（中华人民共和国药典，2020）。取干粉末过3号筛，精密称定0.5 g，置于具塞锥形瓶中，加入乙醇25 mL，称定重量，加热回流30 min后，放冷，再称定重量，用乙醇补足减失的重量，摇匀，滤过，取续滤液进行HPLC检测重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ的成分。

1.4 重楼皂苷的高效液相检测

对照品溶液配制：对照品均由成都恩斯特生物技术有限公司提供，精密称取重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ各对照品适量，分别加入甲醇溶解，配制成含重楼皂苷Ⅰ 0.563 mg·mL-1、重楼皂苷Ⅱ 0.506 mg·mL-1、重楼皂苷Ⅶ 0.507 mg·mL-1的混合对照品溶液。

色谱条件（Wu et al.， 2012）：流动相乙腈（A）-水（B），梯度洗脱（0～40 min，30%～60% A；40～45 min，60%～90% A；45～55 min，90% A；55～56 min，90%～30%A；56～64 min， 30% A）；检测波长203 nm；体积流量1.0 mL·min-1；柱温35 ℃；进样量10 μL。

1.5 土壤成分检测

土壤的pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别按照林业标准（LY/T 1239—1999、LY/T 1237—1999、LY/T 1228—2015、LY/T 1232—2015、LY/T 1234—2015、LY/T 1228—2015、LY/T 2445—2015、LY/T 2445—2015）进行测定，根据全自动间断化学分析仪（Dechem-Tech CleverChem 380）分析结果进行统计，每个样品进行3次重复。

1.6 数据分析

重楼皂苷含量按外标一点法计算。计算公式：

皂苷含量（%）=（A1×C×V×100）/（A2×W×1 000）。

式中： A1为样品峰面积；A2为对照品峰面积；C为对照品浓度；V为稀释倍数；W为样品称样量；统计数据使用Excel和SPSS 19.0软件处理；品种的聚类分析使用SPSS 19.0软件进行分析；皂苷成分与土壤等相关性分析和多元线性回归法分析使用SPSS 19.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植地土壤条件及华重楼生长情况比较

不同种植地土壤特性及华重楼生长情况见表1和表2。由表1可知，7个样本的pH值在4.73～6.48之间，均为酸性土壤，瓜里乡、崀山镇、龙合乡生长地的有机质含量较丰富，瓜里乡杉木林、梅溪镇、崀山镇、龙合乡土壤全氮含量较丰富，梅溪镇和崀山镇全磷含量较丰富，除了两水乡和杆洞乡外，其余种植地碱解氮含量较丰富，梅溪镇速效磷含量较丰富，崀山镇速效钾含量较丰富。由表2可知，S2和S6鲜重分别为167.45 g和178.45 g，差异不大，而两者的干重分别为52.33 g和63.73 g，差异较大（P＜0.05），表明S2鲜货的含水量比S6高，而S6干重显著高出其他种植地样品1.2～8.6倍；露地种植的S7产量最低，干重仅为7.40 g，远低于其余样品（P＜0.05）；同一地区不同生长环境的2个样品，干重存在差异，S2是S3的1.91倍。由表2还可知，林下栽培或遮阳种植的样品生长较好，植株比较健壮，而露地种植的样品产量比较低，长势较差、植株比较弱小，表明光照强度会影响其生长。

2.2 不同种植地对重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ含量的影响

样品及混合对照品的离子色谱图见图1，根据各组分的峰面积计算出样品中3种重楼皂苷含量，皂苷含量统计见表3。由表3可知，不同的生长地根茎重楼皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ以及3种皂苷的总含量均有有差异。从3种皂苷总量来看，S2含量最高，为1.773%，与其他样品差异显著（P＜0.05）；S1、S3、S6、S5含量较高，其中S5和S6含量超过1.00%， S1和S3含量分别为0.886%和0.927%，均超过《中国药典》规定0.600%的限量标准；S4和S7含量较低，分别为0.536%和0.520%，均未达标。S6和S5的重楼皂苷I含量较高，分别为0.650%和0.547%，高于其他5个样品的重楼皂苷I，而S7未检测到该成分； S5重楼皂苷Ⅱ含量最高，为0.386%，其次是S6的样品，含量为0.245%，而其他5个样品的重楼皂苷Ⅱ含量不足0.2%；S2重楼皂苷Ⅶ含量最高，为1.387%，与其他6个样品差异显著（P＜0.05），而其他6个样品的重楼皂苷Ⅶ含量不足0.5%。

2.3 土壤因子与华重楼干重和重楼皂苷含量之间的相关性分析

将华重楼干重、重楼皂苷I、重楼皂苷Ⅱ、重楼皂苷Ⅶ、土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、 速效磷、 速效钾的含量进行相关性分析， 结果见表4。由表4可知，干重与碱解氮、全氮及有机质显著正相关，而与土壤pH值和全钾呈负相关；此外，干重与重楼皂苷I显著性正相关，而与重楼皂苷Ⅶ呈负相关。重楼皂苷I与有机质和速效磷呈显著性正相关，与速效钾其次，而与pH值、全磷和全钾呈负相关。重楼皂苷Ⅱ与速效磷和速效钾呈显著性正相关，而与全钾和碱解氮呈负相关。重楼皂苷Ⅶ与全钾相关性最高，与碱解氮、有机质和土壤pH值其次，而与全氮、全磷、速效磷、速效钾呈负相关。

以干重（Y1）、重樓皂苷Ⅰ（Y2）、重楼皂苷Ⅱ（Y3）及重楼皂苷Ⅶ（Y4）等反应根茎质量的指标为因变量，以pH （X1）、有机质（X2）、全氮（X3）、全磷（X4）、全钾（X5）、碱解氮（X6）、速效磷（X7）和速效钾（X8）等反应土壤的因子为自变量，进行多元线性逐步回归法分析，分析4个因变量与8个自变量之间的线性关系（表5）。由表5可知，干重（Y1）回归方程的决定系数为0.986，与碱解氮（X6）呈线性正相关，说明碱解氮是影响华重楼干重的主导因子。重楼皂苷Ⅰ（Y2）回归方程的决定系数为0.830，与有机质（X2）呈线性正相关，说明有机质是影响重楼皂苷Ⅰ的主导因子。重楼皂苷Ⅱ（Y3）回归方程的决定系数为0.982，与速效磷（X7）呈线性正相关，而与碱解氮（X6）呈线性负相关，说明速效磷是影响重楼皂苷Ⅱ的主导因子。重楼皂苷Ⅶ（Y3） 未拟合出回归方程。

综合相关性分析及多元线性逐步回归分析，影响华重楼干重的主要因子是碱解氮，影响重楼皂苷Ⅰ的主要因子是有机质，影响重楼皂苷Ⅱ的主要因子速效磷。因此，影响华重楼生物量和药效品质的主要土壤因子有碱解氮、有机质和速效磷。

3 讨论与结论

土壤因子是生态系统的关键因子，会直接影响中药材生长发育及有效成分的积累（陈文霞和谈献和，2006）。合理的氮磷钾配施不仅可以提高中药材产量和品质，还可以提高肥料利用率。然而，关于氮磷钾影响华重楼产量和品质的报道不多，刘哲等（2019）报道了一定比例的氮、磷及钾肥有利于提高华重楼根茎产量及总皂苷含量。本研究调查土壤因子对华重楼产量和药效成分的影响，发现根茎产量主要受碱解氮影响，其次是有机质和全氮，而与土壤pH值和钾含量呈负相关，这与苏泽春等（2015）报道影响云南重楼根茎产量的主要影响因子为碱解氮、有机质和全氮的结果一致。本研究还发现，华重楼不同皂苷成分含量差别较大，与土壤因子之间的相关性不同，其中重楼皂苷Ⅰ和重楼皂苷Ⅱ主要受速效磷、速效钾和有机质的影响；重楼皂苷Ⅶ与全钾、碱解氮和有机质呈正相关，而与速效磷和速效钾呈负相关。这与前人研究土壤因子与华重楼以及云南重楼中重楼皂苷（Ⅰ、Ⅱ、Ⅶ）的相关性不完全一致（杨永红等，2012；刘哲等，2020）。土壤中的有机质在提供氮源的同时也能有效促进土壤中全磷的降解， 从而在提高根茎增产和药效积累中起到协同促进作用。由于植物药效成分受自身遗传因素以及小气候环境等各方面的影响，造成这种不一致的原因还值得深入研究。重楼皂苷Ⅶ与根茎产量、重楼皂苷Ⅰ及重楼皂苷Ⅱ均呈负相关，而与全钾含量相关性最高；根茎产量、重楼皂苷Ⅰ及重楼皂苷Ⅱ与全钾均呈负相关。样品采样地瓜里杉木林皂苷总含量（1.773%）远高于其他样品的原因主要是重楼皂苷Ⅶ含量（1.387%）较高，这可能与该土壤地全钾含量（51.60 g·kg-1）相对较多有关，这说明土壤因子钾可能在华重楼产量及药效成分积累中具有重要作用。

本研究中，土壤pH值对华重楼3种药效成分的影响不显著，也无规律，而云南重楼根茎皂甙含量随土壤pH值增加呈现升高的趋势（毛玉东等，2011），说明华重楼与云南重楼对土壤酸碱度的土壤环境需求可能不同。此外，生长地光照、温度、水分等环境条件对华重楼生长及有效成分积累的有影响。从总体上分析，7个不同地区的华重楼药效成分表现为林下＞遮阳＞露地，而李海涛等（2014）认为，当云南重楼林下栽培环境越接近野生环境时，重楼皂苷含量就越高，原因可能是因林下富含较多的腐殖叶而导致土壤有机质较高，而毛竹林则因毛竹丰富的根系吸收了很多土壤养分而造成产量和品质降低。因此，根据种植环境及土壤因子的相关性综合分析，人工种植华重楼时，同时选择腐殖质较高的林地种植，同时配合施用腐熟有机肥与磷肥作为基肥来改善土壤环境。

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（责任编辑 蒋巧媛 王登惠）

收稿日期：  2022-06-16

基金项目：  广西重点研发计划项目（桂科AB18294026）; 广西自然科学基金（2020GXNSFAA297260）; 广西科学院基本业务费项目（2018YJJ909， CQZ-E-1919）; 科技创新基地建设类项目（2021ZYZX2063）。

第一作者： 夏科（1985-），硕士，助理研究员，主要从事药用植物栽培及生理生化研究，（E-mail）xiake4502@163.com。

*通信作者：  仇硕，博士，副研究员，主要从事园林植物栽培生理和分子生物学研究，（E-mail）qiushuo001@163.com。