不同产地三七总皂苷和土壤矿质元素、水质的相关性分析

杨 勇，梁 文**，赵亮庆，钱华丽，周治国，高铁燕，罗新文，焦芝琳，李庆华，余垒柱，祝千惠，季鹏章,3**

(1.文山州质量技术监督综合检测中心，云南 文山 663600；2.云南中医药大学 中药学院，云南 昆明 650500；3.云南中医药大学 南药研究院中药材栽培研究所，云南 昆明 650500)

三七[Panax notoginseng（Burk.）F.H.Chen]为五加科人参属植物，根和根茎供临床使用[1].三七主产地为中国云南、广西等省（区），云南文山是三七的道地产区，文山州的低纬高原生态环境是形成文山三七道地性的决定因素[2].三七用于治疗咯血、吐血、衄血、便血、崩漏、外伤出血、胸腹刺痛、跌扑肿痛[3]等.自古以来三七被普遍应用在多种方剂中，如复方丹参丸、地奥心血康、云南白药、血塞通等.近年来，三七除应用在医药行业外，也被广泛用于化妆品和保健品，每年对三七的需求量达到8 000 t[4].三七是中国最常用大宗药材之一，但因其适宜生境狭窄，要有特定的温度、光照、水分，种植范围较小，仅分布在北纬 23°30′附近的中高海拔地区，主要为云南、广西等地，忌连作性很强，可流转土地轮作紧张，已致其连作障碍十分严重[5].文山州是三七的道地产区和主要产区，受三七连作障碍的影响，三七种植地逐渐向外扩展，在大理、红河、普洱等地均有种植，且种植面积正在不断扩大[6].三七适应种植海拔也从1 200～2 000 m 的地区转向更高海拔、高纬度的低温地区引种，造成其种植带逐渐向以冬春季极端低温和易持续低温天气为主的北方转移[7-8].目前有关不同产地三七种植地三七总皂苷及其土壤矿质元素、水质的相关性报道较少.本文对昆明、曲靖、保山、楚雄、红河、文山等不同三七产区的92 个样本中三七总皂苷质量分数进行分析，同时对其中45 个土壤样本矿质元素、灌溉水质进行分析，旨在探讨不同产地三七种植地三七总皂苷及其土壤矿质元素、水质的相关性，了解不同产地、土壤矿质元素、水质对三七总皂苷含量的影响，为三七异地引种种植提供基础数据和参考.

1 材料与方法

1.1 供试材料2018 年1 月—2019 年10 月，分别从云南省昆明市（K）、曲靖市（Q）、保山市（B）、楚雄彝族自治州（C）、红河哈尼族彝族自治州（H）、文山壮族苗族自治州（W）共6 州市三七种植基地采集正常生长、长势一致的三年、二年生三七样本共92 个；采集土壤样本45 份及其对应灌溉水样本45 份，具体信息见表1.将采集到的92 个三七样本（主根）去泥洗净，自然晾干，粉碎至细度350 μm以下，干燥密封备用.

表1 样品信息表Tab.1 Sample Information

1.2 实验方法

1.2.1 三七皂苷质量分数测定 用高效液相色谱仪法（HPLC、UPLC）检测92 个三七样本（主根）三七总皂苷含量.用十八烷基硅烷键合胶为填充剂，乙腈和水为流动相，GB/T19086—2008 法[9][V（乙腈）∶V（水），0 min，20∶80；6 min，30∶70；14 min，40∶60；20 min，30∶70；30 min，20∶80]进行梯度洗脱；流速每分钟0.5 mL；检测波长203 nm；精密称取对照品人参皂苷Rg1、Rb1 及三七皂苷R1 加70%甲醇制成含对照品约1 mg/mL 的溶液，绘制标准曲线.称取三七粉末样品2 g，加入8～10 倍量甲醇，超声提取60 min，离心，重复提取3 次，合并上清液，浓缩，然后用0.5 μm 滤膜过滤，定容至50 mL.用高效液相色谱仪法进行检测.根据对照品溶液质量浓度的标准曲线计算提取液的质量浓度.

1.2.2 灌溉水检测 用GB 5084—2005 中的方法分别检测45 个灌溉水样本的pH、氯化物、硫化物、钙、钾、镁、硼、全盐质量浓度（mg/L）[10].

1.2.3 土壤检测 GB 15618—2018 中的方法分别检测45 个土壤样本的酸碱度、全氮、有效磷、全钾、全钙、全镁、有效硫、有效硅、有机质和重金属铅、砷、镉、汞质量比[11].

1.2.4 数 据 分 析 使 用Excel 进 行 数 据 整 理、SPSS21.0 进行相关性、主成分分析、多重比较分析.

2 结果与分析

2.1 二年生三七和三年生三七皂苷质量分数测定结果测定了6 个州（市）共92 个二年生、三年生三七样品三七皂苷质量分数，具体结果如表2 所示.二年生三七63 个样本皂苷质量分数平均为5.60%，从高到低依次为文山＞保山＞昆明＞楚雄＞红河＞曲靖，最大值是文山市81 号样品（8.9%），最小值是石林县45 号样品（3.9%），各地区间皂苷含量不具显著性差异.三年生三七29 个样本皂苷质量分数平均为7.87%，文山＞楚雄＞保山＞昆明＞曲靖＞红河，最大值是文山富宁县86 号样品（13.2%），最小值是红河泸西县37 号样品（5.7%），各地区间皂苷质量分数具有显著性差异.依据GB/T 19086—2008 第5.7 条规定三七（主根）总皂苷质量分数：合格品≥5.0%，优等品≥5.5%.二年生三七合格率平均为73.16%，从高到低依次为保山（100%）＞文山（93.75%）＞红河（58.33%）＞曲靖（53.85%）＞昆明（25%）＞楚雄（0）.三年生三七合格率平均为100%，各地区三年生样本皂苷含量均合格.

表2 二年生和三年生三七总皂苷质量分数Tab.2 Total saponin contents of two years and three years P.notoginseng

2.2 种植土壤检测结果共研究了6 个州、市共45 份种植土壤13 个成分质量比，多重比较（Duncan 新复极差法）的结果显示：不同地州土壤中全氮、全钙、有效磷、有效硅、有机质、汞和pH等7 个成分差异并不显著，有效磷、全钾、全镁、铅、镉和砷等6 个成分差异显著（表3）.全氮平均值为0.19%，保山＞曲靖＞文山＞红河＞昆明＞楚雄；有效磷平均值115.9 mg/kg，昆明＞文山＞曲靖＞红河＞楚雄＞保山；全钾含量平均值1.88 g/kg，保山＞红河＞文山＞昆明＞曲靖＞楚雄；全钙平均值3.24 g/kg；保山＞红河＞文山＞昆明＞曲靖＞楚雄；全镁平均值3.36 g/kg；保山＞昆明＞红河＞文山＞曲靖＞楚雄；有效硫平均值64.3 mg/kg，昆明＞曲靖＞楚雄＞文山＞保山＞红河；有效硅平均值226.91 mg/kg，昆明＞曲靖＞楚雄＞文山＞保山＞红河；有机质平均值48.25 g/kg，曲靖＞保山＞文山＞楚雄＞红河＞昆明；铅平均值74.32 mg/kg，文山＞保山＞红河＞昆明＞曲靖＞楚雄；镉平均值0.65 mg/kg，曲靖＞文山＞红河＞昆明＞保山＞楚雄；汞平均值0.181 mg/kg，文山＞红河＞曲靖＞昆明＞保山＞楚雄；砷平均值83.81 mg/kg，红河＞文山＞保山＞昆明＞曲靖＞楚雄；pH 平均值5.46，红河＞保山＞曲靖＞楚雄＞文山＞昆明；在本研究中，所研究土壤pH 均小于6，偏酸性.综合分析可见，在6 个地州中，8 种土壤矿质元素保山、昆明等含量高，而文山为中等水平.文山土样4 种重金属含量均位居1～2 位，其中铅、汞质量比最高，分别为96.11、0.23 mg/kg.文山州7 个样本重金属砷质量比均超标.推测可能是多年种植三七时使用了多种农药，导致了砷等重金属的积累.

表3 不同产区土壤样品矿质元素质量比Tab.3 Content of soil mineral elements of samples in different producing areas

2.3 灌溉水检测结果共研究了6 个州、市共45份灌溉水8 个成分质量浓度，不同州市灌溉水质硫化物、钙、钾差异不显著，氯化物、镁、全盐量和pH差异均不大（表4）.氯化物平均值6.41±5.85 mg/L，红河＞曲靖＞文山＞昆明＞保山＞楚雄；硫化物无差异，皆为0.1 mg/kg；钙平均值为31.75±22.26 mg/L，文山＞红河＞曲靖＞昆明＞楚雄＞保山；钾质量浓度平均值为1.64±1.42 mg/L，红河＞昆明＞文山＞楚雄＞曲靖＞保山；镁含量平均值为9.20±7.41 mg/L，红河＞昆明＞文山＞保山＞曲靖＞楚雄；全盐质量浓度平均值为166.40±116.77 mg/L，红河＞文山＞曲靖＞昆明＞楚雄＞保山；酸碱度pH 平均值为7.65±0.74，偏碱性，楚雄＞保山＞红河＞昆明＞文山＞曲靖；7 项指标中，红河氯化物、钾、镁、盐质量浓度平均值最高，文山钙平均值最高，全盐量第2.

表4 不同地区水样成分质量浓度Tab.4 Content of water samples in different regions

2.4 相关性分析

2.4.1 经纬度、海拔与三七总皂苷质量分数的相关性分析、回归分析 对经纬度、海拔及二年生三七、三年生三七总皂苷质量分数进行相关性分析（表5）.从表中可看出东经与三七总皂苷为正相关，但不显著；北纬、海拔与总皂苷有显著负相关关系.二年生三七总皂苷与北纬相关性为-0.492，与海拔相关性为-0.682，三年生三七与北纬相关性为-0.577，与海拔相关性为-0.592.表明无论二年生三七还是三年生三七，北纬、海拔和三七总皂苷质量分数相关性是显著负相关关系，并且受海拔影响更显著.为了进一步寻找三七总皂苷与纬度、海拔之间的相互关系，对其进行了线性回归分析（表5）.结果发现，三七总皂苷含量与北纬、海拔呈显著负相关.

表5 经纬度、海拔与总皂苷相关性、回归分析Tab.5 Correlation of latitude and longitude, altitude and total saponins, and regression analysis

2.4.2 种植土壤、灌溉用水与三七总皂苷质量分数的相关性分析 从选取的45 份样品测定了土壤、水质各成分含量，并对各个成分与总皂苷质量分数进行相关性分析（表6）.从表中可看出三七总皂苷与土壤中全镁、重金属砷、铅、钾、汞有极弱的相关性，相关性并不显著.与酸碱度、有效硫、全氮、有效磷、全钙、有效硅、有机质、镉呈弱负相关，均不显著；灌溉水中三七皂苷与酸碱度、镁、钾、全盐量、钙含量呈弱正相关，与氯化物呈弱负相关，但均不显著.

2.5 样本PCA 分析进一步对45 份样品土壤和水样18 种成分和三七总皂苷进行PCA 分析（表7）.根据Kaiser 准则及累积贡献率准则，前6 个主成分初始特征值均大于1 且累计贡献率达74.390%，说明前6 个成分代表了云南6 个不同地区种植土样和74.390%的变量信息.因此提取前6 个主成分因子进行分析.前6 个主成分的因子负荷量（表8），第1 主成分因子负荷量较大的是土样中全钙和有效硅，第2 主成分因子负荷量较大的是水样中全盐量、氯化物和钙，第3 主成分因子负荷量较大的是土样中全氮和有机质，第4 主成分因子负荷量较大的是土样中汞、铅和砷，第5 主成分因子负荷量较大的是土样中钾和镁，第6 主成分因子负荷量较大的是三七皂苷、水样中镁和pH.

表7 不同地区三七土样和水样成分的PCA 分析Tab.7 PCA analysis soil and water samples of notoginseng in different regions

表8 旋转成分矩阵Tab.8 The rotation composition matrix

3 讨论

三七对种植地的选择有较高要求，多在海拔约为1 200～2 000 m，年温差较小，常年湿润的坡地[12].目前三七最适宜种植地为文山丘北县、广南县、西畴县、砚山县、马关县，文山周边部分地区也有适宜三七生长的环境[13].研究采集了6 个不同地区的三七进行质量分数测定，文山的三七总皂苷质量分数最高，其次是红河，表明文山是三七的最适宜产区.Li 等[14]测定了不同产地三七的皂苷的质量分数，发现不同产地三七皂苷质量分数存在显著差异.孙玉琴等[15]比较了云南省11 个产区的三七中人参皂苷 Rb1、Rg1 和三七皂苷 R1 的总质量分数，发现不同产地三七中皂苷质量分数有较大差异.诸多研究者等也发现不同产地的三七皂苷含量存在显著差异性[16-18].引种三七主要成分组成与道地产区具有一致性，但其主要成分质量分数与道地产区所产三七存在一定的差异[19].引种三七各皂苷含量随年限递增，不同月份各皂苷含量不同，二年生三七6、7 和9 月总皂苷质量分数未达药典要求，三年生三七5 至12 月均符合药典要求[20].由上述文献分析可以发现三七异地种植对三七总皂苷等成分的形成影响显著.

三七对环境要求比较特殊，要有特定的温度、光照、水分，种植范围较小，仅分布在北纬23°30′附近的中高海拔地区，主要为云南、广西等地[5].影响三七地理分布的主要生态因子为最暖季降水量、气温的季节性、海拔、等温性、降水的季节性、月均温范围、最干月降水量、土壤体积密度和土壤质地[21].三七主根总皂苷质量分数以及各皂苷组分质量分数具有明显的地域特征，较高的1 月低温、大气湿度、土壤Ca 含量，较低的纬度、7 月均温是获得三七主根高皂苷的关键[22].1 月降水量和年温差是影响三七总皂苷的关键因子，降水较多的环境有利于黄酮的累积，却对总苷、多糖和三七素的累积有抑制作用[23].周润泽等[24]开展了不同温度对三年生三七各部位皂苷质量分数的影响，也发现三七主根三七总皂苷含量在20 ℃处理时最高，高于15 ℃和10 ℃处理，表明在较高温度下更适宜三七总皂苷的积累.中华人民共和国国家标准GB/T 19086—2008 中 5.1.5 条规定，地理环境应选择北纬23°30′附近，海拔1 200～2 000 m 之间的特定区域[9].根据国家标准GB/T 19086—2008 中5.7 条规定三七（主根）总皂苷质量分数：合格品≥5.0%，优等品≥5.5%为依据，三年生三七样本总皂苷质量分数（主根）均达到优等品以上；二年生三七合格率如表2 所示，约54%可评定为优等品.从检测出的二年生三七主根总皂苷质量分数分析来看，道地产区文山三七的合格率很高达93.75%.纬度较高的新产区合格率较低，如楚雄0、昆明25%、曲靖53.85%.可见纬度、海拔、温度等环境生态因子会影响三七总皂苷的积累.本文的研究结果也印证了上述观点.高纬、高海拔与三七总皂苷质量分数为显著负相关关系，文山北纬23°30′附近的中高海拔是三七适宜区域，其三七总皂苷质量分数积累高，这部分诠释了文山三七道地药材品质形成的原因.

三七是云南乃至中国重要的中药材，三七道地产区仅限于文山壮族苗族自治州等少数地区.近年来，三七种植地不断北扩，昆明、曲靖、楚雄、保山等地开始大面积种植三七，这些新产区三七的质量引起了广大消费者和患者的关注.不同产区的土壤质量、水质可能会影响三七的质量和重金属含量.本文研究结果表明高纬、高海拔会显著影响三七总皂苷的积累，土壤和水质中的矿质元素对三七总皂苷含量影响较小.研究结果部分诠释了文山三七道地药材品质形成原因，并为新产区三七引种提供了可靠、科学的依据.在新产区引种种植三七时，为保证三七质量达到2020 版《中国药典》要求，选地时宜谨慎，要充分考虑适宜的纬度和海拔，避免过高的纬度和海拔.

4 结论

纬度、海拔会显著影响三七总皂苷含量，高纬、高海拔不利于三七总皂苷的积累；土壤和水质中的矿质元素对三七总皂苷含量影响较小.在新产区引种种植三七时，选地时宜谨慎，要充分考虑适宜的纬度和海拔，避免过高的纬度和海拔.