北五味子有效成分含量與土壤因子的相關(guān)性分析

李 旭，孫文松*，劉 瑩*，楊正書(shū)

（1.遼寧省經(jīng)濟(jì)作物研究所，遼寧遼陽(yáng) 111000；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院藥用植物研究所，遼寧遼陽(yáng) 111000；3.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所遼陽(yáng)研究中心，遼寧遼陽(yáng) 111000）

五味子為木蘭科多年生落葉木質(zhì)藤本植物五味子[Schisandra chinensis（Turcz.）Baill.]的干燥成熟果實(shí)，具有收斂固澀、益氣生津、補(bǔ)腎寧心的功效[1]。野外常分布在溝谷、溪旁或山坡地帶，為遼寧道地藥材之一。由于五味子為果實(shí)入藥，種植后可連續(xù)多年收獲，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，目前在遼寧省約有9 000 hm2的五味子栽培基地，分布在遼寧省多個(gè)區(qū)域，鳳城、本溪桓仁縣均有大面積栽培，撫順新賓縣、清原縣，朝陽(yáng)市，遼中市，寬甸市，海城市也有五味子栽培基地。藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育和有效成分的積累與土壤的理化性質(zhì)和無(wú)機(jī)元素有著密不可分的關(guān)系，影響不同品種的藥用植物中有效成分含量的主導(dǎo)因子不盡相同[2-11]。目前關(guān)于五味子有效成分與土壤因子相關(guān)性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，有研究表明南五味子在栽培過(guò)程中應(yīng)注重氮素與鉀素的配合[12]。該研究以不同產(chǎn)地五味子果實(shí)及土壤為研究對(duì)象，采用相關(guān)分析、主成分分析、聚類(lèi)分析等統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)五味子中五味子醇甲等成分的含量與土壤中氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)及土壤酶活進(jìn)行相關(guān)性研究，為五味子藥材合理栽培種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)儀器。高效液相色譜儀（K2025，山東悟空儀器有限公司）；高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（FW100，天津市泰斯特儀器有限公司）；分析天平（YP502N，上海菁海儀器有限公司）；KQ-500E 型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

1.1.2 試驗(yàn)試劑。對(duì)照品五味子醇甲（20200622），五味子醇乙（190919），五味子酯甲（191219），五味子甲素（190716），五味子甲素（20200622），所有對(duì)照品純度均在98%以上，均購(gòu)自河南奧科標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)科技有限公司；甲醇（色譜純，賽默飛世爾科技有限公司）；純凈水（杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司）；土壤蔗糖酶（S-SC）活性檢測(cè)試劑盒，土壤酸性磷酸酶（S-ACP）活性檢測(cè)試劑盒，土壤脲酶（S-UE）活性檢測(cè)試劑盒，土壤過(guò)氧化氫酶（S-CAT）活性檢測(cè)試劑盒均為北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)。

1.1.3 試驗(yàn)材料。試驗(yàn)共收集8 個(gè)產(chǎn)地14 批五味子樣品，經(jīng)鑒定為五味子的果實(shí)，樣品陰干，粉碎，過(guò)60 目篩，備用（表1）。

表1 五味子果實(shí)樣品及土壤采集信息

1.2 方法

1.2.1 不同產(chǎn)地五味子有效成分含量測(cè)定?；瘜W(xué)成分含量測(cè)定，采用HPLC 法測(cè)定五味子醇甲、五味子醇乙、五味子酯甲、五味子甲素、五味子乙素的含量，采用Venusil MP-C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）色譜柱；流動(dòng)相：甲醇（A）-水（B），梯度洗脫（0~20 min，55 %A；20~25 min，55%~75%A；25~4 0 min，75%~65%A；40~45 min，65%~55%A；50~65 min，35% A；65~66 min，35%~55% A；66~70 min，55% A）；檢測(cè)波長(zhǎng)217 nm，流速1.0 mL/min[13]，柱溫25℃，進(jìn)樣量10 μL。方法學(xué)考察結(jié)果顯示線性、精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性、加樣回收率良好。

1.2.2 不同產(chǎn)地土壤因子測(cè)定。委托黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)測(cè)定各土壤樣品中的速效磷、銨態(tài)氮、有效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH及土壤鹽分（%）；利用土壤蔗糖酶（S-SC）活性檢測(cè)試劑盒、土壤酸性磷酸酶（S-ACP）活性檢測(cè)試劑盒、土壤脲酶（S-UE）活性檢測(cè)試劑盒、土壤過(guò)氧化氫酶（S-CAT）活性檢測(cè)試劑盒對(duì)五味子根際土壤樣品中的蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶的酶活性進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，主成分分析、聚類(lèi)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 五味子樣品及土壤因子測(cè)定結(jié)果

從表2 可以看出，不同產(chǎn)地五味子醇甲、醇乙、酯甲、甲素、乙素含量差異較大，以吉林野生和撫順清原縣栽培五味子有效成分含量最高。土壤養(yǎng)分含量見(jiàn)表3，酶活見(jiàn)表4，各產(chǎn)地間土壤鹽分含量和酸性磷酸酶活性差異不顯著，其余土壤因子各產(chǎn)地之間均有顯著差異。

表2 不同產(chǎn)地五味子有效成分含量（x±s，n=3）

表3 不同產(chǎn)地五味子根際土壤養(yǎng)分含量（x±s，n=3）

表4 不同產(chǎn)地五味子根際土壤酶活性（x±s，n=3）

2.2 土壤因子主成分分析

從表5 可以看出，銨態(tài)氮、土壤鹽分、酸性磷酸酶與其他土壤因子均無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。在進(jìn)行主成分分析時(shí)，剔除銨態(tài)氮、土壤鹽分、酸性磷酸酶3 個(gè)因子，KMO 統(tǒng)計(jì)量=0.691>0.5，適宜進(jìn)行主成分分析，Bartlett 球形檢驗(yàn)近似x2=178.455，單側(cè)P=0.000，可認(rèn)為7 個(gè)指標(biāo)不獨(dú)立，可進(jìn)行主成分分析。從運(yùn)算的方差貢獻(xiàn)率來(lái)看，λ1=4.842，貢獻(xiàn)率為69.165%，貢獻(xiàn)率最大；λ2=1.314，貢獻(xiàn)率為18.733%，第1，2 個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為87.938%>80%，因此，前2個(gè)主成分已經(jīng)能反映五味子樣品土壤因子的基本特征。表6 為初始因子載荷矩陣，表7 為主成分特征向量，有效鉀和脲酶與第1 主成分的相關(guān)性較強(qiáng)，速效磷、有機(jī)質(zhì)、pH、蔗糖酶和過(guò)氧化氫酶與第2 主成分的相關(guān)性較強(qiáng)。

表5 五味子根際土壤酶活性與土壤養(yǎng)分含量的相關(guān)性

表6 主成分初始因子載荷矩陣

表7 主成分特征向量

2.3 土壤因子聚類(lèi)分析

利用SPSS 20.0 對(duì)8 批五味子根際土壤樣品中的10 個(gè)土壤因子成分含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)方法對(duì)其進(jìn)行分析（圖1），當(dāng)閾值為20 時(shí)，8 個(gè)不同產(chǎn)地土壤樣品聚類(lèi)為2 組，其中撫順市清原縣、吉林市豐滿(mǎn)區(qū)的土壤樣品聚為I 組，其余土壤樣品聚為II 組。

圖1 不同產(chǎn)地五味子生長(zhǎng)地區(qū)土壤因子聚類(lèi)分析

2.4 不同產(chǎn)地五味子有效成分含量與土壤因子灰色關(guān)聯(lián)性分析

利用Excel 2019 軟件，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)五味子有效成分含量與土壤因子進(jìn)行分析。從表8 可以看出，從五味子醇甲含量來(lái)看，10 個(gè)因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)從大到小依次為γ5>γ4>γ8>γ10>γ2>γ7>γ6>γ1> γ3>γ9，影響五味子醇甲的重要因素是pH，其次是有機(jī)質(zhì)和酸性磷酸酶；從五味子醇乙來(lái)看，土壤因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)從大到小依次為γ4>γ8>γ10>γ5>γ3>γ2> γ9>γ7>γ6>γ1，影響五味子醇乙的重要因素是有機(jī)質(zhì)，其次是酸性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶；從五味子酯甲來(lái)看，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為γ2>γ8>γ1>γ5>γ6>γ4>γ10>γ3>γ7> γ9，影響五味子酯甲的主要因素是速效磷，其次是酸性磷酸酶和銨態(tài)氮；從五味子甲素來(lái)看，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為γ1>γ2> γ6>γ8>γ5>γ4>γ7>γ10>γ3>γ9，影響五味子甲素的主要因素是銨態(tài)氮，其次是速效磷、土壤鹽分；從五味子乙素來(lái)看，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為γ8>γ4>γ5>γ2>γ10>γ6>γ7>γ1> γ9>γ3，影響五味子乙素的主要因素是酸性磷酸酶，其次是有機(jī)質(zhì)、pH；從混合木脂素來(lái)看，灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為γ5>γ4>γ2>γ10>γ8>γ6>γ1>γ7> γ9>γ3，影響五味子中木脂素類(lèi)成分的主要因素是pH，其次是有機(jī)質(zhì)和速效磷?？梢?jiàn)五味子中木脂素類(lèi)成分受有機(jī)質(zhì)、pH 和速效磷影響最大。

表8 五味子有效成分含量與土壤因子灰色關(guān)聯(lián)分析

2.5 不同產(chǎn)地五味子有效成分含量與土壤因子相關(guān)性分析

從表9 可以看出，五味子醇甲與土壤因子中的速效磷有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.598，P<0.01），與有效鉀、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶、脲酶有極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.779，0.559，0.553，0.806，P<0.01），與酸性磷酸酶有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=0.421，P<0.05）；五味子醇乙與銨態(tài)氮、速效磷有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.552，-0.517，P<0.01），與有效鉀、有機(jī)質(zhì)有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=0.627，0.559，P<0.01），與脲酶、過(guò)氧化氫酶有顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.436，0.415，P<0.05）；五味子酯甲與有機(jī)質(zhì)有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.601，P<0.01），與銨態(tài)氮有顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.495，P<0.05），與蔗糖酶、脲酶有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.427，-0.427，P<0.05）；五味子甲素與銨態(tài)氮、速效磷有極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.855，0.726，P<0.01），與脲酶有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.516，P<0.01），與有效鉀、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.502，-0.798，-0.497，P<0.05）；五味子乙素與速效磷有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.521，P<0.01），與銨態(tài)氮有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.438，P<0.05）；混合木脂素與有效鉀有極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.561，P<0.01），與脲酶有顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.443，P<0.05），土壤中的pH、鹽分與有效成分的積累相關(guān)性均不顯著。該研究結(jié)果表明，土壤中有效鉀、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶及脲酶的含量增高對(duì)促進(jìn)五味子有效成分的形成和積累有積極作用。

表9 五味子品質(zhì)指標(biāo)與其根際土壤化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

該試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)地五味子有效成分和土壤因子的含量測(cè)定，探究五味子有效成分與10 個(gè)土壤因子的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)10 個(gè)土壤因子的含量在不同產(chǎn)地之間存在一定的差異。從聚類(lèi)分析可以得知，撫順市清原縣（栽培）和吉林市豐滿(mǎn)區(qū)（野生）2 個(gè)地區(qū)的土壤樣品聚為一類(lèi)，其余6 個(gè)地區(qū)的土壤樣品聚為一類(lèi)，而這2 個(gè)地區(qū)的五味子果實(shí)中有效成分、有效鉀、有機(jī)質(zhì)含量均明顯高于其他6 個(gè)地區(qū)，且灰色關(guān)聯(lián)性分析結(jié)果顯示，五味子中木脂素類(lèi)成分受有機(jī)質(zhì)、pH 和速效磷影響最大；而相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤中有效鉀、有機(jī)質(zhì)、蔗糖酶及脲酶的活性增高對(duì)促進(jìn)五味子有效成分的形成和積累有積極作用，但速效磷的含量增高對(duì)五味子有效成分的形成有消極作用。

土壤中有效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量能夠在一定程度上促進(jìn)五味子果實(shí)中木脂素類(lèi)成分的積累，鉀與植物代謝過(guò)程有著密切的關(guān)系，參與糖和淀粉的合成、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化，有機(jī)質(zhì)能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，而土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強(qiáng)，脲酶與有機(jī)質(zhì)的含量有一定程度的相關(guān)性[14]。在合理范圍內(nèi)施用鉀肥和有機(jī)肥，能夠在一定程度上提高五味子品質(zhì)，需在后續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)。