寧夏枸杞有效成分與氣候因子相關(guān)性的分析

曾凡琳， 王 歡， 溫美佳， 張 琴， 謝彩香

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京100193）

［飲片炮制］

寧夏枸杞有效成分與氣候因子相關(guān)性的分析

曾凡琳， 王 歡， 溫美佳， 張 琴， 謝彩香*

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所，北京100193）

目的 探討寧夏枸杞品質(zhì)與氣候因子的關(guān)系，篩選該植物的最佳主產(chǎn)區(qū)。方法 測定寧夏、甘肅、新疆、河北產(chǎn)寧夏枸杞中三個有效成分多糖、甜菜堿、總糖的含有量，偏最小二乘 （PLS）法分析其與10個氣候因子之間的相關(guān)性，然后進行主成分分析 （PCA）。結(jié)果 多糖含有量與七月平均溫、七月最高溫、年相對濕度、年均溫呈較強負相關(guān)，而與高程、年均日照時數(shù)呈較強正相關(guān)；甜菜堿、總糖含有量均與七月最高溫有較強正相關(guān)，而與一月平均溫、一月最低溫、年降水量有較強負相關(guān)。甘肅景泰、靖遠和寧夏同心、中衛(wèi)、中寧、銀川的氣候條件更適合寧夏枸杞生長，并且兩地的氣候因子比較接近，與河北、新疆有一定差異。結(jié)論 寧夏、甘肅產(chǎn)區(qū)最適合寧夏枸杞的生長。

寧夏枸杞；產(chǎn)區(qū)；多糖；甜菜堿；總糖；氣候因子；PLS；PCA

寧夏枸杞Lycium barbarum L.為茄科多年生落葉灌木，其干燥成熟果實枸杞子為我國傳統(tǒng)名貴中藥材，具有滋補肝腎、益精明目的作用［1］。影響中藥材藥效成分積累的主要因素是遺傳和環(huán)境因素［2］，研究適宜道地藥材生長的生態(tài)環(huán)境是中藥資源可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)［3］，通過氣候因子與中藥材品質(zhì)的相關(guān)性來探討道地藥材有效成分積累的環(huán)境影響作用，從而有利于獲得優(yōu)質(zhì)中藥材資源。謝彩香等［4-5］認為，溫度在人參皂苷類成分積累中起決定性作用。Yang等［6］發(fā)現(xiàn)，玄參中玄參苷的積累與溫度呈正相關(guān)性。Dong等［7］研究表明，土壤類型是影響枸杞多酚類成分含有量的主要因素。黃林芳等［8］報道，日照時數(shù)有利于羌活化學(xué)成分的累積，在一定范圍內(nèi)，海拔越高，年降水量越大，越能促進羌活醇的積累。上述研究均說明，環(huán)境對植物中有效成分有著重要影響。

本實驗對寧夏、甘肅、新疆、河北主產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞中的有效成分多糖、甜菜堿及總糖含有量進行測定，利用中藥材產(chǎn)地適宜性分析系統(tǒng) （TCMGIS），基于其全球1 km2的氣候柵格數(shù)據(jù)庫來提取主產(chǎn)區(qū)的10種氣候因子，通過偏最小二乘回歸法（PLS）對其相關(guān)性進行分析。然后，進行主成分分析 （PCA），繪制10種氣候因子曲線，進一步探討主產(chǎn)區(qū)適宜寧夏枸杞生長及有效成分積累的生態(tài)成因，這為該植物的產(chǎn)地適宜性分析、引種栽培及可持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 實驗材料采樣及處理 寧夏枸杞于2012年7月～8月采自寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、甘肅省、河北省栽培樣地 （圖1），品種均為寧杞1號，每個采樣點采集3～4份樣品，采回后均立即用熱風(fēng)風(fēng)干，測定其化學(xué)成分含有量，利用GPS記錄采樣點的經(jīng)緯度、高程數(shù)據(jù)。樣品由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所鑒定，憑證標本保存于本所標本館。

圖1 寧夏枸杞采樣點分布Fig.1 Distribution of collection sites of Lycium barbarum L.

1.2 實驗和數(shù)據(jù)處理

1.2.1 氣候數(shù)據(jù)處理 搜集中國600多個氣象站點10個氣候因子 （年平均氣溫、活動積溫、一月平均溫、七月平均溫、一月最低氣溫、七月最高溫、年降水量、年均相對濕度、年均日照時數(shù)、高程）平均30年的數(shù)據(jù)，采用基于數(shù)字高程模型（DEM）的多元線性回歸插值方法，生成1 km2氣候柵格數(shù)據(jù)庫，對每一個采樣點都可以利用空間分析方法得到上述氣候因子數(shù)據(jù)。

1.2.2 化學(xué)成分測定 枸杞多糖和甜菜堿的測定分別采用 《中華人民共和國藥典》2010年版 （一部）規(guī)定的苯酚—硫酸比色法和薄層掃描定量法，均平行測定3次，取平均值；枸杞總糖的測定采用四分法，枸杞冷凍后粉碎均勻，精密稱取5～10 g，置于250 mL量瓶中，加水至200 mL左右，（80± 2）℃水浴下保溫30 min（期間搖動數(shù)次）后取出，加入乙酸鋅及亞鐵氰化鉀溶液各5 m L搖勻，冷卻至室溫，蒸餾水定容，過濾 （初濾液棄除30 mL

左右）備用。吸取濾液50 mL，置于100 mL量瓶中，加入6 mol/L鹽酸10 mL，在（80±2）℃水浴中加熱水解15 min后取出，冷水冷卻至室溫，加甲基紅指示劑一滴，30%氫氧化鈉溶液中和，蒸餾水定容，備用。另外，取堿性酒石酸銅甲液和乙液適量，置于250 m L錐形瓶中，加入蒸餾水10 mL，玻璃珠2粒，滴加比預(yù)測體積少0.5～lmL的葡萄糖標準溶液，在2 min內(nèi)加熱至沸，趁沸繼續(xù)以每2 s 1滴的速度滴加葡萄糖標準溶液，直到溶液藍色剛好褪去，即為終點，記錄消耗葡萄糖標準溶液的總體積，平行操作3份，得到平均消耗的體積，計算每10 mL（甲、乙液各5 mL）堿性酒石酸銅溶液相當(dāng)于葡萄糖的質(zhì)量 （mg）。

1.2.3 偏最小二乘回歸 （PLS）及產(chǎn)地主成分分析（PCA） 通過SIMCA-P軟件，利用PLS分析變量投影重要性指標 （VIP）來分析寧夏枸杞主產(chǎn)區(qū)10種氣候因子與多糖、甜菜堿及總糖這三種有效成分相關(guān)性的強弱。然后，SPSS 12.0軟件對主產(chǎn)區(qū)氣候因子進行PCA分析和綜合評價，以篩選最適合該植物生長的產(chǎn)區(qū)。

2 寧夏枸杞有效成分與氣候因子相關(guān)性分析

生態(tài)環(huán)境對中藥材的品質(zhì)有一定影響，不同地區(qū)寧夏枸杞的化學(xué)成分主要因環(huán)境條件而存在差異。枸杞總糖是寧夏枸杞甜味的重要來源［9］，占干果總含有量的40%～50%，高的可達到60%；多糖已被證實是寧夏枸杞的藥理成分之一［10］；甜菜堿是寧夏枸杞果、葉、柄中的主要生物堿，為該植物對抗脂肪肝或脂質(zhì)代謝的主要成分。本實驗對不同主產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞 （寧杞1號）中這三種有效成分的含有量進行測定，并對它們與氣候因子的相關(guān)性進行研究。中藥材品種、栽培措施、采收加工方式均會影響寧夏枸杞的品質(zhì)，為盡可能減少以上因素對實驗結(jié)果的影響，按實驗材料采樣及處理方法進行操作。

2.1 有效成分測定 不同產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞中多糖、甜菜堿、總糖的含有量見圖2。由圖可知，四個產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞中總糖含有量的差異不明顯，最高為新疆，其次為寧夏、甘肅、河北，新疆僅比河北高3.2%。但多糖、甜菜堿含有量的差異較大，其中多糖以甘肅最高，其次為寧夏、新疆、河北，甘肅與河北相差76%；甜菜堿以新疆最高，其次為寧夏、河北、甘肅，新疆與甘肅相差44.8%。另外，這三種有效成分的總含有量以寧夏最高，其次為甘肅、新疆、河北。

圖2 不同產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞有效成分的比較Fig.2 Comparison of effective constituents of Lycium barbarum L.in different growing areas

2.2 有效成分與氣候因子PLS分析 生態(tài)環(huán)境是影響枸杞有效成分的主要因素，為了解氣候因子對枸杞主要藥效成分的影響，本實驗采用PLS分析，通過變量投影重要性指標 （VIP）來評估枸杞有效成分與氣候因子的相關(guān)性，VIP值越大，說明氣候因子對枸杞有效成分含有量的影響越大，見表1。在枸杞中多糖、總糖和甜菜堿含有量分別與各氣候因子的回歸系數(shù)見圖3（A、C、E），VIP值見圖3（B、D、F）。

由圖3（A）可知，枸杞多糖含有量與高程的正回歸系數(shù)值最大，其次是年平均日照時數(shù)；與七月平均溫的負回歸系數(shù)絕對值最大，其次為七月最高溫、年相對濕度、年均溫、活動積溫、一月最低溫、年降水量、一月平均溫。由圖3（B）可知，七月平均溫和七月最高溫的權(quán)重系數(shù)對枸杞多糖含有量的影響最大，其次為高程與年相對濕度 （兩者相當(dāng)）、年均溫、活動積溫、年日照時數(shù)、一月最低溫、年降水量、一月平均溫。在所有氣候因子中，僅高程和年日照時數(shù)與枸杞中多糖的含有量呈正相關(guān)，即對其積累有促進作用，而七月平均溫、七月最高溫、年相對濕度與枸杞多糖含有量呈負相關(guān)，不利于其積累。

枸杞甜菜堿與氣候因子的系數(shù)回歸見圖3（C），可知一月平均溫的負回歸系數(shù)絕對值最大，其次為一月最低溫、年降水量、年均溫、高程；七月最高溫與枸杞甜菜堿含有量呈正相關(guān)，而且正回歸系數(shù)值最大，其次為七月平均溫、年相對濕度、活動積溫、年日照時數(shù)。由圖3（D）可知，一月平均溫、一月最低溫及七月最高溫對枸杞中甜菜堿的積累影響最大，其次為年降水量、年均溫、高程、七月平均溫、年相對濕度、活動積溫、年日照時數(shù)。在最主要的三個影響因子中，一月平均溫、

一月最低溫均不利于甜菜堿積累，僅七月最高溫對其有促進作用。

枸杞總糖的氣候因子系數(shù)回歸圖見圖3（E），可知年日照時數(shù)、年相對濕度、七月最高溫、七月平均溫均與枸杞總糖含有量呈正相關(guān)，依次為七月最高溫＞七月平均溫＞年相對濕度＞年日照時數(shù)。在負相關(guān)系數(shù)中，一月平均溫、一月最低溫、年降水量與枸杞總糖含有量的負相關(guān)性強，其次為年均溫、活動積溫、高程。由圖3（F）可知，重要性指標依次為一月平均溫＞一月最低溫＞年降水量＞年均溫=七月最高溫＞七月平均溫＞年相對濕度＞活動積溫＞年日照時數(shù)＞高程。

表1 不同產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞氣候因子Tab.1 Climatic factors of Lycium barbarum L.in different growing areas

圖3 寧夏枸杞中多糖、甜菜堿和總糖的生態(tài)回歸系數(shù) （A、C、E）及VIP值 （B、D、F）Fig.3 Regression coefficients of ecology（A，C，E）and V IP values（B，D，F(xiàn)）of polysaccharide，betaine and total saccharide in Lycium barbarum L.

3 枸杞優(yōu)選主產(chǎn)區(qū)分析

PLS分析僅反映了單個氣候因子與三種有效成分的關(guān)系。為綜合評價適合寧夏枸杞有效成分積累的優(yōu)選產(chǎn)區(qū)，本實驗對其主產(chǎn)區(qū)10種氣候因子繼續(xù)進行PCA綜合評價，以獲得較適合寧夏枸杞生長的產(chǎn)區(qū)，并制作曲線圖，分析該植物優(yōu)選產(chǎn)區(qū)的生態(tài)原因。

3.1 枸杞主產(chǎn)區(qū)氣候因子綜合評價 對寧夏枸杞主產(chǎn)區(qū)的10種氣候因子進行PCA分析，得到適宜其生長的較優(yōu)產(chǎn)區(qū)，見表2。由表可知，在第一主成分F1中，因子載荷量較大的變量分別為X1、X4、X5、X6、X8，即活動積溫、高程、七月平均溫、年相對濕度、年均溫；在第二主成分F2中，因子載荷量較大的變量是X9與X10，即一月最低溫與一月平均溫。而且，F(xiàn)1和F2的方差貢獻率分別為64.710%和27.442%，其總和為92.152%，大于85%，可以代表氣候因子的大部分信息。因此，影響寧夏枸杞分布較為顯著的因子主要為活動積溫、高程、七月平均溫、年相對濕度、年均溫、一月最低溫與一月平均溫。

表2 因子載荷量及方差貢獻率Tab.2 Factor loading capacities and variance contribution rates

不同產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞氣候因子綜合評價的結(jié)果見表3，因子得分值大小表示寧夏枸杞對該區(qū)域生態(tài)環(huán)境適宜的程度，分值越大，表明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境越適宜寧夏枸杞的生長。經(jīng)計算，兩個主成分的權(quán)重系數(shù)分別為0.702和0.298，因此總得分F= 0.702 F1+0.298 F2，其中Fi=∑bijXj（bij為因子得分矩陣第i行、第j列的系數(shù)，Xj為氣候因子值）。由表可知，甘肅景泰、靖遠和寧夏同心、中衛(wèi)、中寧、銀川地區(qū)寧夏枸杞基地的分值較高。寧夏與甘肅毗鄰，歷來都是寧夏枸杞的傳統(tǒng)主產(chǎn)區(qū)，說明其生態(tài)條件比較適合該植物的生長。

表3 不同產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞氣候因子得分Tab.3 Scores of climatic factorsof Lycium barbarum L.in different grow ing areas

3.2 枸杞主產(chǎn)區(qū)生態(tài)曲線分析 道地藥材的環(huán)境條件是形成優(yōu)質(zhì)藥材的保證，為研究枸杞主產(chǎn)區(qū)潛在生態(tài)成因，本實驗結(jié)合PCA綜合評價結(jié)果，進一步對枸杞主產(chǎn)區(qū)的生態(tài)曲線進行分析。

由枸杞主產(chǎn)區(qū)的10種氣候曲線 （圖4）可知，寧夏、甘肅產(chǎn)區(qū)的10種氣候因子數(shù)值比較接近，而與河北、新疆有所差異，說明寧夏、甘肅產(chǎn)區(qū)的生態(tài)條件與河北、新疆存在比較明顯的區(qū)別，這可能是這兩個產(chǎn)區(qū)綜合評價分值高，更適合寧夏枸杞生長的生態(tài)原因之一。

圖4 不同產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞的氣候曲線Fig.4 Climatic curves of Lycium barbarum L.in different growing areas

植物的生長，例如溫度、光線、水分都存在最適范圍，各個最適合植物生長的氣候因子才能組成最適宜的環(huán)境條件。中藥材獨特的藥效成分是生態(tài)環(huán)境長期作用的產(chǎn)物，道地藥材綜合品質(zhì)優(yōu)良，有效成分含有量豐富，是多種氣候因子綜合作用的結(jié)果。本實驗中，河北、新疆產(chǎn)區(qū)的氣候因子值有較

大差異，而寧夏、甘肅產(chǎn)區(qū)相近，10種氣候因子曲線存在獨特的線性關(guān)系，形成最適合寧夏枸杞的生態(tài)環(huán)境。因此，必須更加深入地研究中藥材道地產(chǎn)區(qū)生態(tài)因子區(qū)別于非道地產(chǎn)區(qū)的潛在生態(tài)規(guī)律，進一步為中藥材的引進種植提供數(shù)據(jù)支持。

4 討論

本實驗探討寧夏枸杞中多糖、甜菜堿及總糖這三種有效成分與主產(chǎn)區(qū)氣候因子的關(guān)系，通過PCA分析評價適合寧夏枸杞生長的主產(chǎn)區(qū)，并分析其氣候因子的潛在規(guī)律，進一步對寧夏枸杞的生態(tài)相似性研究及引進種植提供數(shù)據(jù)支持。

氣候因子和化學(xué)成分相關(guān)性表明，七月平均溫、七月最高溫、年相對濕度、年均溫與枸杞多糖含有量呈較強負相關(guān)，說明這些因素不利于枸杞多糖的形成［11］，而多糖含有量與高程、年平均日照時數(shù)呈較強正相關(guān)。從枸杞產(chǎn)區(qū)的氣候因子曲線可知，河北巨鹿七月平均溫、七月最高溫、年相對濕度、年均溫值最高，而高程、年平均日照時數(shù)最低，這可能是該產(chǎn)區(qū)枸杞多糖含有量較低的原因［12-15］。

甜菜堿、總糖與氣候因子的相關(guān)性分析結(jié)果顯示，兩者含有量與七月最高溫呈較強正相關(guān)，而與一月平均溫、一月最低溫、年降水量呈較強負相關(guān)。結(jié)合10種氣候因子曲線可知，在所有產(chǎn)區(qū)中，新疆精河一月平均溫、一月最低溫、年降水最低，七月最高溫最高，有利于甜菜堿與總糖含量的積累，這可能是該產(chǎn)區(qū)甜菜堿、總糖含有量較高的原因。另外，新疆精河產(chǎn)區(qū)的單一有效成分甜菜堿、總糖略優(yōu)于寧夏、甘肅產(chǎn)區(qū)，但綜合評價指標排名低于這兩個產(chǎn)區(qū)。

優(yōu)質(zhì)藥材的形成離不開適宜的生態(tài)條件，生態(tài)環(huán)境是影響中藥材活性成分的主要因素之一，道地產(chǎn)區(qū)歷來是優(yōu)質(zhì)中藥材形成的保證。在本實驗中，寧夏、甘肅產(chǎn)區(qū)寧夏枸杞的10種氣候因子曲線存在獨特線性關(guān)系，而與甘肅、新疆產(chǎn)區(qū)有所差異，說明中藥材的道地產(chǎn)區(qū)可能存在獨特的生態(tài)環(huán)境條件，也是其有效成分含有量較高的原因之一。因此，需進一步深入研究中藥材道地產(chǎn)區(qū)的潛在生態(tài)成因，這對中藥材產(chǎn)區(qū)適宜性分析及引進種植有重要意義。

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Relationships between effective constituents of Lycium barbarum L.and clim atic factors

ZENG Fan-lin， WANG Huan， WEN Mei-jia， ZHANG Qin， XIE Cai-xiang*

（Institute of Medicinal Plant Development，Chinese Academy of Medical Sciences，Beijing 1OO193，China）

AIM To explore the relationships between the quality of Lycium barbarum L.and climatic factors and to screen the best growing areas of this plant.METHODS The contents of three effective constituents（polysaccharide，betaine and total saccharides）of L.barbarum in Ningxia，Gansu，Xinjiang and Hebei were determined.The relationships between ten climatic factors and them were analyzed by partial least squares（PLS）.Then principal components analysis（PCA）was applied.RESULTS The content of polysaccharide had strong negative correlations with average temperature in July，the highest temperature in July，annual relative humidity and annual average temperature，buthad strong positive correlationswith elevation and annual sunshine duration.The contents of betaine and totalsaccharides had a strong positive correlation with the highest temperature in July，buthad strong negative correlationswith average temperature in January，the lowest temperature in January and annual precipitation.The climatic conditions of Jingtai，Jingyuan（Gansu），Tongxin，Zhongwei，Zhongning and Yinchuan（Ningxia）weremore suitable for the growth of L.barbarum，and the climatic factors of these two areaswere close to each other，having certain differences from Xinjiang and Hebei.CONCLUSION Ningxia and Gansu growing areas are themost suitable for the growth of L.barbarum.

Lycium barbarum L.；growing areas；polysaccharide；betaine；total saccharide；climatic factors；PLS；PCA

R284.1

A

1001-1528（2015）12-2696-06

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.12.027

2015-03-18

國家自然科學(xué)基金面上項目 （81473304）；國家十二五科技支撐課題 （2015BAI05B01）；吉林省科技成果轉(zhuǎn)化計劃（20130305047YY）

曾凡琳（1990—），女，碩士，從事中藥資源地理分布與生態(tài)適宜性研究。Tel：13121614766，E-mail：flzeng@163.com

*通信作者：謝彩香，女，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，從事藥用植物空間分布與生態(tài)適宜性研究。Tel：（010）57833198，E-mail：caixiangxie@163.com