承德地區(qū)不同生境北柴胡生物學特性分析

尹 鑫，薛乾鑫，郝 婷，馮楷斌，王洪樂，王民樂，許利平

(1.承德市農(nóng)林科學院，河北 承德 067000；2.河北省中藥研究與開發(fā)重點試驗室，河北 承德 067000)

柴胡屬屬于傘形科芹亞科，始載于Linne1737年發(fā)表的《植物志屬》[1]。柴胡為傘形科植物柴胡(BupleurumchinenseDC.)或狹葉柴胡(Bupleurumscorzonerifoliumwilld.)干燥的根[2]。柴胡作為大宗中藥材，以根入藥，性苦味平，具有透表泄熱、疏肝解郁、升陽舉陷的作用，為治療少陽證的要藥。柴胡植株葉的形狀、傘幅的多少等作為其分類的依據(jù)[1]。目前，承德地區(qū)已知的柴胡屬藥用植物資源有3種、3個變種。承德野生北柴胡為多年生草本，根為直生，分枝或不分枝，根皮棕褐色或黑褐色。莖為叢生，上部分多枝，“之”字形彎曲。花期7-9月，果期9-10月，雙懸果。質(zhì)堅韌不易折斷，斷面木質(zhì)纖維性，黃白碴，氣微香味微苦辛[3]。該文以承德區(qū)域野生北柴胡為試材，對其生物學特性及根部顏色進行分析，以期為野生柴胡移栽家養(yǎng)、篩選繁育及野生資源保護利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

2017年，承德市農(nóng)林科學院藥用動植物研究所對承德市境內(nèi)25個樣地現(xiàn)有野生柴胡資源進行了搜集工作，每個樣地隨機采集20株柴胡。

1.2 試驗材料

植株經(jīng)承德醫(yī)學院中藥研究所趙春穎教授鑒定為傘形科植物柴胡BupleurumChinensieDC.。

1.3 試驗方法

每個樣地采集野生柴胡植株時，并對其株高、葉長、葉寬、花柄長、花瓣色、傘幅、具花數(shù)、生境等信息進行測量、記錄。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)計算；采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件進行Pearson相關(guān)分析和逐步回歸分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果分析

2.1 生態(tài)環(huán)境

承德市位于東經(jīng)115°43'～119°36'，北緯40°12'～42°46'，境內(nèi)地勢復雜，小氣候相差懸殊，西北部為內(nèi)蒙古高原，東北位為七老圖山脈，南部為燕山山脈，地勢西北高，東南低。海拔為227.2～1 250 m。地形可分為壩上高原區(qū)，淺山丘陵區(qū)，深山區(qū)三大類型區(qū)。全市氣候受西伯利亞冷空氣團和副熱帶太平洋氣團的影響，冬季多西北風，寒冷干燥，夏季多偏南風，濕潤多雨，為大陸性季風氣候。年平均氣溫7.5℃，一般絕對最高氣溫在28～45℃之間，最低在-45～-20℃之間，晝夜溫差大，氣溫的變化趨勢是自西北向東南遞增。對承德地區(qū)柴胡分布區(qū)域生境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，野生柴胡廣泛分布于海拔200～2 800 m林下、林緣、林間草甸、灌叢、草原等生境下的陽坡或者半陽坡的中低山坡上。主要土壤類型為褐土、山地淋溶褐土、山地棕壤、山地暗棕壤、山地草甸土。與其共生的喬木植物主要有油松、山杏、山楊、刺槐、山楂等，與其共生的灌木植物主要有荊條、沙棘、榛子等[3]。樣品信息見表1。

表1 野生柴胡藥材采集地信息

2.2 野生柴胡生物學特性分析

對承德市境內(nèi)25個樣地現(xiàn)有野生柴胡資源的生物學特性進行分析，結(jié)果見表2。25個樣地野生柴胡株高在63.33～99.71 cm，葉形主要有線形、橢圓狀披針形、倒披針形、廣線披針形4種類型；葉長在1.93～10.30 cm，葉寬在0.14～1.01 cm，小苞片在1～1.67片，小總苞片在4.4～5.5片，花柄長在1.2～2.67 cm；花瓣色有黃色、淡黃色、土黃色、深黃色4種類型；傘幅有3～6、3～7、3～9、3～12、3～15、4～6、4～7、4～8、4～9、4～10、4～11、4～12、4～14、5～10、5～11、5～12、5～16、6～12等18個類型；具花數(shù)有2～11、3～10、3～13、3～15、4～10、4～11、4～12、4～13、4～15、5～12、5～13、6～12、6～15、8～13等14個類型。不同生境柴胡生物學特性差異較大。海拔低于500 m時，林木灌叢生境柴胡隨海拔的升高，柴胡植株的株高、葉長、葉寬花柄長也隨之增多，花瓣色隨之加深，傘幅和具花數(shù)隨之減少，但均無顯著差異(P>0.05)；而荒坡生境柴胡隨海拔的升高，柴胡植株葉長顯著減少(P<0.05)，株高、小總苞片、花柄長、具花數(shù)隨之增多，葉長、葉寬、小苞片隨之減少，但均無顯著差異(P>0.05)。海拔在500～1 000 m時，不同生境柴胡植株株高、葉長、葉寬、小苞片、小總苞片、具花數(shù)均出現(xiàn)不同幅度的增多，花柄長、傘幅出現(xiàn)不同幅度的減少，且在海拔700 m以上，株高、葉寬、小苞片、小總苞片、傘幅、具花數(shù)趨于穩(wěn)定，均無顯著差異(P>0.05)，這與趙俊陽等[4]研究的在海拔700 m以上區(qū)域生長良好的觀點基本一致。海拔高于1 000 m時，不同生境柴胡植株株高、葉長、葉寬、花柄長、傘幅、具花數(shù)均出現(xiàn)不同幅度減少，均無顯著差異(P>0.05)。說明，環(huán)境因素影響柴胡的表型性狀。

表2 不同樣地野生柴胡生物學特性

2.3 野生柴胡生物學特性的相關(guān)性分析

以野生柴胡根部顏色為控制變量進行相關(guān)性分析，野生柴胡株高、葉形、葉長、葉寬、小總苞片、小苞片、花柄長、傘幅數(shù)、具花數(shù)之間存在一定的相關(guān)性(表3)，株高與花柄長存在顯著正相關(guān)(r = 0.699，P<0.01)，株高與葉形、葉長、小總苞片存在顯著負相關(guān)(r =-0.670、-0.529、-0.525，P<0.01)；株高與葉寬、花瓣色、具花數(shù)存在負相關(guān)(r =-0.113、-0.240、-0.014)，株高與小苞片存在正相關(guān)(r =0.049)，但無顯著性差異(P>0.05)；葉形與葉長均存在顯著正相關(guān)(r = 0.722，P<0.01，葉形與小苞片顯著正相關(guān)，花瓣色存在，r = 0.506、0.426，P<0.05)，葉形與花柄長、傘幅存在顯著負相關(guān)(r =-0.885，-0.722P<0.01)；葉形與葉寬、小苞片、具花數(shù)存在負相關(guān)(r =-0.014、-0.177、-0.247)，但均無顯著性差異(P>0.05)；葉長與葉寬、花瓣色存在顯著正相關(guān)(r = 0.474、0.439，P<0.05)，葉長與花柄長、傘幅存在極顯著負相關(guān)(r =-0.573、-0.544，P<0.01)；葉長與小總苞片之間存在正相關(guān)(r =0.286)，葉長與小苞片、具花數(shù)之間存在負相關(guān)(r =-0.133、-0.143)，但無顯著性差異(P>0.05)；葉寬與小苞片、花瓣色、傘幅、具花數(shù)存在正相關(guān)(r =0.250、0.037、0.033、0.328)，葉寬與小總苞片、花柄長存在負相關(guān)(r =-0.258、-0.115)，但均無顯著性差異(P>0.05)；小苞片與傘幅之間存在顯著正相關(guān)(r = 0.416，P<0.05)；小苞片與小總苞片、花柄長、花瓣色、具花數(shù)之間存在正相關(guān)(r =0.305、0.084、0.205、0.124)，但均無顯著性差異(P>0.05)；小總苞片與花瓣色之間存在顯著正相關(guān)(r = 0.464，P<0.05)，小總苞片與花柄長之間存在顯著負相關(guān)(r =-0.464，P<0.05)；小總苞片與傘幅、具花數(shù)之間存在負相關(guān)(r =-0.201、-0.099)，但均無顯著性差異(P>0.05)；花柄長與傘幅之間存在極顯著正相關(guān)(r = 0.647，P<0.01)，花柄長與花瓣色之間存在顯著負相關(guān)(r =-0.477，P<0.05)；花柄長與具花數(shù)之間存在正相關(guān)(r = 0.034)，但無顯著性差異(P>0.05)；傘幅與具花數(shù)之間存在顯著正相關(guān)(r =0.479，P<0.05)。

表3 不同樣地野生柴胡生物學特性的相關(guān)性分析

2.4 野生柴胡生物學特性的多元線性回歸分析

以野生柴胡根部顏色為因變量，野生柴胡生物學特性為自變量進行線性回歸分析，表4為擬合優(yōu)度情況簡報，重要指標R2(決定系數(shù))反映了回歸貢獻的相對程度，模型1中含有變量株高，R2=0.407，說明野生柴胡株高可以解釋40.7%的野生柴胡根部顏色信息；模型2中含有變量株高、葉寬，R2=0.580，說明野生柴胡株高、葉寬可以解釋58.0%的野生柴胡根部顏色信息；模型3中含有變量株高、葉寬、小苞片，R2=0.724，說明野生柴胡株高、葉寬、小總苞片可以解釋72.4%的野生柴胡根部顏色信息；其他變量對野生柴胡根部顏色信息的解釋較小，無統(tǒng)計學意義，未引入模型。表5中，模型1中株高t=-3.975，P= 0.001；模型2中株高t=-3.473，P= 0.002，葉寬t=-3.003，P= 0.007；模型3中株高t=-4.928，P= 0.000，葉寬t=-3.670，P= 0.001，小總苞片t=-3.319，P= 0.003；說明變量的各項偏回歸系數(shù)均具有統(tǒng)計學意義，多元回歸方程為：

表4 不同樣地野生柴胡根部顏色與生物學特性多元線性回歸分析模型

表5 不同樣地野生柴胡根部顏色與生物學特性多元線性回歸分析偏回歸系數(shù)

Y=122.195-0.438X1-15.835X2-13.869X3

(Y為野生柴胡根部顏色，X1為株高，X2為葉寬，X3為小總苞片)

以野生柴胡葉形為因變量，野生柴胡生物學特性為自變量進行線性回歸分析，表6可知，模型1中含有變量花柄長，R2=0.663，說明野生柴胡花柄長可以解釋66.3%的野生柴胡葉形信息；模型2中含有變量花柄長、根部顏色，R2=0.827，說明野生柴胡花柄長、根部顏色可以解釋82.7%的野生柴葉形信息；模型3中含有變量花柄長、根部顏色、葉長，R2=0.882，說明野生柴胡花柄長、根部顏色、葉長可以解釋88.2%的野生柴胡葉形信息；模型4中含有變量花柄長、根部顏色、葉長、葉寬，R2=0.947，說明野生柴胡花柄長、根部顏色、葉長可以解釋94.7%的野生柴胡葉形信息；其他變量對野生柴胡葉形信息的解釋較小，無統(tǒng)計學意義，未引入模型。表7中，模型4中花柄長t=-8.680，P= 0.000，柴胡根部顏色t= 3.251，P= 0.004，葉長t= 6.431，P= 0.000，葉寬t=-4.968，P= 0.000；說明變量的各項偏回歸系數(shù)均具有統(tǒng)計學意義，多元回歸方程為：

表6 不同樣地野生柴胡葉形與生物學特性多元線性回歸分析模型

表7 不同樣地野生柴胡葉形與生物學特性多元線性回歸分析偏回歸系數(shù)

Y=2.300-0.640X1+0.013X2+0.109X3-0.812X4

(Y為野生柴胡葉形，X1為花柄長，X2為柴胡根部顏色，X3為葉長，X4為葉寬)

以野生柴胡傘幅為因變量，野生柴胡生物學特性為自變量進行線性回歸分析，表8可知，模型1中含有變量葉形，R2=0.513，說明野生柴胡葉形可以解釋51.3%的野生柴胡傘幅信息；模型2中含有變量葉形、具花數(shù)，R2=0.595，說明野生柴胡葉形、具花數(shù)可以解釋59.5%的野生柴胡傘幅信息，其他變量對野生柴胡傘幅信息的解釋較小，無統(tǒng)計學意義，未引入模型。表9中，模型1中葉形t=-4.923，P= 0.000，模型1中葉形t=-4.330，P= 0.000，具花數(shù)t= 2.115，P= 0.046，說明變量的各項偏回歸系數(shù)均具有統(tǒng)計學意義，多元回歸方程為：

表8 不同樣地野生柴胡傘幅與生物學特性多元線性回歸分析模型

表9 不同樣地野生柴胡傘幅與生物學特性多元線性回歸分析偏回歸系數(shù)

Y=16.424-6.759X1+0.419X2

(Y為野生柴胡傘幅，X1為葉形，X2為具花數(shù))

3 結(jié)論與討論

世界上第一部藥典《新修本草》中記載：“竊以動植物生，因方舛性，春秋節(jié)變，感氣殊功。離其本土，則質(zhì)同而異”[5]，說明特定的地理因素、生態(tài)環(huán)境對藥材品質(zhì)的影響。區(qū)域氣候環(huán)境、地理因子、周圍環(huán)境物種的多樣性和豐富性等因素影響藥用植物資源分布；同時，經(jīng)過長期對環(huán)境的適應，藥用植物已經(jīng)選擇了較為適宜的自然環(huán)境，當自然環(huán)境突然改變或在環(huán)境脅迫條件下，藥用植物通過調(diào)整自身形態(tài)及生理特性來應對環(huán)境的變化[6～8]。趙俊陽等發(fā)現(xiàn)柴胡的生態(tài)氣候適應性較強。隨著海拔的升高，土壤含水量增加，柴胡通過降低高度和比葉面積，增加葉片厚度來適應高海拔低溫和強風的環(huán)境條件[8]。趙萬里認為植物葉片水平的水分供需平衡在生長條件良好植物中更容易實現(xiàn)，而在極端低光照環(huán)境下，植物功能性狀為生存適應性所做改變要優(yōu)先于達到氣孔和小脈再單位面積上的高度正相關(guān)，以此獲得最大光合收益[9]。此外，藥用植物與周圍林木間的種間化感效應，同樣影響藥用植物的呼吸作用、光合作用、代謝、激素合成與分布、酶活性及細胞膜通透性、根系生長等生理活動。梁宵通過對灌木林下種植中藥材發(fā)現(xiàn)，感物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化以腐殖質(zhì)土壤為媒介，通過根系分泌、自然揮發(fā)、雨霧淋溶、植株分解等途徑，影響周圍植物群落的形成與交替變化。同時發(fā)現(xiàn)落葉松林下及紫穗槐林下腐殖質(zhì)土壤有利于柴胡種子萌發(fā)、幼苗生長，其林下適宜種植柴胡[10]。任艷等研究發(fā)現(xiàn)哈思山地區(qū)野生小葉黑柴胡分布的典型生境分別為戈壁型、草甸型和灌叢型3個類型。戈壁型生境包括流石灘亞型和巖壁縫隙亞型，生境中無優(yōu)勢植物種群，戈壁型小葉黑柴胡以匍匐型為主，地上部分生物量相對較少，地下生物量相對較多；草甸型生境包括低海拔和高海拔2個亞型，低海拔草甸優(yōu)勢植物為地榆，高海拔草甸優(yōu)勢植物為珠芽蓼；灌叢型包括叉子圓柏灌叢、鮮黃小檗灌叢和峨眉薔薇灌叢，草甸型和灌叢型小葉黑柴胡以直立型為主，地上部分生物量相對較多。不同生境中小葉黑柴胡表觀形態(tài)特征、種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢物種及周圍植物的多樣性均與環(huán)境因素息息相關(guān)[11]。

承德是柴胡主產(chǎn)區(qū)之一，隆化縣及豐寧縣是是華北地區(qū)野生柴胡的密集分布區(qū)。林下、林間草甸均為富含腐殖質(zhì)的肥沃褐土；灌叢以不同程度夾砂石的褐土為主。林下、草甸及灌叢土壤保墑能力和腐殖質(zhì)含量高，林下、草甸及灌叢中陰濕環(huán)境有利于野生柴胡種子萌發(fā)及幼苗生長。林下、灌叢中柴胡植株較高且茂密，以直立生為主。這可能是受到周圍林木灌叢植物種群的影響，柴胡植株為了爭取光照則需要直立生長。在草原或者植物種群少的荒坡，柴胡植株多矮小且分枝少，原因可能是周圍植物種群數(shù)量少且大多稀疏矮小，同時受海拔梯度、風向等因素的影響。這些特征變化都表明柴胡在不同生境中為了應對不利環(huán)境因素，通過改變自身表型性狀以爭取更大的生存空間。故在野生優(yōu)質(zhì)柴胡資源馴化時，就地保護馴化擴繁，更有利于保護野生柴胡資源種群的優(yōu)勢性狀。