人參品質(zhì)形成與主導(dǎo)氣象因子關(guān)聯(lián)度分析

高 巖 袁福香 馬云飛 馬艷敏

（1.吉林省氣象科學(xué)研究所，吉林長(zhǎng)春 130062；2.長(zhǎng)白山氣象與氣候變化吉林省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130062；3.吉林省農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控科技創(chuàng)新中心，吉林長(zhǎng)春 130062）

1 引言

人參為五加科人參屬多年生草本植物， 是吉林省重要的人工栽培藥用植物之一，以干燥根、根莖、莖及莖葉入藥，在調(diào)節(jié)免疫力、抗炎、抗腫瘤、降糖保肝等方面有很好的功效[1-3]，具有較高的醫(yī)用及商業(yè)價(jià)值[4]。中國(guó)的人參種植主要分布在東北三省，尤以長(zhǎng)白山產(chǎn)區(qū)的人參品質(zhì)最佳。人參皂苷為藥材人參的主要藥效成分， 是評(píng)價(jià)藥材品質(zhì)的指標(biāo)， 人參皂苷按苷元基本骨架分為達(dá)瑪烷型原人參二醇型皂苷（potopanaxadiol，PPD）、原人參三醇型皂苷（protopanaxatriol，PPT）和齊墩果烷型人參皂苷（oleanane type saponins，OTS）[5]。

藥用植物的生長(zhǎng)發(fā)育、器官形成及有效成分的合成積累與生態(tài)因子關(guān)系密切， 其中溫度、光照、水分等作為主要的生態(tài)因子，通過(guò)單一或相互作用影響藥用植物的品質(zhì)[6]。 長(zhǎng)白山地區(qū)獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境影響著人參品質(zhì)的形成。 馬樹(shù)慶等[7]研究了長(zhǎng)白山區(qū)人參栽培氣候生態(tài)適宜性；畢伯鈞[8]初步探討了人參氣候生態(tài)及適宜栽培地的選擇，Zhang Tao 等[9]、高巖等[10]探討了溫度、水分等生態(tài)因子對(duì)人參品質(zhì)形成的影響。

本文在已有研究的基礎(chǔ)上， 選取對(duì)人參生長(zhǎng)及其質(zhì)量形成影響較大的溫度、 光照及水分等因子[11]，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析各因子與人參生長(zhǎng)及藥材品質(zhì)形成的密切程度， 從而判斷引起品質(zhì)形成的主要因素和次要因素， 能夠反映客觀實(shí)際中人參生長(zhǎng)對(duì)氣象因子變化的響應(yīng)， 并進(jìn)行氣象條件對(duì)人參影響綜合效益評(píng)估， 為深入研究氣象條件與人參生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)形成間的關(guān)系， 訂正人參氣象服務(wù)指標(biāo)提供科學(xué)支撐。

2 資料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用的5 年生人參分別于出苗期、展葉期、花期、綠果期、紅果期及采收期取自吉林省撫松縣抽水鄉(xiāng)正岔溝村（127°04′47″E，42°32′43″N，拔海高度523 m）。 田間取樣采用5 點(diǎn)取樣法，每次隨機(jī)采集固定田壟的人參10 株。樣品經(jīng)處理后用于生物量及人參皂苷含量的測(cè)定。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

實(shí)驗(yàn)所用氣象數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)均由吉林省氣象局提供。 氣象數(shù)據(jù)為2021 年撫松縣區(qū)域站觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括逐日氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)及相對(duì)濕度。 地理信息數(shù)據(jù)包括撫松縣25 個(gè)區(qū)域氣象站經(jīng)緯度和海拔高度，高程數(shù)據(jù)空間分辨率為1 km×1 km。

2.3 人參根中皂苷含量的測(cè)定

人參皂苷含量依文獻(xiàn)報(bào)道法[11]測(cè)定。 PPD 型人參皂苷含量為Rb1、Rc、Rb2、Rd、Rh2、Rb3、Rg3含量之和，PPT 型人參皂苷含量為Rg1、Re、Rf 之和，OTS 型人參皂苷為Ro 含量。 測(cè)定單體皂苷峰面積，以峰面積為橫坐標(biāo)（x），質(zhì)量分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)（y），得到線性回歸方程見(jiàn)表1。

表1 人參單體皂苷的回歸方程

3 結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)地氣象條件分析

撫松縣地處吉林省東南邊陲的長(zhǎng)白山腹地，松花江上游，127°01′—128°06′E，41°42′—42°49′N(xiāo)。1 月平均氣溫-11～-15 ℃， 最低氣溫-22 ℃以下；7 月平均氣溫19～21.7 ℃，最高氣溫達(dá)32 ℃（圖1）。從2021 年不同生長(zhǎng)時(shí)期采樣地氣象因子數(shù)據(jù)可以看出（表2），人參整個(gè)生長(zhǎng)階段（5 月10 日—10月5 日） 采樣地最低氣溫為-2.4 ℃， 最高氣溫達(dá)33.5 ℃。平均氣溫最高日出現(xiàn)在紅果期，為26.7 ℃；平均氣溫最低日在枯萎期，為12.7 ℃。平均日照時(shí)數(shù)較高的時(shí)期是展葉期、綠果期，分別為184.5 h、261.2 h。 平均降水量及相對(duì)濕度較大的時(shí)期是綠果初期。不同時(shí)期采樣地平均降水量差別較大，整個(gè)出苗期降雨量?jī)H38 mm； 綠果期平均降水量為239.5 mm，是整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期降水最豐沛的時(shí)期。相對(duì)濕度在大部分時(shí)期都大于等于75%， 只有在展葉期和花期分別為49% 和71%。

圖1 撫松縣年平均氣溫（a）、年平均降水量（b）、1 月平均氣溫（c）、1 月最低氣溫（d）、7 月平均氣溫（e）、7 月最高氣溫（f）、年平均相對(duì)濕度（g）、海拔高度（h）分布

表2 采樣地各生長(zhǎng)時(shí)期氣象因子

3.2 氣象因子對(duì)人參品質(zhì)的影響

3.2.1 氣象因子對(duì)人參生長(zhǎng)的影響

從人參生育期內(nèi)氣象因子對(duì)其生長(zhǎng)的影響可以看出（圖2），在人參生長(zhǎng)的不同時(shí)期植株生物量變化趨勢(shì)一致，干、鮮重呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。從苗期至花期平均降水量、 日照及相對(duì)濕度增加利于植株出苗、展葉、開(kāi)花。后期氣溫略有下降，此階段由于貯藏根營(yíng)養(yǎng)倒流供給地上部分生長(zhǎng)植株，生物量減少，其中鮮重減少0.65 g，干重減少1.01 g。 之后進(jìn)入植株生長(zhǎng)旺盛期，在綠果期氣溫適宜、降水充沛，平均氣溫為22.1 ℃，平均降水量為239.5 mm，日照時(shí)數(shù)273.6 h，水熱條件良好利于光合作用將營(yíng)養(yǎng)向地下根輸送。 從紅果期至采收期平均氣溫較之前降低4.6 ℃， 平均降水量減少23.10 mm，平均日照時(shí)數(shù)增加10.3 h，此時(shí)地下根部達(dá)整個(gè)生育期內(nèi)最大值， 鮮重、 干重分別為41.4 g、12.17 g，根部生物量變化穩(wěn)定，養(yǎng)分累積于越冬芽?jī)?nèi)貯存越冬養(yǎng)分。

圖2 人參出苗期、展葉期、花期、綠果期、紅果期、采收期氣象條件及生物量變化

3.2.2 人參皂苷含量測(cè)定結(jié)果

5 年生人參根中PPD 及PPT 型人參皂苷呈波動(dòng)性變化。PPD 型人參皂苷含量從出苗期到采收期逐漸增加，在展葉期皂苷含量最低，為6.17 mg/g；采收期達(dá)最大值12.91 mg/g；其中Rb1、Rb3、Rh2在紅果期達(dá)最大值， 分別為4.05 mg/g、0.64 mg/g、0.66 mg/g。 PPT 型人參皂苷含量在綠果期出現(xiàn)降低， 人參皂苷Rg1、Re、Rf 含量較花期分別降低了3.34%、11.18%、0.16%； 采收期含量達(dá)最大值12.19 mg/g，較展葉期增加了33.72%。 OTS 型人參皂苷Ro 含量呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，采收期達(dá)最大值0.54 mg/g，較展葉期增加了35.12%。 在人參生長(zhǎng)的整個(gè)生育期內(nèi)， 不同生長(zhǎng)時(shí)期人參皂苷含量隨人參生物量的增加也呈現(xiàn)平緩的增長(zhǎng)趨勢(shì)，在紅果期前后由于陰雨天氣空氣濕度較大， 土壤水分散失較慢且處于人參的采收期， 植株地上部分枯萎，代謝活動(dòng)變緩，植物體內(nèi)代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)能物質(zhì)，因此可能導(dǎo)致皂苷含量增幅不明顯。

3.2.3 氣象因子與人參皂苷含量的灰色關(guān)聯(lián)度分析

人參藥材質(zhì)量的形成與氣象因子之間關(guān)系密切，但許多因子之間的關(guān)系密切程度并不明朗，用灰色關(guān)聯(lián)分析系統(tǒng)中主行為因子與相關(guān)行為因子的關(guān)系的密切程度， 從而判斷引起植物發(fā)展因素中的主要因素和次要因素，其結(jié)論較為科學(xué)[12]。 以灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)各氣象因子對(duì)人參藥效成分量的影響，結(jié)果顯示出一定的規(guī)律。

人參生育期內(nèi)各氣象因子與人參根中皂苷含量的灰色關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表3， 平均日照時(shí)數(shù)和降水是影響PPD 型人參皂苷量的主導(dǎo)因子，灰色關(guān)聯(lián)度分別達(dá)0.683 和0.637；平均氣溫、相對(duì)濕度及日照時(shí)數(shù)是影響PPT 型人參皂苷含量的主導(dǎo)因子，灰色關(guān)聯(lián)度分別達(dá)0.716、0.748 和0.747； 平均氣溫是影響OTS 型人參皂苷Ro 量的主導(dǎo)因子，灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)0.719；平均氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水是影響人參總皂苷的主導(dǎo)因子， 灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.771、0.781 和0.756。 因相對(duì)濕度不直接作用于地下根部， 因此對(duì)根部人參皂苷合成的作用并不明顯，不是主導(dǎo)因子。

表3 氣象因子與根中人參皂苷灰色關(guān)聯(lián)度

3.2.4 氣象條件對(duì)人參影響的綜合效益評(píng)價(jià)

氣象因子作為外部因素對(duì)人參生長(zhǎng)及藥材品質(zhì)形成有重要影響[13]。 氣象條件對(duì)人參影響的綜合效益評(píng)價(jià)即為不同氣象條件影響下人參總皂苷含量的變化， 可以直觀反映人參生長(zhǎng)和藥效成分含量變化對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)期各氣象因子的響應(yīng)，進(jìn)而指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)。

在人參不同生長(zhǎng)時(shí)期隨著氣象條件及植物生理的變化人參根部藥效成分的積累也隨之變化（圖3）， 從6 月中旬至7 月末即從開(kāi)花到結(jié)果平均氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)都達(dá)到了人參生長(zhǎng)過(guò)程中的最大值， 在綠果期水熱條件適宜利于根部皂苷含量的累積。 紅果期至采收期雖然平均氣溫、降水、日照及相對(duì)濕度較前期有所下降，但皂苷含量還是小幅度增加， 這可能是由于9 月為人參的枯萎期，植物體內(nèi)代謝活動(dòng)變緩，代謝產(chǎn)物作為儲(chǔ)能物質(zhì)存于植物體內(nèi)流向越冬芽， 少部分用于皂苷合成，因此在9 月末至10 月初適宜采收，此時(shí)總皂苷量達(dá)最大值26.64 mg/g，人參品質(zhì)最優(yōu)。

圖3 氣象因子對(duì)人參總皂苷含量的影響

4 結(jié)語(yǔ)

（1） 生育期內(nèi)平均氣溫是影響人參生長(zhǎng)及品質(zhì)形成的主導(dǎo)氣象因子之一， 與皂苷含量灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)較大。

（2） 人參生長(zhǎng)及品質(zhì)形成與平均日照時(shí)數(shù)關(guān)系密切， 研究發(fā)現(xiàn)其對(duì)根中皂苷含量的積累表現(xiàn)出了促進(jìn)作用，與PPD、PPT 型人參皂苷及人參總皂苷灰色關(guān)聯(lián)度達(dá)0.7 以上。 適當(dāng)強(qiáng)度的光照是有效提高人參皂苷積累的手段， 但過(guò)多會(huì)造成葉片損傷， 應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)采用適當(dāng)?shù)恼陉幣飦?lái)平衡人參不同組織部位對(duì)日照的需求。

（3） 生育期內(nèi)平均降水量也是影響人參生長(zhǎng)及品質(zhì)形成的主導(dǎo)氣象因子之一， 降水過(guò)多不利于人參生長(zhǎng)。 由于本實(shí)驗(yàn)所采集人參均為遮蔭棚栽培，降雨與人參皂苷的積累呈不顯著的負(fù)相關(guān)，這存在一定的必然性。

（4）相對(duì)濕度并未直接作用于根組織，對(duì)人參根組織的影響較小， 此外相對(duì)濕度與皂苷含量灰色關(guān)聯(lián)度相對(duì)較小，對(duì)總皂苷量影響不明顯。

（5）從作物氣象學(xué)與生態(tài)學(xué)原理來(lái)看，不同類(lèi)型的人參單體皂苷對(duì)氣象因子的需求具有差異性， 但不同生長(zhǎng)時(shí)期的氣象因子對(duì)人參生長(zhǎng)和總皂苷含量的影響變化有一定的一致性。 通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，生育期內(nèi)平均氣溫、降水、日照是影響人參根中人參皂苷量的主導(dǎo)氣象因子。