北五味子有效成分含量與土壤因子的相關性分析

李 旭，孫文松*，劉 瑩*，楊正書

（1.遼寧省經濟作物研究所，遼寧遼陽 111000；2.遼寧省農業科學院藥用植物研究所，遼寧遼陽 111000；3.中國醫學科學院藥用植物研究所遼陽研究中心，遼寧遼陽 111000）

五味子為木蘭科多年生落葉木質藤本植物五味子[Schisandra chinensis（Turcz.）Baill.]的干燥成熟果實，具有收斂固澀、益氣生津、補腎寧心的功效[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。由于五味子為果實入藥，種植后可連續多年收獲，具有較大的經濟效益，目前在遼寧省約有9 000 hm2的五味子栽培基地，分布在遼寧省多個區域，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。藥用植物生長發育和有效成分的積累與土壤的理化性質和無機元素有著密不可分的關系，影響不同品種的藥用植物中有效成分含量的主導因子不盡相同[2-11]。目前關于五味子有效成分與土壤因子相關性的研究尚未見報道，有研究表明南五味子在栽培過程中應注重氮素與鉀素的配合[12]。該研究以不同產地五味子果實及土壤為研究對象，采用相關分析、主成分分析、聚類分析等統計方法，對五味子中五味子醇甲等成分的含量與土壤中氮、磷、鉀、有機質及土壤酶活進行相關性研究，為五味子藥材合理栽培種植提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗儀器。高效液相色譜儀（K2025，山東悟空儀器有限公司）；高速萬能粉碎機（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 試驗試劑。對照品五味子醇甲（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），所有對照品純度均在98%以上，均購自河南奧科標準物質科技有限公司；甲醇（色譜純，賽默飛世爾科技有限公司）；純凈水（杭州娃哈哈集團有限公司）；土壤蔗糖酶（S-SC）活性檢測試劑盒，土壤酸性磷酸酶（S-ACP）活性檢測試劑盒，土壤脲酶（S-UE）活性檢測試劑盒，土壤過氧化氫酶（S-CAT）活性檢測試劑盒均為北京索萊寶科技有限公司生產。

1.1.3 試驗材料。試驗共收集8 個產地14 批五味子樣品，經鑒定為五味子的果實，樣品陰干，粉碎，過60 目篩，備用（表1）。

表1 五味子果實樣品及土壤采集信息

1.2 方法

1.2.1 不同產地五味子有效成分含量測定。化學成分含量測定，采用HPLC 法測定五味子醇甲、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）；檢測波長217 nm，流速1.0 mL/min[13]，柱溫25℃，進樣量10 μL。方法學考察結果顯示線性、精密度、穩定性、重復性、加樣回收率良好。

1.2.2 不同產地土壤因子測定。委托黑龍江中醫藥大學測定各土壤樣品中的速效磷、銨態氮、有效鉀、有機質、pH及土壤鹽分（%）；利用土壤蔗糖酶（S-SC）活性檢測試劑盒、土壤酸性磷酸酶（S-ACP）活性檢測試劑盒、土壤脲酶（S-UE）活性檢測試劑盒、土壤過氧化氫酶（S-CAT）活性檢測試劑盒對五味子根際土壤樣品中的蔗糖酶、酸性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶的酶活性進行測定。

1.3 數據處理

采用SPSS 20.0 統計軟件對試驗數據進行Spearman相關性分析，主成分分析、聚類分析和灰色關聯分析。

2 結果與分析

2.1 五味子樣品及土壤因子測定結果

從表2 可以看出，不同產地五味子醇甲、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。土壤養分含量見表3，酶活見表4，各產地間土壤鹽分含量和酸性磷酸酶活性差異不顯著，其余土壤因子各產地之間均有顯著差異。

表2 不同產地五味子有效成分含量（x±s，n=3）

表3 不同產地五味子根際土壤養分含量（x±s，n=3）

表4 不同產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，銨態氮、土壤鹽分、酸性磷酸酶與其他土壤因子均無顯著相關關系。在進行主成分分析時，剔除銨態氮、土壤鹽分、酸性磷酸酶3 個因子，KMO 統計量=0.691>0.5，適宜進行主成分分析，Bartlett 球形檢驗近似x2=178.455，單側P=0.000，可認為7 個指標不獨立，可進行主成分分析。從運算的方差貢獻率來看，λ1=4.842，貢獻率為69.165%，貢獻率最大；λ2=1.314，貢獻率為18.733%，第1，2 個主成分累計貢獻率為87.938%>80%，因此，前2個主成分已經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 主成分的相關性較強，速效磷、有機質、pH、蔗糖酶和過氧化氫酶與第2 主成分的相關性較強。

表5 五味子根際土壤酶活性與土壤養分含量的相關性

表6 主成分初始因子載荷矩陣

表7 主成分特征向量

2.3 土壤因子聚類分析

利用SPSS 20.0 對8 批五味子根際土壤樣品中的10 個土壤因子成分含量進行標準化處理，采用標準化處理后的數據進行系統聚類方法對其進行分析（圖1），當閾值為20 時，8 個不同產地土壤樣品聚類為2 組，其中撫順市清原縣、吉林市豐滿區的土壤樣品聚為I 組，其余土壤樣品聚為II 組。

圖1 不同產地五味子生長地區土壤因子聚類分析

2.4 不同產地五味子有效成分含量與土壤因子灰色關聯性分析

利用Excel 2019 軟件，采用灰色關聯分析法對五味子有效成分含量與土壤因子進行分析。從表8 可以看出，從五味子醇甲含量來看，10 個因子的關聯系數從大到小依次為γ5>γ4>γ8>γ10>γ2>γ7>γ6>γ1> γ3>γ9，影響五味子醇甲的重要因素是pH，其次是有機質和酸性磷酸酶；從五味子醇乙來看，土壤因子的關聯系數從大到小依次為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質，其次是酸性磷酸酶和過氧化氫酶；從五味子酯甲來看，灰色關聯系數依次為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氮；從五味子甲素來看，灰色關聯系數依次為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氮，其次是速效磷、土壤鹽分；從五味子乙素來看，灰色關聯系數依次為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，其次是有機質、pH；從混合木脂素來看，灰色關聯系數依次為γ5>γ4>γ2>γ10>γ8>γ6>γ1>γ7> γ9>γ3，影響五味子中木脂素類成分的主要因素是pH，其次是有機質和速效磷。可見五味子中木脂素類成分受有機質、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聯分析

2.5 不同產地五味子有效成分含量與土壤因子相關性分析

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相關關系（r=-0.598，P<0.01），與有效鉀、有機質、蔗糖酶、脲酶有極顯著正相關關系（r=0.779，0.559，0.553，0.806，P<0.01），與酸性磷酸酶有顯著負相關關系（r=0.421，P<0.05）；五味子醇乙與銨態氮、速效磷有極顯著負相關關系（r=-0.552，-0.517，P<0.01），與有效鉀、有機質有極顯著負相關關系（r=0.627，0.559，P<0.01），與脲酶、過氧化氫酶有顯著正相關關系（r=0.436，0.415，P<0.05）；五味子酯甲與有機質有極顯著負相關關系（r=-0.601，P<0.01），與銨態氮有顯著正相關關系（r=0.495，P<0.05），與蔗糖酶、脲酶有顯著負相關關系（r=-0.427，-0.427，P<0.05）；五味子甲素與銨態氮、速效磷有極顯著正相關關系（r=0.855，0.726，P<0.01），與脲酶有極顯著負相關關系（r=-0.516，P<0.01），與有效鉀、有機質、蔗糖酶有顯著負相關關系（r=-0.502，-0.798，-0.497，P<0.05）；五味子乙素與速效磷有極顯著負相關關系（r=-0.521，P<0.01），與銨態氮有顯著負相關關系（r=-0.438，P<0.05）；混合木脂素與有效鉀有極顯著正相關關系（r=0.561，P<0.01），與脲酶有顯著正相關關系（r=0.443，P<0.05），土壤中的pH、鹽分與有效成分的積累相關性均不顯著。該研究結果表明，土壤中有效鉀、有機質、蔗糖酶及脲酶的含量增高對促進五味子有效成分的形成和積累有積極作用。

表9 五味子品質指標與其根際土壤化學指標的相關性

3 結論與討論

該試驗通過對不同產地五味子有效成分和土壤因子的含量測定，探究五味子有效成分與10 個土壤因子的相關性，發現10 個土壤因子的含量在不同產地之間存在一定的差異。從聚類分析可以得知，撫順市清原縣（栽培）和吉林市豐滿區（野生）2 個地區的土壤樣品聚為一類，其余6 個地區的土壤樣品聚為一類，而這2 個地區的五味子果實中有效成分、有效鉀、有機質含量均明顯高于其他6 個地區，且灰色關聯性分析結果顯示，五味子中木脂素類成分受有機質、pH 和速效磷影響最大；而相關性分析結果表明，土壤中有效鉀、有機質、蔗糖酶及脲酶的活性增高對促進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五味子有效成分的形成有消極作用。

土壤中有效鉀、有機質的含量能夠在一定程度上促進五味子果實中木脂素類成分的積累，鉀與植物代謝過程有著密切的關系，參與糖和淀粉的合成、運輸和轉化，有機質能夠促進作物生長發育，而土壤肥力越高，蔗糖酶活性越強，脲酶與有機質的含量有一定程度的相關性[14]。在合理范圍內施用鉀肥和有機肥，能夠在一定程度上提高五味子品質，需在后續進行驗證性試驗。