人參品質形成與主導氣象因子關聯度分析

高 巖 袁福香 馬云飛 馬艷敏

（1.吉林省氣象科學研究所，吉林長春 130062；2.長白山氣象與氣候變化吉林省重點實驗室，吉林長春 130062；3.吉林省農業氣象災害風險評估與防控科技創新中心，吉林長春 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，在調節免疫力、抗炎、抗腫瘤、降糖保肝等方面有很好的功效[1-3]，具有較高的醫用及商業價值[4]。中國的人參種植主要分布在東北三省，尤以長白山產區的人參品質最佳。人參皂苷為藥材人參的主要藥效成分， 是評價藥材品質的指標， 人參皂苷按苷元基本骨架分為達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]。

藥用植物的生長發育、器官形成及有效成分的合成積累與生態因子關系密切， 其中溫度、光照、水分等作為主要的生態因子，通過單一或相互作用影響藥用植物的品質[6]。 長白山地區獨特的生態環境影響著人參品質的形成。 馬樹慶等[7]研究了長白山區人參栽培氣候生態適宜性；畢伯鈞[8]初步探討了人參氣候生態及適宜栽培地的選擇，Zhang Tao 等[9]、高巖等[10]探討了溫度、水分等生態因子對人參品質形成的影響。

本文在已有研究的基礎上， 選取對人參生長及其質量形成影響較大的溫度、 光照及水分等因子[11]，通過灰色關聯度分析各因子與人參生長及藥材品質形成的密切程度， 從而判斷引起品質形成的主要因素和次要因素， 能夠反映客觀實際中人參生長對氣象因子變化的響應， 并進行氣象條件對人參影響綜合效益評估， 為深入研究氣象條件與人參生長發育及品質形成間的關系， 訂正人參氣象服務指標提供科學支撐。

2 資料與方法

2.1 實驗材料

實驗用的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 點取樣法，每次隨機采集固定田壟的人參10 株。樣品經處理后用于生物量及人參皂苷含量的測定。

2.2 數據來源

實驗所用氣象數據和地理信息數據均由吉林省氣象局提供。 氣象數據為2021 年撫松縣區域站觀測數據，包括逐日氣溫、降水、日照時數及相對濕度。 地理信息數據包括撫松縣25 個區域氣象站經緯度和海拔高度，高程數據空間分辨率為1 km×1 km。

2.3 人參根中皂苷含量的測定

人參皂苷含量依文獻報道法[11]測定。 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。 測定單體皂苷峰面積，以峰面積為橫坐標（x），質量分數為縱坐標（y），得到線性回歸方程見表1。

表1 人參單體皂苷的回歸方程

3 結果與分析

3.1 實驗地氣象條件分析

撫松縣地處吉林省東南邊陲的長白山腹地，松花江上游，127°01′—128°06′E，41°42′—42°49′N。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32 ℃（圖1）。從2021 年不同生長時期采樣地氣象因子數據可以看出（表2），人參整個生長階段（5 月10 日—10月5 日） 采樣地最低氣溫為-2.4 ℃， 最高氣溫達33.5 ℃。平均氣溫最高日出現在紅果期，為26.7 ℃；平均氣溫最低日在枯萎期，為12.7 ℃。平均日照時數較高的時期是展葉期、綠果期，分別為184.5 h、261.2 h。 平均降水量及相對濕度較大的時期是綠果初期。不同時期采樣地平均降水量差別較大，整個出苗期降雨量僅38 mm； 綠果期平均降水量為239.5 mm，是整個生長時期降水最豐沛的時期。相對濕度在大部分時期都大于等于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）、年平均相對濕度（g）、海拔高度（h）分布

表2 采樣地各生長時期氣象因子

3.2 氣象因子對人參品質的影響

3.2.1 氣象因子對人參生長的影響

從人參生育期內氣象因子對其生長的影響可以看出（圖2），在人參生長的不同時期植株生物量變化趨勢一致，干、鮮重呈現先降后升的趨勢。從苗期至花期平均降水量、 日照及相對濕度增加利于植株出苗、展葉、開花。后期氣溫略有下降，此階段由于貯藏根營養倒流供給地上部分生長植株，生物量減少，其中鮮重減少0.65 g，干重減少1.01 g。 之后進入植株生長旺盛期，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，日照時數273.6 h，水熱條件良好利于光合作用將營養向地下根輸送。 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，平均日照時數增加10.3 h，此時地下根部達整個生育期內最大值， 鮮重、 干重分別為41.4 g、12.17 g，根部生物量變化穩定，養分累積于越冬芽內貯存越冬養分。

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 人參皂苷含量測定結果

5 年生人參根中PPD 及PPT 型人參皂苷呈波動性變化。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；采收期達最大值12.91 mg/g；其中Rb1、Rb3、Rh2在紅果期達最大值， 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 含量呈現先降后升的趨勢，采收期達最大值0.54 mg/g，較展葉期增加了35.12%。 在人參生長的整個生育期內， 不同生長時期人參皂苷含量隨人參生物量的增加也呈現平緩的增長趨勢，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，代謝活動變緩，植物體內代謝產物轉變為儲能物質，因此可能導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聯度分析

人參藥材質量的形成與氣象因子之間關系密切，但許多因子之間的關系密切程度并不明朗，用灰色關聯分析系統中主行為因子與相關行為因子的關系的密切程度， 從而判斷引起植物發展因素中的主要因素和次要因素，其結論較為科學[12]。 以灰色關聯度評價各氣象因子對人參藥效成分量的影響，結果顯示出一定的規律。

人參生育期內各氣象因子與人參根中皂苷含量的灰色關聯度見表3， 平均日照時數和降水是影響PPD 型人參皂苷量的主導因子，灰色關聯度分別達0.683 和0.637；平均氣溫、相對濕度及日照時數是影響PPT 型人參皂苷含量的主導因子，灰色關聯度分別達0.716、0.748 和0.747； 平均氣溫是影響OTS 型人參皂苷Ro 量的主導因子，灰色關聯度達0.719；平均氣溫、日照時數和降水是影響人參總皂苷的主導因子， 灰色關聯度分別為0.771、0.781 和0.756。 因相對濕度不直接作用于地下根部， 因此對根部人參皂苷合成的作用并不明顯，不是主導因子。

表3 氣象因子與根中人參皂苷灰色關聯度

3.2.4 氣象條件對人參影響的綜合效益評價

氣象因子作為外部因素對人參生長及藥材品質形成有重要影響[13]。 氣象條件對人參影響的綜合效益評價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和藥效成分含量變化對不同生長時期各氣象因子的響應，進而指導農事活動。

在人參不同生長時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 月末即從開花到結果平均氣溫、降水、日照時數都達到了人參生長過程中的最大值， 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，植物體內代謝活動變緩，代謝產物作為儲能物質存于植物體內流向越冬芽， 少部分用于皂苷合成，因此在9 月末至10 月初適宜采收，此時總皂苷量達最大值26.64 mg/g，人參品質最優。

圖3 氣象因子對人參總皂苷含量的影響

4 結語

（1） 生育期內平均氣溫是影響人參生長及品質形成的主導氣象因子之一， 與皂苷含量灰色關聯系數較大。

（2） 人參生長及品質形成與平均日照時數關系密切， 研究發現其對根中皂苷含量的積累表現出了促進作用，與PPD、PPT 型人參皂苷及人參總皂苷灰色關聯度達0.7 以上。 適當強度的光照是有效提高人參皂苷積累的手段， 但過多會造成葉片損傷， 應根據實際生產采用適當的遮陰棚來平衡人參不同組織部位對日照的需求。

（3） 生育期內平均降水量也是影響人參生長及品質形成的主導氣象因子之一， 降水過多不利于人參生長。 由于本實驗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相關，這存在一定的必然性。

（4）相對濕度并未直接作用于根組織，對人參根組織的影響較小， 此外相對濕度與皂苷含量灰色關聯度相對較小，對總皂苷量影響不明顯。

（5）從作物氣象學與生態學原理來看，不同類型的人參單體皂苷對氣象因子的需求具有差異性， 但不同生長時期的氣象因子對人參生長和總皂苷含量的影響變化有一定的一致性。 通過灰色關聯度分析表明，生育期內平均氣溫、降水、日照是影響人參根中人參皂苷量的主導氣象因子。