曾凡琳， 王 欢， 温美佳， 张 琴， 谢彩香

（中国医学科学院药用植物研究所，北京100193）

［饮片炮制］

宁夏枸杞有效成分与气候因子相关性的分析

曾凡琳， 王 欢， 温美佳， 张 琴， 谢彩香*

（中国医学科学院药用植物研究所，北京100193）

目的 探讨宁夏枸杞品质与气候因子的关系，筛选该植物的最佳主产区。方法 测定宁夏、甘肃、新疆、河北产宁夏枸杞中三个有效成分多糖、甜菜碱、总糖的含有量，偏最小二乘 （PLS）法分析其与10个气候因子之间的相关性，然后进行主成分分析 （PCA）。结果 多糖含有量与七月平均温、七月最高温、年相对湿度、年均温呈较强负相关，而与高程、年均日照时数呈较强正相关；甜菜碱、总糖含有量均与七月最高温有较强正相关，而与一月平均温、一月最低温、年降水量有较强负相关。甘肃景泰、靖远和宁夏同心、中卫、中宁、银川的气候条件更适合宁夏枸杞生长，并且两地的气候因子比较接近，与河北、新疆有一定差异。结论 宁夏、甘肃产区最适合宁夏枸杞的生长。

宁夏枸杞；产区；多糖；甜菜碱；总糖；气候因子；PLS；PCA

宁夏枸杞Lycium barbarum L.为茄科多年生落叶灌木，其干燥成熟果实枸杞子为我国传统名贵中药材，具有滋补肝肾、益精明目的作用［1］。影响中药材药效成分积累的主要因素是遗传和环境因素［2］，研究适宜道地药材生长的生态环境是中药资源可持续发展的基础［3］，通过气候因子与中药材品质的相关性来探讨道地药材有效成分积累的环境影响作用，从而有利于获得优质中药材资源。谢彩香等［4-5］认为，温度在人参皂苷类成分积累中起决定性作用。Yang等［6］发现，玄参中玄参苷的积累与温度呈正相关性。Dong等［7］研究表明，土壤类型是影响枸杞多酚类成分含有量的主要因素。黄林芳等［8］报道，日照时数有利于羌活化学成分的累积，在一定范围内，海拔越高，年降水量越大，越能促进羌活醇的积累。上述研究均说明，环境对植物中有效成分有着重要影响。

本实验对宁夏、甘肃、新疆、河北主产区宁夏枸杞中的有效成分多糖、甜菜碱及总糖含有量进行测定，利用中药材产地适宜性分析系统 （TCMGIS），基于其全球1 km2的气候栅格数据库来提取主产区的10种气候因子，通过偏最小二乘回归法（PLS）对其相关性进行分析。然后，进行主成分分析 （PCA），绘制10种气候因子曲线，进一步探讨主产区适宜宁夏枸杞生长及有效成分积累的生态成因，这为该植物的产地适宜性分析、引种栽培及可持续利用提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 实验材料采样及处理 宁夏枸杞于2012年7月～8月采自宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、甘肃省、河北省栽培样地 （图1），品种均为宁杞1号，每个采样点采集3～4份样品，采回后均立即用热风风干，测定其化学成分含有量，利用GPS记录采样点的经纬度、高程数据。样品由中国医学科学院药用植物研究所鉴定，凭证标本保存于本所标本馆。

图1 宁夏枸杞采样点分布Fig.1 Distribution of collection sites of Lycium barbarum L.

1.2 实验和数据处理

1.2.1 气候数据处理 搜集中国600多个气象站点10个气候因子 （年平均气温、活动积温、一月平均温、七月平均温、一月最低气温、七月最高温、年降水量、年均相对湿度、年均日照时数、高程）平均30年的数据，采用基于数字高程模型（DEM）的多元线性回归插值方法，生成1 km2气候栅格数据库，对每一个采样点都可以利用空间分析方法得到上述气候因子数据。

1.2.2 化学成分测定 枸杞多糖和甜菜碱的测定分别采用 《中华人民共和国药典》2010年版 （一部）规定的苯酚—硫酸比色法和薄层扫描定量法，均平行测定3次，取平均值；枸杞总糖的测定采用四分法，枸杞冷冻后粉碎均匀，精密称取5～10 g，置于250 mL量瓶中，加水至200 mL左右，（80± 2）℃水浴下保温30 min（期间摇动数次）后取出，加入乙酸锌及亚铁氰化钾溶液各5 m L摇匀，冷却至室温，蒸馏水定容，过滤 （初滤液弃除30 mL

左右）备用。吸取滤液50 mL，置于100 mL量瓶中，加入6 mol/L盐酸10 mL，在（80±2）℃水浴中加热水解15 min后取出，冷水冷却至室温，加甲基红指示剂一滴，30%氢氧化钠溶液中和，蒸馏水定容，备用。另外，取碱性酒石酸铜甲液和乙液适量，置于250 m L锥形瓶中，加入蒸馏水10 mL，玻璃珠2粒，滴加比预测体积少0.5～lmL的葡萄糖标准溶液，在2 min内加热至沸，趁沸继续以每2 s 1滴的速度滴加葡萄糖标准溶液，直到溶液蓝色刚好褪去，即为终点，记录消耗葡萄糖标准溶液的总体积，平行操作3份，得到平均消耗的体积，计算每10 mL（甲、乙液各5 mL）碱性酒石酸铜溶液相当于葡萄糖的质量 （mg）。

1.2.3 偏最小二乘回归 （PLS）及产地主成分分析（PCA） 通过SIMCA-P软件，利用PLS分析变量投影重要性指标 （VIP）来分析宁夏枸杞主产区10种气候因子与多糖、甜菜碱及总糖这三种有效成分相关性的强弱。然后，SPSS 12.0软件对主产区气候因子进行PCA分析和综合评价，以筛选最适合该植物生长的产区。

2 宁夏枸杞有效成分与气候因子相关性分析

生态环境对中药材的品质有一定影响，不同地区宁夏枸杞的化学成分主要因环境条件而存在差异。枸杞总糖是宁夏枸杞甜味的重要来源［9］，占干果总含有量的40%～50%，高的可达到60%；多糖已被证实是宁夏枸杞的药理成分之一［10］；甜菜碱是宁夏枸杞果、叶、柄中的主要生物碱，为该植物对抗脂肪肝或脂质代谢的主要成分。本实验对不同主产区宁夏枸杞 （宁杞1号）中这三种有效成分的含有量进行测定，并对它们与气候因子的相关性进行研究。中药材品种、栽培措施、采收加工方式均会影响宁夏枸杞的品质，为尽可能减少以上因素对实验结果的影响，按实验材料采样及处理方法进行操作。

2.1 有效成分测定 不同产区宁夏枸杞中多糖、甜菜碱、总糖的含有量见图2。由图可知，四个产区宁夏枸杞中总糖含有量的差异不明显，最高为新疆，其次为宁夏、甘肃、河北，新疆仅比河北高3.2%。但多糖、甜菜碱含有量的差异较大，其中多糖以甘肃最高，其次为宁夏、新疆、河北，甘肃与河北相差76%；甜菜碱以新疆最高，其次为宁夏、河北、甘肃，新疆与甘肃相差44.8%。另外，这三种有效成分的总含有量以宁夏最高，其次为甘肃、新疆、河北。

图2 不同产区宁夏枸杞有效成分的比较Fig.2 Comparison of effective constituents of Lycium barbarum L.in different growing areas

2.2 有效成分与气候因子PLS分析 生态环境是影响枸杞有效成分的主要因素，为了解气候因子对枸杞主要药效成分的影响，本实验采用PLS分析，通过变量投影重要性指标 （VIP）来评估枸杞有效成分与气候因子的相关性，VIP值越大，说明气候因子对枸杞有效成分含有量的影响越大，见表1。在枸杞中多糖、总糖和甜菜碱含有量分别与各气候因子的回归系数见图3（A、C、E），VIP值见图3（B、D、F）。

由图3（A）可知，枸杞多糖含有量与高程的正回归系数值最大，其次是年平均日照时数；与七月平均温的负回归系数绝对值最大，其次为七月最高温、年相对湿度、年均温、活动积温、一月最低温、年降水量、一月平均温。由图3（B）可知，七月平均温和七月最高温的权重系数对枸杞多糖含有量的影响最大，其次为高程与年相对湿度 （两者相当）、年均温、活动积温、年日照时数、一月最低温、年降水量、一月平均温。在所有气候因子中，仅高程和年日照时数与枸杞中多糖的含有量呈正相关，即对其积累有促进作用，而七月平均温、七月最高温、年相对湿度与枸杞多糖含有量呈负相关，不利于其积累。

枸杞甜菜碱与气候因子的系数回归见图3（C），可知一月平均温的负回归系数绝对值最大，其次为一月最低温、年降水量、年均温、高程；七月最高温与枸杞甜菜碱含有量呈正相关，而且正回归系数值最大，其次为七月平均温、年相对湿度、活动积温、年日照时数。由图3（D）可知，一月平均温、一月最低温及七月最高温对枸杞中甜菜碱的积累影响最大，其次为年降水量、年均温、高程、七月平均温、年相对湿度、活动积温、年日照时数。在最主要的三个影响因子中，一月平均温、

一月最低温均不利于甜菜碱积累，仅七月最高温对其有促进作用。

枸杞总糖的气候因子系数回归图见图3（E），可知年日照时数、年相对湿度、七月最高温、七月平均温均与枸杞总糖含有量呈正相关，依次为七月最高温＞七月平均温＞年相对湿度＞年日照时数。在负相关系数中，一月平均温、一月最低温、年降水量与枸杞总糖含有量的负相关性强，其次为年均温、活动积温、高程。由图3（F）可知，重要性指标依次为一月平均温＞一月最低温＞年降水量＞年均温=七月最高温＞七月平均温＞年相对湿度＞活动积温＞年日照时数＞高程。

表1 不同产区宁夏枸杞气候因子Tab.1 Climatic factors of Lycium barbarum L.in different growing areas

图3 宁夏枸杞中多糖、甜菜碱和总糖的生态回归系数 （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）of polysaccharide，betaine and total saccharide in Lycium barbarum L.

3 枸杞优选主产区分析

PLS分析仅反映了单个气候因子与三种有效成分的关系。为综合评价适合宁夏枸杞有效成分积累的优选产区，本实验对其主产区10种气候因子继续进行PCA综合评价，以获得较适合宁夏枸杞生长的产区，并制作曲线图，分析该植物优选产区的生态原因。

3.1 枸杞主产区气候因子综合评价 对宁夏枸杞主产区的10种气候因子进行PCA分析，得到适宜其生长的较优产区，见表2。由表可知，在第一主成分F1中，因子载荷量较大的变量分别为X1、X4、X5、X6、X8，即活动积温、高程、七月平均温、年相对湿度、年均温；在第二主成分F2中，因子载荷量较大的变量是X9与X10，即一月最低温与一月平均温。而且，F1和F2的方差贡献率分别为64.710%和27.442%，其总和为92.152%，大于85%，可以代表气候因子的大部分信息。因此，影响宁夏枸杞分布较为显著的因子主要为活动积温、高程、七月平均温、年相对湿度、年均温、一月最低温与一月平均温。

表2 因子载荷量及方差贡献率Tab.2 Factor loading capacities and variance contribution rates

不同产区宁夏枸杞气候因子综合评价的结果见表3，因子得分值大小表示宁夏枸杞对该区域生态环境适宜的程度，分值越大，表明该区域生态环境越适宜宁夏枸杞的生长。经计算，两个主成分的权重系数分别为0.702和0.298，因此总得分F= 0.702 F1+0.298 F2，其中Fi=∑bijXj（bij为因子得分矩阵第i行、第j列的系数，Xj为气候因子值）。由表可知，甘肃景泰、靖远和宁夏同心、中卫、中宁、银川地区宁夏枸杞基地的分值较高。宁夏与甘肃毗邻，历来都是宁夏枸杞的传统主产区，说明其生态条件比较适合该植物的生长。

表3 不同产区宁夏枸杞气候因子得分Tab.3 Scores of climatic factorsof Lycium barbarum L.in different grow ing areas

3.2 枸杞主产区生态曲线分析 道地药材的环境条件是形成优质药材的保证，为研究枸杞主产区潜在生态成因，本实验结合PCA综合评价结果，进一步对枸杞主产区的生态曲线进行分析。

由枸杞主产区的10种气候曲线 （图4）可知，宁夏、甘肃产区的10种气候因子数值比较接近，而与河北、新疆有所差异，说明宁夏、甘肃产区的生态条件与河北、新疆存在比较明显的区别，这可能是这两个产区综合评价分值高，更适合宁夏枸杞生长的生态原因之一。

图4 不同产区宁夏枸杞的气候曲线Fig.4 Climatic curves of Lycium barbarum L.in different growing areas

植物的生长，例如温度、光线、水分都存在最适范围，各个最适合植物生长的气候因子才能组成最适宜的环境条件。中药材独特的药效成分是生态环境长期作用的产物，道地药材综合品质优良，有效成分含有量丰富，是多种气候因子综合作用的结果。本实验中，河北、新疆产区的气候因子值有较

大差异，而宁夏、甘肃产区相近，10种气候因子曲线存在独特的线性关系，形成最适合宁夏枸杞的生态环境。因此，必须更加深入地研究中药材道地产区生态因子区别于非道地产区的潜在生态规律，进一步为中药材的引进种植提供数据支持。

4 讨论

本实验探讨宁夏枸杞中多糖、甜菜碱及总糖这三种有效成分与主产区气候因子的关系，通过PCA分析评价适合宁夏枸杞生长的主产区，并分析其气候因子的潜在规律，进一步对宁夏枸杞的生态相似性研究及引进种植提供数据支持。

气候因子和化学成分相关性表明，七月平均温、七月最高温、年相对湿度、年均温与枸杞多糖含有量呈较强负相关，说明这些因素不利于枸杞多糖的形成［11］，而多糖含有量与高程、年平均日照时数呈较强正相关。从枸杞产区的气候因子曲线可知，河北巨鹿七月平均温、七月最高温、年相对湿度、年均温值最高，而高程、年平均日照时数最低，这可能是该产区枸杞多糖含有量较低的原因［12-15］。

甜菜碱、总糖与气候因子的相关性分析结果显示，两者含有量与七月最高温呈较强正相关，而与一月平均温、一月最低温、年降水量呈较强负相关。结合10种气候因子曲线可知，在所有产区中，新疆精河一月平均温、一月最低温、年降水最低，七月最高温最高，有利于甜菜碱与总糖含量的积累，这可能是该产区甜菜碱、总糖含有量较高的原因。另外，新疆精河产区的单一有效成分甜菜碱、总糖略优于宁夏、甘肃产区，但综合评价指标排名低于这两个产区。

优质药材的形成离不开适宜的生态条件，生态环境是影响中药材活性成分的主要因素之一，道地产区历来是优质中药材形成的保证。在本实验中，宁夏、甘肃产区宁夏枸杞的10种气候因子曲线存在独特线性关系，而与甘肃、新疆产区有所差异，说明中药材的道地产区可能存在独特的生态环境条件，也是其有效成分含有量较高的原因之一。因此，需进一步深入研究中药材道地产区的潜在生态成因，这对中药材产区适宜性分析及引进种植有重要意义。

［1］ 张晓煜，刘 静，王连喜.宁夏枸杞品质综合评价体系的构建［J］.中国农业科学，2004，37（3）：3936-3943.

［2］ 温美佳.基于气候特征的不同产地枸杞品质及生态适宜性区划研究［D］.太原：山西大学，2013.

［3］ 高业新，李新虎.宁夏枸杞的道地性研究［J］.地球学报，2003，24（2）：193-196.

［4］ 谢彩香，索凤梅，贾光林，等.人参皂苷与生态因子的相关性［J］.生态学报，2011，31（24）：7551-7563.

［5］ 贾光林，黄林芳，索凤梅，等.人参药材中人参皂苷与生态因子的相关性及人参生态区划［J］.植物生态学报，2012，36（4）：302-312.

［6］ Yang S T，Li JH，Zhao Y P，et al.Harpagoside variation is positively correlated with temperature in Scrophularia ningpoensis Hemsl.［J］.JAgric Food Chem，2011，59（5）：1612-1621.

［7］ Dong JZ，Wang S H，Zhu L Y，etal.Analysis on themain active components of Lycium barbarum fruits and related environmental factors［J］.J Med Plants Res，2012，6（12）：2276-2283.

［8］ 黄林芳，李文涛，王 珍，等.濒危高原植物羌活化学成分与生态因子的相关性［J］.生态学报，2013，33（24）：7667-7678.

［9］ Zheng G Q，Zheng Z Y，Xing X，et al.Variation in fruit sugar composition of Lycium barbarvm L.and Lycium chinense Mill.of different regions and varieties［J］.Biochem Syst Ecol，2010，38：275-284.

［10］ 李朝晖，马晓鹂，吴万征.枸杞多糖降血糖作用的细胞实验研究［J］.中药材，2012，35（1）：124-127.

［11］ 郑国宝，张源沛，朱金霞，等.灌水频率对枸杞品质、产量和耗水特性的影响［J］.中国农学通报，2013，29（31）：206-210.

［12］ 张晓煜.宁夏优质枸杞形成的环境条件研究［D］.北京：中国农业大学，2003.

［13］ 张晓煜，刘 静，袁海燕，等.枸杞多糖与土壤养分、气候条件的量化关系研究［J］.干旱地区农业研究，2003，21（3）：43-47.

［14］ Amagase H，Farnsworth NR.A review of botanical characteristics，phytochemistry，clinical relevance in efficacy and safety of Lycium barbarum fruit［J］.Food Res Int，2011，44（7）：1702-1717.

［15］ 郑国琦，胡正海.宁夏枸杞的生物学和化学成分的研究进展［J］.中草药，2008，39（5）：796-800.

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

国家自然科学基金面上项目 （81473304）；国家十二五科技支撑课题 （2015BAI05B01）；吉林省科技成果转化计划（20130305047YY）

曾凡琳（1990—），女，硕士，从事中药资源地理分布与生态适宜性研究。Tel：13121614766，E-mail：flzeng@163.com

*通信作者：谢彩香，女，博士，副研究员，硕士生导师，从事药用植物空间分布与生态适宜性研究。Tel：（010）57833198，E-mail：caixiangxie@163.com