环境因子对党参有效成分含量的影响

Effect of Environmental Factors on the Active Ingredients of Codonopsis pilosula

摘要

为明确影响党参（Codonopsis pilosula）有效成分含量的关键因子，该研究探究不同产区的气象、土壤等32种环境因子的作用，为党参规范化种植的产地环境选择提供科学依据。该研究通过收集党参主产区（重庆、内蒙古、甘肃、山西）共27个采样点的栽培党参及其根区土壤样本，测定不同产地土壤理化指标和党参中党参炔苷、多糖的含量，分析各环境因子与党参有效成分含量的相关性。结果表明：党参有效成分含量具有区域性差异；赤峰市阿鲁科尔沁旗的党参中多糖质量分数最高，为386 mg⋅g^-1；重庆市巫溪县的样品中党参炔苷质量分数最高，为2.128 mg⋅g^-1。月气温极值对党参有效成分含量产地差异的方差贡献最高，其次为土壤酶活力及有机质因子，土壤养分的方差贡献最低。不同环境因子对党参多糖和党参炔苷积累影响各异。党参多糖主要受土壤有机质、10月降水量及碱性磷酸酶活力影响，而党参炔苷主要受土壤速效氮、土壤酸性磷酸酶活力及5月、7—8月最低气温和土壤pH影响。综上，月气温极值主导党参有效成分含量变化，另外，还需关注降水量、土壤养分及磷酸酶活力的影响。

Abstract

To clarify the key factors affecting the content of active ingredients in Codonopsis pilosula， and to provide scientific basis for the selection of producing areas’ environmental factors for standardized cultivation， the effects of 32 environmental factors such as meteorology and soil conditions in different producing areas were explored. In this study， samples of cultivated C. pilosula and its root zone soil were collected from a total of 27 sampling sites in the main producing areas（Chongqing， Inner Mongolia， Gansu， and Shanxi）. The soil physicochemical indicators from different producing areas and the contents of lobetyolin and polysaccharides in C. pilosula weremeasured， and the correlations between various environmental factors and the active ingredients in C. pilosula were analyzed. The results indicated that there were regional differences in the content of active ingredients in C. pilosula. The highest polysaccharide content was 386 mg⋅g^-1 in samples collected from Ar Horqin Banner in Chifeng city. The highest lobetyolin content was 2.128 mg⋅g^-1 in samples collected from Wuxi in Chongqing city. Among the factors contributing to the variance in the content of active ingredients in C. pilosula from different producing areas， monthly extreme temperature had the highest contribution， followed by soil enzyme activity and organic matter factors， with soil nutrients contributing the least. The effects of different environmental factors on accumulation of polysaccharides and lobetyolin in C. pilosula varied in different producing areas. Polysaccharides contents in C. pilosula were mainly influenced by soil organic matter， precipitation in October， and soil alkaline phosphatase activity， while lobetyolin was primarily affected by soil available nitrogen， soil acid phosphatase activity， the minimum temperature in May and July-August， and soil pH. In summary， monthly extreme temperature was the main factor driving the variation in content of active ingredients in C. pilosula， and attention should be paid to the impacts of precipitation， soil nutrients， and phosphatase activity.

Graphical abstract

关键词

党参 / 有效成分 / 环境因子 / 随机森林模型 / 相关性分析

Key words

Codonopsis pilosula / active ingredients / environmental factors / random forest model / correlation analysis

党参为桔梗科（Campanulaceae）植物党参（Codonopsis pilosula）、素花党参（C. pilosula var. modesta）或川党参（C. tangshen）的干燥根，具有健脾益肺，养血生津之效^［1］。其药效成分主要为党参多糖与党参炔苷等，现代药理学研究^［2-4］表明，党参多糖在免疫调节、改善炎症等方面具有良好效果，而党参炔苷能够促进神经发育、保护胃黏膜，还具有抗肿瘤功效。

党参为药食同源中药材品种，因在临床、保健与食用等方面的独特效果，人们对党参的需求日益增大，野生资源被掠夺式采挖，蕴藏量急剧下降，而人工种植面积逐渐扩大。经过多年的临床筛选与验证，辨别药性优劣，逐步确定了党参的道地产区。目前，党参的主要产区为山西、甘肃、辽宁、吉林、内蒙古、河南、青海以及四川等地，在野生驯化与引种移栽过程中，党参适应引种地的地理环境，形成了具有产区特色的不同品种，而党参药材的质量与产地亦存在紧密联系^［5］，不同产地党参的有效成分含量之间存在显著差异^［6］。研究^［7］发现，环境因子与栽培措施共同影响药材品质的形成过程，目前，对党参品质差异形成的环境机制研究较为有限。虽有报道表明土壤养分、气温及降水等少数环境因子与党参有效成分含量之间存在相关性，但对于党参产地的选择以及相关环境因子的考量，尚缺乏全面系统的研究^［8-11］。

本研究通过收集重庆、内蒙古、甘肃、山西4个省市区内13个县区共27个采样点的栽培党参及根区土壤样本，分析不同产地党参中党参炔苷、多糖含量与经纬度、海拔、土壤酶活力、土壤养分、月最高气温、月最低气温及月降水量等环境因子的相关性，结合随机森林模型分析，明确影响党参有效成分含量的关键环境因子，推测适宜党参有效成分积累的因子范围，为提升栽培党参的品质提供科学依据。

1 材料与方法

1.1　仪器

ACQUITY UPLCTM超高效液相色谱系统（美国Waters公司）配备ACQUITY UPLCR BEH C18（1.7 μm，2.1 mm×100 mm）；KQ5200DV型数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；UV-8000紫外分光光度计（上海元析仪器有限公司）。

1.2　试剂

党参炔苷标准品（CAS号：136085-37-5；LOT：S28HB196443；HPLC≥98%，20 mg）购自上海源叶生物科技有限公司；葡萄糖标准品（CAS号：50-99-7；Cat：G6150；99.8%）购自北京博奥拓达科技有限公司。色谱级甲醇、乙腈均为Thermo Fisher产品。苯酚、乙醇、硫酸均为分析纯。

1.3　植物与土壤样本的收集

取样范围为重庆、内蒙古、甘肃、山西4个省市区内13个县区共27个党参种植地块（表1）。在党参采收时期（9—10月）采用五点取样法挖取采样地块四角以及对角线连接点的5份2年生党参，共计1 kg。采样时避开与其他地块接触的边缘位置。样本经中国医学科学院药用植物研究所陈彩霞研究员鉴定为桔梗科植物党参。所有样品于37 ℃干燥2周，粉碎过425 μm筛，装袋编号备用。

在植物样本采集的相同位置挖取土层深度0~30 cm的原位根区土壤，均匀混合作为1个样本。干燥后过1 000 μm筛，去除杂质，分成3份作为重复，装袋编号备用。

1.4　有效成分测量

1.4.1　党参炔苷含量

参照成铭等^［12］和程泽京等^［13］的方法测定党参炔苷含量。

标准品溶液制备：称取10.0 mg党参炔苷标准品，以75％甲醇配制得到1 000.0 μg·mL^-1的标准溶液。随后依次稀释至100.0、50.0、20.0、10.0、5.0 μg·mL^-1，分别用0.22 μm微孔滤膜过滤，随后以浓度为横坐标，峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

供试品溶液制备：称取0.2 g党参样品，置于10 mL离心管中，加入5.0 mL 75%甲醇进行超声提取，保留上清液，残渣加入5.0 mL 75%甲醇再次超声提取。合并滤液后用0.22 μm微孔滤膜过滤，即得。

色谱条件：采用水（A）与乙腈（B）为流动相，柱温25 ℃，流速0.3 mL·min^-1，检测波长267 nm，进样量5.0 μL。梯度洗脱程序（运行时间）：0~1 min，95%~90%A；1~10 min，90%~50%A；10~14 min，50%~95%A。

1.4.2　党参多糖含量

参照针娴等^［14］的方法测定党参多糖含量。

标准品溶液制备：将葡萄糖对照品置于105 ℃干燥至恒质量后，称取100.0 mg于烧杯中，以蒸馏水配制得到1.0 g·L^-1葡萄糖对照品溶液。取上述溶液1.0 mL，定容稀释10倍，得到100.0 μg·mL^-1葡萄糖对照品溶液。

供试品溶液制备：取党参样品0.1 g，以80%乙醇50.0 mL水浴回流提取120 min，过滤，弃去滤液。残渣连同滤纸置烧瓶中，加入30.0 mL蒸馏水，90 ℃水浴回流提取120 min，趁热过滤，残渣及烧瓶用热水洗涤，洗液并入滤液。上述步骤重复提取3次，待冷却后将滤液移入250 mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，摇匀即得。

标准曲线绘制：分别以移液管量取葡萄糖对照品溶液（100.0 μg·mL^-1）0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0 mL，置于试管中，分别加水补至2.0 mL，加入1.0 mL 5%苯酚溶液，摇匀，迅速加入5.0 mL浓硫酸，摇匀，静置15 min，冷却至室温，在490 nm波长处测定吸光度。以吸光度为纵坐标，质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。

供试品检测：量取供试品溶液1.25 mL，置于试管中，加水补至2.0 mL，精密加入1.0 mL 5%苯酚溶液，摇匀，迅速加入5.0 mL浓硫酸，摇匀，静置15 min，冷却至室温，以0 μg·mL^-1葡萄糖待测液为参比，在490 nm波长处测定吸光度。

1.5　土壤理化性质测定

用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质含量，以碱解扩散法测定速效氮含量，碳酸氢钠-钼锑抗比色法测定速效磷含量，使用火焰分光光度计法测定有效钾含量，测定方法参照《土壤农业化学常规分析方法》^［15］。通过3，5-二硝基水杨酸比色法测定土壤蔗糖酶活力，使用2，6-二溴苯醌氯酰亚胺比色法测定酸性磷酸酶及碱性磷酸酶活力。上述土壤酶活力均通过试剂盒（北京索莱宝科技有限公司）、酶标仪（CMax Plus，美谷分子仪器（上海）有限公司）测定。

1.6　取样点地理信息及产地气象因子数据收集

采用GPS工具箱测定不同采样点的地理坐标与海拔（表1），通过中国气象数据网（https：//data.cma.cn）查询获取党参不同产地的月最高气温、月最低气温、月降水量等气象因子数据（图1）。

1.7　数据处理

使用SPSS 26.0进行单因素方差分析，比较不同采样点党参样品的党参多糖及党参炔苷含量，结果经邓肯多重比较检验具有统计学意义（P<0.05）。使用Spearman相关系数分析海拔和经纬度与党参有效成分含量之间的相关性。将相同产地不同采样点的数据进行合并，采用非参数检验分析不同产地党参样品的党参多糖、党参炔苷与土壤理化参数，经过多重比较检验具有统计学意义（P<0.05），使用Origin 9.0软件绘制箱型图和产地气象因子数据折线图。使用Origin 9.0与Canoco 5.0软件对不同产地的环境因子与党参有效成分含量进行PCA主成分分析。利用相关性热图分析不同环境因子与党参多糖及党参炔苷含量的相关性，其中，相关性分析采用Spearman相关系数，使用在线绘图软件CHIPLOT创建（https：//www.chiplot.online）图像。使用R语言（版本4.4.2）中randomforest软件包（版本4.7-1.2）构建环境因子对党参有效成分含量影响的随机森林模型，使用rfPermute软件包（版本2.5.2）计算不同变量的特征重要性及其显著性，使用pdp软件包（版本0.8.2）绘制关键因子对党参有效成分含量的部分特征依赖图。使用CHIPLOT对随机森林模型进行可视化。

2 结果与分析

2.1　不同产地党参有效成分含量特征

不同采样点党参有效成分含量之间具有显著性差异（P<0.05）（表1），将相同县区不同采样点数据合并分析，图2A结果显示：不同产地党参样品中党参多糖质量分数中位数为76~386 mg·g^-1，存在显著性差异（P<0.05）。其中，党参多糖质量分数最高的产地为赤峰市阿鲁科尔沁旗（AQ）与定西市渭源县（WY），其中位数分别为386、295 mg·g^-1；其次为重庆市奉节县（FJ）、重庆市巫山县（WS）、定西市临洮县（LT）、定西市漳县（ZX）与甘南藏族自治州卓尼县（ZN），党参多糖质量分数为247~291 mg·g^-1；随后为定西市陇西县（LX）、定西市岷县（MX）、甘南藏族自治州临潭县（GNLT）与陇南市宕昌县（TC），党参多糖质量分数为216~234 mg·g^-1；重庆市巫溪县（WX）与晋城市陵川县（LC）的党参多糖质量分数最低，分别为119 mg·g^-1与76 mg·g^-1（图2A）。

不同产地党参样品中党参炔苷质量分数为0.396~2.128 mg·g^-1，存在显著性差异（P<0.05）。WX、WS和FJ 3个产地的党参炔苷质量分数最高，分别为2.128、1.730、1.652 mg·g^-1；其次为LT、MX、TC、ZX、ZN与WY，党参炔苷质量分数为0.767~0.982 mg·g^-1；LC、LX、GNLT与AQ产地样品中的党参炔苷质量分数最低，为0.396~0.646 mg·g^-1（图2B）。

2.2　不同产地党参根区土壤理化参数特征

不同产地党参的根区土壤养分含量存在显著性差异。对于碱解氮（alkaline-hydrolyzable nitrogen，AN）含量，WX产地土壤AN质量分数最高，为204.4 mg·kg^-1，其余产地土壤AN质量分数均低于30.0 mg·kg^-1。FJ、WS与ZN产地的土壤AN质量分数为12.5~20.6 mg·kg^-1。ZX、GNLT、LC、TC、MX与AQ的土壤AN质量分数为6.5~11.5 mg·kg^-1。WY、LT与LX的土壤AN质量分数最低，分别为3.7、3.0、2.1 mg·kg^-1（图3A）。对于有效磷（available phosphorous，AP）含量，WX产地土壤AP质量分数最高，为182.2 mg·kg^-1，其余产地土壤AP质量分数低于80.0 mg·kg^-1。其中，WY产地的土壤AP质量分数最低，为2.1 mg·kg^-1，剩余产地土壤AP质量分数为5.5~51.3 mg·kg^-1（图3B）。对于速效钾（available potassium，AK）含量，FJ与WS产地土壤AK质量分数最高，分别为506.8、328.3 mg·kg^-1。而MX、WY与AQ产地土壤AK质量分数最低，分别为102.9、90.3、68.8 mg·kg^-1，其余产地土壤AK质量分数为114.4~246.6 mg·kg^-1（图3C）。对于有机质（Soil organic matter，SOM）含量，WX产地土壤SOM质量分数最高，为36.2 g·kg^-1，WY产地土壤SOM质量分数最低，为6.0 g·kg^-1。其余产地的土壤SOM质量分数为7.8~30.3 g·kg^-1（图3D）。上述结果表明，AQ、LX、WY与LT产地的土壤养分含量偏低，而WX、FJ与WS产地的土壤养分水平较高。

不同产地党参根区土壤pH存在显著性差异，WX产地土壤呈弱酸性，pH为4.8；WS、FJ和AQ产地土壤呈中性，pH为6.8~7.2；其余产地土壤呈弱碱性，pH为8.1~8.8。不同产地土壤酶活力同样表现出显著性差异（图3E）。对于土壤蔗糖酶（soil sucrase，SC），GNLT与ZN产地土壤的酶活力最高，分别为158.5、149.7 μg·g^-1·d^-1；其次为TC、LC、ZX、FJ与WS产地，蔗糖酶活力为94.0~107.0 μg·g^-1·d^-1；其余产地SC活力较低，为69.2~91.4 μg·g^-1·d^-1（图3F）。对于碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，AKP），GNLT、ZN和WX产地土壤具有较高的酶活力，分别为38 269.5、34 754.5、27 514.5 nmol·g^-1·d^-1；AQ、LT、WY和LX的土壤酶活力较低，为954.7~6 377.7 nmol·g^-1·d^-1；其余产地土壤AKP活力为12 416.2~21 315.4 nmol·g^-1·d^-1（图3G）。对于酸性磷酸酶（acid phosphatase，ACP），WX与WS产地土壤的酶活力较高，分别为70 914.8、53 002.0 nmol·g^-1·d^-1；LX与WY的酶活力较低，分别为3 246.7、878.4 nmol·g^-1·d^-1；其余产地土壤ACP活力为10 625.8~43 181.2 nmol·g^-1·d^-1（图3H）。总体而言，AQ、LX、WY与LT产地的土壤酶活力水平较低。

2.3　经纬度与海拔对党参有效成分含量的影响

如表2所示，党参多糖含量与经度、纬度之间表现为负相关，与海拔之间表现为正相关，但均无统计学意义，说明地形因子不是影响党参多糖含量的主导因子。党参炔苷含量与经度及海拔之间表现为正相关，但无统计学意义，而与纬度的相关系数为-0.714，呈显著负相关关系（P<0.05）。随着纬度降低，党参炔苷含量呈现一定程度上的增加趋势。

2.4　不同产地党参有效成分含量与环境因子的主成分分析

前3个主成分的累计方差贡献率为76.3%，单个主成分的贡献率分别为53.0%、13.3%与9.9%（表3）。得分图显示样本在主成分空间中的分布与聚类情况，能够反映样本之间的相对差异，不同产地样本的95%置信椭圆分离度较大，说明以产地为分类依据的样本之间存在显著性差异，而ZN与MX产地样本的95%置信椭圆之间存在部分交叠，说明这2个产地的样本在党参有效成分含量及环境条件上具备一定相似性（图4A）。

载荷图能够显示各项土壤理化参数及气象因子对不同产地党参有效成分含量的影响，95%置信椭圆的交叠说明不同变量之间存在一定的关联性，其中，党参多糖含量（cpp）、党参炔苷含量（lob）与月降水量关联度较大。不同类型环境因子中，土壤养分含量与月降水量有较大的关联度，月最高气温与月最低气温联系紧密，土壤酶活力、土壤养分含量与月降水量三者具有一定的关联性（图4B）。根据不同因子在主成分空间中的载荷系数绝对值进行排序，月最高气温与月最低气温在主成分1的载荷较大，说明主成分1主要反映月度气温信息；土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活力及有机质含量在主成分2的载荷较大，反映了土壤酶活力与碳含量情况；土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量及pH在主成分3的载荷较大，反映了土壤大量元素养分含量与酸碱度信息；月降水量在各主成分的载荷分布较分散，4月降水量（fac15）、6月降水量（fac17）与10月降水量（fac21）在主成分2的载荷系数较高，5月降水量（fac16）在主成分1处的载荷系数较大，而7月降水量（fac18）、8月降水量（fac19）与9月降水量（fac20）在主成分3处的载荷系数较大。党参多糖在主成分2的载荷系数较大，其次为主成分3，且均为负值，说明土壤养分含量与土壤酶活力可能对党参多糖含量有较大的负向影响。党参炔苷在主成分3的载荷系数较大，同样为负值，说明土壤养分含量与酸碱度可能对党参炔苷含量有较大的负向影响，而其在主成分1处的载荷系数为正值，说明月最高气温与最低气温可能对党参炔苷的合成有积极影响。载荷图中两变量之间的夹角可以对相关性作出进一步解释，党参多糖与土壤养分及土壤酶活力的夹角>90°，呈线性负相关关系。党参炔苷含量与土壤养分含量、月最高气温及月最低气温的夹角<90°，呈线性正相关关系，而与pH的夹角>90°，呈线性负相关关系（图4B）。

2.5　影响不同产地党参有效成分含量的关键环境因子筛选

通过相关性分析筛选了对党参多糖及党参炔苷含量具有显著影响的环境因子。SOM、ACP、AKP、10月最高气温（fac7）、4月最低气温（fac8）、9月最低气温（fac13）、10月最低气温（fac14）、fac15、fac17、fac18、fac19、fac20、fac21与党参多糖含量有显著负相关关系（P<0.05），而4月最高气温（fac1）与9月最高气温（fac6）与其有显著正相关关系（P<0.05）。对于党参炔苷含量，AN、AP、AK、ACP、fac1、5月最高气温（fac2）、7月最高气温（fac4）、8月最高气温（fac5）、9月最高气温（fac6）、fac7、fac8、5月最低气温（fac9）、6月最低气温（fac10）、7月最低气温（fac11）、8月最低气温（fac12）、fac13、fac14、fac21表现出显著正相关关系（P<0.05），而fac16、pH、fac20表现为显著负相关关系（P<0.05）。利用欧氏距离对环境因子进行聚类分析，各类环境因子可分为5类，第1类包括ACP、AN、AP、AK、fac2、6月最高气温（fac3）、fac4、fac5、fac7、fac9、fac10、fac11与fac12，第2类包括fac1与fac6，第3类包括SOM、fac8、fac13、fac14与fac21，第4类包括SC、pH、fac16与fac20，第5类包括fac15、AKP、fac17、fac18与fac19（图5A）。

利用随机森林模型分析对党参有效成分含量进行预测，模型对党参多糖与党参炔苷含量的解释度分别为95.75%和98.76%。在不同环境因子中，SOM、fac21、AKP、fac5、AK、fac17、fac3、pH、fac14和fac7是影响党参多糖含量的主要环境因子，AN、ACP、fac12、fac9、pH、fac11、fac1、fac13、fac14、fac10、fac8、fac7和fac2是影响党参炔苷含量的主要环境因子（图5B、5C）。

综合相关性分析及随机森林模型分析结果，SOM、fac21与AKP被确认为影响党参多糖含量的关键环境因子，而AN、ACP、fac12、fac9、pH和fac11为影响党参炔苷含量的关键环境因子。

2.6　关键环境因子对党参有效成分含量影响机制分析

部分特征依赖图能够揭示不同关键因子对党参有效成分含量预测值的具体影响，结果表明，环境因子与党参有效成分含量之间存在明显的非线性关系。对于影响党参多糖含量的3个关键因子，整体波动较为相似，随着变量水平增加，多糖含量呈递减趋势。当土壤有机质质量分数为5.0~26.0 g·kg^-1时，党参多糖含量较高，有机质质量分数大于26.0 g·kg^-1后，多糖含量下降（图6A）。当10月降水量为0~36.0 mm时，党参多糖含量较高，而降水量大于40.0 mm后，多糖含量下降（图6B）。土壤碱性磷酸酶活力对党参多糖含量的影响阈值为9 000.0 nmol·g^-1·d^-1，在达到阈值之前，酶活力对多糖含量有一定的正向影响，多糖含量随着酶活力增加而增加；酶活力超过该阈值时，则表现为负向影响（图6C）。对于党参炔苷含量，仅有pH对其表现为负向影响，其余5种关键因子均表现为正向影响。土壤速效氮质量分数为110.0~200.0 mg·kg^-1时，党参炔苷含量最大（图6D）。土壤酸性磷酸酶活力为40 000.0~70 000.0 nmol·g^-1·d^-1时，党参炔苷含量增幅明显（图6E）。土壤pH为4.7~5.7时，党参炔苷含量较高；pH高于5.7后，党参炔苷含量下降（图6H）。当5月、7月和8月最低气温分别为7~13 ℃、16~20 ℃和13~16 ℃时，党参炔苷含量达到最大（图6G、6I、6F）。

3 讨论

自然环境是一个复杂体系，多种生态因素均能对植物的次生代谢过程造成影响，而这些因素之间也存在相互作用^［16］。药用植物的不同产区因地理环境存在差异，造成气候条件的变化，进一步影响土壤养分含量、酶活力与酸碱度。土壤环境与植物之间有直接联系，土壤理化参数的变化影响着药用植物的代谢过程，进而对其质量产生影响^［17］。

地形因子中，纬度通过影响日照时长、气温与热量来影响植物生命活动。研究表明，许多次生代谢物质的积累与纬度具有显著的相关性，如金钗石斛（Dendrobium nobile）的多糖及生物碱含量与纬度呈负相关关系^［18］；茜草（Rubia cordifolia）中的羟基茜草素及大叶茜草素含量与纬度呈正相关关系^［19］；黄芩（Scutellaria baicalensis）中的酚类物质同样受到因纬度改变导致的温度及日照因素变化的影响^［20］。本研究中，党参炔苷含量与纬度呈显著负相关关系，而成铭等^［12］对不同产地党参地上部有效成分含量进行检测，发现纬度对党参炔苷及党参多糖含量表现出正效应，其中，叶片党参炔苷、花党参多糖与纬度之间呈显著正相关关系。通常在植物体内，次生代谢产物的合成与分配活动会因部位及物候期的差异有所变化，导致代谢物含量发生改变^［21-22］。上述差异可能源于党参炔苷在党参植株不同部位积累模式的不一致，纬度越低，党参炔苷在根部的分配比例越大，而地上部的含量逐渐减少。另一方面，成铭等^［12］发现海拔对于党参地上部的有效成分含量有正向影响，但并无统计学意义，这一结论与本研究结果相符，海拔高度对于党参有效成分含量的影响未表现出统计学上的显著性。

利用最大熵模型与地理信息系统，结合全球129个分布点及37个生态因子对党参适宜生长区域进行预测，郭杰等^［23］发现温度是影响党参分布的主导因子。本研究中，月最高气温与月最低气温对不同产地党参有效成分含量的解释度达53.0%，相关性分析与随机森林模型分析则进一步表明，党参炔苷含量受气温影响的程度更大，5月、7月及8月的最低气温是影响其含量的关键温度因子，重要程度依次为8月>5月>7月。8月、5月和7月的适宜低温范围分别为13~16 ℃、7~13 ℃和16~20 ℃。气温影响植物代谢活性，过低的夜间气温会减弱植物的呼吸代谢活力^［24］，而保持一定程度的夜间气温能够刺激植物根部，促进养分吸收，改善植物生长与代谢^［25］。对于党参多糖含量，4月与9月的最高气温与其呈显著正相关关系，而4月、9月及10月的最低气温与党参多糖含量之间呈显著负相关关系。研究^［26］表明，适当高温能够促进植物的初生代谢，低温则利于植物进行次生代谢物质的合成与积累。孟彤彤等^［27］发现，在春季时党参中的糖类物质含量明显高于其他季节，且这种差异与气候条件变化有显著关联。通常4月为党参出苗期，本研究推测在该阶段一定范围内的高温可能会促进党参植株初级代谢，这些初级代谢产物主要用于支持地上部的快速生长及发育^［28］，从而为后续的多糖积累奠定基础。9月为党参根系快速发育期，该时期的适当高温可能通过在党参根部积累初生代谢产物，为党参多糖的合成提供足量的前体物质，进而提高多糖含量。本研究推测上述2个月份的适宜高温范围分别为27~29 ℃与32~36 ℃。在生长后期，一定范围内的低温能够降低党参糖类物质的消耗，使得党参多糖的最终积累量增加。本研究发现，4月、9月与10月的适宜低温范围分别为-6~-3 ℃、4~7 ℃与-4~-2 ℃。

月降水量与党参有效成分含量之间的关系较为紧密。水分条件通过影响党参的生长发育，进而影响次生代谢产物的合成与积累。党参耐涝能力较差，降水量过大易造成涝渍胁迫，王赞文^［29］发现，即使是轻度的涝渍胁迫也会降低党参根部的多糖含量，而适宜的水分条件利于根部多糖与炔苷的积累。本研究发现，4月、6月至10月降水量与党参多糖含量呈显著负相关关系，因夏季是党参的旺盛生长期，此时降水量上升导致涝渍胁迫会使党参生长滞后，影响有效成分合成，10月降水量是关键水分因子。冬季植物进入缓慢代谢时期，党参地上部枯萎，光合能力下降，用于次生代谢的前体碳代谢产物合成量降低。此时，降水量对党参根系的影响更为明显，当10月的降水量为2.0~36.0 mm时，党参多糖的积累量最大；降水量大于40.0 mm时，党参多糖含量下降。张晓煜等^［30］发现，枸杞多糖的合成与空气湿度存在正向相关，但降水时间超限后，多糖含量下降，说明适宜的降水量利于糖类物质的积累，这与本研究结论相符。对于党参炔苷，其含量与10月降水量显著正相关，与5月、9月降水量呈显著负相关关系。其中，9月份降水量对党参炔苷含量的影响更为显著，当降水量为37.6~59.4 mm时，党参炔苷的积累量达到最大。

气候与土壤环境相互关联，能够通过水肥气热及养分循环过程来影响土壤环境，改变土壤物理结构及化学成分，而土壤环境的变化又直接影响植物生长，调控次生代谢活性^［31］。作为植物生长的主要营养来源，土壤养分与植物有效成分的合成密切相关。冼丽铧等^［32］发现，提高土壤速效磷及速效钾含量能够提升巴戟天（Morinda officinalis）品质；李卫建和李先恩^［33］检测不同产地连翘有效成分及土壤养分发现，土壤有效磷与有效钾是调控连翘酯苷含量的主导因子。在本研究中，土壤碱解氮、有效磷及速效钾含量对党参炔苷的积累有显著正向作用，这与黄高鉴等^［34］研究结果一致，在种植过程中增加氮磷钾养分的投入利于党参炔苷的积累。土壤有机质含量与党参多糖呈显著负相关关系。根据全国第二次土壤普查结果，本研究中不同产地的土壤有机质含量集中于Ⅱ级（30~40 g·kg^-1）与Ⅴ级（6~10 g·kg^-1）区间。这可能是由于采样点数量的限制，土壤中有机质含量处于极端水平，整体数据呈现非正态分布，中间阶段数据的缺失使有机质含量不能较好地关联党参多糖含量，数据丰富度和完整性有待进一步提高。土壤酸碱度不仅影响土壤中的养分转化并调控植物对养分离子的吸收，也与党参有效成分合成过程相关。牛天增等^［9］发现，在土壤pH为中性至弱碱性（6.9~8.5）时，党参炔苷与pH呈显著正相关关系，这与本研究结果相反。可能由于本研究中不同产地土壤pH范围为4.8~8.8，党参在不同土壤pH范围内，次生代谢产物积累规律不一致，原因有待进一步研究。土壤酶活力是评价土壤肥力的重要指标，较高的酶活力使得土壤中速效养分保持适宜比例，利于植物吸收利用。Yan等^［35］发现，土壤过氧化氢酶与碱性磷酸酶活力分别对阿魏酸和女贞素的积累有显著影响。在本研究中，土壤磷酸酶活力与党参多糖及党参炔苷含量之间均显著正相关，其中，碱性磷酸酶活力是影响党参多糖含量的关键因子，而酸性磷酸酶活力则对党参炔苷的影响更大。这可能是因为土壤中的磷酸酶不断分解土壤有机磷，为植物提供更多可利用磷素，同时，磷酸酶能够对植物体内的磷素分配进行调控，提高植物对磷元素的利用效率^［36］，间接影响有效成分的合成过程。

4 结论

本研究对重庆、内蒙古、甘肃、山西4个省市区内13个县区共27个取样点的党参活性成分进行测定，并对相应的32种环境因子进行分析，发现不同产地环境因子差异导致党参有效成分含量显著不同，且影响党参多糖和党参炔苷含量的关键环境因子不一致。经度与海拔对党参有效成分含量无显著影响，纬度对党参炔苷含量表现为负效应。主成分分析显示，月最高气温与最低气温是影响党参有效成分含量产地差异的主要环境因子，其方差贡献度最高。其次，土壤酶活力及有机质含量也在一定程度上影响党参有效成分的积累。通过相关性分析与随机森林模型分析，本研究进一步筛选出影响党参多糖和党参炔苷含量的关键环境因子。具体而言，影响党参多糖含量的关键因子为土壤有机质含量、10月降水量和土壤碱性磷酸酶活力。其中，土壤有机质含量与党参多糖呈显著负相关关系，仅在5.0~26.0 g·kg^-1促进多糖积累；10月降水量为2.0~36.0 mm时，党参多糖的积累量最大，而降水量过大则会导致多糖含量下降；土壤碱性磷酸酶通过分解土壤有机磷为植物提供可利用磷素，进而调控党参多糖的合成，其作用阈值为9 000.0 nmol·g^-1·d^-1，超过阈值将抑制党参多糖积累。对于党参炔苷，影响其积累的关键因子为土壤碱解氮含量、酸性磷酸酶活力、5月最低气温、7—8月最低气温和土壤pH。其中，土壤碱解氮含量的增加有利于党参炔苷的积累，110.0~200.0 mg·kg^-1为适宜范围；土壤酸性磷酸酶活力在40 000.0~70 000.0 nmol·g^-1·d^-1范围时对党参炔苷的增幅最大；5月（7~13 ℃）、7月（16~20 ℃）及8月（13~16 ℃）的低气温条件促进党参炔苷的积累，其中8月低气温的影响最为显著；土壤pH在（4.7~5.7）范围时党参炔苷积累量较高。高品质党参的生长环境应综合考虑这些关键因子的影响，选择适宜的种植区域和栽培条件。栽培选址需要结合夏季的低温情况，在施用肥料时可以适当增加有机肥的占比，保持长效的养分供应及适宜的土壤酶活力。本研究通过探究党参质量形成的关键环境因子，为栽培党参的产地环境选择提供一定的理论指导，有助于优化党参的栽培管理，提高党参的品质和产量。未来研究可进一步扩大取样范围，深入探讨各环境因子之间的相互作用机制，为党参的优质栽培提供更加科学的依据。

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基金资助

国家重点研发计划项目(2022YFC3501503)