三七主根穩定碳同位素組成與生態因子的關系

何忠俊，梁社往，丁穎，趙江，劉義，滕娟，熊俊芬，楊志新，張仕穎，陳中堅

1. 云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201；2. 云南農業大學農學與生物技術學院，云南 昆明 650201；3. 文山縣苗鄉三七實業有限公司，云南 文山 663000

三七主根穩定碳同位素組成與生態因子的關系

何忠俊1，梁社往2，丁穎1，趙江1，劉義1，滕娟1，熊俊芬1，楊志新1，張仕穎1，陳中堅3

1. 云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201；2. 云南農業大學農學與生物技術學院，云南 昆明 650201；3. 文山縣苗鄉三七實業有限公司，云南 文山 663000

三七（Panax notoginseng）是中國傳統名貴中藥材，文山三七獲國家地理標志保護。近年來，隨著三七連作障礙的加重、道地產區租地成本增加和三七價格的上漲，三七種植區域已由云南文山道地產區向周邊區域擴展，廣西、廣東、四川、貴州也有一定規模種植。因此，三七產地溯源和保護對三七產業的可持續發展十分必要。為探討穩定碳同位素能否作為三七藥材產地溯源的指標，基于44個不同產區3年生春三七主根樣品、根際土壤樣品、地理氣候因子數據，采用穩定同位素質譜和等離子發射光譜質譜及常規土壤農化分析法，通過相關分析、逐步回歸、通徑分析和決策分析等的逐層剖析，研究了地理氣候因子、土壤理化性質和肥力、主根內營養元素含量——共計49個生態指標與三七主根穩定碳同位素比率的數量關系。結果表明，7月平均溫、1月最低溫、緯度、經度、年均溫、土壤速效鋅含量、土壤全磷含量、土壤速效鉀含量是影響三七主根穩定碳同位素比率的主要生態因子。這8個因子的綜合影響，共同決定了三七主根穩定碳同位素比率變化的78.07%。對三七主根δ13C直接影響的順序為：7月平均溫>1月最低溫>緯度>經度>年均溫>土壤速效鋅含量>土壤全磷含量>土壤速效鉀含量。1月最低溫為三七主根δ13C的最主要限制因子，土壤全磷含量是三七主根δ13C最主要的決策因子，但1月最低溫、7月平均溫、年均溫、經度的決策系數絕對值遠高于其他因子，說明三七主根δ13C主要受產地溫度狀況和經度的影響，這4個因子地域性很強。所以，三七主根δ13C可以作為三七主根和相關產品產地溯源的重要指標之一。

三七；主根；穩定碳同位素；生態因子

穩定同位素技術因具有示蹤、整合和指示等多項功能，以及檢測快速、結果準確等特點，在生態學、地球科學、植物生理生態、水循環等方面顯示出獨特的功能，已成為生態學研究的重要手段（林光輝，2010）。穩定碳同位素技術已成為研究植物與環境之間關系最有效的方法之一。由于植物羧化效率的不同、12C和13C在植物體內遷移速率以及外界環境的不同，不同植物體內甚至同種植物體內穩定性碳同位素比率（δ13C值）有一定的差異（馬曄和劉錦春，2013）。穩定碳同位素在碳循環（周玉榮和于振良，2000）、作物水分利用效率（趙炳梓和張佳寶，2004；Zhang等，2009）、植物生理生態（易現鋒，2007；Kogami等，2001；馬劍英等，2008）、環境因子（氣候、海拔、植株和土壤營養元素等）對植物δ13C的影響（馮虎元等，2003；李善家等，2011；Conrad和Klose，2005）等方面得到廣泛應用，已顯示出其獨特的優勢。但現有的研究主要集中在葉片和樹干上，對植株地下部分δ13C的研究甚少。近 30年來，穩定碳同位素分析技術已在植源性食品產地溯源中成功應用（郭波莉等，2007a），如蜂蜜（Antje等，2010）、果汁（Jamin等，1997）、小麥（Branch等，2003）、奶酪（Camin等，2004）、茶葉（袁玉偉等，2013）等的產地溯源和真假鑒別。近年來，其在追溯動物源性食品的地理來源方面日趨活躍（郭波莉等，2007b；孫淑敏等，2010）。迄今，藥用植物穩定碳同位素與生態因子之間關系的報道甚少。

三七（Panax notoginseng）為五加科多年生草本植物，又名金不換、血參、田七等，以主根和剪口入藥。生藥稱三七，味甘、微苦、性溫。三七一般生長3年采收，分為春七和冬七，春七是采收當年不留籽的三七主根，10─11月采收；冬七為采收當年留籽，次年 1─2月采收三七的主根。與春七相比，冬七種植面積小、產量低，且體積小、密度小、表面皺縮、斷面有空隙、皂苷含量低（崔秀明和雷紹武，2012；崔秀明和朱艷，2013）。目前市場上的三七藥材基本是春三七塊根或其粉末。三七具有止血、活血化瘀、抗疲勞、抗衰老、耐缺氧、降血糖和提高機體免疫功能等功效，對三七功用的認識也從“活血化瘀、消腫定痛”延伸到整個心腦血管系統、中樞神經系統、代謝系統等領域（崔秀明和陳中堅，2007）。云南省文山壯族苗族自治州是三七的原產地，傳統種植三七已有400余年歷史，種植面積、產量和質量均為全國首位，當地特殊的生態環境對三七的品質有著重要的影響（崔秀明等，2014；崔秀明和雷紹武，2012）。近年來，由于連作障礙的加劇和三七價格迅猛上揚，三七主產區已由文山向周遍的紅河、昆明、大理、騰沖等地發展，廣西、廣東、四川、貴州的部分地區也有三七種植。市場上出現了以次充好，真假難辯的現象。道地藥材形成的實質源于產地，解決藥材的產地溯源問題是藥材地道性研究的關鍵。目前中藥材產地判別的方法有形態、理化鑒別及化學指紋圖譜、無機元素分析等（崔秀明和陳中堅，2007），但其適用性有限，說服力不足。在發生貿易糾紛時，缺乏科學合理的仲裁依據。因此，研究三七藥材穩定碳同位素組成與生態因子的關系，對三七產地溯源和道地性闡釋具有實際意義。

我們首先在研究三七藥用部位-主根穩定碳同位素比率與地理氣候、土壤理化性質和肥力、主根內養分含量等指標（單、偏）相關性的基礎上，選擇相關性顯著的指標與主根穩定碳同位素比率進行逐步回歸、通徑和決策分析，進而確定影響三七主根穩定碳同位素比率的主導生態因子及其權重，為利用穩定碳同位素指紋進行三七藥材道地性研究和產地溯源提供理論依據，同時也為中藥材道地性研究開辟一條新途徑。

1 材料與方法

1.1 三七主要分布區采樣和調查

2011年9─11月采集3年生春三七共44個樣點，分別采自廣東南雄1點，廣西靖西4點，云南39點——主要選擇文山州主產三七的文山、硯山、馬關、西疇、丘北，麻栗坡6個縣，紅河州的蒙自、建水、石屏、彌勒、瀘西、屏邊等6個縣。隨著連作障礙的日趨嚴重，文山州及其周遍可供種植三七的土地越來越少，三七產區范圍向昆明周邊以及楚雄、大理、保山、玉溪等州（市）發展。為此，采集了曲靖市羅平，昆明市尋甸、石林、祿勸3個縣，玉溪市紅塔區，保山市的騰沖縣等三七種植面積較大地塊的三七植株和根際土壤樣品。采樣地基本情況見表1。

三七植株和根際土壤樣品的采集用隨機多點取樣法，采樣深度為0～20 cm。每個樣點按地塊東南西北中隨機采集三七整株15～20株，抖下根區土壤，經充分混勻后用4分法縮分，取1 kg帶回（風干、除去石塊和枯枝落葉、過2、1、0.25 mm篩備用）。將植株活體樣本帶回實驗室后，反復用自來水+洗潔精洗去泥土，用含 1%檸檬酸的蒸餾水漂洗、除去表面附著的礦質元素，最后用蒸餾水反復沖洗干凈，攤開晾去附著的水分后，按花、莖葉、主根、剪口、筋條、須根分開、稱鮮質量，60 ℃烘干，稱干質量，粉碎過100目篩，取約2 g供同位素C測定，其余裝入自封袋供礦質元素、有效成分等測定之用。

收集、調查、現場和實驗室測定各采樣點生態因子的具體指標。它們包括：透光率、坡度、坡向、經度、緯度、海拔（現測）；土壤因子（實驗室測定）——容重、pH、顆粒組成，有機質、全N、全P、全K、速效養分（N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B）含量；氣象資料（年均濕度、年日照時數、年降水量、活動積溫、年均溫、7月最高溫、7月平均溫、1月最低溫、1月平均溫）由中國醫學科學研究院藥用植物研究所TCM-GIS1系統根據經緯度和海拔計算得出。

1.2 樣品分析

植物樣品采用 H2SO4-H2O2消煮，凱氏法測 N含量，釩鉬黃比色法測P含量。植株全S含量測定，采用HNO3-HClO4消煮、比濁法測定，植株全B采用干灰化、姜黃素法測定（中國科學院南京土壤研究所，1978）。植株 K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo含量采用DZ/T0223-2001（電感耦合等離子體質譜（ICP-MS））方法通則進行測定，Finnigan MAT，型號為HR-ICP-MS（ElementⅠ）。

土壤理化性質的測定方法：土壤pH采用電位法，土壤有機質采用外加熱重鉻酸鉀容量法，土壤全氮采用濃硫酸-混合加速劑消解-凱氏定氮法，土壤全磷采用碳酸鈉熔融-鉬銻抗比色法，土壤全鉀采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法，土壤堿解氮采用堿解擴散法，土壤速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，土壤速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法，土壤CEC采用乙酸銨交換法，土壤交換性鈣、交換性鎂采用 DTPA-TEA-CaCl2緩沖液浸提-原子吸收分光光度法，土壤有效硫采用磷酸鹽浸提-硫酸鋇比濁法，土壤有效硼采用沸水浸提-姜黃素比色法，土壤有效鉬采用草酸-草酸銨浸提法，有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅采用Mehlich 3法聯合浸提-原子吸收分光光度法（鮑士旦，2005），土壤顆粒組成采用吸管法（中國科學院南京土壤研究所，1978）。

表1 采樣地基本情況及三七主根δ13CTable 1 The basic condition of sampling sites and the δ13C in taproot of Panax notoginseng

1.3 主根碳穩定同位素測定

稱取600～800 μg三七主根粉末，先經過Flash EA1112型元素分析儀轉化為純凈的CO2氣體，再經過 ConfloⅢ型稀釋儀，最后進入 DELTAPlusThermo Finnigan質譜儀進行檢測。具體的工作參數如下：

元素分析儀：進樣器氦氣吹掃流量為 200 mL·min-1，氧化爐溫度為 1020 ℃，載氣氦氣流量為90 mL·min-1。

Conflo Ⅲ條件設定：氦氣稀釋壓力為60 kPa，CO2參考壓力為60 kPa（孫淑敏等，2010）。

質譜條件：用USGS24(δ13CPDB=-16‰)標定CO2鋼瓶，用標定的鋼瓶氣作為標準。穩定碳同位素比率用δ13C‰表示，δ13C的相對標準為V-PDB，計算公式為：δ13C‰=(R樣品/R標準-1)×1000，其中R=13C/12C。

1.4 數據處理

全部試驗數據采用 EXCEL、DPSv8.01（唐啟義和馮光明，2007）軟件進行計算、分析。

2 結果與分析

2.1 三七主根穩定碳同位素δ13C與地理氣候因子的相關性

三七主根δ13C平均值為-26.37‰，屬C3植物，高于全球C3植物δ13C平均值-27.20‰（馮虎元等，2003）。表 2顯示，三七栽培地域一月最低溫和坡度變化范圍最大，變化范圍分別為 0.2～7.9 ℃和1°～40°；其次是坡向和透光率，變化范圍分別為20°～652°和4.63%～24.90%。地理氣候因子與三七主根δ13C比率的單相關性分析表明，主根δ13C與緯度、海拔、日照時數呈極顯著正相關（P<0.01），與經度、年均濕度、年降水、活動積溫、年均溫、7月最高溫、7月平均溫、1月最低溫、1月平均溫呈極顯著負相關（P<0.01），與坡度呈顯著負相關（P<0.05）；偏相關分析表明，主根δ13C僅與經度、緯度呈顯著正相關（P<0.05）。

表2 地理氣候因子與三七主根δ13C的相關分析Table 2 Correlation analysis between geographical and climatic factors and δ13C in taproot of Panax notoginseng

2.2 三七主根穩定碳同位素δ13C與土壤因子的相關性

表3表明，三七栽培地域土壤礫石含量、土壤交換性鈣、土壤速效銅含量變異最大，變化范圍分別為 0.43%～34.21%、2.16～194.06 cmol·kg-1、0.07～12.82 mg·kg-1；其次是土壤交換性鎂和速效鋅含量，變化范圍分別為 0.04～6.75 cmol·kg-1、0.69～11.16 mg·kg-1。土壤因子與三七主根δ13C的單相關分析表明，主根δ13C與土壤w(全磷)呈極顯著正相關（P<0.01），與b(CEC)、w(速效氮)呈顯著正相關（P<0.05），與 w(速效鋅)呈極顯著負相關（P<0.01），與 w(粉)/w(黏)比值呈顯著負相關（P<0.05）；偏相關分析顯示，主根δ13C與 w(速效鉀)呈顯著正相關（P<0.05），與pH、b(CEC)呈顯著負相關（P<0.05）。

表3 土壤因子與三七主根δ13C的相關分析Tble 3 Correlation analysis between soil factors and δ13C in taproot of Panax notoginseng

2.3 三七主根穩定碳同位素δ13C與主根養分因子的相關性

表4表明，三七主根內養分含量變異最大的是Mo、Fe，變化范圍分別為0.009～0.473、192～3154 mg·kg-1；其次是S、Mn、Cu、B，變化范圍分別為75.7～1751.88、0.53～106.63、1.58～15.3、0.31～56.60 mg·kg-1。三七主根內養分含量與主根δ13C的單相關分析表明，主根δ13C僅與主根w(Zn)呈顯著負相關（P<0.05），偏相關系數均不顯著。

表4 三七主根養分因子與三七主根δ13C的相關分析Table 4 Correlation analysis between nutrients and δ13C in taproot of Panax notoginseng

2.4 三七主根穩定碳同位素δ13C的主導生態因子分析

如果2個變量之間相關程度不高，擬合回歸方程便沒有意義。因此，相關分析往往在回歸分析前進行（陳勝可，2010）。在選擇評判指標時，應該選擇相關性顯著的指標，使回歸方程收斂性更好，更能反映因變量對自變量的影響程度（唐啟義和馮光明，2007）。以往關于生態因子與穩定碳同位素δ13C的研究，大多是從分析土壤或氣候因子與穩定同位素δ13C的相關性進行的，主要以單相關系數高低判斷其重要性大小（馬劍英等，2008；馮虎元等，2003；李善家等，2011）。這種分析方法是片面的，結論也是不確切的。而且主要研究葉片穩定碳同位素δ13C與土壤、地理氣候、生理生化指標的相關性（馬劍英等，2008；馮虎元等，2003；李善家等，2011），而關于植物地下部分穩定碳同位素δ13C與生態因子關系的研究甚少，而且選用的土壤指標少，多以全量養分為主，不能確切反映土壤的肥力狀況。在多個變量的情況下，變量之間有可能存在某種程度的相關關系，使得變量之間形成錯綜復雜的關系。單相關系數只是表面的、非本質的關系，因而是不可靠的。偏相關系數是排除其他因素的影響，僅研究兩者之間的相關，比單相關系數更能說明兩者的線性相關程度（李宗梅等，2011）。鑒于目前國內外相關研究多以單相關研究為主，本研究中，采用單相關和偏相關分析結合，進一步確證和篩選出更多對三七主根δ13C影響顯著的因子。

選取生態因子中與三七主根穩定碳同位素δ13C（單、偏）相關性顯著的因子：經度(x1)、緯度(x2)、海拔(x3)、濕度(x4)、日照(x5)、年降水量(x6)、活動積溫(x7)、年均溫(x8)、7月最高溫(x9)、7月平均溫(x10)、1月最低溫(x11)、1月平均溫(x12)、坡度(x13)、粉/粘(x14)、pH(x15)、CEC(x16)、全磷(x17)、速效氮(x18)、速效鉀(x19)、速效鋅(x20)、主根 Zn(x21)，進行逐步回歸和通徑分析，得出以下回歸方程：

復相關系數r=0.8836，決定系數R2=0.7807，P值=0.0001，Durbin-Watson統計量d=2.6424。

上述回歸方程多元相關系數為0.8836，經檢驗達到極顯著水平。方程決定系數較高，以上8個入選因子能解釋主根δ13C變異的78.07%。從入選因子看，三七主根δ13C主要受經緯度、溫度狀況和土壤中部分養分狀況的影響。

表5 三七主根δ13C與生態因子的通徑分析Table 5 Path analysis between ecological factors and δ13C in taproot of Panax notoginseng

單相關系數可以分解為直接通徑系數和間接通徑系數，r單=P直+p間，P直為直接通徑系數，p間為間接通徑系數（卜靜等，2012）。通徑分析（表5）表明，各入選因子對主根δ13C直接通徑系數的絕對值依次為：7月平均溫(x10)>1月最低溫(x11)>緯度(x2)>經度(x1)>年均溫(x8)>土壤速效鋅含量(x20)>土壤全磷含量(x17)>土壤速效鉀含量(x19)。其中1月最低溫(x11)、緯度(x2)、經度(x1)、年均溫(x8)、土壤全磷含量(x17)、土壤速效鉀含量(x19)對主根δ13C的直接作用是正效應，7月平均溫(x10)、土壤速效鋅含量(x20)對主根δC的直接作用是負效應。緯度(x2)、7月平均溫(x10)、土壤全磷含量(x17)、土壤速效鉀含量(x19)、土壤速效鋅含量(x20)對主根δ13C的直接作用大于間接作用總和；經度(x1)、年均溫(x8)、1月最低溫(x11)的間接作用總和大于直接作用，且方向相反，抵消了直接作用的效果，致使其對主根δ13C的凈效應方向改變。間接作用主要通過經度(x1)、緯度(x2)、年均溫(x8)7月平均溫(x10)、1月最低溫(x11)的影響而產生，其中，7月平均溫(x10)、1月最低溫(x11)的間接作用最大。通徑分析反映出，各生態因子與主根δ13C的路徑關系很復雜，需要通過決策系數來最終確定。

決策系數是反映自變量對依變量綜合作用大小的參數，利用決策系數可以對通徑分析結果進行明確的判斷，并確定主要決定性變量和限制性變量（于建軍等，2009），決策系數的計算公式為：Ri2=2Piriy-Pi2，Pi為直接通徑系數，riy為單相關系數。8個入選因子的決策系數大小（表5）排序為：R172>R202>R22>R192>R12>R82>R102>R112。其中，決策系數 R172、R202、R22、R192為正值，說明土壤全磷含量(x17)、土壤速效鋅含量(x20)、緯度(x2)、土壤速效鉀含量(x19)為主根δ13C的主要決策因子，但絕對值均較低，以R172最大，可以認為土壤全磷含量(x17)是主根δ13C最主要的決策因子；決策系數R12、R82、R102、R112為負值，以R112最小，說明1月最低溫(x11)、年均溫(x8)、7月平均溫(x10)、經度(x1)為主根 δ13C的主要限制因子，1月最低溫(x11)為主根δ13C的最主要限制因子。決策系數Ri2絕對值大小順序為：1月最低溫 R112>7月平均溫 R102>年均溫 R82>經度R12，且均為負值，其余因子決策系數絕對值較小（<0.2105）。由此可知，三七主根δ13C主要受1月最低溫、7月平均溫、年均溫和經度的制約，這幾個因子具有很強地域性。因此，δ13C可以作為三七主根和相關產品的產地溯源的重要指標之一。

3 討論

3.1 中藥材道地性研究中存在的問題及穩定同位素在中藥材產地溯源中的優勢

道地藥材形成的實質源于產地，解決中藥材產地溯源問題應該成為中藥材道地性研究的關鍵。但目前中藥材道地性研究主要偏重中藥材產地地質背景、氣候、生態條件、人文因素等的分析，輔以形態、藥效成分、分子標記、無機元素等指標（崔秀明和陳中堅，2007；黃林芳等，2013；向增旭和高山林，2008；楊生超等，2007；張重義等，2007），只是對現有公認的道地藥材形成進行剖析和產區范圍界定，用于產地溯源說服力不足。三七皂苷組分受栽培管理技術影響很大，在縣域范圍內，海拔差異不大的情況下，三七總皂苷(R1+Rg1+Rb1+Rd)含量相差懸殊（崔秀明和陳中堅，2007）。在藥效成分達到藥典規定指標、農殘和重金屬不超標的情況下，很難判定三七是來自道地產區還是非道地產區。在發生貿易糾紛時，缺乏科學、合理的判斷標準。因此，急需建立一套科學合理的中藥材產地溯源指標體系。在自然界中，生物體不斷與外界環境進行物質交換，其體內同位素組成受氣候、環境、生物代謝類型等因素的影響而發生自然分餾效應，從而使不同來源的物質中同位素自然豐度存在差異。這種差異擁有環境因子的信息，反映生物體所處的環境條件。生物體內穩定性同位素組成是物質的自然屬性，可作為物質的一種“自然指紋”，區分不同來源的物質。它能為食品、中藥材溯源提供一種科學的、獨立的、不可改變的，以及隨整個食品鏈流動的身份鑒定信息（郭波莉等，2007a）。植物穩定碳同位素主要由植物本身生物學特性決定，但生態環境效應可是使其變化3‰～5‰。植物穩定碳同位素在植源性食品和肉類產地溯源中已成功應用（Antje等，2010；Jamin等，1997；Branch等，2003；郭波莉等，2007b；孫淑敏等，2010）。本研究表明，三七主根穩定碳同位素可以作為三七主根和相關產品產地溯源的主要指標。

3.2 相關、逐步回歸、通徑和決策分析相結合的優勢

國內外研究生態因子與穩定同位素或藥用植物有效成分的關系多采用單一直線回歸、單相關分析等方法，多注重土壤或地理氣候因子中某個或幾個因素對其的影響，很少涉及植物體內生態因子（馬劍英等，2008；馮虎元等，2003；李善家等，2011；黃林芳等，2013；祖艷群等，2014）。實際上，藥用植物次生代謝和同位素分餾受到體內和體外一系列生態因子的共同作用。本研究采用單相關和偏相關分析，研究了地理氣候因子、土壤理化性質和肥力、三七主根內營養元素與三七主根穩定碳同位素組成的關系，篩選出了對三七主根δ13C影響顯著的生態因子，通過逐步回歸、通徑、決策分析等的逐層剖析，建立了回歸模型，得出了影響三七主根穩定碳同位素變化的主導因子、作用大小和方向、決定性因子和限制性因子等，為三七主根穩定碳同位素作為產地溯源指標提供了科學的依據。這種綜合分析的方法在藥用植物生態和道地性研究中還不多見。

4 結論

通過相關、逐步回歸、通徑和決策分析等的逐層剖析，篩選出了8個影響三七主根穩定碳同位素比率的主要生態因子，并明確了其作用大小和方向、決定性因子和限制性因子，建立了預測模型。對三七主根δ13C直接影響的順序為：7月平均溫>1月最低溫>緯度>經度>年均溫>土壤速效鋅含量>土壤全磷含量>土壤速效鉀含量，這 8個生態因子的綜合影響，共同決定了三七主根穩定碳同位素比率變化的78.07%。在三七產地溯源中，可以將上述生態因子數值代入方程，獲得三七主根穩定碳同位素比率，為三七產地溯源提供具體數值。1月最低溫為三七主根δ13C的最主要限制因子，土壤全磷含量是三七主根δ13C最主要的決策因子，1月最低溫、7月平均溫、年均溫、經度是影響三七主根δ13C的主導生態因子，這4個因子地域性很強。因此，三七主根 δ13C可以作為三七主根和相關產品產地溯源的主要指標。鑒于三七主根δ13C在一定程度上還受土壤全磷、速效鋅、速效鉀含量的影響，這3個因子主要受栽培管理措施和土壤背景的影響，地域特征不明顯。生產實踐中，可以考慮將三七主根δ13C和其它溯源指標結合使用。

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Relationships between Stable Carbon Isotopic Composition in Taproot of Panax Notoginseng and Ecological Factors

HE Zhongjun1, LIANG Shewang2, DING Ying1, ZHAO Jiang1, LIU Yi1, TENG Juan1, XIONG Junfen1, YANG Zhixin1, ZHANG Shiying1, CHEN Zhongjian3
1. College of Resource and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 2. College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China; 3. Miao Xiang Sanqi Industrial Corporation Ltd. of Wenshan County, Wenshan 663000, China

Panax notoginseng is a rare traditional medicinal herb in China, and Wenshan Panax notoginseng obtained national protected geographical indication. In recent years, with the increasing price for rent land in genuine producing area and for Panax notoginseng market, as well as the serious continuous cropping barrier, the cultivating areas of Panax notoginseng were enlarged from Wenshan to surrounding areas, Guangdong, Guangxi, Sicuan and Guizhou province also have certain area cultivation. Therefore, origin traceability and protection is of importance for sustainable development of Panax notoginseng industry. In order to explore whether stable carbon isotope can be used as an index of origin traceability for Panax notoginseng, Based on 44 taproot samples and corresponding rhizosphere soil samples of spring Panax notoginseng taken from different producing regions and cultivated for 3 years, and corresponding geographical and meteological data derived from GIS for Traditional Chinese Medicine database, adopted isotope ratio mass spectrometry (IRMS) and inductively coupled plasma spectrometry (ICP-MS) as well as regular soil-plant analyzing technique, the quantitative relationships between the stable carbon isotope ratio and 49 ecological factors including geographical and meteological data, physiochemical properties and soil fertility index, nutrient element contents in taproot of Panax notoginseng were studied using the step by step comprehensive research methods of correlation, stepwise regression, path analysis, decision analysis. The results indicated that average temperature in July, minimum temperature in January, latitude, longitude, annual average temperature, available zinc, total phosphorus, available potash in soil were the determinant ecological factors affecting the stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng, which controlled 78.07% changes of stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng. The direct effect of determinant ecological factors on stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng were in the order of average temperature in July, minimum temperature in January, latitude, longitude, annual average temperature, available zinc, total phosphorus, available potash. The most main decisive factor was soil total phosphorus, while the most main limiting factor was minimum temperature in January. Nevertheless, the absolute value of decisive coefficients of minimum temperature in January, average temperature in July, annual average temperature, longitude were much higher than other factors, which showed that stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng was mainly influenced by temperature condition and longitude of producing region. Therefore, the stable carbon isotope ratio in taproot of Panax notoginseng can use as an important index for origin traceability of taproot and related products of Panax notoginseng.

Panax notoginseng; taproot; stable carbon isotope; ecological factors

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.04.003

X142

A

1674-5906（2015）04-0561-08

何忠俊，梁社往，丁穎，趙江，劉義，滕娟，熊俊芬，楊志新，張仕穎，陳中堅. 三七主根穩定碳同位素組成與生態因子的關系[J]. 生態環境學報, 2015, 24(4): 561-568.

HE Zhongjun, LIANG Shewang, DING Ying, ZHAO Jiang, LIU Yi, TENG Juan, XIONG Junfen, YANG Zhixin, ZHANG Shiying, CHEN Zhongjian. Relationships between Stable Carbon Isotopic Composition in Taproot of Panax Notoginseng and Ecological Factors [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(4): 561-568.

云南省社會發展科技計劃項目（2010CA027）

何忠俊（1962年生），男，教授，博士，主要從事藥用植物栽培、同位素生態、土壤地理方面的研究。E-mail:hezhongjun@hotmail.com

2014-12-09