海拔及采收期對天麻品質的影響

摘 要：為探究海拔及采收期對天麻品質的影響，本文將天麻種植區分為3個海拔級別（高：1 800～2 000 m、中：1 500～1 700 m；低：1 200～1 300 m），按兩批采收，以天麻素、對羥基苯甲醇含量等為評價指標。結果表明，次年1月采收的天麻品質優于當年10月的，且天麻素、游離氨基酸和浸出物含量隨海拔增高而顯著增加。品質指標間相關性分析表明，天麻素含量與游離氨基酸、浸出物含量呈顯著正相關，與總酚含量顯著負相關；對羥基苯甲醇含量與總酚含量顯著正相關，與浸出物含量顯著負相關；浸出物含量與游離氨基酸含量顯著正相關。海拔與品質指標間相關性分析表明，海拔與天麻素、游離氨基酸、浸出物含量顯著正相關，與對羥基苯甲醇和總酚含量顯著負相關。主成分分析顯示，所選品質成分可作為天麻品質評價指標，且它們之間存在相關性，適用因子分析法；綜合評價得分為高海拔＞中海拔＞低海拔。綜上分析，海拔及采收期對天麻品質有一定的影響，且高海拔種植的天麻品質最佳，為天麻高質高效栽培提供理論支撐。

關鍵詞：天麻；海拔；特征成分；主成分分析；品質

中圖分類號：S184 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）05-0073-08

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.05.012

The Influence of Altitude and Harvesting Period on the Quality

of Gastrodia elata

LI Peiyi1， QIU Lian2， YU Shan1， MENG Meilan1， WANG Peng3， LV Xiang1*

（1. Food Safety Quality Control Engineering Technology Research Center， Guizhou University of Traditional Chinese Medicine， Guiyang 550025， China; 2. Bijie Chinese Herbal Medicine Technical Service Stations， Bijie 551700， China; 3. Guizhou Tongwei Biotechnology Company LTD.， Bijie 551700， China）

Abstract： To explore the effect of altitude and harvesting period on the quality of Gastrodia elata， the growing areas of G. elata were divided into 3 altitude levels （high： 1 800-2 000 m， medium： 1 500-1 700 m， low： 1 200-1 300 m）. The effects of altitude on the accumulation of gastrodin， p-hydroxybenzyl alcohol were studied. The results showed that the quality of G. elata harvested in January of the next year was better than that harvested in October of the same year， and the contents of gastrodin， free amino acids and extracts increased significantly with the increase of altitude. Correlation analysis of quality indexes showed that gastrodin content was positively correlated with free amino acid and extract content， and negatively correlated with total polyphenol content. The content of p-hydroxybenzyl alcohol was positively correlated with the content of total polyphenols， and negatively correlated with the content of extractives. There was a significant positive correlation between extract content and free amino acid content. The correlation analysis between altitude and quality index showed that altitude was positively correlated with gastrodin， free amino acids and extracts， and negatively correlated with p-hydroxybenzyl alcohol and total polyphenols. The principal component analysis showed that the selected quality index was scientific and reasonable， and the factor analysis method was suitable. The comprehensive evaluation score showed that high altitude＞medium altitude＞low altitude. In summary， the altitude and harvesting period had a certain impact on the quality of G. elata， and the quality of G. elata planted at high altitude was the best， providing basic support for high-quality and efficient cultivation of G. elata.

Keywords： Gastrodia elata; altitude; characteristic components; principal component analysis; quality

天麻（Gastrodia elata Bl）為蘭科（Orchidaceae）天麻屬真菌營養型多年生草本植物，性味甘平，入肝經，具有息風定驚、鎮靜安眠等功效[1]。天麻富含天麻多糖、糖苷、多酚、有機酸、甾醇、氨基酸及微量元素等成分，具有極高的食用價值及開發潛力。2023年國家衛生健康委員會第9號文件正式將其按照藥食同源物質進行管理。

大量研究報道，環境因子（溫度、濕度、光照、土壤等）對中藥材品質形成具有重要的調節作用[2-4]，主要通過抑制或促進藥用植物次生代謝產物合成的關鍵酶基因的表達來調控其代謝水平[5-6]，藥用植物次生代謝產物是其發揮臨床療效的物質基礎[3]。貴州擁有得天獨厚的生態資源，絕大多數天麻種于林下，但是天麻品質形成的規律尚不清楚。已有研究表明，中藥材生長發育及其品質的形成都受生態因子的作用[7-8]。海拔是藥用植物生長環境中的重要生態因子之一，是綜合生態因子的體現者，海拔的變化也意味著其生長環境中的溫度、水分、光照、土壤、微生物等生態因子的改變[9]。黃璐琦等[10]研究表明，同一地域，海拔對藥用植物的影響遠大于其他生態因子。Dong等[11]研究杜仲（Eucommia ulmoides）組織中次生代謝產物積累規律時，也發現海拔和年平均溫度是影響綠原酸和黃酮類化合物積累的關鍵環境因子，而年日照量和年平均溫度是京尼平苷酸積累的關鍵環境因子。顯然，海拔及溫度對次生代謝產物的生物合成有明顯的調節作用。因此，本研究以貴州省大方縣天麻道地產區不同海拔下、不同采收期的紅天麻為研究對象，以天麻素、天麻多糖等為指標，探究海拔對紅天麻品質形成的影響，為貴州省天麻的優質高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品來源及處理

天麻樣品由貴州同威生物科技有限公司提供，分別于2021年10月20日（第一批）和2022年1月5日（第二批）采收2批樣品，見表1。每批次各海拔隨機采收鮮天麻30 kg，設置3個重復，洗凈，蒸煮15 min，60 ℃烘干，打粉，過篩（3號篩），儲存于4 ℃冰箱備用。

第一批海拔1 200～1 300 m、1 500～1 700 m和1 800～2 000 m的樣品分別用A1、B1和C1表示；第二批海拔1 200～1 300 m、1 500～1 700 m和1 800～2 000 m的樣品分別用A2、B2和C2表示。

1.2 試劑與儀器

天麻素對照品（HPLC≥95.5%）、對羥基苯甲醇對照品（HPLC≥99.4%）、沒食子酸對照品（HPLC≥91.5%）、精氨酸（HPLC≥99.9%）、D-無水葡萄糖對照品（HPLC≥99.9%），中國食品藥品檢定研究院；甲醇、乙腈，色譜純；福林酚試劑、鹽酸、2%茚三酮溶液、pH 7.4磷酸鹽緩沖液、活性炭，分析純，貴州博奧瑞杰生物科技有限公司。

U-5000紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；1260系列安捷倫高效液相色譜儀，美國安捷倫公司；BP-C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），上海譜寧分析技術有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 天麻素與對羥基苯甲醇含量測定

參照2020版《中國藥典》天麻藥材含量測定的方法測定。采用C18反相色譜柱，流動相為乙腈-0.05%磷酸溶液（3∶97），流速0.8 mL/min，進樣量5 μL，柱溫30 ℃，檢測波長為220 nm。重復3次，記錄峰面積，計算二者的含量。

1.3.2 天麻多糖含量測定

取天麻粉末約0.3 g，精密稱量，天麻多糖提取及含量測定參考硫酸-苯酚比色法[12]進行，以D-無水葡萄糖質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，得標準曲線回歸方程為Y=6.4X+0.052 4，R2=0.999 6。按照標準品測定方法，檢測樣品，并計算多糖的含量。

1.3.3 天麻游離氨基酸含量測定

取天麻粉末1.0 g，精密稱量，天麻游離氨基酸提取含量測定參考陳仕學等[13]的方法進行，以精氨基酸質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，得到標準曲線回歸方程：Y＝50.04X-0.413 9，R2＝0.999 2。按照標準品測定方法，檢測樣品，并計算游離氨基酸的含量。

1.3.4 天麻總酚含量測定

取天麻粉末2.0 g，精密稱量，天麻總多酚提取及含量測定參考廖霞等[14]方法進行，以沒食子酸質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，得標準曲線回歸方程為 Y＝0.119 6 X＋0.034 3，R2＝0.999 7。按照標準品測定方法，檢測樣品并計算總酚的含量。

1.3.5 天麻浸出物含量測定

取天麻粉末約2.0 g，精密稱量，置于250 mL錐形瓶中，樣品處理及浸出物含量采用熱浸法[15]測定，重復3次。

1.4 數據處理

數據經Excel 2016整理后，采用SPSS 22.0進行相關性分析、多重比較分析和主成分分析，采用GraphPad Prism 8.0.1繪圖。

2 結果與分析

2.1 海拔及采收期對天麻品質成分的影響

不同海拔下，第二批采收的天麻中天麻素含量和浸出物含量均顯著高于第一批（圖1A和F），A2、B2、C2的天麻素含量和浸出物含量分別是A1、B1、C1的43.50、25.71、194.00倍和1.29、1.56、2.04倍。不同海拔下，第一批采收的天麻中天麻多糖含量和總酚含量均顯著高于第二批，A1、B1、C1的天麻多糖含量和總酚含量分別是A2、B2、C2的2.54、1.95、1.59倍和1.84、2.08、2.98倍。說明相比10月采收天麻，次年1月采收有利于提高天麻的天麻素含量和浸出物含量，降低天麻多糖含量和總酚含量。隨著海拔的增加，第一批采收的天麻中對羥基苯甲醇含量和天麻多酚含量顯著降低，其它品質指標變化規律不明顯。總之，在天麻塊根成熟后，主要表現為品質成分的積累與轉化，其受海拔的影響。

2.2 天麻主要品質指標間的相關性

基于天麻品質成分分析發現，第一批采收的天麻樣品，其特征成分波動較大，可能采收期與海拔有交互作用。故僅對1月采收的天麻進行相關性分析。由表2可知，天麻素含量與浸出物、游離氨基酸含量呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數分別為0.691、0.769；與總酚含量顯著負相關，相關系數為-0.751。對羥基苯甲醇含量與總酚含量顯著正相關（P＜0.05），相關系數為0.894；與浸出物含量顯著負相關，相關系數為-0.851。浸出物含量與游離氨基酸含量顯著正相關，相關系數為0.818；與總酚含量顯著負相關，相關系數為-0.955。游離氨基酸含量與總酚含量呈顯著負相關，相關系數為0.761。結果說明，天麻總酚含量減少，而天麻素、浸出物和游離氨基酸含量則提高。

2.3 海拔與主要品質指標的相關性

海拔與1月采收天麻主要品質指標間具有顯著相關性（圖2）。海拔與天麻素含量、游離氨基酸含量、浸出物含量顯著或極顯著正相關，相關系數分別為0.733 9（P=0.014 4）、0.869 0（P=0.002 3）、0.956 3（P＜0.000 1）。海拔與對羥基苯甲醇含量、總酚含量呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.801 9（P=0.009 3）、-0.960 5（P＜0.000 1）。說明隨著海拔增加，天麻素、游離氨基酸及浸出物含量增加，同時對羥基苯甲醇及總酚含量降低。

2.4 基于天麻素和對羥基苯甲醇的品質評價

由表3可知，兩批采挖的天麻，其天麻素和對羥基苯甲醇的總量均超過0.25%，符合規定。其中，第二批低海拔天麻素和對羥基苯甲醇的總量最高，為2.92%，其次為第二批高海拔，為2.47%。結果表明，物候期對天麻素和對羥基苯甲醇含量具有調節作用，二者總量最大差異達7.49倍。

2.5 品質指標的主成分分析

單從天麻的某個或幾個特征成分分析，難以綜合評判其品質。因此，采用主成分分析，從多角度、多維度綜合分析，研判其品質。通過KOM檢驗法和Bartlett球形度檢驗法進行因子分析的適用性檢驗。由表4可知，KOM值為0.65，說明指標間存在相關性。Bartlett球形度檢驗結果顯示，近似卡方值為127.525，Sig值小于0.05，說明拒絕零假設，即數據集適合做因子分析。兩個主成分累積貢獻率為85.901%，解釋了全部總方差的85.901%，表明兩者提取的因子貢獻率對海拔及采收期分析具有較大影響，可代表不同海拔及不同采收期下天麻6個品質指標進行主成分分析，因此選取兩個主成分特征向量T1、T2（表5）。

由表5可知，天麻素、浸出物和游離氨基酸載荷均超過70%，說明第一主成分主要反映了天麻素、浸出物和游離氨基酸的信息；第二主成分主要反映了對羥基苯甲醇的信息。因此，根據各主要化學成分在不同因子上的載荷，可確定天麻素、浸出物、游離氨基酸和對羥基苯甲醇4個品質指標可作為天麻品質評價的關鍵品質指標。

2.6 綜合評價

采用Kaiser標準化的正交旋轉法提取主成分得分系數矩陣，得主成分方程：Y1=-0.186×ZX1+ 0.032×ZX2-0.239×ZX3+0.216×ZX4-0.143×ZX5+0.260×ZX6；Y2=-0.125×ZX1-0.222×ZX2+0.030×ZX3+0.112×ZX4+0.945×ZX5-0.110×ZX6（ZX1、ZX2、ZX3、ZX4、ZX5、ZX6分別表示多糖含量、游離氨基酸含量、總酚含量、天麻素含量、對羥基苯甲醇含量及浸出物含量），計算各主成分得分。再根據主成分得分和以各個主成分方差貢獻率占兩個主成分累積方差貢獻率的權重（第一主成分和第二主成分權重分別約為0.810 7和0.189 3）計算綜合得分，即通過Y=0.810 7×Y1+0.189 3×Y2計算綜合得分。結果表明（表6），綜合得分最高的為第二批高海拔的天麻（得分為1.023 8），其次是第二批中海拔（0.684 2）；整體上第二批綜合得分均大于0.6，高于第一批各海拔區間種植的天麻，說明采收期和海拔對天麻品質形成有較大影響。

3 討論與結論

中藥最大的特點是藥效物質群的多層次、多靶點整體協同作用。藥效物質群來源于藥用植物的次生代謝產物，其生物合成受其遺傳特性和環境因子的共同調控[4，16]。環境因子長期作用于藥用植物，形成其獨特的藥性，從而塑造藥材的地道性。研究報道[17]，中藥材品質形成與其藥效物質群的組分構成及其積累有極其顯著的相關性，且次生代謝產物的積累高度依賴環境因子的調節作用。黃嬌[18]研究表明，三峽地區桔梗藥材質量隨著海拔升高而升高，在海拔1 500 m的開州區桔梗質量最優。徐佳瑜[19]研究認為鉤藤種植在海拔800～1 100 m時，積累的生物堿含量顯著高于種植在海拔1 100～1 300 m的鉤藤，推測鉤藤更適合種植在海拔1 100 m以下的區域。總之，海拔顯著影響藥用植物有效成分的生物合成與積累。

植物次生物質代謝積累高度依賴于溫度、光、土壤水分、土壤肥力和鹽度等環境因子[17]。狹葉羽扇豆（Lupinus angustifolius）田間高溫試驗證明，高溫可顯著誘導其生物堿的積累[20]。研究報道，低溫顯著抑制長春花葉中長春堿和長春堿的生物合成[21]，卻能促進野牡丹（Melastoma malabathricum）根中花青素的積累[22]。相比長日照，蒼耳子在短日照下，其果實中咖啡酰奎尼酸水平降低40%，黃酮苷元降低約75%[23]。黃芩（Scutellaria baicalensis）在干旱脅迫下，其黃酮類生物合成相關基因表達上調，黃酮類化合物積累增加[24]。這些表明環境因子改變，可調節植物次生代謝物的水平。本研究選擇海拔這一綜合性的環境因子，結果發現，海拔與天麻中的天麻素、對羥基苯甲醇、游離氨基酸、天麻多酚以及浸出物的含量存在顯著相關性；成分含量檢測也發現，海拔可以顯著促進第二批天麻中天麻素、游離氨基酸及其次生代謝產物（以浸出物為代表）的積累，抑制天麻多酚和對羥基苯甲醇的積累。余昌俊等[25]證實紅天麻種植在1 000～1 300 m能穩定保持紅天麻的優良品質。楊婧等[26]表明，紅烏雜交天麻種植在海拔1 600 m處有效成分含量最高。他們與本研究結果存在一定的差異，這可能與天麻品種，海拔來源不同有關。曾勇等[27]以不同海拔下的紅天麻生物量、天麻多糖和天麻素為評價指標，表明種植在海拔1 800 m處的紅天麻品質最佳，與本研究的結果相似。這些結果表明海拔確實能影響天麻品質的形成。

中藥材品質的優劣不完全是某個指標表征的，因此，本研究采用多指標主成分分析作為天麻品質評價的分析模型。以天麻素和對羥基苯甲醇總量為評價指標，第二批低海拔二者之和為2.92%，含量最高，其次是高海拔的2.47%。若以本文中的評價模型，結果顯示天麻品質綜合排名為高海拔＞中海拔＞低海拔。在本研究中，并未深入闡述黔產高海拔天麻品質形成的本質。下一步，研究團隊擬采用代謝組、轉錄組以及宏基因組等組學手段，并結合藥效學，闡明黔產天麻優良品質形成的科學內涵，為天麻優質高效仿野生種植提供參考。

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收稿日期：2024-01-19

基金項目：貴州省科技計劃項目（黔科合支撐[2021]一般251）；貴州中醫藥大學大學生創新創業訓練計劃項目（貴中醫大創合字[2021]95號）

第一作者簡介：李沛儀（2002—），女，在讀本科，專業為食品質量與安全

*通信作者簡介：呂享（1986—），男，講師，博士，主要從事藥食同源產品開發及質量控制研究工作