不同產(chǎn)地梔子中微量元素的主成分分析

劉明地，祁正興，葉丹

（青海民族大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，西寧S10007）

不同產(chǎn)地梔子中微量元素的主成分分析

劉明地，祁正興，葉丹

（青海民族大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，西寧S10007）

以不同產(chǎn)地梔子中6種微量元素的含量為基礎(chǔ)，利用SPSS13.0對(duì)其含量進(jìn)行主成分分析，得到不同產(chǎn)地梔子中微量元素間的相關(guān)矩陣、特征值以及累計(jì)貢獻(xiàn)率，篩選出累計(jì)貢獻(xiàn)率大于S2.216%的3個(gè)主成分，對(duì)不同產(chǎn)地梔子進(jìn)行綜合排名，分析各微量元素在人體的作用與含量的相近性，為不同產(chǎn)地梔子的質(zhì)量評(píng)價(jià)提供一種參考方法。

梔子；微量元素；主成分分析

引言

梔子，別名黃梔子、山梔、白蟾，是茜草科植物梔子的果實(shí)。梔子出自《本草圖經(jīng)》，是傳統(tǒng)中藥，屬衛(wèi)生部頒布的第l批藥食兩用資源，具有護(hù)肝、利膽、降壓、鎮(zhèn)靜、止血和消腫等作用。近幾年對(duì)梔子的研究主要集中于化學(xué)成分［1_4］及藥理活性［5_6］，有關(guān)梔子微量元素的研究較少。然而現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究提示中藥的藥理活性表現(xiàn)為多種組分的協(xié)同效應(yīng)，不可否認(rèn)，藥理活性與中藥所含的有機(jī)成分有直接關(guān)系，但也不能忽略中藥中微量元素的重要作用［7_S］。眾所周知，微量元素對(duì)人體的新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、疾病的發(fā)生和發(fā)展起著重要的作用，大致可歸結(jié)為三種：（1）運(yùn)載常量元素，把大量元素帶到各組織中去；（2）充當(dāng)生物體內(nèi)各種酶的活性中心，酶在生物體內(nèi)是許多化學(xué)反應(yīng)必不可少的催化劑，而微量元素則直接參與組成酶或充當(dāng)激活劑，促進(jìn)新陳代謝；（3）促進(jìn)體內(nèi)各種激素的作用。因此對(duì)中藥材中的微量元素進(jìn)行研究對(duì)揭示中藥治病機(jī)理具有重要的意義。本文對(duì)不同產(chǎn)地梔子中各微量元素的含量進(jìn)行主成分分析不僅有助于深入了解其藥用價(jià)值，而且可為其質(zhì)量評(píng)價(jià)以及資源的合理利用提供參考。

1 不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量數(shù)據(jù)的收集及處理

不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量來源于文獻(xiàn)［9］，不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量的測(cè)定采用火焰原子吸收光譜法測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表1，為了避免消除原始數(shù)據(jù)之間由于量綱和數(shù)據(jù)間大小差異而帶來的影響，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)更合理、更科學(xué)、具有可比性，同時(shí)遵循正態(tài)分布的基本規(guī)律，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果見表2。

2 主成分分析

2.1 主成分分析具體步驟

主成分分析是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，中心目的是將數(shù)據(jù)降維，以排除眾多化學(xué)信息共存中相互重疊的信息。它是將原變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使少數(shù)幾個(gè)新變量是原變量的線性組合，同時(shí)，這些變量要盡可能多的表征原變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征而不丟失信息。其具體分析步驟如下：首先判斷原始數(shù)據(jù)之間的差異性，通過SPSS13.0對(duì)不同產(chǎn)地梔子中微量元素的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（表2），然后通過SPSS13.0對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到不同產(chǎn)地梔子中微量元素的相關(guān)性矩陣（表3），各因子對(duì)應(yīng)的特征值及方差貢獻(xiàn)率見表4，根據(jù)特征值大于1或累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于S0%，篩選出三個(gè)主成分，計(jì)算篩選出的主成分的載荷系數(shù)矩陣（表5）；最后計(jì)算主成分的綜合得分及排名（表6）并得出主成分得分與綜合得分的得分關(guān)系式，對(duì)樣品質(zhì)量作出分析及評(píng)價(jià)。其中相關(guān)性矩陣反映各個(gè)變量之間的相關(guān)性。如果數(shù)據(jù)在此矩陣中表現(xiàn)出來的相關(guān)性較強(qiáng)則可進(jìn)行主成分分析，否則表明數(shù)據(jù)不需要做主成分分析。特征值表征的是引入該主成分對(duì)原始變量信息的平均解釋力度，當(dāng)主成分的原始特征根大于1時(shí)，表明引入該主成分是有意義的，否則說明引入該主成分對(duì)原始變量的解釋力度不如引入一個(gè)原始變量的解釋力度大。方差貢獻(xiàn)率是用每個(gè)主成分的方差除以所有主成分方差的總和，即某一主成分的方差在全部方差中的比重，表明某一主成分綜合原始變量信息的能力，因此這個(gè)百分?jǐn)?shù)越高表明能力越強(qiáng)。累計(jì)方差貢獻(xiàn)率是前N個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率的和。載荷系數(shù)矩陣則反映的是每個(gè)原始變量在主成分中的系數(shù)。

表1不同產(chǎn)地梔子中微量元素的含量(μg/g)

表2不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

表3相關(guān)性矩陣

表4特征值、方差貢獻(xiàn)率

表5載荷系數(shù)矩陣

2.2 不同產(chǎn)地梔子的主成分得分方程和排名

主成分得分方程：

主成分1：

主成分2：

主成分3：

綜合得分方程：

根據(jù)各個(gè)主成分得分方程和綜合得分方程計(jì)算出各個(gè)主成分的得分及排名和綜合得分及排名（表6）。

表6主成分得分及排名

2.3 不同產(chǎn)地梔子中微量元素的主成分分析結(jié)果

由表3可知兩兩數(shù)據(jù)之間有較大的相關(guān)系數(shù)，可用主成分分析。根據(jù)表4不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量的特征值和方差貢獻(xiàn)率可得出不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量前3種主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到S2.216%，也就說明可以用3種主成分來解釋不同產(chǎn)地的梔子的S2.216%的信息，這大于S0%，符合主成分分析的要求，分別用F1、F2、F3三個(gè)主成分來描述不同產(chǎn)地的梔子中微量元素的含量。由F1、F2、F3的載荷系數(shù)矩陣（表5），可知在中起主要作用的是銅元素和鐵元素。銅是人體必需的微量元素之一，銅參與人體內(nèi)的造血過程，催化血紅蛋白的合成，同時(shí)又是人體內(nèi)的一些金屬酶的組成成分。鐵可與血紅素、蛋白質(zhì)等形成血紅蛋白和肌紅蛋白，起到運(yùn)輸和貯存氧的作用，因此，表征梔子中銅、鐵含量及作用。在中起主要作用的是鎂元素和鈣元素，鎂元素是酶的激活劑在維護(hù)骨骼生長(zhǎng)和神經(jīng)興奮等功能方面作用很大，而且對(duì)血管系統(tǒng)也有影響。鈣能維持強(qiáng)健的骨骼和健康牙齒，維持有規(guī)則的心律，緩解失眠癥，幫助體內(nèi)鐵的代謝，強(qiáng)化神經(jīng)系統(tǒng)，因此，表征鎂、鈣在梔子中含量及作用。在中起主要作用的是錳元素與鋅元素。錳是構(gòu)成正常骨骼時(shí)所必要的物質(zhì)，并有著多方面的作用，參與體內(nèi)造血過程和多種酶的組成，影響酶的活性，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)脂肪的氧化作用，與人體健康的關(guān)系十分密切，因此有人將錳稱作“益壽元素”。鋅是人體中約200種與免疫功能有關(guān)酶的組成成份，是人體許多化學(xué)反應(yīng)的催化劑，與核酸及蛋白質(zhì)的合成密切相關(guān)，通過DNA和RNA聚合的作用，促進(jìn)蛋白質(zhì)的吸收和合成、細(xì)胞的分裂生長(zhǎng)和再生，因此，表征梔子中錳、鋅含量及作用。根據(jù)表6主成分的得分及排名，可知主成分1得分最高的為河南唐河-1的梔子，主成分2得分最高的為廣西玉林-2的梔子，主成分3得分最高的為江西廣豐-1的梔子，綜合得分最高的為河南唐河-1的梔子，其次為廣西玉林-2的梔子，第三為河南唐河-2的梔子。通過對(duì)不同產(chǎn)地梔子中微量元素含量的主成分分析，可知河南唐河-1的所產(chǎn)的梔子品質(zhì)最好。

3 結(jié)束語

醫(yī)學(xué)研究已證明，微量元素與人類健康有密切關(guān)系，它們的攝入過量、不足或缺乏都會(huì)不同程度地引起人體生理的異常或發(fā)生疾病。中藥是一個(gè)集合體，一味中藥材中既含有大量的有機(jī)化合物又含有一定量的人體所需的微量元素，而中藥的藥效正是其所含的所用物質(zhì)之間相互協(xié)同，相互抑制，從而達(dá)到治療的目的。因此，在藥物質(zhì)量評(píng)價(jià)及藥理作用研究過程中都有必要引進(jìn)微量元素含量的多少作為藥物質(zhì)量評(píng)價(jià)和其藥理作用研究的一項(xiàng)指標(biāo)。本文通過主成分分析較好地闡述了梔子中各微量元素的相互關(guān)系，同時(shí)對(duì)不同產(chǎn)地的梔子的質(zhì)量?jī)?yōu)劣從微量元素的含量方面給予合理的評(píng)價(jià)，為藥物質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一種參考方法，具有一定的參考價(jià)值。

［1]廖夫生.中藥梔子的研究進(jìn)展［J].廣州化工，2013，41 (1):12_14.

［2]張忠立，左月明，楊雅琴，等.梔子中的黃酮類化學(xué)成分研究［J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜，2012，19(4):79_81.

［3]左月明，張忠立，楊雅琴，等.梔子化學(xué)成分研究［J].中藥材，2013，36(2):225_227.

［4]蔡財(cái)軍，張忠立，左月明.梔子環(huán)烯醚萜化學(xué)成分研究［J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2013，24(2):342_343.

［5]劉國(guó)敏，郭素華，程維明.梔子的藥理作用及機(jī)制研究新進(jìn)展［J].海峽藥學(xué)，2008，20(11):8_10.

［6]趙亞南，張衛(wèi)明，錢驊，等.梔子苷及其衍生物藥理活性的研究進(jìn)展［J].中國(guó)野生植物資源，2011，30(1): 1_5.

［7]何邦平，陳杰，張欣榮，等.微量元素與人體健康關(guān)系研究的回顧與展望［J].生命科學(xué)儀器，2003，1(1):41.

［8]王麗娟，劉菊林.微量元素對(duì)人體健康的作用［J].臨床合理用藥雜志，2013，6(3):63_63.

［9]陳磊，劉怡.FAAS法測(cè)定不同產(chǎn)地梔子中微量元素的含量［J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2012，18(3):90_ 92.

Principal Component Analysis of Trace Elements in Gardenia From Different Regions

LIU Mingdi，QIZhengxing，YE Dan
（DePartment of Chemistry and Life Science，Qinghai University for Nationalities，Xi'ning S10007，China）

Based on the contentof6 trace elements in gardenia that from differenthabitats，through the PrinciPal comPo_ nent analysis of trace elements by using software SPSS13.0，the correlation matrix，eigenvalue and the cumulative contribu_ tion rate are obtained，then three PrinciPal comPonents whose cumulative contribution rates are more than S2.216%are selected.Meanwhile the gardenia from different regions are ranked synthetically，and it's functions on human body and the Proximity of contents are analysed.All the analysis Provide a referencemethod for quality evaluation of gardenia in different regions.

gardenia；trace elements；the PrinciPal comPonent analysis

O61

A

1673_1549(2014)02_0015_04

10.11863/j.suse.2014.02.03

2013_10_27

青海民族大學(xué)研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（QHMZ0201300S）

劉明地（19S7_），男，陜西商洛人，碩士生，主要從事物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物性定量關(guān)系方面的研究，（E_mail）313S26195@qq.com