大興安嶺16種功能性植物葉片營養(yǎng)成分分析

李海霞 李正華 邢亞娟

摘? ? 要：為更好的研究大興安嶺功能性植物營養(yǎng)成分價值，構(gòu)建植物資源營養(yǎng)評價體系，本文選擇16種典型天然植物葉片，采用主成分分析和聚類分析方法開展品質(zhì)評價篩選和綜合評價研究。結(jié)果表明：主成分分析顯示8個營養(yǎng)成分指標(biāo)可綜合成為兩個主成分因子（累積貢獻(xiàn)率達(dá)64.48%），篩選出Cu、Zn、總氨基酸（PC1）和總黃酮、Fe（PC2）5個指標(biāo)用于營養(yǎng)成分綜合評價。綜合評價模型顯示，排序前5位分別為黃芪葉、四葉沙參葉、金蓮葉、藍(lán)莓葉和杜鵑葉。對16種植物進(jìn)行系統(tǒng)聚類，劃分為4類，第1類總黃酮含量最高，第2類可溶性總糖含量最高，第3類鋅含量高于其他類，第4類鐵含量最高。結(jié)合主成分分析，黃芪綜合品質(zhì)最高。研究結(jié)果可為大興安嶺不同功能飲品的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大興安嶺;功能性植物;營養(yǎng)成分;主成分分析;聚類分析

中圖分類號：S718.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8023（2019）01-0029-07

Abstract： In order to better study the nutritional value of functional plants and construct the system of plant resources nutrition evaluation， the sixteen typical natural plants leaves were researched in Daxing an Mountains by using principal component analysis and cluster analysis. The results showed that the eight nutrient indicators of natural plants were divided into two principal components factors （cumulative contribution rate was as high as 64.48%）. Five indicators including Cu， Zn， total amino acid （PC1）， and total flavonoids， Fe （PC2） were selected to comprehensively evaluate the quality of nutrients component. Relied on the comprehensive evaluation model， the top 5 composites were ‘Leguminosae， ‘Adenophora tetraphylla， ‘ Trollius chinensis， ‘Vaccinium Spp and ‘Rhododendron simsii Planch. Sixteen natural plants leaves were divided into four categories through cluster analysis. The first category obtained the highest total flavonoids content; the second category contained the highest dissolvable total sugar content; the third category contained the higher zinc element and the fourth category contained the highest iron element. From the result of principal component analysis， we could draw conclusion that ‘Astragalus membranaceus had comprehensive high quality. The result could provide a theoretical basis for the development and utilization of natural functional drinks in Daxing an Mountains.

Keywords： Daxingan Mountain; functional plant; nutrients component; principal component analysis; cluster analysis

0 引言

大興安嶺位于我國的東北部，具有獨特的地理和氣候條件，使得林區(qū)蘊(yùn)藏著豐富的野生植物資源。據(jù)報道，林區(qū)共有藥用植物300余種，約占全區(qū)植物總數(shù)的1/3[1]。這些植物資源有著重要的藥用價值與保健價值，如藍(lán)莓、紅豆等具有收斂、清熱、止痛和止痢等作用[2-5]，蒲公英、四葉菜等具有健胃、利膽、抗菌消炎和清熱解毒等功效[6]。但這些資源目前尚未全面開發(fā)利用。

本文主要測定了大興安嶺16種功能性植物葉片的營養(yǎng)成分，并對其進(jìn)行主成分分析與聚類分析，以期對不同植物品質(zhì)做出綜合評價，篩選優(yōu)異品種，為今后大興安嶺功能性植物藥用價值、保健價值、經(jīng)濟(jì)價值以及飲品開發(fā)等功能性研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于大興安嶺呼中區(qū)碧水林場，地理坐標(biāo)為北緯51°14′40″ ～ 52°25′00″，東經(jīng)122°39′30″ ～ 124°21′00″。年平均氣溫為零下4 ℃，冬季溫度超過零下40 ℃，年大于10 ℃積溫低于2 200 ℃，無霜期90 ～ 120 d。

1.2 樣品采集

供試材料均于6月上旬采自大興安嶺呼中區(qū)碧水林場，針對每種植物隨機(jī)選取10株，每株植物采集當(dāng)年生樹葉，10株混合后放入封口袋內(nèi)，存于冰盒中帶回實驗室。16種功能性植物見表1。

1.3 試驗方法

將帶回實驗室的16種植物葉片于75 ℃烘箱烘干至恒重，用粉碎機(jī)粉碎。針對每種植物測

定下列指標(biāo)：可溶性總糖含量測定采用蒽酮比色法[7];原花青素含量測定采用香草醛比色法[8-9];總氨基酸含量測定采用茚三酮比色法[10];總黃酮含量測定采用三氯化鋁-乙酸鉀比色法[11-12];微量元素（Cu、Zn、Fe、Mn）含量測定采用干灰化-原子吸收分光光度法[13]，每種植物每個指標(biāo)重復(fù)三次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SPSS22.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，因子分析采用主成分分析，主成分分析以特征值≥1為提取主成分的標(biāo)準(zhǔn)。聚類分析采用Wards method分層聚類，樣本之間的距離采用歐式距離平方，得出聚類樹。各植物品質(zhì)綜合評價方法為：以各個主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重相乘求和構(gòu)建綜合評價函數(shù)[14-17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 16種功能性植物葉片主要營養(yǎng)成分

16種功能性植物葉片主要營養(yǎng)成分測定結(jié)果見表2。

2.2 16種功能性植物葉片營養(yǎng)成分相關(guān)性分析

16種功能性植物葉片營養(yǎng)成分相關(guān)性分析見表3，結(jié)果表明：各指標(biāo)之間存在一定相關(guān)性，其中Zn與總氨基酸和Cu存在極顯著正相關(guān)（r = 0.710**，r = 0.716**），與可溶性總糖存在顯著負(fù)相關(guān)（r = -0.584*），與Mn極顯著負(fù)相關(guān)r = -0.656**;可溶性總糖與原花青素存在顯著正相關(guān)（r = 0.527*），與總氨基酸呈顯著負(fù)相關(guān)（r = -0.548*）;Cu與總氨基酸存在顯著正相關(guān)（r = 0.584*）。

2.3 16種功能性植物葉片營養(yǎng)主成分分析

對16種功能性植物葉片的8種營養(yǎng)成分進(jìn)行主成分分析（表4和表5），結(jié)果表明，第一主成分、 第二主成分（PC1 、PC2）的特征值都大于1， 且累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到64.339%。表明前兩個主成分反映了原始變量的絕大部分信息。因此提取前兩個主成分代替原8個指標(biāo)評價營養(yǎng)成分，對其評價的指標(biāo)由初始的8個降為2個彼此不相關(guān)的主成分，達(dá)到了降維的目的，主成分特征向量的絕對值越大，其對該變量的代表性越大。

決定第一主成分的主要是Cu、Zn、總氨基酸， 反映原始數(shù)據(jù)信息量的42.973%。決定第二主成分大小的是總黃酮、Fe，其貢獻(xiàn)率為21.336 9%。

利用SPSS22.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到各主成分因子得分情況（表6）。根據(jù)得分情況對其進(jìn)行排序， 能夠較為直觀地揭示不同植物內(nèi)在品質(zhì)的分布狀況。由表6可知，以PC1排序“黃芪葉”“四葉沙參葉”“金蓮葉”“云杉嫩葉”“車前子葉”品質(zhì)較好，以PC2排序“興安杜鵑葉”“藍(lán)莓葉” “藍(lán)靛果忍冬葉”“刺玫葉”“金蓮葉”品質(zhì)較好。由于各個主成分方差貢獻(xiàn)率不同，所以對其評價時，以各個主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重相乘求和構(gòu)建綜合評價函數(shù)。

F = 0.429 7 Z1 + 0.213 7 Z2。

式中：F為每種植物的綜合評價得分;Z為每個主成分得分。

根據(jù)綜合評價模型，計算出不同植物綜合得分和排序結(jié)果（表6）。綜合得分前5位的植物品種分別是黃芪葉、四葉沙參葉、藍(lán)莓葉、金蓮葉、 興安杜鵑葉。

2.4 16種功能性植物葉片營養(yǎng)成分聚類分析

根據(jù)系統(tǒng)聚類分析結(jié)果，把16種功能性植物分為4類，第1類是“刺玫葉”“樹莓葉”“ 藍(lán)莓葉”“金蓮葉”“興安杜鵑葉”，第2類是“落葉松針”“興安杜鵑花”“藍(lán)靛果忍冬葉”“紅豆越橘葉”，第3類是“紅花鹿蹄草葉”“山葡萄葉”“車前子葉”“四葉沙參葉”“黃芪葉”“云山嫩葉”;第4類是“蒲公英葉”。

2.5 不同分類植物營養(yǎng)成分分析

4類功能性植物葉片營養(yǎng)成分測定結(jié)果及方差分析見表7和表8，不同類群植物營養(yǎng)成分含量存在一定差異。4種分類中可溶性總糖、總黃酮、Fe、Mn含量差異極顯著Sig. < 0.01），Zn含量差異顯著（Sig. < 0.05），總氨基酸、原花青素、Cu含量無顯著差異（Sig. > 0.05）。第1類的典型特點是總黃酮含量最高，可溶性總糖和Fe含量最低;第2類可溶性總糖與Mn含量明顯高于其他類，而氨基酸與Zn含量最低;第3類Zn含量顯著高于其他類，第4類Fe含量顯著高于其他類。

3 結(jié)論與討論

本研究運用主成分分析法對大興安嶺功能性植物進(jìn)行綜合評價，將測定的營養(yǎng)成分8個指標(biāo)簡化成為2個彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo)，其累計貢獻(xiàn)率達(dá)到64.339%，反映了原有品質(zhì)性狀的絕大部分信息。根據(jù)建立的綜合評價模型，進(jìn)行綜合排名，得分前5位的植物品種分別是黃芪葉、四葉沙參葉、藍(lán)莓葉、金蓮葉和興安杜鵑葉。利用系統(tǒng)聚類分析方法，將16種功能性植物分為4大類，不同分類間營養(yǎng)成分含量存在一定差異。第1類可用于高黃酮類植物資源篩選。總黃酮是植物產(chǎn)生的一類天然化合物，有消炎、抗病毒、抗衰老、降低血糖、抑制糖基化反應(yīng)終產(chǎn)物、抑制醛糖還原酶等作用[18-20]，這類植物可用于免疫飲品的開發(fā)。第2類可用于高糖類植物資源篩選，糖類是維持生命活動所需能量的主要來源?？扇苄钥偺前ㄆ咸烟?、果糖和蔗糖等。這類植物可用于多糖類飲品的開發(fā)。第3、第4類可用于高鋅、高鐵植物資源篩選，鋅與體內(nèi)許多酶有關(guān)，它可增強(qiáng)淋巴細(xì)胞的活性，從而提高機(jī)體免疫力[21]。鐵與某些金屬酶的合成與活性密切相關(guān)，參與細(xì)胞色素氧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和單胺氧化酶的合成等[22]。第3、4類植物可用于礦物質(zhì)飲料的開發(fā)，補(bǔ)充人體所需的鐵、鋅等各種礦物質(zhì)元素，增強(qiáng)人體免疫功能和身體素質(zhì)，改善骨質(zhì)疏松，有效抗疲勞。結(jié)合主成分分析結(jié)果，黃芪綜合品質(zhì)最高。有關(guān)這16種功能性植物的糖類化合物、氨基酸等有效成分的種類和含量有待進(jìn)一步研究。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]趙雪嶺， 單立忠.大興安嶺藥用植物分布特點及開發(fā)利用[J].林業(yè)科技，2004，29（3）：68-70

ZHAO X L， SHAN L Z. Distribution characteristics and utilization of medicinal plants in Daxingan Mountain[J]. Forestry Science and Technology， 2004， 29（3）：68-70.

[2]蔣光月， 萬水霞， 朱宏斌，等. 藍(lán)莓的營養(yǎng)保健價值與栽培條件

[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2011，17（19）：80-81.

JIANG Y G， WAN S X， ZHU H B， et al. Nutritional value of blueberries and their cultivation condition[J].? Anhui Agriculture Science Bulletin， 2011， 17（19）：80-81.

[3]樊梓鸞， 王振宇. 紅豆越橘體外抗氧化和抗細(xì)胞增殖活性研究[J]. 現(xiàn)代食品科技，2010， 26（10）：1081-1086.

FAN Z L， WANG Z Y. Antioxidant and antiproliferative activities of Lingonberries in vitro[J]. Modern Food Science and Technology， 2010， 26（10）：1081-1086.

[4]楊華， 劉亞娜， 郭德軍. 紅豆越橘功能性成分的研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（35）：12637-12639.

YANG H， LIU Y N， GUO D J. Research advances in functional ingredients of Vacccinium vitis-idaea[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2014， 42（35）：12637-12639.

[5]祖桂芳， 趙曉紅， 崔勝楠. 紅豆越桔活性成分研究及開發(fā)利用

[J]. 生命科學(xué)，2009， 21（1）：151-155.

ZU G F， ZHAO X H， CUI N S. Research of active substances about Vaccinium vitis-idaea L. and its development and application[J]. Chinese Bulletin of Life Sciences， 2009， 21（1）：151-155.

[6]沈奇， 沈小青， 吳國榮. 蒲公英綠原酸白芨多糖包合物的抗氧化作用[J]. 南京師大學(xué)報（自然科學(xué)版），2010， 33（3）：81-84.

SHEN Q， SHEN X Q， WU G R. Study on the anti-lipid peroxidation of embedded chlorogenic acid in Dandelion[J]. Journal of Nanjing Normal University （Natural Science Edition）， 2010， 33（3）：81-84.

[7]LAURENTIN A， EDWARDS C A. A microtiter modification of the anthrone-sulfuric acid colorimetric assay for glucose-based carbohydrates[J]. Analytical Biochemistry， 2003， 315（1）：143-145.

[8]姚開， 何強(qiáng). 葡萄籽提取物中原花青素含量的測定[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2002， 28（3）：17-19.

YAO K， HE Q. Determination of proanthocyanidin from graper-seed extracts[J]. Food and Fermentation Industries， 2002， 28（3）：17-19.

[9]張丹， 任潔， 劉紅梅， 等.干旱脅迫對紅松主要次生代謝產(chǎn)物的含量及其DPPH清除能力的影響[J].植物研究，2016， 36（4）：542-548.

ZHANG D， REN J， LIU H M， et al. Responses of main secondary metabolites and DPPH free radical Scavenging activity of the Korean pine to drought stress[J]. Bulletin of Botanical Research， 2016， 36（4）：542-548.

[10]王斌， 張騰霄， 宋相周， 等. 不同產(chǎn)地板藍(lán)根中多糖及總氨基酸含量的分析比較[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014， 45（1）：24-27.

WANG B， ZHANG X T， SONG X Z， et al. Comparison analysis on polysaccharide and total amino acids content in indigowoad root derived from different places[J]. Journal of Southern Agriculture， 2014， 45（1）：24-27.

[11]王晉黃， 池汝安， 陳少峰， 等.土茯苓中提取總黃酮的工藝研究[J].植物研究，2006，26（3）：370-373.

WANG J H， CHI R A， CHEN S F， et al. The extraction of general flavonoids from Smilax glabra Roxb with ethanol[J]. Bulletin of Botanical Research， 2006， 26（3）：370-373.

[12]趙恩澤， 金時， 魏作富， 等.木豆葉總黃酮測定方法的比較研究[J].植物研究，2011，31（4）：499-502.

ZHAO E Z， JIN S， WEI Z F， et al. Comparison of the determination methods for total flavonoids in pigeon pea leaves[J]. Bulletin of Botanical Research， 2011， 31（4）：499-502.

[13]李昌厚. 原子吸收分光光度計儀器及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

LI C H. The application of atomic absorption spectrophotometer[M]. Beijing： Science press， 2006.

[14]刁松鋒， 邵文豪， 姜景民， 等.基于種實性狀的無患子優(yōu)良單株選擇[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014，42（4）：6-10

DIAO S F， SHAO W H， JIANG J M， et al. Superior individual selection of Sapindus mukorossi based on fruit and seed traits[J]. Journal of Northeast Forestry University， 2014， 42 （4）： 6-10， 45.

[15]杜慶鑫， 劉攀峰， 魏艷秀，等. 基于主成分與聚類分析的杜仲雄花品質(zhì)綜合評價[J].植物研究，2016， 36（6）：846-852.

DU Q F， LIU F F， WEI Y X， et al. Comprehensive evaluation of Eucommia ulmoides male flowers quality by principal component and cluster analysis[J]. Bulletin of Botanical Research， 2016， 36（6）：846-852.

[16]述小英.不同種質(zhì)枸杞營養(yǎng)成分及其抗氧化活性研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

SHU X Y. Study on nutrients and antioxidant activity in different germplasm wolfberry fruit[D]. Yangling： Northwest A&F University， 2016.

[17]殷冬梅， 張幸果， 王允， 等.花生主要品質(zhì)性狀的主成分分析與綜合評價[J].植物遺傳資源學(xué)報，2011，12（4）：507-512.

YIN D M， ZHANG X G， WANG Y et al. Principal component analysis and comprehensive evaluation on quality traits of

peanut[J]. Journal of Plant Genetic Resources， 2011， 12（4）：507-512.

[18]郝培應(yīng)， 羅文婷， 俞曉平.竹葉黃酮的抑菌效果研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（2）：112-114.

HAO P Y， LUO W T， YU X P. Study on the bacteriostatic effect of flavone in bamboo leaves[J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 2010（2）：112-114.

[19]李友賓， 常海濤， 李萍， 等.21種中藥不同提取部位對人醛糖還原酶的抑制作用[J].北京大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2004，36（1）：107-108.

LI Y B， CHANG H T， LI P， et al. Inhibition of human aldose-reducing enzyme by different extraction sites of 21 Chinese medicines[J]. Journal of Peking University （Heath Sciences）， 2004， 36（1）：107-108.

[20]周曉霞， 蘇佩清， 劉智. 黃芩莖葉總黃酮對糖尿病防治作用的實驗研究[J].中藥新藥與臨床藥理，2006，17（6）：418-420.

ZHOU X X， SU P Q， LIU Z. Experimental study of total flavonoids from stems and leaves of Scutellaria Baicalensis in preventing and curing diabetes mellitus[J]. Traditional Chinese Drug Research and Clinical Pharmacology， 2006， 17（6）：418-420.

[21]戴忠， 肖新月， 常崇艷， 等.卷柏屬藥用植物微量元素的研究

[J].中國藥事，2001，15（6）：390-391.

DAI Z， XIAO X Y， CHANG C Y， et al. Study on the trace elements of Selaginella[J]. Chinese Pharmaceutical Affairs， 2001， 15（6）：390-391.

[22]孫長峰， 郭娜. 微量元素對人體健康的影響.微量元素與健康研究[J].2011，28（2）：64-66.

SUN C F， GUO N. Trace element iron effects on human health[J]. Study of Trace Element and Health， 2011， 28（2）： 64-66.