板藍根藥材品質區(qū)劃研究

趙文龍　晉玲　王惠珍　崔治家　侯嘉　盧有媛　杜弢

[摘要]該研究通過查閱資料和實地采樣，收集全國板藍根主產(chǎn)區(qū)89個樣點信息，并使用HPLC測得樣品的指標成分含量數(shù)據(jù)。利用Maxent模型與ArcGIS，結合生態(tài)因子數(shù)據(jù)預測板藍根全國生境適宜性分布。運用R語言建立藥材指標成分含量與生態(tài)環(huán)境因子之間的關系模型，使用ArcGIS柵格計算方法對藥材品質進行區(qū)劃。研究結果表明影響板藍根分布的主要生態(tài)因子為最干季節(jié)降雨量、年平均溫度和最濕季節(jié)均溫；適合板藍根種植的地區(qū)主要集中在我國北部，但各適宜種植區(qū)的藥材質量差異較大，其中新疆地區(qū)的板藍根藥效成分含量最高。該研究為合理選擇板藍根種植地區(qū)提供參考依據(jù)。

[關鍵詞]板藍根； 生境適宜性； 品質區(qū)劃

[Abstract]In this research， we collected information of eighty nine sampling points of Isatidis Radix nationwide through data query and field survey， and the medicinal component contents of samples were determined by HPLC By using Maxent Model and ArcGIS， along with ecological factor data， the national habitat suitability distribution of Isatidis Radix was predicted Rlanguage was adopted to establish a model of the relationship between the medicinal component contents and ecological factors The medicinal quality was divided by ArcGIS grid computing The results indicated that the three main ecological factors affecting the distribution of Isatidis Radix were precipitation in the driest season， mean annual temperature and mean temperature in the wet season The suitable cultivation region of Isatidis Radix is mainly distributed in the north of China， but the medicinal quality is quite different， Isatidis Radix in Xinjiang province has higher medicinal quality This study provides a reference for rational selection of planting areas of Isatidis Radix

[Key words]Radix Isatidis； habitat suitability； quality regionalization

板藍根為十字花科植物菘藍的干燥根，性寒味苦，具有清熱解毒、涼血利咽功效，是我國治療感冒的常用大宗中藥材[13]。研究表明板藍根具有抗菌、抗病毒、解熱、抗炎、增強機體免疫功能等作用，所以有著巨大的種植需求和產(chǎn)業(yè)前景，特別是2003 年非典以后，板藍根產(chǎn)區(qū)面積逐步擴大，但不同產(chǎn)區(qū)板藍根產(chǎn)量和品質差異較大[47]，這給板藍根種植區(qū)域的選擇和藥源的穩(wěn)定造成了不確定性。

Jaynes于1957年提出最大熵理論，認為在已知條件下，熵最大的事物最接近它的真實狀態(tài)[8]。近年來，該理論被構建為最大熵模型（MaxEnt）用于預測物種潛在分布區(qū)及其最適宜生境[9]。同時，眾多研究表明，MaxEnt 模型結合GIS 空間分析技術在預測物種潛在分布中可以發(fā)揮更大優(yōu)勢[1016]。

目前針對板藍根的研究主要集中在藥效成分、遺傳育種和栽培技術方面，但對其適宜生境、品質分布、種植選址等方面研究較少。本研究通過查閱資料和實地采樣，收集全國不同產(chǎn)區(qū)板藍根樣點和樣品信息，利用Maxent模型、ArcGIS技術、統(tǒng)計分析方法，結合生態(tài)因子和藥材指標成分含量數(shù)據(jù)，進行全國板藍根藥材品質區(qū)劃研究，為板藍根種植基地選址等相關工作提供參考依據(jù)。

1材料

11板藍根藥材樣品處理

板藍根樣品采集時間為2015年10—11月和2016年10—11月，樣品均為一年生栽培板藍根的地下根，每個樣地采樣3～5株，自然晾干后，打粉，過3號篩，冷凍保存。

12試劑和儀器

本研究中所使用的板藍根指標成分（R，S）告依春對照品購自上海源葉生物科技有限公司（批號B20104）、甲醇（山東禹王實業(yè)有限公司化工分公司，色譜純）；儀器使用Agilent 1200 HPLC（美國），色譜柱為Phenomenxe Luna C18 （46 mm×250 mm，5 μm）。

2方法

21藥材分布數(shù)據(jù)及樣品來源

通過查閱“中國數(shù)字植物標本館”（http：//wwwcvhaccn）以及“教學標本標準化整理整合與資源共享平臺”（http：//mnhscueducn），收集板藍根全國分布信息記錄69條；于2015年和2016年在黑龍江、山東、河北、安徽、山西、甘肅、新疆7?。ㄗ灾螀^(qū)），實地采集板藍根藥材樣品20組（每組3～5份），并使用GPS記錄采樣點空間位置信息，見圖1。endprint

22生態(tài)因子數(shù)據(jù)

本研究所使用生態(tài)因子數(shù)據(jù)來源于“中藥資源空間信息格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫”，其中，氣候數(shù)據(jù)是根據(jù)我國氣象觀測站1950—2000年的氣候觀測數(shù)據(jù)插值成空間分辨率為1 km×1 km的格網(wǎng)數(shù)據(jù)；土壤類型數(shù)據(jù)采用FAO90土壤分類系統(tǒng)，是根據(jù)第二次全國土壤調(diào)查《1∶100萬中華人民共和國土壤圖》制成；植被類型數(shù)據(jù)來源于中科院植物所《1∶100 萬中華人民共和國植被圖》中的植被亞類數(shù)據(jù)。

23板藍根藥材指標成分檢測

板藍根藥材中（R，S）告依春含量按照2015年版《中國藥典》（一部）（R，S）告依春含量測定法提取和計算。

24板藍根生境適宜性分析

241生態(tài)因子的選擇本研究根據(jù)板藍根實際種植情況，對生態(tài)因子進行了篩選。首先，我國板藍根藥材基本來源于人工種植，所以剔除植被類型因子；其次，板藍根一般在每年5月初栽播，10月底采收，故剔除11月至次年4月的溫度和降水指標，最終選擇可能影響板藍根生長的36種生態(tài)因子進行生境適宜性分析評價，見表1。

242生境適宜性分析將板藍根藥材采樣位置信息和生態(tài)因子數(shù)據(jù)按要求導入MaxEnt軟件，并設置如下參數(shù)： 隨機測試比例為15%，最大迭代次數(shù)為5 000次，在環(huán)境參數(shù)設置中開啟刀切法來評價各生態(tài)因子的權重。計算全國范圍內(nèi)板藍根的生境適宜性，采用ROC曲線和曲線下面積（AUC）進行精度評價。

提取采樣點處的生境適宜性值，以提取結果中最小值（Min）作為適宜生長和不適宜生長的分界線。對于適宜生長的區(qū)間，則以正態(tài)分布中的μ，δ為界區(qū)分次適宜區(qū)和最適宜區(qū)，即[0，Min]為不適宜區(qū)，[Min，μ-δ]為次適宜區(qū)，[μ-δ，1]為最適宜區(qū)。

25板藍根藥材品質區(qū)劃方法

251指標成分與生態(tài)因子間的相關性分析在ArcGIS中根據(jù)板藍根采樣點的空間位置信息，提取對應地點的19種綜合性生態(tài)因子數(shù)據(jù)，使用“R”語言對藥材樣品中的（R，S）告依春含量與生態(tài)因子數(shù)據(jù)進行逐步回歸，建立（R，S）告依春含量與生態(tài)因子間的關系模型。

252指標成分空間分布利用ArcGIS中的柵格計算功能將生態(tài)因子圖層作為自變量帶入（R，S）告依春含量與生態(tài)因子間的關系模型，估算板藍根（R，S）告依春含量的全國空間分布圖。

253品質區(qū)劃分析將板藍根品質分布圖與生境適宜性分布圖進行圖層疊加，去掉生境不適宜地區(qū)和低于藥典標準的（R，S）告依春含量地區(qū)[2015 年版《中國藥典》（一部）規(guī)定板藍根藥材中的（R，S）告依春量不低于002%]，最終得到全國板藍根產(chǎn)地適宜性區(qū)劃圖。

3結果與分析

31不同產(chǎn)地板藍根（R，S）告依春含量差異

采用2015年版《中國藥典》（一部）高效液相色譜法（通則0512），測定（R，S）告依春含量，見表2。其中（R，S）告依春含量最大值為0901%，最小值為0171%，平均值為0469%。說明不同產(chǎn)地的板藍根（R，S）告依春含量的差異較大。

32板藍根生境適宜性分布

生境適宜性計算結果取值范圍為0～1，依據(jù)正態(tài)分布的參數(shù)μ，δ，結合采樣點位置的提取值，對生長區(qū)劃和品質區(qū)劃進行分類。由數(shù)據(jù)計算出生境適宜性的最小值0284 3，最大值0873 0，均值0673 9，標準差0168 2。

按照生境適宜性從低到高將板藍根分布區(qū)依次分為3個等級，分別為不適宜區(qū)（0，0284 3）、次適宜區(qū)（0284 3，0505 7）、最適宜區(qū)（0505 7，1），結果顯示新疆北部的阿勒泰和塔城地區(qū)、甘肅中部祁連山和南部地區(qū)、陜西中部地區(qū)、黑龍江大慶及齊齊哈爾市、江蘇和安徽的部分地區(qū)生境適宜性較高，見圖2。作者利用ArcGIS區(qū)域統(tǒng)計分析功能，對各省板藍根最適宜與次適宜地區(qū)的分布面積進行了統(tǒng)計，結果顯示適宜板藍根生長的生境面積以新疆、內(nèi)蒙古、四川、陜西和甘肅分布最大，見圖3。

33生態(tài)因子對板藍根生境適宜性的影響

根據(jù)最大熵模型計算得到各生態(tài)因子對板藍根分布的貢獻率和刀切法獲得的主要生態(tài)因子權重，選取貢獻率大權重高的生態(tài)因子作為主生態(tài)因子，根據(jù)響應曲線獲取適宜值。結果顯示最干季節(jié)降雨量貢獻率最高（286%），然后依次是年平均溫度（169%）、最濕季節(jié)均溫（113%）和土壤酸堿度（78%）、10月降雨量（57%）、最暖季降雨量（57%）、有機碳含量（50%），以上7種生態(tài)因子對板藍根生境適宜性影響的貢獻率達到81%。

34模型預測精度評價

受試者工作特征（ROC）評價見圖4，經(jīng)受試者工作曲線檢驗，Maxent 模型的ROC曲線下面積測試集的AUC為0959，表明Maxent模型對板藍根潛在分布區(qū)的預測結果可信度較高。

34板藍根藥材品質區(qū)劃

341指標成分與生態(tài)因子關系模型將實地采樣并測定的板藍根藥材（R，S）告依春含量與對應位置的生態(tài)因子進行逐步回歸分析，建立回歸模型：Y=4355 7+0315 4X1-0643 0X2+1185 2X3-0068 4X4（X1年平均溫度，X2最暖月最高溫，X3最濕季節(jié)均溫，X4最濕月降水量），回歸方程的F檢驗結果P=0000 556 1<001；由回歸系數(shù)的T檢驗結果，得到X1，X2，X3，X4的系數(shù)的P分別為0000 384，0044 263，0001 931，

0001 114均顯著小于005，每個因子的回歸系數(shù)是顯著的，表明該回歸方程可用于（R，S）告依春含量預測。

342品質區(qū)劃將估算出的板藍根（R，S）告依春含量全國品質分布圖與板藍根生境適宜性分布圖進行圖層疊加運算，得到全國板藍根品質區(qū)劃圖，見圖5。結果顯示，全國適宜種植板藍根的地區(qū)藥材中（R，S）告依春的量從藥典規(guī)定的002%～113%，其中新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、陜西、河南、河北、江蘇、湖北、安徽等省的適種面積最廣，區(qū)域統(tǒng)計結果顯示，上述區(qū)域中新疆、安徽、湖北、河北和河南種植的板藍根品質較優(yōu)，見圖6。endprint

4討論

本研究表明最干季節(jié)降雨量、年平均溫度、最濕季節(jié)均溫是影響板藍根生長和分布的主要生態(tài)因子，這與板藍根能耐寒、喜溫暖、怕水澇的生長習性較為一致。我國最干季節(jié)一般在冬季，冬季降水會增加土壤蓄水量，有利于來年板藍根的出苗和生長，這與最干季節(jié)降雨量對板藍根生境適宜性的貢獻率達286%這一結果較吻合。

比較板藍根采樣點地理分布和潛在適宜生境分布結果可以看出，板藍根樣點記錄的實際分布均位于潛在適宜生境分布區(qū)內(nèi)，說明預測與實際分布較為一致。從生境適宜性結果來看，板藍根具有適宜生境分布廣的特點，其生境適宜地區(qū)主要集中在我國新疆，內(nèi)蒙古、甘肅、陜西、河北、山東和黑龍江等北方地區(qū)，這些地區(qū)主要以干旱半干旱氣候為主；同時在江蘇、安徽和湖北等相對濕潤地區(qū)板藍根的生境適宜性也較高，這說明板藍根對氣候的適應能力較強。從板藍根品質區(qū)劃圖可以看出，雖然全國適合板藍根生長的地區(qū)較多，但這些地區(qū)產(chǎn)出的板藍根藥材中（R，S）告依春含量差異較大，這其中以新疆種植的板藍根中（R，S）告依春含量最高。

本研究以生態(tài)因子為基礎對全國板藍根潛在適宜生境進行了預測，結合樣本指標成分含量對全國適種范圍進行了區(qū)劃，為板藍根種植區(qū)域的選擇和藥材資源的合理規(guī)劃提供參考依據(jù)。

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[責任編輯呂冬梅]endprint