基于性狀特征的浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的主成分和聚類比較分析

劉考鏵，唐詩怡，趙露穎，張巧艷，朱露林，朱 波，張泉龍，孫藝琦，秦路平

基于性狀特征的浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的主成分和聚類比較分析

劉考鏵，唐詩怡，趙露穎，張巧艷，朱露林，朱 波，張泉龍，孫藝琦*，秦路平*

浙江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 310053

比較浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的性狀特征，為其快速鑒定提供科學(xué)依據(jù)。實(shí)地考察并收集不同產(chǎn)地的浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬藥材，測(cè)量其長度、寬度和顏色等13個(gè)性狀特征參數(shù)，采用Simca14.1和IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬的種植及采收加工技術(shù)有所不同；主成分分析獲得了實(shí)驗(yàn)室加工樣品8個(gè)符合變量重要性投影（VIP）值＞1的條件性狀變量數(shù)據(jù)，產(chǎn)地加工樣品9個(gè)符合VIP值＞1的條件性狀變量數(shù)據(jù)。聚類分析結(jié)果顯示，道地主產(chǎn)區(qū)的浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬在性狀上可明顯區(qū)分，但實(shí)驗(yàn)室加工的道地主產(chǎn)區(qū)的浙產(chǎn)麥冬與道地非主產(chǎn)區(qū)的川產(chǎn)麥冬則有一定的混淆。浙產(chǎn)麥冬外表面顏色深、中柱明顯，氣味清香，具粘牙性；川產(chǎn)麥冬外表面顏色較淺、中柱不明顯，氣味淡，無黏牙性。浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的性狀特征存在顯著的差異，其表面顏色、中柱大小、氣味和黏性可為作為浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬鑒別的依據(jù)。

麥冬；性狀特征；聚類分析；主成分分析；VIP

麥冬為百合科沿階草屬植物麥冬(L. f.) Ker-Gawl.的干燥塊根，具養(yǎng)陰生津和潤肺清心的功效，用于肺燥干咳、陰虛癆嗽、喉痹咽痛、津傷口渴、內(nèi)熱消渴、心煩失眠和腸燥便秘[1]。麥冬主產(chǎn)于四川、浙江、湖北、山東和安徽等地[2]，產(chǎn)于浙江的麥冬稱為浙產(chǎn)麥冬，為浙江省道地藥材，是著名的“浙八味”之一；產(chǎn)于四川的麥冬稱為川產(chǎn)麥冬或綿麥冬，為四川的道地藥材，是目前市場(chǎng)的主流商品藥材[3-4]。浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬由于栽培方式和采收年限不同，藥材中主要化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)類型和含量存在差異，其藥理作用的特點(diǎn)和作用強(qiáng)度也存在明顯的不同[5-8]。浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬藥材價(jià)格在市場(chǎng)上差異很大，如何通過性狀特征快速準(zhǔn)確地區(qū)分浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬對(duì)于藥材的準(zhǔn)確鑒定、合理應(yīng)用和流通銷售具有重要的意義。本研究在調(diào)查浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬種質(zhì)、產(chǎn)地及栽培加工方法的基礎(chǔ)上，收集不同產(chǎn)地的浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬，觀察分析浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬性狀特征差異，以期為川產(chǎn)麥冬和浙產(chǎn)麥冬的鑒別及應(yīng)用提供可參考的資料。

1 材料與儀器

1.1 材料

選擇浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的道地產(chǎn)區(qū)，實(shí)地觀察其生物學(xué)習(xí)性、栽培及加工技術(shù)和方法。選擇浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬主要栽培地區(qū)，每個(gè)地區(qū)確定1～6個(gè)栽培居群，居群間隔大于50 km。每個(gè)居群采集10～30株麥冬的塊根，植株間距為20 m。記錄采集時(shí)間、地點(diǎn)、經(jīng)緯度、海拔等信息（表1），采集樣品統(tǒng)一洗干凈，剪去須根，實(shí)驗(yàn)室陰干；同時(shí)收集相應(yīng)的產(chǎn)地加工處理的麥冬藥材（表2）。所有樣品均經(jīng)浙江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院秦路平教授鑒定為百合科沿階草屬植物麥冬(L. f.) Ker-Gawl.的塊根。

表1 浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬樣品采集信息

*表示非主產(chǎn)區(qū)，不帶*代表道地主產(chǎn)區(qū)，下表同

*indicating non-main producing area, without*indicating main producing area, same as below

表2 浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬產(chǎn)地加工藥材信息

1.2 儀器

GPS定位儀、卷尺，電子游標(biāo)卡尺（數(shù)顯卡尺，0～150 mm）為深圳市南山區(qū)順信利貿(mào)易商行產(chǎn)品，比色卡和紙直尺（自制），掃描儀epsonscan（精工愛普生株式會(huì)社）。

2 方法

2.1 麥冬性狀特征數(shù)據(jù)的測(cè)定

每個(gè)產(chǎn)地取10株麥冬，每株隨機(jī)取8個(gè)塊根，應(yīng)用電子游標(biāo)卡尺測(cè)定其兩端寬，近根尖端上1/3處為右寬，遠(yuǎn)根尖端下1/3處為左寬，數(shù)值小的為寬1，數(shù)值大的為寬2。將麥冬藥材從中部折斷，測(cè)定其橫斷面的中柱直徑及到皮部的短徑和長徑。應(yīng)用Epsonscan掃描儀，連同比色卡對(duì)麥冬進(jìn)行掃描，得到麥冬粒圖像，麥冬長度和寬度的數(shù)據(jù)。將麥冬切片，取中間段麥冬片，將橫截面進(jìn)行掃描，得到麥冬橫截面圖像，用ImageJ_v1.8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，得到麥冬斷面面積及周長數(shù)據(jù)。用取色器在圖中取色，得出顏色RGB值（R、G、B分別為彩色圖像中紅、綠、藍(lán)3種基色的亮度值），其中RGB值由RGB1、RGB2和RGB3 3個(gè)數(shù)值組成，作為麥冬顏色性狀數(shù)據(jù)，見圖1。

圖1 麥冬性狀參數(shù)測(cè)定示意圖

2.2 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

3 結(jié)果與分析

3.1 生物學(xué)習(xí)性及栽培技術(shù)調(diào)查

麥冬耐旱、耐半陰、耐貧瘠和耐曬。川產(chǎn)麥冬在5月下旬到6月上旬開花，8～9月結(jié)果。塊根膨大歷經(jīng)5個(gè)月，從11月中旬到翌年清明前后結(jié)束。川產(chǎn)麥冬生長過程中，單個(gè)植株分蘗到20株左右，地下根系表淺，塊根膨大處距離莖部較短。浙產(chǎn)麥冬花期為5～8月，果期8～10月份。浙產(chǎn)麥冬主要以分株分蘗來擴(kuò)大種群數(shù)量，葉片和地下塊根也隨著年份增長而增多，根系發(fā)達(dá)，地下根系比較深，塊根膨大處距離莖部比較遠(yuǎn)。

川產(chǎn)麥冬種植時(shí)將種苗整株根全部去掉，僅留下根狀莖，單株種植，行距10 cm，株距5 cm左右；1年后分蘗成6～20株左右。浙產(chǎn)麥冬種植時(shí)則是用菜刀將種苗整株分為3～5份，每1份有15～25個(gè)分蘗種植（慈溪），行距25 cm左右，株距15 cm左右；或者是5～10個(gè)分蘗種植，株距10 cm左右（三門），3年后分蘗均達(dá)120～200個(gè)單株。

川產(chǎn)麥冬從3月上旬至清明節(jié)前后采收，直至4月下旬結(jié)束。浙產(chǎn)麥冬在農(nóng)歷節(jié)氣立夏到小滿之間采收，端午節(jié)前后結(jié)束。川產(chǎn)麥冬采收后清洗干凈，烘干或者太陽曬干，經(jīng)過脫根毛機(jī)將須根去掉。浙產(chǎn)麥冬采收后先用剪刀分離須根，或者脫根毛機(jī)去須根，沖洗干凈，反復(fù)日曬堆悶6～7次。藥材性狀見圖2、3。

圖中編號(hào)與表1中編號(hào)對(duì)應(yīng)，圖4、6同

圖中編號(hào)與表1中編號(hào)對(duì)應(yīng)，圖5、7同

3.2 主成分分析（PCA）和關(guān)鍵性狀特征數(shù)據(jù)的確定

對(duì)測(cè)量獲得的麥冬藥材性狀數(shù)據(jù)，包括長度、寬度、短徑、長徑、斷面面積、RGB和中柱直徑等應(yīng)用Simca14.1軟件進(jìn)行PCA和偏最小二乘判別分析（PLS-DA），以明確影響麥冬性狀特征的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。依據(jù)浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬（實(shí)驗(yàn)室干燥樣品）性狀數(shù)據(jù)PCA結(jié)果可知，4個(gè)PCA的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到87.84%，包含了10個(gè)不同產(chǎn)地的13個(gè)性狀17個(gè)數(shù)據(jù)的大部分信息；并且得到這幾個(gè)主成分的特征值＞1，結(jié)果見表3，樣品得分圖見圖4；由浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬（產(chǎn)地加工樣品）性狀數(shù)據(jù)PCA結(jié)果可知，3個(gè)PCA的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到75.13%，包含了10個(gè)不同產(chǎn)地的13個(gè)性狀17個(gè)數(shù)據(jù)的大部分信息；并且得到這幾個(gè)主成分的特征值＞1，結(jié)果見表3，樣品得分圖見圖5。采用VIP篩選性狀差異變量，浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬（實(shí)驗(yàn)室干燥樣品）共得到長度、RGB、長度等8個(gè)符合VIP值＞1的條件性狀變量數(shù)據(jù)，浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬（產(chǎn)地加工樣品）共得到長度、髓部RGB1、面積等9個(gè)符合VIP值＞1的條件性狀變量數(shù)據(jù)。以這些數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步的統(tǒng)計(jì)分析及聚類分析。

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果（表4）顯示，實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一干燥后的浙產(chǎn)麥冬長度在12.21～26.69 mm，中柱直徑0.75～0.88 mm；川產(chǎn)麥冬的長度在16.35～20.52 mm，中柱直徑在0.61～0.73 mm。如表5所示，產(chǎn)地加工后的浙產(chǎn)麥冬長度在16.08～31.22 mm，中柱直徑0.75～1.16 mm；川產(chǎn)麥冬的長度在19.91～30.03 mm，中柱直徑在0.58～0.93 mm。浙產(chǎn)麥冬的長度范圍比較大，且中柱十分明顯。

表3 浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬性狀變量數(shù)據(jù)的VIP值

圖4 浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬實(shí)驗(yàn)室干燥樣品性狀參數(shù)PCA得分圖

圖5 浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬產(chǎn)地加工樣品性狀參數(shù)PCA得分圖

表4 浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬實(shí)驗(yàn)室干燥樣品的藥材性狀特征參數(shù)()

表5 浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬產(chǎn)地加工樣品的藥材性狀特征數(shù)據(jù)()

3.3 聚類分析（CA）

根據(jù)H型聚類分析樹系圖，浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬（實(shí)驗(yàn)室干燥樣品），由結(jié)合線水平（類間距離為0～5）可分為4大類，第1類為什邡洛水鎮(zhèn)（四川）、慈溪崇壽鎮(zhèn)種植3年的麥冬、慈溪富明鎮(zhèn)種植3年的麥冬（均產(chǎn)自浙江）；第2類為江油龍鳳鎮(zhèn)、三臺(tái)永明鎮(zhèn)（均產(chǎn)自四川）；第3類為三門橫渡鎮(zhèn)種植2年、3年崇壽鎮(zhèn)2年的麥冬（浙江）和龍鳳鎮(zhèn)（四川）；第4類為三臺(tái)花園鎮(zhèn)（四川）、三臺(tái)新德鎮(zhèn)（四川），見圖6。由此可見，道地主產(chǎn)區(qū)的浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬在性狀上存在顯著差異，而與道地非主產(chǎn)區(qū)的川產(chǎn)麥冬則有一定的混淆現(xiàn)象。浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬（產(chǎn)地加工樣品），由結(jié)合線水平（類間距離等于10）可分為4大類，第1類為三臺(tái)永明鎮(zhèn)、花園鎮(zhèn)、新德鎮(zhèn)（均產(chǎn)四川）；第2類為什邡洛水鎮(zhèn)（四川）；第3類為慈溪崇壽鎮(zhèn)、三門橫渡鎮(zhèn)（浙江）；第4類為新德鎮(zhèn)（四川），見圖7。結(jié)果表明，經(jīng)產(chǎn)地加工后，浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬在性狀上存在顯著差異。

圖6 浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬實(shí)驗(yàn)室干燥樣品性狀參數(shù)H型聚類分析樹圖

3.4 浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬性狀特征的比較

根據(jù)對(duì)麥冬藥材的外觀性狀測(cè)量、PCA及統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，對(duì)浙產(chǎn)麥冬及川產(chǎn)麥冬的藥材特征總結(jié)如下：麥冬藥材呈紡錘形，兩端鈍尖。浙產(chǎn)麥冬的長度12.21～31.22 mm，中柱直徑0.75～1.16 mm；外表面顏色更深如淡黃色或呈灰黃色，有比較深的不規(guī)則縱皺紋，常帶須根且中柱多外露，藥材不易干透而質(zhì)地柔韌，時(shí)而軋扁；橫切面角質(zhì)狀黃白色且中柱明顯呈韌性；具較濃的芳香清涼氣味，味苦而后微甜，嚼之硌牙有黏性。川產(chǎn)麥冬的長度在16.35～30.03 mm，中柱直徑在0.58～0.93 mm，表面顏色比較淺如乳白色或類黃白色且有光澤，中柱較脆易斷易脫落，個(gè)體粗、短，兩端比較鈍圓，質(zhì)堅(jiān)硬，味甜后微苦，香氣較小，無黏性[7,9]。

圖7 浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬產(chǎn)地加工樣品性狀參數(shù)的H型聚類分析樹圖

4 討論

本研究通過對(duì)浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬道地產(chǎn)區(qū)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)于浙江慈溪的浙產(chǎn)麥冬種植方式為幾十個(gè)分蘗一起的“捆綁式”種植，略有須根殘留，易發(fā)生部分或者整捆腐爛現(xiàn)象；產(chǎn)于浙江三門的浙產(chǎn)麥冬則為5～10株一捆的種植方式；川產(chǎn)麥冬則是單個(gè)分蘗種植，間隔小，相對(duì)土地利用率高。浙產(chǎn)麥冬土質(zhì)為沙質(zhì)壤土偏黏質(zhì)，川產(chǎn)麥冬土質(zhì)是沙質(zhì)壤土；種植浙產(chǎn)麥冬的土壤pH值平均高于種植川產(chǎn)麥冬的土壤[10]；導(dǎo)致其種植方式差異的原因可能是由于土壤的酸堿性和土質(zhì)的不同。

在采收加工方面，采集后實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一陰干的麥冬藥材，浙江三門的浙產(chǎn)麥冬顏色最深，不規(guī)則皺紋更深，其他產(chǎn)地的麥冬顏色大致相似。此外，浙江三門試驗(yàn)田種植的2年生浙產(chǎn)麥冬由于施加復(fù)合肥緣故，所得個(gè)體較大。浙產(chǎn)麥冬需在恰逢梅雨時(shí)節(jié)反復(fù)燜曬6～7次，川產(chǎn)麥冬則為機(jī)械烘干處理，這可能是導(dǎo)致浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬顏色差異的主要原因[11]。浙產(chǎn)麥冬采集時(shí)間為5月中旬到6月上旬，川產(chǎn)麥冬采集時(shí)間為3月上旬到4月上旬，兩者采收時(shí)間相差2月左右，因此，浙產(chǎn)麥冬藥材表面相對(duì)川產(chǎn)麥冬干癟，可能與其采收時(shí)間較晚有關(guān)。因此，不同地區(qū)栽培技術(shù)及采收時(shí)間對(duì)麥冬性狀特征均有一定的影響。

PCA結(jié)果表明基于浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬的實(shí)驗(yàn)室干燥樣品共得到8個(gè)符合條件的性狀變量數(shù)據(jù)，基于浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的產(chǎn)地加工樣品共得到9個(gè)符合條件的性狀變量數(shù)據(jù)。SPSS分析結(jié)果顯示浙產(chǎn)麥冬（產(chǎn)地加工樣品）表皮顏色更深，可與川產(chǎn)麥冬（產(chǎn)地加工樣品）明顯區(qū)分；不論是實(shí)驗(yàn)室干燥樣品還是產(chǎn)地加工樣品，浙產(chǎn)麥冬中柱均大于川產(chǎn)麥冬。

CA結(jié)果表明，對(duì)于浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的實(shí)驗(yàn)室干燥樣品，道地非主產(chǎn)區(qū)洛水鎮(zhèn)（LS-01）與產(chǎn)于慈溪的浙產(chǎn)麥冬歸為一類，龍鳳鎮(zhèn)（LF-01）與浙江三門的浙產(chǎn)麥冬歸為一類，因而常有用川產(chǎn)麥冬冒充浙產(chǎn)麥冬的現(xiàn)象存在[12]。四川道地非主產(chǎn)區(qū)龍鳳鎮(zhèn)又與道地川產(chǎn)麥冬存在一定區(qū)別，可能與種苗來源于綿陽市（道地主產(chǎn)區(qū)）及噴灑膨大劑有關(guān)。浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的產(chǎn)地加工樣品在性狀上存在明顯差異。

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)浙產(chǎn)麥冬與川產(chǎn)麥冬道地產(chǎn)區(qū)進(jìn)行實(shí)地深入考察，比較了浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬生物學(xué)習(xí)性、栽培和采收方法的差異，對(duì)浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬藥材的長度、中柱、顏色等性狀通過數(shù)據(jù)化分析進(jìn)一步明確了道地產(chǎn)區(qū)浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬藥材性狀的差異，可為浙產(chǎn)麥冬和川產(chǎn)麥冬的藥材生產(chǎn)及快速鑒定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

志謝: 浙江中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥科學(xué)院醫(yī)學(xué)科研中心公共平臺(tái)提供的技術(shù)協(xié)助。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Principal component and cluster comparative analysis offrom Zhejiang and Sichuan Provinces based on their morphological character

LIU Kao-hua, TANG Shi-yi, ZHAO Lu-ying, ZHANG Qiao-yan, ZHU Lu-lin, ZHU Bo, ZHANG Quan-long, SUN Yi-qi, QIN Lu-ping

College of Pharmaceutical Sciences, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310053, China

To compare the morphological character offrom Zhejiang and Sichuan Provinces, and provide scientific basis for their rapid identification.The samples offrom Zhejiang and Sichuan Provinces were investigated and collected from their growth location. The 13 morphological character parameters such as length, width and color etc of medicinal materials ofwere measured. Simca14.1 and IBM SPSS Statistics 26 software were used for data analysis.The cultivation, harvesting and processing techniques offrom Zhejiang and Sichuan Provinces were different; The principal component analysis indicated that samples processed in our laboratory had eight conditional trait variable data, and those processed in place of their origins had nine conditional trait variable data with their variable importance in the protection (VIP) value being more than 1. The cluster analysis showed thatfrom main production area of Zhejiang could be clearly distinguished from those of Sichuan Provinces based on their morphological character, but there are confusions between samples from the main production area of Zhejiang Province and those from the non-main production area of Sichuan Province. The morphological characters offrom Zhejiang Province as follows: the surface color is dark, the middle pillar is obvious, the smell is delicate, and stickiness is strong; and those from Sichuan Province as follows: the surface color is lighter, the middle pillar is not obvious, the smell is weak, and stickiness is poor.There are significant differences in the morphological character offrom Zhejiang and Sichuan Provinces, and their surface color, column size, smell and stickiness can be used as the basis for the discrimination offrom Zhejiang and Sichuan Provinces.

(L. f.) Ker-Gawl.; morphological character; cluster analysis; principal component analysis; VIP

R286.2

A

0253 - 2670(2021)06 - 1765 - 07

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.06.027

2020-07-06

浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2021C04029）

劉考鏵（1994—），男，在讀研究生，研究方向?yàn)橹兴幤焚|(zhì)評(píng)價(jià)和資源開發(fā)利用研究。Tel: 17376533738 E-mail: khliu@zcmu.edu.cn

孫藝琦（1989—），女，講師，研究方向?yàn)橹兴幤焚|(zhì)評(píng)價(jià)和資源開發(fā)利用研究。Tel: 15941143625 E-mail: syq1989918@163.com

秦路平（1966—），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹兴幤焚|(zhì)評(píng)價(jià)和資源開發(fā)利用研究。Tel: (0571)61768167 E-mail: lpqin@zcmu.edu.cn

[責(zé)任編輯 時(shí)圣明]