前胡藥材香豆素類成分品質(zhì)區(qū)劃研究△

吳曉俊，張宏建，樓柯浪，浦錦寶，梁衛(wèi)青，徐攀

浙江省中醫(yī)藥研究院 藥用資源研究中心/浙江省中藥新藥研發(fā)重點實驗室，浙江 杭州 310007

前胡為傘形科植物白花前胡Peucedanum praeruptorumDunn 的干燥根，其味苦、辛，性微寒，歸肺、脾、肝經(jīng)，具有疏散風(fēng)熱、降氣化痰等功效[1]，為新“浙八味”之一。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，前胡藥材有解熱抗炎、祛痰鎮(zhèn)咳等藥理作用[2]。歷史上，以浙江淳安、安徽寧國等地所產(chǎn)前胡為道地藥材。目前，前胡產(chǎn)地集中在浙江淳安、臨安、磐安，安徽寧國和江西上饒地區(qū)，湖北、湖南、重慶、貴州等地也有栽培。

對于前胡藥用資源的研究主要集中在化學(xué)成分、生物學(xué)研究等方面[3-6]，隨著藥材種植范圍的無序擴大，各地所產(chǎn)前胡藥材質(zhì)量參差不齊，影響了藥材質(zhì)量的穩(wěn)定性。適宜的生態(tài)環(huán)境是保證藥材優(yōu)質(zhì)的重要條件，因地制宜選擇適宜的種植區(qū)域是人工栽培的前提[7-8]。目前，環(huán)境因子對前胡藥材質(zhì)量影響的研究較少，缺乏對前胡藥材資源科學(xué)合理的區(qū)劃研究。本課題組前期研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地前胡化學(xué)成分組成及含量不同，功效差異較大。本研究通過對我國前胡藥材各產(chǎn)區(qū)進(jìn)行實地調(diào)查、采樣并測定相應(yīng)成分，利用最大信息熵（MaxEnt）模型分析生態(tài)因子對前胡植物分布的影響，進(jìn)行生態(tài)適宜性區(qū)劃；結(jié)合前胡藥材中香豆素類成分含量，進(jìn)行香豆素類成分的品質(zhì)區(qū)劃分析，為前胡藥材栽培區(qū)域的選擇提供參考。

1 材料

1.1 樣品

前胡藥材采樣時間為2017 上旬至2018 年上旬，均為栽培前胡的干燥根，每個采樣點取3 株，清洗去除雜質(zhì)，陰干，打粉過篩，冷凍保存。在樣品采集過程中，以種植前胡的9 個省份為采樣地區(qū)，共計30個采樣點，每個采樣點2～3個重復(fù)。各省份采樣點數(shù)量基本可以反映該省栽培前胡藥材資源的豐富程度，樣品信息見表1。

表1 前胡樣品信息

1.2 試藥和儀器

對照品白花前胡甲素（批號：MUST-17042511，純度：98%）、白花前胡乙素（批號：MUST-17050411，純度：99.4%）均購置于成都曼斯特生物科技有限公司；對照品白花前胡素E（批號：170619，純度：98%，北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院）；乙腈、甲醇（色譜純，美國Merck公司）；水為高純水。

1260 型高效液相色譜儀（美國安捷倫科技有限公司，包括四元泵、二極管陣列檢測器、自動進(jìn)樣器）。

2 方法

2.1 藥材樣品采集

查閱中國知網(wǎng)（CNKI）、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)本館、全球生物多樣性信息網(wǎng)（http://www.gbif.org/）、國家植物標(biāo)本資源庫（http://www.cvh.ac.cn）及教學(xué)標(biāo)本資源共享平臺（http://mnh.scu.edu.cn）等數(shù)據(jù)庫，記錄前胡分布點位信息。于2018—2019年在浙江、安徽、湖北、湖南、重慶等地開展實地調(diào)查，用手持全球定位系統(tǒng)（GPS）記錄采樣點經(jīng)緯度、海拔信息。

2.2 生態(tài)因子數(shù)據(jù)收集

通過中藥資源空間信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫下載研究所需生態(tài)因子數(shù)據(jù)，包含海拔、年平均氣溫、年降水量、坡度、坡向、植被、土壤類型等55 項生態(tài)因子，空間分辨率為1 km×1 km。

2.3 生態(tài)適宜區(qū)預(yù)測

2.3.1 生境適宜模型設(shè)置 將前胡植物的采樣點位信息與55 個生態(tài)因子數(shù)據(jù)在MaxEnt 3.3.3k 軟件中進(jìn)行運算，篩選累積貢獻(xiàn)率≥95%的生態(tài)因子，設(shè)置如下參數(shù)運行建模分析：建立85%的數(shù)據(jù)為訓(xùn)練樣本集，剩余15%作為隨機測試集，最大迭代次數(shù)為1×106，其他參數(shù)為軟件默認(rèn)值。

2.3.2 預(yù)測模型精度評價 通過運算受試者工作特征（ROC）曲線評價模型預(yù)測精確度，曲線下面積（AUC）越大表示模型判斷力越好。AUC 為0～1，AUC＞0.8可判定為好[9]。

2.3.3 生境適宜度分析 常用的生境適宜性等級劃分方法主要有百分比劃分法、自然斷點劃分法和正態(tài)分布參數(shù)劃分法，不同劃分方法適用于不同的分析模型。MaxEnt 模型所得預(yù)測值為0～1，一般呈正態(tài)分布，故本研究使用正態(tài)分布參數(shù)劃分法。模型運算所得分布參數(shù)平均值（μ）和標(biāo)準(zhǔn)差（δ），按正態(tài)分布理論，劃分為3個等級：不適宜區(qū)≤μ-δ、μ-δ＜適宜區(qū)＜μ+δ、最適宜區(qū)≥μ+δ。結(jié)合所得前胡藥材的分布區(qū)，以部分前胡藥材栽培信息作為參考，對前胡的區(qū)劃模型結(jié)果進(jìn)行驗證。

2.4 香豆素類成分含量測定

采用參考文獻(xiàn)［10］方法測定30 個不同產(chǎn)地前胡藥材中白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E含量。

2.5 前胡藥材的品質(zhì)區(qū)劃

2.5.1 香豆素類成分回歸分析 ArcGIS 軟件提取各采樣點的生態(tài)因子數(shù)值，SPSS 23.0 軟件逐步回歸分析獲取香豆素類成分與各采樣點的溫度、海拔、降水量、土壤pH 等生態(tài)因子的關(guān)系模型，探尋生態(tài)因子對前胡藥材品質(zhì)分布規(guī)律的影響。

2.5.2 品質(zhì)區(qū)劃 基于2.5.1 項下所建立回歸模型，疊加前胡生態(tài)適宜性分布，去除生長不適宜區(qū)，即為該香豆素類成分在前胡生長適宜區(qū)的空間分布預(yù)測含量。根據(jù)《中華人民共和國藥典》（以下簡稱《中國藥典》）2020年版含量測定項下規(guī)定，前胡藥材中含白花前胡甲素（C21H22O7）不得少于0.90%、含白花前胡乙素（C24H2607）不得少于0.24%。

3 結(jié)果

3.1 采樣地理分布

通過數(shù)字標(biāo)本館及文獻(xiàn)查閱，共收集到18 個省96個縣的前胡植物分布信息395條。

3.2 前胡藥材分布區(qū)劃

3.2.1 主要生態(tài)因子貢獻(xiàn)率 按2.3.1 項下方法，共有16 個生態(tài)因子對前胡植物的分布有影響，篩選累積貢獻(xiàn)率≥95%的生態(tài)因子，結(jié)果見表2。

表2 影響前胡分布的主要生態(tài)因子貢獻(xiàn)率及適宜范圍

3.2.2 預(yù)測精度評價 計算MaxEnt 模型分析所得ROC曲線訓(xùn)練集和測試集AUC（圖1）。模型結(jié)果顯示，前胡的AUC 分別是0.981 和0.963，達(dá)到很高的預(yù)測精度，說明運算準(zhǔn)確、結(jié)果可信。

圖1 MaxEnt模型預(yù)測ROC曲線

根據(jù)《中國植物志》記載，白花前胡分布于甘肅、河南、貴州、廣西、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江、江蘇、福建（武夷山）[11]。將MaxEnt模型運算所得通過GIS 軟件對前胡潛在分布結(jié)果進(jìn)行可視化處理，前胡適宜分布范圍集中在浙江、安徽、重慶、湖北、湖南等地，研究所得適宜分布區(qū)與《中國植物志》中的前胡分布區(qū)基本吻合。結(jié)合資源調(diào)查可知，白花前胡為基原的藥材集中分布于浙江、重慶、湖北、湖南、貴州；前胡是我國南方分布較廣的品種，其適生范圍主要集中在湖北、重慶、湖南交界處和浙江、安徽交界處。

3.2.3 生長適宜分布區(qū)劃 本課題組資源調(diào)查結(jié)果顯示，以白花前胡為基原的前胡藥材在浙江臨安、淳安、磐安，安徽寧國，江西上饒等地栽培。本研究結(jié)果表明，除上述分布點位及《中國植物志》記載分布點位，前胡在云南、山東等省也存在潛在分布。藥材資源調(diào)查也驗證了該模型結(jié)果。

3.3 香豆素類成分含量測定

前胡藥材中白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E的含量測定結(jié)果見表3。

表3 前胡藥材中香豆素類成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3.4 品質(zhì)區(qū)劃

3.4.1 香豆素類成分與生態(tài)因子關(guān)系模型 通過ArcGIS 軟件提取采樣點的生態(tài)因子數(shù)值，采用SPSS 23.0軟件逐步回歸分析前胡香豆素類成分與各采樣點的溫度、海拔、輻射、降水量等生態(tài)因子的關(guān)系，構(gòu)建回歸模型。

式中，Y1為白花前胡甲素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，X1為有機碳含量，X2為最暖季平均溫度。對回歸系數(shù)進(jìn)行t檢驗，結(jié)果表明X1、X2系數(shù)的P值分別為0.003、0.022，回歸方程的F檢驗P＜0.05。

式中，Y2為白花前胡乙素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，X3為最濕季節(jié)平均溫度，X4為植被類型，X5為晝夜溫差月均值。對回歸系數(shù)進(jìn)行t檢驗，結(jié)果表明X3、X4、X5系數(shù)的P值分別為0.004、0.001、0.030，該回歸方程的F檢驗P＜0.05。

式中，Y3為白花前胡素E 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，X6為年平均溫度變化范圍。對回歸系數(shù)進(jìn)行t檢驗，結(jié)果表明X6系數(shù)的P 值為0.022，回歸方程的F檢驗P＜0.05。

綜上可知，白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E 含量與生態(tài)因子所建立回歸模型效果顯著，可用于預(yù)測香豆素類成分含量空間分布。

3.4.2 品質(zhì)區(qū)劃結(jié)果 運用ArcGIS 軟件的空間計算功能，估算藥材適宜分布區(qū)域內(nèi)的前胡藥材香豆素類含量的空間分布。適宜前胡生長且白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E 含量較高的區(qū)域集中在浙江、安徽南部、江西北部、重慶、四川北部、湖南西部、湖北西部等地區(qū)。

應(yīng)用ArcGIS 軟件的空間分析功能，根據(jù)《中國藥典》2020 年版對白花前胡甲素、白花前胡乙素含量的規(guī)定，篩選符合《中國藥典》2020 年版標(biāo)準(zhǔn)的前胡產(chǎn)地范圍，在前胡潛在分布區(qū)劃基礎(chǔ)上，結(jié)合逐步回歸分析，將前胡生長區(qū)域中各香豆素類成分含量的空間分布進(jìn)行模糊疊加，對我國前胡藥材香豆素類成分空間分布進(jìn)行預(yù)測。浙江西北部與安徽東南部交界的天目山脈、湖北西南部與湖南西北部交界的武陵山脈適宜前胡藥材生產(chǎn)且香豆素類成分含量較高。這些區(qū)域地處N30°，亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均溫度14～15 ℃，年降水量1400～1800 mm，為喜溫暖、濕潤的前胡生長提供優(yōu)越的生態(tài)環(huán)境。該區(qū)域浙江臨安、淳安所產(chǎn)“浙前胡”，安徽寧國、績溪所產(chǎn)“寧前胡”，江西婺源、上饒所產(chǎn)“信前胡”均為前胡藥材的道地產(chǎn)區(qū)[10]。

4 討論

目前，市場上前胡藥材以栽培為主，產(chǎn)量較大，供求關(guān)系較為穩(wěn)定。前胡的分布范圍較廣，北至陜西、山東，南至云南、貴州，東至浙江，西至四川、重慶，全國大部分地區(qū)均有栽培。自野生變栽培后，很多地區(qū)栽培的前胡藥材中的指標(biāo)性成分白花前胡乙素常達(dá)不到《中國藥典》標(biāo)準(zhǔn)，這與其生長的環(huán)境相關(guān)。

通過資源調(diào)查發(fā)現(xiàn)，前胡主要栽培于我國華中、華東地區(qū)。分布區(qū)劃結(jié)果表明，前胡的種植適宜區(qū)分布在浙江、安徽、重慶、湖北等地。云南、河南、湖南等地生境適宜度較差，不作為引種栽培的首選區(qū)。藥材適生環(huán)境有差別，引種栽培時進(jìn)行合理的區(qū)劃研究顯得尤為重要。本研究預(yù)測所得與實際栽培分布基本吻合，為前胡栽培適宜區(qū)域的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。

在前胡藥材生態(tài)適宜性研究基礎(chǔ)上，結(jié)合逐步回歸分析，建立香豆素類成分和生態(tài)因子模型，預(yù)測前胡藥材香豆素類成分含量空間分布，模糊疊加各香豆素類成分，估算前胡藥材綜合品質(zhì)的空間分布，為高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)的前胡栽培種植區(qū)的選擇提供了參考。