地理環(huán)境因子對黃花蒿中青蒿酸含量空間分布影響的探測分析

史婷婷+張小波+郭蘭萍+王慧+景志賢+黃璐琦

[摘要]道地藥材指經(jīng)過中醫(yī)臨床長期應用優(yōu)選出來的，產(chǎn)在特定地域，受到特定生產(chǎn)加工方式影響，較其他地區(qū)所產(chǎn)同種藥材品質(zhì)佳、療效好且質(zhì)量穩(wěn)定，具有較高的知名度的藥材。道地藥材是我國幾千年悠久文明史、中醫(yī)中藥發(fā)展史形成的特有概念，根據(jù)道地藥材的定義，可以看出不同地域之間的同種藥材在質(zhì)量和療效等方面存在一定的差異性，在特定區(qū)域還存在一定的相似性。該文基于采樣點的青蒿酸含量及其各種潛在的地理環(huán)境因子，應用地理探測器模型，分析了地理環(huán)境因子對中國各地黃花蒿中青蒿酸含量空間分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)：青蒿酸含量的空間分布是多種因素綜合作用的結(jié)果，各環(huán)境因子對青蒿酸含量的空間分布的影響依次為土壤類型（0233）>年均輻射量（0208）>植被類型（0192）>高程（0171）>日照（0170）>年均氣溫（0153）>年均降水量（0111）>坡度（0110）>相對濕度。其中，土壤類型和年均輻射量是探測到的主要影響因素，且主要影響區(qū)域在土壤類型為初育土，年均輻射量為1 200～1 400 kWh·m-2的分區(qū)。該研究篩選出的地理環(huán)境主導因子可用于遙感技術監(jiān)測青蒿酸的空間分布區(qū)域，從而為黃花蒿的種植等提供理論依據(jù)。

[關鍵詞]黃花蒿； 青蒿酸； 空間分異； 地理探測器； 地理環(huán)境因子

[Abstract]Daodi herbs are preferred by longterm clinical application of Chinese medicine， they are produced in a specific area and affected by the specific production and processing methods Daodi herbs have a high reputation， compared with other regions produced by the same kind of herbs with good quality， good efficacy and stable quality characteristics Geoherbal is a unique concept that has been formed by the history of Chinese civilization for thousands of years and the history of Chinese medicine According to the definition of geoherbal， it can be seen that there are some differences in the quality and efficacy of the same kind of medicinal herbs in different regions， and there is some similarity in the specific area In this study， based on the content of artemisinic acid in sampling points and its potential environmental factors， the effects of geographical environment factors on the spatial distribution of artemisinic acid content in Artemisia annua were studied by using the geophysical model The results show that the spatial distribution of artemisinic acid content is the result of a combination of multiple factors The effects of environmental factors on the spatial distribution of artemisinic acid were in the order of soil type （0233）> radiation （0208）> vegetation type （0192）> elevation （0171）> sunshine （0170）> annual mean temperature （0153） >annual precipitation （0111）> slope （0110）> relative humidity Among them， the soil type and the amount of radiation are the main influencing factors， and the main influencing area is in the soil type as the initial soil and the average annual radiation of 1 2001 400 kWh·m-2 The main influencing factors selected in this study can be used to monitor the spatial distribution of artemisinic acid by remote sensing technology， so as to provide the theoretical basis for the cultivation of A annua

[Key words]Artemisia annua； artemisinic acid； spatial differentiation； geographic detectors； influencing factorsendprint

青蒿酸（artemisinic acid）是一種倍半萜類化合物[12]，為青蒿素及其衍生物合成代謝的重要前體化合物[35]，具有抗瘧疾，抗腫瘤、調(diào)控脂肪細胞分化等重要的藥用價值[68]。近年來研究發(fā)現(xiàn)青蒿酸在黃花蒿Artemisia annua植物體中含量較高，而黃花蒿植物在我國具有明顯資源優(yōu)勢[910]。

青蒿酸在植物中含量受各種地理環(huán)境因子的影響[9]，張東等[11]對湖南、重慶以及山西3省10個地區(qū)青蒿酸含量分析表明，湖南5個樣品青蒿酸質(zhì)量分數(shù)為0%～04%，重慶酉陽為0023%，山西青蒿酸含量最高，3個樣品質(zhì)量分數(shù)為0123%～04%。孫景燦等[12]研究表明，湖南青蒿植物青蒿酸的質(zhì)量分數(shù)07～14 mg·g-1，重慶植物青蒿酸質(zhì)量分數(shù)02 mg·g-1，貴州植物青蒿酸質(zhì)量分數(shù)11 mg·g-1。由此可見，青蒿酸在不同地區(qū)的含量有較大差異。

地理探測器模型能夠客觀反映地理要素對自然綜合體的影響力及度量空間異質(zhì)性，已在景觀生態(tài)、健康風險、社會、土地等方面[1316]的影響因素及機制研究中得到應用且取得了良好的效果?？紤]到青蒿酸含量空間分布的核心是空間分異性即同級區(qū)域內(nèi)要素差異性最小、不同區(qū)域之間要素差異性最大，正與地理探測器模型能夠充分表征的空間異質(zhì)性功能相吻合。為了分析中國黃花蒿中青蒿酸含量空間分布的特征及其形成機制，本研究嘗試利用地理探測器進行探測分析。故本研究基于文獻和實地調(diào)查結(jié)果，運用地理探測器方法，對中國各省黃花蒿中青蒿酸含量空間分布的影響機制進行研究，分析地理環(huán)境因子對中國黃花蒿中青蒿酸含量空間分布的影響和指示作用，為我國黃花蒿種植及與青蒿產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關的政策規(guī)劃制定提供參考依據(jù)。

1數(shù)據(jù)來源

在全國19個省份選擇502個采樣點采集樣品，測定青蒿酸含量。采樣過程中用GPS測定采樣點的經(jīng)度、緯度等位置信息。

2方法

地理探測器是由中國科學院地理科學與資源研究所王勁峰空間分析小組開發(fā)的分析地理空間影響因素對人類健康影響機制的一種方法[17]。該方法假設地理事物總是存在于特定的空間位置，影響其變化的環(huán)境因子在空間上具有差異性，若某環(huán)境因子與地理事物的變化在空間上具有顯著一致性，則該環(huán)境因子對地理事物的發(fā)生與發(fā)展具有決定意義。地理探測器包括風險探測、因子探測、生態(tài)探測和交互探測4個部分內(nèi)容。

交互探測可以解釋影響青蒿酸含量空間分布的環(huán)境因子兩兩之間是否具有交互作用，由以下表達式構(gòu)成：若P（x∩y）< min[P（x），P（y）]，說明因子x和y交互后非線性減弱；若min[P（x），P（y）]max[P（x），P（y）]，說明因子x和y交互后雙因子增強；若P（x∩y）>P（x）+P（y），說明因子x和y交互后非線性增強；若P（x∩y）=P（x）+P（y），說明因子x和y相互獨立。

3結(jié)果與分析

31風險探測為了確定地理環(huán)境因子對黃花蒿中青蒿酸含量的具體影響，本研究選擇9個因子開展風險探測分析，分別為高程、坡度、年均降水量、年均氣溫、年均相對濕度、年均日照、年均輻射量、土壤類型、植被類型。以高程數(shù)據(jù)為例，比較不同高程分區(qū)之間青蒿酸含量的差異性情況，見表1。編號1～6 代表不同的高程分區(qū)，1代表高程（h）<500 m，2 代表500 m≤h<1 000 m，3 代表1 000 m≤h<2 000 m，4 代表2 000 m≤h<3 000 m，5 代表3 000 m≤h<4 000m，6 代表4 000 m≤h<5 000 m。結(jié)果表明，當將高程按照以上數(shù)值進行分級時，各高程分區(qū)之間的青蒿酸含量的統(tǒng)計顯著差異性結(jié)果為最佳。

如同高程的風險分析，對其他因子做類似分析，按照先驗知識或者最優(yōu)分類方法（如自然間斷法）進行分級。經(jīng)風險探測器探測，結(jié)果表明當坡度分為5級（0～2°，2～6°，6～15°，15～25°，>25°），年均降水量分為5級（<200 mm，200～600 mm，600～1 000 mm，1 000～1 500 mm，>1 500 mm），年均氣溫分為5級（<2°，2～7°，7～15°，15～18°，>18°），年均相對濕度分為6級（<30%，30%～40%，40%～50%，50%～60%，60%～80%，>80%），年均日照分為5級（<1 000 h，1 000～1 400 h，1 400～2 200 h，2200～2 500 h，>2 500 h），年均輻射量分為4級（<1 200 kWh·m-2，1 200～1 400 kWh·m-2，1 400～1 600 kWh·m-2，>1 600 kWh·m-2），土壤類型分為13級（淋溶土、半淋溶土、鐵鋁土、灰化土、鈣積土、荒漠土、初育土、變性土、鹽堿土、薄層土、紅砂土、人為土、其他），植被類型分為11級（針葉林、針闊混交林、闊葉林、灌叢、荒漠、草原植被、草叢、沼澤、高山植被、栽培植被、其他）時，因子的統(tǒng)計顯著差異性為最佳。

風險探測結(jié)果同時還表明不同高程分區(qū)內(nèi)的平均青蒿酸含量大小依次為1（0061）>3（0025）>2（0019）>6（0008）>5（0005）>4（0002）。結(jié)合上述分級可知，高程小于500 m的區(qū)域的平均青蒿酸含量呈現(xiàn)顯著高值，而高程在2 000～3 000 m的區(qū)域的平均青蒿酸含量呈現(xiàn)顯著低值。其他所有地理環(huán)境因子的風險探測結(jié)果見表2。

32因子探測利用地理探測器模型計算得出因子探測的結(jié)果，每個因子對青蒿酸含量的貢獻量（PD，H）大小的排序依次為：土壤類型（0233）>年均輻射量（0208）>植被類型（0192）>高程（0171）>日照（0170）>年均氣溫（0153）>年均降水量（0111）>坡度（0110）>相對濕度（0051）。結(jié)果表明，土壤類型的因子解釋力最大，說明土壤類型對青蒿酸含量的空間分布具有主導作用，即土壤類型因子和青蒿酸含量空間分布之間具有最強的一致性。年均輻射量為次要影響因素，說明年均輻射量因子也是影響青蒿酸空間分布的重要因素。

33生態(tài)探測生態(tài)探測反映各地理環(huán)境因子對青蒿酸含量的影響是否具有顯著差異見表3。土壤類型和年均輻射量之間對青蒿酸含量的影響沒有顯著差異；土壤類型與相對濕度、年均降水量、坡度中任何一個因子對青蒿酸含量的影響都具有顯著差異；年均輻射量與土壤類型具有類似的特征；而相對濕度、年均降水量、坡度兩兩之間對青蒿酸含量的影響沒有顯著差異。從聚類的角度看，可將土壤類型和年均輻射量劃分為對青蒿酸含量的影響顯著的一類，而將相對濕度、年均降水量、坡度劃分為對青蒿酸含量的影響不大的一類，結(jié)合因子探測的結(jié)果，可以看出，土壤類型和年均輻射量對青蒿酸含量的影響相對較大，其余因子的影響相對較小。結(jié)合風險因子探測結(jié)果可知，對青蒿酸含量空間分布影響較大的土壤類型的適宜類型為初育土，年均年均輻射量的適宜類型為1 200～1 400 kWh·m-2。

34交互探測交互探測主要分析環(huán)境因子對青蒿酸含量空間分布的影響是否存在交互作用，若存在交互作用，作用是增強還是減弱見表4。相對濕度與年均氣溫、相對濕度與年均降水量、年均輻射量與年均氣溫、年均輻射量與年均降水量、土壤類型與年均降水量、土壤類型與植被類型之間分別為非線性增強；而其余因子之間為相互增強?？傮w來說，任意2個環(huán)境因子之間的交互作用都明顯大于各單個因子對青蒿酸含量空間分布的影響。

研究表明，青蒿酸含量的空間分布是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中，土壤類型和年均輻射量是探測到的主要影響因素，且主要影響區(qū)域在土壤類型為初育土，年均輻射量為1 200～1 400 kWh·m-2的分區(qū)內(nèi)。

4結(jié)論與討論

我國各地黃花蒿中青蒿酸含量差異較大，通過對各地青蒿酸含量空間分布的影響機制分析，結(jié)果表明：①在所有環(huán)境因子中，土壤類型、年均輻射量對青蒿酸含量空間分布的解釋力較強，是青蒿酸含量空間分布的主要影響因素。②不同影響因子的各個類型分區(qū)的平均青蒿酸含量存在統(tǒng)計差異。③生態(tài)探測器結(jié)果顯示土壤類型和年均輻射量為對青蒿酸含量的影響顯著的一類。結(jié)合因子探測和風險探測的結(jié)果表明，土壤類型和年均輻射量對青蒿酸含量的影響相對較大，其余因子的影響相對較小。同時，對青蒿酸含量空間分布影響較大的土壤類型的適宜類型為初育土，年均輻射量的適宜類型為1 200～1 400 kWh·m-2。④相對單個因子來說，任意2個環(huán)境因子的交互作用都能夠增強對青蒿酸含量空間分布的影響。

[致謝]中國中醫(yī)科學院邵愛娟研究員，張東助理研究員在實驗過程中給予的幫助。

[參考文獻]

[1]鄧定安， 朱大元， 高耀良，等 青蒿酸（artemisic acid）的結(jié)構(gòu)研究[J] 科學通報， 1981， 26（19）：1209

[2]屠呦呦， 朱啟聰， 沈星 中藥青蒿幼株的化學成分研究[J] 中國中藥雜志， 1985， 10（9）：35

[3]汪猷， 夏志強， 周鳳儀，等 青蒿素生物合成的研究Ⅲ青蒿素和青蒿素B生物合成中的關鍵性中間體——青蒿酸[J]. 化學學報， 1988， 46（1988）：1152

[4]Abdin M Z， Israr M， Rehman R U， et al Artemisinin， a novel antimalarial drug： biochemical and molecular approaches for enhanced production [J] Planta Med， 2003， 69（4）： 289

[5]鄧思娟， 李春遠， 陳實， 等 青蒿化感物質(zhì)的分離與結(jié)構(gòu)鑒定[J] 華南農(nóng)業(yè)大學學報， 2008， 29（3）： 42

[6]鄧定安， 蔡俊超 具有抗腫瘤活性的青蒿酸衍生物[J] 有機化學， 1991， 11（5）： 540

[7]Lee J， Kim M H， Lee J H， et al Artemisinic acid is a regulator of adipocyte differentiation and C/EBP δ expression [J] J Cell Biochem， 2012， 113（7）： 2488

[8]孫瑋辰， 韓家嫻 四種青蒿酸及青蒿 B 衍生物的體外抗癌作用[J] 中國藥理學報， 1992， 13（6）： 541

[9]張雪， 李隆云， 楊憲， 等 不同產(chǎn)地的青蒿藥用成分含量研究[J] 中國藥房， 2009 （15）： 1188

[10]周英平， 趙敏， 周志強 黃花蒿資源的研究進展[J] 國土與自然資源研究， 2006 （3）： 93

[11]張東， 楊嵐， 楊立新， 等 HPLCUVELSD 法同時測定青蒿中青蒿素， 青蒿乙素和青蒿酸的含量[J] 藥學學報， 2007， 42（9）： 978

[12]孫景燦， 曾建立， 趙兵， 等 反相高效液相色譜法測定青蒿中青蒿酸的含量[J]天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2010（5）：846

[13]Liang P， Yang X Landscape spatial patterns in the Maowusu （Mu Us） Sandy Land， northern China and their impact factors [J] Catena， 2016， 145： 321

[14]Hu Y， Xia C， Li S， et al Assessing environmental factors associated with regional schistosomiasis prevalence in Anhui province， Peoples′ Republic of China using a geographical detector method [J] Infect Dis Poverty， 2017， 6（1）： 87

[15]湛東升， 張文忠， 余建輝， 等 基于地理探測器的北京市居民宜居滿意度影響機理[J] 地理科學進展， 2015， 34（8）： 966

[16]魏鳳娟， 李江風， 劉艷中 湖北縣域土地整治新增耕地的時空特征及其影響因素分析[J] 農(nóng)業(yè)工程學報， 2014， 30（14）： 267

[17]Wang J F， Li X H， Christakos G， et al Geographical detectorsbased health risk assessment and its application in the neural tube defects study of the Heshun region， China[J] Int J Geogr Inf Sci， 2010， 24（1）： 107

[責任編輯呂冬梅]endprint