基于性狀特征的浙產麥冬和川產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麥冬和川產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*

浙江中醫藥大學藥學院，浙江 杭州 310053

比較浙產麥冬和川產麥冬的性狀特征，為其快速鑒定提供科學依據。實地考察并收集不同產地的浙產麥冬和川產麥冬藥材，測量其長度、寬度和顏色等13個性狀特征參數，采用Simca14.1和IBM SPSS Statistics 26軟件進行數據分析。浙產麥冬與川產麥冬的種植及采收加工技術有所不同；主成分分析獲得了實驗室加工樣品8個符合變量重要性投影（VIP）值＞1的條件性狀變量數據，產地加工樣品9個符合VIP值＞1的條件性狀變量數據。聚類分析結果顯示，道地主產區的浙產麥冬與川產麥冬在性狀上可明顯區分，但實驗室加工的道地主產區的浙產麥冬與道地非主產區的川產麥冬則有一定的混淆。浙產麥冬外表面顏色深、中柱明顯，氣味清香，具粘牙性；川產麥冬外表面顏色較淺、中柱不明顯，氣味淡，無黏牙性。浙產麥冬和川產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麥冬和川產麥冬鑒別的依據。

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、內熱消渴、心煩失眠和腸燥便秘[1]。麥冬主產于四川、浙江、湖北、山東和安徽等地[2]，產于浙江的麥冬稱為浙產麥冬，為浙江省道地藥材，是著名的“浙八味”之一；產于四川的麥冬稱為川產麥冬或綿麥冬，為四川的道地藥材，是目前市場的主流商品藥材[3-4]。浙產麥冬和川產麥冬由于栽培方式和采收年限不同，藥材中主要化學成分的結構類型和含量存在差異，其藥理作用的特點和作用強度也存在明顯的不同[5-8]。浙產麥冬和川產麥冬藥材價格在市場上差異很大，如何通過性狀特征快速準確地區分浙產麥冬和川產麥冬對于藥材的準確鑒定、合理應用和流通銷售具有重要的意義。本研究在調查浙產麥冬和川產麥冬種質、產地及栽培加工方法的基礎上，收集不同產地的浙產麥冬和川產麥冬，觀察分析浙產麥冬和川產麥冬性狀特征差異，以期為川產麥冬和浙產麥冬的鑒別及應用提供可參考的資料。

1 材料與儀器

1.1 材料

選擇浙產麥冬和川產麥冬的道地產區，實地觀察其生物學習性、栽培及加工技術和方法。選擇浙產麥冬和川產麥冬主要栽培地區，每個地區確定1～6個栽培居群，居群間隔大于50 km。每個居群采集10～30株麥冬的塊根，植株間距為20 m。記錄采集時間、地點、經緯度、海拔等信息（表1），采集樣品統一洗干凈，剪去須根，實驗室陰干；同時收集相應的產地加工處理的麥冬藥材（表2）。所有樣品均經浙江中醫藥大學藥學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 浙產麥冬和川產麥冬樣品采集信息

*表示非主產區，不帶*代表道地主產區，下表同

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

表2 浙產麥冬與川產麥冬產地加工藥材信息

1.2 儀器

GPS定位儀、卷尺，電子游標卡尺（數顯卡尺，0～150 mm）為深圳市南山區順信利貿易商行產品，比色卡和紙直尺（自制），掃描儀epsonscan（精工愛普生株式會社）。

2 方法

2.1 麥冬性狀特征數據的測定

每個產地取10株麥冬，每株隨機取8個塊根，應用電子游標卡尺測定其兩端寬，近根尖端上1/3處為右寬，遠根尖端下1/3處為左寬，數值小的為寬1，數值大的為寬2。將麥冬藥材從中部折斷，測定其橫斷面的中柱直徑及到皮部的短徑和長徑。應用Epsonscan掃描儀，連同比色卡對麥冬進行掃描，得到麥冬粒圖像，麥冬長度和寬度的數據。將麥冬切片，取中間段麥冬片，將橫截面進行掃描，得到麥冬橫截面圖像，用ImageJ_v1.8.0進行數據分析處理，得到麥冬斷面面積及周長數據。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3種基色的亮度值），其中RGB值由RGB1、RGB2和RGB3 3個數值組成，作為麥冬顏色性狀數據，見圖1。

圖1 麥冬性狀參數測定示意圖

2.2 數據處理及統計分析

3 結果與分析

3.1 生物學習性及栽培技術調查

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

川產麥冬種植時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。浙產麥冬種植時則是用菜刀將種苗整株分為3～5份，每1份有15～25個分蘗種植（慈溪），行距25 cm左右，株距15 cm左右；或者是5～10個分蘗種植，株距10 cm左右（三門），3年后分蘗均達120～200個單株。

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

圖中編號與表1中編號對應，圖4、6同

圖中編號與表1中編號對應，圖5、7同

3.2 主成分分析（PCA）和關鍵性狀特征數據的確定

對測量獲得的麥冬藥材性狀數據，包括長度、寬度、短徑、長徑、斷面面積、RGB和中柱直徑等應用Simca14.1軟件進行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鍵數據。依據浙產麥冬和川產麥冬（實驗室干燥樣品）性狀數據PCA結果可知，4個PCA的累積方差貢獻率達到87.84%，包含了10個不同產地的13個性狀17個數據的大部分信息；并且得到這幾個主成分的特征值＞1，結果見表3，樣品得分圖見圖4；由浙產麥冬和川產麥冬（產地加工樣品）性狀數據PCA結果可知，3個PCA的累積方差貢獻率達到75.13%，包含了10個不同產地的13個性狀17個數據的大部分信息；并且得到這幾個主成分的特征值＞1，結果見表3，樣品得分圖見圖5。采用VIP篩選性狀差異變量，浙產麥冬和川產麥冬（實驗室干燥樣品）共得到長度、RGB、長度等8個符合VIP值＞1的條件性狀變量數據，浙產麥冬和川產麥冬（產地加工樣品）共得到長度、髓部RGB1、面積等9個符合VIP值＞1的條件性狀變量數據。以這些數據進行下一步的統計分析及聚類分析。

統計分析結果（表4）顯示，實驗室統一干燥后的浙產麥冬長度在12.21～26.69 mm，中柱直徑0.75～0.88 mm；川產麥冬的長度在16.35～20.52 mm，中柱直徑在0.61～0.73 mm。如表5所示，產地加工后的浙產麥冬長度在16.08～31.22 mm，中柱直徑0.75～1.16 mm；川產麥冬的長度在19.91～30.03 mm，中柱直徑在0.58～0.93 mm。浙產麥冬的長度范圍比較大，且中柱十分明顯。

表3 浙產麥冬和川產麥冬性狀變量數據的VIP值

圖4 浙產麥冬和川產麥冬實驗室干燥樣品性狀參數PCA得分圖

圖5 浙產麥冬和川產麥冬產地加工樣品性狀參數PCA得分圖

表4 浙產麥冬和川產麥冬實驗室干燥樣品的藥材性狀特征參數()

表5 浙產麥冬和川產麥冬產地加工樣品的藥材性狀特征數據()

3.3 聚類分析（CA）

根據H型聚類分析樹系圖，浙產麥冬與川產麥冬（實驗室干燥樣品），由結合線水平（類間距離為0～5）可分為4大類，第1類為什邡洛水鎮（四川）、慈溪崇壽鎮種植3年的麥冬、慈溪富明鎮種植3年的麥冬（均產自浙江）；第2類為江油龍鳳鎮、三臺永明鎮（均產自四川）；第3類為三門橫渡鎮種植2年、3年崇壽鎮2年的麥冬（浙江）和龍鳳鎮（四川）；第4類為三臺花園鎮（四川）、三臺新德鎮（四川），見圖6。由此可見，道地主產區的浙產麥冬與川產麥冬在性狀上存在顯著差異，而與道地非主產區的川產麥冬則有一定的混淆現象。浙產麥冬與川產麥冬（產地加工樣品），由結合線水平（類間距離等于10）可分為4大類，第1類為三臺永明鎮、花園鎮、新德鎮（均產四川）；第2類為什邡洛水鎮（四川）；第3類為慈溪崇壽鎮、三門橫渡鎮（浙江）；第4類為新德鎮（四川），見圖7。結果表明，經產地加工后，浙產麥冬與川產麥冬在性狀上存在顯著差異。

圖6 浙產麥冬與川產麥冬實驗室干燥樣品性狀參數H型聚類分析樹圖

3.4 浙產麥冬與川產麥冬性狀特征的比較

根據對麥冬藥材的外觀性狀測量、PCA及統計分析的結果，對浙產麥冬及川產麥冬的藥材特征總結如下：麥冬藥材呈紡錘形，兩端鈍尖。浙產麥冬的長度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，有比較深的不規則縱皺紋，常帶須根且中柱多外露，藥材不易干透而質地柔韌，時而軋扁；橫切面角質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，個體粗、短，兩端比較鈍圓，質堅硬，味甜后微苦，香氣較小，無黏性[7,9]。

圖7 浙產麥冬與川產麥冬產地加工樣品性狀參數的H型聚類分析樹圖

4 討論

本研究通過對浙產麥冬和川產麥冬道地產區實地考察發現，產于浙江慈溪的浙產麥冬種植方式為幾十個分蘗一起的“捆綁式”種植，略有須根殘留，易發生部分或者整捆腐爛現象；產于浙江三門的浙產麥冬則為5～10株一捆的種植方式；川產麥冬則是單個分蘗種植，間隔小，相對土地利用率高。浙產麥冬土質為沙質壤土偏黏質，川產麥冬土質是沙質壤土；種植浙產麥冬的土壤pH值平均高于種植川產麥冬的土壤[10]；導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的不同。

在采收加工方面，采集后實驗室統一陰干的麥冬藥材，浙江三門的浙產麥冬顏色最深，不規則皺紋更深，其他產地的麥冬顏色大致相似。此外，浙江三門試驗田種植的2年生浙產麥冬由于施加復合肥緣故，所得個體較大。浙產麥冬需在恰逢梅雨時節反復燜曬6～7次，川產麥冬則為機械烘干處理，這可能是導致浙產麥冬和川產麥冬顏色差異的主要原因[11]。浙產麥冬采集時間為5月中旬到6月上旬，川產麥冬采集時間為3月上旬到4月上旬，兩者采收時間相差2月左右，因此，浙產麥冬藥材表面相對川產麥冬干癟，可能與其采收時間較晚有關。因此，不同地區栽培技術及采收時間對麥冬性狀特征均有一定的影響。

PCA結果表明基于浙產麥冬與川產麥冬的實驗室干燥樣品共得到8個符合條件的性狀變量數據，基于浙產麥冬和川產麥冬的產地加工樣品共得到9個符合條件的性狀變量數據。SPSS分析結果顯示浙產麥冬（產地加工樣品）表皮顏色更深，可與川產麥冬（產地加工樣品）明顯區分；不論是實驗室干燥樣品還是產地加工樣品，浙產麥冬中柱均大于川產麥冬。

CA結果表明，對于浙產麥冬和川產麥冬的實驗室干燥樣品，道地非主產區洛水鎮（LS-01）與產于慈溪的浙產麥冬歸為一類，龍鳳鎮（LF-01）與浙江三門的浙產麥冬歸為一類，因而常有用川產麥冬冒充浙產麥冬的現象存在[12]。四川道地非主產區龍鳳鎮又與道地川產麥冬存在一定區別，可能與種苗來源于綿陽市（道地主產區）及噴灑膨大劑有關。浙產麥冬和川產麥冬的產地加工樣品在性狀上存在明顯差異。

本實驗通過對浙產麥冬與川產麥冬道地產區進行實地深入考察，比較了浙產麥冬和川產麥冬生物學習性、栽培和采收方法的差異，對浙產麥冬和川產麥冬藥材的長度、中柱、顏色等性狀通過數據化分析進一步明確了道地產區浙產麥冬和川產麥冬藥材性狀的差異，可為浙產麥冬和川產麥冬的藥材生產及快速鑒定提供可靠的科學依據。

志謝: 浙江中醫藥大學中醫藥科學院醫學科研中心公共平臺提供的技術協助。

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

浙江省重點研發項目（2021C04029）

劉考鏵（1994—），男，在讀研究生，研究方向為中藥品質評價和資源開發利用研究。Tel: 17376533738 E-mail: khliu@zcmu.edu.cn

孫藝琦（1989—），女，講師，研究方向為中藥品質評價和資源開發利用研究。Tel: 15941143625 E-mail: syq1989918@163.com

秦路平（1966—），男，教授，博士生導師，研究方向為中藥品質評價和資源開發利用研究。Tel: (0571)61768167 E-mail: lpqin@zcmu.edu.cn

[責任編輯 時圣明]