前胡藥材香豆素類成分品質區劃研究△

吳曉俊，張宏建，樓柯浪，浦錦寶，梁衛青，徐攀

浙江省中醫藥研究院 藥用資源研究中心/浙江省中藥新藥研發重點實驗室，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，具有疏散風熱、降氣化痰等功效[1]，為新“浙八味”之一。現代藥理學研究表明，前胡藥材有解熱抗炎、祛痰鎮咳等藥理作用[2]。歷史上，以浙江淳安、安徽寧國等地所產前胡為道地藥材。目前，前胡產地集中在浙江淳安、臨安、磐安，安徽寧國和江西上饒地區，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成分、生物學研究等方面[3-6]，隨著藥材種植范圍的無序擴大，各地所產前胡藥材質量參差不齊，影響了藥材質量的穩定性。適宜的生態環境是保證藥材優質的重要條件，因地制宜選擇適宜的種植區域是人工栽培的前提[7-8]。目前，環境因子對前胡藥材質量影響的研究較少，缺乏對前胡藥材資源科學合理的區劃研究。本課題組前期研究結果發現，不同產地前胡化學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區進行實地調查、采樣并測定相應成分，利用最大信息熵（MaxEnt）模型分析生態因子對前胡植物分布的影響，進行生態適宜性區劃；結合前胡藥材中香豆素類成分含量，進行香豆素類成分的品質區劃分析，為前胡藥材栽培區域的選擇提供參考。

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，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，共計30個采樣點，每個采樣點2～3個重復。各省份采樣點數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%，北京北納創聯生物技術研究院）；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、自動進樣器）。

2 方法

2.1 藥材樣品采集

查閱中國知網（CNKI）、網絡標本館、全球生物多樣性信息網（http://www.gbif.org/）、國家植物標本資源庫（http://www.cvh.ac.cn）及教學標本資源共享平臺（http://mnh.scu.edu.cn）等數據庫，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查，用手持全球定位系統（GPS）記錄采樣點經緯度、海拔信息。

2.2 生態因子數據收集

通過中藥資源空間信息網絡數據庫下載研究所需生態因子數據，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 項生態因子，空間分辨率為1 km×1 km。

2.3 生態適宜區預測

2.3.1 生境適宜模型設置 將前胡植物的采樣點位信息與55 個生態因子數據在MaxEnt 3.3.3k 軟件中進行運算，篩選累積貢獻率≥95%的生態因子，設置如下參數運行建模分析：建立85%的數據為訓練樣本集，剩余15%作為隨機測試集，最大迭代次數為1×106，其他參數為軟件默認值。

2.3.2 預測模型精度評價 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分布參數劃分法，不同劃分方法適用于不同的分析模型。MaxEnt 模型所得預測值為0～1，一般呈正態分布，故本研究使用正態分布參數劃分法。模型運算所得分布參數平均值（μ）和標準差（δ），按正態分布理論，劃分為3個等級：不適宜區≤μ-δ、μ-δ＜適宜區＜μ+δ、最適宜區≥μ+δ。結合所得前胡藥材的分布區，以部分前胡藥材栽培信息作為參考，對前胡的區劃模型結果進行驗證。

2.4 香豆素類成分含量測定

采用參考文獻［10］方法測定30 個不同產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 前胡藥材的品質區劃

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因子數值，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 等生態因子的關系模型，探尋生態因子對前胡藥材品質分布規律的影響。

2.5.2 品質區劃 基于2.5.1 項下所建立回歸模型，疊加前胡生態適宜性分布，去除生長不適宜區，即為該香豆素類成分在前胡生長適宜區的空間分布預測含量。根據《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 結果

3.1 采樣地理分布

通過數字標本館及文獻查閱，共收集到18 個省96個縣的前胡植物分布信息395條。

3.2 前胡藥材分布區劃

3.2.1 主要生態因子貢獻率 按2.3.1 項下方法，共有16 個生態因子對前胡植物的分布有影響，篩選累積貢獻率≥95%的生態因子，結果見表2。

表2 影響前胡分布的主要生態因子貢獻率及適宜范圍

3.2.2 預測精度評價 計算MaxEnt 模型分析所得ROC曲線訓練集和測試集AUC（圖1）。模型結果顯示，前胡的AUC 分別是0.981 和0.963，達到很高的預測精度，說明運算準確、結果可信。

圖1 MaxEnt模型預測ROC曲線

根據《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果進行可視化處理，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與《中國植物志》中的前胡分布區基本吻合。結合資源調查可知，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 生長適宜分布區劃 本課題組資源調查結果顯示，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。藥材資源調查也驗證了該模型結果。

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的含量測定結果見表3。

表3 前胡藥材中香豆素類成分質量分數 %

3.4 品質區劃

3.4.1 香豆素類成分與生態因子關系模型 通過ArcGIS 軟件提取采樣點的生態因子數值，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、降水量等生態因子的關系，構建回歸模型。

式中，Y1為白花前胡甲素的質量分數，X1為有機碳含量，X2為最暖季平均溫度。對回歸系數進行t檢驗，結果表明X1、X2系數的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量分數，X3為最濕季節平均溫度，X4為植被類型，X5為晝夜溫差月均值。對回歸系數進行t檢驗，結果表明X3、X4、X5系數的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 的質量分數，X6為年平均溫度變化范圍。對回歸系數進行t檢驗，結果表明X6系數的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 含量與生態因子所建立回歸模型效果顯著，可用于預測香豆素類成分含量空間分布。

3.4.2 品質區劃結果 運用ArcGIS 軟件的空間計算功能，估算藥材適宜分布區域內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。

應用ArcGIS 軟件的空間分析功能，根據《中國藥典》2020 年版對白花前胡甲素、白花前胡乙素含量的規定，篩選符合《中國藥典》2020 年版標準的前胡產地范圍，在前胡潛在分布區劃基礎上，結合逐步回歸分析，將前胡生長區域中各香豆素類成分含量的空間分布進行模糊疊加，對我國前胡藥材香豆素類成分空間分布進行預測。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且香豆素類成分含量較高。這些區域地處N30°，亞熱帶濕潤季風氣候，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越的生態環境。該區域浙江臨安、淳安所產“浙前胡”，安徽寧國、績溪所產“寧前胡”，江西婺源、上饒所產“信前胡”均為前胡藥材的道地產區[10]。

4 討論

目前，市場上前胡藥材以栽培為主，產量較大，供求關系較為穩定。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，全國大部分地區均有栽培。自野生變栽培后，很多地區栽培的前胡藥材中的指標性成分白花前胡乙素常達不到《中國藥典》標準，這與其生長的環境相關。

通過資源調查發現，前胡主要栽培于我國華中、華東地區。分布區劃結果表明，前胡的種植適宜區分布在浙江、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。藥材適生環境有差別，引種栽培時進行合理的區劃研究顯得尤為重要。本研究預測所得與實際栽培分布基本吻合，為前胡栽培適宜區域的選擇提供了科學依據。

在前胡藥材生態適宜性研究基礎上，結合逐步回歸分析，建立香豆素類成分和生態因子模型，預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的空間分布，為高產質優的前胡栽培種植區的選擇提供了參考。