基于生物堿類成分結合多元統計分析評價甘肅不同產地栽培半夏藥材的質量特征

中圖分類號：S567 文獻標識碼：A 文章編號：0488-5368（2025）04-0036-09

Abstract：Multivariate statistical method was used to analyze the content characteristics of nine alkaloids in Pinelia ternata cultivated in different regions of Gansu province，and the relationship between alkaloid content and geographical origin was explored.High-performance liquid chromatography（HPLC）was used to determin theconcentrationsofnine alkaloids，including trigonelline，nicotine，5’inosinic acid，uridine，adenosine，inosine， vernine，thymidine and ephedrine in 39 pinelia samples from four main producing areas in Gansu Province.Non - parametric test，corrlation analysis，principal component analysis，cluster analysis and discriminant analysis wereused to analyze and evaluate therelationship between alkaloid content and geographical origin.The results showed that，exceptfor thecontentof5'Inosinicacid，which follwedanormal distribution，theother eightalkaloids were skewed.Thecontents of nicotine，trigoneline，uridine，and 5'inosinicacid were relatively higher than thoseof the other alkaloids..The Kruskal Wallis test showed significant diferences in alkaloid content among Pinellia ternata samples from different producing areas （ P lt; 0 . 0 5 ）. The alkaloid content was higher in Qinzhou Districtand Xihe County.Correlation analysis revealed complex interrelationships among alkaloid components. Using a eigenvalue greater than 1 as the criterion，three principal components were extracted through principal component analysis，with a cumulative variance contribution rate of 7 5 . 2 % . The results of cluster analysis were largely consistent with those of the Kruskal-Walis test and principal component analysis.The results of OPLSDA analysis and principal component analysis mutually confirmed that nicotine，trigonelline，uridine，and -inosinic acid were the main characteristic alkaloid components of Pinelia ternata.In conclusion，the alkaloid quality characteristics of pinellia pinella from different producing areas in Gansu province exhibit significant diffrences. This study provides scientific basis for identification，quality controland highquality developmentof pinelia from Gansu Province.

Key words：Pinellia ternata ； Gansu ; Diffrent producing areas；Alkaloid;Multivariate statistical analysis

半夏（Pinelliaternata（Thunb.）Breit.），別名蝎子草、麻玉果，是天南星科植物半夏的干燥塊莖。作為一種常見的中藥材，半夏在中國已有近2000年的藥用歷史，廣泛用于中醫臨床治療疾病，2020版《中國藥典》一部中記錄半夏具有燥濕化痰、消痞散結的功效，常用于治療咳嗽痰多、眩暈嘔吐等疾病，新冠疫情期間半夏也作為復方制劑用于防治新型冠狀病毒肺炎[2。現代藥理研究表明半夏的多種藥理活性如鎮咳、祛痰、抗炎、降血壓、降血脂、抑制腫瘤細胞生長等作用與其所含生物堿類成分密切相關[3＼～6]。近年來關于半夏生物堿方面的研究較多，目前從半夏中分離出的生物堿主要有鳥苷、尿苷、胸苷、腺苷、次黃嘌呤核苷、次黃嘌呤核苷酸、麻黃堿、葫蘆巴堿、煙堿、膽堿等數十余種[7＼～]，且半夏的生物堿含量與其產地等因素密切相關，這可能直接影響半夏的藥效以及臨床應用效果。目前國內外多個半夏主產區都對本省產半夏進行了系統質量研究[12＼～18]，包括功效成分、重金屬、藥理作用、質量標準等方面。甘肅作為半夏的主要產區之一[19]，自上世紀70年代后開始人工栽培半夏，栽培面積大，但目前甘肅省內半夏藥材還處于以原材料出售為主的階段，且對甘肅半夏的研究除了開展病蟲害方面的一些研究外，僅有汪淼等人對甘肅半夏的電化學特性[20]、揮發油及微量元素進行了相關研究[21]。因此開展甘肅半夏藥材的質量分析研究對于甘肅產半夏積累研究資料具有重要意義，同時還有助于推動甘肅半夏產業向縱深發展帶來更大的經濟和社會效益。國內外研究中半夏的生物堿成分大多采用高效液相色譜法進行測定[22＼～30]，國內外研究中對中藥材質量進行分析評價時多采用多元統計分析的方法[28.31]

本研究以甘肅省不同產地的栽培半夏為研究對象，運用高效液相色譜法分析測定半夏樣品中鳥苷、尿苷、胸苷、腺苷、次黃嘌呤核苷、次黃嘌呤核苷酸、麻黃堿、葫蘆巴堿、煙堿9種生物堿的含量，同時結合多元統計分析方法對不同產地半夏生物堿含量進行綜合分析以期為甘肅不同產地半夏藥材的質量評價及質量控制提供依據，為甘肅半夏的深加工提供理論指導，助力甘肅中醫藥半夏產業高質量健康發展。

材料與方法

1.1 材料與儀器

甲醇：為色譜純，默克生物；磷酸二氫鉀：優級純，天津科密歐化學試劑有限公司。煙堿：1000m g / L ，壇墨質檢標準物質中心;次黃嘌呤核苷酸、尿苷、胸苷、次黃嘌呤核苷、腺苷對照品：純度9 9 . 4 % ，壇墨質檢標準物質中心；鳥昔對照品：純度9 8 % ，德思特生物；葫蘆巴堿鹽酸鹽對照品：純度99. 49 % ，曼思特生物科技有限公司；鹽酸麻黃堿：純度 9 9 . 8 % ，中國計量科學研究院。

1.2 方法

1.2.1樣品采集采用隨機抽樣的方法在甘肅的主要半夏產地采樣，分別為清水縣9批次、西和縣22批次、禮縣4批次、秦州區天水鎮4批次，共計39批次半夏樣本，均采自各個產地半夏種植農戶。樣本采集后去除雜質與泥沙，烘干至恒重后，研磨機粉碎過篩得到半夏粉末樣品備用。

1.2.2標準溶液配制分別精密稱取8種生物堿標準品于 1 0 m L 容量瓶中，用超純水溶解稀釋后得鳥苷、尿苷、胸苷、腺苷、次黃嘌呤核苷、次黃嘌呤核苷酸、麻黃堿、葫蘆巴堿標準儲備液，置于 冰箱保存。實驗時將各標準儲備液配制成 m g / L 的混合標準系列溶液。

1.2.3樣品制備于 5 0 m L 塑料離心管中準確稱取半夏粉末樣品 左右（精確至 ，精確加入 2 0 m L 超純水渦旋混勻后超聲提取 ，4 0 0 0 r / m i n 離心 5 m i n 將上層提取液轉移，重復提取一次后合并提取液。將提取液經 0 . 2 2 μ m 濾膜過濾后待測。

1.2.4檢測方法采用高效液相色譜法進行測定，儀器條件：色譜柱：ZorbaxEclipseXDB-C180 ，流動相 磷酸二氫鉀溶液 ）—甲醇（B），等度洗脫， ，流速： ，柱溫： ，波長：210n m ，進樣量： 2 0 μ L 。在上述儀器條件下9中生物堿成分分離度良好。混合對照品溶液及半夏樣品溶液的HPLC色譜圖見圖1。

注：A．混合對照品;B.樣品;1.葫蘆巴堿；2.煙堿；3.次黃嘌呤核苷酸；4.尿苷;5.腺苷;6.次黃嘌呤核苷;7.鳥苷;8.胸苷；9.L-麻黃堿。

1.2.5質量控制實驗過程中通過空白樣品測定、平行樣測定、加標樣品測定進行質量控制，以保證整個過程測量結果的準確性。9種生物堿成分的線性關系均 gt; 0 . 9 9 9 ，滿足檢測需求。

1.2.6統計學分析使用WPS對數據進行整理。應用IBMSPSS22.0對數據進行單因素方差分析、非參數檢驗以及主成分分析；SIMCA14.1軟件進行正交偏最小二乘判別分析，Origin P r o 2 0 2 1 軟件進行相關性分析以及繪制PCA得分圖以及生物堿成分聚類熱圖。以 ．05為檢驗水準， P lt; 0.05為差異有統計學意義。檢測結果低于檢出限的按照0.5LOD參與統計。

2 結果與分析

2.1 半夏生物堿含量水平分析

為比較半夏中生物堿含量的高低，對甘肅西和、禮縣、清水、秦州區的39批半夏樣品中9種生物堿成分的含量范圍、平均值、中位數標準差和變異系數進行分析，見表1，由表可知39批半夏藥材中9種生物堿均有檢出，且9種生物堿成分的含量存在顯著差異，變異系數在 4 3 . 5 % ～ 8 5 . 5 % 之間，屬于高變異強度。其中次黃嘌呤核苷的變異系數最大，次黃嘌呤核苷酸的變異系數最小。半夏藥材中9種生物堿成分平均含量表現為煙堿 gt; 葫蘆巴堿 gt; 次黃嘌呤核昔酸 gt; 尿苷 gt; 腺苷 gt; 次黃嘌呤核苷 gt; 鳥苷 gt; 麻黃堿 gt; 胸苷。利用SPSS22.0軟件對半夏樣品的9種生物堿成分含量進行Shapiro -Wilk正態性檢驗，結果顯示半夏9種生物堿成分含量除次黃嘌呤核苷酸含量呈正態分布外（ P = 0.212），其他8種生物堿的含量呈偏態分布（ P lt; 0.05）。對39批半夏藥材的9種生物堿含量進行Kruskal-Wallis檢驗多重比較分析，結果如表所示，不同生物堿成分的含量之間存在顯著性差異（ H= 1 8 0 . 9 5 1 ， ），半夏中的葫蘆巴堿、煙堿、次黃嘌呤核苷酸以及尿苷4個成分的含量之間沒有差異，含量相對較高。鳥昔、胸苷、麻黃堿3者的含量之間沒有差異，含量相對偏低。

2.2 不同產地半夏中生物堿含量分析

對4個不同產地39批半夏9種生物堿成分及總生物堿的含量進行單因素KruskalWallis檢驗并多重比較，結果如表2，9種生物堿在不同產地半夏

中的含量存在顯著差異，西和半夏和秦州區的半夏不管是單個生物堿成分還是總的生物堿成分都普遍高于清水半夏和禮縣半夏。

2.3半夏藥材中9種生物堿成分含量的Spearman相關性分析

采用Origin2021對半夏藥材的各生物堿成分進行Spearman相關性分析，結果見圖2，由圖可知半夏藥材的各生物堿成分之間存在著復雜的相互作用關系，葫蘆巴堿與煙堿之間，及二者與腺苷、次黃嘌呤核苷、鳥苷、胸苷、麻黃堿之間均呈顯著正相關或極顯著正相關關系。腺苷與次黃嘌呤核昔、鳥苷、胸苷四者之間互呈正相關。胸苷與麻黃堿之間呈極顯著正相關。次黃嘌呤核苷酸與煙堿、鳥苷、麻黃堿之間呈顯著負相關。

2.4半夏生物堿成分的主成分分析

為了解9種生物堿成分在不同產地半夏生物堿含量變異中各自的貢獻率，使用SPSS22對39批半夏藥材的9種生物堿成分進行降維因子分析，以及Kaiser-Meyer-Olkin和Bartlett球形度檢驗，結果顯示KMO值為0.718大于0.6且球形檢驗的P值小于0.001，說明半夏各生物堿成分指標間信息重疊度高，可以對這組變量進行主成分分析，主成分特征值及方差解釋率見表3，以主成分特征值 gt; 1 為標準共提取到3個主成分，這3個主成分對9個原始變量的累計方差貢獻率為 7 5 . 1 8 0 % ，表明這3個主成分可代表原始數據 7 5 . 1 8 0 % 的變量信息。碎石圖見圖3，從圖可看出從第4個主成分開始折線逐漸趨于平坦，這與提取3個主成分相符。

成分載荷矩陣見表4，由表4可知第一主成分F1主要綜合了葫蘆巴堿（載荷值0.826）、煙堿（載荷值0.918）、腺苷（載荷值0.747）、次黃嘌呤核苷（載荷值0.741）4種生物堿成分的信息，且呈高度正相關；次黃嘌呤核昔酸和尿苷對第二主成分F2的貢獻度較高，載荷值分別為0.828和0.824；麻黃堿對第三主成分F3的貢獻度較高，載荷值0.697。總方差 7 5 % 以上的貢獻主要來自F1、F2和F3，因此可確定葫蘆巴堿、煙堿、腺苷、次黃嘌呤核苷酸、次黃嘌呤核苷、尿昔和麻黃堿為中藥材半 夏的主要特征性生物堿成分。

表5為主成分得分系數矩陣，根據主成分計算公式和主成分得分系數可得到前3個主成分和9種生物堿成分含量的線性組合關系，其中Z值為各成分含量標準化后的分值：

葫蘆巴堿 煙堿- 次黃嘌呤核苷酸 尿苷 + 腺苷 次黃嘌呤核苷 Z鳥苷 胸苷 麻黃堿;

葫蘆巴堿 煙堿 + 次黃嘌呤核苷酸 尿苷 + 腺苷 次黃嘌呤核苷 Z鳥苷 胸苷 麻黃堿;

葫蘆巴堿 煙堿 + 次黃嘌呤核苷酸 尿苷- 腺苷 次黃嘌呤核苷 Z鳥苷 胸苷 麻黃堿;

用Originpro2021對39批半夏的主成分做PCA得分圖，見圖4，由圖可知，甘肅4個主要半夏產區的半夏藥材在主成分空間分布上有各自特定區域且區分較明顯，西和產半夏樣品基本分布在第一、第四象限，39批半夏樣品被分為3大類，其中西和產的為一類，清水和禮縣的為一類，秦州區的單獨為一類。

以3個主成分的方差貢獻率為權重，根據 F= 0 . 4 1 9 4 4 F1 + 0 . 2 0 6 5 1 F2 + 0 . 1 2 5 8 3 F3 計算綜合得分對半夏藥材進行綜合評價并對結果進行排序。結果見表6，從綜合得分和排序可看出就生物堿成分含量而言，西和半夏質量總體排名在前，而清水縣的半夏藥材質量排名靠后。秦州區與禮縣的半夏質量居中，可能與不同產地的環境氣候等因素有關系。

2.5 不同產地半夏生物堿聚類熱圖分析

為深人了解甘肅不同產地半夏生物堿含量的差異特征，分析不同產地半夏與生物堿及含量之間存在的內在聯系，更直觀的分析不同產地半夏藥材生物堿含量的差異性及相似性，以不同產地半夏藥材的葫蘆巴堿、煙堿、次黃嘌呤核苷酸、尿苷、腺苷、鳥昔、次黃嘌呤核苷、胸苷、麻黃堿的含量作為評價指標，在Originpro2021軟件中以平方歐氏距離為度量標準，使用組間連接方法用對甘肅4個主要產區39批半夏藥材的生物堿含量與樣品號建立矩陣繪制聚類熱圖5，以直觀顯示各生物堿成分在不同產地半夏樣品中的含量差異。聚類關系越接近說明生物堿類含量表征的半夏藥材質量的差異越小，反之越大。由圖5可知39批半夏樣品被明顯聚類為3類，西和半夏和清水半夏基本分開，秦州區半夏和禮縣半夏混合其中，與主成分分析結果基本一致，相互印證說明39批半夏藥材的質量相對穩定。整體來看甘肅半夏樣品呈現較為顯著的區域性特征。9種生物堿成分明顯也被聚類為4類，其中葫蘆巴堿、煙堿為一類，次黃嘌呤核苷酸和尿苷為一類，腺苷和次黃嘌呤核苷為一類，最后一類為鳥苷、胸苷和麻黃堿，且從熱圖顏色來看最后一類的顏色最淺，說明總體來說半夏樣品中鳥苷、胸苷、麻黃堿的含量相對最低，與多重比較分析結果一致。

2.6不同產地半夏生物堿成分正交偏小二乘判別分析

為進一步篩選導致各產地半夏藥材質量差異的關鍵成分，并對半夏樣品進行分析。本研究將不同產地半夏藥材的9種生物堿含量的原始數據作為變量值導入SIMCA14.1軟件，39批樣本按照四個主產區進行分類后進行OPLS-DA分析，對半夏的分類進行模擬分析，構建不同產地半夏的分析模型。交叉驗證法共擬合出3個主成分，其中OPLS-DA模型的主成分回歸系數 ，區分參數 ，矩陣結實率 ，數值均大于0.5，且 ，說明建立的模型穩定可靠，具有一定的預測能力，3個主成分可以有效解釋四個主產區之間的差異。對模型進行200次Permutation分析驗證，進行置換檢驗，見圖6，通過置換檢驗后得到的均小于模型原始值， 且 ，說明模型沒有過擬合現象，具有統計學意義。

以OPLS-DA模型的第1、2、3主成分繪制三維得分散點圖，如圖7所示，圖中一共表征了原始變量 7 6 . 6 7 % 的信息，半夏樣品根據產地不同聚為4簇，同一產地的半夏樣品位置分布相對集中，不同產地的半夏樣品分布位置較為分散，禮縣和西和的半夏樣品有所重疊，但尚能夠區分，說明9種生物堿成分對不同產地的半夏樣品分類有影響。此結果與聚類分析及主成分分析一致。以VIP值 gt; 1 為篩選標準，提取模型中9個變量的貢獻度（VIP）值圖并對變量的VIP值大小進行排列。結果見圖8，由圖可知9種生物堿成分中煙堿、尿苷、葫蘆巴堿、次黃嘌呤核苷酸的貢獻度VIP值均明顯大于1，說明這4種成分對不同產地半夏藥材分類具有顯著影響，是造成不同產地半夏藥材質量差異的關鍵成分，這與主成分分析結果一致。

3 結論與討論

半夏作為中藥中的一味常用藥，其藥材的質量直接影響了其治療疾病的效果和療效。而甘肅半夏資源豐富，自20世紀70年代開始陸續開始人工栽培半夏，省內的天水市、隴南市因氣候溫和濕潤是甘肅省內半夏的主要種植基地，同時也是我國半夏的道地產區，[21]半夏種植面積位居全國第一，占全國半夏產量的 70 % 以上[32]。研究發現甘肅半夏對比山東、四川、云南、湖北等地的半夏樣品具有較好的止咳作用，發展前景廣闊[33]。鑒于目前尚沒有對甘肅半夏開展系統的質量分析比較研究，本研究通過對甘肅4個不同產地39批半夏中的9種生物堿成分進行含量測定并用多元統計分析方法進行綜合評價分析。結果表明，甘肅不同產地栽培的半夏藥材中均含有豐富的生物堿成分，具有較高的藥用價值。不同的生物堿成分在半夏中的含量存在差異。不同產地的半夏中生物堿的含量也存在差異。秦州區和西和縣產的半夏不論從單個生物堿成分含量還是總生物堿含量來看，總體高于清水縣和禮縣產的半夏，平均含量 （ 7 . 5 5 8 ± 0 . 5 5 3 ） 0m g / g 。這可能與不同產地的地理位置、氣候條件等因素有關。相關性分析表明半夏的各生物堿成分含量之間存在復雜的關聯性。主成分分析和正交偏小二乘判別分析結果相互印證了煙堿、尿苷、葫蘆巴堿、次黃嘌呤核苷酸是半夏的主要特征性生物堿成分。本研究通過對甘肅4個半夏主要產地的生物堿成分的綜合分析研究，為甘肅產半夏積累了研究資料，同時為半夏的種植基地選擇及質量效果評價提供了依據，為之后的甘肅中醫藥藥材半夏規模培育及高質量發展提供了數據支撐和參考。

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