板蓝根药材品质区划研究

赵文龙　晋玲　王惠珍　崔治家　侯嘉　卢有媛　杜弢

[摘要]该研究通过查阅资料和实地采样，收集全国板蓝根主产区89个样点信息，并使用HPLC测得样品的指标成分含量数据。利用Maxent模型与ArcGIS，结合生态因子数据预测板蓝根全国生境适宜性分布。运用R语言建立药材指标成分含量与生态环境因子之间的关系模型，使用ArcGIS栅格计算方法对药材品质进行区划。研究结果表明影响板蓝根分布的主要生态因子为最干季节降雨量、年平均温度和最湿季节均温；适合板蓝根种植的地区主要集中在我国北部，但各适宜种植区的药材质量差异较大，其中新疆地区的板蓝根药效成分含量最高。该研究为合理选择板蓝根种植地区提供参考依据。

[关键词]板蓝根； 生境适宜性； 品质区划

[Abstract]In this research， we collected information of eighty nine sampling points of Isatidis Radix nationwide through data query and field survey， and the medicinal component contents of samples were determined by HPLC By using Maxent Model and ArcGIS， along with ecological factor data， the national habitat suitability distribution of Isatidis Radix was predicted Rlanguage was adopted to establish a model of the relationship between the medicinal component contents and ecological factors The medicinal quality was divided by ArcGIS grid computing The results indicated that the three main ecological factors affecting the distribution of Isatidis Radix were precipitation in the driest season， mean annual temperature and mean temperature in the wet season The suitable cultivation region of Isatidis Radix is mainly distributed in the north of China， but the medicinal quality is quite different， Isatidis Radix in Xinjiang province has higher medicinal quality This study provides a reference for rational selection of planting areas of Isatidis Radix

[Key words]Radix Isatidis； habitat suitability； quality regionalization

板蓝根为十字花科植物菘蓝的干燥根，性寒味苦，具有清热解毒、凉血利咽功效，是我国治疗感冒的常用大宗中药材[13]。研究表明板蓝根具有抗菌、抗病毒、解热、抗炎、增强机体免疫功能等作用，所以有着巨大的种植需求和产业前景，特别是2003 年非典以后，板蓝根产区面积逐步扩大，但不同产区板蓝根产量和品质差异较大[47]，这给板蓝根种植区域的选择和药源的稳定造成了不确定性。

Jaynes于1957年提出最大熵理论，认为在已知条件下，熵最大的事物最接近它的真实状态[8]。近年来，该理论被构建为最大熵模型（MaxEnt）用于预测物种潜在分布区及其最适宜生境[9]。同时，众多研究表明，MaxEnt 模型结合GIS 空间分析技术在预测物种潜在分布中可以发挥更大优势[1016]。

目前针对板蓝根的研究主要集中在药效成分、遗传育种和栽培技术方面，但对其适宜生境、品质分布、种植选址等方面研究较少。本研究通过查阅资料和实地采样，收集全国不同产区板蓝根样点和样品信息，利用Maxent模型、ArcGIS技术、统计分析方法，结合生态因子和药材指标成分含量数据，进行全国板蓝根药材品质区划研究，为板藍根种植基地选址等相关工作提供参考依据。

1材料

11板蓝根药材样品处理

板蓝根样品采集时间为2015年10—11月和2016年10—11月，样品均为一年生栽培板蓝根的地下根，每个样地采样3～5株，自然晾干后，打粉，过3号筛，冷冻保存。

12试剂和仪器

本研究中所使用的板蓝根指标成分（R，S）告依春对照品购自上海源叶生物科技有限公司（批号B20104）、甲醇（山东禹王实业有限公司化工分公司，色谱纯）；仪器使用Agilent 1200 HPLC（美国），色谱柱为Phenomenxe Luna C18 （46 mm×250 mm，5 μm）。

2方法

21药材分布数据及样品来源

通过查阅“中国数字植物标本馆”（http：//wwwcvhaccn）以及“教学标本标准化整理整合与资源共享平台”（http：//mnhscueducn），收集板蓝根全国分布信息记录69条；于2015年和2016年在黑龙江、山东、河北、安徽、山西、甘肃、新疆7省（自治区），实地采集板蓝根药材样品20组（每组3～5份），并使用GPS记录采样点空间位置信息，见图1。endprint

22生态因子数据

本研究所使用生态因子数据来源于“中药资源空间信息格网数据库”，其中，气候数据是根据我国气象观测站1950—2000年的气候观测数据插值成空间分辨率为1 km×1 km的格网数据；土壤类型数据采用FAO90土壤分类系统，是根据第二次全国土壤调查《1∶100万中华人民共和国土壤图》制成；植被类型数据来源于中科院植物所《1∶100 万中华人民共和国植被图》中的植被亚类数据。

23板蓝根药材指标成分检测

板蓝根药材中（R，S）告依春含量按照2015年版《中国药典》（一部）（R，S）告依春含量测定法提取和计算。

24板蓝根生境适宜性分析

241生态因子的选择本研究根据板蓝根实际种植情况，对生态因子进行了筛选。首先，我国板蓝根药材基本来源于人工種植，所以剔除植被类型因子；其次，板蓝根一般在每年5月初栽播，10月底采收，故剔除11月至次年4月的温度和降水指标，最终选择可能影响板蓝根生长的36种生态因子进行生境适宜性分析评价，见表1。

242生境适宜性分析将板蓝根药材采样位置信息和生态因子数据按要求导入MaxEnt软件，并设置如下参数： 随机测试比例为15%，最大迭代次数为5 000次，在环境参数设置中开启刀切法来评价各生态因子的权重。计算全国范围内板蓝根的生境适宜性，采用ROC曲线和曲线下面积（AUC）进行精度评价。

提取采样点处的生境适宜性值，以提取结果中最小值（Min）作为适宜生长和不适宜生长的分界线。对于适宜生长的区间，则以正态分布中的μ，δ为界区分次适宜区和最适宜区，即[0，Min]为不适宜区，[Min，μ-δ]为次适宜区，[μ-δ，1]为最适宜区。

25板蓝根药材品质区划方法

251指标成分与生态因子间的相关性分析在ArcGIS中根据板蓝根采样点的空间位置信息，提取对应地点的19种综合性生态因子数据，使用“R”语言对药材样品中的（R，S）告依春含量与生态因子数据进行逐步回归，建立（R，S）告依春含量与生态因子间的关系模型。

252指标成分空间分布利用ArcGIS中的栅格计算功能将生态因子图层作为自变量带入（R，S）告依春含量与生态因子间的关系模型，估算板蓝根（R，S）告依春含量的全国空间分布图。

253品质区划分析将板蓝根品质分布图与生境适宜性分布图进行图层叠加，去掉生境不适宜地区和低于药典标准的（R，S）告依春含量地区[2015 年版《中国药典》（一部）规定板蓝根药材中的（R，S）告依春量不低于002%]，最终得到全国板蓝根产地适宜性区划图。

3结果与分析

31不同产地板蓝根（R，S）告依春含量差异

采用2015年版《中国药典》（一部）高效液相色谱法（通则0512），测定（R，S）告依春含量，见表2。其中（R，S）告依春含量最大值为0901%，最小值为0171%，平均值为0469%。说明不同产地的板蓝根（R，S）告依春含量的差异较大。

32板蓝根生境适宜性分布

生境适宜性计算结果取值范围为0～1，依据正态分布的参数μ，δ，结合采样点位置的提取值，对生长区划和品质区划进行分类。由数据计算出生境适宜性的最小值0284 3，最大值0873 0，均值0673 9，标准差0168 2。

按照生境适宜性从低到高将板蓝根分布区依次分为3个等级，分别为不适宜区（0，0284 3）、次适宜区（0284 3，0505 7）、最适宜区（0505 7，1），结果显示新疆北部的阿勒泰和塔城地区、甘肃中部祁连山和南部地区、陕西中部地区、黑龙江大庆及齐齐哈尔市、江苏和安徽的部分地区生境适宜性较高，见图2。作者利用ArcGIS区域统计分析功能，对各省板蓝根最适宜与次适宜地区的分布面积进行了统计，结果显示适宜板蓝根生长的生境面积以新疆、内蒙古、四川、陕西和甘肃分布最大，见图3。

33生态因子对板蓝根生境适宜性的影响

根据最大熵模型计算得到各生态因子对板蓝根分布的贡献率和刀切法获得的主要生态因子权重，选取贡献率大权重高的生态因子作为主生态因子，根据响应曲线获取适宜值。结果显示最干季节降雨量贡献率最高（286%），然后依次是年平均温度（169%）、最湿季节均温（113%）和土壤酸碱度（78%）、10月降雨量（57%）、最暖季降雨量（57%）、有机碳含量（50%），以上7种生态因子对板蓝根生境适宜性影响的贡献率达到81%。

34模型预测精度评价

受试者工作特征（ROC）评价见图4，经受试者工作曲线检验，Maxent 模型的ROC曲线下面积测试集的AUC为0959，表明Maxent模型对板蓝根潜在分布区的预测结果可信度较高。

34板蓝根药材品质区划

341指标成分与生态因子关系模型将实地采样并测定的板蓝根药材（R，S）告依春含量与对应位置的生态因子进行逐步回归分析，建立回归模型：Y=4355 7+0315 4X1-0643 0X2+1185 2X3-0068 4X4（X1年平均温度，X2最暖月最高温，X3最湿季节均温，X4最湿月降水量），回归方程的F检验结果P=0000 556 1<001；由回归系数的T检验结果，得到X1，X2，X3，X4的系数的P分别为0000 384，0044 263，0001 931，

0001 114均显著小于005，每个因子的回归系数是显著的，表明该回归方程可用于（R，S）告依春含量预测。

342品质区划将估算出的板蓝根（R，S）告依春含量全国品质分布图与板蓝根生境适宜性分布图进行图层叠加运算，得到全国板蓝根品质区划图，见图5。结果显示，全国适宜种植板蓝根的地区药材中（R，S）告依春的量从药典规定的002%～113%，其中新疆、内蒙古、甘肃、陕西、河南、河北、江苏、湖北、安徽等省的适种面积最广，区域统计结果显示，上述区域中新疆、安徽、湖北、河北和河南种植的板蓝根品质较优，见图6。endprint

4讨论

本研究表明最干季节降雨量、年平均温度、最湿季节均温是影响板蓝根生长和分布的主要生态因子，这与板蓝根能耐寒、喜温暖、怕水涝的生长习性较为一致。我国最干季节一般在冬季，冬季降水会增加土壤蓄水量，有利于来年板蓝根的出苗和生长，这与最干季节降雨量对板蓝根生境适宜性的贡献率达286%这一结果较吻合。

比较板蓝根采样点地理分布和潜在适宜生境分布结果可以看出，板蓝根样点记录的实际分布均位于潜在适宜生境分布区内，说明预测与实际分布较为一致。从生境适宜性结果来看，板蓝根具有适宜生境分布廣的特点，其生境适宜地区主要集中在我国新疆，内蒙古、甘肃、陕西、河北、山东和黑龙江等北方地区，这些地区主要以干旱半干旱气候为主；同时在江苏、安徽和湖北等相对湿润地区板蓝根的生境适宜性也较高，这说明板蓝根对气候的适应能力较强。从板蓝根品质区划图可以看出，虽然全国适合板蓝根生长的地区较多，但这些地区产出的板蓝根药材中（R，S）告依春含量差异较大，这其中以新疆种植的板蓝根中（R，S）告依春含量最高。

本研究以生态因子为基础对全国板蓝根潜在适宜生境进行了预测，结合样本指标成分含量对全国适种范围进行了区划，为板蓝根种植区域的选择和药材资源的合理规划提供参考依据。

[参考文献]

[1]中国科学院中国植物志编辑委员会中国植物志第33卷[M]北京：科学出版社，1987：65

[2]中国药典一部[S]2015：205

[3]张润珍，张玉文板蓝根的研究进展[J]中草药，2000，31（6）：474

[4]李楚源，曾令杰板蓝根研究进展[J]现代中药研究与实践，2005，19（3）：51

[5]董娟娥，梁宗锁，尉芹，等不同区域松蓝根、叶（板蓝根、大青叶）有效成分含量差异[J]应用生态学报，2006，17（9）：1613

[6]刘盛，谢华，乔传卓板蓝根药材道地性初步研究总结[J]中药材，2001，24（5）：319

[7]史连宏，杨欣，翟春梅，等黑龙江和河北地区大青叶蛋白 SDSPAGE分析[J]中国中医药信息杂志，2015（9）：76

[8]Phillips S J，Anderson R P，Schapire R E. Maximum entropy modeling of species geographic distributions[J].Ecol Model，2006，190： 231.

[9]Elith J，Graham C H，Anderson R P，et al.Novel methods improve prediction of species′ distributions from occurrence data[J].Ecography，2006，29： 129.

[10]郭兰萍，黄璐琦，蒋有绪，等影响苍术挥发油组分的气候主导因子及气候适宜性区划研究[J]中国中药杂志，2007，32（10）：888.

[11]张小波，周涛，郭兰萍，等.基于地形因子的贵州省头花蓼生态适宜性等级划分[J]中国中药杂志，2011，36（3）：311.

[12]车乐，曹博，白成科，等.基于MaxEnt和ArcGIS对太白米的潜在分布预测及适宜性评价[J]生态学杂志，2014，33（6）：1623.

[13]王娟娟，曹博，白成科，等基于Maxent和ArcGIS预测川贝母潜在分布及适宜性评价[J]植物研究，2014（5）：642

[14]孙洪兵，孙辉，蒋舜媛，等.基于3S技术的羌活区划研究I基于MaxEnt 和ArcGIS的羌活生长适宜性分析及评价[J]中国中药杂志，2015，40（5）：853.

[15]邵扬，叶丹，欧阳臻，等薄荷的生境适宜性区划及品质区划研究[J]中国中药杂志，2016，41（17）：3169

[16]卢有媛，杨燕梅，马晓辉，等中药秦艽生态适宜性区划研究[J]中国中药杂志，2016，41（17）：3176

[责任编辑吕冬梅]endprint