4种牡荆属植物来源生药的近红外漫反射指纹图谱聚类分析

作者：辛海量，胡园，张巧艳 ，郑汉臣 ，秦路平

【摘要】 目的对不同来源的蔓荆子、黄荆子、牡荆子，进行近红外漫反射指纹图谱聚类分析，建立基于近红外漫反射指纹图谱的快速、简便的鉴别方法。方法采用近红外漫反射光谱技术及聚类分析方法进行分析。结果4种生药聚类分析结果与传统植物分类结果一致，可以据此进行鉴别；多个产地来源的单叶蔓荆子聚类分析结果与其地域、纬度分布及品质关系密切，可据此分为3个居群类型。结论该方法可用于蔓荆子、黄荆子、牡荆子的鉴别，也可用于蔓荆子品质分析、种内变异研究。

【关键词】 蔓荆子； 黄荆子； 牡荆子； 近红外漫反射光谱； 聚类分析

Abstract：ObjectiveTo provide a new method for identifying 4 fruits， as medicinal materials from Vitex species， Vitex. trifolia L.；V. trifolia L.var. simplicifolia Cham. V. negundo L.， V. negundo var. cannabifolia (Sieb.et Zucc.) Hand.-Mazz.. MethodsCluster analysis was adopted for the identification and analysis with Near-Infrared Diffuse Reflectance Spectrometry. ResultsThe method could identify them and the results were coincident with phytotaxnomy. The cluster analysis results of these samples of V. trifolia L.var.simplicifolia Cham. in different populations ， with 3 types devided， were coincident with their geographical distribution and quality. ConclusionThis method can be used for the rapid and accurate diferentiation of them， and may be meaningful for the research on the quality analysis and intraspecies variation of V. trifolia L.var.simplicifolia Cham..

Key words：V. trifolia L.； Vitex trifolia L.var.simplicifolia Cham. V. negundo L.；V. negundo var. cannabifolia (Sieb.et Zucc.) Hand.-Mazz.； Near-Infraed Diffuse Reflectance Spectrometing 马鞭草科（Verbenaceae）牡荆属（Vitex）有多种植物具有较高的药用价值，其中较为常用的有单叶蔓荆Vitex trifolia L.var.simplicifolia Cham.，蔓荆V. trifolia L.，黄荆V. negundo L.以及牡荆V. negundo var. cannabifolia (Sieb.et Zucc.) Hand.-Mazz.，它们的叶、果实、根等多个部位都作药用。由于亲缘关系较近，对这些植物之间、来源于这些植物的生药之间的准确鉴别存在困难。如单叶蔓荆和蔓荆植物容易鉴别，果实之间准确鉴别难度较大。牡荆和黄荆植物与植物、果实与果实之间准确鉴别均较困难。并且就市场流通情况来看，存在以牡荆子、黄荆子假冒蔓荆子牟利的情况［1］，这必然会给临床用药带来危害。因此，很有必要建立简便、快速的鉴别此类生药的方法，以确保临床用药安全。由于传统上生药多为多居群来源，势必存在种内变异，品质参差不齐。因此，探索单叶蔓荆子的种内变异规律，对于保证生药品质，遴选优良种质，推动GAP的实施，具有重要意义。 目前，近红外漫反射光谱技术（NIRDS）无需破坏样品、制样，可直接测定固体样品，操作简便、快速，已被广泛应用于化学、化工、医药、农业、食品、烟草等行业的定性、定量分析。在中药学领域，已被用于生药鉴别［2］、指纹图谱［3］、含量测定［4］、品质分析［5，6］等方面，展示出广阔的应用前景。本文应用NIRDS技术，所得光谱数据进行聚类分析，建立基于近红外漫反射指纹图谱的快速、简便的鉴别方法，以及蔓荆子的品质分析方法，初步分析单叶蔓荆子的种内化学变异规律。

1 仪器与材料

1.1仪器VECTOR22／N 傅立叶变换近红外光谱仪(德国Bruker公司) 。 1.2材料各产地样品(果实)多由作者在各产地采集（表1），并经第二军医大学生药学教研室郑汉臣教授鉴定。

表1 实验样品采集情况（略） 2 方法

2.1 实验条件 测定方式：积分球漫反射，扫描次数：64次，扫描范围：3 700～12 000 cm-1，分辨率：4cm-1。

2.2 方法药材经40℃烘干12 h，粉碎，过80目筛，取约2 g置测量杯中，以金箔为参比，按实验条件进行扫描，每个样品重复测定5次，求平均光谱。

2.3 数据处理 原谱处理：2l点平滑后求一阶导数，用OPUS／INDENT定性分析软件进行聚类分析，预处理方法：Vector Normalization，聚类方法：Ward，s A1gorithm。

3 结果

3.1不同基原药材的NIRDRS尽管单叶蔓荆、蔓荆、牡荆和黄荆为不同种，但它们是同属植物，且由于植物类中药具有许多相同组分(淀粉、纤维素、多糖等)，它们的吸收峰往往掩盖了代表特征信息成分的吸收峰，使得其NIRDRS光谱非常相似（见图1）。而通过将原谱进行导数变换，将隐藏的信息突出出来，能获得最佳分类效果。树状聚类图表明（见图2）聚类分析能够通过距离的大小，准确把同种生药的样品自聚一类，最后与不同种生药相聚，NIRDRS的聚类分析结果与传统形态分类学基本一致。

3.2单叶蔓荆聚类结果单叶蔓荆可聚为两个大组，第1大组又可分为两个小组，第1小组包括1，8，13，9号样品，其中既有高纬度产地聚群样品，又有低纬度产地居群样品；第2小组包括样品2，4，3号样品，主要为主产地居群样品。第2大组包括10，11，5，6，7，12号样品，主要为浙江以南低纬度海岸居群。根据聚类结果可以将国产单叶蔓荆居群分为3型，即低纬度型、主产地型和混杂型。

4 讨论 本实验采用NIRDRS技术结合数学分析，可准确鉴定单叶蔓荆子、蔓荆子、牡荆子、黄荆子，并与传统植物分类结果吻合，表明NIRDRS技术结合数学分析可以作为它们的快速、简便的鉴别方法。本方法优点是可以不破坏样品原型，不经提取分离等过程而获得植物内在成分的信息，再经聚类分析法进行鉴别分类，方法简便，可与形态分类方法互为补充。 目前，采用NIRDRS技术进行生药有效成分含量测定多见报道。周红涛等［7］采用傅里叶变换红外光谱技术用于鉴别野生赤芍与栽培赤芍、赤芍地道性。邢旺兴等［8］采用近红外漫反射光谱聚类分析不同产地红曲的鉴别，表明此法可用于红曲的质量控制。但未见采用IRDRS技术进行多居群来源的同种生药的种内变异方面研究的报道。NIRDRS能够反映生药组分及结合状态信息，可用于植物种内变异特别是化学变异研究。本实验所用的单叶蔓荆子样品沿中国海滨从高纬度到低纬度分布，为研究种内变异与纬度、生境、物候的关系提供了有利的条件。根据聚类分析结果，我们认为由于单叶蔓荆种内化学变异复杂，部分居群呈现出与纬度的相关性而聚类，即低纬度型；部分主产地居群因化学成分相似度高而聚类，即主产地型，部分居群变异较为复杂，因而高低纬度居群混杂聚类，即混杂型。我们前期研究表明浙江以南低纬度产地居群样品紫花牡荆素含量较低，也在一定程度上说明划分低纬度型居群的合理性。

图1 不同来源牡荆属药材样品的NIRDRS（略）

图2 聚类分析图（略） 本实验获得的结果为今后深入进行单叶蔓荆子的种内变异研究奠定了基础。当然，由于种内变异的复杂性，鉴于NIRDRS所反映的只是生药内在组分信息，如果结合植物系统学、生物多态性等其他研究方法，对于阐明单叶蔓荆子的种内变异可能更为有利。