不同产地牛蒡子微量元素的主成分分析

杨玉良，孙立卿，张 朋，张升书，李钦玲

（青海民族大学化学化工学院，青海西宁810000）

不同产地牛蒡子微量元素的主成分分析

杨玉良，孙立卿，张 朋，张升书，李钦玲

（青海民族大学化学化工学院，青海西宁810000）

根据已有的实验数据，对不同产地的牛蒡子13种微量元素与质量进行主成分分析，得到了主成分的特征值和方差贡献率、载荷系数矩阵、主成分得分及排名等信息，为牛蒡子质量的判别提供了一定的理论依据。

牛蒡子；主成分分析；微量元素

中药中药是我国劳动人民几千年来同疾病抗争的过程中积累总结的知识经验，是中华民族的瑰宝。牛蒡子为菊科二年生草本植物牛蒡属牛蒡的干燥成熟果实，又名大力子、鼠粘子、恶实等[1]，主要用于治疗风热感冒、麻疹、痈肿疮毒等症,现代药理学证明牛蒡子还具有抗菌、抗肿瘤、降血糖等多重功效[2]。现代医学表明，微量金属元素对人体的新陈代谢、生长发育、疾病的发生和发展起着重要作用[3]。我们通过对10个不同产地的牛蒡子13种微量元素进行主成分分析，提供一种牛蒡子评价的方法，对进一步研究中草药提供了理论依据。

主成分分析是是一种统计分析方法，目的是通过降维处理使数据间消除重叠，是将原数据进行处理，用几个新的变量来替代原有变量，新变量是原有变量的线性组合，尽可能使原数据的特征不变，信息不丢失[4-5]。

1 数据的收集

数据源自文献[6]，10个产地的13种微量元素的原始数据见表1。

表1 牛蒡子微量元素含量表 /μg·kg-1

2 数据处理

将数据进行标准化处理，消除原始数据间因单位不同造成的影响，使标准化后的数据具有可比性。接着进行主成分分析，得到主成分的特征值与方差贡献率（表2）和成分模型。我们选取累积方差贡献率大于80%时的前4个主成分，通过4个成分的成分模型和特征值就可以计算得到主成分载荷矩阵（表3）。

由主成分载荷系数矩阵可以得到各因子得分的计算公式，通过通过计算的到不同产地微量元素的主成分得分及排名（表4）。

各因子得分和综合得分：

表2 主成分的特征值、方差贡献率

表3 主成分载荷系数矩阵

表4 主成分得分及排名

3 结果与讨论

从主成分载荷系数矩阵中我们可以看出，Ca,Fe,Ni元素对于第一主成分影响大，且第一主成分对综合得分的影响最大。Ca，Fe是身体人身体中含量较多的元素，缺钙是导致骨折的一个原因，铁是血红蛋白的重要组成部分，血清Fe离子浓度增加可引起机体内活性氧的增加，然而活性氧可以影响骨形成和骨吸收之间的平衡，导致骨质疏松症的发生[7]。Ni元素是人体必需元素，但过量的镍会对人体造成危害[8]。

Mg,K元素对于第二主成分影响大。镁是人体必需的阳离子元素之一，能维持核酸结构的稳定性，激活体内多种酶，抑制神经的兴奋性，并参与蛋白质合成、肌肉收缩，是细胞新陈代谢中各种酶系统的重要活化剂[9]。钾和钠能维持体内渗透压平衡，调节心律。

Cu,Zn元素对于第三主成分影响大。Zn，Cu都是人体不可缺少微量元素，锌是多种蛋白质、核酸合成和代谢酶的组成元素，能调节能量代谢、增强机体免疫功能、促进组织修复、加速伤口愈合等，铜对于血液、中枢神经和免疫系统、头发、皮肤和骨骼组织以及脑和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响[10]。

Na元素对于第四主成分影响大。

由此可以看出，采用主成分分析的方法，可以较为准确的评价牛蒡子的质量，为牛蒡子质量的鉴别提供一种可靠的方法。

4 总结

通过采用主成分分析，我们可以判断出哪种微量元素对于中药材质量影响较大，通过测土配方等技术，我们可以有针对地改善土壤来提高中药材的质量，为中医中药的发展贡献力量。

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典[S].一部.北京：中国医药科技出版社,2010.

[2]王潞,赵烽,刘珂.牛蒡子苷及牛蒡子苷元的药理作用研究进展[J].中草药,2008(03)：467-470.

[3]何邦平,陈杰,张欣荣,等.微量元素与人体健康关系研究的回顾与展望[J].生命科学仪器,2003(01)：41-44.

[4]刘明地,祁正兴,叶丹.不同产地栀子中微量元素的主成分分析[J].四川理工学院学报：自然科学版,2014(02)：15-18.

[5]孙立卿,周长会,吴启勋.11种中草药中微量元素的主成分分析研究[J].洛阳师范学院学报,2014(02)：48-50.

[6]袁媛,康廷国.不同产地牛蒡子微量元素测定及其对人体的作用[J].齐鲁药事,2009(03)：154-155.

[7]Sadat-Ali M,Sultan O,Al-Turki H,et al.Does high serum iron level induce low bone mass in sickle cell anemia[J].Biometals,2011,24(1)：19-22.

[8]黄作明,黄珣.微量元素与人体健康[J].微量元素与健康研究,2010(06)：58-62.

[9]张忠诚,徐祗云,张素洁.镁与人体健康[J].微量元素与健康研究,2006(04)：67-69.

[10]濮玲,李海朝,濮御,等.十二种常用中草药中微量元素的主成分分析[J].广西师范大学学报：自然科学版,2014(04)：96-100.

The Principal Component Analysis on Trace Elements in Fructus Arctii of Different Origins

YANG Yu-liang,SUN Li-qing,ZHANG Peng,ZHANG Sheng-shu,LI Qin-ling
（School of Chemistry and Chemical Engineering,Qinghai University for Nationalities,Xining Qinghai,810000）

A principal component analysis method was applied to appraise the relationship between trace elements and quality of Fructus Arctii of the different origins.We could get some information about eigenvalues and variance contribution rate of the principal divisor,principal component load matrix,principal component scores and ranking,which could provides a theoretical foundation for quality discrimination of Fructus Arctii.

fructus arctii;principal component analysis;trace element

O641

A

1674-0874(2015)04-0044-03

2015-05-15

杨玉良（1991-）,男，山东临沂人，在读硕士，研究方向：有机化学。

〔责任编辑 杨德兵〕