前胡药材香豆素类成分品质区划研究△

吴晓俊，张宏建，楼柯浪，浦锦宝，梁卫青，徐攀

浙江省中医药研究院 药用资源研究中心/浙江省中药新药研发重点实验室，浙江 杭州 310007

前胡为伞形科植物白花前胡Peucedanum praeruptorumDunn 的干燥根，其味苦、辛，性微寒，归肺、脾、肝经，具有疏散风热、降气化痰等功效[1]，为新“浙八味”之一。现代药理学研究表明，前胡药材有解热抗炎、祛痰镇咳等药理作用[2]。历史上，以浙江淳安、安徽宁国等地所产前胡为道地药材。目前，前胡产地集中在浙江淳安、临安、磐安，安徽宁国和江西上饶地区，湖北、湖南、重庆、贵州等地也有栽培。

对于前胡药用资源的研究主要集中在化学成分、生物学研究等方面[3-6]，随着药材种植范围的无序扩大，各地所产前胡药材质量参差不齐，影响了药材质量的稳定性。适宜的生态环境是保证药材优质的重要条件，因地制宜选择适宜的种植区域是人工栽培的前提[7-8]。目前，环境因子对前胡药材质量影响的研究较少，缺乏对前胡药材资源科学合理的区划研究。本课题组前期研究结果发现，不同产地前胡化学成分组成及含量不同，功效差异较大。本研究通过对我国前胡药材各产区进行实地调查、采样并测定相应成分，利用最大信息熵（MaxEnt）模型分析生态因子对前胡植物分布的影响，进行生态适宜性区划；结合前胡药材中香豆素类成分含量，进行香豆素类成分的品质区划分析，为前胡药材栽培区域的选择提供参考。

1 材料

1.1 样品

前胡药材采样时间为2017 上旬至2018 年上旬，均为栽培前胡的干燥根，每个采样点取3 株，清洗去除杂质，阴干，打粉过筛，冷冻保存。在样品采集过程中，以种植前胡的9 个省份为采样地区，共计30个采样点，每个采样点2～3个重复。各省份采样点数量基本可以反映该省栽培前胡药材资源的丰富程度，样品信息见表1。

表1 前胡样品信息

1.2 试药和仪器

对照品白花前胡甲素（批号：MUST-17042511，纯度：98%）、白花前胡乙素（批号：MUST-17050411，纯度：99.4%）均购置于成都曼斯特生物科技有限公司；对照品白花前胡素E（批号：170619，纯度：98%，北京北纳创联生物技术研究院）；乙腈、甲醇（色谱纯，美国Merck公司）；水为高纯水。

1260 型高效液相色谱仪（美国安捷伦科技有限公司，包括四元泵、二极管阵列检测器、自动进样器）。

2 方法

2.1 药材样品采集

查阅中国知网（CNKI）、网络标本馆、全球生物多样性信息网（http://www.gbif.org/）、国家植物标本资源库（http://www.cvh.ac.cn）及教学标本资源共享平台（http://mnh.scu.edu.cn）等数据库，记录前胡分布点位信息。于2018—2019年在浙江、安徽、湖北、湖南、重庆等地开展实地调查，用手持全球定位系统（GPS）记录采样点经纬度、海拔信息。

2.2 生态因子数据收集

通过中药资源空间信息网络数据库下载研究所需生态因子数据，包含海拔、年平均气温、年降水量、坡度、坡向、植被、土壤类型等55 项生态因子，空间分辨率为1 km×1 km。

2.3 生态适宜区预测

2.3.1 生境适宜模型设置 将前胡植物的采样点位信息与55 个生态因子数据在MaxEnt 3.3.3k 软件中进行运算，筛选累积贡献率≥95%的生态因子，设置如下参数运行建模分析：建立85%的数据为训练样本集，剩余15%作为随机测试集，最大迭代次数为1×106，其他参数为软件默认值。

2.3.2 预测模型精度评价 通过运算受试者工作特征（ROC）曲线评价模型预测精确度，曲线下面积（AUC）越大表示模型判断力越好。AUC 为0～1，AUC＞0.8可判定为好[9]。

2.3.3 生境适宜度分析 常用的生境适宜性等级划分方法主要有百分比划分法、自然断点划分法和正态分布参数划分法，不同划分方法适用于不同的分析模型。MaxEnt 模型所得预测值为0～1，一般呈正态分布，故本研究使用正态分布参数划分法。模型运算所得分布参数平均值（μ）和标准差（δ），按正态分布理论，划分为3个等级：不适宜区≤μ-δ、μ-δ＜适宜区＜μ+δ、最适宜区≥μ+δ。结合所得前胡药材的分布区，以部分前胡药材栽培信息作为参考，对前胡的区划模型结果进行验证。

2.4 香豆素类成分含量测定

采用参考文献［10］方法测定30 个不同产地前胡药材中白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E含量。

2.5 前胡药材的品质区划

2.5.1 香豆素类成分回归分析 ArcGIS 软件提取各采样点的生态因子数值，SPSS 23.0 软件逐步回归分析获取香豆素类成分与各采样点的温度、海拔、降水量、土壤pH 等生态因子的关系模型，探寻生态因子对前胡药材品质分布规律的影响。

2.5.2 品质区划 基于2.5.1 项下所建立回归模型，叠加前胡生态适宜性分布，去除生长不适宜区，即为该香豆素类成分在前胡生长适宜区的空间分布预测含量。根据《中华人民共和国药典》（以下简称《中国药典》）2020年版含量测定项下规定，前胡药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 结果

3.1 采样地理分布

通过数字标本馆及文献查阅，共收集到18 个省96个县的前胡植物分布信息395条。

3.2 前胡药材分布区划

3.2.1 主要生态因子贡献率 按2.3.1 项下方法，共有16 个生态因子对前胡植物的分布有影响，筛选累积贡献率≥95%的生态因子，结果见表2。

表2 影响前胡分布的主要生态因子贡献率及适宜范围

3.2.2 预测精度评价 计算MaxEnt 模型分析所得ROC曲线训练集和测试集AUC（图1）。模型结果显示，前胡的AUC 分别是0.981 和0.963，达到很高的预测精度，说明运算准确、结果可信。

图1 MaxEnt模型预测ROC曲线

根据《中国植物志》记载，白花前胡分布于甘肃、河南、贵州、广西、四川、湖北、湖南、江西、安徽、浙江、江苏、福建（武夷山）[11]。将MaxEnt模型运算所得通过GIS 软件对前胡潜在分布结果进行可视化处理，前胡适宜分布范围集中在浙江、安徽、重庆、湖北、湖南等地，研究所得适宜分布区与《中国植物志》中的前胡分布区基本吻合。结合资源调查可知，白花前胡为基原的药材集中分布于浙江、重庆、湖北、湖南、贵州；前胡是我国南方分布较广的品种，其适生范围主要集中在湖北、重庆、湖南交界处和浙江、安徽交界处。

3.2.3 生长适宜分布区划 本课题组资源调查结果显示，以白花前胡为基原的前胡药材在浙江临安、淳安、磐安，安徽宁国，江西上饶等地栽培。本研究结果表明，除上述分布点位及《中国植物志》记载分布点位，前胡在云南、山东等省也存在潜在分布。药材资源调查也验证了该模型结果。

3.3 香豆素类成分含量测定

前胡药材中白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E的含量测定结果见表3。

表3 前胡药材中香豆素类成分质量分数 %

3.4 品质区划

3.4.1 香豆素类成分与生态因子关系模型 通过ArcGIS 软件提取采样点的生态因子数值，采用SPSS 23.0软件逐步回归分析前胡香豆素类成分与各采样点的温度、海拔、辐射、降水量等生态因子的关系，构建回归模型。

式中，Y1为白花前胡甲素的质量分数，X1为有机碳含量，X2为最暖季平均温度。对回归系数进行t检验，结果表明X1、X2系数的P值分别为0.003、0.022，回归方程的F检验P＜0.05。

式中，Y2为白花前胡乙素的质量分数，X3为最湿季节平均温度，X4为植被类型，X5为昼夜温差月均值。对回归系数进行t检验，结果表明X3、X4、X5系数的P值分别为0.004、0.001、0.030，该回归方程的F检验P＜0.05。

式中，Y3为白花前胡素E 的质量分数，X6为年平均温度变化范围。对回归系数进行t检验，结果表明X6系数的P 值为0.022，回归方程的F检验P＜0.05。

综上可知，白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E 含量与生态因子所建立回归模型效果显著，可用于预测香豆素类成分含量空间分布。

3.4.2 品质区划结果 运用ArcGIS 软件的空间计算功能，估算药材适宜分布区域内的前胡药材香豆素类含量的空间分布。适宜前胡生长且白花前胡甲素、白花前胡乙素和白花前胡素E 含量较高的区域集中在浙江、安徽南部、江西北部、重庆、四川北部、湖南西部、湖北西部等地区。

应用ArcGIS 软件的空间分析功能，根据《中国药典》2020 年版对白花前胡甲素、白花前胡乙素含量的规定，筛选符合《中国药典》2020 年版标准的前胡产地范围，在前胡潜在分布区划基础上，结合逐步回归分析，将前胡生长区域中各香豆素类成分含量的空间分布进行模糊叠加，对我国前胡药材香豆素类成分空间分布进行预测。浙江西北部与安徽东南部交界的天目山脉、湖北西南部与湖南西北部交界的武陵山脉适宜前胡药材生产且香豆素类成分含量较高。这些区域地处N30°，亚热带湿润季风气候，年平均温度14～15 ℃，年降水量1400～1800 mm，为喜温暖、湿润的前胡生长提供优越的生态环境。该区域浙江临安、淳安所产“浙前胡”，安徽宁国、绩溪所产“宁前胡”，江西婺源、上饶所产“信前胡”均为前胡药材的道地产区[10]。

4 讨论

目前，市场上前胡药材以栽培为主，产量较大，供求关系较为稳定。前胡的分布范围较广，北至陕西、山东，南至云南、贵州，东至浙江，西至四川、重庆，全国大部分地区均有栽培。自野生变栽培后，很多地区栽培的前胡药材中的指标性成分白花前胡乙素常达不到《中国药典》标准，这与其生长的环境相关。

通过资源调查发现，前胡主要栽培于我国华中、华东地区。分布区划结果表明，前胡的种植适宜区分布在浙江、安徽、重庆、湖北等地。云南、河南、湖南等地生境适宜度较差，不作为引种栽培的首选区。药材适生环境有差别，引种栽培时进行合理的区划研究显得尤为重要。本研究预测所得与实际栽培分布基本吻合，为前胡栽培适宜区域的选择提供了科学依据。

在前胡药材生态适宜性研究基础上，结合逐步回归分析，建立香豆素类成分和生态因子模型，预测前胡药材香豆素类成分含量空间分布，模糊叠加各香豆素类成分，估算前胡药材综合品质的空间分布，为高产质优的前胡栽培种植区的选择提供了参考。