不同采收期板蓝根药材品质与气象条件的响应关系

陈农，袁湘玲,，闫敏慧，张又方，周秀杰，王蕾，王蕊，车兴博，魏磊

（1黑龙江省气象服务中心，哈尔滨 150030；2齐齐哈尔市气象局，黑龙江齐齐哈尔 161006；3黑龙江中医药大学，哈尔滨 150000；4黑龙江省气象数据中心，哈尔滨 150030；5黑龙江省气候中心，哈尔滨 150030）

0 引言

板蓝根是中国传统中药，具有清热解毒、凉血利咽之功效[1]。从唐代起中国就已经开始人工种植板蓝根，随着社会的发展和科技的进步，板蓝根在医学方面的使用领域逐渐扩展，用于预防感冒的中药配伍里大多包含板蓝根[2]。板蓝根从播种到采收，气象条件是影响其质量的重要环境条件，由于采收日期不同，温度、降水和日照等气象条件也不同，从而影响板蓝根有效成分含量[3]。因此，研究板蓝根最佳采收时间，对于保证其品质和临床疗效具有重要意义。

近年来，不同采收期气象条件对作物品质的影响研究已成为许多学者关注的热点[4-11]。杨馥源[12]分析不同采收期酸枣仁生物积累量、水分含量、色泽度和脂肪酸成分及次级代谢物的含量变化规律，探讨了山西主产地酸枣仁适宜采收期。温方方等[13]研究了采收期和干燥方式对生脉注射液中麦冬品质的影响。刘迪等[14]比较分析了茅苍术不同采收期及干燥方法所得产品的有效成分含量与性状。有关板蓝根不同采收期质量变化的研究尚少。王恩军等[15]通过分析不同采收期板蓝根产量和(R,S)-告依春含量变化，研究了民乐县板蓝根的最佳采收期。聂浩鸿等[16]分析了不同采收期、不同初加工方法、不同药用部位南板蓝根中腺苷的含量。徐小飞等[17]研究了不同采收期板蓝根核苷类及(R,S)-告依春含量的动态变化规律，确定板蓝根最佳采收期。未见探讨板蓝根化学成分含量变化对气象条件的响应关系。本研究分析黑龙江省大庆市不同采收期板蓝根药材中(R,S)-告依春、总核苷、尿苷、鸟苷、腺苷和腺嘌呤的含量变化与气象因子的相关性，以期为黑龙江省选定板蓝根最佳采收期提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究使用资料包括：（1）大庆站2021 年逐日气温、降水、相对湿度和日照资料，来源于黑龙江省气象数据中心。（2）板蓝根药材试验数据来源于黑龙江中医药大学。

1.2 研究方法

1.2.1 板蓝根药材试验设计田间试验于2021 年在黑龙江大庆市中药材种植基地进行。从7月下旬开始选择出苗整齐一致，长势良好的同一块板蓝根田地，划定5个3 m×5 m的区域，拉线标记为样方，播种期和田间操作管理完全一致。自7月下旬—10月中旬，每旬逢8日采样，共设置9个采收期，每次随机挖取20株板蓝根全株，挂牌标记，带回实验室测定根部化学成分含量。测定方法采用中国药典[1]中的高效液相色谱法测定，试验仪器采用Agilent 1260 高效液相色谱仪、Agilent 1100 高效液相色谱仪测定、Waters e2695 高效液相色谱仪、CP225D 十万分之一电子天平、BT214D 万分之一电子天平、SB25－12DTD超声清洗器、锥形瓶、滤纸和漏斗等。

1.2.2 灰色关联度分析法本研究采用灰色关联度分析气象条件对板蓝根药材化学成分的影响[18]。灰色系统理论是华中科技大学邓聚龙教授于1982 年创立的一种研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法[19]。灰色关联分析方法基于小样本数据提出，数据不需要满足典型的分布规律，通过求出被评价对象的指标序列与参考序列之间的灰色关联度，对时间序列动态指标数据关系展开进一步的量化比较分析，计算量较小，方法简单可靠。其基本思想是通过确定参考数据列和若干个比较数据列的几何形状相似程度来判断其联系是否紧密，曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小[20]。灰色关联分析的具体步骤如下。

（1）确定分析数列。

确定反映系统行为特征的参考数列见公式(1)和影响系统行为的比较数列见公式(2)。

（2）变量的无量纲化。

采用公式(3)进行无量纲化处理。

其中，k对应时间段，i对应比较数列中的一行（即一个特征），为对应比较数列的平均值，Si为对应比较数列的标准差。

（3）计算关联系数。

按照公式(4)分别计算每个比较序列与参考序列对应元素的关联系数。

式中，ζi(k)为关联系数。ρ为分辨系数，取值区间为(0,1)。ρ越小，关联系数间差异越大，区分能力越强。当ρ≤0.5463时，分辨力最好，通常取ρ=0.5。

（4）计算关联度。

因为关联系数是比较数列与参考数列在各个时刻（即曲线中的各点）的关联程度值，所以它的数不止一个，而信息过于分散不便于进行整体性比较。因此有必要将各个时刻（即曲线中的各点）的关联系数集中为一个值，即求其平均值，作为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，即关联度(r)，计算公式如式(5)。

1.2.3 偏最小二乘法偏最小二乘法(PLS)是一种新型的多元统计数据分析方法，于1983年由S Wold等首次提出[21]。偏最小二乘法可以在一个算法下，同时实现回归建模、数据结构简化以及两组变量之间的相关性分析[22]。其基本模型见式(6)。

式中，Y是具有m个变量、n个样本点的响应矩阵，X是具有p个变量、n个样本点的预测矩阵，B是回归系数矩阵，E为噪音校正模型，与Y具有相同的维数。

2 结果与分析

2.1 采收期气象条件

根据大庆站2021 年逐日气温、降水、相对湿度和日照资料，采用数理统计方法计算得出不同采收期前10 d气象因子平均值见表1。

表1 不同采收期气象因子10 d平均值

2.2 板蓝根药材化学成分含量

样品采集时间及板蓝根药材化学成分含量测定结果见表2。

表2 样品采集时间及板蓝根药材化学成分含量测定结果 %

2.3 灰色关联度分析

以板蓝根药材化学成分为因变量作为参考数列，以采收前10 d平均气温、平均最低气温、累积降水量、平均相对湿度和累积日照时数5个因子为自变量作为比较数列，进行灰色关联度分析，求得板蓝根药材化学成分与气象因子的灰色关联度矩阵，见表3。结果表明：从(R,S)-告依春含量的角度考虑，气象因子的影响由大到小排序依次为r降水量＞r日照时数＞r相对湿度＞r最低气温＞r平均气温，对(R,S)-告依春含量影响最大的因子是降水量，关联度为0.7670；从总核苷含量的角度考虑，气象因子的影响由大到小排序依次为r日照时数＞r降水量＞r最低气温＞r平均气温＞r相对湿度，对总核苷含量影响最大的因子是日照时数，关联度为0.6769；从尿苷含量的角度考虑，气象因子的影响由大到小排序依次为r日照时数＞r最低气温＞r降水量＞r相对湿度＞r平均气温，对尿苷含量影响最大的因子是日照时数，关联度为0.6557；从鸟苷含量的角度考虑，气象因子的影响由大到小排序依次为r相对湿度＞r日照时数＞r最低气温＞r平均气温＞r降水量，对鸟苷含量影响最大的因子是相对湿度，关联度为0.6585；从腺苷含量的角度考虑，气象因子的影响由大到小排序依次为r平均气温＞r日照时数＞r最低气温＞r降水量＞r相对湿度，对腺苷含量影响最大的因子是平均气温，关联度为0.7262；从腺嘌呤含量的角度考虑，气象因子的影响由大到小排序依次为r日照时数＞r平均气温＞r最低气温＞r相对湿度＞r降水量，对腺嘌呤含量影响最大的因子是日照时数，关联度为0.7226。

表3 板蓝根药材化学成分与气象因子的灰色关联度矩阵

2.4 板蓝根药材化学成分与气象因子的相关性分析

使用SPSS29 统计分析软件对板蓝根化学成分与气象因子之间进行相关性分析，得到各因子的相关系数见表4。从表4 中可以看出，(R,S)-告依春与降水量的相关系数为-0.850**，总核苷与日照时数的相关系数为0.677*，腺嘌呤与日照时数的相关系数为0.667*。结果表明(R,S)-告依春与降水量呈显著负相关，总核苷、尿苷、鸟苷和腺嘌呤与降水量呈负相关，未到达显著相关，腺苷与降水量呈正相关，未达到显著相关；总核苷和腺嘌呤与日照时数呈显著正相关，(R,S)-告依春、尿苷和鸟苷与日照时数呈正相关，未达到显著相关，腺苷与日照时数呈负相关，未达到显著相关；板蓝根药材6种化学成分与温度和相对湿度未达到显著相关。

表4 板蓝根药材化学成分与气象因子的相关系数

将不同采收期板蓝根药材化学成分含量和气象因子变化曲线绘制在图1中。从图1a中可以看出，当10 d平均气温＞10℃时，板蓝根化学成分含量与温度无显著相关性；当10 d平均气温降至10℃以下时，板蓝根药材5 种化学成分含量均呈现下降趋势。当土壤温度＜10℃时，菘蓝停止生长，为了安全越冬，菘蓝根系产生一系列复杂的生理生化活动，引起次生代谢物质之间发生转移，使得板蓝根化学成分含量开始下降[23-25]。当10 d平均最低气温＜10℃，且10 d平均气温＞10℃时，(R,S)-告依春含量最高，总核苷、尿苷、鸟苷和腺苷含量相对较高，适宜采收。从图1b中可以看出，当采收期10 d累积降水量＞25 mm 时，(R,S)-告依春、尿苷、鸟苷和总核苷含量下降，其后当10 d累积降水量＜25 mm时，随着采收期延后，(R,S)-告依春、尿苷、鸟苷和总核苷含量逐渐增加。文献[26]研究表明较高的土壤含水量（土壤含水量约为田间持水量的80%～90%）有利于菘蓝中(R,S)-告依春积累，土壤含水量继续增加(R,S)-告依春含量呈现轻微下降，文献[27]认为营养生长期和肉质根生长期，轻中度水分亏缺有利于菘蓝中(R,S)-告依春含量的积累，提高板蓝根药材品质，均与本研究结果一致。可见当10 d累积降水量＜25 mm时，适宜采收。从图1c中可以看出，(R,S)-告依春、腺嘌呤、尿苷、鸟苷和总核苷含量与日照时数变化趋势一致，呈正相关，表明出现连续多日的晴好天气适宜采收。从图1d中可见，(R,S)-告依春和总核苷与采收期相对湿度呈负相关，相关性不显著。

图1 不同采收期板蓝根化学成分含量及气象因子变化曲线

综上所述，从灰色关联度分析和相关性分析结果可以得出日照时数和降水量是影响板蓝根药材化学成分含量的重要因子，采收期前10 d 累积降水量＜25 mm、10 d 累积日照时数越长，(R,S)-告依春、总核苷、鸟苷、尿苷和腺嘌呤的含量越多。

2.5 采收期表告依春含量的气象因子多元回归方程

采用逐步回归和PLS 回归方法，从9 个气象因子中初步筛选出10 d 累积降水量、10 d 累积日照时数、10 d 平均相对湿度、10 d 平均气温和10 d 平均最低气温5 个气象因子与板蓝根药材中(R,S)-告依春含量密切相关，根据相关性、显著性、具有明显生物学意义3个原则，设定温度条件满足10 d 平均最低气温＜10℃，且10 d平均气温＞10℃情况下，进一步优化选出的降水量、日照时数和相对湿度3个气象因子，进行多元回归分析，得到多元回归方程见式(7)。

式中，Y1为(R,S)-告依春含量，X1为采收前10 d 累积降水量，X2为采收前10 d累积日照时数，X3为采收前10 d平均相对湿度。X1所占权重为0.381，X2所占权重为0.348，X3所占权重为0.198，合计0.917。

由式(7)可见，采收期(R,S)-告依春含量与降水量和相对湿度呈负相关，与日照时数呈正相关，降水量所占权重最大，同上文分析结果一致。

3 结论与讨论

（1）研究不同采收期板蓝根化学成分与气象因子之间灰色关联度和相关性，结果表明采收期日照时数和降水量是影响板蓝根药材化学成分含量的重要因子。当10 d 平均最低气温＜10℃，且10 d 平均气温＞10℃时，(R,S)-告依春含量最高，总核苷、尿苷、鸟苷和腺苷含量相对较高，适宜采收。采收期前10 d累积降水量＜25 mm、10 d 累积日照时数越长，(R,S)-告依春、总核苷、鸟苷、尿苷和腺嘌呤的含量越多，表明连续多日晴好天气适宜采收。

（2）采用逐步回归和PLS 回归方法，设定当满足10 d平均最低气温＜10℃，且10 d平均气温＞10℃时，选取降水量、日照时数、相对湿度3 个气象因子，进行多元回归分析，得出采收期(R,S)-告依春含量的气象因子多元回归方程。

（3）由于条件限制，本研究使用的板蓝根化学成分试验数据样本较少，有待于积累长序列的试验数据，深入研究不同采收期板蓝根化学成分与气象因子之间的相关性。