林下山参外形性状和生长年限的相关性研究

张龚敏，张红梅，黄 清，陈 干，董志颖，郑昌武，徐宏喜

（上海中医药大学中药学院，上海 201203）

人参PanaxginsengC.A.Mey.为五加科人参属多年生草本植物，常见人参有园参、趴货、林下山参、野山参等种类［1］，具有大补元气、复脉固脱、补脾益肺、生津养血、安神益智等功效［2-3］，还具有抗肿瘤、抗氧化、抗疲劳等药理作用［4-6］，临床用于糖尿病、高血压、病毒性肝炎等辅助治疗［7-11］。常见市售人参多为园参，为人工栽培、园地生长； 林下山参为人工撒种在野生环境中生长所成。由于真正的野生人参资源极其稀少，林下山参渐渐占据市场，为大家所熟知［12］。2015 年版《GB/T18765-2015 野山参鉴定及分等质量》 （以下简称《标准》 ） 对野山参定义为“播种后，自然生长于深山密林15 年以上的人参”［13］，由于具有野山参的性状特点，价格呈逐年升高的趋势［14］。因此，林下山参的年限鉴定在规范交易市场的作用中显得尤为重要。从传统鉴定标准里关于野生山参的“五形” （芦、体、皮、纹、须）、“六体” （灵、笨、老、嫩、横、顺） 的描述及口传心授的歌诀中，总结野山参的特点为芦，三节芦，圆芦、堆花芦和马牙芦，圆芦最显著； 艼，枣核艼，自然下垂； 体，横灵体或者疙瘩体，也有顺体、过梁体； 纹，均匀，凹陷，清晰； 皮，紧皮细纹和皮老纹深； 须，细长自然，清疏不乱，柔韧不断，珍珠点明显［15-16］。

“林下山参” 的鉴定虽然可以参考“野山参” 的标准，但2020 年版《中国药典》 及行业标准中对林下山参的外观形态特点没有系统阐述。本实验参考传统“五形” 理论，观察15 年以上的林下山参性状特点，总结其符合野山参的性状特点，分析林下山参“野化” 的种植标准［17］； 同时对1～21 年逐年生长的林下山参样本进行测量，采用游标卡尺和测量直尺分别对人参的芦、主根、整体植株的长度、质量进行测量、记录和数据分析，在不破坏整株植株的前提下，探讨林下山参年限和传统“五形” 特征的规律性关系，分析外形性状参数在林下山参的年限鉴定中的作用，并利用主成分分析法（PCA） 确定和年限相关度较高的变量。

1 材料

1.1 仪器 BS124S 电子天平（北京赛多利斯天平有限公司）； SYNTEK 电子数显卡尺 （上海精天电子仪器有限公司）。

1.2 药材 林下山参共221 株，由上海雷允上药业野山参基地提供，生长年限为1 ～21 年，每株样本均按照实际年份采摘。药材样本经上海中医药大学生药学教研室张红梅副教授鉴定为五加科人参PanaxginsengC.A.Mey.的干燥根及根茎，保存于上海中医药大学科技创新中心。样本信息见表1，以“年限-株数” 编号，如1 年生第1 株样本编号为1-01，以此类推。

表1 1～21 年人参样本信息

2 方法与结果

2.1 林下山参“野化” 特征观察 参考传统“五形” 学说及“辨状论质” 中对于野山参的 “芦、艼、体、纹、须” 等5 个方面进行观察，并对其特征进行分类。

2.2 林下山参外形性状拍照、测量、数据整理 使用测量尺以及电子数显卡尺测量每个年限每株样本的总长、芦长、芦径、主根长、主根直径数据，用电子天平称取每株植株的质量。以上每个数值测量3 次取平均值作为形态特征值。根据测量逐年生人参的特征值，分析各参数和年限的相关性。

2.3 林下山参的“野” 参性状 《标准》 中定义生长15年以上的林下山参可以作为“野山参”，此时林下山参逐渐“野化”，具有“野生人参” 特点。本实验对15 年以上人参外形性状特点观察归纳见图1。芦头的性状呈多样化，分别为圆芦、堆花芦及芦碗排布较密的马牙芦，其中以二节芦较为多见（圆芦结合堆花芦），三节芦基本未见（图1A）。艼则以顺长艼、毛毛艼的较常见，偶见类似代表野生人参的“枣核艼”，但非典型样（图1B）。主根部分的横灵体在样本中较为少见，笨体、顺体居多，横体有过梁体和跨海体的形状（图1C）。样本中林下山参的纹路随着年限的增加逐渐加深。横线纹大多集中在肩部，少部分林下山参具有铁线纹，且表皮粗糙、凹凸不平或带有粗皮，但“抽沟” 现象不明显（图1D）。林下山参的须指主根和支根上渐细的呈须状的根，随着年限的增加，15 年以上的人参须呈明显增多、加长的趋势。由于生晒参失水严重，须部较为脆弱，转移过程容易折断，部分样本中的人参细须较为稀少，在15 年以下的样本人参须上可见 “珍珠点”，但在近20 年及20 年以上的样本中可见更加明显的“珍珠点” （图1E）。15 年以上样本人参以棕黄色为主要色调，皮老纹深的特点和野生人参较为相近。通过对比15 ～21 年的人参的样本特点，发现15 年以上可被称为“野山参” 的人参主根、芦长等方面差异较小，不似未满15 年的林下山参呈现规律性的生长趋势。

图1 15 年以上具备“野生” 特性山参外形性状特点

2.4 林下山参的生长趋势变化特征 林下山参由于生长年限较长，市售林下山参多为10 ～15 年及以上年份的植株［18-19］。本实验采用逐年生样本对比观察的方法，总结出性状变化趋势特点。通过观察，整体上1 ～21 年逐年生林下山参芦长、总长、主根长、芦径呈现比较明显的增长增粗的趋势，“皮老纹深” 的现象逐步呈现，见图2。

从趋势变化可将人参样本分成3 个阶段，见表2。6 年以下，特别是3 年以下的林下山参未见明显的芦头，5 ～6年开始逐步具有人参的“五形” 特点，1～6 年可以作为林下山参的“成形期”。6～15 年的林下山参还不具备“野生人参” 的特点，芦和主根的生长进入了缓慢变化的发展阶段，10～15 年以上人参逐渐开始出现二节芦特点。15 ～21年芦长继续增长，多以二节芦为主，较少见三节芦。6 年以下的林下山参极少有艼的出现，6 年以上的样本具备艼的结构完整性。其中以顺长艼为主，枣核艼等野生山参特有的艼在本批样本中较少出现。6 年以下的林下山参，特别是1～2 年的参苗通体发白； 3 ～6 年林下山参，表面颜色从白色到牙白色； 6 年以上的林下山参则从淡黄色逐步加深到黄色，并伴随浅横纹的出现； 15 年以上的林下山参表面颜色则基本为棕黄色。

表2 林下山参外形性状测量均值结果

2.5 林下山参外形性状和年限相关性及PCA 分析

2.5.1 相关性分析 为进一步揭示林下山参外形性状特征和生长年限之间的相关性，对收集的221 份林下山参样本按照质量、总长、芦长、芦径、主根长和主根径6 个可量化指标进行数据汇总分析，其中总长为自然垂直状态下从芦头到须最长处的样本全长。测量数据计算结果见表3。其中一年生林下山参还未有芦头，故没有数据。

表3 不同年限林下山参外形性状参数（±s）

表3 不同年限林下山参外形性状参数（±s）

年限质量/g总长/mm芦长/mm芦径/mm主根长/mm主根径/mm 10.958±0.03183.598±28.9380017.675±0.3482.679±0.406 20.124±0.11874.222±21.9951.932±0.6601.173±0.36919.675±0.7633.082±0.731 31.220±0.396112.553±29.0037.498±1.6102.983±0.84630.091±14.5977.382±0.888 41.163±0.473129.660±32.0509.302±2.2102.720±0.45728.013±9.4897.448±1.130 50.892±0.498141.914±23.17213.199±2.6762.303±0.96853.576±26.7926.318±1.859 61.748±0.922195.441±56.01520.034±4.4494.441±1.50523.734±14.8449.154±1.549 71.558±0.685168.293±25.18319.587±4.4713.769±1.41836.467±18.0278.026±1.277 81.240±0.398182.547±38.67922.861±6.1593.484±0.65031.060±16.3257.233±1.485 93.226±1.210235.493±64.88517.946±2.7994.837±1.91937.608±16.14810.187±2.134 102.060±1.085182.098±27.74022.818±4.1335.170±1.51143.714±22.47810.172±1.644 114.537±1.805225.793±58.10729.943±5.1504.923±1.74231.097±18.04311.018±1.323 121.444±0.764204.020±51.76230.741±4.6914.202±0.99745.282±25.4587.129±2.921 135.796±1.351267.846±44.82133.551±4.9926.186±1.31249.818±26.04912.871±1.709 1410.949±4.123270.563±48.90634.850±10.0956.141±2.37330.129±14.03014.376±2.316 155.882±2.577240.202±59.93130.339±7.2695.016±2.54045.504±29.28010.826±4.913 165.512±2.856263.414±70.24137.414±15.9784.234±1.27132.120±14.00911.028±3.994 1714.924±6.806318.469±52.52642.750±7.5237.376±2.27035.415±16.91018.755±9.283 1814.500±3.007369.327±47.66448.190±4.1456.216±1.24455.516±30.97916.673±1.624 197.949±3.319303.342±63.89353.015±13.9117.527±1.96331.293±11.68412.833±2.518 205.909±1.225271.442±43.47050.313±15.8757.609±2.59726.779±9.85112.685±2.304 218.094±2.032311.366±63.72557.363±7.9218.415±1.69838.517±13.86515.919±3.116

分别以年限为横坐标（X）、6 组可量化指标为纵坐标（Y） 进行回归，考察每组参数和年限之间的线性关系，分析数据，结果见图3。随着年限的增加，林下山参的质量在1～10 年中逐年增加，10 年之后质量变化跨度变大（图3A），回归方程Y＝0.551 4X－1.318 4 （r＝0.774 0）。3 年及以上的林下山参，总长有明显增加的趋势，总长和生长年限呈现良好的正相关性（图3B），回归方程Y＝12.07X＋83.969 （r＝0.932 0）。一年生林下山参还处于嫩芽阶段，未见芦头； 2 年以上的林下山参，芦长的增加趋势明显，并和年限呈良好的正相关（图3C），回归方程Y＝2.633 4X－1.174 9 （r＝0.982 3）。3 年以上的林下山参，芦径的变化和拟合后的标准曲线差异较大 （图3D），回归方程Y＝0.320 8X＋1.172 6 （r＝0.916 1）。主根长度在前三年增长快速，3 年后主根长度基本保持不变，后期林下山参的生长主要为支根和须根（图3E），回归方程Y＝0.606 2X＋28.71 6（r＝0.360 7）。随着年限的增长，林下山参的主根直径逐年变粗（图3F），回归方程Y＝0.579 2X＋3.905 2 （r＝0.860 3）。结果表明，芦的长度和年限呈正相关，拟合直线最为标准，由此可见，除了传统数芦碗的方法外，按照芦头的长度来判断林下山参的年限也具有一定的科学依据。芦径和总长亦与年限相关度较高，可纳入年限等级评估中。林下山参的质量和年限的线性关系规律不强，特别是10 年之后的人参，可能与人参10 年后生长缓慢有关。

图3 林下山参外形性状和年限的关系

2.5.2 PCA 分析 对收集的221 份林下山参样本质量、总长、芦长、芦径、主根长和主根径六个变量进行主成分因子分析，其相关性矩阵见表4。

KMO 的值为0.714，见表5，数值大于0.7 适合进行因子分析，巴特利球形度检验显著性P＝0＜0.05，依据目前6个变量因子进行主成分分析。按照分析步骤，获得各个公因子的总方差解释表，见表6，碎石图（图4） 显示可提取3 个因子进行分析。

图4 碎石图

表5 KMO 和巴特利检验

表6 总方差解释

本实验为获取和生长年限相关的多维变量，取特征值K＝3，旋转后的成分矩阵如表7 所示。可以看出，与林下山参年限相关的变量中，芦长、总长在第1 个主成分因子上的分数较高，质量和芦径在第2、3 个主成分因子上分数较高，可以作为除芦头特征外的年限辅助评价指标。

表7 旋转后的成分矩阵a

3 讨论

本实验通过收集1～21 年整株林下山参样本221 株，在不破坏植株完整性的前提下，参考传统的“五形” 性状和2015 年版的《标准》 将15 年以上林下山参定义为“野山参” 的规范，对15 年以上的林下山参“野生” 特征进行观察总结，发现15～21 年间的林下山参多以二节芦为主，三节芦较为少见，《标准》 中可以补充低参龄（15 ～21 年）的野山参以二节芦为主的特点。《标准》 中对于15 年以上生晒林下山参即“野山参” 艼的特征描述以“枣核艼”“蒜瓣艼” “毛毛艼” “顺长艼” 为主，本实验显示低参龄的“野山参” 的艼部以“顺长艼” “毛毛艼” 为主。其他2种形态在低参龄林下山参中比较少见，此特征亦可以作为15～21 年参龄的补充说明。

本实验对1～21 年生长的多株林下山参样本进行整理收集，测量每个年限样本的总长、芦长、芦径、主根长、主根直径以及质量，分析此6 个变量和年限的相关性。芦长、芦径、总长、质量和年限均呈正相关，其中，芦长和年限的拟合直线最标准，显示芦长是林下山参年限判断中的最主要变量，传统中药师们将芦头性状和芦碗数量作为鉴定野山参年限的首选要素具有一定的科学依据。除芦长外，本实验进一步确认在林下山参年限判定中纳入芦径以及总长进行辅助判断，可增加年限鉴定结果的可信度。本实验同时采用统计学中的主成分分析法对林下山参的“质量、总长、芦长、芦径、主根长、主根径” 进行分析，发现芦长、总长在第1 个主成分因子上的分数较高，质量和芦径在第2、3 个主成分因子上分数较高，可以作为传统“辨状论质” 之外的量化评价指标，增加了传统方法判断林下山参年限等级的多参数评估依据。在方法良多的形态学、光谱学、成分分析方法、代谢组学等方法学之外，本实验建立了不破坏珍贵样本、通过外形性状量化指标而对年限等级进行鉴定和评估的方法学基础［20-23］。本实验的结果基于中国东北桓仁生产基地221 株林下山参开展，但数量有限，后续可收集更多产地、更多数量的林下山参样本，扩大数据以进行结果对照验证。