中國(guó)產(chǎn)8種甘草的理論分類及親緣關(guān)系的理論判別

摘要 目的：根據(jù)廣義生物遺傳與變異信息理論方程推導(dǎo)的2個(gè)生物相似度常數(shù)Pg1=69%，Pg2=61%及生物親緣關(guān)系判別函數(shù)Pg=1/lnNd對(duì)中國(guó)產(chǎn)8種甘草進(jìn)行理論分類及親緣關(guān)系判別，并提出了生物的理論品種概念。方法：基于8種甘草所含有的59種代表性黃酮類化合物，計(jì)算各種甘草之間的共有成分率及變異成分率，采用2個(gè)常數(shù)及判別函數(shù)確定各自的特征序列，根據(jù)特征序列進(jìn)行分類。結(jié)果：8種甘草可以分為3類，且8種甘草之間具有緊密的親緣關(guān)系。根據(jù)59種特征黃酮類化學(xué)成分，可以給出比經(jīng)典分類結(jié)果更精細(xì)確定的分類結(jié)果，可將嚴(yán)格的理論分類定義為理論品種。結(jié)論：廣義生物遺傳與變異信息理論方程結(jié)合植物的多種化學(xué)成分，可以對(duì)生物進(jìn)行絕對(duì)的理論分類及親緣關(guān)系判別，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)理原理，而不是經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的準(zhǔn)確科學(xué)生物分類，提出了判別生物親緣關(guān)系的理論標(biāo)準(zhǔn)，為確定具有相似功效的中藥材提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 甘草;遺傳變異;分類;親緣關(guān)系;理論品種;雙指標(biāo)序列;生物信息;素?cái)?shù)分布

Theoretical Classification and Kinship Distinguish of Eight Species of Glycyrrhiza Originated from China

ZOU Huabin

（School of Chemistry and Chemical Engineering of Shandong University，Jinan 250100，China）

Abstract Objective：To discriminate theoretical classification and genetic relationship discrimination of 8 Chinese licorice species and to put forward concept of biological theory variety，according to the 2 biological similarity constants Pg1=69%，Pg2=61% and the biological relationship discrimination function Pg=1/lnNd derived from the generalized biological genetic and variation information theoretical equations.Methods：Based on the 59 representative flavonoids contained in 8 kinds of Glycyrrhiza，the common component rate and the variable component rate among various Glycyrrhiza were calculated，2 constants and discriminant functions were used to determine the respective characteristic sequence，and the classification was carried out according to the characteristic sequence.Results：The 8 empirical Glycyrrhiza species could be divided into 3 categories.And the 8 kinds of Glycyrrhiza were closely related.According to the 59 characteristic flavonoid chemical components，it can give a more precise classification result than the classical classification result，and the strict theoretical classification can be defined as a theoretical variety.Conclusion：The generalized biological genetic and variation information theoretical equations combined with a variety of chemical components of plants can carry out absolute theoretical classification and kinship discrimination of organisms，and realize accurate scientific biological classification based on mathematical principles instead of empirical knowledge.It is proposed to have theoretical standard to distinguish biological kinship to provide a rigorous scientific basis for determining Chinese medicinal materials with similar effects.

Keywords Glycyrrhiza; Heredity and variation; Classification; Relative relationship; Theoretical species; Dual index sequence; Bioinformatics; Distribution of prime number

中圖分類號(hào)：R282文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2021.03.028

自林奈創(chuàng)立生物分類學(xué)以來(lái)，生物的分類主要基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，缺乏基于數(shù)理原理的分類科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。目前甘草藥材的研究主要分為2個(gè)方面：一是品種鑒別，主要依據(jù)甘草種子及根莖的形態(tài)及顯微性狀。馮毓敏等[1]對(duì)7種甘草種子形態(tài)、種子尺寸、種子橫切截面組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究;林琳等[2]將8種中國(guó)產(chǎn)甘草種子表皮的電子顯微鏡圖片的表皮紋飾分為凸起型、孔穴型、不規(guī)則回紋狀3種類型，將甘草屬分成2組4個(gè)系;王海紅[3]根據(jù)文獻(xiàn)，總結(jié)了甘草根莖性狀鑒別標(biāo)準(zhǔn)及顯微鑒別方法，同時(shí)提出了紫外光譜、紅外光譜吸收峰鑒別標(biāo)準(zhǔn);李學(xué)禹等[4]（p11，p160-166）根據(jù)甘草子房?jī)?nèi)胚珠數(shù)目及莢果內(nèi)的種子數(shù)，莢果長(zhǎng)短等主要形態(tài)性狀，結(jié)合根、根莖是否含甘草甜素或甘草次酸類化合物，對(duì)中國(guó)產(chǎn)甘草屬進(jìn)行了系統(tǒng)分類研究。2）基于甘草化學(xué)成分信息的聚類、分類及質(zhì)量評(píng)價(jià)研究。采用多種光譜指紋圖譜方法對(duì)甘草進(jìn)行了較多的研究。荊淼等[5]采用了近紅外漫反射光譜技術(shù)，對(duì)不同產(chǎn)地，不同采收時(shí)間，不同級(jí)別的甘草的不同部位進(jìn)行了分析，主成分分析結(jié)果顯示：相同產(chǎn)地、相同部位、相同品種的甘草藥材能夠較好地聚為一類。不同產(chǎn)地的同品種藥材無(wú)法區(qū)分，SIMCA法的正確分類率僅在77%以上。鄒華彬在博士研究期間，獨(dú)立提出并建立了共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列理論方法。利用該理論方法對(duì)甘草藥材的氯仿、乙醇、水系統(tǒng)提取液的紫外光譜吸收峰信息進(jìn)行分析，構(gòu)建了10個(gè)不同產(chǎn)地的2種藥材共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列分析法，利用n-維樣品序列，可以方便準(zhǔn)確地確定任一樣品的最相似樣品[6]。鄒華彬等[7-8]對(duì)多種不同產(chǎn)地、不同品種甘草樣品水及氯仿提取物的紅外指紋圖譜進(jìn)行雙指標(biāo)序列分析，根據(jù)雙指標(biāo)序列中共有峰率的值，將樣品分為A、B、C3個(gè)基本關(guān)系組。品質(zhì)相近的分在1個(gè)組。水提取物與氯仿提取物的結(jié)果稍有差異。此種方法根據(jù)共有峰率及變異峰率，可以對(duì)任意2個(gè)樣品進(jìn)行精確的定量鑒別。

液相色譜法也應(yīng)用于甘草質(zhì)量分類評(píng)價(jià)[9-15]。主要采用不同樣品具有的幾種或十幾種共有特征化學(xué)成分種類及峰面積（含量）信息，進(jìn)行直觀比對(duì)，或采用數(shù)理方法對(duì)不同樣品進(jìn)行相似度計(jì)算、聚類、分類。研究結(jié)果表明，一般情況下，相同產(chǎn)地的同一品種的甘草樣品屬于同類，但不能準(zhǔn)確區(qū)分不同品種的甘草樣品。到目前缺乏關(guān)于甘草藥材的鑒定及分類的嚴(yán)謹(jǐn)標(biāo)準(zhǔn)方法。鄒華彬等從物理原理出發(fā)，提出了組合指紋圖譜不變量法[16]。在雙指標(biāo)序列中，與參考樣品具有共有峰率大于等于不變量的樣品，具有相同的品質(zhì)。對(duì)于不同品種，不同產(chǎn)地的9種甘草藥材，不變量為70%，樣品間具有≥70%的共有峰率，可以認(rèn)為具有相同的品質(zhì)。

共有峰率及變異峰率雙指標(biāo)序列分析法，已經(jīng)被許多專家學(xué)者接受及應(yīng)用于生物分類、鑒別研究，目前其他學(xué)者已經(jīng)采用該理論方法發(fā)表研究論文80多篇，如單鳴秋等[17]采用該理論方法分析了不同產(chǎn)地、不同批次側(cè)柏葉的紅外指紋圖譜，可以正確區(qū)分不同產(chǎn)地、不同批次的側(cè)柏葉?？椎脉蔚萚18]應(yīng)用該理論方法準(zhǔn)確分類鑒別了6種不同年限、不同產(chǎn)地的雞骨草藥材。何晉浙等[19]對(duì)6種不同產(chǎn)地、6種不同品種的靈芝的紅外光譜峰進(jìn)行了理論分析，給出良好的分類結(jié)果。張金渝等[20]分析46種不同產(chǎn)地的重樓樣品的紫外指紋圖譜數(shù)據(jù)，可以定性區(qū)分不同產(chǎn)地、不同批次的重樓樣品。周曄等[21]利用共有峰率和變異峰率2個(gè)指標(biāo)，以黃精屬6種藥用植物樣品的紅外指紋圖譜為依據(jù)，計(jì)算出所測(cè)樣品的共有峰率和變異峰率。結(jié)果揭示了黃精屬6種藥用植物的親緣關(guān)系。崔楠楠等[22]分析3種不同基源的祖麻師藥材的紅外光譜數(shù)據(jù)，可以很好地判定其真?zhèn)巍Ｇf琳等[23]基于紅外光譜對(duì)楠屬和潤(rùn)楠屬4種木材進(jìn)行了鑒別。莊琳等[24]研究了6種水青樹木材紅外光譜特征，通過(guò)各自的特征峰和共有峰相對(duì)峰強(qiáng)的比較區(qū)別6種木材。羅露等[25]對(duì)遠(yuǎn)志、卵葉遠(yuǎn)志的花、莖、木心、筒、葉的紅外光譜進(jìn)行研究。紅外光譜結(jié)合雙指標(biāo)序列法和二階導(dǎo)數(shù)可以分析遠(yuǎn)志、卵葉遠(yuǎn)志不同部位相似度和圖譜特征峰的變化規(guī)律，可為遠(yuǎn)志、卵葉遠(yuǎn)志不同部位快速鑒別和資源利用度提供參考。王曉敏等[26]應(yīng)用該理論方法，對(duì)13種不同產(chǎn)地的香椿樣品進(jìn)行了分類研究。

該理論方法雖然具有優(yōu)良的生物分類鑒別能力，但還無(wú)法提供生物品種的嚴(yán)謹(jǐn)定量理論標(biāo)準(zhǔn)。

為了解決這一科學(xué)問(wèn)題，在共有峰率及變異峰率雙指標(biāo)序列分析法的基礎(chǔ)上，鄒華彬建立了一個(gè)新的數(shù)理原理[27]，廣義生物共有遺傳與變異信息理論方程來(lái)描述生物體系的性質(zhì)。該方程在對(duì)稱變異及非對(duì)稱變異狀態(tài)下，其最大信息量狀態(tài)對(duì)應(yīng)2個(gè)常數(shù)，Pg1=69%，Pg2=61%，可以作為不同中藥具有相同品質(zhì)的絕對(duì)理論標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用該理論方法研究了多種中藥及生物體系[27-32]，皆證明其合理性。

本文利用該生物品種常數(shù)，基于文獻(xiàn)[4]提供的8種中國(guó)產(chǎn)甘草黃酮類化學(xué)成分種類信息，對(duì)8種中國(guó)產(chǎn)甘草進(jìn)行了理論鑒別分類/模式識(shí)別。研究結(jié)果表明，可將8種甘草分為三大類。這與經(jīng)典性狀分類結(jié)果非常相似，但又有所不同。同時(shí)對(duì)8種甘草進(jìn)行了親緣關(guān)系的理論判別，與實(shí)際情況相符。首次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)產(chǎn)8種甘草的理論分類鑒別及親緣關(guān)系的理論判別，并且得到了正確的結(jié)論。與文獻(xiàn)[4]（p2-5）基本相同。研究結(jié)果說(shuō)明，基于豐富的化學(xué)成分信息，該理論方法可以精確描述生物體系的信息特征。由此可以提出，基于2個(gè)生物品種常數(shù)確定的類，可定義為理論生物品種。

1 材料與方法

1.1 材料 S1烏拉爾甘草（G.uralensis Fisch.），S2光果甘草（G.glabra L.），S3脹果甘草（G.inflata Bat.），S4黃甘草（G.eurycarpa P.C.Li.），S5粗毛甘草（G.aspera Pall.），S6刺果甘草（G.pallidiflora Max.），S7云南甘草（G.yunnanensis Cheng f.et.L.K.Tai ex P.C.Li），S8圓果甘草（圓果甘草G.squamulosa Franch.）。采用水、堿性水溶液、堿性醇溶液及有機(jī)試劑等提取方法提取其中的化學(xué)成分。層析柱，高效液相色譜儀等，見(jiàn)文獻(xiàn)[4]（p281-286，310-321）中的各參考文獻(xiàn)。甘草黃酮類成分種類來(lái)源于文獻(xiàn)[4]。數(shù)據(jù)分析由自編《雙指標(biāo)等級(jí)序列系統(tǒng)分析軟件包》實(shí)現(xiàn)。

1.2 數(shù)據(jù)分析理論方法 基于生物共有遺傳與變異信息理論方程，當(dāng)比較的2個(gè)生物體系處于非對(duì)稱變異時(shí)推得相似度常數(shù)Pg1=69%，當(dāng)處于對(duì)稱變異時(shí)，得相似度常數(shù)Pg2=61%，應(yīng)用于生物復(fù)雜體系4種中藥復(fù)方的鑒別分類[28]。文獻(xiàn)[27]首先提出了該理論方程，應(yīng)用常數(shù)Pg2=61%確定每個(gè)樣品的特征序列，根據(jù)特征序列對(duì)2種中藥復(fù)方桂附地黃丸及金匱腎氣丸成功進(jìn)行了模式識(shí)別。文獻(xiàn)[29]，基于常數(shù)Pg2，作為相同品質(zhì)中藥的理論標(biāo)準(zhǔn)，并成功對(duì)3種中藥復(fù)方明目地黃丸、麥味地黃丸、知柏地黃丸進(jìn)行了品質(zhì)評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[30]基于Pg1，Pg2對(duì)中國(guó)產(chǎn)的松屬植物進(jìn)行了理論分類，得到了合理的結(jié)果，并細(xì)致分析了他們之間的進(jìn)化關(guān)系。文獻(xiàn)[31]基于Pg2對(duì)3種大豆：黃豆，黑豆，青豆的蛋白質(zhì)組進(jìn)行了研究，可以對(duì)3種大豆蛋白質(zhì)組進(jìn)行準(zhǔn)確的模式識(shí)別。文獻(xiàn)[32]，基于生物遺傳與變異信息理論方程，提出了廣義生物遺傳與變異信息理論方程，對(duì)4種植物藥白芍、赤芍、黃芪、甘草進(jìn)行了精確理論分類及親緣關(guān)系的準(zhǔn)確理論判別。廣義生物遺傳與變異信息理論方程系列研究見(jiàn)文獻(xiàn)[27-32]。

廣義生物遺傳與變異信息理論方程見(jiàn)[27-32]。

Ib=-[PglnPg+mi=1PilnPvi] （1）

當(dāng)比較的2個(gè)生物體系，或任一生物體系處于極端輻射對(duì)稱變異狀態(tài)，廣義生物遺傳與變異信息理論方程可表示為方程（2），

Ib=-[NgNdlnNgNd+Nd-NgNdln1Ng] （2）

m=Nd-Ng

其中Pg=NgNd，Pi=niNd，Pvi=niNg，i=1，2，3，…，m （3）

根據(jù)此變異模式，可以求導(dǎo)出生物親緣關(guān)系理論方程。（1）、（2）、（3）中各個(gè)變量的意義見(jiàn)[27-32]，如下：

Pg，共有成分率，可表示為P。該指標(biāo)變量與生物數(shù)學(xué)中的JaCcard and Sneath，Sokal參數(shù)相同。

Pi，是ni與Nd的比值。Pvi是與變異成分率，即ni與Ng的比值。

Nd=Ng+mi=1ni，ni=1，2，3，…，k;i=1，2，3，…，m. （4）

Nd，所有樣本構(gòu)成的體系中存在的獨(dú)立成分或成分種類。

Ng，任意比較的2個(gè)樣本之間存在的共有成分，或體系中不變的遺傳成分。

ni，在比較任意2個(gè)樣本時(shí)，是每個(gè)樣本具有的變異成分。在對(duì)于一個(gè)體系整體分析時(shí)，屬于第i類變異中的成分?jǐn)?shù)。

對(duì)（2）式，當(dāng)達(dá)到最大信息量狀態(tài)時(shí)，可得，

Pg=1lnNd （5）

這就是對(duì)于含有個(gè)Nd獨(dú)立變量的生物體系，當(dāng)處于輻射對(duì)稱變異狀態(tài)，且體系具有最大作用信息量時(shí)，Pg與Nd之間的關(guān)系。

考慮到遺傳變異的隨機(jī)性，整體漲落性，可以得到：

Pg=1lnNd（1+lnlnNd-12（lnNd+2））（1±1Nd） （6）

同時(shí)，若考慮變異元素與共有遺傳元素的極性親和性、互斥性，以及共有遺傳元素的漲落效應(yīng)，可以更精確地得到：

Pg=1lnNd[1+lnlnNd-12（lnNd+2）][1±2lnNd（lnNd+2）Nd（2lnNd+lnlnNd+3）] （7）

特別令人感興趣的是，方程（5）、（6）、（7）與整數(shù)中素?cái)?shù)分布規(guī)律，即素?cái)?shù)定理相同，且具有解析的形式。當(dāng)Nd極大時(shí)，由此進(jìn)一步得到了判別生物親緣關(guān)系的相似度函數(shù)Pg=1/lnNd。在一個(gè)樣本集合中，任意2個(gè)樣本i，j的獨(dú)立元素?cái)?shù)Ni，j≤Nd。由方程（2）的變化趨勢(shì)分析，亦可得此結(jié)論”。當(dāng)他們相似度函數(shù)Pg≥1/lnNd，此時(shí)他們之間具有顯著的相似性，說(shuō)明他們由同一個(gè)祖先演化而來(lái)，構(gòu)成緊密的親緣關(guān)系。而當(dāng)2個(gè)樣本的相似度函數(shù)Pg=1/lnNi，j<1/lnNd時(shí)，2個(gè)樣本的相似度小于2個(gè)樣本的臨界相似度Pg=1/lnNd，表明二者之間的變異已經(jīng)超過(guò)最大輻射變異的范圍，屬于2個(gè)不同祖先的生物，他們已經(jīng)不屬于同源生物。因此，相似度函數(shù)Pg≥1/lnNd，可以作為任意2個(gè)樣本來(lái)源于相同祖先的親緣生物的判別標(biāo)準(zhǔn)?；诖伺袆e函數(shù)，在理論上準(zhǔn)確判別了4種植物藥白芍、赤芍、黃芪、甘草之間的親緣關(guān)系[32]。

2個(gè)常數(shù)Pg1=69%，Pg2=61%對(duì)應(yīng)于2種遺傳變異模式：模式1，極端非對(duì)稱變異模式，模式2，對(duì)稱變異模式，其理論推導(dǎo)見(jiàn)文獻(xiàn)[27-32]。

本文基于中藥品種常數(shù)及親緣關(guān)系判別函數(shù)，對(duì)中國(guó)產(chǎn)8種經(jīng)驗(yàn)甘草品種進(jìn)行了理論分析。目前中國(guó)8種甘草植物共測(cè)得135種黃酮類成分[4]（p281-286）。只有1種甘草含有的獨(dú)有成分，代表它是極大變異的成分。一種成分至少存在于2種甘草中，為可以代表甘草類植物的穩(wěn)定成分。共存在59種穩(wěn)定的代表性成分?；谶@些代表性黃酮類成分，對(duì)他們進(jìn)行了準(zhǔn)確理論分類?；?9個(gè)代表成分及所有檢測(cè)到的135個(gè)黃酮類成分，對(duì)他們進(jìn)行了親緣關(guān)系研究。結(jié)果表明，皆可以準(zhǔn)確判別八種甘草品種親緣關(guān)系。

2 中國(guó)產(chǎn)八種甘草中的黃酮類化合物成分種類

中國(guó)產(chǎn)8種甘草中的59個(gè)代表性黃酮類化合物種類。見(jiàn)表1。

（1）該表的黃酮類化學(xué)成分改編自文獻(xiàn)[4]（p281-286）中的內(nèi)容。

S1烏拉爾甘草（G.uralensis Fisch.），S2光果甘草（G.glabra L.），S3脹果甘草（G.inflata Bat.），S4黃甘草（G.eurycarpa P.C.Li.），S5粗毛甘草（G.aspera Pall.），S6刺果甘草（G.pallidiflora Max.），S7云南甘草（G.yunnanensis Cheng f.et.L.K.Tai ex P.C.Li），S8圓果甘草（圓果甘草G.squamulosa Franch.）。

（2）59種代表成分編碼及對(duì)應(yīng)的中文名稱：1）甘草黃酮;2）新西蘭牡荊苷Ⅱ;3）華良姜素;4）佛來(lái)心苷;5）異佛來(lái)心苷;6）夏佛托苷;7）異夏佛托苷;8）蕓香苷;9）甘草黃酮醇;10）烏拉爾甘草醇;11）甘草苷;12）甘草素;13）新甘草苷;14）甘草素-4′-芹糖基（1→2）葡萄糖苷;15）異甘草素-4′-o-[D-β-D-（3-o-乙酰基）]呋喃芹糖（1→2）-β-D-吡喃葡萄糖苷;16）異甘草素-4′-芹葡萄糖苷;17）異光果甘草酚;18）光果甘草醇;19）芫花素;20）甘草異黃烷酮;21）甘草查爾酮;22）甘草查爾酮A，B;23）甘草查爾酮;24）異甘草素;25）異甘草苷;26）新異甘草苷;27）刺毛甘草查爾酮;28）刺果甘草查爾酮;29）（E）-1-[2，4-二羥基-3-（3-甲基-2-丁烯基）苯基]-3-（2，2-二甲基-8-羥基-2H-苯并吡喃-6-基）-2-丙烯-1-酮;30）（E）-1-[2，4-二羥基-3-（3-甲羥基-2-丁烯基）苯基]-3-[4-羥基-3-（3-甲基-2-丁烯基）苯基]-2-丙烯-1-酮，31）甘草異黃酮;32）甘草異黃酮A;33）甘草異黃酮B;34）黃甘草異黃酮A，B;35）光果甘草酮;36）甘草瑞酮;37）甘草雙氫異黃酮;38）3，5，7，3′，4′-四羥基-5′-異戊烯基二氫黃酮;39）阿芙羅摩辛;40）芒柄花苷;41）芒柄花素;42）光果甘草素;43）刺果甘草異黃酮烯;44）甘草西定;45）光異黃烷;46）維斯列淘爾;47）麥迪紫檀素烷;48）4′-o-麥斯托醇;49）5-o-甲基甘草醇;50）甘草香豆素;51）異甘草香豆素;52）甘草香豆素酮;53）甘草吡喃香豆素;54）甘草芳基香豆素;55）甘草香豆酮;56）甘草醇;57）異甘草醇;58）甘草香豆素-7-甲醚;59）甘草呋喃酮。

不同樣品具有的同一編碼成分，屬于一組共有成分。

3 基于中藥品種常數(shù)及黃酮類成分種類的八種甘草的理論分類

根據(jù)廣義生物遺傳與變異信息理論方程，及8種甘草中含有的穩(wěn)定的59種黃酮類成分，對(duì)8種經(jīng)驗(yàn)甘草品種進(jìn)行了理論分類。對(duì)于每個(gè)甘草品種，構(gòu)建每個(gè)甘草品種的共有成分率及變異成分率雙指標(biāo)序列，方法見(jiàn)文獻(xiàn)[6-8]，根據(jù)中藥品種常數(shù)Pg2，考慮到隨機(jī)因素的影響，可以確定當(dāng)Pg≥Pg2±3%=（61±3）%[28]作為樣本之間具有相同的品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建每個(gè)甘草品種的特征序列。

對(duì)S4、S5二者之間共有成分率最高，但Pg<（61±3）%，無(wú)法根據(jù)最高共有成分率判斷特征序列。根據(jù)數(shù)值序列斜率突變法[31]中的標(biāo)準(zhǔn)△xi，i+1/△xi-1，i≥2，i=1，2，3，…，確定特征序列。根據(jù)特征序列可以將8個(gè)甘草品種清晰分為3類，結(jié)果如下。

S1：S1a，每個(gè)樣本都屬于自己的最相似樣本，構(gòu)成其特征序列的部分。

S1：S1a S2[0.7818]S3[0.6604]b，代表S1的特征序列，S2與S1的共有成分率是0.7818，S3與S1的共有成分率是0.6604。

8種甘草特征序列分類結(jié)果與經(jīng)典分類結(jié)果比較。見(jiàn)表2。

根據(jù)表2，特征序列及共有成分率，烏拉爾甘草S1，光果甘草S2，脹果甘草S3可以分為A類，他們具有相同的特征序列S1S2S3，及相同的品質(zhì)[29]。這與經(jīng)典分類結(jié)果一致。同屬于長(zhǎng)莢果系。

對(duì)S4，S5，根據(jù)最高共有峰率而不是Pg≧61%確定特征序列，可以將S4，S5分為一類，他們的核心特征序列為S4S5（即特征序列的樣品屬于同類）。即黃甘草與粗毛甘草屬于B類，但二者之間的共有成分率低于（61±3）%，即低于58%，可以確定二者為2個(gè)具有明顯品質(zhì)差異的甘草品種。且與A類長(zhǎng)莢果系，C類短莢果系中的品種皆具有緊密的淵源。

黃甘草的分類結(jié)果與經(jīng)典分類結(jié)果不同。根據(jù)特征序列及共有成分率，刺果甘草S6，云南甘草S7，圓果甘草S8屬于C類，他們具有相同的特征序列及相同的品質(zhì)。這與經(jīng)典分類結(jié)果一致，同屬于短莢果系。

3類甘草品種之間的品質(zhì)具有明顯的差異。經(jīng)典分類結(jié)果與理論分類結(jié)果只有黃甘草不同，二類方法分類結(jié)果88%相同，說(shuō)明理論方法的可靠性。但基于廣義生物遺傳與變異信息理論方程，結(jié)合植物的豐富的多種化學(xué)成分信息，可以給出比僅僅依據(jù)少數(shù)幾個(gè)形態(tài)性狀信息的經(jīng)典分類學(xué)更可靠、精確的分類結(jié)果。

理論上，根據(jù)中藥品種常數(shù)Pg=61%，八種甘草分為品質(zhì)差異顯著的4個(gè)類。

第1類：烏拉爾甘草S1、光果甘草S2、脹果甘草S3。第2類：黃甘草S4

第3類：粗毛甘草S5。第4類：刺果甘草S6、云南甘草S7、圓果甘草S8。

可以將4類甘草定義為甘草的4個(gè)理論品種。而基于性狀經(jīng)驗(yàn)知識(shí)判斷的品種，定義為經(jīng)驗(yàn)品種。

4 親緣關(guān)系判別

4.1 采用59個(gè)獨(dú)立成分判定親緣關(guān)系 根據(jù)親緣生物判別函數(shù)Pg≧1/ln59=0.245，由此確定每個(gè)樣品的特征序列，如下。

8個(gè)甘草經(jīng)驗(yàn)品種的親緣特征序列：

S1：S1a S2[0.7818]bS3[0.6604]S4[0.5385]S5[0.3774]S6[0.2745]

S2：S2 S1[0.7818]S3[0.6923]S4[0.4815]S5[0.4038]S6[0.2745]

S3：S3 S2[0.6923]S1[0.6604]S4[0.5556]S5[0.4]S6[0.3095]S8[0.25]

S4：S4 S3[0.5556]S1[0.5385]S5[0.5278]S2[0.4815]S6[0.4688]S8[0.3125]S7[0.2857]

S5：S5 S4[0.5278]S6[0.4815]S7[0.4074]S2[0.4038]S3[0.4]S8[0.4]S1[0.3774]

S6：S6 S8[0.5882]S7[0.5789]S5[0.4815]S4[0.4688]S3[0.3095]S1[0.2745]S2[0.2745]

S7：S7 S8[0.6667]S6[0.5789]S5[0.4074]S4[0.2857]

S8：S8 S7[0.6667]S6[0.5882]S5[0.4]S4[0.3125]S3[0.25]

S1：S1a，每個(gè)樣品都屬于自身的最相似樣品。

S1：S1a S2[0.7818]b，表示S2與S1的共有成分率為0.7818.

不含共有成分率的親緣特征序列表示如下：

S1：S1 S2 S3 S4 S5 S6

S2：S1 S2 S3 S4 S5 S6

S3：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S8

S4：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S5：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S6：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S7：S4 S5 S6 S7 S8

S8：S3 S4 S5 S6 S7 S8

八個(gè)經(jīng)驗(yàn)甘草品種的特征序列具有高度的相似性，含有5～8個(gè)甘草品種。因此，中國(guó)產(chǎn)八個(gè)經(jīng)驗(yàn)甘草品種屬于緊密的親緣關(guān)系。S1、S2特征序列不含有S7，S8，而S7、S8不含有S1、S2，故S1、S2與S7、S8之間差別較明顯。

4.2 采用全部135個(gè)獨(dú)立成分判定親緣關(guān)系 8個(gè)經(jīng)驗(yàn)甘草品種共含有135個(gè)獨(dú)立成分，則親緣共有成分率為Pg≥1/lnNd=0.204，以此為標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)8個(gè)甘草品種進(jìn)行親緣分析。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)確定每個(gè)經(jīng)驗(yàn)甘草品種的特征序列。結(jié)果如下：

8個(gè)甘草經(jīng)驗(yàn)品種的親緣特征序列：

S1：S1 S2 S3 S4 S5

S2：S1 S2 S3 S4 S5 S6

S3：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S8

S4：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S5：S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S6：S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8

S7： S4 S5 S6 S7 S8

S8：S3 S4 S5 S6 S7 S8

通過(guò)Pg≥1/1n135=0.204判定的特征序列看，即使考慮所有135個(gè)成分，即極大變異狀態(tài)下的化學(xué)成分種類，他們的特征序列亦含有5～8品種，具有很高的相似性，八個(gè)甘草經(jīng)驗(yàn)品種應(yīng)屬于親緣緊密關(guān)系的植物。同樣，根據(jù)特征序列可見(jiàn)，S1、S2與S7、S8之間差別較明顯。即烏拉爾甘草，光果甘草與云南甘草，圓果甘草有較明顯的差異。這與基于59個(gè)獨(dú)立成分的分析結(jié)果一致。

5 結(jié)論

自近300年前林奈建立生物分類學(xué)以來(lái)，都是基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)對(duì)生物進(jìn)行分類。即使引入數(shù)理方法，也是基于學(xué)習(xí)樣本提供的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)建立分類鑒別標(biāo)準(zhǔn)。生物分類學(xué)是一門經(jīng)驗(yàn)科學(xué)。其缺乏生物品種、屬、科等分類階元的定量理論標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏判別親緣生物的理論標(biāo)準(zhǔn)，更缺乏嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的物種的定義[33]。

本文根據(jù)廣義生物遺傳及變異信息理論方程，得到3個(gè)理論標(biāo)準(zhǔn)，2個(gè)相似度常數(shù)Pg1=69%，Pg2=61%，一個(gè)親緣關(guān)系簡(jiǎn)潔判別函數(shù)Pg=1/lnNd，據(jù)此可以對(duì)中國(guó)產(chǎn)甘草進(jìn)行絕對(duì)的理論分類及親緣關(guān)系理論判別，理論分類對(duì)應(yīng)的類，可定義為理論品種。結(jié)合基于該理論方法對(duì)多種中藥體系、松屬植物、大豆蛋白質(zhì)組、多種植物藥的理論分類及親緣關(guān)系的理論研究[27-32]，可以證明廣義生物遺傳與變異信息理論方程結(jié)合各類生物分子種類、分子結(jié)構(gòu)、光譜信息，可以精確描述生物體系的品質(zhì)特征，可以應(yīng)用于廣泛的生物體系的科學(xué)分類及親緣關(guān)系，進(jìn)化關(guān)系的理論研究。特別是，該理論無(wú)須任何關(guān)于生物體系的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，無(wú)任何待定參量，只需要根據(jù)豐富的測(cè)量變量信息，即可實(shí)現(xiàn)生物的絕對(duì)分類或模式識(shí)別，是一種生物體系的原理性數(shù)理理論，為生物科學(xué)研究提供了一種新的理論方法。

一個(gè)令人著迷的結(jié)果是，生物親緣關(guān)系的判別函數(shù)竟然與自然數(shù)中的素?cái)?shù)分布規(guī)律相同，說(shuō)明不同科學(xué)之間的根本聯(lián)系。

親緣生物的理論判別，也為尋找新的中藥材提供了嚴(yán)格的理論依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。該文提出的一個(gè)新概念：理論品種，初步解決了經(jīng)典生物分類學(xué)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕跀?shù)理原理的物種標(biāo)準(zhǔn)這一科學(xué)難題，這可能是生物分類、鑒別科學(xué)的一個(gè)有價(jià)值的新的研究方向。

參考文獻(xiàn)

[1]馮毓敏，秦秀芹，陳紅.甘草種子的鑒別研究[J].中國(guó)中藥雜志，1991，26（6）：337-343.

[2]林琳，林壽全.甘草種皮表面微形態(tài)特征及其分類意義初探[J].武漢植物學(xué)研究，1992，10（3）：295-297.

[3]王海紅.七種甘草藥性狀的鑒別方法分析[J].求醫(yī)問(wèn)藥，2011，9（9）：216-217.

[4]李學(xué)禹，陸嘉慧，閻平，等.甘草屬分類系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)生物學(xué)研究[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2015：2-321.

[5]荊淼，金興良，莊峙廈，等.近紅外漫反射光譜技術(shù)在甘草指紋圖譜中的研究[J].現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐，2004，18（增刊）：6-9.

[6]鄒華彬，袁久榮，呂清濤，等.共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列分析法分析甘草紫外指紋圖譜[J].中藥材，2003，26（9）：625-629.

[7]鄒華彬，袁久榮，杜愛(ài)琴，等.甘草水提物紅外指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列分析法[J].中成藥，2004，26（10）：779-783.

[8]鄒華彬，袁久榮，杜愛(ài)琴，等.甘草氯仿提取物紅外指紋圖譜雙指標(biāo)序列分析法[J].中國(guó)中藥雜志，2005，30（1）：16-20.

[9]崔淑芬，蔣秩倫，王小如.甘草藥材的薄層掃描指紋圖譜研究[J].沈陽(yáng)藥科大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，21（5）：367-370.

[10]王躍飛，文紅梅，郭立瑋，等.不同產(chǎn)地甘草的聚類分析[J].中草藥，2007，37（3）：435-439.

[11]段天璇，馬長(zhǎng)華，王文全，等.HPLC-MS法鑒定甘草指紋圖譜[J].中國(guó)藥師，2009，12（4）：414-417.

[12]金輝，司昕蕾，邊甜甜，等.不同產(chǎn)地甘草的HPLC指紋圖譜研究[J].中獸醫(yī)醫(yī)藥雜志，2018，37（4）：49-52.

[13]甄中鋒.多基源甘草藥材HPLC指紋圖譜及指標(biāo)性成分研究[J].四川中醫(yī)，2018，36（12）：178-180.

[14]陳云華，王文全.甘草質(zhì)量評(píng)價(jià)方法進(jìn)展[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2008，19（6）：1504-1505.

[15]柯昌虎，嚴(yán)慧，鄭芳，等.甘草指紋圖譜的研究進(jìn)展[J].實(shí)用藥物與臨床，2018，21（1）：98-103.

[16]Zou H，Yang G，Du A，et al.Combinational numeral fingerprint spectra of Glycyrrhiza and analysis of common peak ratio invariableness in HPLC[J].Biomedical Chromatography Bmc，2010，20（6-7）：642-655.

[17]單鳴秋，姚曉東，池玉梅，等.側(cè)柏葉紅外指紋圖譜共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列分析法[J].光譜學(xué)與光譜分析，2009，29（8）：2092-2095.

[18]孔德鑫，黃庶識(shí)，黃榮韶，等.基于雙指標(biāo)分析法和聚類分析法的雞骨草紅外指紋圖譜比較研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2010，30（1）：45-49.

[19]何晉浙，邵平，孫培龍.靈芝紅外光譜的特征峰研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2010，30（5）：1202-1205.

[20]張金渝，王元忠，趙艷麗，等.藥用重樓的紫外吸收光譜分析與鑒別[J].光譜學(xué)與光譜分析，2012，32（8）：2176-2180.

[21]周曄，李佩孚，張慶偉，等.傅里葉紅外光譜法鑒別部分黃精屬生藥的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2013，33（7）：1791-1795.

[22]崔楠楠，孟祥龍，張朔生.基于FTIR的祖麻師藥材化學(xué)成分的整體分析與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2013，19（20）：68-72.

[23]莊琳，黃群，徐燕紅.楠屬和潤(rùn)楠屬4種木材的紅外光譜鑒別[J].福建林業(yè)科技，2014，41（4）：21-25.

[24]莊琳，宋小嬌，徐燕紅.水青樹木材紅外光譜特征研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，56（7）：1334-1339，1344.

[25]羅露，胡本祥，曹福麟，等.兩種不同基原植物遠(yuǎn)志與卵葉遠(yuǎn)志的紅外光譜學(xué)研究[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2019，30（8）：1895-1899.

[26]王曉敏，史冠瑩，王趙改，等.基于雙指標(biāo)分析法和聚類分析法的香椿紅外指紋圖譜研究[J].食品科技，2019，40（20）：231-236.

[27]鄒華彬.雙指標(biāo)信息顯著相似序列聚類分析桂附地黃丸、金匱腎氣丸無(wú)水乙醇提取物紅外指紋圖譜[J].中國(guó)中藥雜志，2009，34（18）：2325-2330.

[28]鄒華彬.2個(gè)中藥品種常數(shù)及多種中藥配對(duì)的精確分類鑒別[J].世界中醫(yī)藥，2018，13（12）：3158-3165.

[29]鄒華彬.相同品質(zhì)中藥的系統(tǒng)理論判別方法[J].世界中醫(yī)藥，2015，10（7）：1078-1082.

[30]Zou HB.Two biological constants for accurate classification and evolution pattern analysis of Subgen.strobus and subgen.Pinus[J/OL].BioRxiv[Apr.11，2018].doi：http：//dx.doi.org/10.1101/297606.

[31]Zou HB.A theoretical approach for discriminating accurately intrinsic pattern of biological systems and recognizing three kind soybean proteomes[J/OL].BioRxiv[Jul.29，2018].doi：http：//dx.doi.org/10.1101/379701.

[32]Zou HB.Three criteria of intrinsically theoretical categories in biological system and classification of some medical plants[J/OL].BioRxiv[Oct.23，2019].doi：http：//dx.doi.org/10.1101/814871.

[33]周長(zhǎng)發(fā)，楊光.物種的存在與定義[M].北京：科學(xué)出版社，2011：1-168.

（2020-05-09收稿 責(zé)任編輯：芮莉莉）