不同采收期板藍(lán)根藥材品質(zhì)與氣象條件的響應(yīng)關(guān)系

陳農(nóng)，袁湘玲,，閆敏慧，張又方，周秀杰，王蕾，王蕊，車興博，魏磊

（1黑龍江省氣象服務(wù)中心，哈爾濱 150030；2齊齊哈爾市氣象局，黑龍江齊齊哈爾 161006；3黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，哈爾濱 150000；4黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，哈爾濱 150030；5黑龍江省氣候中心，哈爾濱 150030）

0 引言

板藍(lán)根是中國傳統(tǒng)中藥，具有清熱解毒、涼血利咽之功效[1]。從唐代起中國就已經(jīng)開始人工種植板藍(lán)根，隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，板藍(lán)根在醫(yī)學(xué)方面的使用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展，用于預(yù)防感冒的中藥配伍里大多包含板藍(lán)根[2]。板藍(lán)根從播種到采收，氣象條件是影響其質(zhì)量的重要環(huán)境條件，由于采收日期不同，溫度、降水和日照等氣象條件也不同，從而影響板藍(lán)根有效成分含量[3]。因此，研究板藍(lán)根最佳采收時間，對于保證其品質(zhì)和臨床療效具有重要意義。

近年來，不同采收期氣象條件對作物品質(zhì)的影響研究已成為許多學(xué)者關(guān)注的熱點[4-11]。楊馥源[12]分析不同采收期酸棗仁生物積累量、水分含量、色澤度和脂肪酸成分及次級代謝物的含量變化規(guī)律，探討了山西主產(chǎn)地酸棗仁適宜采收期。溫方方等[13]研究了采收期和干燥方式對生脈注射液中麥冬品質(zhì)的影響。劉迪等[14]比較分析了茅蒼術(shù)不同采收期及干燥方法所得產(chǎn)品的有效成分含量與性狀。有關(guān)板藍(lán)根不同采收期質(zhì)量變化的研究尚少。王恩軍等[15]通過分析不同采收期板藍(lán)根產(chǎn)量和(R,S)-告依春含量變化，研究了民樂縣板藍(lán)根的最佳采收期。聶浩鴻等[16]分析了不同采收期、不同初加工方法、不同藥用部位南板藍(lán)根中腺苷的含量。徐小飛等[17]研究了不同采收期板藍(lán)根核苷類及(R,S)-告依春含量的動態(tài)變化規(guī)律，確定板藍(lán)根最佳采收期。未見探討板藍(lán)根化學(xué)成分含量變化對氣象條件的響應(yīng)關(guān)系。本研究分析黑龍江省大慶市不同采收期板藍(lán)根藥材中(R,S)-告依春、總核苷、尿苷、鳥苷、腺苷和腺嘌呤的含量變化與氣象因子的相關(guān)性，以期為黑龍江省選定板藍(lán)根最佳采收期提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究使用資料包括：（1）大慶站2021 年逐日氣溫、降水、相對濕度和日照資料，來源于黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心。（2）板藍(lán)根藥材試驗數(shù)據(jù)來源于黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)。

1.2 研究方法

1.2.1 板藍(lán)根藥材試驗設(shè)計田間試驗于2021 年在黑龍江大慶市中藥材種植基地進(jìn)行。從7月下旬開始選擇出苗整齊一致，長勢良好的同一塊板藍(lán)根田地，劃定5個3 m×5 m的區(qū)域，拉線標(biāo)記為樣方，播種期和田間操作管理完全一致。自7月下旬—10月中旬，每旬逢8日采樣，共設(shè)置9個采收期，每次隨機(jī)挖取20株板藍(lán)根全株，掛牌標(biāo)記，帶回實驗室測定根部化學(xué)成分含量。測定方法采用中國藥典[1]中的高效液相色譜法測定，試驗儀器采用Agilent 1260 高效液相色譜儀、Agilent 1100 高效液相色譜儀測定、Waters e2695 高效液相色譜儀、CP225D 十萬分之一電子天平、BT214D 萬分之一電子天平、SB25－12DTD超聲清洗器、錐形瓶、濾紙和漏斗等。

1.2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析法本研究采用灰色關(guān)聯(lián)度分析氣象條件對板藍(lán)根藥材化學(xué)成分的影響[18]?；疑到y(tǒng)理論是華中科技大學(xué)鄧聚龍教授于1982 年創(chuàng)立的一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新方法[19]?；疑P(guān)聯(lián)分析方法基于小樣本數(shù)據(jù)提出，數(shù)據(jù)不需要滿足典型的分布規(guī)律，通過求出被評價對象的指標(biāo)序列與參考序列之間的灰色關(guān)聯(lián)度，對時間序列動態(tài)指標(biāo)數(shù)據(jù)關(guān)系展開進(jìn)一步的量化比較分析，計算量較小，方法簡單可靠。其基本思想是通過確定參考數(shù)據(jù)列和若干個比較數(shù)據(jù)列的幾何形狀相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密，曲線越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小[20]?；疑P(guān)聯(lián)分析的具體步驟如下。

（1）確定分析數(shù)列。

確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列見公式(1)和影響系統(tǒng)行為的比較數(shù)列見公式(2)。

（2）變量的無量綱化。

采用公式(3)進(jìn)行無量綱化處理。

其中，k對應(yīng)時間段，i對應(yīng)比較數(shù)列中的一行（即一個特征），為對應(yīng)比較數(shù)列的平均值，Si為對應(yīng)比較數(shù)列的標(biāo)準(zhǔn)差。

（3）計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

按照公式(4)分別計算每個比較序列與參考序列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

式中，ζi(k)為關(guān)聯(lián)系數(shù)。ρ為分辨系數(shù)，取值區(qū)間為(0,1)。ρ越小，關(guān)聯(lián)系數(shù)間差異越大，區(qū)分能力越強(qiáng)。當(dāng)ρ≤0.5463時，分辨力最好，通常取ρ=0.5。

（4）計算關(guān)聯(lián)度。

因為關(guān)聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)列與參考數(shù)列在各個時刻（即曲線中的各點）的關(guān)聯(lián)程度值，所以它的數(shù)不止一個，而信息過于分散不便于進(jìn)行整體性比較。因此有必要將各個時刻（即曲線中的各點）的關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個值，即求其平均值，作為比較數(shù)列與參考數(shù)列間關(guān)聯(lián)程度的數(shù)量表示，即關(guān)聯(lián)度(r)，計算公式如式(5)。

1.2.3 偏最小二乘法偏最小二乘法(PLS)是一種新型的多元統(tǒng)計數(shù)據(jù)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個算法下，同時實現(xiàn)回歸建模、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡化以及兩組變量之間的相關(guān)性分析[22]。其基本模型見式(6)。

式中，Y是具有m個變量、n個樣本點的響應(yīng)矩陣，X是具有p個變量、n個樣本點的預(yù)測矩陣，B是回歸系數(shù)矩陣，E為噪音校正模型，與Y具有相同的維數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 采收期氣象條件

根據(jù)大慶站2021 年逐日氣溫、降水、相對濕度和日照資料，采用數(shù)理統(tǒng)計方法計算得出不同采收期前10 d氣象因子平均值見表1。

表1 不同采收期氣象因子10 d平均值

2.2 板藍(lán)根藥材化學(xué)成分含量

樣品采集時間及板藍(lán)根藥材化學(xué)成分含量測定結(jié)果見表2。

表2 樣品采集時間及板藍(lán)根藥材化學(xué)成分含量測定結(jié)果 %

2.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析

以板藍(lán)根藥材化學(xué)成分為因變量作為參考數(shù)列，以采收前10 d平均氣溫、平均最低氣溫、累積降水量、平均相對濕度和累積日照時數(shù)5個因子為自變量作為比較數(shù)列，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，求得板藍(lán)根藥材化學(xué)成分與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度矩陣，見表3。結(jié)果表明：從(R,S)-告依春含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r降水量＞r日照時數(shù)＞r相對濕度＞r最低氣溫＞r平均氣溫，對(R,S)-告依春含量影響最大的因子是降水量，關(guān)聯(lián)度為0.7670；從總核苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r日照時數(shù)＞r降水量＞r最低氣溫＞r平均氣溫＞r相對濕度，對總核苷含量影響最大的因子是日照時數(shù)，關(guān)聯(lián)度為0.6769；從尿苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r日照時數(shù)＞r最低氣溫＞r降水量＞r相對濕度＞r平均氣溫，對尿苷含量影響最大的因子是日照時數(shù)，關(guān)聯(lián)度為0.6557；從鳥苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r相對濕度＞r日照時數(shù)＞r最低氣溫＞r平均氣溫＞r降水量，對鳥苷含量影響最大的因子是相對濕度，關(guān)聯(lián)度為0.6585；從腺苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r平均氣溫＞r日照時數(shù)＞r最低氣溫＞r降水量＞r相對濕度，對腺苷含量影響最大的因子是平均氣溫，關(guān)聯(lián)度為0.7262；從腺嘌呤含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r日照時數(shù)＞r平均氣溫＞r最低氣溫＞r相對濕度＞r降水量，對腺嘌呤含量影響最大的因子是日照時數(shù)，關(guān)聯(lián)度為0.7226。

表3 板藍(lán)根藥材化學(xué)成分與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度矩陣

2.4 板藍(lán)根藥材化學(xué)成分與氣象因子的相關(guān)性分析

使用SPSS29 統(tǒng)計分析軟件對板藍(lán)根化學(xué)成分與氣象因子之間進(jìn)行相關(guān)性分析，得到各因子的相關(guān)系數(shù)見表4。從表4 中可以看出，(R,S)-告依春與降水量的相關(guān)系數(shù)為-0.850**，總核苷與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.677*，腺嘌呤與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.667*。結(jié)果表明(R,S)-告依春與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，總核苷、尿苷、鳥苷和腺嘌呤與降水量呈負(fù)相關(guān)，未到達(dá)顯著相關(guān)，腺苷與降水量呈正相關(guān)，未達(dá)到顯著相關(guān)；總核苷和腺嘌呤與日照時數(shù)呈顯著正相關(guān)，(R,S)-告依春、尿苷和鳥苷與日照時數(shù)呈正相關(guān)，未達(dá)到顯著相關(guān)，腺苷與日照時數(shù)呈負(fù)相關(guān)，未達(dá)到顯著相關(guān)；板藍(lán)根藥材6種化學(xué)成分與溫度和相對濕度未達(dá)到顯著相關(guān)。

表4 板藍(lán)根藥材化學(xué)成分與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

將不同采收期板藍(lán)根藥材化學(xué)成分含量和氣象因子變化曲線繪制在圖1中。從圖1a中可以看出，當(dāng)10 d平均氣溫＞10℃時，板藍(lán)根化學(xué)成分含量與溫度無顯著相關(guān)性；當(dāng)10 d平均氣溫降至10℃以下時，板藍(lán)根藥材5 種化學(xué)成分含量均呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)土壤溫度＜10℃時，菘藍(lán)停止生長，為了安全越冬，菘藍(lán)根系產(chǎn)生一系列復(fù)雜的生理生化活動，引起次生代謝物質(zhì)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移，使得板藍(lán)根化學(xué)成分含量開始下降[23-25]。當(dāng)10 d平均最低氣溫＜10℃，且10 d平均氣溫＞10℃時，(R,S)-告依春含量最高，總核苷、尿苷、鳥苷和腺苷含量相對較高，適宜采收。從圖1b中可以看出，當(dāng)采收期10 d累積降水量＞25 mm 時，(R,S)-告依春、尿苷、鳥苷和總核苷含量下降，其后當(dāng)10 d累積降水量＜25 mm時，隨著采收期延后，(R,S)-告依春、尿苷、鳥苷和總核苷含量逐漸增加。文獻(xiàn)[26]研究表明較高的土壤含水量（土壤含水量約為田間持水量的80%～90%）有利于菘藍(lán)中(R,S)-告依春積累，土壤含水量繼續(xù)增加(R,S)-告依春含量呈現(xiàn)輕微下降，文獻(xiàn)[27]認(rèn)為營養(yǎng)生長期和肉質(zhì)根生長期，輕中度水分虧缺有利于菘藍(lán)中(R,S)-告依春含量的積累，提高板藍(lán)根藥材品質(zhì)，均與本研究結(jié)果一致?？梢姰?dāng)10 d累積降水量＜25 mm時，適宜采收。從圖1c中可以看出，(R,S)-告依春、腺嘌呤、尿苷、鳥苷和總核苷含量與日照時數(shù)變化趨勢一致，呈正相關(guān)，表明出現(xiàn)連續(xù)多日的晴好天氣適宜采收。從圖1d中可見，(R,S)-告依春和總核苷與采收期相對濕度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性不顯著。

圖1 不同采收期板藍(lán)根化學(xué)成分含量及氣象因子變化曲線

綜上所述，從灰色關(guān)聯(lián)度分析和相關(guān)性分析結(jié)果可以得出日照時數(shù)和降水量是影響板藍(lán)根藥材化學(xué)成分含量的重要因子，采收期前10 d 累積降水量＜25 mm、10 d 累積日照時數(shù)越長，(R,S)-告依春、總核苷、鳥苷、尿苷和腺嘌呤的含量越多。

2.5 采收期表告依春含量的氣象因子多元回歸方程

采用逐步回歸和PLS 回歸方法，從9 個氣象因子中初步篩選出10 d 累積降水量、10 d 累積日照時數(shù)、10 d 平均相對濕度、10 d 平均氣溫和10 d 平均最低氣溫5 個氣象因子與板藍(lán)根藥材中(R,S)-告依春含量密切相關(guān)，根據(jù)相關(guān)性、顯著性、具有明顯生物學(xué)意義3個原則，設(shè)定溫度條件滿足10 d 平均最低氣溫＜10℃，且10 d平均氣溫＞10℃情況下，進(jìn)一步優(yōu)化選出的降水量、日照時數(shù)和相對濕度3個氣象因子，進(jìn)行多元回歸分析，得到多元回歸方程見式(7)。

式中，Y1為(R,S)-告依春含量，X1為采收前10 d 累積降水量，X2為采收前10 d累積日照時數(shù)，X3為采收前10 d平均相對濕度。X1所占權(quán)重為0.381，X2所占權(quán)重為0.348，X3所占權(quán)重為0.198，合計0.917。

由式(7)可見，采收期(R,S)-告依春含量與降水量和相對濕度呈負(fù)相關(guān)，與日照時數(shù)呈正相關(guān)，降水量所占權(quán)重最大，同上文分析結(jié)果一致。

3 結(jié)論與討論

（1）研究不同采收期板藍(lán)根化學(xué)成分與氣象因子之間灰色關(guān)聯(lián)度和相關(guān)性，結(jié)果表明采收期日照時數(shù)和降水量是影響板藍(lán)根藥材化學(xué)成分含量的重要因子。當(dāng)10 d 平均最低氣溫＜10℃，且10 d 平均氣溫＞10℃時，(R,S)-告依春含量最高，總核苷、尿苷、鳥苷和腺苷含量相對較高，適宜采收。采收期前10 d累積降水量＜25 mm、10 d 累積日照時數(shù)越長，(R,S)-告依春、總核苷、鳥苷、尿苷和腺嘌呤的含量越多，表明連續(xù)多日晴好天氣適宜采收。

（2）采用逐步回歸和PLS 回歸方法，設(shè)定當(dāng)滿足10 d平均最低氣溫＜10℃，且10 d平均氣溫＞10℃時，選取降水量、日照時數(shù)、相對濕度3 個氣象因子，進(jìn)行多元回歸分析，得出采收期(R,S)-告依春含量的氣象因子多元回歸方程。

（3）由于條件限制，本研究使用的板藍(lán)根化學(xué)成分試驗數(shù)據(jù)樣本較少，有待于積累長序列的試驗數(shù)據(jù)，深入研究不同采收期板藍(lán)根化學(xué)成分與氣象因子之間的相關(guān)性。