林下山參外形性狀和生長年限的相關(guān)性研究

張龔敏，張紅梅，黃 清，陳 干，董志穎，鄭昌武，徐宏喜

（上海中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，上海 201203）

人參PanaxginsengC.A.Mey.為五加科人參屬多年生草本植物，常見人參有園參、趴貨、林下山參、野山參等種類［1］，具有大補(bǔ)元?dú)?、?fù)脈固脫、補(bǔ)脾益肺、生津養(yǎng)血、安神益智等功效［2-3］，還具有抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞等藥理作用［4-6］，臨床用于糖尿病、高血壓、病毒性肝炎等輔助治療［7-11］。常見市售人參多為園參，為人工栽培、園地生長； 林下山參為人工撒種在野生環(huán)境中生長所成。由于真正的野生人參資源極其稀少，林下山參漸漸占據(jù)市場，為大家所熟知［12］。2015 年版《GB/T18765-2015 野山參鑒定及分等質(zhì)量》 （以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》 ） 對野山參定義為“播種后，自然生長于深山密林15 年以上的人參”［13］，由于具有野山參的性狀特點(diǎn)，價格呈逐年升高的趨勢［14］。因此，林下山參的年限鑒定在規(guī)范交易市場的作用中顯得尤為重要。從傳統(tǒng)鑒定標(biāo)準(zhǔn)里關(guān)于野生山參的“五形” （蘆、體、皮、紋、須）、“六體” （靈、笨、老、嫩、橫、順） 的描述及口傳心授的歌訣中，總結(jié)野山參的特點(diǎn)為蘆，三節(jié)蘆，圓蘆、堆花蘆和馬牙蘆，圓蘆最顯著； 艼，棗核艼，自然下垂； 體，橫靈體或者疙瘩體，也有順體、過梁體； 紋，均勻，凹陷，清晰； 皮，緊皮細(xì)紋和皮老紋深； 須，細(xì)長自然，清疏不亂，柔韌不斷，珍珠點(diǎn)明顯［15-16］。

“林下山參” 的鑒定雖然可以參考“野山參” 的標(biāo)準(zhǔn)，但2020 年版《中國藥典》 及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對林下山參的外觀形態(tài)特點(diǎn)沒有系統(tǒng)闡述。本實(shí)驗(yàn)參考傳統(tǒng)“五形” 理論，觀察15 年以上的林下山參性狀特點(diǎn)，總結(jié)其符合野山參的性狀特點(diǎn)，分析林下山參“野化” 的種植標(biāo)準(zhǔn)［17］； 同時對1～21 年逐年生長的林下山參樣本進(jìn)行測量，采用游標(biāo)卡尺和測量直尺分別對人參的蘆、主根、整體植株的長度、質(zhì)量進(jìn)行測量、記錄和數(shù)據(jù)分析，在不破壞整株植株的前提下，探討林下山參年限和傳統(tǒng)“五形” 特征的規(guī)律性關(guān)系，分析外形性狀參數(shù)在林下山參的年限鑒定中的作用，并利用主成分分析法（PCA） 確定和年限相關(guān)度較高的變量。

1 材料

1.1 儀器 BS124S 電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）； SYNTEK 電子數(shù)顯卡尺 （上海精天電子儀器有限公司）。

1.2 藥材 林下山參共221 株，由上海雷允上藥業(yè)野山參基地提供，生長年限為1 ～21 年，每株樣本均按照實(shí)際年份采摘。藥材樣本經(jīng)上海中醫(yī)藥大學(xué)生藥學(xué)教研室張紅梅副教授鑒定為五加科人參PanaxginsengC.A.Mey.的干燥根及根莖，保存于上海中醫(yī)藥大學(xué)科技創(chuàng)新中心。樣本信息見表1，以“年限-株數(shù)” 編號，如1 年生第1 株樣本編號為1-01，以此類推。

表1 1～21 年人參樣本信息

2 方法與結(jié)果

2.1 林下山參“野化” 特征觀察 參考傳統(tǒng)“五形” 學(xué)說及“辨狀論質(zhì)” 中對于野山參的 “蘆、艼、體、紋、須” 等5 個方面進(jìn)行觀察，并對其特征進(jìn)行分類。

2.2 林下山參外形性狀拍照、測量、數(shù)據(jù)整理 使用測量尺以及電子數(shù)顯卡尺測量每個年限每株樣本的總長、蘆長、蘆徑、主根長、主根直徑數(shù)據(jù)，用電子天平稱取每株植株的質(zhì)量。以上每個數(shù)值測量3 次取平均值作為形態(tài)特征值。根據(jù)測量逐年生人參的特征值，分析各參數(shù)和年限的相關(guān)性。

2.3 林下山參的“野” 參性狀 《標(biāo)準(zhǔn)》 中定義生長15年以上的林下山參可以作為“野山參”，此時林下山參逐漸“野化”，具有“野生人參” 特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)對15 年以上人參外形性狀特點(diǎn)觀察歸納見圖1。蘆頭的性狀呈多樣化，分別為圓蘆、堆花蘆及蘆碗排布較密的馬牙蘆，其中以二節(jié)蘆較為多見（圓蘆結(jié)合堆花蘆），三節(jié)蘆基本未見（圖1A）。艼則以順長艼、毛毛艼的較常見，偶見類似代表野生人參的“棗核艼”，但非典型樣（圖1B）。主根部分的橫靈體在樣本中較為少見，笨體、順體居多，橫體有過梁體和跨海體的形狀（圖1C）。樣本中林下山參的紋路隨著年限的增加逐漸加深。橫線紋大多集中在肩部，少部分林下山參具有鐵線紋，且表皮粗糙、凹凸不平或帶有粗皮，但“抽溝” 現(xiàn)象不明顯（圖1D）。林下山參的須指主根和支根上漸細(xì)的呈須狀的根，隨著年限的增加，15 年以上的人參須呈明顯增多、加長的趨勢。由于生曬參失水嚴(yán)重，須部較為脆弱，轉(zhuǎn)移過程容易折斷，部分樣本中的人參細(xì)須較為稀少，在15 年以下的樣本人參須上可見 “珍珠點(diǎn)”，但在近20 年及20 年以上的樣本中可見更加明顯的“珍珠點(diǎn)” （圖1E）。15 年以上樣本人參以棕黃色為主要色調(diào)，皮老紋深的特點(diǎn)和野生人參較為相近。通過對比15 ～21 年的人參的樣本特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)15 年以上可被稱為“野山參” 的人參主根、蘆長等方面差異較小，不似未滿15 年的林下山參呈現(xiàn)規(guī)律性的生長趨勢。

圖1 15 年以上具備“野生” 特性山參外形性狀特點(diǎn)

2.4 林下山參的生長趨勢變化特征 林下山參由于生長年限較長，市售林下山參多為10 ～15 年及以上年份的植株［18-19］。本實(shí)驗(yàn)采用逐年生樣本對比觀察的方法，總結(jié)出性狀變化趨勢特點(diǎn)。通過觀察，整體上1 ～21 年逐年生林下山參蘆長、總長、主根長、蘆徑呈現(xiàn)比較明顯的增長增粗的趨勢，“皮老紋深” 的現(xiàn)象逐步呈現(xiàn)，見圖2。

從趨勢變化可將人參樣本分成3 個階段，見表2。6 年以下，特別是3 年以下的林下山參未見明顯的蘆頭，5 ～6年開始逐步具有人參的“五形” 特點(diǎn)，1～6 年可以作為林下山參的“成形期”。6～15 年的林下山參還不具備“野生人參” 的特點(diǎn)，蘆和主根的生長進(jìn)入了緩慢變化的發(fā)展階段，10～15 年以上人參逐漸開始出現(xiàn)二節(jié)蘆特點(diǎn)。15 ～21年蘆長繼續(xù)增長，多以二節(jié)蘆為主，較少見三節(jié)蘆。6 年以下的林下山參極少有艼的出現(xiàn)，6 年以上的樣本具備艼的結(jié)構(gòu)完整性。其中以順長艼為主，棗核艼等野生山參特有的艼在本批樣本中較少出現(xiàn)。6 年以下的林下山參，特別是1～2 年的參苗通體發(fā)白； 3 ～6 年林下山參，表面顏色從白色到牙白色； 6 年以上的林下山參則從淡黃色逐步加深到黃色，并伴隨淺橫紋的出現(xiàn)； 15 年以上的林下山參表面顏色則基本為棕黃色。

表2 林下山參外形性狀測量均值結(jié)果

2.5 林下山參外形性狀和年限相關(guān)性及PCA 分析

2.5.1 相關(guān)性分析 為進(jìn)一步揭示林下山參外形性狀特征和生長年限之間的相關(guān)性，對收集的221 份林下山參樣本按照質(zhì)量、總長、蘆長、蘆徑、主根長和主根徑6 個可量化指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總分析，其中總長為自然垂直狀態(tài)下從蘆頭到須最長處的樣本全長。測量數(shù)據(jù)計算結(jié)果見表3。其中一年生林下山參還未有蘆頭，故沒有數(shù)據(jù)。

表3 不同年限林下山參外形性狀參數(shù)（±s）

表3 不同年限林下山參外形性狀參數(shù)（±s）

年限質(zhì)量/g總長/mm蘆長/mm蘆徑/mm主根長/mm主根徑/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

分別以年限為橫坐標(biāo)（X）、6 組可量化指標(biāo)為縱坐標(biāo)（Y） 進(jìn)行回歸，考察每組參數(shù)和年限之間的線性關(guān)系，分析數(shù)據(jù)，結(jié)果見圖3。隨著年限的增加，林下山參的質(zhì)量在1～10 年中逐年增加，10 年之后質(zhì)量變化跨度變大（圖3A），回歸方程Y＝0.551 4X－1.318 4 （r＝0.774 0）。3 年及以上的林下山參，總長有明顯增加的趨勢，總長和生長年限呈現(xiàn)良好的正相關(guān)性（圖3B），回歸方程Y＝12.07X＋83.969 （r＝0.932 0）。一年生林下山參還處于嫩芽階段，未見蘆頭； 2 年以上的林下山參，蘆長的增加趨勢明顯，并和年限呈良好的正相關(guān)（圖3C），回歸方程Y＝2.633 4X－1.174 9 （r＝0.982 3）。3 年以上的林下山參，蘆徑的變化和擬合后的標(biāo)準(zhǔn)曲線差異較大 （圖3D），回歸方程Y＝0.320 8X＋1.172 6 （r＝0.916 1）。主根長度在前三年增長快速，3 年后主根長度基本保持不變，后期林下山參的生長主要為支根和須根（圖3E），回歸方程Y＝0.606 2X＋28.71 6（r＝0.360 7）。隨著年限的增長，林下山參的主根直徑逐年變粗（圖3F），回歸方程Y＝0.579 2X＋3.905 2 （r＝0.860 3）。結(jié)果表明，蘆的長度和年限呈正相關(guān)，擬合直線最為標(biāo)準(zhǔn)，由此可見，除了傳統(tǒng)數(shù)蘆碗的方法外，按照蘆頭的長度來判斷林下山參的年限也具有一定的科學(xué)依據(jù)。蘆徑和總長亦與年限相關(guān)度較高，可納入年限等級評估中。林下山參的質(zhì)量和年限的線性關(guān)系規(guī)律不強(qiáng)，特別是10 年之后的人參，可能與人參10 年后生長緩慢有關(guān)。

圖3 林下山參外形性狀和年限的關(guān)系

2.5.2 PCA 分析 對收集的221 份林下山參樣本質(zhì)量、總長、蘆長、蘆徑、主根長和主根徑六個變量進(jìn)行主成分因子分析，其相關(guān)性矩陣見表4。

KMO 的值為0.714，見表5，數(shù)值大于0.7 適合進(jìn)行因子分析，巴特利球形度檢驗(yàn)顯著性P＝0＜0.05，依據(jù)目前6個變量因子進(jìn)行主成分分析。按照分析步驟，獲得各個公因子的總方差解釋表，見表6，碎石圖（圖4） 顯示可提取3 個因子進(jìn)行分析。

圖4 碎石圖

表5 KMO 和巴特利檢驗(yàn)

表6 總方差解釋

本實(shí)驗(yàn)為獲取和生長年限相關(guān)的多維變量，取特征值K＝3，旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣如表7 所示?？梢钥闯觯c林下山參年限相關(guān)的變量中，蘆長、總長在第1 個主成分因子上的分?jǐn)?shù)較高，質(zhì)量和蘆徑在第2、3 個主成分因子上分?jǐn)?shù)較高，可以作為除蘆頭特征外的年限輔助評價指標(biāo)。

表7 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣a

3 討論

本實(shí)驗(yàn)通過收集1～21 年整株林下山參樣本221 株，在不破壞植株完整性的前提下，參考傳統(tǒng)的“五形” 性狀和2015 年版的《標(biāo)準(zhǔn)》 將15 年以上林下山參定義為“野山參” 的規(guī)范，對15 年以上的林下山參“野生” 特征進(jìn)行觀察總結(jié)，發(fā)現(xiàn)15～21 年間的林下山參多以二節(jié)蘆為主，三節(jié)蘆較為少見，《標(biāo)準(zhǔn)》 中可以補(bǔ)充低參齡（15 ～21 年）的野山參以二節(jié)蘆為主的特點(diǎn)。《標(biāo)準(zhǔn)》 中對于15 年以上生曬林下山參即“野山參” 艼的特征描述以“棗核艼”“蒜瓣艼” “毛毛艼” “順長艼” 為主，本實(shí)驗(yàn)顯示低參齡的“野山參” 的艼部以“順長艼” “毛毛艼” 為主。其他2種形態(tài)在低參齡林下山參中比較少見，此特征亦可以作為15～21 年參齡的補(bǔ)充說明。

本實(shí)驗(yàn)對1～21 年生長的多株林下山參樣本進(jìn)行整理收集，測量每個年限樣本的總長、蘆長、蘆徑、主根長、主根直徑以及質(zhì)量，分析此6 個變量和年限的相關(guān)性。蘆長、蘆徑、總長、質(zhì)量和年限均呈正相關(guān)，其中，蘆長和年限的擬合直線最標(biāo)準(zhǔn)，顯示蘆長是林下山參年限判斷中的最主要變量，傳統(tǒng)中藥師們將蘆頭性狀和蘆碗數(shù)量作為鑒定野山參年限的首選要素具有一定的科學(xué)依據(jù)。除蘆長外，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)在林下山參年限判定中納入蘆徑以及總長進(jìn)行輔助判斷，可增加年限鑒定結(jié)果的可信度。本實(shí)驗(yàn)同時采用統(tǒng)計學(xué)中的主成分分析法對林下山參的“質(zhì)量、總長、蘆長、蘆徑、主根長、主根徑” 進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)蘆長、總長在第1 個主成分因子上的分?jǐn)?shù)較高，質(zhì)量和蘆徑在第2、3 個主成分因子上分?jǐn)?shù)較高，可以作為傳統(tǒng)“辨狀論質(zhì)” 之外的量化評價指標(biāo)，增加了傳統(tǒng)方法判斷林下山參年限等級的多參數(shù)評估依據(jù)。在方法良多的形態(tài)學(xué)、光譜學(xué)、成分分析方法、代謝組學(xué)等方法學(xué)之外，本實(shí)驗(yàn)建立了不破壞珍貴樣本、通過外形性狀量化指標(biāo)而對年限等級進(jìn)行鑒定和評估的方法學(xué)基礎(chǔ)［20-23］。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基于中國東北桓仁生產(chǎn)基地221 株林下山參開展，但數(shù)量有限，后續(xù)可收集更多產(chǎn)地、更多數(shù)量的林下山參樣本，擴(kuò)大數(shù)據(jù)以進(jìn)行結(jié)果對照驗(yàn)證。