黃芩采收規(guī)律及其數(shù)學模型的研究.pdf

1、中藥材質(zhì)量好壞直接決定中藥飲片和中成藥的藥效和臨床療效。如何確定中藥材的適宜采收期以獲取優(yōu)質(zhì)藥材,一直是人們關注的焦點。黃芩(Scutellariabaicalensis Georgi.)是唇形科植物,其干燥根為我國常用中藥材。本文以黃芩作為研究對象,分別對北京延慶、山東莒縣和吉林長春三個產(chǎn)地的黃芩,按不同物候期進行采樣,分析其外觀和內(nèi)在品質(zhì)的動態(tài)變化規(guī)律,從而確定黃芩的最佳采收期。同時本文還對黃芩各物候期的田間土壤和相關氣候因子進行調(diào)

2、查,并采用通徑分析的方法,篩選出對黃芩產(chǎn)量和質(zhì)量的主導影響因子。在此基礎上,進一步采用matlab軟件中Lars算法,建立了基于環(huán)境效應的黃芩根3種有效成分總量預測模型,以期為田間生產(chǎn)確定黃芩最佳采收期提供指導,并為根類中藥材采收研究提供新的思路和方法。主要研究結(jié)果如下:
　　 1黃芩根產(chǎn)量變化規(guī)律的研究
　　 不同生長年限的黃芩,其根重和根直徑在果實成熟期之前均增加緩慢；進入果實成熟期,兩者均大幅增加,并在枯黃期達到最

3、大值。不同生長年限的黃芩相比,在其生長發(fā)育的第一年和第二年,根重呈急劇上升趨勢,到第三年增長速率顯著減慢；而且隨著生長年限的增加,黃芩根皮顏色加深,縱皺紋明顯,有易剝落的栓皮,并開始出現(xiàn)枯心。上述三產(chǎn)地黃芩根重和根直徑的變化趨勢基本一致。
　　 2黃芩化學成分變化規(guī)律的研究
　　 本文采用高效液相色譜儀(HPLC)和超高效液相色譜儀(UPLC)分別建立了黃芩不同部位的指紋圖譜和含量測定方法。
　　 研究發(fā)現(xiàn)黃芩根

4、中主要化學成分與莖、葉和花果存在明顯差異,根中成分主要是黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素和千層紙素等,其它部位中主要成分則為野黃芩苷和黃芩苷。不同物候期的黃芩根指紋圖譜相似度均在0.9以上,說明在不同物候期黃芩根中化學成分種類很相似,但各化學成分含量存在不同程度的差異。進一步比較分析其指紋圖譜中9個共有峰所代表成分含量的變化,發(fā)現(xiàn)黃芩苷、漢黃芩苷等苷類成分以及一些極性較大的成分在展葉期或果實成熟期含量最大；黃芩素、漢黃芩素和千層紙素等

5、苷元類成分含量多在花期最高。黃芩莖、葉和花果指紋圖譜在不同物候期變化較大,化學成分在種類和含量上均發(fā)生改變,變化程度以花最顯著,莖次之,葉最小。然而在相同物候期黃芩莖、葉和花果中化學成分比較相似,僅在含量上有差異。
　　 結(jié)果顯示在展葉期,不同產(chǎn)地黃芩根中黃芩苷含量均達到峰值,且北京延慶在果實成熟期還出現(xiàn)了第二個峰值；3種有效成分總量均在枯黃期達到最大值,其中吉林長春增加幅度較小。其中,3種有效成分總量計算公式為黃芩根重×(黃芩

6、苷含量+黃芩素含量+漢黃芩素含量)。在展葉期不同產(chǎn)地黃芩莖和葉中野黃芩苷含量較高,而黃芩苷含量變化沒有規(guī)律。不同產(chǎn)地花果中野黃芩苷和黃芩苷一般在顯蕾期和始花期含量較高。文獻報道野黃芩苷具有降血脂、抗氧化等作用,以上研究結(jié)果顯示黃芩莖葉二者含量較高,因此將黃芩莖葉入藥,可以有效地利用藥用資源。
　　 3黃芩生物量和營養(yǎng)元素的分配規(guī)律的研究
　　 研究發(fā)現(xiàn)在不同物候期北京延慶黃芩不同器官生物量及其所含氮鈣、鎂、磷和鉀等礦質(zhì)元

7、素分配情況存在顯著變化。在展葉期和枯黃期黃芩根生物量最大,該時期正好是根中黃芩苷含量和3種有效成分總量出現(xiàn)峰值的時期；在展葉期或果實成熟期根中上述元素比例最大,這與根中黃芩苷含量達到峰值的時間較一致。
　　 4黃芩關鍵物候期的氣候特點及其適宜采收期確定
　　 植物物候現(xiàn)象是過去和現(xiàn)在各種環(huán)境因素的綜合反映,研究發(fā)現(xiàn)隨著全球氣候的變暖,植物春季物候期提前,秋季物候期推遲,生長季延長。因此本文采用物候期來劃分中藥材采收期較過

8、去的月份或季節(jié)較為科學。研究發(fā)現(xiàn)展葉期和枯黃期是黃芩根中次生代謝產(chǎn)物形成和積累的關鍵時期,根中黃芩苷含量的變化與展葉期有較強的相關性,根中黃芩苷和3種有效成分總量的變化與枯黃期有較強的相關性。因此對上述產(chǎn)地氣候數(shù)據(jù)進行分析,總結(jié)出黃芩展葉期的氣候特點:日最高氣溫>20℃的時間(天)占展葉期比例在90％以上。枯黃期的氣候特點:平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫和有效積溫(>10℃)的變化基本呈下降趨勢；平均氣溫>15℃和日最高氣溫>25℃的

9、時間(天)占枯黃期比例在20％以下。
　　 中藥材采收期的確定應綜合考慮藥材產(chǎn)量和化學成分含量,因此本文選擇黃芩根中3種有效成分總量作為確定黃芩采收期的評價指標。研究發(fā)現(xiàn)在黃芩生長第三年的枯黃期,根中3種有效成分總量最高,但考慮到在其第二年的枯黃期時,根中3種有效成分總量已達到第三年枯黃期總量的80％左右,并且根部在第三年開始出現(xiàn)枯心,故選擇黃芩的最佳采收期是第二年的枯黃期。
　　 5影響黃芩3種有效成分總量的氣候和土壤

10、因子的篩選
　　 通徑分析和相關分析結(jié)果表明日最高氣溫、日最低氣溫、日較差、日照時數(shù)和>10有效積溫是影響黃芩根中3種有效成分總量的重要氣候因子；有效磷和土壤水分是影響根中3種有效成分總量的重要土壤因子。
　　 6基于環(huán)境效應的黃芩根3種有效成分總量預測模型的建立與驗證
　　 采用山東莒縣和吉林長春的田間試驗數(shù)據(jù)建立模型,以黃芩根中3種有效成分總量為因變量,把通徑分析和相關分析篩選出的重要氣候和土壤因子作為自變量

11、,采用matlab軟件中Lars算法建立基于環(huán)境效應的黃芩根3種有效成分總量預測模型,如下
　　 Y=-0.24429×X2-1.7513×X4+4.7647×X7-5.066×X9+1.929×X2×X4-0.93945×(X)
　　 Y-嚴黃芩根中3種有效成分總量、X2-日最高氣溫、X4-日較差、X7-日照時數(shù)、X9->10有效積溫
　　 利用北京延慶的田間試驗數(shù)據(jù)對模型進行驗證,預測的回歸估計標準誤差(RM