不同产区太子参氨基酸含量测定及多元统计分析

安 坤，何 静，万忠民，邵华武，阳小成，焦 威*

1成都理工大学材料与化学化工学院，成都 610059;2中国科学院成都生物研究所，成都 610041

不同产区太子参氨基酸含量测定及多元统计分析

安 坤1，2，何 静1，2，万忠民1，2，邵华武2，阳小成1*，焦 威2*

1成都理工大学材料与化学化工学院，成都 610059;2中国科学院成都生物研究所，成都 610041

本文采用高速氨基酸自动分析仪对太子参四大种植主产区(安徽、江苏、福建、贵州)的栽培品及河南的野生品，共13个批次太子参药材的氨基酸组成和含量进行测定。结果显示氨基酸含量基本顺序为:精氨酸(Arg)＞谷氨酸(Glu)＞天冬氨酸(Asp)＞脯氨酸(Pro)，其中安徽宣城产太子参样品(S2)的16种氨基酸总含量和7种人体必需氨基酸含量最高。以上述4种主要氨基酸作为指标，探讨了不同产区太子参药材的内在品质。采用聚类分析法对氨基酸含量进行多元统计分析，表明氨基酸含量分析可体现样品产区间和产区内的差异性，可区别野生品与栽培品。这些结果为发展太子参道地药材的质量标准控制提供了依据。

太子参;氨基酸;聚类分析

太子参为传统清补中药，别名孩儿参、童参、四叶参、米参等，系石竹科植物孩儿参(Pseudostellaria heterophylla(Miq.)Pax)的干燥块根，具有益气健脾、生津润肺等功效。临床用于脾虚体倦、食欲不振、病后虚弱、气阴不足、自汗口渴、肺燥干咳等症状［1］。在我国，太子参分布于华东、华中、华北、东北和西北等地。现市售太子参主要来自于安徽、江苏、福建、贵州四大种植基地。研究表明，太子参中含有环肽、氨基酸、多糖等化学成分［2］。其中，太子参富含的氨基酸是太子参滋补功能的重要药用成分，与它的补益功效有着非常密切的关系［3］。因此太子参氨基酸的组成及其含量应作为太子参质量标准控制的一个重要指标。但是，在药典中并未提及氨基酸含量测定及其分析标准。

国内对太子参的氨基酸含量测定曾有一些报道。余国奠等从南京紫金山野生太子参中检测出14种氨基酸［4］。钟方晓对山东产区栽培与野生太子参样品的研究表明，各样品的总氨基酸含量差异不大［5］。李仕海等对江苏溧阳栽培品和南京紫金山野生品进行分析，江苏产太子参总氨基酸含量较高［6］。张丽丽等人对比贵州和福建的栽培太子参，总氨基酸含量和人体必需氨基酸总量，前者均高于后者［7］。陈体强等对福建柘荣太子参氨基酸成分进行了检测，结果发现精氨酸含量较高［8］。但是，这些研究的样品收集并不全面，或仅局限于单一产区、单一样品的对比和分析，也并未涉及产区内太子参氨基酸组成及含量的差异性。另外，以氨基酸总含量高低作为分析指标，忽略了重要氨基酸成分及影响因素，无法全面地评价太子参质量优劣。本文对采自四大产区及河南的不同批次太子参氨基酸进行含量测定，分析其作为质量评价标准的内在联系。通过氨基酸含量的比较，以相对含量为指标，采用最短距离法进行聚类，对其内在品质进行探讨，为发展太子参地道药材的质量标准控制提供科学依据。

1 实验部分

1.1 仪器和材料

日立L8800全自动高速氨基酸分析仪(日本日立公司)，化学试剂均为分析纯。

药材样品经李芳兰副研究员鉴定，药材标本保存于中国科学院成都生物研究所。样品来源见表1。

表1 太子参样品来源Table 1 The producing area and batch ofP.heterophylla

1.2 太子参氨基酸含量测定

1.2.1 样品制备

将太子参样品粉碎，过80目筛，于60°C干燥至恒重，参照GB/T18246-2000进行常规酸水解处理。精密称取样品粗粉约100 mg，加6 mol/L盐酸溶液10 mL，充入氮气，迅速封口，在110°C水解24 h，过滤，浓缩，加0.02 mol/L HCl溶解并定容至50 mL容量瓶，即得待测样品溶液。

1.2.2 测试条件

HITACH IL-8800型全自动高速氨基酸分析仪，Window NT操作系统，分析时间为30 min。色谱柱3 μm×4.6 mm×60 mm，pH 2.2柠檬酸缓冲液流量0.4 mL/min，茚三酮流量0.3 mL/min，样品进样量为20 μL。氨基酸标准品均为进口分析纯品(日立公司);缓冲液及茚三酮溶液以0.45 μm微孔滤膜过滤。

1.3 分析方法

聚类分析(Cluster Analysis)是研究“物以类聚”的数理统计法，特别适用于样品类别归属不清楚的情况。系统聚类是目前应用较为广泛的一种聚类方法，它是将一批样品或变量，按照它们在性质上的亲疏程度分类。基本思想是首先定义个体间的距离，把个体逐步地合并成一些子集，直至整个总体在一个集合之内为止。距离越近，说明样本间的差异性越小，反之，距离越远，说明样本间的差异性越大。设有n个样品，每个样品测定m种元素，这样可得到一个由宏量和微量元素数据组成的n行m列的矩阵，该矩阵反映了这些样品在宏量与微量元素含量及分布上的差异，聚类分析最终使同类样品相聚集，不同类样品相分离开［9］。

测定不同产区、不同批次太子参样品氨基酸含量，以相对含量为指标，在聚类方法上采用最近邻元素，欧氏距离测量，用R进行系统聚类分析，绘出树状图。

2 结果与分析

2.1 太子参氨基酸组成与含量

不同产区、不同批次太子参样品的氨基酸种类和含量测定结果见表2。太子参样品氨基酸色谱图见图1。从表2和图1中可看出:各样品均含有16种氨基酸，总氨基酸含量及人体必需氨基酸含量具有显著的差异性。

表2 太子参样品氨基酸组成及含量Table 2 The composition and contents of amino acids inP.heterophyllasamples

图1 太子参样品氨基酸色谱图Fig.1 Chromatogram of amino acids in P.heterophylla samples

2.2 太子参氨基酸分析比较

由表2可以得出:

2.2.1 从不同产区、不同批次太子参样品中分别检测出16种重要氨基酸。其中，人体必需氨基酸7种，即异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸。婴儿必需氨基酸酸2种，即精氨酸、组氨酸，与文献报道的太子参氨基酸组成一致。由于色氨酸在酸性条件下易分解，因此本实验不考虑色氨酸含量。

2.2.2 对13个批次太子参总氨基酸含量进行分析比较:安徽宣城产太子参 S2所含总氨基酸含量最高，其含量大小排列顺序为 S2、S10、S3、S12、S8、S5、S11、S7、S9、S1、S13、S4、S6。

2.2.3 对13个批次太子参人体必需氨基酸含量进行分析比较:安徽宣城产太子参 S2的人体必需氨基酸含量最高，其含量大小排列顺序为 S2、S3、S10、S5、S8、S12、S11、S7、S1、S9、S13、S4、S6。

2.2.4 所测定批次大部分太子参样品氨基酸组成以精氨酸含量最高，其次是谷氨酸，第三是天冬氨酸，第四是脯氨酸。

2.2.5 精氨酸对提高机体免疫功能、改善氮平衡及促进胰岛素等多种激素分泌起重要作用。临床上精氨酸用于治疗肝昏迷［3］。其含量大小排列顺序为S2、S10、S12、S8、S5、S1、S7、S13、S11、S9、S4、S6。

2.2.6 谷氨酸可增强大脑功能，缓解疲劳，同时具有改进和维护大脑机能的功效。其含量大小排列顺序为 S2、S10、S12、S8、S3、S5、S11、S1、S9、S7、S13、S4、S6。2.2.7 天冬氨酸对高氨血症、肝功能障碍、贫血等有良好的效果。其含量大小排列顺序为 S2、S10、S3、S5、S8、S12、S1、S11、S7、S9、S13、S4、S6。

2.2.8 脯氨酸有助于伤口愈合，在结构上与血红蛋白有密切关联。其含量大小排列顺序为 S2、S3、S5、S10、S8、S12、S11、S7、S1、S9、S4、S13、S6。

2.3 氨基酸聚类分析

由图2的聚类树状图可见:不同产区的12个批次太子参样品可聚为一类，S8与以上12个太子参样品在聚类分析上相距较远，单独为一类。河南产区太子参S8为野生品，其余为栽培品，栽培及野生太子参相对氨基酸含量的区别在聚类分析中得到体现。

栽培太子参样品经聚类分析后可分为如下三类:(1)S1、S7、S13、S5、S3、S4、S11、S9、S6为一类，其中S1、S13为福建产太子参，S5、S6、S7为贵州施秉产太子参，S4、S3、S11为安徽宣城产太子参，S9为江苏溧阳产太子参;(2)S10、S12为一类，属于江苏句容产区太子参;(3)S2自成一类，为安徽宣城产太子参。聚类结果可将不同产区以及同一产区的不同样品区分开，体现了产区间和产区内样品的差异性。

图2 太子参样品聚类树状图Fig.2 Clustering dendrogram of P.heterophylla samples

3 讨论

3.1 本文定量测定了13个批次太子参药材的氨基酸组成和含量，与文献报道基本一致。其中，安徽宣城产太子参样品S2的总氨基酸和人体必需氨基酸含量最高，分别为130.66 mg/g和37.036 mg/g，贵州施秉产太子参样品S6的总氨基酸含量和人体必需氨基酸含量最低，分别为60.586 mg/g和21.111 mg/g。另外，氨基酸含量基本顺序为:精氨酸＞谷氨酸＞天冬氨酸 ＞脯氨酸。仅S6和S11的天冬氨酸、脯氨酸含量排列次序有所不同，这主要是由于引种来源、栽培技术等因素造成的，但总体趋向相同，这一规律呈现一定特征性(见表2)。

3.2 本文通过以氨基酸相对含量为指标，通过聚类分析鉴别了野生品和栽培品(见图2)。从聚类树状图可以直观地看出，河南产野生太子参样品 S8与其他栽培样品在聚类距离上相距较远。

聚类分析体现了同一产区样品间相似性和不同产区样品的差异性(见图2)。来源于相同产区样品，S1和S13;S4和S11均相近聚类。而不同产区之间，聚类结果较远。贵州省牛大场的太子参品种是90年代初从福建柘荣引种的，二者亲缘关系较近，这一特点在S5、S7、S13的聚类结果中得到体现。

聚类分析也体现了同一产区内不同样品间的差异性(见图2)。在产区内，引种来源相近，药材的主要成分含量往往类似。但是由于种植条件以及引种后期的变化，产生一定差异性，但直观较难判别。在我们的分析结果中，产区内样品的关系与种植区域远近相关。S9、S10和S12都采自江苏产区，S10和S12来源于句容市，S9来源于溧阳市，这与聚类结果中S10和S12聚为一类，S9聚类相距较远一致。同理，S5、S6、S7的聚类结果也体现了大产区样品差异和种植区域远近的关系。安徽产区与山东、江苏两大传统种植区域交界，引种来源较为复杂。而且，农户种植的分散程度高，样品采集多来自于分散农户，栽培条件多样，不同于其他产区的大片规范种植区。这些特点是安徽宣城产太子参样品(S2、S3、S4、S11)总氨基酸、人体必需氨基酸的含量差异(见表2)和聚类差异显著的主要原因。从以上分析结果可以看出，借助多元统计分析方法将样品按照药材的氨基酸内在规律合理地分为几类，能够深入研究药材的内在品质。因此，氨基酸组成及含量可作为太子参道地药材质量标准控制的参考指标。

3.3 太子参中氨基酸组成多样，含量丰富，参与人体多项生命活动，但对其氨基酸主要成分和功效之间的关系至今尚不明确，还需要多学科方法深入研究，为发展太子参药材地道性及临床提供道地药材提供科学依据。

1 Liu XH(刘训红)，Kan YM(阚毓铭).Research overview ofPseudostellaria heterophylla.Shizhen Med Mat Med Res(时珍国医国药)，2000，11:1131-1132.

2 Wu CF(吴朝峰)，Lin YQ(林彦铨).Advances in studies on Taizishen(Pseudostellaria heterophylla).J Fujian Agric Forestry Univ(福建农林大学学报)，2004，33:426-430.

3 Han BX(韩邦兴)，Zhu ZX(朱志祥)，Yao Y(姚勇)，et al.A comparative analysis of amino acids and polysaccharides ofPseudostellaria heterophyllafrom different areas.Chin Tradi Pat Med(中成药)，2010，32:513-514.

4 Yu GD(余国奠)，Liu XP(刘学平)，Zhang J(张洁)，et al.A Comparative study on the contents of amino acids in the strains of the Chinese drug Taizishen produced in east China.Chin Wild Plant Resour(中国野生植物资源)，2001，18:9-11.

5 Zhong FX(钟方晓)，Peng GF(彭广芳).Amino acids and trace elements analysis ofPseudostellaria heterophyllafrom Shandong.Shizhen Med Mat Med Res(时珍国药研究)，1997，8:223-224.

6 Li SH(李仕海)，Liu XH(刘训红)，Analysis of amino acid and trace element in radixPseudostellariaegrown in Jiangsu province.Shizhen Med Mat Med Res(时珍国医国药)，2001，12:199-200.

7 Zhang LL(张丽丽)，Zhang LY(张丽艳)，Yang YQ(杨玉琴)，et al.Analysis of amino acids ofPseudostellaria heterophyllafrom cultivated and introduced origin.J Guiyang Univ Chin Med(贵阳中医学院学报)，2004，26(3):63.

8 Chen TQ(陈体强)，Wu JZ(吴锦忠)，Qian AP(钱爱萍).Amino acid analysis ofPseudostellaria heterophyllaproduced in Fujian province.Amino Acids Biotic Resour(氨基酸和生物资源)，2006，29:4-7.

9 Lin HD(林海丹)，Su WW(苏薇薇)，Wu Z(吴忠).Macro and trace element characteristics of cluster analysis of citrus grandis‘tomentosa’.J Chin Med Mat(中药材)，2002，25: 260-261.

Determination and Multivariate Statistical Analysis of Amino Acid in Pseudostellaria heterophylla from Different Producing Areas

AN Kun1，2，HE Jing1，2，WAN Zhong-min1，2，SHAO Hua-wu2，YANG Xiao-chen1*，JIAO Wei2*

1College of Material Chemistry and Chemical Technology，Chengdu Univerity of Technology，Chengdu 610059，China;2Chengdu Institute of Biology，Chinese Academy of Sciences，Chengdu 610041，China

The contents and composition of amino acids in 13 bathes ofPseudostellaria heterpphylla(collected from Anhui，Jiangsu，Fujian，Guizou and Henan)were determined by HITACH IL8800 high speed amino acid analyzer.The results showed main sequence of amino acid content was arginine(Arg)＞glutamic acid(Glu)＞aspartic acid(Asp)＞proline(Pro).The total contents of 16 amino acids and essential amino acids were highest in samples collected from xuancheng(Anhui province).In order to discuss the intrinsic quality of these samples，the Arg，Glu，Asp and Pro were analyzed and compared as the quality index.In addition，the multivariate statistical method was used to analyze the differences of samples from different origins and the differences between wild and cultivated samples.These results could be used as references for the quality standard control ofP.heterpphylla.

Pseudostellaria heterophylla;amino acid;cluster analysis

R917;R927.2

A

1001-6880(2012)05-0594-05

2011-08-23 接受日期:2011-12-15

中科院西部之光博士项目(科发人教字〔2011〕1号);国家自然科学基金项目(21002098);科技重大新药平台“中药质量系统评价方法、体系及技术标准平台”

*通讯作者 Tel:86-28-85248256;E-mail:jw2272001@yahoo.com.cn; yxc39@163.com