基于多元统计分析的黄芩种苗分级方法研究

李云静，张建逵，何婉婉，王 冰

（辽宁中医药大学药学院， 辽宁 大连116600）

优质的中药材种苗是药材产量和质量的重要保证，也是中药材规范化生产的重要源头。迄今为止，绝大部分中药材种苗还没有相应的标准，不能对市场上流通的种苗进行有效的质量控制。种苗的分级标准研究还处于刚刚起步的阶段。只有人参，甘草，黄芪等少数几个中药材品种的种子种苗有国家标准，致使各个栽培基地栽培的种苗质量良莠不齐，严重妨碍了中药材种苗的产业化发展。因此，开展中药材种子（苗）质量分级标准研究的工作势在必行，刻不容缓［1－2］。

黄芩为唇形科植物黄芩（Scutallaria baicalensis Georgi）的干燥根。味苦性寒。具有清热燥湿，泻火解毒，止血，安胎之功效。临床上用于治疗上呼吸道感染、泌尿系统感染、菌痢、肝炎、高血压等症。其主要有效成分为黄芩苷等黄酮类化合物［3］。目前市售黄芩药材主要来自于栽培品种。关于黄芩种苗的研究文献报道较多，但主要是关于黄芩幼苗胁迫以及栽培技术方面的研究［4－11］，对黄芩种苗分级研究的报导很少。各黄芩栽培产区的种苗大多无分级标准，这既不利于黄芩的规范化种植，也影响到黄芩药材质量与产量稳定性和均一性。为此，本实验对黄芩种苗的分级方法进行研究，为黄芩药材的标准化生产提供参考。

1 实验材料

2014年5月分别在山东莒县、陕西渭县、北京门头沟区、内蒙古赤峰市、云南东川县的黄芩栽培基地收集1年生的花前期种苗，每一批种苗均按对角线法采样，随机采取3次。以上材料均经辽宁中药大学王冰教授鉴定为唇形科植物黄芩（Scutallaria baicalensis Georgi）的种苗。

2 方法与结果

2．1 指标测量方法［12］

选择根系生长正常，无机械损伤的种苗进行试验，从每个产地随机抽取种苗各50株，由于黄芩的主根明显，侧根与须根不明显，地上植株1年更替1次，随着植株的增长，其叶片数与节数也不断增加。所以选定测量每个样品的指标包括地下部分：根长、根粗、鲜重；地上部分：节数、叶片数、叶长、叶宽、株高共8项指标。用游标卡尺测定其根长、根粗（距根茎2．5cm处）、叶长、叶宽，精确到0．1cm；用米尺测量其株高，精确到0．1cm，用电子天平测量其根重，精确到0．1g，得到250组数据。

2．2 种苗分级方法

2．2．1 相关分析［13］

应用SPSS 17．0软件对获取的各性状指标原始数据进行相关分析，结果如表1所示。

由表1可知，根长、根粗、节数、叶片数、叶宽、株高、鲜重等7个指标间均呈极显著的正相关关系（p＜0．01）。而叶长与根长、叶片数均无显著相关关系。这些指标既包括地上部分的农艺性状，又包括地下部分的药用部位性状。结合生产实际采用根长、根粗、节数、叶片数、叶宽、株高、鲜重作为黄芩种苗质量分级指标。

2．2．2 聚类分析

聚类分析是一种探索性聚类方法，将没有分类信息的资料按相近或相似程度分类，距离最近或最相似的聚为一类，同一类中的个体有较大的相似性，不同类中的个体差异很大［14］。本实验用SPSS 17．0统计软件，使用K－均值聚类分析方法并结合生产实践，将所有样品数据聚为三类。结果表明，第一级种苗质量最好，包含58个样品，占总数的23．2%，第二级种苗质量较好，包含85个样品，占总数的34%，第三级种苗质量一般，包含107个样品，占总数的42．8%。

将聚类后的各级种苗各项指标数据求平均值，作为黄芩种苗分级标准的参考值，结合实际生产，拟定黄芩种苗分级标准如表2所示，同时又对各产地的各等级黄芩种苗分布比例进行统计，结果见表3。

用SPSS 17．0统计软件，对已经分为三级的黄芩种苗上述指标各组数据进行假设检验。由于实验数据不满足正态性与方差齐性，所以选择Kruskal－Wallis H非参数检验。结果均为p＝0．000，所以可认为这三级黄芩种苗之间有极显著的差异性。由此可见三级分类的准确性。

由表3可知，一级种苗中，云南东川县、陕西渭县的种苗所占比例最高，均在44%以上；内蒙古赤峰市与北京门头沟区无一级苗。二级种苗中，陕西渭县、山东莒县、云南东川县的种苗所占比例均在19%以上；内蒙古赤峰市的种苗所占的比例最低。在三级种苗中，内蒙古赤峰市与北京门头沟区所占的比例最高，均在36%以上；云南东川县、陕西渭县所占的比例最低，均在2%以下。综合来看，云南东川县和陕西渭县的种苗质量最好。

表1 黄芩种苗各指标间的相关系数 （n＝250）

表2 黄芩种苗分级标准（x ±S，n＝250）

表3 各产地的各等级黄芩种苗分布比例

2．2．3 判别分析

这是判别样品所属类型的一种统计方法，基本思想是用一批分类正确无误的训练样本，根据特定的测量指标，建立判别函数和准则，用于判别任意一个已知特定测量指标取值，但分类未知的个体应属于哪一类［14］。本实验应用 SPSS 17．0统计软件，通过 Bayes判别分析，使用上述7个指标的特征值建立了一级，二级，三级黄芩种苗的Fisher判别函数（式1～式3），式中的 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7分别代表根长，根粗，节数，叶片数，叶宽，株高，鲜重。将训练样本回带到公式中，判别正确率为100%，用交叉考核法对判别公式的准确性进行考核，准确度均达到95%以上。因此，可认为该公式可以用来进行黄芩种苗分级的判别［14］。

2．3 田间栽培实验

栽培试验在辽宁中医药大学大连校区试验田进行，于2014年5月将划分等级后的种苗进行田间栽培，苗间距为25～30cm，覆土厚度为10cm，黄芩种苗移栽后浇透水，之后只进行常规田间除草，未施用任何肥料。于2015年10月，统计各等级种苗成活率，挖取试验田所有黄芩进行指标测量。采挖过程中应小心采挖，尽量不要伤到其根部。同时，每等级分别随机选取30个植株，对根长、根粗，株高，鲜重等进行测定。测定结果如下表4所示。

表4 不同等级种苗的各指标测定（x ±S，n＝30）

用SPSS 17．0统计软件对上述3个等级的新种苗指标数据进行假设检验。实验数据不满足正态性与方差齐性，选择Kruskal－Wallis H非参数检验。结果为根长与鲜重p＝0．000，根粗p＝0．002，株高p＝0．04。可认为这三级新种苗之间有极显著的差异性。由此亦可以证明三级分类的准确性。

将各个等级的各个指标新种苗数据与原苗数据进行假设检验，因为各等级的种苗数据均不满足正态性，所以选择 Mann－Whitney U非参数检验。检验结果为：各级种苗根粗，株高与鲜重的p值均为0．000；所以各级之间的新苗与原苗根粗、株高与鲜重均有显著性差异；二级、三级的种苗根长p值分别为0．020，0．000，所以二级、三级的新、原种苗根长有显著性差异；只有一级根长之间的比较p＝0．401＞0．05，故一级种苗的新苗根长与原苗根长之间无显著性差异。

将各等级新种苗与药用部位有关的根长、根粗、株高、鲜重这4个指标数据与原种苗的这4个相同指标数据的均值进行比较，从而得出各等级的各指标的增幅，结果见表5。

表5 各级黄芩种苗各指标的增幅均值

由表4，表5可知，种苗分级后，不同等级的黄芩种苗由于发育状态不同，所以增幅亦不同，虽然一级种苗的根长增加幅度不是最大，但是一级种苗的根粗、株高、鲜重增幅最大，而且成活率最高。再一次验证了一级种苗的质量最好这一结论。

3 讨论与结论

3．1 本实验所有的数据均采用了多元分析的方法，如采用了相关分析对指标进行筛选；采用聚类分析对种苗进行分级；采用判别分析对未知等级的种苗进行归级；采用非参数检验的方法对数据进行比较分析，这样整个种苗的分级过程更加客观、合理、科学，结果更为可靠。

3．2 本研究的结果表明，来自陕西渭县和云南东川县的黄芩栽培基地1年生黄芩种苗质量较好，这与其种质、栽培技术、管理方式等有关。其他栽培基地应该加强品种选育、改进栽培技术和加强管理等措施，提高一级苗的比例，降低三级苗的比例，从而提升黄芩种苗的整体质量。

3．3 从统计结果所选择的主要指标来看，种苗的根部越长越粗，植株地上部分长得越高大，叶片数越多，叶片面积越大，进而种苗的鲜重越大。而在实际选择种苗的过程中，也应该选择根部粗壮，叶片茂盛的种苗，以保证有较高的成活率与产量，提高产业化收益。

3．4 本实验中，种苗的分级主要是基于其农艺性状开展的，并采用了田间栽培试验加以验证，但由于黄芩正处于苗期，所以并未对其药用部位的药用价值进行评价，因此，在黄芩收获期，需通过对其有效成分含量的测定来进一步验证该分级方法的科学性。

3．5 本实验采用多元分析的方法，以根长、根粗、节数、叶片数、叶宽、株高、鲜重共7个指标对黄芩种苗进行分级，能够将黄芩种苗分成三级。此方法制定的分级标准科学、可行，可作为黄芩种苗的质量控制标准，为黄芩药材的标准化生产提供参考。

［1］李隆云，彭锐，李红莉，等．中药材种子种苗的发展策略［J］．中国中药杂志，2010，2（35）：247－250．

［2］李瑞杰，陈垣，郭凤霞，等．素花党参种苗质量分级标准研究［J］．中国中药杂志，2012，37（20）：3 041－3 045．

［3］国家药典委员会．《中华人民共和国药典》（一部）［M］．北京．中国医药科技出版社，2010：282－283．

［4］杨冬野，蔡少青，王璇，等．不同生长年限野生与栽培黄芩的药材鉴定研究［J］．中国中药杂志，2005，22（30）：1 728－1 735．

［5］郭兰萍，王升，张霁，等．生态因子对黄芩次生代谢产物及无机元素的影响及黄芩道地性分析［J］．中国科学，2014，44（1）：66－74．

［6］江绪文，李贺勤，王建华．盐胁迫下黄芩种子萌发及幼苗对外源抗坏血酸的生理响应［J］．植物生理学报，2015，51（2）：166－170．

［7］郭菊梅，陈红刚，曹瑞，等．氯化钠浓度对黄芩幼苗生长情况及生理指标的影响［J］．中国药房，2014，25（47）：4 497－4 499．

［8］杨兆春，袁媛，陈敏，等．PEG胁迫对黄芩黄酮类有效成分积累及相关基因表达的影响［J］．中国中药杂志，2011，36（16）：2 157－2 161．

［9］王兴顺．黄芩（Scutellaria baicalensis）幼苗对干旱胁迫的生理适应性反应［J］．西北林学院学报，2014，29（1）：55－59．

［10］张永刚，韩梅，姜雪，等．黄芩对干旱复水的生理生态响应［J］．中国中药杂志，2013，38（22）：3 845－3 849．

［11］谭勇，郑龙．黄芩栽培技术要点［J］．中国园艺文摘，2012（10）：183－184．

［12］张雪，王钰，陈大霞，等．姜黄种姜分级标准研究［J］．种子，2013，32（10）：12－14．

［13］于福来，刘凤波，王文全，等．甘草种苗质量分级标准研究［J］．中国现代中药，2012，14（12）：36－39．

［14］刘明芝．中医药统计学与软件应用［M］．北京：中国中医药出版社，2005：268－287．