汉中地区天麻零代子质量分级标准研究

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(1.西北农林科技大学，　陕西 杨陵 712100；　2.陕西汉王略阳中药科技有限公司，　陕西 略阳 724300)

天麻(GastrodiaelataBL.)属兰科天麻属多年生草本植物，又名赤箭、独摇芝、离母、定风草、木浦等，是我国的贵重中药材，主产于陕西、四川、湖南、贵州、云南及台湾等地。天麻化学成分主要包括酚类、有机酸类、多糖类及甾体类等，其性甘、平，归肝经，有息风止痉、平抑肝阳和祛风通络的功效[1]。近年来，人们对天麻的研究主要集中于天麻的化学成分、药理作用及人工栽培技术等方面。Li Z等[2]利用UHPLC/Q-TOF-MS/MS联用技术从天麻中分离鉴定出2种新型化合物：巴利森苷J巴利森苷K。Wenhua Ji等[3]利用TAGL和PFVB设计了对天麻素具有高选择性和亲和性的分子印迹聚合物(MIPs)作为固相萃取吸附剂从天麻水提取物中高效分离富集天麻素。孙泽阳等[4]对天麻的药理作用研究结果表明，天麻素在镇静催眠、抗惊厥、镇痛等方面具有显著疗效。刘大会等[5]系统地研究了天麻共生菌蜜环菌棒的制作及其应用技术，并对云南彝良县7个不同产区栽培乌杆天麻的农艺性状进行通径分析与多元分析，表明天麻在生产上，可将麻种的块茎长、块茎宽和块茎厚作为高产品种选育的性状指标。然而，由于天麻种子细小及其特殊的生活史，导致在长期的人工栽培中，缺乏相应的种苗标准，使得天麻每窝重量、质量差异较大，造成不必要的人力及物力浪费，为此，本研究根据陕西省汉中市略阳县3个不同产区收集的300个红杆天麻零代子的块茎长、块茎宽、块茎重量测量数据，对其进行统计分析，提出陕西汉中天麻零代子的分级标准，旨在为天麻规范化、规模化生产奠定基础。

1　材料与方法

1.1　材料及试验地概况

本试验材料分别采自陕西省汉中市略阳县白雀寺镇白雀寺村、五龙洞镇五龙洞村、略阳城关镇兴州街周边等3个产区，于2017年6月采用天麻种子进行直播获得的零代麻种，具体种子来源及编号见表1。

表1天麻零代子编号及来源

序号种子来源1-60、181-240白雀寺镇白雀寺村61-120、241-300五龙洞镇五龙洞村121-180略阳城关镇

试验地白雀寺镇白雀寺村位于东经106°04′，北纬33°22′，海拔625 m，年平均气温13.2 ℃，平均降水量517.8 mm，无霜期236 d。气候温和，雨量丰沛，属亚热带季风气候；五龙洞镇海拔约960 m，属亚热带北缘山地暖温带湿润季风气候，年均降水量860～1 000 mm，空气相对湿度73%，日照较少，光能利用率低，年均温度13.2 ℃；略阳城关镇兴州街道办位于略阳县城周边，属暖温带湿润季风性气候，年降雨量592.3 mm，年平均气温14.3 ℃，全年无霜期242 d，全年日照时数1 552 h。

1.2　研究方法

随机选取每个样地零代麻种共计300个，分别测量其宽度、长度及重量。采用Excel 2010软件和SPSS 21软件对天麻零代子进行数据统计及分析，之后采用逐步聚类分析法分析结果。

1.3　计算公式

1.3.1标准化值

为了使统计分析在同一水平上进行，先用极差法标准化处理300个原始测量数据，采用以下公式计算标准化值进行分析：

Z标=[X-Xmin]/[Xmax-Xmin]

…(1)

式中，X为样本指标的测量值；Xmax、Xmin分别为总体样本中各个指标的最大值与最小值。

1.3.2天麻零代子初始分级

根据相关分析的结果最终选择长度(L)、重量(W)作为分级指标，将长度与重量的标准化值之和由大到小排序，人为地给种子进行初始分级。

1.3.3不同级别零代子个体间相似程度

在统计学上，利用欧式距离来确定不同级别种子个体之间的相似程度，距离越小其相似程度越大。

…(2)

1.3.4临界值计算

根据最终凝聚中心，按照半径r的计算公式，可计算出各级的临界值，最终确定各级的分级：

…(3)

式中，K=1，SL标为各级零代子长度标准化值的标准差；SW标为各级零代子重量的标准化值的标准差。

2　结果与分析

2.1　天麻零代子分级指标的确定

本研究对天麻零代子长度、重量、宽度这3个影响天麻质量的指标进行相关性分析，结果见表2。

表2相关矩阵显示：块茎宽、块茎长与块茎重量三者之间存在显著相关性，并对天麻零代子块茎长度、块茎重量、块茎宽度3个测量指标分别进行单指标、双指标和多指标计算分析，认为采用天麻零代子的块茎长度和重量2个指标完全能够反映其质量优劣，且在实际生产中容易测量。故本研究最终应用天麻零代子的块茎长度与重量指标进行计算分析。

利用(1)式计算求得各个天麻零代子长度、重量的标准化值，结果见表3。

表2各指标间的相关矩阵

指标宽度长度重量宽度1长度0.873∗∗1重量0.826∗∗0.893∗∗1

注：“**”在0 .01 水平(双侧)上显著相关。

2.2　初始分级

结合长度与重量的标准化值之和大小在同一维坐标上进行排序，在分群较明显、序号堆积较多的地方根据主观判断人为划分为3群，至此完成了天麻零代子的初始分级，见图1。

图1　天麻零代子坐标排序图

2.3　修正分级

由于初始分级是人为的，避免不了误差产生，必须进行修改加以修正。本研究使用欧氏距离公式对初始分级结果进行修正，即将各级天麻零代子长度及重量标准化值的平均值作为该级的凝聚中心，然后计算出各个体与各个凝聚中心的距离，哪个距离最小，则该个体判为哪一级(最短距离法)。

每次修改后，若还有变化，需按照新的分级结果重新计算凝聚中心和距离。如此反复进行，直到完全没有变化，分级即结束。初始分级的各级凝聚中心为Ⅰ(0.74，0.71)、Ⅱ(0.43，0.20)、Ⅲ(0.17，0.04)。根据天麻零代子与相邻凝聚中心距离的远近，第1次修改将样本3、16、22、38、60、63、67、80、99、102、105、116、118、140、146、243、262、275、279、281从Ⅲ级调整至Ⅱ级。第2次修改将样本15、31、39、57、119、284从Ⅲ级调整至Ⅱ级，140从Ⅱ级调整至Ⅲ级。第3次调整将111从Ⅲ级调整至Ⅱ级。确定最终凝聚中心为Ⅰ’(0.75，0.75)、Ⅱ’(0.40,0.17)、Ⅲ’(0.15,0.03)。修正后最终分级结果见表4。

表3天麻零代子长度及重量标准化值

序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标10.560.34610.200.041210.410.241810.810.882410.190.0320.190.03620.090.011220.110.031820.100.022420.190.0730.330.08630.320.091230.090.011830.160.042430.340.1140.100.01640.120.021240.130.031840.100.012440.130.0250.750.71650.520.221250.140.031850.110.012450.090.0260.370.18660.210.041260.150.031860.850.902460.260.0870.160.03670.330.101270.240.041870.110.022470.090.0180.630.30680.170.031280.110.011880.050.012480.180.0390.160.03690.090.001290.370.131890.160.032490.150.04100.400.10700.160.021300.030.011900.090.012500.270.05110.510.14710.220.041310.180.031910.100.022510.220.04121.000.63720.210.041320.100.021920.160.032520.000.01130.230.08730.270.051330.100.011930.810.852530.200.06140.220.04740.170.031340.120.031940.220.052540.230.06150.260.14750.140.031350.080.011950.070.012550.220.06160.350.09760.190.051360.370.111960.200.052560.200.02170.450.18770.380.111370.240.041970.110.012570.240.06180.120.02780.080.001380.130.011980.090.012580.300.04190.080.01790.040.011390.070.021990.100.022590.130.01200.180.03800.350.081400.030.012000.800.832600.120.01210.280.05810.370.161410.420.102010.850.902610.390.16220.330.07820.130.011420.140.032020.160.032620.370.08230.260.06830.130.011430.110.022030.780.752630.050.01240.230.05840.300.041440.380.102040.120.022640.080.00250.230.03850.250.061450.040.012050.090.022650.380.11260.160.03860.210.021460.330.082060.070.002660.190.04270.340.14870.220.061470.140.012070.140.042670.140.03280.090.02880.230.071480.170.042080.140.052680.170.02290.130.03890.200.061490.200.042090.120.032690.250.05300.680.49900.000.011500.090.002100.120.022700.190.04330.110.01930.160.041530.240.082130.160.022730.090.00340.820.80940.190.031540.160.022140.070.012740.170.03350.150.04950.090.011550.090.022150.190.042750.330.10360.490.20960.260.081560.120.012160.160.042760.210.04370.250.05970.090.021570.150.032170.190.052770.530.22380.340.11980.130.021580.070.012180.530.602780.120.02390.290.08990.340.111590.370.132190.450.582790.320.09400.100.031000.190.071600.040.012200.090.012800.090.01410.150.041010.150.051610.150.022210.810.852810.320.13420.110.021020.460.211620.110.012220.760.692820.200.05430.150.041030.610.421630.240.042230.060.012830.120.01440.170.021040.610.421640.100.012240.220.052840.310.09450.110.011050.450.231650.410.102250.100.022850.100.20460.100.011060.160.031660.130.022260.160.042860.120.01470.180.051070.180.031670.470.222270.470.542870.080.01480.220.041080.400.131680.190.032280.100.012880.070.01490.130.011090.550.311690.150.022290.160.032890.150.02500.450.221100.400.151700.080.002300.100.012900.080.01510.080.011110.300.091710.160.032310.110.012910.460.22

续表3

序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标序号ZL标ZW标530.080.011130.480.301730.240.012330.410.502930.210.04540.080.011140.170.061740.350.162340.070.012940.190.05550.130.011150.480.291750.110.012350.070.012950.090.01560.100.021160.390.061760.040.002360.090.012960.110.01570.310.091170.230.131770.150.032370.090.012970.170.02580.120.011180.330.091780.120.012380.230.052980.160.05590.200.051190.310.061790.370.112390.200.052990.110.02600.320.131200.240.061800.240.042400.911.003000.160.04

表4修正分级结果

产地Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级白雀寺镇白雀寺村5、8、12、30、34、181、186、193、200、201、 203、218、219、221、222、227、2401、3、6、10、11、15、16、17、22、27、31、32、36、38、39、50、57、60、232、233、2、4、7、9、13、14、18、19、20、21、23、24、25、26、28、29、33、35、37、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、51、52、53、54、55、56、58、59、182、183、184、185、187、188、189、190、191、192、194、195、196、197、198、199、202、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、220、223、224、225、226、228、229、230、231、234、235、236、237、238、239五龙洞镇五龙洞村103、10463、65、67、77、80、81、99、102、105、108、109、110、111、113、115、116、119、243、261、262、265、275、277、279、291、281、28461、62、64、66、68、69、70、71、72、73、74、75、76、78、79、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、100、101、106、107、112、114、117、118、120、241、242、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260、263、264、266、267、268、269、270、271、272、273、274、276、278、280、282、283、285、286、287、288、289、290、292、293、294、295、296、297、298、299、300略阳城关镇无121、129、136、141、144、146、159、165、167、174、179122、123、124、125、126、127、128、130、131、132、133、134、135、137、138、139、140、142、143、145、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、160、161、162、163、164、166、168、169、170、171、172、173、175、176、177、178、180

2.4　临界值的确定

逐步聚类分级的结果是将各级天麻零代子集中在以该级最终凝聚中心为圆心，r为半径的圆内。如图2所示，过大的在Ⅰ级所在圆的上方，过小的在Ⅱ级所在圆的下方，故只需求出Ⅰ、Ⅱ级的临界点，即可得出各级的临界值。

图2　各级天麻零代子样品临界值确定图

经公式(3)计算得到半径rⅠ=0.21，rⅡ=0.13，根据半径计算出临界点分别为Ⅰ”(0.60,0.60)、Ⅱ”(0.28,0.12)，将临界点各标准化值代入(1)公式中，得出各级长度及重量的下限值，得到其质量分级标准：Ⅰ级天麻零代子：长度≥60.46 mm，重量≥19.51 g；Ⅱ级天麻零代子：60.46 mm>长度≥32.65 mm，19.51 g>重量≥3.40 g。凡长度和重量均达以上标准的，即为合格，其中一项不达标者，则降一级。三级即不合格。此300个样品中，Ⅰ、Ⅱ级(合格)天麻占总体样本的19.0%，其中的Ⅰ级天麻零代子全部分布于白雀寺镇白雀寺村。具体分级结果见表5。

3　结论与讨论

优质的种苗是实现中药材规范化生产的物质基础，种苗的质量是中药材产量与品质形成的重要前提[6-7]。经前人验证，逐步聚类分析法是一种比较简单、方便、可靠的苗木分级方法[8-11]，其结果能客观地反映出不同质量苗木的实际情况及其育苗技术水平。

表5样本最终分级结果

产地Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级白雀寺镇白雀寺村5、8、12、34、181、186、193、200、201、203、221、222、2401、6、11、17、27、30、32、36、38、50、60、218、219、227、232、2332、3、4、7、9、10、13、14、15、16、18、19、20、21、22、23、24、25、26、28、29、31、33、35、37、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、51、52、53、54、55、56、57、58、59、182、183、184、185、187、188、189、190、191、192、194、195、196、197、198、199、202、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、220、223、224、225、226、228、229、230、231、234、235、236、237、238、239五龙洞镇五龙洞村无65、77、81、99、102、103、104、105、108、109、110、113、115、243、261、265、277、281、29161、62、63、64、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、78、79、80、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、100、101、106、107、111、112、114、116、117、118、119、120、241、242、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260、262、263、264、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、278、279、280、282、283、284、285、286、287、288、289、290、292、293、294、295、296、297、298、299、300略阳城关镇无121、129、136、141、159、167、174、179122、123、124、125、126、127、128、130、131、132、133、134、135、137、138、139、140、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、160、161、162、163、164、165、166、168、169、170、171、172、173、175、176、177、178、180

天麻生产中的繁殖材料为种子繁殖后的幼小块茎，称为天麻零代子。本研究以陕西汉中红杆天麻零代子为研究对象，通过对天麻零代子的宽度、长度及重量3个生长指标进行相关分析，选择长度与重量作为天麻零代子质量分级的代表性指标，进行逐步聚类分析，初步得到其质量分级标准，即Ⅰ级天麻零代子：长度≥60.46 mm，重量≥19.51 g；Ⅱ级天麻零代子：60.46 mm>长度≥32.65 mm，19.51 g>重量≥3.40 g，未达以上标准的种子为不合格种子，在实际生产中应继续培养。天麻种苗质量标准的制定不仅需考虑其长度、宽度及重量，其外观形态如色泽、饱满度、有无病虫害及机械损伤等其他综合指标[12]也尤为重要。本研究初步制定了汉中红杆天麻零代子质量分级标准，为本地区天麻规范化、规模化生产提供一定的参考依据。