大兴安岭16种功能性植物叶片营养成分分析

李海霞 李正华 邢亚娟

摘    要：为更好的研究大兴安岭功能性植物营养成分价值，构建植物资源营养评价体系，本文选择16种典型天然植物叶片，采用主成分分析和聚类分析方法开展品质评价筛选和综合评价研究。结果表明：主成分分析显示8个营养成分指标可综合成为两个主成分因子（累积贡献率达64.48%），筛选出Cu、Zn、总氨基酸（PC1）和总黄酮、Fe（PC2）5个指标用于营养成分综合评价。综合评价模型显示，排序前5位分别为黄芪叶、四叶沙参叶、金莲叶、蓝莓叶和杜鹃叶。对16种植物进行系统聚类，划分为4类，第1类总黄酮含量最高，第2类可溶性总糖含量最高，第3类锌含量高于其他类，第4类铁含量最高。结合主成分分析，黄芪综合品质最高。研究结果可为大兴安岭不同功能饮品的开发利用提供理论依据。

关键词：大兴安岭;功能性植物;营养成分;主成分分析;聚类分析

中图分类号：S718.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2019）01-0029-07

Abstract： In order to better study the nutritional value of functional plants and construct the system of plant resources nutrition evaluation， the sixteen typical natural plants leaves were researched in Daxing an Mountains by using principal component analysis and cluster analysis. The results showed that the eight nutrient indicators of natural plants were divided into two principal components factors （cumulative contribution rate was as high as 64.48%）. Five indicators including Cu， Zn， total amino acid （PC1）， and total flavonoids， Fe （PC2） were selected to comprehensively evaluate the quality of nutrients component. Relied on the comprehensive evaluation model， the top 5 composites were ‘Leguminosae， ‘Adenophora tetraphylla， ‘ Trollius chinensis， ‘Vaccinium Spp and ‘Rhododendron simsii Planch. Sixteen natural plants leaves were divided into four categories through cluster analysis. The first category obtained the highest total flavonoids content; the second category contained the highest dissolvable total sugar content; the third category contained the higher zinc element and the fourth category contained the highest iron element. From the result of principal component analysis， we could draw conclusion that ‘Astragalus membranaceus had comprehensive high quality. The result could provide a theoretical basis for the development and utilization of natural functional drinks in Daxing an Mountains.

Keywords： Daxingan Mountain; functional plant; nutrients component; principal component analysis; cluster analysis

0 引言

大興安岭位于我国的东北部，具有独特的地理和气候条件，使得林区蕴藏着丰富的野生植物资源。据报道，林区共有药用植物300余种，约占全区植物总数的1/3[1]。这些植物资源有着重要的药用价值与保健价值，如蓝莓、红豆等具有收敛、清热、止痛和止痢等作用[2-5]，蒲公英、四叶菜等具有健胃、利胆、抗菌消炎和清热解毒等功效[6]。但这些资源目前尚未全面开发利用。

本文主要测定了大兴安岭16种功能性植物叶片的营养成分，并对其进行主成分分析与聚类分析，以期对不同植物品质做出综合评价，筛选优异品种，为今后大兴安岭功能性植物药用价值、保健价值、经济价值以及饮品开发等功能性研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于大兴安岭呼中区碧水林场，地理坐标为北纬51°14′40″ ～ 52°25′00″，东经122°39′30″ ～ 124°21′00″。年平均气温为零下4 ℃，冬季温度超过零下40 ℃，年大于10 ℃积温低于2 200 ℃，无霜期90 ～ 120 d。

1.2 样品采集

供试材料均于6月上旬采自大兴安岭呼中区碧水林场，针对每种植物随机选取10株，每株植物采集当年生树叶，10株混合后放入封口袋内，存于冰盒中带回实验室。16种功能性植物见表1。

1.3 试验方法

将带回实验室的16种植物叶片于75 ℃烘箱烘干至恒重，用粉碎机粉碎。针对每种植物测

定下列指标：可溶性总糖含量测定采用蒽酮比色法[7];原花青素含量测定采用香草醛比色法[8-9];总氨基酸含量测定采用茚三酮比色法[10];总黄酮含量测定采用三氯化铝-乙酸钾比色法[11-12];微量元素（Cu、Zn、Fe、Mn）含量测定采用干灰化-原子吸收分光光度法[13]，每种植物每个指标重复三次。

1.4 數据处理

应用SPSS22.0统计软件进行数据统计分析，因子分析采用主成分分析，主成分分析以特征值≥1为提取主成分的标准。聚类分析采用Wards method分层聚类，样本之间的距离采用欧式距离平方，得出聚类树。各植物品质综合评价方法为：以各个主成分的贡献率为权重，由主成分得分和对应的权重相乘求和构建综合评价函数[14-17]。

2 结果与分析

2.1 16种功能性植物叶片主要营养成分

16种功能性植物叶片主要营养成分测定结果见表2。

2.2 16种功能性植物叶片营养成分相关性分析

16种功能性植物叶片营养成分相关性分析见表3，结果表明：各指标之间存在一定相关性，其中Zn与总氨基酸和Cu存在极显著正相关（r = 0.710**，r = 0.716**），与可溶性总糖存在显著负相关（r = -0.584*），与Mn极显著负相关r = -0.656**;可溶性总糖与原花青素存在显著正相关（r = 0.527*），与总氨基酸呈显著负相关（r = -0.548*）;Cu与总氨基酸存在显著正相关（r = 0.584*）。

2.3 16种功能性植物叶片营养主成分分析

对16种功能性植物叶片的8种营养成分进行主成分分析（表4和表5），结果表明，第一主成分、 第二主成分（PC1 、PC2）的特征值都大于1， 且累计方差贡献率达到64.339%。表明前两个主成分反映了原始变量的绝大部分信息。因此提取前两个主成分代替原8个指标评价营养成分，对其评价的指标由初始的8个降为2个彼此不相关的主成分，达到了降维的目的，主成分特征向量的绝对值越大，其对该变量的代表性越大。

决定第一主成分的主要是Cu、Zn、总氨基酸， 反映原始数据信息量的42.973%。决定第二主成分大小的是总黄酮、Fe，其贡献率为21.336 9%。

利用SPSS22.0数据处理系统得到各主成分因子得分情况（表6）。根据得分情况对其进行排序， 能够较为直观地揭示不同植物内在品质的分布状况。由表6可知，以PC1排序“黄芪叶”“四叶沙参叶”“金莲叶”“云杉嫩叶”“车前子叶”品质较好，以PC2排序“兴安杜鹃叶”“蓝莓叶” “蓝靛果忍冬叶”“刺玫叶”“金莲叶”品质较好。由于各个主成分方差贡献率不同，所以对其评价时，以各个主成分的贡献率为权重，由主成分得分和对应的权重相乘求和构建综合评价函数。

F = 0.429 7 Z1 + 0.213 7 Z2。

式中：F为每种植物的综合评价得分;Z为每个主成分得分。

根据综合评价模型，计算出不同植物综合得分和排序结果（表6）。综合得分前5位的植物品种分别是黄芪叶、四叶沙参叶、蓝莓叶、金莲叶、 兴安杜鹃叶。

2.4 16种功能性植物叶片营养成分聚类分析

根据系统聚类分析结果，把16种功能性植物分为4类，第1类是“刺玫叶”“树莓叶”“ 蓝莓叶”“金莲叶”“兴安杜鹃叶”，第2类是“落叶松针”“兴安杜鹃花”“蓝靛果忍冬叶”“红豆越橘叶”，第3类是“红花鹿蹄草叶”“山葡萄叶”“车前子叶”“四叶沙参叶”“黄芪叶”“云山嫩叶”;第4类是“蒲公英叶”。

2.5 不同分类植物营养成分分析

4类功能性植物叶片营养成分测定结果及方差分析见表7和表8，不同类群植物营养成分含量存在一定差异。4种分类中可溶性总糖、总黄酮、Fe、Mn含量差异极显著Sig. < 0.01），Zn含量差异显著（Sig. < 0.05），总氨基酸、原花青素、Cu含量无显著差异（Sig. > 0.05）。第1类的典型特点是总黄酮含量最高，可溶性总糖和Fe含量最低;第2类可溶性总糖与Mn含量明显高于其他类，而氨基酸与Zn含量最低;第3类Zn含量显著高于其他类，第4类Fe含量显著高于其他类。

3 结论与讨论

本研究运用主成分分析法对大兴安岭功能性植物进行综合评价，将测定的营养成分8个指标简化成为2个彼此不相关的综合指标，其累计贡献率达到64.339%，反映了原有品质性状的绝大部分信息。根据建立的综合评价模型，进行综合排名，得分前5位的植物品种分别是黄芪叶、四叶沙参叶、蓝莓叶、金莲叶和兴安杜鹃叶。利用系统聚类分析方法，将16种功能性植物分为4大类，不同分类间营养成分含量存在一定差异。第1类可用于高黄酮类植物资源筛选。总黄酮是植物产生的一类天然化合物，有消炎、抗病毒、抗衰老、降低血糖、抑制糖基化反应终产物、抑制醛糖还原酶等作用[18-20]，这类植物可用于免疫饮品的开发。第2类可用于高糖类植物资源筛选，糖类是维持生命活动所需能量的主要来源。可溶性总糖包括葡萄糖、果糖和蔗糖等。这类植物可用于多糖类饮品的开发。第3、第4类可用于高锌、高铁植物资源筛选，锌与体内许多酶有关，它可增强淋巴细胞的活性，从而提高机体免疫力[21]。铁与某些金属酶的合成与活性密切相关，参与细胞色素氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和单胺氧化酶的合成等[22]。第3、4类植物可用于矿物质饮料的开发，补充人体所需的铁、锌等各种矿物质元素，增强人体免疫功能和身体素质，改善骨质疏松，有效抗疲劳。结合主成分分析结果，黄芪综合品质最高。有关这16种功能性植物的糖类化合物、氨基酸等有效成分的种类和含量有待进一步研究。

【參 考 文 献】

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