不同產地梔子中微量元素的主成分分析

劉明地，祁正興，葉丹

（青海民族大學化學與生命科學學院，西寧S10007）

不同產地梔子中微量元素的主成分分析

劉明地，祁正興，葉丹

（青海民族大學化學與生命科學學院，西寧S10007）

以不同產地梔子中6種微量元素的含量為基礎，利用SPSS13.0對其含量進行主成分分析，得到不同產地梔子中微量元素間的相關矩陣、特征值以及累計貢獻率，篩選出累計貢獻率大于S2.216%的3個主成分，對不同產地梔子進行綜合排名，分析各微量元素在人體的作用與含量的相近性，為不同產地梔子的質量評價提供一種參考方法。

梔子；微量元素；主成分分析

引言

梔子，別名黃梔子、山梔、白蟾，是茜草科植物梔子的果實。梔子出自《本草圖經》，是傳統中藥，屬衛生部頒布的第l批藥食兩用資源，具有護肝、利膽、降壓、鎮靜、止血和消腫等作用。近幾年對梔子的研究主要集中于化學成分［1_4］及藥理活性［5_6］，有關梔子微量元素的研究較少。然而現代醫學研究提示中藥的藥理活性表現為多種組分的協同效應，不可否認，藥理活性與中藥所含的有機成分有直接關系，但也不能忽略中藥中微量元素的重要作用［7_S］。眾所周知，微量元素對人體的新陳代謝、生長發育、疾病的發生和發展起著重要的作用，大致可歸結為三種：（1）運載常量元素，把大量元素帶到各組織中去；（2）充當生物體內各種酶的活性中心，酶在生物體內是許多化學反應必不可少的催化劑，而微量元素則直接參與組成酶或充當激活劑，促進新陳代謝；（3）促進體內各種激素的作用。因此對中藥材中的微量元素進行研究對揭示中藥治病機理具有重要的意義。本文對不同產地梔子中各微量元素的含量進行主成分分析不僅有助于深入了解其藥用價值，而且可為其質量評價以及資源的合理利用提供參考。

1 不同產地梔子中微量元素含量數據的收集及處理

不同產地梔子中微量元素含量來源于文獻［9］，不同產地梔子中微量元素含量的測定采用火焰原子吸收光譜法測定，測定結果見表1，為了避免消除原始數據之間由于量綱和數據間大小差異而帶來的影響，對原始數據進行了標準化處理，標準化后的數據更合理、更科學、具有可比性，同時遵循正態分布的基本規律，數據標準化處理結果見表2。

2 主成分分析

2.1 主成分分析具體步驟

主成分分析是一種多元統計分析方法，中心目的是將數據降維，以排除眾多化學信息共存中相互重疊的信息。它是將原變量進行轉換，使少數幾個新變量是原變量的線性組合，同時，這些變量要盡可能多的表征原變量的數據結構特征而不丟失信息。其具體分析步驟如下：首先判斷原始數據之間的差異性，通過SPSS13.0對不同產地梔子中微量元素的原始數據進行標準化處理（表2），然后通過SPSS13.0對標準化后樣品數據進行主成分分析，得到不同產地梔子中微量元素的相關性矩陣（表3），各因子對應的特征值及方差貢獻率見表4，根據特征值大于1或累計方差貢獻率大于S0%，篩選出三個主成分，計算篩選出的主成分的載荷系數矩陣（表5）；最后計算主成分的綜合得分及排名（表6）并得出主成分得分與綜合得分的得分關系式，對樣品質量作出分析及評價。其中相關性矩陣反映各個變量之間的相關性。如果數據在此矩陣中表現出來的相關性較強則可進行主成分分析，否則表明數據不需要做主成分分析。特征值表征的是引入該主成分對原始變量信息的平均解釋力度，當主成分的原始特征根大于1時，表明引入該主成分是有意義的，否則說明引入該主成分對原始變量的解釋力度不如引入一個原始變量的解釋力度大。方差貢獻率是用每個主成分的方差除以所有主成分方差的總和，即某一主成分的方差在全部方差中的比重，表明某一主成分綜合原始變量信息的能力，因此這個百分數越高表明能力越強。累計方差貢獻率是前N個主成分的貢獻率的和。載荷系數矩陣則反映的是每個原始變量在主成分中的系數。

表1不同產地梔子中微量元素的含量(μg/g)

表2不同產地梔子中微量元素含量的標準化數據

表3相關性矩陣

表4特征值、方差貢獻率

表5載荷系數矩陣

2.2 不同產地梔子的主成分得分方程和排名

主成分得分方程：

主成分1：

主成分2：

主成分3：

綜合得分方程：

根據各個主成分得分方程和綜合得分方程計算出各個主成分的得分及排名和綜合得分及排名（表6）。

表6主成分得分及排名

2.3 不同產地梔子中微量元素的主成分分析結果

由表3可知兩兩數據之間有較大的相關系數，可用主成分分析。根據表4不同產地梔子中微量元素含量的特征值和方差貢獻率可得出不同產地梔子中微量元素含量前3種主成分的累積方差貢獻率達到S2.216%，也就說明可以用3種主成分來解釋不同產地的梔子的S2.216%的信息，這大于S0%，符合主成分分析的要求，分別用F1、F2、F3三個主成分來描述不同產地的梔子中微量元素的含量。由F1、F2、F3的載荷系數矩陣（表5），可知在中起主要作用的是銅元素和鐵元素。銅是人體必需的微量元素之一，銅參與人體內的造血過程，催化血紅蛋白的合成，同時又是人體內的一些金屬酶的組成成分。鐵可與血紅素、蛋白質等形成血紅蛋白和肌紅蛋白，起到運輸和貯存氧的作用，因此，表征梔子中銅、鐵含量及作用。在中起主要作用的是鎂元素和鈣元素，鎂元素是酶的激活劑在維護骨骼生長和神經興奮等功能方面作用很大，而且對血管系統也有影響。鈣能維持強健的骨骼和健康牙齒，維持有規則的心律，緩解失眠癥，幫助體內鐵的代謝，強化神經系統，因此，表征鎂、鈣在梔子中含量及作用。在中起主要作用的是錳元素與鋅元素。錳是構成正常骨骼時所必要的物質，并有著多方面的作用，參與體內造血過程和多種酶的組成，影響酶的活性，促進細胞內脂肪的氧化作用，與人體健康的關系十分密切，因此有人將錳稱作“益壽元素”。鋅是人體中約200種與免疫功能有關酶的組成成份，是人體許多化學反應的催化劑，與核酸及蛋白質的合成密切相關，通過DNA和RNA聚合的作用，促進蛋白質的吸收和合成、細胞的分裂生長和再生，因此，表征梔子中錳、鋅含量及作用。根據表6主成分的得分及排名，可知主成分1得分最高的為河南唐河-1的梔子，主成分2得分最高的為廣西玉林-2的梔子，主成分3得分最高的為江西廣豐-1的梔子，綜合得分最高的為河南唐河-1的梔子，其次為廣西玉林-2的梔子，第三為河南唐河-2的梔子。通過對不同產地梔子中微量元素含量的主成分分析，可知河南唐河-1的所產的梔子品質最好。

3 結束語

醫學研究已證明，微量元素與人類健康有密切關系，它們的攝入過量、不足或缺乏都會不同程度地引起人體生理的異常或發生疾病。中藥是一個集合體，一味中藥材中既含有大量的有機化合物又含有一定量的人體所需的微量元素，而中藥的藥效正是其所含的所用物質之間相互協同，相互抑制，從而達到治療的目的。因此，在藥物質量評價及藥理作用研究過程中都有必要引進微量元素含量的多少作為藥物質量評價和其藥理作用研究的一項指標。本文通過主成分分析較好地闡述了梔子中各微量元素的相互關系，同時對不同產地的梔子的質量優劣從微量元素的含量方面給予合理的評價，為藥物質量評價提供了一種參考方法，具有一定的參考價值。

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［3]左月明，張忠立，楊雅琴，等.梔子化學成分研究［J].中藥材，2013，36(2):225_227.

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［7]何邦平，陳杰，張欣榮，等.微量元素與人體健康關系研究的回顧與展望［J].生命科學儀器，2003，1(1):41.

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Principal Component Analysis of Trace Elements in Gardenia From Different Regions

LIU Mingdi，QIZhengxing，YE Dan
（DePartment of Chemistry and Life Science，Qinghai University for Nationalities，Xi'ning S10007，China）

Based on the contentof6 trace elements in gardenia that from differenthabitats，through the PrinciPal comPo_ nent analysis of trace elements by using software SPSS13.0，the correlation matrix，eigenvalue and the cumulative contribu_ tion rate are obtained，then three PrinciPal comPonents whose cumulative contribution rates are more than S2.216%are selected.Meanwhile the gardenia from different regions are ranked synthetically，and it's functions on human body and the Proximity of contents are analysed.All the analysis Provide a referencemethod for quality evaluation of gardenia in different regions.

gardenia；trace elements；the PrinciPal comPonent analysis

O61

A

1673_1549(2014)02_0015_04

10.11863/j.suse.2014.02.03

2013_10_27

青海民族大學研究生創新項目（QHMZ0201300S）

劉明地（19S7_），男，陜西商洛人，碩士生，主要從事物質結構與物性定量關系方面的研究，（E_mail）313S26195@qq.com