20種黨參種質(zhì)綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)

肖淑賢，侯沁文，蔡子平，藺海明，胡利峰，李飛鶴，王玉龍*，趙艷

(1.山西振東道地藥材開發(fā)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100；2.長(zhǎng)治學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 047100;3.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 中藥材研究所，甘肅 蘭州 730070；4.山西振東制藥股份有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100)

目前，野生黨參資源逐漸減少，栽培黨參占據(jù)主導(dǎo)地位，亂用農(nóng)藥和壯根靈造成黨參品質(zhì)下降。人工種植藥材是解決藥材資源匱乏的必然選擇。自2017年起，本課題組有針對(duì)性地搜集了流通于藥材市場(chǎng)的20種黨參種質(zhì)資源，并引種至山西省平順縣種植基地種植，期望篩選出適合山西省平順縣種植的黨參種質(zhì)。2018年，20份黨參種質(zhì)在基地定植1 a，經(jīng)過統(tǒng)一的栽培管理，大田出苗率、越冬適應(yīng)情況和收獲后藥效部位的性狀、藥效成分的含量，以及種植后采收的種子千粒重、發(fā)芽率等均有差異。單一評(píng)價(jià)系統(tǒng)不能體現(xiàn)某一黨參種質(zhì)的總體品質(zhì)，故需對(duì)20種不同黨參種質(zhì)進(jìn)行綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)。選取和黨參綜合品質(zhì)相關(guān)的12個(gè)指標(biāo)：種子千粒重和發(fā)芽率，大田出苗率、根長(zhǎng)、根直徑、單株質(zhì)量、越冬保苗率、株高、莖干顏色、葉片形狀、浸出物、蒼術(shù)內(nèi)酯Ⅲ進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過主成分分析和隸屬函數(shù)分析法，對(duì)20種黨參種質(zhì)的12個(gè)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)其綜合品質(zhì)進(jìn)行排序，為選擇適合長(zhǎng)治地區(qū)種植的優(yōu)良黨參種質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試20份黨參材料來自山西和貴州產(chǎn)地，材料來源與編號(hào)見表1。所有種質(zhì)種植于長(zhǎng)治市平順縣中藥材種植基地。

表1 20種黨參種質(zhì)的基原與產(chǎn)地

1.2 指標(biāo)測(cè)定

2018年3月28日在山西平順縣中藥材種植基地定植20個(gè)不同產(chǎn)地的1年生黨參種苗，記錄大田出苗率、莖干顏色、葉片形狀；于9月13日采收黨參種子，測(cè)千粒重和發(fā)芽率；10月10日采收黨參根條，記錄根長(zhǎng)、根直徑、單株質(zhì)量；越冬后測(cè)定保苗率、株高，按照藥典標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)浸出物[1]和蒼術(shù)內(nèi)酯Ⅲ[2]。

千粒重：隨機(jī)抽取1 000粒種子，稱量，3次重復(fù)，取平均值。

發(fā)芽率：隨機(jī)抽取100粒種子，室溫下采用濾紙發(fā)芽，3次重復(fù)，取平均值。

大田出苗率為種質(zhì)在大田播種后的出苗率。

根長(zhǎng)、根直徑、單株質(zhì)量：在采收期隨機(jī)抽取20株，測(cè)量根長(zhǎng)、根直徑、單株質(zhì)量，取平均值。

越冬保苗率為經(jīng)受冬季冷害后，第2年返青苗比例。

株高為越冬后地上部分垂直地面高度。

莖干顏色：1代表綠色，2代表紫色。葉片形狀：1代表橢圓形，2代表狹長(zhǎng)形。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 19.0軟件和Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，應(yīng)用隸屬函數(shù)法對(duì)20種黨參種質(zhì)的12項(xiàng)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析。以12項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)為依據(jù)，采用歐式距離平方作為樣品測(cè)度，對(duì)20種黨參進(jìn)行聚類分析[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種質(zhì)黨參品質(zhì)性狀

由表2可看出，黨參12項(xiàng)品質(zhì)性狀均存在不同程度的變異情況，單株質(zhì)量變異程度最大，變異系數(shù)達(dá)29.93%；蒼術(shù)內(nèi)酯Ⅲ含量變異程度次之，變異系數(shù)為28.26%；發(fā)芽率、越冬保苗率、株高、莖干顏色種質(zhì)間變異系數(shù)為18.14%～26.43%；千粒重、大田出苗率、根長(zhǎng)、根直徑、葉片形狀種質(zhì)間變異系數(shù)在3.94%～11.47%；浸出物變異程度最小，變異系數(shù)為3.62%。

表2 20種黨參種質(zhì)各單項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)

2.2 主成分分析

采用SPSS19.0分析軟件，根據(jù)不同黨參種質(zhì)的12項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化值的主成分分析，得到各個(gè)主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。

為了避免量綱和數(shù)量級(jí)的影響，對(duì)12項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化值為每個(gè)變量值與其平均值之差，再除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)化值結(jié)果見表3，用各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值進(jìn)行主成分分析。

表3 20種黨參種質(zhì)各單項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值

根據(jù)20種黨參種質(zhì)12項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，求得各指標(biāo)間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明，各評(píng)價(jià)指標(biāo)間均存在一定的相關(guān)關(guān)系，部分指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)還達(dá)到了顯著或極顯著水平。從表4可見，提取公因子后，株高的共同度為0.911，即提取的公因子對(duì)變量種子生活力的方差做出了91.1%的貢獻(xiàn)。各變量的共同度均比較大，在0.385～0.911，平均為0.766，說明變量轉(zhuǎn)化為主成分時(shí)，保留了較多的信息。可見，主成分分析的效果較好，利用主成分分析的方法比較合理。

表4 20 種黨參種質(zhì)各單項(xiàng)指標(biāo)變量共同度

對(duì)12項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表5。前5個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為25.750%、16.864%、12.464%、12.352%、9.152%，代表了原來12項(xiàng)指標(biāo)76.582%的信息。因此，SPSS統(tǒng)計(jì)分析時(shí)提取前5個(gè)主成分。第1主成分的特征值是3.090，方差貢獻(xiàn)率是25.750%，決定第1主成分大小的是葉片形狀、千粒重和浸出物，說明葉片形狀、千粒重越小、浸出物越高，黨參綜合質(zhì)量越好。因浸出物與藥效成分有關(guān)，故稱第1主成分為藥效成分因子。第2主成分的特征值是2.024，方差貢獻(xiàn)率是16.864%，決定第2主成分大小的是莖干顏色、越冬保苗率、蒼術(shù)內(nèi)酯Ⅲ，稱為抗性因子。第3主成分的特征值是1.496，方差貢獻(xiàn)率是12.464%，決定第3主成分大小的是根直徑數(shù)和單株質(zhì)量，這2個(gè)指標(biāo)都和黨參產(chǎn)量相關(guān)，故稱為產(chǎn)量因子。第4主成分的特征值是1.482，方差貢獻(xiàn)率是12.352%，決定第4主成分大小的是株高、越冬保苗率、大田出苗率，稱為出苗率因子。第5主成分的特征值是1.098，方差貢獻(xiàn)率是9.152%，決定第5主成分大小的是根長(zhǎng)，稱為種子質(zhì)量因子。

表5 各因子載荷矩陣、特征值、貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率

2.3 綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 隸屬函數(shù)值法

根據(jù)黨參在綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的綜合品質(zhì)差異性，求出所有黨參綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值(表6)。計(jì)算方法：U=(U-Umin)/(Umax-Umin)[4]。式中，U為指標(biāo)的實(shí)際測(cè)定值，Umax為指標(biāo)測(cè)定的最大值，Umin為指標(biāo)測(cè)定最小值。

2.3.2 綜合評(píng)價(jià)值D的計(jì)算方法

D值為各黨參種質(zhì)用綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)所得的綜合評(píng)價(jià)值，D值越大，表明該黨參種質(zhì)的綜合質(zhì)量越好。根據(jù)各種質(zhì)的D值(表6)可對(duì)各黨參種質(zhì)進(jìn)行綜合排序，排名前10位的是16號(hào)平順縣龍溪鎮(zhèn)下井村、17號(hào)威寧縣小海鎮(zhèn)松山村、5號(hào)平順縣龍溪鎮(zhèn)南小溝、12號(hào)平順縣西溝鄉(xiāng)申家坪村、15號(hào)威寧縣二塘鎮(zhèn)艾家坪村、1號(hào)平順縣龍溪鎮(zhèn)新城村、2號(hào)平順縣寺頭鄉(xiāng)寺頭村、20號(hào)平順縣青羊鎮(zhèn)、10號(hào)平順縣東寺頭鄉(xiāng)西灣村、14號(hào)貴州省畢節(jié)市威寧縣海拉鄉(xiāng)。

表6 20種黨參種質(zhì)的綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值和綜合評(píng)價(jià)值

結(jié)合綜合評(píng)價(jià)結(jié)果和20種黨參種質(zhì)在田間的具體表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果排在前7位的是16號(hào)平順縣龍溪鎮(zhèn)下井村、17號(hào)威寧縣小海鎮(zhèn)松山村、5號(hào)平順縣龍溪鎮(zhèn)南小溝、12號(hào)平順縣西溝鄉(xiāng)申家坪村、15號(hào)威寧縣二塘鎮(zhèn)艾家坪村、1號(hào)平順縣龍溪鎮(zhèn)新城村、2號(hào)平順縣寺頭鄉(xiāng)寺頭村，這些黨參在多數(shù)指標(biāo)上優(yōu)于其他種質(zhì)。說明本研究的評(píng)價(jià)方法合理，結(jié)果可靠。

2.4 不同黨參種質(zhì)的聚類分析

根據(jù)12項(xiàng)綜合品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)對(duì)20種黨參種質(zhì)進(jìn)行了聚類分析，結(jié)果如圖1。依照聚類分析結(jié)果，20種黨參種質(zhì)可分為5類。由主成分分析中篩選出的5個(gè)綜合品質(zhì)較高的16號(hào)、17號(hào)、5號(hào)、12號(hào)、20號(hào)種質(zhì)聚為Ⅴ類，15號(hào)種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅳ類，10號(hào)種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅲ類，2號(hào)黨參種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅱ類，1號(hào)種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅰ類。因此，平順縣龍溪鎮(zhèn)下井村、威寧縣小海鎮(zhèn)松山村、平順縣龍溪鎮(zhèn)南小溝、平順縣西溝鄉(xiāng)申家坪村、平順縣青羊鎮(zhèn)這5個(gè)種質(zhì)可以作為長(zhǎng)治地區(qū)黨參推廣的種質(zhì)資源。

1～20為種質(zhì)的編號(hào)，具體見表1。

3 小結(jié)與討論

隸屬函數(shù)分析法是模糊數(shù)學(xué)中的一種評(píng)價(jià)方法，對(duì)品種各個(gè)指標(biāo)的隸屬值進(jìn)行累加平均值，并進(jìn)行品種間比較，消除因單方面指標(biāo)反映的片面性[5]。本實(shí)驗(yàn)在主成分分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加可靠。通過主成分分析將黨參12個(gè)綜合品質(zhì)性狀指標(biāo)歸納成藥效成分因子、出苗率因子、抗性因子、產(chǎn)量因子、種子質(zhì)量因子5個(gè)主成分，其累積貢獻(xiàn)率是76.582%，其中貢獻(xiàn)率最高的為浸出物，說明浸出物是黨參品質(zhì)的重要指標(biāo)。根據(jù)各品種的每一個(gè)綜合指標(biāo)值與相應(yīng)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，得出20種黨參種質(zhì)的綜合質(zhì)量排序。20個(gè)黨參綜合品質(zhì)綜合分值D的排列順序可客觀反映各黨參種質(zhì)在長(zhǎng)治地區(qū)種植的優(yōu)劣程度。黨參綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果排序前10位的黨參是：16號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣龍溪鎮(zhèn)下井村)、17號(hào)潞黨參(產(chǎn)自威寧縣小海鎮(zhèn)松山村)、5號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣龍溪鎮(zhèn)南小溝)、12號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣西溝鄉(xiāng)申家坪村)、15號(hào)川黨參(產(chǎn)自威寧縣二塘鎮(zhèn)艾家坪村)、1號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣龍溪鎮(zhèn)新城村)、2號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣寺頭鄉(xiāng)寺頭村)、20號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣青羊鎮(zhèn))、10號(hào)潞黨參(產(chǎn)自平順縣東寺頭鄉(xiāng)西灣村)、14號(hào)川黨參(產(chǎn)自貴州省畢節(jié)市威寧縣海拉鄉(xiāng))。

依照聚類分析結(jié)果，20種黨參種質(zhì)可分為5類。由主成分分析中選出的5個(gè)綜合品質(zhì)較高的16號(hào)、17號(hào)、5號(hào)、12號(hào)、20號(hào)種質(zhì)聚為Ⅴ類，15號(hào)種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅳ類，10號(hào)種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅲ類，2號(hào)黨參種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅱ類，1號(hào)種質(zhì)單獨(dú)歸為Ⅰ類。推薦將平順縣龍溪鎮(zhèn)下井村、威寧縣小海鎮(zhèn)松山村、平順縣龍溪鎮(zhèn)南小溝、平順縣西溝鄉(xiāng)申家坪村、平順縣青羊鎮(zhèn)這5個(gè)種質(zhì)作為長(zhǎng)治地區(qū)黨參推廣的種質(zhì)資源。