多花黃精根莖氨基酸年間動態變化規律研究

吳媛　叢堯華　陳陽　林永勝　周先治

摘要 ［目的］研究不同生長年限的多花黃精根莖氨基酸含量差異。［方法］采用全自動氨基酸分析儀測定不同生長年限的多花黃精根莖中氨基酸的含量，以不同生長年限根莖的氨基酸含量為樣本，采用聚類、主成分和逐步回歸分析建立多花黃精根莖質量綜合評價函數。［結果］不同生長年限的多花黃精根莖中檢測出17種氨基酸，其中谷氨酸、精氨酸和天冬氨酸的含量明顯高于其他氨基酸，人體必需氨基酸含量由大到小依次為1年生＞2年生＞3年生＞4年生＞5年生；不同生長年限的多花黃精根莖中總氨基酸含量1年生和2年高于4年生和5年生，3年生的最低。經綜合評判，多花黃精的適宜采收期為4年。［結論］該研究為多花黃精根莖采收提供科學依據。

關鍵詞 多花黃精；氨基酸；動態變化；聚類分析；主成分分析

中圖分類號 R 284.1文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2023）15-0150-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.037

Study on the Annual Dynamic Changes of Amino Acids in Polygonatum cyrtonema Rhizomes

WU Yuan1，CONG Yao-hua1，CHEN Yang2 et al

（1.Technology Center，Xiamen Customs，Xiamen，Fujian 361026;2.Agricultural Bio-resources Research Institute，Fujian Academy of Agricultural Sciences，Fuzhou，Fujian 350003）

Abstract ［Objective］To study the differences of amino acid content in P.cyrtonema rhizome with different growth years.［Method］A fully automated amino acid analyzer was used to determine the amino acid content in P.cyrtonema rhizomes of different growth years.The amino acid content in P.cyrtonema rhizomes of different years was used as samples，and a comprehensive evaluation function for the quality of P.cyrtonema rhizomes was established using clustering，principal component analysis and stepwise regression analysis.［Result］Seventeen kinds of amino acid were detected from the P.cyrtonema rhizomes of different growth years，of which the contents of glutamic acid，arginine and Aspartic acid were significantly higher than other amino acids.The content of essential amino acid in the human body from large to small was 1 year old>2 years old>3 years old>4 years old>5 years old.The total amino acid content in P.cyrtonema rhizomes with different growth years was higher at 1 year and 2 years than at 4 and 5 years，and the lowest at 3 years.After comprehensive evaluation，the suitable harvesting period for P.cyrtonema was 4 years.［Conclusion］This study provides a scientific basis for harvesting the P.cyrtonema rhizomes.

Key words Polygonatum cyrtonema;Amino acid;Dynamic change;Clustering analysis;Principal component analysis

多花黃精（Polygonatum cyrtonema）為百合科（Liliaceae）黃精屬植物，是2020版《中國藥典》的中藥材黃精3個基原藥之一［1］。肥厚的地下根莖為多花黃精主要的藥用部位，干燥根莖具有補氣養陰、健脾、潤肺、益腎等功效。許多學者對多花黃精根莖的有效成分進行了研究，發現了多種化學成分，主要包括多糖［2-5］、甾體皂苷［6-7］、黃酮［8］、生物堿［9］和氨基酸［10-11］，其中多糖和甾體皂苷類成分含量較大［12-13］。現代藥理研究表明，黃精具有抗衰老、調節免疫力、調血脂、改善記憶力、抗腫瘤、抗菌等藥用價值［14-18］。

氨基酸具有較好的營養和藥用價值，研究顯示氨基酸對調節人體血壓、激素分泌、營養和能量代謝、腫瘤抑制方面具有重要作用［19-21］。人體氨基酸主要分為必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸不能直接合成，需從飲食中獲取。多花黃精根莖中氨基酸含量較高，王曙東等［22］測定發現根莖中氨基酸含量為8.92%；黃趙剛等［10］研究發現不同產地的黃精氨基酸含量存在顯著差異。陳祖海等［11］研究發現多花黃精新品種“麗精1號”必需氨基酸營養豐富。不同生長年限的多花黃精根莖的氨基酸含量變化規律研究鮮見報道，該研究通過測定不同生長年限的多花黃精根莖氨基酸含量變化，以不同生長年限根莖的氨基酸含量為樣本，采用聚類、主成分和逐步回歸分析首次建立了多花黃精根莖質量綜合評價函數，為多花黃精根莖采收提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試材

生長1、2、3、4、5年的多花黃精帶須新鮮根莖于2020年6月10日取自光澤縣崇仁鄉崇仁村的多花黃精種苗育苗大棚和林下規范化栽培基地。由多花黃精根莖生長節數判斷生長年限，所有資源經福建中醫藥大學胡娟教授形態鑒定為多花黃精（P.cyrtonema）。

1.2 儀器與試劑 L-8900全自動氨基酸分析儀（日本日立有限公司）；DHG-9241A電熱恒溫干燥箱（上海熠昕電子科技有限公司）；JA5003B電子天平（上海精科天美儀器有限公司）。化學試劑均為分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 根莖氨基酸的提取與測定。

新鮮清洗除去泥土等雜質，剪下須根，自然晾干后稱重，根莖切薄片，用去離子水淋洗，置于60 ℃烘干箱中烘干，粉碎，過100目篩，備用。參照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》進行測定。精密稱取100 mg粉末，分別置于水解管中，加6 mol/L鹽酸10 mL，充氮，迅速密封水解管，置烘干箱中于（110±1） ℃水解24 h，用堿中和并用緩沖液調節溶液的pH至2.2，然后移入50 mL容量瓶中，用去離子水稀釋至50 mL，0.22 μm微孔濾膜過濾，備用。

采用梯度洗脫，分離柱柱溫57 ℃，反應柱柱溫135 ℃，緩沖液體積流量為0.35 mL/min，茚三酮（pH 5.2）體積流量為0.35? mL/min，檢測波長通道1為570 nm，通道2為440 nm，進樣量20 μL。

1.3.2 多花黃精根莖氨基酸年間變化及聚類分析。

統計不同氨基酸的含量，分析不同生長年限的多花黃精根莖氨基酸、必需氨基酸和總氨基酸含量；構建以不同生長年限多花黃精為樣本，以氨基酸種類為指標的數據矩陣，數據標準化轉換，以歐式距離為相關尺度，以中間距離為系統聚類方法，對不同生長年限多花黃精氨基酸生物標記進行聚類分析，分析不同氨基酸生物標記在不同生長年限多花黃精根莖中分布的異質性。

1.3.3 多花黃精根莖氨基酸主成分分析。

以氨基酸含量為樣本，以不同生長年限多花黃精根莖為指標，構建數據矩陣，進行主成分分析。通過主成分分析，選擇多花黃精根莖的特征氨基酸，以累計方差貢獻率大于90%為指標，進行關鍵因子選擇。

1.4 數據處理

試驗數據采用DPS 7.05軟件進行聚類、主成分、方差分析（AVONA），差異顯著性采用LSD檢驗法進行多重比較，采用Excel 2021軟件進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 不同生長年限多花黃精根莖氨基酸變化 由表1可知，不同生長年限的多花黃精根莖樣品中共檢測出17種氨基酸，不同生長年限的多花黃精根莖中均檢測到人體必需的7種氨基酸，即蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸。不同生長年限的多花黃精根莖中17種氨基酸含量存在明顯差異，生長1年和2年的多花黃精根莖中，谷氨酸含量最高，精氨酸含量次之，胱氨酸含量最低；生長3年的多花黃精根莖中，精氨酸含量最高，谷氨酸含量次之，胱氨酸含量最低；生長4年和5年的多花黃精根莖中，谷氨酸含量最高，天冬氨酸含量次之，蛋氨酸含量最低。不同

生長年限的多花黃精根莖中人體必需氨基酸含量，1年生的最高，5年生的最低，含量由大到小依次為1年生 ＞ 2年生 ＞ 3年生 ＞ 4年生 ＞5年生，1年生和2年生的多花黃精根莖中人體必需氨基酸含量無顯著差異，4年生和5年生的多花黃精根莖中

人體必需氨基酸含量無顯著差異，但是4年生和5年生的人體必需氨基酸含量比1年生、2年生低50%左右。不同生長年限的多花黃精根莖中總氨基酸含量，1年生和2年生高于4年生和5年生，3年生的多花黃精根莖中總氨基酸含量最低。

2.2 不同生長年限的多花黃精根莖氨基酸聚類分析

對不同生長年限的多花黃精根莖中氨基酸含量進行系統聚類分析，結果見圖1，當距離λ=1.750 3時， 可以將17種氨基酸分為4類，谷氨酸為第一類，不同生長年限的多花黃精根莖中谷氨酸含量均在2? g/kg以上，其中生長4年和5年的多花黃精根莖中谷氨酸含量占總氨基酸含量的50%以上；精氨酸為第二類，含量均在1? g/kg以上，不同生長年限的精氨酸含量呈現降低趨勢，4年生和5年生多花黃精根莖中精氨酸含量差異不顯著；天冬氨酸為第三類，含量均在1? g/kg以上；蘇氨酸、絲氨酸、賴氨酸等其余14種氨基酸為第四類，含量在1? g/kg左右。

2.3 不同生長年限的多花黃精根莖氨基酸主成分分析

對不同生長年限的多花黃精根莖氨基酸含量進行主成分分析，計算主成分特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率，結果如表2所示。前2個主成分的累計方差貢獻率達到了99.331 9%，特征值λ1=14.947 4，λ2=1.939 0，都大于1，說明前2個因子在多花黃精評價中起主導作用。其中第1主成分的方差貢獻率最大，為87.926 0%，第2主成分的方差貢獻率為11.405 9%，表明前2個主成分對多花黃精質量評價影響較大。

依據氨基酸聚類分析結果（圖1），每一類氨基酸中選擇主成分因子排名前二的因子（表2），以不同生長年限多花黃精根莖中總氨基酸作為因變量，選擇天冬氨酸（x1）、蘇氨酸（x2）、谷氨酸（x4）、酪氨酸（x12）和精氨酸（x16）對不同生長年限的多花黃精根莖質量進行綜合評價（表3），綜合評價函數為F=21.37-5.79F1-23.28F2+46.21F12 （P＜0.01），通過上述綜合評價函數計算不同生長年限的多花黃精根莖的綜合得分，由表4可知，生長4、5年的多花黃精根莖綜合得分排名靠前，但差異不顯著，生長3年的多花黃精根莖得分最低。

3 討論與結論

該研究從不同生長年限的多花黃精根莖中檢測出17種氨基酸，與王曙東等［21］的檢測結果相比，該研究中多檢測到1種氨基酸，即胱氨酸，可能是由于多花黃精生長地點或氨基酸檢測設備檢出限的不同，導致測定結果存在差異。精氨酸、谷氨酸和天冬氨酸的含量與其他氨基酸相比較高，這與王曙東等［22］的研究結果類似。谷氨酸具有安神健腦的作用［16］；精氨酸能提高人體免疫、改善氮平衡及促進胰島素等多種激素分泌的重要功能，天冬氨酸對肝功能障礙、高氨血癥、貧血等疾病具有良好療效［18］。

不同生長年限的多花黃精根莖中人體必需氨基酸含量和總氨基酸含量存在差異，1年生和2年生的均比3、4、5年生的高，生長3年的多花黃精根莖中總氨基酸含量最低，這可能是由于在根莖進入快速增重期后，以合成初級代謝產物為主，氨基酸的合成速度低于根莖增重速度，具體原因有待深入研究。人體必需氨基酸的含量隨生長年限的延長而降低，1年生和2年生差異不顯著，但是4年生和5年生的人體必需氨基酸含量比1年生、2年生低50%左右，從氨基酸含量角度來看，2年生多花黃精根莖相比4、5年生根莖更適于作為保健品添加原料。17種氨基酸聚類結果來看，谷氨酸、精氨酸和天冬氨酸是高含量氨基酸，這3種氨基酸在不同生長年限的多花黃精根莖中含量均高于1 g/kg，其余14種氨基酸的含量均在1 g/kg左右，為低含量氨基酸。通過主成分分析發現天冬氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、酪氨酸和精氨酸為多花黃精根莖的主要氨基酸。以總氨基酸為因變量，以上5種氨基酸為自變量，進行逐步回歸分析，剔除谷氨酸和精氨酸，該研究首次建立了以氨基酸為指標的多花黃精根莖質量綜合評價函數，通過綜合評價函數來判斷，4、5年生的多花黃精根莖綜合得分排名靠前，但差異不顯著，從根莖產量、質量和經濟效益三方面來看，人工林下栽培的多花黃精適宜采收期為4年。

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基金項目 福建省省屬公益類科研院所專項（2021R1034002）；福建省農業科學院科技創新團隊項目（CXTD2021014-2）；福建省人民政府-中國農業科學院農業高質量發展超越協同創新工程項目 （XTCXGC2021003）。

作者簡介 吳媛（1983—），女，福建廈門人，高級農藝師，從事食品質量與安全研究。*通信作者，助理研究員，博士，從事中藥材栽培及質量評價工作。

收稿日期 2023-02-20