林下山參外形性狀和生長年限的相關性研究

張龔敏，張紅梅，黃 清，陳 干，董志穎，鄭昌武，徐宏喜

（上海中醫藥大學中藥學院，上海 201203）

人參PanaxginsengC.A.Mey.為五加科人參屬多年生草本植物，常見人參有園參、趴貨、林下山參、野山參等種類［1］，具有大補元氣、復脈固脫、補脾益肺、生津養血、安神益智等功效［2-3］，還具有抗腫瘤、抗氧化、抗疲勞等藥理作用［4-6］，臨床用于糖尿病、高血壓、病毒性肝炎等輔助治療［7-11］。常見市售人參多為園參，為人工栽培、園地生長； 林下山參為人工撒種在野生環境中生長所成。由于真正的野生人參資源極其稀少，林下山參漸漸占據市場，為大家所熟知［12］。2015 年版《GB/T18765-2015 野山參鑒定及分等質量》 （以下簡稱《標準》 ） 對野山參定義為“播種后，自然生長于深山密林15 年以上的人參”［13］，由于具有野山參的性狀特點，價格呈逐年升高的趨勢［14］。因此，林下山參的年限鑒定在規范交易市場的作用中顯得尤為重要。從傳統鑒定標準里關于野生山參的“五形” （蘆、體、皮、紋、須）、“六體” （靈、笨、老、嫩、橫、順） 的描述及口傳心授的歌訣中，總結野山參的特點為蘆，三節蘆，圓蘆、堆花蘆和馬牙蘆，圓蘆最顯著； 艼，棗核艼，自然下垂； 體，橫靈體或者疙瘩體，也有順體、過梁體； 紋，均勻，凹陷，清晰； 皮，緊皮細紋和皮老紋深； 須，細長自然，清疏不亂，柔韌不斷，珍珠點明顯［15-16］。

“林下山參” 的鑒定雖然可以參考“野山參” 的標準，但2020 年版《中國藥典》 及行業標準中對林下山參的外觀形態特點沒有系統闡述。本實驗參考傳統“五形” 理論，觀察15 年以上的林下山參性狀特點，總結其符合野山參的性狀特點，分析林下山參“野化” 的種植標準［17］； 同時對1～21 年逐年生長的林下山參樣本進行測量，采用游標卡尺和測量直尺分別對人參的蘆、主根、整體植株的長度、質量進行測量、記錄和數據分析，在不破壞整株植株的前提下，探討林下山參年限和傳統“五形” 特征的規律性關系，分析外形性狀參數在林下山參的年限鑒定中的作用，并利用主成分分析法（PCA） 確定和年限相關度較高的變量。

1 材料

1.1 儀器 BS124S 電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）； SYNTEK 電子數顯卡尺 （上海精天電子儀器有限公司）。

1.2 藥材 林下山參共221 株，由上海雷允上藥業野山參基地提供，生長年限為1 ～21 年，每株樣本均按照實際年份采摘。藥材樣本經上海中醫藥大學生藥學教研室張紅梅副教授鑒定為五加科人參PanaxginsengC.A.Mey.的干燥根及根莖，保存于上海中醫藥大學科技創新中心。樣本信息見表1，以“年限-株數” 編號，如1 年生第1 株樣本編號為1-01，以此類推。

表1 1～21 年人參樣本信息

2 方法與結果

2.1 林下山參“野化” 特征觀察 參考傳統“五形” 學說及“辨狀論質” 中對于野山參的 “蘆、艼、體、紋、須” 等5 個方面進行觀察，并對其特征進行分類。

2.2 林下山參外形性狀拍照、測量、數據整理 使用測量尺以及電子數顯卡尺測量每個年限每株樣本的總長、蘆長、蘆徑、主根長、主根直徑數據，用電子天平稱取每株植株的質量。以上每個數值測量3 次取平均值作為形態特征值。根據測量逐年生人參的特征值，分析各參數和年限的相關性。

2.3 林下山參的“野” 參性狀 《標準》 中定義生長15年以上的林下山參可以作為“野山參”，此時林下山參逐漸“野化”，具有“野生人參” 特點。本實驗對15 年以上人參外形性狀特點觀察歸納見圖1。蘆頭的性狀呈多樣化，分別為圓蘆、堆花蘆及蘆碗排布較密的馬牙蘆，其中以二節蘆較為多見（圓蘆結合堆花蘆），三節蘆基本未見（圖1A）。艼則以順長艼、毛毛艼的較常見，偶見類似代表野生人參的“棗核艼”，但非典型樣（圖1B）。主根部分的橫靈體在樣本中較為少見，笨體、順體居多，橫體有過梁體和跨海體的形狀（圖1C）。樣本中林下山參的紋路隨著年限的增加逐漸加深。橫線紋大多集中在肩部，少部分林下山參具有鐵線紋，且表皮粗糙、凹凸不平或帶有粗皮，但“抽溝” 現象不明顯（圖1D）。林下山參的須指主根和支根上漸細的呈須狀的根，隨著年限的增加，15 年以上的人參須呈明顯增多、加長的趨勢。由于生曬參失水嚴重，須部較為脆弱，轉移過程容易折斷，部分樣本中的人參細須較為稀少，在15 年以下的樣本人參須上可見 “珍珠點”，但在近20 年及20 年以上的樣本中可見更加明顯的“珍珠點” （圖1E）。15 年以上樣本人參以棕黃色為主要色調，皮老紋深的特點和野生人參較為相近。通過對比15 ～21 年的人參的樣本特點，發現15 年以上可被稱為“野山參” 的人參主根、蘆長等方面差異較小，不似未滿15 年的林下山參呈現規律性的生長趨勢。

圖1 15 年以上具備“野生” 特性山參外形性狀特點

2.4 林下山參的生長趨勢變化特征 林下山參由于生長年限較長，市售林下山參多為10 ～15 年及以上年份的植株［18-19］。本實驗采用逐年生樣本對比觀察的方法，總結出性狀變化趨勢特點。通過觀察，整體上1 ～21 年逐年生林下山參蘆長、總長、主根長、蘆徑呈現比較明顯的增長增粗的趨勢，“皮老紋深” 的現象逐步呈現，見圖2。

從趨勢變化可將人參樣本分成3 個階段，見表2。6 年以下，特別是3 年以下的林下山參未見明顯的蘆頭，5 ～6年開始逐步具有人參的“五形” 特點，1～6 年可以作為林下山參的“成形期”。6～15 年的林下山參還不具備“野生人參” 的特點，蘆和主根的生長進入了緩慢變化的發展階段，10～15 年以上人參逐漸開始出現二節蘆特點。15 ～21年蘆長繼續增長，多以二節蘆為主，較少見三節蘆。6 年以下的林下山參極少有艼的出現，6 年以上的樣本具備艼的結構完整性。其中以順長艼為主，棗核艼等野生山參特有的艼在本批樣本中較少出現。6 年以下的林下山參，特別是1～2 年的參苗通體發白； 3 ～6 年林下山參，表面顏色從白色到牙白色； 6 年以上的林下山參則從淡黃色逐步加深到黃色，并伴隨淺橫紋的出現； 15 年以上的林下山參表面顏色則基本為棕黃色。

表2 林下山參外形性狀測量均值結果

2.5 林下山參外形性狀和年限相關性及PCA 分析

2.5.1 相關性分析 為進一步揭示林下山參外形性狀特征和生長年限之間的相關性，對收集的221 份林下山參樣本按照質量、總長、蘆長、蘆徑、主根長和主根徑6 個可量化指標進行數據匯總分析，其中總長為自然垂直狀態下從蘆頭到須最長處的樣本全長。測量數據計算結果見表3。其中一年生林下山參還未有蘆頭，故沒有數據。

表3 不同年限林下山參外形性狀參數（±s）

表3 不同年限林下山參外形性狀參數（±s）

年限質量/g總長/mm蘆長/mm蘆徑/mm主根長/mm主根徑/mm 10.958±0.03183.598±28.9380017.675±0.3482.679±0.406 20.124±0.11874.222±21.9951.932±0.6601.173±0.36919.675±0.7633.082±0.731 31.220±0.396112.553±29.0037.498±1.6102.983±0.84630.091±14.5977.382±0.888 41.163±0.473129.660±32.0509.302±2.2102.720±0.45728.013±9.4897.448±1.130 50.892±0.498141.914±23.17213.199±2.6762.303±0.96853.576±26.7926.318±1.859 61.748±0.922195.441±56.01520.034±4.4494.441±1.50523.734±14.8449.154±1.549 71.558±0.685168.293±25.18319.587±4.4713.769±1.41836.467±18.0278.026±1.277 81.240±0.398182.547±38.67922.861±6.1593.484±0.65031.060±16.3257.233±1.485 93.226±1.210235.493±64.88517.946±2.7994.837±1.91937.608±16.14810.187±2.134 102.060±1.085182.098±27.74022.818±4.1335.170±1.51143.714±22.47810.172±1.644 114.537±1.805225.793±58.10729.943±5.1504.923±1.74231.097±18.04311.018±1.323 121.444±0.764204.020±51.76230.741±4.6914.202±0.99745.282±25.4587.129±2.921 135.796±1.351267.846±44.82133.551±4.9926.186±1.31249.818±26.04912.871±1.709 1410.949±4.123270.563±48.90634.850±10.0956.141±2.37330.129±14.03014.376±2.316 155.882±2.577240.202±59.93130.339±7.2695.016±2.54045.504±29.28010.826±4.913 165.512±2.856263.414±70.24137.414±15.9784.234±1.27132.120±14.00911.028±3.994 1714.924±6.806318.469±52.52642.750±7.5237.376±2.27035.415±16.91018.755±9.283 1814.500±3.007369.327±47.66448.190±4.1456.216±1.24455.516±30.97916.673±1.624 197.949±3.319303.342±63.89353.015±13.9117.527±1.96331.293±11.68412.833±2.518 205.909±1.225271.442±43.47050.313±15.8757.609±2.59726.779±9.85112.685±2.304 218.094±2.032311.366±63.72557.363±7.9218.415±1.69838.517±13.86515.919±3.116

分別以年限為橫坐標（X）、6 組可量化指標為縱坐標（Y） 進行回歸，考察每組參數和年限之間的線性關系，分析數據，結果見圖3。隨著年限的增加，林下山參的質量在1～10 年中逐年增加，10 年之后質量變化跨度變大（圖3A），回歸方程Y＝0.551 4X－1.318 4 （r＝0.774 0）。3 年及以上的林下山參，總長有明顯增加的趨勢，總長和生長年限呈現良好的正相關性（圖3B），回歸方程Y＝12.07X＋83.969 （r＝0.932 0）。一年生林下山參還處于嫩芽階段，未見蘆頭； 2 年以上的林下山參，蘆長的增加趨勢明顯，并和年限呈良好的正相關（圖3C），回歸方程Y＝2.633 4X－1.174 9 （r＝0.982 3）。3 年以上的林下山參，蘆徑的變化和擬合后的標準曲線差異較大 （圖3D），回歸方程Y＝0.320 8X＋1.172 6 （r＝0.916 1）。主根長度在前三年增長快速，3 年后主根長度基本保持不變，后期林下山參的生長主要為支根和須根（圖3E），回歸方程Y＝0.606 2X＋28.71 6（r＝0.360 7）。隨著年限的增長，林下山參的主根直徑逐年變粗（圖3F），回歸方程Y＝0.579 2X＋3.905 2 （r＝0.860 3）。結果表明，蘆的長度和年限呈正相關，擬合直線最為標準，由此可見，除了傳統數蘆碗的方法外，按照蘆頭的長度來判斷林下山參的年限也具有一定的科學依據。蘆徑和總長亦與年限相關度較高，可納入年限等級評估中。林下山參的質量和年限的線性關系規律不強，特別是10 年之后的人參，可能與人參10 年后生長緩慢有關。

圖3 林下山參外形性狀和年限的關系

2.5.2 PCA 分析 對收集的221 份林下山參樣本質量、總長、蘆長、蘆徑、主根長和主根徑六個變量進行主成分因子分析，其相關性矩陣見表4。

KMO 的值為0.714，見表5，數值大于0.7 適合進行因子分析，巴特利球形度檢驗顯著性P＝0＜0.05，依據目前6個變量因子進行主成分分析。按照分析步驟，獲得各個公因子的總方差解釋表，見表6，碎石圖（圖4） 顯示可提取3 個因子進行分析。

圖4 碎石圖

表5 KMO 和巴特利檢驗

表6 總方差解釋

本實驗為獲取和生長年限相關的多維變量，取特征值K＝3，旋轉后的成分矩陣如表7 所示。可以看出，與林下山參年限相關的變量中，蘆長、總長在第1 個主成分因子上的分數較高，質量和蘆徑在第2、3 個主成分因子上分數較高，可以作為除蘆頭特征外的年限輔助評價指標。

表7 旋轉后的成分矩陣a

3 討論

本實驗通過收集1～21 年整株林下山參樣本221 株，在不破壞植株完整性的前提下，參考傳統的“五形” 性狀和2015 年版的《標準》 將15 年以上林下山參定義為“野山參” 的規范，對15 年以上的林下山參“野生” 特征進行觀察總結，發現15～21 年間的林下山參多以二節蘆為主，三節蘆較為少見，《標準》 中可以補充低參齡（15 ～21 年）的野山參以二節蘆為主的特點。《標準》 中對于15 年以上生曬林下山參即“野山參” 艼的特征描述以“棗核艼”“蒜瓣艼” “毛毛艼” “順長艼” 為主，本實驗顯示低參齡的“野山參” 的艼部以“順長艼” “毛毛艼” 為主。其他2種形態在低參齡林下山參中比較少見，此特征亦可以作為15～21 年參齡的補充說明。

本實驗對1～21 年生長的多株林下山參樣本進行整理收集，測量每個年限樣本的總長、蘆長、蘆徑、主根長、主根直徑以及質量，分析此6 個變量和年限的相關性。蘆長、蘆徑、總長、質量和年限均呈正相關，其中，蘆長和年限的擬合直線最標準，顯示蘆長是林下山參年限判斷中的最主要變量，傳統中藥師們將蘆頭性狀和蘆碗數量作為鑒定野山參年限的首選要素具有一定的科學依據。除蘆長外，本實驗進一步確認在林下山參年限判定中納入蘆徑以及總長進行輔助判斷，可增加年限鑒定結果的可信度。本實驗同時采用統計學中的主成分分析法對林下山參的“質量、總長、蘆長、蘆徑、主根長、主根徑” 進行分析，發現蘆長、總長在第1 個主成分因子上的分數較高，質量和蘆徑在第2、3 個主成分因子上分數較高，可以作為傳統“辨狀論質” 之外的量化評價指標，增加了傳統方法判斷林下山參年限等級的多參數評估依據。在方法良多的形態學、光譜學、成分分析方法、代謝組學等方法學之外，本實驗建立了不破壞珍貴樣本、通過外形性狀量化指標而對年限等級進行鑒定和評估的方法學基礎［20-23］。本實驗的結果基于中國東北桓仁生產基地221 株林下山參開展，但數量有限，后續可收集更多產地、更多數量的林下山參樣本，擴大數據以進行結果對照驗證。