陳農(nóng)，袁湘玲,，閆敏慧，張又方，周秀杰，王蕾，王蕊，車興博，魏磊

（1黑龍江省氣象服務中心，哈爾濱 150030；2齊齊哈爾市氣象局，黑龍江齊齊哈爾 161006；3黑龍江中醫(yī)藥大學，哈爾濱 150000；4黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，哈爾濱 150030；5黑龍江省氣候中心，哈爾濱 150030）

0 引言

板藍根是中國傳統(tǒng)中藥，具有清熱解毒、涼血利咽之功效[1]。從唐代起中國就已經(jīng)開始人工種植板藍根，隨著社會的發(fā)展和科技的進步，板藍根在醫(yī)學方面的使用領域逐漸擴展，用于預防感冒的中藥配伍里大多包含板藍根[2]。板藍根從播種到采收，氣象條件是影響其質量的重要環(huán)境條件，由于采收日期不同，溫度、降水和日照等氣象條件也不同，從而影響板藍根有效成分含量[3]。因此，研究板藍根最佳采收時間，對于保證其品質和臨床療效具有重要意義。

近年來，不同采收期氣象條件對作物品質的影響研究已成為許多學者關注的熱點[4-11]。楊馥源[12]分析不同采收期酸棗仁生物積累量、水分含量、色澤度和脂肪酸成分及次級代謝物的含量變化規(guī)律，探討了山西主產(chǎn)地酸棗仁適宜采收期。溫方方等[13]研究了采收期和干燥方式對生脈注射液中麥冬品質的影響。劉迪等[14]比較分析了茅蒼術不同采收期及干燥方法所得產(chǎn)品的有效成分含量與性狀。有關板藍根不同采收期質量變化的研究尚少。王恩軍等[15]通過分析不同采收期板藍根產(chǎn)量和(R,S)-告依春含量變化，研究了民樂縣板藍根的最佳采收期。聶浩鴻等[16]分析了不同采收期、不同初加工方法、不同藥用部位南板藍根中腺苷的含量。徐小飛等[17]研究了不同采收期板藍根核苷類及(R,S)-告依春含量的動態(tài)變化規(guī)律，確定板藍根最佳采收期。未見探討板藍根化學成分含量變化對氣象條件的響應關系。本研究分析黑龍江省大慶市不同采收期板藍根藥材中(R,S)-告依春、總核苷、尿苷、鳥苷、腺苷和腺嘌呤的含量變化與氣象因子的相關性，以期為黑龍江省選定板藍根最佳采收期提供科學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究使用資料包括：（1）大慶站2021 年逐日氣溫、降水、相對濕度和日照資料，來源于黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心。（2）板藍根藥材試驗數(shù)據(jù)來源于黑龍江中醫(yī)藥大學。

1.2 研究方法

1.2.1 板藍根藥材試驗設計田間試驗于2021 年在黑龍江大慶市中藥材種植基地進行。從7月下旬開始選擇出苗整齊一致，長勢良好的同一塊板藍根田地，劃定5個3 m×5 m的區(qū)域，拉線標記為樣方，播種期和田間操作管理完全一致。自7月下旬—10月中旬，每旬逢8日采樣，共設置9個采收期，每次隨機挖取20株板藍根全株，掛牌標記，帶回實驗室測定根部化學成分含量。測定方法采用中國藥典[1]中的高效液相色譜法測定，試驗儀器采用Agilent 1260 高效液相色譜儀、Agilent 1100 高效液相色譜儀測定、Waters e2695 高效液相色譜儀、CP225D 十萬分之一電子天平、BT214D 萬分之一電子天平、SB25－12DTD超聲清洗器、錐形瓶、濾紙和漏斗等。

1.2.2 灰色關聯(lián)度分析法本研究采用灰色關聯(lián)度分析氣象條件對板藍根藥材化學成分的影響[18]。灰色系統(tǒng)理論是華中科技大學鄧聚龍教授于1982 年創(chuàng)立的一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的新方法[19]?；疑P聯(lián)分析方法基于小樣本數(shù)據(jù)提出，數(shù)據(jù)不需要滿足典型的分布規(guī)律，通過求出被評價對象的指標序列與參考序列之間的灰色關聯(lián)度，對時間序列動態(tài)指標數(shù)據(jù)關系展開進一步的量化比較分析，計算量較小，方法簡單可靠。其基本思想是通過確定參考數(shù)據(jù)列和若干個比較數(shù)據(jù)列的幾何形狀相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密，曲線越接近，相應序列之間的關聯(lián)度就越大，反之就越小[20]。灰色關聯(lián)分析的具體步驟如下。

（1）確定分析數(shù)列。

確定反映系統(tǒng)行為特征的參考數(shù)列見公式(1)和影響系統(tǒng)行為的比較數(shù)列見公式(2)。

（2）變量的無量綱化。

采用公式(3)進行無量綱化處理。

其中，k對應時間段，i對應比較數(shù)列中的一行（即一個特征），為對應比較數(shù)列的平均值，Si為對應比較數(shù)列的標準差。

（3）計算關聯(lián)系數(shù)。

按照公式(4)分別計算每個比較序列與參考序列對應元素的關聯(lián)系數(shù)。

式中，ζi(k)為關聯(lián)系數(shù)。ρ為分辨系數(shù)，取值區(qū)間為(0,1)。ρ越小，關聯(lián)系數(shù)間差異越大，區(qū)分能力越強。當ρ≤0.5463時，分辨力最好，通常取ρ=0.5。

（4）計算關聯(lián)度。

因為關聯(lián)系數(shù)是比較數(shù)列與參考數(shù)列在各個時刻（即曲線中的各點）的關聯(lián)程度值，所以它的數(shù)不止一個，而信息過于分散不便于進行整體性比較。因此有必要將各個時刻（即曲線中的各點）的關聯(lián)系數(shù)集中為一個值，即求其平均值，作為比較數(shù)列與參考數(shù)列間關聯(lián)程度的數(shù)量表示，即關聯(lián)度(r)，計算公式如式(5)。

1.2.3 偏最小二乘法偏最小二乘法(PLS)是一種新型的多元統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析方法，于1983年由S Wold等首次提出[21]。偏最小二乘法可以在一個算法下，同時實現(xiàn)回歸建模、數(shù)據(jù)結構簡化以及兩組變量之間的相關性分析[22]。其基本模型見式(6)。

式中，Y是具有m個變量、n個樣本點的響應矩陣，X是具有p個變量、n個樣本點的預測矩陣，B是回歸系數(shù)矩陣，E為噪音校正模型，與Y具有相同的維數(shù)。

2 結果與分析

2.1 采收期氣象條件

根據(jù)大慶站2021 年逐日氣溫、降水、相對濕度和日照資料，采用數(shù)理統(tǒng)計方法計算得出不同采收期前10 d氣象因子平均值見表1。

表1 不同采收期氣象因子10 d平均值

2.2 板藍根藥材化學成分含量

樣品采集時間及板藍根藥材化學成分含量測定結果見表2。

表2 樣品采集時間及板藍根藥材化學成分含量測定結果 %

2.3 灰色關聯(lián)度分析

以板藍根藥材化學成分為因變量作為參考數(shù)列，以采收前10 d平均氣溫、平均最低氣溫、累積降水量、平均相對濕度和累積日照時數(shù)5個因子為自變量作為比較數(shù)列，進行灰色關聯(lián)度分析，求得板藍根藥材化學成分與氣象因子的灰色關聯(lián)度矩陣，見表3。結果表明：從(R,S)-告依春含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r降水量＞r日照時數(shù)＞r相對濕度＞r最低氣溫＞r平均氣溫，對(R,S)-告依春含量影響最大的因子是降水量，關聯(lián)度為0.7670；從總核苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r日照時數(shù)＞r降水量＞r最低氣溫＞r平均氣溫＞r相對濕度，對總核苷含量影響最大的因子是日照時數(shù)，關聯(lián)度為0.6769；從尿苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r日照時數(shù)＞r最低氣溫＞r降水量＞r相對濕度＞r平均氣溫，對尿苷含量影響最大的因子是日照時數(shù)，關聯(lián)度為0.6557；從鳥苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r相對濕度＞r日照時數(shù)＞r最低氣溫＞r平均氣溫＞r降水量，對鳥苷含量影響最大的因子是相對濕度，關聯(lián)度為0.6585；從腺苷含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r平均氣溫＞r日照時數(shù)＞r最低氣溫＞r降水量＞r相對濕度，對腺苷含量影響最大的因子是平均氣溫，關聯(lián)度為0.7262；從腺嘌呤含量的角度考慮，氣象因子的影響由大到小排序依次為r日照時數(shù)＞r平均氣溫＞r最低氣溫＞r相對濕度＞r降水量，對腺嘌呤含量影響最大的因子是日照時數(shù)，關聯(lián)度為0.7226。

表3 板藍根藥材化學成分與氣象因子的灰色關聯(lián)度矩陣

2.4 板藍根藥材化學成分與氣象因子的相關性分析

使用SPSS29 統(tǒng)計分析軟件對板藍根化學成分與氣象因子之間進行相關性分析，得到各因子的相關系數(shù)見表4。從表4 中可以看出，(R,S)-告依春與降水量的相關系數(shù)為-0.850**，總核苷與日照時數(shù)的相關系數(shù)為0.677*，腺嘌呤與日照時數(shù)的相關系數(shù)為0.667*。結果表明(R,S)-告依春與降水量呈顯著負相關，總核苷、尿苷、鳥苷和腺嘌呤與降水量呈負相關，未到達顯著相關，腺苷與降水量呈正相關，未達到顯著相關；總核苷和腺嘌呤與日照時數(shù)呈顯著正相關，(R,S)-告依春、尿苷和鳥苷與日照時數(shù)呈正相關，未達到顯著相關，腺苷與日照時數(shù)呈負相關，未達到顯著相關；板藍根藥材6種化學成分與溫度和相對濕度未達到顯著相關。

表4 板藍根藥材化學成分與氣象因子的相關系數(shù)

將不同采收期板藍根藥材化學成分含量和氣象因子變化曲線繪制在圖1中。從圖1a中可以看出，當10 d平均氣溫＞10℃時，板藍根化學成分含量與溫度無顯著相關性；當10 d平均氣溫降至10℃以下時，板藍根藥材5 種化學成分含量均呈現(xiàn)下降趨勢。當土壤溫度＜10℃時，菘藍停止生長，為了安全越冬，菘藍根系產(chǎn)生一系列復雜的生理生化活動，引起次生代謝物質之間發(fā)生轉移，使得板藍根化學成分含量開始下降[23-25]。當10 d平均最低氣溫＜10℃，且10 d平均氣溫＞10℃時，(R,S)-告依春含量最高，總核苷、尿苷、鳥苷和腺苷含量相對較高，適宜采收。從圖1b中可以看出，當采收期10 d累積降水量＞25 mm 時，(R,S)-告依春、尿苷、鳥苷和總核苷含量下降，其后當10 d累積降水量＜25 mm時，隨著采收期延后，(R,S)-告依春、尿苷、鳥苷和總核苷含量逐漸增加。文獻[26]研究表明較高的土壤含水量（土壤含水量約為田間持水量的80%～90%）有利于菘藍中(R,S)-告依春積累，土壤含水量繼續(xù)增加(R,S)-告依春含量呈現(xiàn)輕微下降，文獻[27]認為營養(yǎng)生長期和肉質根生長期，輕中度水分虧缺有利于菘藍中(R,S)-告依春含量的積累，提高板藍根藥材品質，均與本研究結果一致?？梢姰?0 d累積降水量＜25 mm時，適宜采收。從圖1c中可以看出，(R,S)-告依春、腺嘌呤、尿苷、鳥苷和總核苷含量與日照時數(shù)變化趨勢一致，呈正相關，表明出現(xiàn)連續(xù)多日的晴好天氣適宜采收。從圖1d中可見，(R,S)-告依春和總核苷與采收期相對濕度呈負相關，相關性不顯著。

圖1 不同采收期板藍根化學成分含量及氣象因子變化曲線

綜上所述，從灰色關聯(lián)度分析和相關性分析結果可以得出日照時數(shù)和降水量是影響板藍根藥材化學成分含量的重要因子，采收期前10 d 累積降水量＜25 mm、10 d 累積日照時數(shù)越長，(R,S)-告依春、總核苷、鳥苷、尿苷和腺嘌呤的含量越多。

2.5 采收期表告依春含量的氣象因子多元回歸方程

采用逐步回歸和PLS 回歸方法，從9 個氣象因子中初步篩選出10 d 累積降水量、10 d 累積日照時數(shù)、10 d 平均相對濕度、10 d 平均氣溫和10 d 平均最低氣溫5 個氣象因子與板藍根藥材中(R,S)-告依春含量密切相關，根據(jù)相關性、顯著性、具有明顯生物學意義3個原則，設定溫度條件滿足10 d 平均最低氣溫＜10℃，且10 d平均氣溫＞10℃情況下，進一步優(yōu)化選出的降水量、日照時數(shù)和相對濕度3個氣象因子，進行多元回歸分析，得到多元回歸方程見式(7)。

式中，Y1為(R,S)-告依春含量，X1為采收前10 d 累積降水量，X2為采收前10 d累積日照時數(shù)，X3為采收前10 d平均相對濕度。X1所占權重為0.381，X2所占權重為0.348，X3所占權重為0.198，合計0.917。

由式(7)可見，采收期(R,S)-告依春含量與降水量和相對濕度呈負相關，與日照時數(shù)呈正相關，降水量所占權重最大，同上文分析結果一致。

3 結論與討論

（1）研究不同采收期板藍根化學成分與氣象因子之間灰色關聯(lián)度和相關性，結果表明采收期日照時數(shù)和降水量是影響板藍根藥材化學成分含量的重要因子。當10 d 平均最低氣溫＜10℃，且10 d 平均氣溫＞10℃時，(R,S)-告依春含量最高，總核苷、尿苷、鳥苷和腺苷含量相對較高，適宜采收。采收期前10 d累積降水量＜25 mm、10 d 累積日照時數(shù)越長，(R,S)-告依春、總核苷、鳥苷、尿苷和腺嘌呤的含量越多，表明連續(xù)多日晴好天氣適宜采收。

（2）采用逐步回歸和PLS 回歸方法，設定當滿足10 d平均最低氣溫＜10℃，且10 d平均氣溫＞10℃時，選取降水量、日照時數(shù)、相對濕度3 個氣象因子，進行多元回歸分析，得出采收期(R,S)-告依春含量的氣象因子多元回歸方程。

（3）由于條件限制，本研究使用的板藍根化學成分試驗數(shù)據(jù)樣本較少，有待于積累長序列的試驗數(shù)據(jù)，深入研究不同采收期板藍根化學成分與氣象因子之間的相關性。