全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 14 期 2015 年 7 月

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基于单糖指纹图谱技术的速生黄芪与野生黄芪的鉴别
高凡茸 1, 2，李 科 1*，郝 霞 1, 2，王桂臻 1, 2，秦雪梅 1*
1. 山西大学 中医药现代研究中心，山西 太原 030006
2. 山西大学化学化工学院，山西 太原 030006
摘 要：目的 建立黄芪单糖指纹图谱，找出速生黄芪与野生黄芪糖谱专属性差异，为不同生长方式黄芪鉴别和品质评
价提供依据。方法 采用单糖指纹图谱技术，对 24 批不同生长方式的黄芪药材，以黄芪细胞质中游离糖、多糖和糖缀合
物为研究对象，建立速生黄芪与野生黄芪的单糖指纹图谱，并对不同生长方式的黄芪中单糖的种类与量进行主成分分析
和聚类分析。结果 野生黄芪中不同糖类成分的量明显高于速生黄芪，且 2 种黄芪可按指标成分的比例进行鉴别（速生
黄芪中甘露糖-阿拉伯糖＞3.5∶1，葡萄糖-阿拉伯糖＞4∶1；野生黄芪中甘露糖-阿拉伯糖＜3.5∶1，葡萄糖-阿拉伯糖＜4∶
1）。结论 该结果不仅为黄芪品质评价指标的筛选提供了依据，同时为以糖类化合物为主要活性物质的中药材质量评价标准
的研究提供了思路与方法。
关键词：黄芪；单糖指纹图谱；品质评价；速生；野生
中图分类号：R286.6 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2015)14 - 2134 - 09
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2015.14.020
Identification of cultured and natural Astragali Radix based on fingerprint of
monosaccharides
GAO Fan-rong1, 2, LI Ke1, HAO Xia1, 2, WANG Gui-zhen1, 2, QIN Xue-mei1
1. Modern Research Center for Traditional Chinese Medicine, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Abstract: Objective To establish monosaccharide fingerprint of carbohydrates in Astragali Radix, and find the specificities of
saccharides between natural and cultured Astragali Radix to provide the basis for evaluating the quality of Astragali Radix in different
cultivation patterns. Methods Monosaccharide fingerprint from 24 kinds of different cultivations of Astragali Radix based on
carbohydrates hydrolysis followed by chromatographic analysis was founded. The data of monosaccharide fingerprint were statistically
analyzed based on principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA). Results The carbohydrates content of natural
Astragali Radix was apparently higher than the cultured, one and the natural and cultured Astragali Radix could be distinguished by molar
ratios of mannose, glucose, and arabinose (the molar ratio of mannose and arabinose was more than 3.5:1 and the ratio of glucose and
arabinose was more than 4:1 in cultured Astragali Radix, while the ratio of mannose and arabinose was less than 3.5:1 and the ratio of
glucose and arabinose was less than 4:1 in natural Astragali Radix). Conclusion The results not only supply the foundation for
screening the quality indicators for Astragali Radix, but also provide the new ways of quality evaluation for medicinal materials in
which carbohydrates are major bioactive components.
Key words: Astragali Radix; monosaccharides fingerprint; quality evaluation; cultured; natural

黄芪是我国重要的大宗药材之一，使用历史已
有 2 000 多年，始载于《神农本草经》，列为上品[1]，
可补益元气而脱毒，治一切气衰血虚之症[2]。《中国
药典》2010 年版规定的正品黄芪药材为豆科草本植
物 黄 芪 属 蒙 古 黄 芪 Astragalus membranaceus
(Fisch.) Bge. var. mongholicus (Bge.) Hsiao 或膜荚黄

收稿日期：2015-01-16
基金项目：国家自然科学基金资助项目（31200278）；教育部博士点新教师类基金项目（20131401120006）
作者简介：高凡茸（1990—），硕士研究生，主要研究方向为黄芪糖指纹图谱技术的研究。Tel: 15235115677 E-mail: gaofanrong@163.com
*通信作者 秦雪梅，博士，教授，博士生导师，中药质量控制及创新药物研发。Tel: (0351)7018379 13303467753 E-mail: qinxm@sxu.edu.cn
李 科，博士，讲师，硕士生导师，中药质量控制及创新药物研发。Tel: (0351)7019297 15235180586 E-mail: like@sxu.edu.cn
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 14 期 2015 年 7 月

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芪 A. membranaceus (Fisch.) Bge. 的干燥根。
传统的野生黄芪主要是指生长年限在 5 年以
上、自然繁殖或人工播种后自然生长的蒙古黄芪或
膜荚黄芪。野生的蒙古黄芪主要分布在山西、内蒙
古、甘肃、陕西等省，其中山西和内蒙古产的 5～8
年生的蒙古黄芪为道地药材，具有“主根粗长、少
分支、绵性大、粉性强、甜味足、豆腥味浓”等特
点[3]。野生膜荚黄芪主产区为黑龙江、吉林，生长
年限在 6 年以上，商品量极小。速生黄芪主要是指
生长年限在 1～3 年、人工栽培的蒙古黄芪或膜荚黄
芪。生长 2～3 年的速生黄芪主要分布在甘肃、宁夏、
内蒙古等省，以蒙古黄芪为主；河北、山东也有栽
培 1 年即采收上市的膜荚黄芪。这种速生黄芪外观
与野生黄芪有较大差别，呈现“主根短，分枝多，
质坚硬，鸡爪形，微甜而淡”等特征[4-6]。
作为评价黄芪质量的标准，《中国药典》2010 年版
规定黄芪甲苷量不得小于 0.04%[7]。姜勇等[8-10]通过对
不同生长方式、不同年限、不同等级规格的黄芪样品
进行测定发现：随着黄芪生长年限增加、等级增高，
黄芪甲苷量呈下降趋势，且速生黄芪的量高于野生品
和半野生品。这表明在目前的黄芪品质评价指标分析
下，速生黄芪的品质不亚于野生传统黄芪。然而，国
际市场并不接受速生黄芪，国内的一些老中医也仍然
使用野生传统黄芪，这些矛盾说明目前的质量评价不
能够全面准确地评价黄芪品质。因此建立更加合理的
评价指标，对于保护和发展道地黄芪具有重要意义。
传统中医认为，黄芪是“补气”良药，用于一
切气血不足之症[1-2,6]。临床研究表明，黄芪可以显
著提高机体免疫力，具有消炎、抗癌、抗病毒等多
种活性[11]。诸多研究证明，糖类成分是黄芪发挥免疫
调节作用的主要物质基础，不同的糖类物质具有不同
的免疫调节活性[12-13]。因此，糖类成分应该作为黄芪
质量控制与品质评价的标准。目前研究者多利用紫外
分光光度法测定总多糖量作为药材品质评价的指标，
然而该指标缺乏专属性特征，限制了《中国药典》对
这一标准的收载。
利用不同专一性的多肽水解酶成功建立的肽指
纹图谱技术，使大分子蛋白质结构解析产生了革命性
的飞跃[14-15]。与肽谱研究方法类似，糖指纹图谱技术
是基于糖类化合物水解技术的发展而形成的分析方
法，主要针对细胞质内的可溶性单糖、寡糖、多糖和
糖缀合物（糖脂、糖蛋白等）进行考察[16-19]。根据糖
类化合物在不同溶剂中溶解性的差异，对可溶性糖类
组分进行分级提取。对提取的糖类化合物进行酶水解
或酸水解，获得糖指纹图谱后对不同药材的图谱进行
比较，结合数据主成分分析等方法，即可反映药材的
专属性特征。在该技术中，糖类化合物的水解技术是
关键。酶水解方法专一性强，可同时鉴定被水解糖化
合物中单糖的种类和连接位点[16-17]，然而由于糖结
构的复杂性，该方法所用的水解酶多达 10 种以上，
国外进口居多，价格昂贵，而且不同水解酶要求的
水解条件不同，操作复杂。酸水解方法主要是基于
三氟乙酸水解糖类化合物，利用 GC-MS 分析技术，
形成不同的水解产物单糖谱图[18]。该方法不仅可以
定量分析单糖的种类和量，而且操作简便，专属性
强，实验成本低。Guan 等[18]通过酸水解的糖指纹
图谱技术发现了不同生长方式下（野生和栽培）冬
虫夏草的差异，Wu 等[19]通过酸水解糖指纹图谱技
术区分了 12 种不同灵芝属药材。这些发现为以糖类
化合物为主要活性物质的中药材质量评价标准的研
究提供了思路和方法。
因此，本实验拟选用 24 批不同生长方式的黄芪
药材为研究对象，分级提取黄芪内各种糖类组分，
然后采用三氟乙酸水解，水解产物乙酰化，GC-MS
分析乙酰化产物获得一系列糖指纹图谱。通过对黄
芪糖指纹图谱的定量分析，找出野生黄芪、速生黄
芪中糖类成分的差异，结合数据主成分分析（PCA）
等方法，找出鉴别指标，为不同生长方式黄芪糖类
质量控制指标的筛选，中药材种质资源的鉴别与评
价提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
本实验所需植物材料包括蒙古黄芪 Astragalus
membranaceus (Fisch.) Bge. var. mongholicus (Bge.)
Hsiao 和膜荚黄芪 A. membranaceus (Fisch.) Bge. 2
个种的野生黄芪和速生黄芪，药材均由山西大学秦
雪梅教授鉴定，见表 1。
1.2 仪器与试剂
气相色谱-质谱联用仪（Thermo Finnigan 离子
阱 GC/MS）；（ZD-A1L）真空冷冻干燥仪；RE-52A
真空旋转蒸发仪；TGL-16 型高速冷冻离心机（宁
波新芝科技有限公司）；SHK-99-II 型台式恒温摇床
等，三氟乙酸（TFA）、二甲基亚砜（DMSO）、1-
甲基咪唑、乙酸酐、二氯甲烷、硼氢化钠、均为分
析纯。葡萄糖、半乳糖、甘露糖、果糖、木糖、阿
拉伯糖、岩藻糖、鼠李糖、山梨醇、半乳糖醇、甘
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表 1 黄芪样本信息
Table 1 Information of Astragali Radix
种属 生长方式 产地 编号 采收时间 生长年限/年
甘肃陇西 1～2 2010-12 2
甘肃宕昌 3 2010-12 2
山西代县 4 2011-01 2
山西应县 5 2011-09 2
速生
山西阳高 6 2011-01 2
陕西榆林 7～9 2011-09 5
10 2011-01 ≥5
蒙古黄芪A.
membranaceus
野生
山西浑源
11～12 2011-01 5
黑龙江呼兰 13～15 2011-01 1 速生
山东文登 16～18 2011-01 1
黑龙江加格达奇 19～20 2011-01 5
黑龙江呼兰 21 2011-10 5
膜荚黄芪 A.
membranaceus
野生
黑龙江 22～24 2011-09 5

露醇、木糖醇、阿拉伯糖醇、岩藻糖醇、鼠李糖醇、
肌醇、核糖醇标准品均购自 Sigma 公司。
1.3 GC-MS 检测条件
GC 条件：DB-5 毛细管柱（30 m×0.5 mm，0.25
μm）；载气：高纯氦；体积流量 1.0 mL/min；分流
比 10∶1；进样口温度 220 ℃；程序升温：起始温
度 100 ℃，5 ℃/min 升至 180 ℃，保持 1 min，1 ℃
/min 升至 190 ℃，保持 2 min，30 ℃/min 升至 220
℃，保持 2 min，1 ℃/min 升至 230 ℃，保持 2 min，
20 ℃/min 升至 280 ℃，保持 10 min。
MS 条件：Xcalibur 2.0.7 工作站，电子轰击离
子源，离子源温度 220 ℃，传输线温度 250 ℃，扫
描模式 Full Scan；质量扫描范围 m/z 45～550。
1.4 黄芪中游离糖、多糖和糖缀合物的分级提取和
TFA 水解
参考文献方法[18]，黄芪粉碎后过 100 目筛，取
黄芪细粉约 50 mg，精密称定后置于 5 mL 玻璃离心
管中，加 70%的乙醇溶液（料液比 1∶100），100 ℃
震荡提取 1 h，降至室温后离心，取上清液加入 2
mol/L 的 TFA 溶液 1 mL，置于 10 mL 安瓿瓶中混
合均匀；密封后于 110 ℃水解 1 h，冷却后浓缩至
干。加 2 mL 甲醇复溶后用 N2 吹干，重复 3 次除去
残余的 TFA。最后将水解产物溶于 1 mL 的 0.1
mg/mL 的内标核糖醇溶液中，备用。
离心所得残渣再加水（料液比 1∶80），100 ℃
震荡提取 3 h，离心取上清液，重复提取，合并 2
次上清液，相同方法处理得水解产物，溶于 1 mL
的 0.1 mg/mL 的核糖醇溶液中，备用。
1.5 单糖及糖醇标准品乙酰化产物的制备与检测
参照文献衍生化方法[20]，分别称取 8 种单糖
及对应的糖醇标准品，溶于 0.1 mg/mL 的核糖醇-
二甲基亚砜溶液中。以 1-甲基咪唑为催化剂，乙
酸酐为乙酰化试剂，衍生化反应 10 min。取蒸馏
水终止反应，二氯甲烷萃取 2 次，合并有机相，
吹干后，复溶于二氯甲烷中，0.22 μm 有机滤膜滤
过，取 1 μL 滤液注入 GC-MS，得到单糖及糖醇
标准品的 GC-MS 色谱图。以核糖醇为内标（IS），
分别进样 0.01、0.1、0.5、1、5 μL，分别求算核
糖醇的标准曲线（lgms＝a lgAs＋b）及各标准品与
核糖醇的相对校正因子。
f＝miAs/msAi
mi、ms 分别表示待测糖和内标的质量，Ai、As 分别表示待测
糖和内标的峰面积，f 表示待测糖和内标的相对校正因子
1.6 黄芪中游离糖、多糖和糖缀合物水解产物的乙
酰化产物制备与检测
分别移取“1.4”项中游离糖、多糖和糖缀合物
的水解液，按“1.5”项方法进行衍生化后，复溶于
二氯甲烷中，0.22 μm 有机滤膜滤过，取 1 μL 滤液
注入 GC-MS。根据单糖及糖醇标准品的 GC-MS 色
谱图进行指认，根据下列公式对样本中的糖类化合
物进行定量分析。
mi＝f(Ai×ms)/As
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1.7 数据分析
使用 SIMCA-P 13.0 软件对糖指纹图谱进行
PCA 分析；运用 SPSS 16.0 软件对游离糖、多糖和
糖缀合物中单糖的种类及量进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 单糖及糖醇的 GC-MS 检测
17 种单糖及糖醇标准品乙酰化产物的总离子
流色谱图如图 1 所示，测定结果显示（表 2），核糖
醇的标准方程为 lgms＝7×[lg(1.2 As)＋lg2.4]，线性
良好（R2＝0.992 1）。由表 2 可知，17 种糖类标准
品乙酰化产物的空白回收率在 91.11%～99.04%，
RSD 均小于 5%。
2.2 黄芪中游离糖的单糖指纹图谱
黄芪中的可溶性糖包括单糖、糖醇、双糖、寡

1～17-表 1 中的成分
1—17-same as Table 1
图 1 单糖标准品的总离子流色谱图
Fig. 1 Total iorn current chromatograms of mixed
monosaccharide standards
表 2 单糖及糖醇标准品的测定
Table 2 Determination of standard monosaccharides and alditols
编号 名称 保留时间/min 回收率/% RSD/% 检出限/(mol·L−1) f
1 木糖 20.86 94.24 1.34 2.5×10−8 0.52
2 岩藻糖 21.02 95.49 1.78 7.6×10−9 0.74
3 鼠李糖 21.08 91.11 3.45 9.1×10−8 0.68
4 阿拉伯糖 21.20 97.78 0.97 1.1×10−7 0.84
5 鼠李糖醇 24.82 94.11 1.28 4.6×10−8 0.34
6 核糖醇 24.93 99.04 3.22 3.4×10−8 1.00
7 岩藻糖醇 25.34 96.83 3.41 9.2×10−8 0.37
8 阿拉伯糖醇 25.53 94.77 2.25 5.8×10−8 0.71
9 木糖醇 26.21 92.16 1.66 4.2×10−8 1.09
10 果糖 30.60 95.96 2.69 1.7×10−7 0.55
11 半乳糖 31.14 96.21 2.23 6.3×10−8 1.01
12 甘露糖 31.25 98.35 3.71 6.6×10−8 0.85
13 葡萄糖 31.58 94.18 3.67 6.9×10−8 0.95
14 肌醇 31.88 96.16 4.28 5.6×10−9 0.82
15 甘露醇 33.23 96.60 1.43 5.5×10−9 0.84
16 山梨醇 33.32 95.51 2.19 1.2×10−8 0.70
17 半乳糖醇 33.73 96.89 1.45 1.9×10−8 0.72

糖、多糖和糖缀合物等，由于单糖、糖醇、双糖、
寡糖等游离糖在 70%乙醇溶液可较好溶解，因此先
用 70%乙醇溶液中提取游离糖（包括黄酮苷类和皂
苷类成分）进行 TFA 水解，将水解产物乙酰化处理
后注入 GC-MS 检测，得到游离糖的单糖指纹图谱
（图 2-A），结果见表 3。黄芪中游离糖的单糖组成主
要包括 5 种，分别为葡萄糖、果糖、肌醇、山梨醇
和半乳糖醇。其中葡萄糖和果糖的量明显高于另外 3
种糖成分。此外，野生黄芪中游离糖的总量及各单
糖的量均明显高于速生黄芪的量。
2.3 黄芪中多糖和糖缀合物的单糖指纹图谱
多糖和糖缀合物在 70%乙醇溶液中易形成沉
淀，但易溶于水，因此将提取游离糖之后的残渣用
水提取，可以得到多糖和糖缀合物[18]。将糖和糖缀
合物水解、乙酰化处理后注入 GC-MS 检测，得到
多糖和糖缀合物的单糖指纹图谱（图 2-B），计算结
20 22 24 26 28 30 32 34
t/min
1～4
5～8 9
10～13
14
15～17
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果见表 3。黄芪中多糖和糖缀合物主要含 7 种单糖
成分：木糖、岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、
甘露糖和葡萄糖。已有报道黄芪多糖主要由甘露糖、
半乳糖、阿拉伯糖和葡萄糖构成，此外还含有鼠李
糖、岩藻糖、木糖，且可检测到少量的核糖，检测
结果与报道基本一致[21]。此外野生黄芪中多糖和糖
缀合物的糖类组分的量普遍高于速生黄芪，但样本
之间，不同单糖的量差异较大。

1～11 分别代表果糖、葡萄糖、肌醇、山梨醇、半乳糖醇、木糖、岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖
1—11-fructose, glucose, inositol, sorbitol, galactitol, xylose, fucose, rhamnose, arabinose, galactose, mannose
图 2 黄芪样本中游离糖 (A) 和糖缀合物 (B) 的指纹图谱
Fig. 2 Monosaccharides fingerprint of free (A) and conjugate (B) carbohydrates in Astragali Radix samples
2.4 黄芪可溶性单糖指纹图谱的 PCA
PCA 的得分散点图能直观地显示不同样品之
间的整体差异，反映数据的原始状态，观察到试验
样品的自然分布和组别关系，但不能忽略组内误差，
消除与研究目的无关的随机误差[22]。为了保留数据
的整体特征与变化规律，确定不同栽培方式黄芪之
间的化学差异成分，可以采用有监督的 PLS-DA 分
析对数据进行进一步分析[23]。
将黄芪中游离糖、多糖和糖缀合物的单糖指纹
图谱结果相结合进行主成分分析，结果如图 3 所示。
由 PCA（图 3-A）可知，速生黄芪与野生黄芪可以
得到较好的分离，蒙古黄芪与膜荚黄芪的分离现象
不明显，进行有监督的 PLS-DA 分析（图 3-B）发
现，4 组黄芪均能得到较好地分离结果，模型参数
为 R2＝71%，Q2＝78.6%。用外部模型验证方法排
列实验来证明模型的有效性（图 3-C），蓝色的回归
线纵轴相交并处于零点以下，左端任何一次随机排
列产生的 R2、Q2 均小于右端，且 2 条回归线斜率较
大，最右端的 2 个值差距较小。图 3-C 说明原始模
型的预测能力大于任何一次随机排列 y 变量的预测
能力，证明上述模型有效，可以继续后面差异成分
的寻找。分别分析 2 种不同分组方法得到的黄芪代
谢差异物，由 VIP 值（图 3-D）可知，使野生黄芪
与速生黄芪分开的主要成分为阿拉伯糖、葡萄糖、
木糖和甘露糖等，使蒙古黄芪与膜荚黄芪分开的主
要成分为阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和木糖等。
以阿拉伯糖的物质的量为 1，求葡萄糖、甘露糖和
木糖的物质的量比，结果如表 4 所示。木糖与拉伯
糖的物质的量比值较小；甘露糖和葡萄糖的物质的
量之比是阿拉伯糖的 0.8～10.1 倍，且速生黄芪中甘
露糖：阿拉伯糖的比值＞3.5∶1，葡萄糖-阿拉伯糖
的比值＞4∶1，野生黄芪中甘露糖-阿拉伯糖的比
值＜3.5∶1，葡萄糖-阿拉伯糖的比值＜4∶1，但蒙
古黄芪和膜荚黄芪未得到规律性分析结果。由此推
测，测定黄芪中可溶性的甘露糖、葡萄糖和阿拉伯
糖，求算其摩尔比值，可用于判断黄芪的栽培方式。
IS
1
2
3
45
67 8 9
IS
10
11 2
IS 1
2
3
45 6 7 8 9
IS
10
11 2
IS
1
2
3 5
4 6 7 8 9
IS
10
11 2
IS
1 2
3
45 6 7 8 9
IS
10
11 2
22 24 26 32 34 20 22 24 26 28 30 32 34
t/min
A B 野生蒙古黄芪 野生蒙古黄芪
速生蒙古黄芪
速生蒙古黄芪
野生膜荚黄芪
速生膜荚黄芪
野生膜荚黄芪
速生膜荚黄芪
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表 3 黄芪中游离糖、多糖和糖缀合物的测定
Table 3 Determination of free, polysaccharides, and conjugate carbohydrates from Astragali Radix
游离糖 多糖及糖缀合物
编号 葡萄糖/
(mg·g−1)
果糖/
(mg·g−1)
肌醇/
(μg·g−1)
山梨醇/
(μg·g−1)
半乳糖醇/
(μg·g−1)
木糖/
(mg·g−1)
岩藻糖/
(mg·g−1)
鼠李糖/
(mg·g−1)
阿拉伯糖/
(mg·g−1)
半乳糖/
(mg·g−1)
甘露糖/
(mg·g−1)
葡萄糖/
(mg•g−1)
1 0.553±0.090 0.469±0.002 2.668±0.230 2.346±0.171 2.261±0.170 0.169±0.001 0.121±0.001 ND 1.158±0.004 1.713±0.001 11.294±1.010 11.233±0.990
2 0.022±0.017 0.076±0.020 0.338±0.250 0.085±0.031 0.184±0.021 1.878±0.038 ND ND 2.340±0.016 3.327±0.314 10.446±1.330 12.247±2.021
3 0.210±0.020 0.026±0.006 3.444±0.390 0.789±0.104 3.305±0.900 0.244±0.244 0.021±0.021 ND 1.406±0.081 2.301±0.301 11.786±1.786 11.813±0.363
4 1.595±0.074 0.308±0.090 15.739±5.800 1.856±0.134 8.999±0.180 0.065±0.008 ND ND 1.082±0.031 0.032±0.008 10.443±0.014 13.195±2.800
5 0.994±0.080 0.102±0.018 10.096±0.180 2.414±0.142 3.512±0.800 0.169±0.015 0.121±0.002 ND 1.158±0.001 2.713±0.502 11.294±0.071 11.233±1.010
6 0.517±0.033 ND 22.774±0.550 4.256±0.075 14.910±0.012 1.721±0.009 0.395±0.001 ND 1.927±0.038 ND 11.368±0.018 19.592±0.015
7 7.236±0.350 1.855±0.500 86.481±9.700 8.004±0.102 52.532±0.400 0.549±0.003 ND 0.386±0.001 7.544±0.039 2.604±0.044 24.807±0.735 28.758±0.159
8 1.933±0.710 1.323±0.130 33.567±1.300 27.976±0.144 42.429±0.800 0.690±0.034 ND 0.597±0.039 11.137±0.069 3.328±0.285 19.358±0.358 31.516±0.055
9 2.177±0.920 1.161±0.060 46.315±1.100 3.933±0.146 34.564±0.140 1.011±0.033 ND 0.928±0.074 5.495±0.052 1.054±0.034 40.576±0.741 43.108±0.115
10 1.509±0.194 0.752±0.060 28.492±5.100 7.421±0.116 10.553±0.230 ND 0.317±0.013 ND 4.215±0.107 3.285±0.139 19.920±0.099 17.751±0.110
11 3.708±0.310 1.131±0.050 74.842±4.800 2.955±0.102 5.346±0.370 2.209±0.052 ND ND 7.686±0.036 2.005±0.038 7.514±0.113 10.164±0.021
12 2.792±0.040 ND 37.028±4.200 2.954±0.100 6.599±0.500 1.476±0.034 ND 1.125±0.078 7.071±0.041 6.777±0.117 10.026±0.458 22.995±0.159
13 0.051±0.006 0.083±0.000 0.842±0.034 0.260±0.043 1.035±0.120 0.139±0.009 ND ND ND 0.298±0.024 10.158±1.900 10.157±0.590
14 0.181±0.023 0.143±0.010 4.117±0.010 0.250±0.102 2.456±0.350 0.135±0.010 ND ND 1.213±0.035 0.202±0.010 10.228±1.093 10.375±0.101
15 0.804±0.110 0.454±0.000 1.529±0.140 1.309±0.470 1.800±0.110 0.303±0.016 ND ND 1.509±0.001 0.850±0.030 10.202±1.180 10.609±0.140
16 0.248±0.057 0.102±0.012 3.363±0.130 1.433±0.133 4.092±0.160 0.040±0.012 ND ND 1.694±0.142 ND 10.683±0.340 10.537±0.332
17 0.097±0.112 0.056±0.030 1.160±0.280 0.467±0.101 0.447±0.210 0.351±0.040 0.067±0.004 ND 1.499±0.007 0.516±0.044 10.185±1.010 10.767±2.001
18 0.558±0.131 0.248±0.070 10.331±0.790 0.465±0.122 8.541±0.020 0.074±0.008 ND 0.012±0.005 ND ND 10.358±0.490 10.262±1.057
19 4.705±0.253 0.203±0.085 45.472±0.200 4.930±0.094 67.719±0.600 0.176±0.004 ND 0.157±0.005 5.206±0.010 1.227±0.053 13.623±0.133 13.747±0.077
20 4.690±0.340 ND 32.051±0.420 3.937±0.102 28.616±0.110 0.738±0.010 ND 0.679±0.001 10.384±0.000 4.352±0.002 30.232±0.071 29.785±0.001
21 3.767±0.220 2.514±0.000 90.073±3.200 9.077±0.104 58.830±0.300 0.550±0.023 0.738±0.018 ND 6.775±0.003 2.324±0.121 14.881±0.012 16.723±0.037
22 3.281±0.034 1.668±0.200 46.249±0.300 5.354±0.056 35.124±6.130 0.127±0.002 ND 0.054±0.054 2.932±0.186 0.198±0.198 5.471±5.471 5.736±1.147
23 5.039±0.187 1.758±0.470 87.085±2.400 21.162±0950 36.454±3.130 ND ND 0.165±0.027 2.517±0.004 2.193±0.011 8.863±0.052 9.274±0.024
24 1.325±0.130 0.698±0.055 35.997±4.300 26.217±0.720 18.562±1.110 0.108±0.005 0.553±0.026 0.191±0.020 1.724±0.024 ND 5.045±0.035 5.273±0.062
ND-未检测到，下同
ND-Not detected, same as below
2.5 黄芪可溶性单糖指纹图谱的聚类分析
将黄芪中游离糖与糖缀合物的单糖指纹图谱结
果相结合，数据标准化后导入 SPSS 16.0 进行聚类
分析，结果如图 4 所示。由图可知，根据黄芪的可
溶性单糖指纹图谱可以很好地区分野生黄芪与速生
黄芪，与 PCA 结果一致。
3 讨论
3.1 游离糖量对黄芪生理状态的影响
在本研究中，野生黄芪选自道地产区山西浑源
等地，这些地方多是土质疏松的半坡环境，夏季日
照充足，干旱少雨，昼夜温差大，冬季寒冷，野生
黄芪在此环境中生长多达 5 年以上。速生黄芪则是
农户选择肥沃土地，经移栽施肥生长 2 年后采收。
相比之下，野生黄芪受到了更多干旱、低温、营养
缺乏等环境胁迫，而速生黄芪较少受到逆境的影响。
大量研究表明，植物通常以细胞和整个生物有机体
抵抗胁迫。逆境下，植物会在形态结构、生理生化、
渗透调节、植物激素水平、膜保护物质及活性氧平
衡、逆境蛋白等诸多环节发生变化，涉及到植物水
分、光合、呼吸、物质代谢等多项生理过程[24-28]。
已有研究报道，细胞质中游离糖及糖醇成分是植物
受到生长胁迫而诱导产生的小分子物质，这些物质
在细胞中大量积累，调节细胞渗透压，有利于植物
保持水分，抵抗盐碱、低温等多种逆境，对维持植
物的正常生理功能具有重要作用[24]。因此，在环境
影响下，野生黄芪比速生黄芪经受更多的胁迫因素，
野生黄芪中的游离糖量远远高于速生黄芪。
此外，由于速生黄芪生长环境较好、营养充足、
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 14 期 2015 年 7 月

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1、13-阿拉伯糖 2、6、14、20-葡萄糖 3、16-木糖 4、15-甘露糖 5、21-鼠李糖 7、19-果糖 8、24-山梨醇 9、22-半乳糖 10、23-肌醇
11、18-半乳糖醇 12、17-岩藻糖
1, 13- arabinose 2, 6, 14, 20-glucose 3, 16-xylose 4, 15-mannose 5, 21-rhamnose 7, 19-fructose 8, 24-sorbitol 9, 22-galactose 10, 23-inositol
11, 18-galactitol 12, 17-fucose
图 3 黄芪样本单糖指纹图谱的PCA (A)、PLS-DA (B)、排列 (C) 和VIP 值 (D)
Fig. 3 PCA (A) and PLS-DA (B) scores plots, permutations (C) and VIP-plots (D) of Astragali Radix samples
表 4 野生黄芪和速生黄芪中差异性糖类组分的物质的量比
Table 4 Molar ratio of compositional sugar of different metabolites in natural and cultured Astragali Radix
蒙古黄芪 膜荚黄芪 编号 木糖 阿拉伯糖 甘露糖 葡萄糖 编号 木糖 阿拉伯糖 甘露糖 葡萄糖
1 0.15 1 8.13 8.08 13 — — — —
2 0.80 1 3.72 4.36 14 0.11 1 7.03 7.13
3 0.17 1 6.99 7.00 15 0.20 1 5.63 5.86
4 0.06 1 8.04 10.16 16 0.02 1 5.26 5.18
5 0.15 1 8.13 8.08 17 0.23 1 5.66 5.99
6 0.89 1 4.92 8.47 18 — — — —
7 0.07 1 2.74 3.18 19 0.03 1 2.18 2.20
8 0.06 1 1.45 2.36 20 0.07 1 2.43 2.39
9 0.18 1 3.15 4.54 21 0.08 1 1.83 2.06
10 ND 1 2.94 3.51 22 0.04 1 1.55 1.63
11 0.29 1 0.81 1.10 23 ND 1 2.93 3.07
12 0.21 1 1.18 2.71 24 0.06 1 2.44 2.55
“—”-样本中未检测到阿拉伯糖，所以该比值不存在，下同
“—”-arabinose is undetected and ratio does not exist in this samples, same as below
光合作用形成的糖类物质优先用于植株生长，如细
胞骨架的构建，特别是细胞壁中纤维素、半纤维素
和果胶等物质的合成；而野生黄芪生长环境恶劣、
生长周期长，吸收的能源物质则更多的用于贮存能
量，抵抗不良环境，如淀粉、防御类次级代谢产物
的合成。这就解释了为什么野生黄芪具有“绵性大、
粉性强、甜味足、豆腥味浓”，而速生黄芪具有“质
坚硬，微甜而淡”的特点。

野生蒙古黄芪
野生膜荚黄芪
速生蒙古黄芪
速生膜荚黄芪
−0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
−0.2
−0.4
R2
Q2
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0

2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
V
IP
值

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12
13 14
15 16 17 18 19 20
21 22
23 24
A B
C D
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图 4 不同栽培方式、不同种属黄芪样本单糖指纹图谱的聚
类分析
Fig. 4 Hierarchical cluster analysis on carbohydrates in
Astragali Radix samples from different cultivations and
species based on monosaccharides fingerprint
3.2 多糖和糖缀合物的量对黄芪生理状态的影响
植物胞质中的多糖和糖缀合物种类繁多，包
括糖蛋白、肽聚糖、蛋白聚糖、糖酯等多种大分
子物质。除作为植物细胞内贮能物质外，这些糖
类化合物在植物种子萌发、幼苗生长、生殖和逆
境应激等生命过程中均起重要的作用[27-30]。比如
富含羟脯氨酸糖蛋白与植物诱抗有关，富含阿拉
伯半乳糖蛋白在被子植物受精过程中起重要作
用。此外，糖蛋白可以作为植物逆境时的信号传
导物质，当植物受到外界生物或非生物胁迫时，
在病原菌与植物的互作过程中，一系列的糖基水
解酶活力被激活，植物细胞壁上的蛋白聚糖被降
解为小分子的糖蛋白，而极微量的糖蛋白就可以
激发植物产生强烈的抗病反应。在本研究中，野
生黄芪中含有的多糖和糖缀合物量同样比速生黄
芪量高，推测依然可能是由于野生黄芪面临较复
杂的生存环境所致。
4 结论
本实验通过测定 24 批不同生长方式黄芪样
品中游离糖、多糖和糖缀合物中的单糖组成，发
现这些化合物中糖类成分主要由葡萄糖、果糖、
肌醇、山梨醇、半乳糖醇、木糖、岩藻糖、鼠李
糖、阿拉伯糖、半乳糖和甘露糖构成。统计结果
显示：野生黄芪中糖量普遍高于速生黄芪。推测
造成该现象的原因，可能是由于野生黄芪受到更
多的环境胁迫，运用自身防御机制诱导产生细胞
及分子水平的不同层次反应，形成不同结构的糖
类化合物用于信号传导、渗透调节等生理活动以
降低逆境胁迫对机体的损害。
对黄芪的单糖指纹谱图进行 PCA 发现，野生黄
芪与速生黄芪有很好的分离结果，寻找其差异成分
主要为阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖和木糖。以阿拉
伯糖的物质的量为 1，求葡萄糖、甘露糖和木糖的
物质的量比，发现速生黄芪中甘露糖-阿拉伯糖的比
值＞3.5∶1，葡萄糖-阿拉伯糖的比值＞4∶1，野生
黄芪中甘露糖：阿拉伯糖的比值＜3.5∶1，葡萄糖-
阿拉伯糖的比值＜4∶1。因此测定黄芪中可溶性的
甘露糖、葡萄糖和阿拉伯糖，求算其物质的量比值，
即可判断黄芪的栽培方式。上述结果经过聚类分析
验证。
本实验利用单糖指纹图谱技术，找出了野生黄
芪与速生黄芪胞质中糖类化合物单糖组成与量上的
差异，并发现了导致野生黄芪与速生黄芪差异的单
糖比例，这为不同生长方式黄芪的鉴别提供了依据，
同时也为以糖类化合物为主要活性物质的中药材品
质评价提供了思路和方法。
参考文献
[1] Chu C, Qi L W, Liu E H, et al. Radix Astragali (Astragalus):
latest advancements and trends in chemistry, analysis,
pharmacology and pharmacokinetics [J]. Cur Org Chem,
2010, 14: 1792-1807.
[2] Sinclair S N D L. Ac. Chinese herbs: a clinical review of
Astragalus, Ligusticum, and Schizandrae [J]. Altern Med
Rev, 1998(3): 338-344.
[3] 胡明勋, 陈安家, 郭宝林, 等. 影响山西恒山野生蒙古
黄芪质量的环境因素研究 [J]. 中草药, 2012, 43(5):
984-989.
[4] 杨庆珍, 刘德旺, 王冬梅, 等. 黄芪生态型与品质的相
关性研究 [J]. 中草药, 2014, 45(16): 2395-2399.
[5] 赵一之. 黄芪植物来源及其产地分布研究 [J]. 中草药,
2004, 35(10): 1189-1190.
[6] 陈有根, 辛敏通, 杨 滨. 野生与栽培黄芪中毛蕊异黄
酮苷的测定 [J]. 中草药, 2009, 40(9): 1484-1485.
[7] 中国药典 [S]. 一部. 2010.
[8] 姜 勇, 金 芳, 鲍 忠, 等. 不同来源黄芪药材中黄
芪甲苷的定量分析 [J]. 中国中药杂志, 2006, 31(11):
930-933.
[9] 石子仪, 鲍 忠, 姜 勇, 等. 不同来源黄芪药材中毛
蕊异黄酮葡萄糖苷和芒柄花素的定量分析 [J]. 中国中
药杂志, 2007, 32(9): 779-783.
0 5 10 15 20
遗传距离
速生蒙古黄芪
野生蒙古黄芪
速生膜荚黄芪
野生膜荚黄芪
3
1
2
16
18
4
15
17
13
14
5
6
10
11
12
20
8
22
24
9
7
21
19
23
速生黄芪
野生黄芪
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 14 期 2015 年 7 月

·2142·
[10] 胡海云, 王伟华, 段 启, 等. HPLC-ELSD 法测定不同
产地黄芪中黄芪甲苷 [J]. 中草药 , 2006, 37(12):
1886-1888.
[11] He X J, Niu X Y, Li J, et al. Immunomodulatory activities
of five clinically used Chinese herbal polysaccharides [J].
J Exp Integr Med, 2012, 2(1): 15-27.
[12] Zhao L H, Ma Z X, Zhu J, et al. Characterization of
polysaccharide from Astragalus radix as the macrophage
stimulator [J]. Cell Immunol, 2011, 271: 329-334.
[13] Lu C, He X J, Xiao C, et al. Astragalus polysaccharides
induced gene expression profiling of intraepithelial
lymphocytes in immune-suppressed mice [J]. J Med
Plants Res, 2012, 6(11): 2230-2239.
[14] Chong H, Lee H, Park Z Y. Detection of
multiphosphorylated peptides in LC-MS/MS analysis
under low pH conditions [J]. Anal Chem, 2008, 80:
3007-3015.
[15] Bondarenko P V, Chelius D, Shaler T A. Identification
and relative quantitation of protein mixtures by enzymatic
digestion followed by capillary reversed-phase liquid
chromatography-tandem mass spectrometry [J]. Anal
Chem, 2002, 74: 4741-4749.
[16] Guan J, Li S P. Discrimination of polysaccharides from
traditional Chinese medicines using saccharide
mapping-enzymatic digestion followed by chromato-graphic
analysis [J]. J Pharm Biom Anal, 2010, 51: 590-598.
[17] Guan J, Zhao J, Feng K, et al. Comparison and
characterization of polysaccharides from natural and
cultured Cordyceps using saccharide mapping [J]. Anal
Bioanal Chem, 2011, 399: 3465-3474.
[18] Guan J, Yang F Q, Li S P. Evaluation of Carbohydrates in
natural and cultured Cordyceps by pressurized liquid
extraction and gas chromatography coupled with mass
spectrometry [J]. Molecules, 2010, 15(6): 4227-4241.
[19] Wu D T, Cheong K L, Wang L Y, et al. Characterization
and discrimination of polysaccharides from different
species of Cordyceps using saccharide mapping based on
PACE and HPTLC [J]. Carbohydr Polym, 2014, 103:
100-109.
[20] Li K, Liu S, Tan Y, et al. An optimized GC-MS method to
simultaneously quantify acetylated aldose, ketose and
alditol for plant tissues based on derivatization in methyl
sulfoxide/1 methylimidazole system [J]. J Agric Food
Chem, 2013, 61: 4011-4018.
[21] 陈艳蕊, 毛欣月, 金文闻, 等. 黄芪多糖结构及其单糖
组成的气相色谱-质谱研究 [J]. 现代生物医学进展,
2011, 23(11): 4632-4635.
[22] 阿基业. 代谢组学数据处理方法-主成分分析 [J]. 中
国临床药理学与治疗学, 2010, 15(5): 481-489.
[23] 田 栋, 李震宇, 范圣此. 基于 NMR 代谢组学技术的
不同产地黄芪水溶性浸出物化学组成分析 [J]. 药学学
报, 2014, 49(1): 89-94.
[24] 蔡孟深, 李中军. 糖化学 [M]. 北京: 化学工业出版社,
2006.
[25] Morcuende R, Krappe A, Hhrry V, et al. Sucrose feeding
leads to increased rates of nitrate assimilation, increased
rates of α-oxoglutarate synthesis, and increased synthesis
of a wide spectrum of amino acids in tobacco leaves [J].
Plants, 1998, 206: 394-409.
[26] Koch K E, Ying Z, Wu Y, et al. Multiple paths of
sugar-sensing and a sugar/oxygen overlap for genes of
sucrose and ethanol metabolism [J]. J Exp Bot, 2000, 51:
417-427.
[27] 布坎南, 格鲁依森姆, 琼斯. 植物生物化学与分子生物
学 [M]. 北京: 科学出版社, 2004.
[28] 苏文华, 张光飞, 李秀华, 等. 植物药材次生代谢产物
的积累与环境的关系 [J]. 中草药 , 2005, 36(9):
1415-1418.
[29] 吴 梅, 谭 睿. 黄芪多糖研究进展 [J]. 川北医学院
学报, 2013, 28(1): 17-22.
[30] 王克夷. 糖类的生物学意义 [J]. 生命的化学, 2009,
29(2): 162-168.