全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 22期 2014年 11月

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基于 NMR 代谢组学技术的白芍与赤芍化学成分比较研究
范玛莉，邢 婕，李震宇*，秦雪梅*
山西大学 中医药现代研究中心，山西 太原 030006
摘 要：目的 比较白芍与赤芍的化学组成差异，为其质量控制提供研究依据。方法 采用 1H-NMR 代谢组学技术对白芍
与赤芍进行分析，通过多元统计方法找出其化学差异成分，并分析差异成分之间的相关性。结果 白芍与赤芍核磁共振指纹
图谱中共指认出了代谢物 32种，多元统计分析显示白芍与赤芍可明显区分，白芍中精氨酸、苏氨酸、乙酸、天冬氨酸、谷
氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸、丁二酸、乳酸、芍药内酯苷、6-O-没食子酰白芍苷、1, 2, 3, 4, 6-五没食子酰基葡萄糖以及没
食子酸的量较高，而赤芍中丙氨酸、α-葡萄糖、蔗糖、芍药苷、儿茶素、β-谷甾醇、脂肪酸以及丹皮酚的量较高。此外，二
者差异成分之间的相关系数也存在较大差异。结论 本研究从整体化学组成上比较了白芍与赤芍的差异，不仅为白芍、赤芍
质量标准研究提供了一种新思路，而且为其功效与化学成分的相关性研究提供依据。
关键词：白芍；赤芍；NMR代谢组学；多元统计分析；相关性分析；芍药内酯苷；丙氨酸
中图分类号：R284.1 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2014)22 - 3230 - 08
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2014.22.004
Comparison on chemical constituents between Paeoniae Alba Radix and Paeoniae
Rubra Radix using NMR based metabolomic approach
FAN Ma-li, XING Jie, LI Zhen-yu, QIN Xue-mei
Modern Research Center for Traditional Chinese Medicine, Shanxi University, Taiyuan 030006, China
Abstract: Objective To compare the chemical constituents of Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix, and to provide a basis
for quality evaluation. Methods NMR-based metabolomic approach combined with multivariate statistical analysis was used to
investigate the differential metabolites between Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix. Results Thirty-two metabolites
were identified in the 1H-NMR spectra, and the multivariate statistical analysis showed that Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra
Radix could be separated clearly. Paeoniae Alba Radix contained more arginine, threonine, acetic acid, aspartic acid, glutamine,
GABA, citric acid, succinate, lactate, albiflorin, 6-O-galloyl albiflorin, 1, 2, 3, 4, 6-pentagalloyglucose, and gallic acid, while Paeoniae
Rubra Radix contained more alanine, α-glucose, sucrose, paeoniflorin, catechin, β-sitosterol, fatty acid, and paeonol. In addition, the
Pearson correlations between differential metabolites of Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix also showed apparent
differences. Conclusion The results reveal the chemical differences between Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix in a
holistic way, and provide a scientific basis for assessing the quality of Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix, as well as the
correlations between the chemical constituents and pharmacological efficacy.
Key words: Paeoniae Alba Radix; Paeoniae Rubra Radix; NMR metabolomic approach; multivariate statistical analysis; correlation
analysis; albiflorin; alanine

芍药是我国中医临床常用中药材，历史悠久，
应用广泛，有白芍与赤芍之分。其中白芍为毛茛科
植物芍药 Paeonia lactiflora Pall. 的干燥根；赤芍为毛
茛科植物芍药或川赤芍 P. veitchii Lynch的干燥根[1]。
白芍主产于安徽、浙江等地，主要为栽培品，置沸
水中煮后除去外皮或去皮后再煮，晒干而得。而赤
芍主产于内蒙古多伦县附近，其多为野生品，以生
品入药[2]。赤芍、白芍来源相近甚至相同，但临床上

收稿日期：2014-06-06
基金项目：山西省科技创新重点团队（2013131015）；山西省高等学校创新人才支持计划
作者简介：范玛莉（1990—），女，在读硕士，研究方向为食品及中药代谢组学研究。E-mail: 249205013@qq.com
*通信作者 李震宇（1980—），男，博士，副教授，研究方向为食品及中药代谢组学研究。E-mail: lizhenyu@sxu.edu.cn
秦雪梅（1964—），女，博士生导师，教授，研究方向为中药质量标准及代谢组学研究。E-mail: qinxm@sxu.edu.cn
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 22期 2014年 11月

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却不可混用，白芍、赤芍同为寒性药，具有清热的
共性，但白芍属补虚药，长于补血平抑肝阳；赤芍
属清热药，功偏清热凉血祛瘀[2-3]。
近年来的化学研究表明，白芍和赤芍中主要成
分是单萜苷及多元酚类化合物。单萜苷类主要包括
芍药苷、芍药内酯苷、苯甲酰芍药苷、羟基芍药苷、
苯甲酰羟基芍药苷等，多元酚类化合物则包括多种
没食子酰葡萄糖、丹皮酚等[4-6]。对于两者的化学差
异，有文献以芍药苷、芍药内酯苷、丹皮酚等为指
标采用HPLC定量测定方法或液相指纹图谱进行了
比较，结果显示白芍中芍药内酯苷、芍药苷亚硫酸
酯等较多，而赤芍中芍药苷、丹皮酚等较多[7-10]。
植物代谢组学技术是以组群指标分析为基础，
以高通量检测和数据处理为手段，具有整体观的研
究思路。基于核磁共振的代谢组学技术近年来开始广
泛地应用于中药材的质量分析，如款冬[11]、柴胡[12]、
远志[13]、人参[14]等。相对于液相色谱，核磁共振的
优势体现在可以检测大部分的有机化合物，尤其适
合于无紫外吸收或色谱柱上不保留的化合物，此外，
核磁共振指纹中的化学位移、耦合常数、峰型等可
以给出药材样品的化学结构信息；另外，代谢组学
技术与多元统计分析手段结合不仅可以确定样本之
间的相似性或均一性，而且可以确定引起组间差异
的化学成分。因此，在中药材质量评价与分析中，
作为一种整体性分析技术，核磁共振代谢组学分析
是液相色谱指纹图谱的有力补充[15]。
本研究拟采用基于 NMR 代谢组学技术建立白
芍与赤芍的核磁共振指纹图谱，并采用多元统计分
析技术从整体上阐明白芍与赤芍的化学成分差异，
为白芍与赤芍的质量控制及功效与化学成分的相关
性研究提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
本研究收集的白芍和赤芍样品见表 1，每批样
品平行备样 2份。样品经山西大学秦雪梅教授鉴定，
赤芍和白芍分别为毛茛科植物芍药 Paeonia
lactiflora Pall. 未去皮和经去皮水煮后的干燥根，标
本保存在山西大学中医药现代研究中心。
表 1 白芍与赤芍样品
Table 1 Samples of Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix
编号 产地 批号 厂家 编号 产地 批号 厂家
1 安徽亳州 无 无 7 内蒙古 20130707 安徽盛海堂中药饮片有限公司
2 安徽亳州 无 无 8 内蒙古 20130707 安徽盛海堂中药饮片有限公司
3 安徽亳州 130801 安徽亳州京皖中药饮片厂 9 内蒙古 130504006 北京仟草中药饮片有限公司
4 安徽亳州 130801 安徽亳州京皖中药饮片厂 10 内蒙古 130504006 北京仟草中药饮片有限公司
5 安徽亳州 130901 安徽亳州京皖中药饮片厂 11 内蒙古 20130301 安徽盛海堂中药饮片有限公司
6 安徽亳州 130901 安徽亳州京皖中药饮片厂 12 内蒙古 20130301 安徽盛海堂中药饮片有限公司

1.2 仪器与试剂
Bruker 600-MHz AVANCE III NMR Spectrometer
（600.13 MHz质子频率，德国布鲁克公司 600兆核
磁仪）。超声波清洗器（KQ5200E，昆山市超声仪
器有限公司），旋转蒸发仪（RE—52A，上海亚荣生
化仪器厂），SC—3610低速离心机（安徽中科中佳
科学仪器有限公司），TGL—16 高速台式冷冻离心
机，分析纯甲醇，分析纯氯仿，娃哈哈纯净水，NMR
试剂：重水（Norell，Landisville 公司，美国），氘
代甲醇、氘代氯仿（99.8%，Merck公司，德国），氘
代氢氧化钠（Armar公司，瑞典），三甲基硅烷丙酸钠
盐（TSP，Cambridge Isotope Laboratories Inc.，MA）。
1.3 核磁样品制备
参照文献报道[16]方法进行供试品制备。精密称
取液氮研磨后的芍药样品粉末各 200 mg，置于 10
mL离心管中，分别加蒸馏水及甲醇各 1.5 mL，氯
仿 3 mL，漩涡混匀 1 min，超声提取 25 min，室温
下离心（3 500 r/min）25 min，提取液分为 2层（上
层为水溶性部分即甲醇水相，下层为氯仿相），用移
液枪分别转移至 25 mL圆底烧瓶中，减压浓缩蒸干。
于测定前用 NMR 试剂溶解，其中甲醇水相层用氘
代甲醇 400 μL与缓冲重氢水（缓冲液：KH2PO4溶
于 D2O 中，以 1 mol/L氘代氢氧化钠溶液调节 pH
值至 6.0，含 0.1% TSP）400 μL溶解，溶解液分别
转移至 1.5 mL离心管中，离心（13 000 r/min）10
min，移取上清液 600 μL于 5 mm核磁管中待测，
而氯仿相部分用氘代氯仿 600 μL溶解，直接转移到
5 mm核磁管中待测。
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1.4 1H-NMR 测定及条件
样品在 25 ℃下于 600 MHz NMR仪上测定，
测定频率为 600.13 MHz，扫描次数为 64，谱宽
12 345.679 Hz，傅里叶变换 0.188 Hz，脉冲间隔 D1
为 1 s，延迟时间为 5.0 s，相位调节、基线调节及
峰校正均为手动。甲醇水相提取物核磁测定采用
noesyppr1d 序列压制水峰，用氘代甲醇进行锁场，
内标为 TSP。氯仿相提取物核磁测定采用 zg30 序
列，用氘代氯仿锁场，内标为 TMS。
1.5 数据分析
核磁图谱采用 MestReNova（version 8.0.1，
Spain）进行处理。核磁图谱经过定标、相位、基线
校准后，以 δ 0.04积分段对化学位移区间进行分段
积分。甲醇水相核磁图谱中对化学位移 δ 0.74～8.94
进行分段积分，其中 δ 4.80～5.06（残余水峰）和 δ
3.30～3.34（残余甲醇峰）不进行积分，氯仿相核磁
图谱中对化学位移 δ 0.66～12.78进行分段积分，其
中 δ 7.10～7.38（残余氯仿峰）不进行积分。将积分
后的数据导入 Excel中，进行后续分析。
首先将 Excel 中的积分数据导入 SPSS 16.0软
件中进行层次聚类分析（HCA），采用组间联结
（Between-groups）法，以夹角余弦（cosine）作为
测度对样品进行分析。然后将其导入 SIMCA-P 13.0
（Umetrics，Umea，瑞典）软件中进行主成分分析
（PCA），再用偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）和
正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA），找出差异
代谢产物。根据分析结果，对差异代谢产物相对峰面
积进行 t检验，以期找出显著性差异代谢产物。此外，
将差异代谢物数据导入代谢组学分析网站
（http://www.Metaboanalyst.ca），计算出差异代谢产物
的 Pearson 相关系数并作图，以期找出差异物之间
的相关性。
2 结果与分析
2.1 代谢组学分析
采用氯仿-甲醇-水（2∶1∶1）两相提取法，得
到芍药样品的甲醇水相和氯仿相提取物。通过对照
品对照、文献报道数据以及 BMRB数据库中的标准
物质对照，从白芍与赤芍图谱中指认出 32个代谢产
物（图 1）。其中甲醇水相中主要包括极性大的成分
（图 1-A1：白芍甲醇水相，图 1-A2：赤芍甲醇水相），
图谱大致可以分为 3个区域，高场端（δ 3.10～0.00）
主要包括有机酸和氨基酸，如丙氨酸、精氨酸、缬
氨酸、柠檬酸和丁二酸等，此外还有单萜苷类次生
代谢产物的甲基信号，包括芍药苷（δ 1.41, s），芍
药内酯苷（δ 1.56, s），苯甲酰芍药苷（δ 1.25, s），
6-O-没食子酰白芍苷（δ 1.38, s），4-O-没食子酰白
芍苷（δ 1.59, s）等。碳水化合物区（δ 5.50～3.10）
主要为糖类物质，包括 α-葡萄糖、β-葡萄糖以及蔗
糖等。低场区（δ 9.0～5.50）主要包括芳香化合物，
包括儿茶素、没食子酸、1, 2, 3, 4, 6-五没食子酰基葡
萄糖以及芍药苷类的苯甲酰基团（δ 7.53, t, J = 7.8
Hz；7.68, t, J = 7.8 Hz；8.05, dd, J = 8.4, 1.2 Hz）。
氯仿相提取物中主要包括芍药的低极性成分
（图 1-B1：白芍氯仿相，图 1-B2：赤芍氯仿相），通
过对图谱的分析，指认出了脂肪酸（δ 2.36, t, J = 7.5
Hz；2.77, t, J = 6.6 Hz；1.2～1.3, m）、β-谷甾醇（δ
0.68, s）以及一些苯甲酸酯类（δ 8.07, d, J = 7.2 Hz；
7.93, d, J = 7.8 Hz），另外还指认出赤芍中的特有成
分丹皮酚（δ 12.76, s；7.63, d, J = 9.0 Hz；3.84, s；
2.56, s；6.43, d, J = 2.4 Hz；6.43, dd, J = 9.0, 2.4 Hz）。
各类化合物的详细核磁数据见表 2。
芍药的化学组成复杂，所得核磁图谱提供了大
量的化学指纹信息，直观分析显示白芍和赤芍的低
极性成分和高极性成分均存在明显差异。下一步采
用多元统计分析方法对两者进行深入比较。
2.2 多元统计分析
2.2.1 PCA 分析 PCA 分析是在保留原始变量主
要信息的前提下，通过降维技术把多个具有一定相
关性的指标约化为少数几个综合指标的多元统计分
析方法，且随着主成分的增加，其所包含的信息量
越来越少。PCA分析的得分散点图能直观地显示不
同样品之间的整体差异，且在得分图中，投影在某
主成分上的绝对值越大，表明该主成分对该类的区
分影响越大[17]。本研究中 PCA 分析所用软件为
SIMCA-P13.0。
首先对白芍、赤芍样品的甲醇水相提取物进行
PCA分析，由主成分 1（PC1：41.1%）和主成分 2
（PC2：26.2%）为横纵坐标构建的得分散点图可直
接观测出，白芍与赤芍样品可明显分开，说明二者
之间组间差异较大，即二者化学组成差异大。在氯
仿相的 PCA得分散点图中，第 1主成分和第 2主成
分共解释了 54.4%（PC1：37.9%，PC2：16.5%）的
原始变量信息，二者能明显分开，说明白芍与赤芍
的低极性成分也存在较大的差异。不同批次的白芍
样品比较聚集，说明组内差异小，而赤芍样品比较
分散，说明组内差异较大，原因可能是白芍大多为
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A1-白芍甲醇水相 A2-赤芍甲醇水相 B1-白芍氯仿相 B2-赤芍氯仿相
A1-methanol-water extract of Paeoniae Alba Radix A2-methanol-water extract of Paeoniae Rubra Radix
B1-chloroform extract of Paeoniae Alba Radix B2-chloroform extract of Paeoniae Rubra Radix
图 1 白芍与赤芍的 1H-NMR 图谱
Fig. 1 1H-NMR spectra of Paeoniae Radix Alba and Paeoniae Radix Rubra
栽培品，且本研究样品来源于主产区安徽亳州，因
此差异相对较小；而赤芍大多为野生品，生长年限
不定且分布范围较广所致。进一步采用 HCA 方法
对两者的甲醇水相和氯仿相提取物进行分析，结果
显示芍药样品明显聚为 2大类，一类为白芍样品，
一类为赤芍样品，与 PCA分析结果一致。
PCA分析作为一种无监督的分析方法，只反映
了数据的原始状态，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，忽略了数据的整体特征与变化规
律，不利于寻找组间差异和差异代谢物。为了确定
白芍与赤芍之间的化学差异成分，本研究采用有监
督的 PLS-DA 分析和 OPLS-DA 分析对数据进行进
一步分析[18-19]。
2.2.2 PLS-DA分析及OPLS-DA分析 PLS-DA分
析和 OPLS-DA 分析是有监督的模式识别方法。
PLS-DA 分析着重强调组间的差异，而将组内的差
异降至最低，更能把握多维数据的整体特征和变异
规律。OPLS-DA 分析可以去除与 Y 矩阵（在本研
究中 Y为分组信息）无关的 X矩阵的变化，从而使
X矩阵和 Y变量之间的关系最大化，即可以使 2组
分类的差别达到最大，从而确定 2组之间的化学差
异成分[20]。
本研究先对白芍与赤芍进行 PLS-DA分析，在甲
醇水相提取物中，模型参数为 R2＝91.0%，Q2＝
95.0%，氯仿相的模型参数为 R2＝91.2%，Q2＝97.2%。


28
19
17
16 20 15
17
14 11 8 19 10
19
9
19
2
24
20
1
19
23
4
5
6
27 26
21 21
17 17
19 16 15 14 11 8
19
10
19
9
19
2
20
1
19
5
3 4
7.10 6.65 6.60 6.35 6.10
8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
A1
A2
B1
B2
31
31
30
30 31
31
32
32 32 32
11.0 9.0 7.5 6.0 4.5 3.0 1.5
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表 2 白芍与赤芍中主要化合物的 NMR 数据归属
Table 2 NMR assignments of major metabolites in Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix
峰号 化合物 δH（J in Hz） 植物来源
1 丙氨酸 1.49 (d, 7.2), 3.74 (m) B、C
2 精氨酸 1.68 (m), 1.74 (m), 1.90 (m), 3.24 (t, 7.2) B、C
3 缬氨酸 1.00 (d, 7.2), 1.06 (d, 7.2) C
4 亮氨酸 0.95 (t, 7.2) B、C
5 乳酸 1.34 (d, 6.6), 4.08 (q, 6.6) B、C
6 苏氨酸 1.34 (d, 6.6) B、C
7 乙酸 1.96 (s) B、C
8 天冬氨酸 2.82 (dd, 16.2, 7.8) B、C
9 谷氨酸 2.10 (m), 2.35 (m) B、C
10 谷氨酰胺 2.10 (m), 2.45 (m) B、C
11 γ-氨基丁酸 3.01 (t, 7.2), 2.41 (td, 7.2, 2.4) B、C
12 柠檬酸 2.72 (d, 16.2) B、C
13 丁二酸 2.51 (s) B、C
14 胆碱 3.22 (s) B、C
15 β-葡萄糖 4.59 (d, 8.4) B、C
16 α-葡萄糖 5.20 (d, 3.6) B、C
17 蔗糖 5.41 (d, 4.2), 4.18 (d, 8.4) B、C
18 甲酸 8.47 (s) B、C
19 芍药苷 1.41 (s), 1.92 (d, 13.2), 2.01 (d, 10.8), 2.29 (d, 12.5), 5.53 (s), 3.67 (dd, 12, 6.6),
3.86 (dd, 16.4, 3.0), 2.68 (d, 6.0), 2.53 (dd, 10.8, 6.6)
B、C
20 芍药内酯苷 1.56 (s), 2.10 (d, 10.8), 2.05 (d, 15.0), 2.47 (dd, 15.6, 6.6), 4.77 (d, 12) B、C
21 儿茶素 5.95 (d, 2.4), 6.04 (d, 2.4), 6.79 (d, 8.4), 6.89 (d, 2.4) B、C
22 苯甲酰芍药苷 1.25 (s) B、C
23 6-O-没食子酰白芍苷 1.38 (s) B、C
24 4-O-没食子酰白芍苷 1.59 (s) B、C
25 N, N-二甲基甘氨酸 2.90 (s) B、C
26 1, 2, 3, 4, 6-五没食子酰基葡萄糖 6.93 (s), 7.00 (d, 4.8), 7.08 (s), 7.11 (s) B、C
27 没食子酸 7.05 (s) B、C
28 苯甲酸酯类 8.07 (d, 7.2), 7.93 (d, 7.8), 7.99 (m), 7.54 (m), 7.43 (m) B、C
29 葡萄糖苷乙酯 1.21 (s), 1.20 (s), 1.18 (s) B、C
30 β-谷甾醇 68 (s), 0.92 (d, 6.6), 0.89 (t, 6.6), 0.88 (d, 6.0), 0.87 (d, 7.2) B、C
31 脂肪酸 2.36 (t, 7.5), 2.77 (t, 6.6), 1.20～1.30 (m) B、C
32 丹皮酚 12.76 (s), 7.63 (d, 9.0), 3.84 (s), 2.56 (s), 6.42 (d, 2.4), 6.45 (dd, 9.0, 2.4) C
B-白芍 C-赤芍
B-Paeoniae Alba Radix C-Paeoniae Rubra Radix
另外，用外部模型验证方法排列实验来证明模型的
有效性。在排列实验中，蓝色的回归线与纵轴相交
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，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，即证明了
上述模型有效，可以继续后面差异成分的寻找。图
2-A、图 2-C 分别为甲醇水相提取物和氯仿相提取
物的 OPLS-DA 得分散点图，从图 2 中明显得出，
与无监督的 PCA分析得分散点图相比，白芍与赤芍
样本有最大程度的分离，且降低了样品的组内差异，
这样便于更准确地寻找白芍与赤芍之间的化学差异
成分。通过 S-plots图（甲醇水相：图 2-B，氯仿相：
图 2-D）和 VIP值（大于 1），寻找差异标志物。结
果显示白芍中精氨酸、苏氨酸、乙酸、天冬氨酸、
谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸、丁二酸、乳酸、
芍药内酯苷、6-O-没食子酰白芍苷、1, 2, 3, 4, 6-五
没食子酰基葡萄糖以及没食子酸的质量分数较高，
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A、B-甲醇水相的 OPLS-DA得分图和 S-Plots，C、D-氯仿相的 OPLS-DA得分图和 S-Plots
OPLS-DA score plots (A) and loading S-plots (B) of methanol-water extract, OPLS-DA score plots (C) and loading S-plots (D) of chloroform extract
图 2 白芍与赤芍的多元统计分析
Fig. 2 Multiple statistical analysis of Paeoniae Alba Radix and Paeoniae Rubra Radix
而赤芍中丙氨酸、α-葡萄糖、蔗糖、芍药苷、儿茶
素、β-谷甾醇、脂肪酸以及丹皮酚的量较高。
在 SPSS 16.0中进一步采用 t 检验对差异成分
进行分析，白芍与赤芍中苏氨酸、乙酸、天冬氨酸、
柠檬酸以及丁二酸具有显著性差异（P＜0.05），精
氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、乳酸、芍药内酯苷、
1, 2, 3, 4, 6-五没食子酰基葡萄糖、没食子酸、α-葡
萄糖、儿茶素、β-谷甾醇、脂肪酸以及丹皮酚具有
极显著性差异（P＜0.01）。
2.2.3 差异代谢物的相关分析 为了寻找差异代谢
物之间的相互关系，本研究分别计算白芍与赤芍样
品差异代谢物的 Pearson 相关系数，并作相关系数
图（图 3），图 3中红色表示正相关，蓝色表示负相
关，颜色越深表示相关性越大，反之越小。由图 3
可见，芍药中差异代谢产物间总体相关性较强，且
白芍的相关性大于赤芍。
白芍样品中丙氨酸、精氨酸、苏氨酸、乙酸、
天冬氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸以及丁
二酸等初级代谢物之间的相关性比赤芍样品初级代
谢物之间的相关性大，其中白芍中丙氨酸与精氨酸、
乙酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸、
丁二酸以及蔗糖呈强的负相关，而在赤芍中相关性
较弱且偏向正相关，白芍中苏氨酸与乙酸、天冬氨
酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸以及丁二酸呈
强的负相关，而在赤芍中呈弱的正相关。白芍中 β-
谷甾醇与初级代谢产物乙酸、天冬氨酸、谷氨酸、γ-
氨基丁酸、柠檬酸以及丁二酸呈负相关，而在赤芍中
呈正相关。另外，芍药内酯苷、儿茶素、1, 2, 3, 4, 6-
五没食子酰基葡萄糖、没食子酸等次级代谢产物与乙
酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸、丁
二酸等初级代谢产物呈现较强的正相关，相关性在赤
芍中强于白芍。由此可以说明，白芍与赤芍不仅在初
级代谢物相互之间的关系有较大差异，而且初级代谢
物与次级代谢物相互之间的关系也有较大的差别。
3 讨论
本研究采用基于核磁共振代谢组学技术对白芍

白芍
赤芍
白芍
赤芍
400
300
200
100
0
−100
−200
−300
−400
−500
t o[
1]

150
100
50
0
−50
−100
−150
−200
1
0.5
0
−0.5
−1
p(
co
rr
)[1
]
p(
co
rr
)[1
]
1
0.5
0
−0.5
−1
t o[
1]

−500 −400 −300 −200 −100 0 100 200 300 400





−200 −150 −100 −50 0 50 100 150





t[1]
t[1]
−0.3 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2
p[1]
−0.3 −0.2 −0.1 0 0.1 0.2 0.3
p[1]
A B
C D
1 2
12
11 4
10 7
8
3
5 6
9
4
1
5
2 3
6
7 11
9
10
12
8
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 22期 2014年 11月

·3236·

1-丙氨酸 2-精氨酸 3-苏氨酸 4-乙酸 5-天冬氨酸 6-谷氨酰胺 7-γ-氨基丁酸 8-柠檬酸 9-丁二酸 10-α-葡萄糖 11-蔗糖 12-乳酸
13-脂肪酸 14-β-谷甾醇 15-芍药苷 16-芍药内酯苷 17-儿茶素 18-6-O-没食子酰白芍苷 19-1, 2, 3, 4, 6-五没食子酰基葡萄糖 20-没食子
酸 21-丹皮酚
1-alanine 2-arginine 3-threonine 4-acetic acid 5-aspartic acid 6-glutamine 7-GABA 8-citric acid 9-succinate 10-α-glucose 11-sucrose
12-lactate 13-fatty acid 14-β-sitosterol 15-paeoniflorin 16-albiflorin 17-catechin 18-6-O-galloyl albiflorin 19-1, 2, 3, 4, 6-pentagalloyglucose
20-gallic acid 21-paeonol
图 3 差异代谢物的相关系数图
Fig. 3 Correlation maps of different metabolites
与赤芍的化学差异进行了比较，结果显示，白芍中
含有较多的精氨酸、苏氨酸、乙酸、天冬氨酸、谷
氨酰胺、γ-氨基丁酸、柠檬酸、丁二酸、乳酸、芍
药内酯苷、6-O-没食子酰白芍苷、1, 2, 3, 4, 6-五没
食子酰基葡萄糖以及没食子酸等，而赤芍中含有较
多的丙氨酸、α-葡萄糖、蔗糖、芍药苷、儿茶素、β-
谷甾醇、脂肪酸以及丹皮酚等。此外，白芍与赤芍
两者在差异成分相关系数上也存在较大的差异。植
物代谢物的生物合成与其所处的环境密切相关，本
研究中的白芍与赤芍均来源于毛茛科植物芍药，两
者代谢物的量与相关系数的差异反映了生长方式和
生长环境的不同。白芍和赤芍中的芍药内酯苷、儿
茶素、1, 2, 3, 4, 6-五没食子酰基葡萄糖、没食子酸等
次级代谢产物与乙酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基
丁酸、柠檬酸、丁二酸等初级代谢产物存在正相关。
本研究发现两者的次级代谢产物芍药苷、芍药
内酯苷、儿茶素等存在一定差异，且丹皮酚为赤芍
的特有成分，结果与文献报道一致[8-10]。芍药化学
成分复杂，除了芍药苷等单萜苷类次级代谢产物外，
还含有氨基酸、糖类、有机酸等多种初级代谢产物，
同时，本研究结果也揭示了白芍与赤芍在初级代谢
产物上也存在较大差异，如白芍中含有较多的乳酸，
而赤芍中几乎不含乳酸；白芍中葡糖糖较少，而赤
芍中葡萄糖较多。中药在临床多为水煎入药，大量
的初级代谢产物（如有机酸、氨基酸和糖类）随次
级代谢产物同时煎出并被服用，这些初级代谢产物
在芍药功效中发挥的作用值得进一步深入研究。核
磁共振技术用于中药材分析，可以同时检测到样品
中的次级代谢产物和初级代谢产物。然而核磁共振
的灵敏度较低，在代谢组学研究中，多种技术手段
的联用有助于样本的全面化学表征，下一步本课题
组将采用液质联用技术，并扩大样本量对白芍和赤
芍之间的化学差异进一步深入研究，为揭示两者化
学差异与功效差异的相关性奠定基础。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 19 20 21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 19 20 21
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白芍 赤芍 −1 0 1 value
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 22期 2014年 11月

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