全 文 ：#研究报告 #
天麻指纹图谱模式识别研究
王 莉 o王龙星 o肖红斌 3 o梁鑫淼
k中国科学院 大连化学物理研究所 o辽宁 大连 ttysuvl
≈收稿日期   ussx2tt2sw
≈基金项目   国家自然科学基金重点项目 kusuvxsusl~中科院
知识创新工程重要方向项目 kŽŠ≤÷u2≥• 2utvl
≈通讯作者   3 肖红斌 oר¯}kswttl{wvz|yyz
天麻为兰科植物天麻 Γαστροδια ελατα … q¯的干燥
块茎 ∀多年来其质量主要以指标成分天麻素等酚性
成分的含量测定来加以控制 o因此很难全面评定药
材的真正质量 ∀中药指纹图谱及化学模式识别技术
是解决中药质量评价和分类鉴别的有效手段 o继前
文对天麻指纹图谱的建立及相似度评价进行报道之
后 ≈t  o本研究主要讨论指纹图谱的模式识别工作 ∀
常用的模式识别方法有聚类分析 !判别分析等 ≈u  o
近年来广泛应用于中药指纹谱的数据处理工作 ≈v2y  ∀
作者应用聚类分析和判别分析对不同产地及不同质
量等级的 us个天麻药材进行了模式识别研究 o以期
更全面评价天麻药材质量 ∀
1 仪器与试药
美国 • ¤·¨µ¶公司 uy|s高效液相色谱仪 k包括
四元梯度泵 o真空脱气机 o自动进样器 o柱恒温系
统 l~• ¤·¨µ¶||y二极管阵列检测器 ~• ¤·¨µ¶ ¬¯¯ ±¨±¬2
∏° vu色谱工作站 ~ ¬¯¯¬³²µ¨超纯水 ~色谱纯甲醇 o
色谱纯醋酸 ∀天麻对照药材 k中国药品生物制品检
定所 o批号 tus|ww2ussssylous个天麻样品来源于
不同产地 o详见表 to由河南中医学院陈随清教授鉴
定为兰科植物天麻 ∀
2 方法
2q1 指纹图谱原始数据的获取
精密称取天麻粉末 { ªo加入 {s °甲醇超声提
取 vs °¬±o放置过夜 k约 tw «l再次超声提取 vs
°¬±∀将提取液过滤 !浓缩 o用超纯水定容至 ts °
即得供试品溶液 ∀ ts ˏ进样 o液相色谱分析 ouzs
±°检测 o记录 zx °¬±内的色谱峰及其保留时间和
峰面积 ∀色谱条件 }‹¼³¨ µ¶¬¯ ≤t{色谱柱 kw1y °° ≅
表 t 不同来源天麻样品
样品号 药材产地
t 安徽 k同仁堂药房 o放置 t年以上 l
u 海王星辰民政店 k产地不祥 l
v 海王星辰西安路店 k产地不详 l
w 四川 k成都中医药大学提供 o放置 t年以上 l
x 安徽 k戚运生药店 l
y 安徽 k海王星辰西安路店 l
z 安徽 k海王星辰民政店 l
{ 云南昭通二级家种
| 云南昭通一级家种
ts 云南昭通野生一级野生
tt 云南昭通特级野生
tu 陕西 k郑州本草国药馆 l
tv 陕西 k安国药材市场 l
tw 四川半野生
tx 四川半野生
ty 河南伏牛山
tz 河南大别山
t{ 陕西秦岭山区
t| 河南 k禹州药材市场 l
us 安徽 k对照药材 l
uxs °°ox Λ°o大连依利特公司 l~流动相 s1xh醋
酸甲醇 k„l2s1xh醋酸水溶液 k…los ∗ ts °¬± uh
„ots ∗ ys °¬±uh ∗ wsh „oys ∗ zx °¬± wsh „~柱温
vx ε ~流速 t °# °¬±pt ∀
2q2 数据处理
峰匹配后 o选择 uz个指纹峰作为模式识别的变
量 k图 tlo已知成分的峰归属主要参照自制标准品 ∀
计算用峰面积值均为经过含水量折算的面积值 o即
每个样品的浓度均相当于每毫升 s1{ ª干药材 ∀
系统聚类分析 !判别分析采用 ≥°≥≥ ts统计处理
软件 ∀其中聚类分析采用类间连接法 !最近距离法 !
最远距离法 !重心法 !中间距离法和离差平方和法六
种不同的定义类间距离的方法 o而距离测度均选用欧
氏距离平方法 ∀判别分析采用逐步判别分析法筛选
预测变量 ∀
数据分析以 uz个指纹峰的峰面积 k原始数据分
析 l或经过标化后的面积 k标准化数据分析 l作为因
#yvx#
第 vu卷第 y期
ussz年 v月
中 国 中 药 杂 志
Χηινα ϑουρναλοφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
∂ ²¯qvuo Œ¶¶∏¨ y
 ¤µ¦«o ussz

图 t 代表性天麻样品的液相色谱指纹图谱
„qts号样品 ~…qtx号样品 ~≤qus号样品
tq尿苷 ~xq天麻素 ~yq鸟苷 ~{q对羟基苯甲醇 ~tsq腺苷 ~
twq对羟基苯甲醛 ~t|q巴利森苷 …~usq巴利森苷 ≤ ~
uvq巴利森苷 ~uxqwowχ2二羟基苄醚
变量进行分析 ∀标准化的具体算法为 }将每个指纹
峰的原始峰面积减去相应的面积均值再除以相应的
方差即得 o标准化变换后的数据其均值为零方差为
t∀
3 结果与讨论
3q1 系统聚类分析
3q1q1 原始数据聚类图 由 y种原始数据聚类谱
系图可知 k代表性聚类谱系图见图 u„lo安徽产天
麻 zoyotous号样品总能聚类 o安徽产天麻 x号样品
除最远 !最近距离外其余 w种均能和安徽药材聚类 ∀
因此原始数据聚类分析可以区别安徽药材 ∀
图 u 代表性聚类谱系图
„q原始数据离差平方和法 ~…q标准化数据最远距离法
而其他产地药材未能很好聚类 ∀如云南产天麻
始终未聚成一类 o特别是 {号家种二级样品离其余
v个样品相距甚远 ~四川产 w号样品与四川半野生
品 ktw号 !tx号 l也相距甚远 ~还有安徽 !河南样品
始终先聚类且和半野生 !野生样品始终不聚类 ∀
传统认为野生药材质量最好 o半野生药材质量次
之 o而家种药材质量最差 ~放置时间越久的药材有效
成分损失越大质量越差 ∀色谱分析结果也验证了这
一点 o即野生药材出峰数目多且吸收强 o而家种药材
和放置时间久的药材出峰数目少且吸收弱 k代表性药
材图谱见图 tl∀因此 o文中 ts号 !tt号野生药材质
量最优 o半野生药材 tw和 tx号为较优药材 o家种一
级 |号药材质量优于家种二级 {号药材 o而放置时间
较长的 t号和 w号药材为一般品 ∀同时道地产区云
南 !四川产天麻质量较优 ∀因此 o类比实际药材等级
及以上聚类结果推测 }原始数据聚类分析可能主要反
映的是天麻品质的差异 o而部分体现产地差异 ∀
3q1q2 标准化数据聚类分析 由标准化数据 y种
聚类谱系图可知 k代表性聚类谱系图见图 u…lo安徽
产天麻标准化数据聚类结果和原始数据聚类结果类
似 ox号样品有时不与母体聚类 ∀河南产天麻标化
数据聚类结果较好 o此外四川半野生 !云南野生药
材 !云南家种药材也能聚成小类 ∀因此 o标化数据聚
类偏重于区别不同产地 ∀
3q1q3 两类聚类结果比较 两种数据处理方法得
出的聚类结果各有偏重 o原始数据聚类偏于反映天
麻质量的好坏 o其中离差平方和法结果最符合实际
情况 ∀由原始数据离差平方和可知 o所有样本被归
为三类 o即 | ∗ tt号样品为第一类优质药材 ~uot{o
tv ∗ tx号样品为第二类较优药材 ~而 {otyovotzoxo
t|otuousotoyozow号样品为一般品 o质量稍差 ∀
而标准化数据聚类则更多反映产地的差异 ∀标
化数据聚类的离散点多于原始数据聚类可能的原因
是个别样本为孤立产地样本但其质量总可以归为一
定的等级 ∀标准化数据聚类中最远距离法结果最
好 o安徽药材 !河南药材 !云南家种药材 !云南野生药
材 !四川半野生药材都分别聚类 o而 totuotvot{ou
号没有归类 ∀
由聚类分析对未知 u号和 v号样品初步分析结
果 }u号样品为质量较优药材 o产地和文中其余 t|个样
品相距较远 ~v号样品为质量一般药材 o产地为河南 ∀
3q2 判别分析
由于聚类分析中产地分析结果不甚理想 o有少
量离散样本不能归类 ~而相较而言 o质量等级分析结
果较好 o所有样本被归为等级不同的三类 ∀因此 o判
别分析针对质量等级进行研究 ∀还采用两种方法 o
原始数据分析和标准化数据分析 ∀
#zvx#
第 vu卷第 y期
ussz年 v月
中 国 中 药 杂 志
Χηινα ϑουρναλοφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
∂ ²¯qvuo Œ¶¶∏¨ y
 ¤µ¦«o ussz
3q2q1 原始数据分析 由于原始数据中面积值在
tsw ∗ tsy o数值太大因而得出的判别系数太小 o在判
别分析之前将原始数据进行适当的变换 o即都除以
ts ssso此变换只是为了判别系数在合适的范围 o对
计算过程没影响 ∀最终筛选出的变量为 Ξz oΞtu o
Ξt{ oΞuw ∀ ƒ¬¶«¨ µ判别函数为 }Ψt € p y1yy ≅ tspv
Ξz n t1ty{Ξtu p |1yz ≅ tspu Ξt{ n s1zwzΞuw p
wu1v|s~Ψu € {1{yv ≅ tspu Ξz n s1zv{Ξtu p s1u|{
Ξt{ n s1vzuΞuw p v|1swu~Ψv € t1|zu ≅ tspv Ξz n
s1u{y Ξtu p u1w{ ≅ tspu Ξt{ n s1ty|Ξuw p v1xvy∀
3q2q2 标准化数据分析 用标化数据采用上述同
样的 分 析 过 程 得 到 v 个 判 别 函 数 如 下 }
Ψt € p |1{uxΞz n |1uy|Ξtu n s1vvuΞt{ n z1vxvΞuw p
ty1xuz~Ψu € uu1wx{Ξz n v1sswΞtu p {1|z|Ξt{ n
t1s|xΞuw p tx1ssv~Ψv € p y1s|tΞz p v1xy|Ξtu n
v1yx{Ξt{ p u1u|wΞuw p v1|{t∀用原始数据和标准化
数据得出的表观判别函数表达式虽有不同 o但结果
是一样的 ∀
3q3 讨论
标准化聚类谱系图中离散点较多的原因可能是
个别样本与主流产地天麻化学成分差异很大 o可能
来自于偏远地区 o如样本 u号和 t{号 ∀
在所有的 tu种聚类谱系图中 o离差平方和法结
果均较好 o最符合天麻实际情况 o这与聚类分析中一
般选择离差平方和法定义类间距的做法相吻合 ∀原
始数据聚类分析考虑了色谱峰的绝对含量 o因此可
很好地区分不同质量等级的天麻药材 ~而标准化数
据主要考虑各色谱峰的比例关系 o因此侧重与区分
不同产地的样品 ∀二者从不同的角度评价了天麻药
材的质量 o实际应用中可根据分类的目的分别选用
原始数据或标准化数据 ∀
本研究所得结果有待进一步收集更多产地明确
的样本验证后才能得出一个更具普遍意义的结论 o
从而真正应用到实践中去评价天麻的产地及质量 ∀
≈参考文献  
≈t  王 莉 o程孟春 o肖红斌 o等 q天麻液相色谱指纹图谱研究 ≈ q
中草药 oussyovzk|l}twsuq
≈u  梁逸曾 o俞汝勤 q分析化学手册 ≈  q第 ts分册 q化学计量学 q
北京 }化学工业出版社 ousss}vu{q
≈v  陈闽军 o吴永江 o范骁晖 o等 q色谱指纹图谱分析技术用于鉴别
中药川芎产地 ≈  q中国中药杂志 oussvou{kzl}ysyq
≈w  苏薇薇 o林海丹 o方铁铮 o等 q中药化橘红的模式识别 ) ) ) 计算
机辨识研究 ≈ q中药材 oussuouxk{l} xxwq
≈x  聂 磊 o罗国安 o曹 进 o等 q中药二维信息模式识别 ≈ q药学
学报 ousswov|kul}tvyq
≈y  田 兰 o毕开顺 o孙稳健 o等 q白术的化学模式识别 ≈ q中国中
药杂志 oussvou{kul}twvq
≈责任编辑 张宁宁  
桃金娘的生药学研究
韦松基 t3 o黄祥远 u
kt1广西中医学院 o广西 南宁 xvssst~ u1广西百色食品药品检验所 o广西 百色 xvvsssl
≈收稿日期   ussy2sx2ts
≈通讯作者   3 韦松基 oר¯}kszztlvtvwsux
桃金娘 Ρηοδοµ ψτυσ φοµ ενφοσαk„¬·1l‹¤¶¶®1又
名金丝桃 o山稔子 o山菍 o多莲 !豆稔干 o稔果 o多奶 o
山多奶 o苏园子 o石榴子 o白碾子 o岗稔 o水刀莲 o乌肚
子 o当梨子 o哆哞仔 o稔子 o为桃金娘科植物 ∀根理气
止痛 o利湿止泻 o去瘀止血 o益肾养血 ∀主治脘腹疼
痛 o消化不良 o呕吐泻痢 o肋痛黄疸 o痞块 o癥瘕 o崩
漏 o劳伤出血 o跌打伤痛 o风湿痹痛 o血虚体弱 o肾虚
腰痛 o膝软 o尿频 o白浊 o浮肿 o疝气 o痈肿瘰疬 o痔疮 o
汤火伤 ∀叶利湿止泻 o生肌止血 ∀主治泄泻 o痢疾 o
黄疸 o头痛 o胃痛 o疳积 o崩漏 o乳痈 o疮肿 o痔疮 o疥
癣 o烫伤 o外伤出血 o毒蛇咬伤 ≈t  ∀
1 药材性状
干燥根圆柱形或圆锥形 o直径 t ∗ vkzl¦°∀表
面灰棕色或黑褐色 o具纵向细皱纹 o侧根粗而少 ∀质
坚硬 o难折断 o断面皮部薄 o灰棕色 o木部宽 o红棕色 ∀
中央无髓部 ∀气微香 o味甘 !辛 ∀
干燥叶多呈椭圆形 o少数呈矩圆形 o多皱缩卷
#{vx#
第 vu卷第 y期
ussz年 v月
中 国 中 药 杂 志
Χηινα ϑουρναλοφ Χηινεσε Ματερια Μεδιχα
∂ ²¯qvuo Œ¶¶∏¨ y
 ¤µ¦«o ussz