全 文 ：·592· 中草菊ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第4期2007年4月
獐牙菜属药用植物叶片表皮细胞的计算机图像分析
陈家春”，胡 衡3，贾敏如2
(1．华中科技大学同济药学院，湖北武汉430030；2．成都中医药大学药学院，四川成都610037；
3．武汉马应龙药业股份公司，湖北武汉430074)
摘要：目的研究獐牙菜属药用植物叶上表皮细胞的形态差异，为本类药材的鉴别提供新的方法。方法采用常
规技术制片，用计算机细胞分析系统HPIAS--1000对表皮细胞形态进行二值化处理，测定其上表皮细胞垂周壁弯
曲程度即形态因子(SFC)和细胞排列方式即Feret7s直径比(SLF)。分别对12种獐牙菜属药用植物含不同产地
的21种材料进行了测定，并进行了方法学考察。结果显微镜放大倍数组合20×10下，软件系统精密度和重现性
良好，不同植株茎上第3节叶片中段主脉与第1侧脉(弧行脉序)之间上表皮细胞形态在种内最为稳定，不同种植
物的SFC、SLF值有显著差异，每种都有其相对恒定值。结论计算机细胞分析系统HPIAS一1000用于药用植物叶
片表皮细胞的形态分析鉴定具有简便、快速、准确、实用的特点，为全草和叶类药材的鉴定提供了一种新途径。
关键词：獐牙菜属；叶表皮细胞；计算机图像分析
中图分类号：R282．7 文献标识码：A 文章编号：0253—2670(2007)04—0592一04
Imageanalysisonepidermalcellsofleavesinmedicinalpl ntsofSwertiaL．
CHENJia—chunl，HUHen93，JIAMin—ru2
(1．TongjiPharmaceuticalCollege，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430030。China；
2．ChengduUniversityofTraditionalChineseMedicine，Chengdu610037，China；
3．WuhanMayinglongPharmaceuticalCo．，Ltd．，Wuhan430074，China)
Abstract：ObjectiveTos udytheshapedifferencesofupperpidermalcellsinleavesofmedicinal
plantsofSwertiaL． ndestablishthenewmethodforidentifyingthem．MethodsThepidermiswere
mountedinordinarytechnique，andthenscannedan binarizedthroughHPIAS—1000imageanalytic
system．Thewav nessoftheanticlinalwa ls(SFC)andtheratiooftheFeret
7
Sdiameter(SLF)ofupper
epidermalcellsweredetected．Theleafepidermalcellsof21kindsofrawmaterialsn12plantsofSwertia
L．fromvariousregionswereexamined．ResultsTheprecisionandreproducibilityofsof waresystem
weregood，andtheshapecharactersoftheupperpidermalcellsofthemiddlelaminai thethirdnode
arisingfromgroundarethestablestin idethesamespeciesbythemagnification20×10undermicroscope．
TheSFCandSLFoftheupperpidermalcellsofthesamespeciesofplantsarerelativelyconstant，
converselythatofdifferentspeciesofplantsareobviouslydifferentandistinguishablefromeachother．
ConclusionTheproposedm thodisa usefultechniqueforidentifyingtraditionalChinesemedicinal
materialsoriginatedfromherbsandleavesofplants．HPIAS一1000issimple，rapid，accurate，andpractical
forshapeanalysisofupperpidermalcellsofplantleaf．
Keywords：SwertiaL．；upperepidermalcellsofleaf；HPIAS一1000imageanalyticsystem
龙胆科獐牙菜属(SwertiaL．)药用植物是我
国重要的民族民间药物，药用全草，具有清肝利胆、
清热利湿之功效。本属不同品种在《中国药典》和我
国部颁药品标准及湖北和云南等省地方药材标准中
均有收载[1]。近年来，还从本属药用植物中研制开发
了藏茵陈胶囊、蒂达胶囊和紫金肝泰胶囊等新药制
剂。本属中已进行过生药鉴别研究的药用植物有20
余种，发现本属植物的一般形态和组织构造在种间
极其相似，不易区别，常常引起混用[2’3]。并观察到其
叶片上表皮细胞的形状、垂周壁弯曲程度、排列方式
等种间存在一定差异，但难以用文字准确表述。为此
本研究试图利用计算机图像分析技术(image
analysistechnique)，对叶片上表皮细胞垂周壁弯
曲程度和细胞排列方式等特征进行数值化，为该类
药材的鉴别提供新途径。
1材料与仪器
牧稿日期：2006—10—19
基金项目：国家自然科学基金项目资助(30271590)
*通讯作者陈家春Tel：(027)61033112E—mail：homespringchen@sohu．corn
万方数据
中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第4期2007年4月·593·
本实验所用的材料采集于四川和湖北两省，并
经笔者鉴定其学名。凭证标本保存于华中科技大学
同济药学院中药标本馆(TJCM)。
图像分析仪系由荧光显微镜一松下彩色CCD
摄像机一图像采集板一PC打印机等部分组成；所
用的图像分析软件系统为华中科技大学同济医学院
开发的“HPIAS--1000高清晰度彩色病理图文分析
系统”。
2方法
2．1取材与制片
2．1．1取材：方法学考察实验中放大倍数的确定、
精密度和重现性考察均取植株茎上第3节叶片中部
的上表皮，比较观察根据需要取不同部位的叶片上
表皮比较分析，确定最稳定的部位，作为样品测定的
观察部位。样品测定选取最稳定部位的叶片，即取开
花植株第3节叶片的主脉与第1侧脉(弧行脉序)之
间中部叶片。对每种样品取10株，每枚玻片测定50
个细胞。
2．1．2制片：制片方法为镊子撕取上表皮，水合氯
醛试液加热透化，稀甘油装片。
2．2图像分析：在光学显微镜下观察，并摄取其图
像，用计算机细胞分析系统(HPIAS一1000)对其
进行二值化处理。处理完毕，系统将自动对其上表皮
细胞的有关参数进行测量和统计。所观察植物叶的
上表皮细胞见图1。
图像分析的理论依据：根据公式Waveness
1一红直獐牙菜 2--叶獐牙菜3一祈连獐牙菜4一川东獐牙莱 5一獐牙莱 6一显脉獐牙菜 7一北方獐牙菜
8一大籽獐牙菜9一川西獐牙菜10一贵州獐牙菜1l一紫红獐牙菜12一西南獐牙菜
l—S．erythrosticta2-S． nfolia3一S．przewalskii4一S．davidii5一S．bimaculata6一S．nervosa
7-S．diluta8-S．macrosperma9-S． ussotii10一S．kouitchensis11一S．punicea12一S．cincta
图1 12种獐牙菜属植物叶上表皮细胞
Fig．1Surfacevi wsofupperpidermalcellsofleavesin12plantsofSwertiaL．
SFC一(Perimeter)2／(4丌xArea)计算垂周壁弯曲3．1 放大倍数的确定：取红直獐牙菜S．
程度即形状因子(SFC)，SFC值越大，说明周长相erythrostictaMaxim．茎上第3节叶片1枚制作上
对较长，弯曲程度就越大。计算表皮细胞排列方式 表面片，在光学显微镜下分别用5×10，10×10，
时，以平行主脉方向为纵坐标，垂直主脉方向为横坐 20x10，40x10放大倍数采集图像，各测定相同的
标，分别测定细胞在两个方向的直径；以纵坐标方向 50个细胞的平均SFC值分别为1．6690，1．1973，
直径(Feret’SdiameterY，FY)与横坐标方向直径1．2403，1．2417；RSD分别为6．32％，4．84％，
(Feret7SdiameterX，FX)的比值即Feret
7
S直径 2．35％，2．31％，故本实验选定20×10进行测量。
比(FY／FX=SLF)，来判断表皮细胞纵向延长还是3．2软件系统精密度考察：取红直獐牙菜茎上第3
横向延长；SLF值大于1，表明纵向延长细胞占优节叶片1枚，制作上表面片，20×10镜下采集图像，
势，小于1表明横向延长细胞占优势。 测定相同的50个细胞的平均SFC值，重复io次。
3结果 10次测定结果分别为1．2503、1．2498、1．2384、
万方数据
·594· 、中草115ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第4期2007年4月
1．234、1．2375、1．250Z、1．2408、l·1991、1．2410、
I．2301，RSD为2．3897％(咒一lO)，lO次测量均
数之间变异较小，说明HPIAS--1000系统精密度
良好。
3．3重现性考察：取同批红直獐牙菜10株，每株取
其茎上第3节叶片，制作叶片中部的上表面片，20×
10镜下采集主脉与第1侧脉之间的图像，测定50
个细胞的平均SFC值。10株的平均SFC值分别为
1．2402、1．2231、1．2347、1．2421、1．2558、
1．2421、1．2372、1．2358、1．2413、1．232，RSD
为2．3782％(咒=10)，表明同种不同植株均数之间
变异较小，此方法重现性良好。
3．4同一叶片不同观察部位的比较分析：取同批红
直獐牙菜叶片10枚，每枚分别制作9片上表面片：
AhA：、A。、BhB。、B3、C1、C2、C3，字母A、B、C分别
代表将叶片按长度平均分割为叶尖部、叶中部、叶基
部，数字1、2、3分别代表主脉与第1侧脉(弧行脉
序)之间、第1侧脉与第2侧脉之间、第2侧脉与叶
缘之间部分叶片。在20×10镜下采集图像，分别测
定10枚叶片的平均SFC值，所得结果见表1。
表1叶片不同部位SFC数值统计表(开=10)
Table1 StatisticsofSFCinleaves7variantparts(n一10)
由表1可知，比较叶片不同部位，叶中部的主脉
与第1侧脉之间叶片(B。片)的上表皮细胞SFC值
变异最小，说明该部位叶片上表皮细胞形态最稳定，
受株间影响较小。
同时进行SLF值测定，得到以上相同结论，由
此可知，叶中部的主脉与第1侧脉之间叶片(B，片)
的上表皮细胞形态最为稳定。
3．5同一植株茎不同节上生长的叶片的比较分析：
取同批红直獐牙菜10株，每株分别取茎上第1(基
部)、第2、第3和第4节的叶片，参照3．4方法，各
制作B，片。测定SFC、SLF值，结果见表2。
从表2可知，比较植株不同节上叶片，茎上第3
节叶片的中部主脉与第1侧脉之间叶片(B。片)的
测量值变异最小，即此处上表皮细胞形态株间最稳
裹2不同节上叶的SFC和SLF数值统计表(一一10)
Table2 StatisticsofSFCandSLFofleaves
invariantnodes(一一10)
定，受种内不同植株因素的影响较小。
3．6样品测定：取12种獐牙菜属药用植物含不同产
地的药材21份，每份取10株，参照3．4的方法分别
制取B。片，按2．2项下进行图像分析，结果见表3。
4讨论
图像分析技术是近30年来兴起的一门新技术，
此技术将二维图像通过摄像机摄入后，由计算机进
行分析处理，从而得出有关此图像的定量数据。国内
外生药学者采用此技术分别对横切面上油管、导管、
厚壁细胞占横切面的面积比值H’5]，细小果实及种
子、花粉粒的体积、周长、直径、不规则参数[6’7]，叶的
气孔面积、直径、周长及不规则参数[83等不同形态组
织学参数进行过测定；山路[41等首次测定了叶表皮
细胞垂周壁弯曲程度SFC。本次研究成果进一步丰
富了该领域的研究内容。
叶片表皮细胞形态特征在全草和叶类生药鉴别
中具有重要意义，但是长期以来大多仅凭经验作定
性描述，不同的观察者、甚至同一观察者在不同时间
对同一样品可能做出不同的结论，如细胞壁的弯曲
程度经常描述为平直、微弯曲、波状弯曲、弯曲等，其
准确的弯曲程度难以判断。利用计算机图像分析技
术对12种獐牙菜属药用植物叶上表皮细胞垂周壁
弯曲程度SFC和细胞排列方式SLF二个参数进行
测量，并用统计学方法考察了方法的稳定性，得到以
下结论：①同一植株不同节上的叶片上表皮细胞形
态不同，而且同一叶片的叶尖、叶中、叶基、叶缘的细
胞形态也不相同，因此进行显微观察时，固定取材部
位极其重要。②茎上第3节叶片中段主脉与第1侧
脉之间表皮细胞形态在种内最为稳定。据作者长期
野外和大量的标本观察，该处叶片生长发育成熟，且
不枯萎，适应了所生长的环境，外部形态稳定，可以
作为最佳的取材部位。③所观察獐牙菜属不同种植
物的SFC、SLF值在种间有显著差异，在种内都
有其相对恒定值，因此可作为生药鉴定的新指标。
万方数据
中草喃 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第38卷第4期2007年4月·595·
表3样品叶片上表皮细胞的计算机图像分析结果(拜一10)
Table3 Computerimageanalysisofupperpidermalcellsinleavesof amples(弹=10)
④HPIAS一1000高清晰度彩色病理图文分析系统fromtheplantsofGenusDelphiniumsubsect·Grandiflora
能够用于全草和叶类药材表皮细胞的图象分析，并 [53飘篇?KB。ot。,。1。。9。94K,，6篡iji6s9-，8耋吐Phar。。。。。|nos。icaI
具有简便、快捷、准确、实用的特点。 studiesonthetraditionald醐susedbyChineseminority
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鹕秘祭零琴撰祭祭祭祭：零零鹕鹕零撰鹕鹕零零零零祭秘秘鹕鹕鹕祭零揆霭祭零鹕鹕撰撰鹕秘秘零鹕撰鹕鹕秘秘鹕撰
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万方数据
獐牙菜属药用植物叶片表皮细胞的计算机图像分析
作者： 陈家春， 胡衡， 贾敏如， CHEN Jia-chun， HU Heng， JIA Min-ru
作者单位： 陈家春,CHEN Jia-chun(华中科技大学同济药学院,湖北,武汉,430030)， 胡衡,HU Heng(武
汉马应龙药业股份公司,湖北,武汉,430074)， 贾敏如,JIA Min-ru(成都中医药大学药学院
,四川,成都,610037)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2007,38(4)
被引用次数： 1次

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