全 文 ：气相色谱-系统聚类分析方法在蓼属植物分类中的应用
蒲凌奎1 , 陈海魁2 , 朱元珍1 , 祝英3 , 蒲训1＊　(1.兰州大学生命科学院, 甘肃兰州730000;2.北方民族大学生命科学与工程学院,
宁夏银川 750021;3.甘肃省科学院 , 甘肃兰州 730000)
摘要　[目的]探讨分类和鉴定不同蓼属植物的方法。[方法]利用气相色谱-质谱联用系统提供蓼属植物的内在成分信息 ,结合聚类分
析技术 ,对蓼属植物进行分类及鉴定。[结果]结果表明 ,色谱数据的系统聚类结果与形态学分类结果一致 , 该方法精密度高、重现性好、
回收率高 ,这对进一步研究蓼属植物的类别及近缘性提供了依据。[结论]该研究为蓼属植物的识别提供有益的信息 ,也为蓼属植物的
化学分类提供新的依据。
关键词　蓼;气相色谱;系统聚类分析
中图分类号　O657.7　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2009)05-01869-03
Application of Hierarchical Cluster with GC-MS in the Classification of Polygonum
PU Ling-kui et al　(Department of Life Science , Lanzhou University , Lanzhou , Gansu 730000)
Abstract 　[Objective] The purposewas to discuss the method of classifying and identifying different plant of Polygonum.[Method] GC-MS system was
used to provide the intrinsic ingredient information , combining with hierarchical clustering analysis technology to carry on the classification and identifica-
tion of the Polygonum species.[ Result] The results indicated that the clustering results were consistent with the morphology classification , themethod had
high accuracy , fidelity and recovery rate , which would provide basic evidences for the classification and kinship identification of Polygonum species.
[ Conclusion] This research will provide valuable information for the classification and identification of Polygonum plants , as well as provide a novel method
for chemistry taxonomic approach.
Key words　 Polygonum;GC-MS;Hierarchical clustering analysis
作者简介　蒲凌奎(1981-),男,甘肃会宁人,硕士研究生,研究方向:分
子生物学。＊通讯作者 ,副教授, E-mail:puxun@lzu.edu.cn。
收稿日期　2008-11-17
　　蓼属(Polygonum L.)是蓼科(Polygonaceae)的一个大属 ,
全世界约 230种 ,主要分布于北温带 ,我国约有 170种 37变
种 ,其中 81种供药用 ,分布于全国各地[ 1] 。蓼属植物药理学
活性多样 ,是世界各国重要的传统药物资源 ,其中何首乌(P.
multiforum Thunb.)、虎杖(P .cuspidatum Sieb.et Zucc.)、荭草
(P.orientale L.)、拳参(P.bistorta)、蓼蓝(P .tinctorium Lour)
和艹扁蓄(P.aviculare L.)等为常用中药材。近年来研究发现
该属植物具有清热解毒 、散结消肿 、活血止痛 、顺气解痉 、收
敛止泻和通经利尿等功效 ,有些还具抗菌 、抗氧化 、抗肿瘤和
杀虫等生物活性[ 2] 。
为了较系统的了解蓼属植物之间的相关性 ,笔者应用气
相色谱对 5种不同产地 、不同采收日期共计16个样品进行聚
类分析 ,以期为蓼属植物的识别提供有益的信息 ,也为蓼属
植物的化学分类提供新的依据。
1　材料与方法
1.1　材料　16个蓼属植物样品见表 1。
1.2　仪器与试剂 HA221-50-06型超临界 CO2 萃取装置(江苏
南通华安超临界萃取有限公司),Agilent Technologies 7890A
型 、Agilent Inert 5975C型 GC-MS-DC 联用系统(美国安捷伦
公司)。
三氯甲烷(CHCl3 ,分析纯 ,山东莱阳市双双化工有限公
司), 95%乙醇(分析纯 ,北京北化精细化学品有限责任公
司),邻苯二甲酸二丁酯(C16H22O4 ,色固 ,密度为 1.045 g/ml ,
上海国药集团化学试剂有限公司),十七烷(C17H36 ,色标 ,密
度为 0.778 g/ml ,天津市科密欧化学试剂开发中心)。
1.3　色质条件　色谱条件:HP-1弹性石英毛细管柱 0.25
mm×30 m×0.25μm ,载气为氦气 ,柱温 70 ℃,保留 3 min后 ,
程序升温(3 ℃/ min)至 250 ℃,气化室温度 270 ℃,尾吹 20
ml/min[ 3] 。
表 1　样品植物学分类及鉴定
Table 1　The botanical classification and identification of samples
编号
No. 取样地点Sampling sites 采收期Harvesting period 种性鉴定Varietal character identification
1 天祝夏玛林场 2007-07 艹扁蓄
2 天祝夏玛林场 2007-07 珠芽蓼
3 甘肃四矿 2007-08 艹扁蓄
4 甘肃会宁河边 2007-08 艹扁蓄
5 甘肃会宁河边 2007-08 酸模叶蓼
6 甘肃会宁河边 2007-08 西伯利亚蓼
7 甘肃靖远长征 2007-09 酸模叶蓼
8 五里铺河沟 2007-08 东方蓼
9 甘肃榆中兴隆山 2007-08 酸模叶蓼
10 甘肃榆中兴隆山 2007-08 艹扁蓄
11 兰州黄河边 2007-08 酸模叶蓼
12 兰州市 2007-08 艹扁蓄
13 兰州市 2007-09 东方蓼
14 兰州黄河边 2007-08 西伯利亚蓼
15 宁夏银川 2007-08 艹扁蓄
16 甘肃靖远长征 2007-09 西伯利亚蓼
　注:蓼属植物样品由兰州大学生命科学学院蒲训教授鉴定。
　Note:The samples of Polygonum were identified by Professor PU Xun in Life
Science College of Lanzhou University.
　　质谱条件:离子源为电子轰击源 ,电子能量 70 eV ,离子
流温度 250 ℃,扫描范围 3 ～ 70 min;35 ～ 300 u ,检测器为
FID[ 4] 。
1.4　方法
1.4.1　挥发油的提取。各样品自然阴干 ,粉碎。称取材料 30
g ,置于萃取池中(加改性剂 CHCl3),当泵中 CO2 压力与萃取
温度达到设定值时 ,打开萃取池中的一个阀门进行动态萃
取[ 5] 。萃取物从阻尼器(弹性石英毛细管)出来后 , 用分析纯
的 CHCl3 在室温下吸收 ,定容至 10 ml ,过 0.45μm 滤膜 ,备
GC-MS分析用。超临界CO2 萃取条件:压力 25 MPa ,温度 45
℃,萃取时间 10min。所得精油略有芳香气味[ 6] 。
1.4.2　标准溶液的配制。精确量取十七烷 、邻苯二甲酸二丁
酯标准品适量 ,用三氯甲烷定容至 10 ml ,分别制成一系列不
同浓度的标准溶液。
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2009 ,37(5):1869-1871　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　李玮　责任校对　张士敏
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2009.05.096
1.4.3　待测样品溶液的配制。分别称取干燥的各种蓼属植
物样品 30 g ,加入改性剂CHCl3 ,超临界CO2 萃取 10min ,用分
析纯的CHCl3 在室温下吸收 ,定容至 10 ml ,过 0.45μm滤膜 ,
取滤液作为待测样品溶液。
1.4.4　气相色谱图的测定 。在上述色质条件下 ,分别吸取待
测样品溶液 2μl进样 ,得色谱图 。
1.4.5　分析方法的精密度 、重现性和回收率试验。取不同浓
度标准溶液 ,在测定条件下进样 2μl ,重复进样 5次 ,以 2种
标准品峰面积计算测定方法的精密度;平行测定样品 5份 ,
每间隔 1 h进样 1次 ,进行重现性测定;精确称取已测知含量
的 5份平行样品 ,其中 2份作为对照 ,其余 3份加入一定量的
混合标准品 ,按待测样品溶液的制备方法制备 ,测定分析方
法的加样回收率 ,结果见表 2。
表 2　2种挥发油成分的标准曲线及相关数据
Table 2　The standard curve and relevant data of two kinds of volatile oil
标准品
Standard
substance
回归方程
Regression
equitation
相关系数
Correlation
coefficient
RSD%
回收率
Recovery
rate∥%
邻苯二甲酸二丁 酯 Dibutyl
phthalate
y=-6.941×109+0.366×109x 0.864 11.8 93.6
十七 烷 Hep-
tadecane y=-5.734×109+0.450×109x 0.979 13.5 96.7
　　由表 2可知 ,该方法精密度高 、重现性好 、回收率高。
1.4.6　不同来源蓼属植物气相色谱图谱分析。
1.4.6.1　气相色谱图谱的标定。取不同来源的蓼属植物供
试品在GC-MS-DC系统中测定(图 1),样品 b标出 20个峰 ,与
对照品a比较 ,鉴定了其中的2个峰 ,分别为邻苯二甲酸二丁酯
图 1　对照品(a)和艹扁蓄样品色谱图(b)
Fig.1　The chromatogram of control substance(a)and Polygonum aviculare L.samples(b)
(14#峰)和十七烷(18#峰)。
1.4.6.2　系统聚类分析。系统聚类分析是把 5种蓼属植物
16个样品的共有色谱峰的保留时间从小到大排列起来 ,记录
其下的色谱峰面积 ,再将每个样品各组分峰面积与共有峰面
积之和相比 ,得到 5种蓼属植物 16个样品的相对峰面积表 ,
并以此经过 SPSS10.0统计软件进行系统聚类分析 。
2　结果与分析
2.1　气相色谱图测定结果　部分色谱图见图 2。
注:a.甘肃会宁河边艹扁蓄;b.靖远长征酸模叶蓼;c.靖远长征西伯利亚蓼;d.夏玛珠芽蓼;e.兰州市东方蓼。
Note:a.P.aviculare on the riverside of Huining of Gansu;b.Polygonum lapathifolium Linn.f romChangzheng of Jingyuan County;c.Polygonum sibiricum from
Changzheng of Jingyuan County;d.Polygonum viviparnm L.from Xiama;e.Polygonum orientale L.from Lanzhou City.
图 2　蓼属植物部分样品气相色谱图
Fig.2　The gas chromatogram of some samples of Polygonum
1870 　　　　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2009年
2.2　系统聚类分析结果　按“1.4.6.2”方法 ,经过 SPSS10.0
统计软件的分析 ,得聚类分析结果(图 3),分类结果见表 3。
图 3　聚类分析
Fig.3　The clustering analysis
表 3　聚类分析结果
Table 3　The clustering analysis results
类别 Types 样品号 No.of samples
Ⅰ 5、11、7、9
Ⅱ 8、13
Ⅲ 6、14、16
Ⅳ 4、10、1、12、3、15
Ⅴ 2
　　由图 3、表 3可知 ,在标尺 20处 ,16个样品分为 5类。首
先 ,蓼属植物区别很大。珠芽蓼的 8# 、9#峰峰面积明显大于
其他 4种植物相应峰的峰面积 ,而 14#峰的峰面积又小于其
他 4种植物相应峰的峰面积。艹扁蓄的 1#、2#峰峰面积明显
大于其他 4种植物相应峰的峰面积 。其次 ,6、14号西伯利亚
蓼样品距离较近 ,而 16号西伯利亚蓼样品与它们距离较远 ,
比较 3个样品的气相色谱图 ,发现 6 、14号西伯利亚蓼样品的
12#峰峰面积明显大于 16号西伯利亚蓼样品 12#峰峰面积 ,
而 15#峰则恰恰相反。这可能是影响他们差异的主要原因。
银川的艹扁蓄与其他采集地的艹扁蓄化学成分与含量相比差别
不大 ,这可能是因为它们生长的环境条件相似 ,使得其内在
主要成分相对稳定。
3　结论与讨论
(1)试验以柱温 70 ℃,保留 3min后 ,程序升温(3 ℃/min)
至 250 ℃,运行时间 60min为色谱条件 ,发现 22min后气相色
谱图几乎成直线 ,没有明显的色谱峰 ,足见运行时间为 22min
的GC分析效果可以满足试验要求;待测样品色谱图在数据
处理时除去了溶剂峰 ,因此总峰面积以每个样品 4～ 22 min
的所有色谱峰的峰面积计算。
(2)试验采用了GC-MS 法进行色谱分离 , 1次进样可得
较多的色谱峰(16个样品中共计有近 1 000个不同保留时间
的峰应用到聚类分析中),分离分析的效率较高 ,且其保留时
间相对稳定 ,得到的气相色谱图具有一定的稳定性与可控
性。在此试验的基础上 ,可对不同省份蓼属植物进行分类研
究 ,进一步验证气相色谱-系统聚类分析方法在蓼属植物分
类中的应用。
(3)在对样品进行聚类分析时发现 ,用不同的系统聚类
方法进行聚类 ,所得到的结果不同。看一个聚类方法是否可
取 ,主要取决于这种方法所得的结果是否正确。该试验没有
采用常用的欧式距离或欧式平方距离 ,这 2种方法的聚类结
果都不理想 ,而采用夹角余弦 ,分类结果较好。
运用指纹图谱与聚类分析相结合的方法能更全面 、综合
和准确地区分不同种类的廖 ,作为药材质量检测的一种辅助
手段 ,该法有一定应用价值。
参考文献
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(上接第 1868页)
原则 ,充分利用闲置土地 ,提高土地利用效率 ,保障必要的
建设用地;充分调动农民群众保护耕地的积极性;严格落实
耕地保护目标责任制。地方各级政府和国土资源部门 ,要
充分认识节约集约用地的重要性和紧迫性 ,全面贯彻落实
党的十七届三中全会精神 ,认真实施《全国土地利用总体规
划纲要(2006 ～ 2020年)》 ,将约束性的耕地保护指标量化到
地方政府目标和责任 ,切实转变用地观念 ,转变经济发展方
式 ,调整优化经济结构 ,科学规划用地 ,着力内涵挖潜 ,实现
经济社会的可持续发展 。
参考文献
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