趙文龍　晉玲　王惠珍　崔治家　侯嘉　盧有媛　杜弢

[摘要]該研究通過(guò)查閱資料和實(shí)地采樣，收集全國(guó)板藍(lán)根主產(chǎn)區(qū)89個(gè)樣點(diǎn)信息，并使用HPLC測(cè)得樣品的指標(biāo)成分含量數(shù)據(jù)。利用Maxent模型與ArcGIS，結(jié)合生態(tài)因子數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)板藍(lán)根全國(guó)生境適宜性分布。運(yùn)用R語(yǔ)言建立藥材指標(biāo)成分含量與生態(tài)環(huán)境因子之間的關(guān)系模型，使用ArcGIS柵格計(jì)算方法對(duì)藥材品質(zhì)進(jìn)行區(qū)劃。研究結(jié)果表明影響板藍(lán)根分布的主要生態(tài)因子為最干季節(jié)降雨量、年平均溫度和最濕季節(jié)均溫；適合板藍(lán)根種植的地區(qū)主要集中在我國(guó)北部，但各適宜種植區(qū)的藥材質(zhì)量差異較大，其中新疆地區(qū)的板藍(lán)根藥效成分含量最高。該研究為合理選擇板藍(lán)根種植地區(qū)提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]板藍(lán)根； 生境適宜性； 品質(zhì)區(qū)劃

[Abstract]In this research， we collected information of eighty nine sampling points of Isatidis Radix nationwide through data query and field survey， and the medicinal component contents of samples were determined by HPLC By using Maxent Model and ArcGIS， along with ecological factor data， the national habitat suitability distribution of Isatidis Radix was predicted Rlanguage was adopted to establish a model of the relationship between the medicinal component contents and ecological factors The medicinal quality was divided by ArcGIS grid computing The results indicated that the three main ecological factors affecting the distribution of Isatidis Radix were precipitation in the driest season， mean annual temperature and mean temperature in the wet season The suitable cultivation region of Isatidis Radix is mainly distributed in the north of China， but the medicinal quality is quite different， Isatidis Radix in Xinjiang province has higher medicinal quality This study provides a reference for rational selection of planting areas of Isatidis Radix

[Key words]Radix Isatidis； habitat suitability； quality regionalization

板藍(lán)根為十字花科植物菘藍(lán)的干燥根，性寒味苦，具有清熱解毒、涼血利咽功效，是我國(guó)治療感冒的常用大宗中藥材[13]。研究表明板藍(lán)根具有抗菌、抗病毒、解熱、抗炎、增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等作用，所以有著巨大的種植需求和產(chǎn)業(yè)前景，特別是2003 年非典以后，板藍(lán)根產(chǎn)區(qū)面積逐步擴(kuò)大，但不同產(chǎn)區(qū)板藍(lán)根產(chǎn)量和品質(zhì)差異較大[47]，這給板藍(lán)根種植區(qū)域的選擇和藥源的穩(wěn)定造成了不確定性。

Jaynes于1957年提出最大熵理論，認(rèn)為在已知條件下，熵最大的事物最接近它的真實(shí)狀態(tài)[8]。近年來(lái)，該理論被構(gòu)建為最大熵模型（MaxEnt）用于預(yù)測(cè)物種潛在分布區(qū)及其最適宜生境[9]。同時(shí)，眾多研究表明，MaxEnt 模型結(jié)合GIS 空間分析技術(shù)在預(yù)測(cè)物種潛在分布中可以發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)[1016]。

目前針對(duì)板藍(lán)根的研究主要集中在藥效成分、遺傳育種和栽培技術(shù)方面，但對(duì)其適宜生境、品質(zhì)分布、種植選址等方面研究較少。本研究通過(guò)查閱資料和實(shí)地采樣，收集全國(guó)不同產(chǎn)區(qū)板藍(lán)根樣點(diǎn)和樣品信息，利用Maxent模型、ArcGIS技術(shù)、統(tǒng)計(jì)分析方法，結(jié)合生態(tài)因子和藥材指標(biāo)成分含量數(shù)據(jù)，進(jìn)行全國(guó)板藍(lán)根藥材品質(zhì)區(qū)劃研究，為板藍(lán)根種植基地選址等相關(guān)工作提供參考依據(jù)。

1材料

11板藍(lán)根藥材樣品處理

板藍(lán)根樣品采集時(shí)間為2015年10—11月和2016年10—11月，樣品均為一年生栽培板藍(lán)根的地下根，每個(gè)樣地采樣3～5株，自然晾干后，打粉，過(guò)3號(hào)篩，冷凍保存。

12試劑和儀器

本研究中所使用的板藍(lán)根指標(biāo)成分（R，S）告依春對(duì)照品購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司（批號(hào)B20104）、甲醇（山東禹王實(shí)業(yè)有限公司化工分公司，色譜純）；儀器使用Agilent 1200 HPLC（美國(guó)），色譜柱為Phenomenxe Luna C18 （46 mm×250 mm，5 μm）。

2方法

21藥材分布數(shù)據(jù)及樣品來(lái)源

通過(guò)查閱“中國(guó)數(shù)字植物標(biāo)本館”（http：//wwwcvhaccn）以及“教學(xué)標(biāo)本標(biāo)準(zhǔn)化整理整合與資源共享平臺(tái)”（http：//mnhscueducn），收集板藍(lán)根全國(guó)分布信息記錄69條；于2015年和2016年在黑龍江、山東、河北、安徽、山西、甘肅、新疆7?。ㄗ灾螀^(qū)），實(shí)地采集板藍(lán)根藥材樣品20組（每組3～5份），并使用GPS記錄采樣點(diǎn)空間位置信息，見(jiàn)圖1。endprint

22生態(tài)因子數(shù)據(jù)

本研究所使用生態(tài)因子數(shù)據(jù)來(lái)源于“中藥資源空間信息格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)”，其中，氣候數(shù)據(jù)是根據(jù)我國(guó)氣象觀測(cè)站1950—2000年的氣候觀測(cè)數(shù)據(jù)插值成空間分辨率為1 km×1 km的格網(wǎng)數(shù)據(jù)；土壤類型數(shù)據(jù)采用FAO90土壤分類系統(tǒng)，是根據(jù)第二次全國(guó)土壤調(diào)查《1∶100萬(wàn)中華人民共和國(guó)土壤圖》制成；植被類型數(shù)據(jù)來(lái)源于中科院植物所《1∶100 萬(wàn)中華人民共和國(guó)植被圖》中的植被亞類數(shù)據(jù)。

23板藍(lán)根藥材指標(biāo)成分檢測(cè)

板藍(lán)根藥材中（R，S）告依春含量按照2015年版《中國(guó)藥典》（一部）（R，S）告依春含量測(cè)定法提取和計(jì)算。

24板藍(lán)根生境適宜性分析

241生態(tài)因子的選擇本研究根據(jù)板藍(lán)根實(shí)際種植情況，對(duì)生態(tài)因子進(jìn)行了篩選。首先，我國(guó)板藍(lán)根藥材基本來(lái)源于人工種植，所以剔除植被類型因子；其次，板藍(lán)根一般在每年5月初栽播，10月底采收，故剔除11月至次年4月的溫度和降水指標(biāo)，最終選擇可能影響板藍(lán)根生長(zhǎng)的36種生態(tài)因子進(jìn)行生境適宜性分析評(píng)價(jià)，見(jiàn)表1。

242生境適宜性分析將板藍(lán)根藥材采樣位置信息和生態(tài)因子數(shù)據(jù)按要求導(dǎo)入MaxEnt軟件，并設(shè)置如下參數(shù)： 隨機(jī)測(cè)試比例為15%，最大迭代次數(shù)為5 000次，在環(huán)境參數(shù)設(shè)置中開啟刀切法來(lái)評(píng)價(jià)各生態(tài)因子的權(quán)重。計(jì)算全國(guó)范圍內(nèi)板藍(lán)根的生境適宜性，采用ROC曲線和曲線下面積（AUC）進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。

提取采樣點(diǎn)處的生境適宜性值，以提取結(jié)果中最小值（Min）作為適宜生長(zhǎng)和不適宜生長(zhǎng)的分界線。對(duì)于適宜生長(zhǎng)的區(qū)間，則以正態(tài)分布中的μ，δ為界區(qū)分次適宜區(qū)和最適宜區(qū)，即[0，Min]為不適宜區(qū)，[Min，μ-δ]為次適宜區(qū)，[μ-δ，1]為最適宜區(qū)。

25板藍(lán)根藥材品質(zhì)區(qū)劃方法

251指標(biāo)成分與生態(tài)因子間的相關(guān)性分析在ArcGIS中根據(jù)板藍(lán)根采樣點(diǎn)的空間位置信息，提取對(duì)應(yīng)地點(diǎn)的19種綜合性生態(tài)因子數(shù)據(jù)，使用“R”語(yǔ)言對(duì)藥材樣品中的（R，S）告依春含量與生態(tài)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸，建立（R，S）告依春含量與生態(tài)因子間的關(guān)系模型。

252指標(biāo)成分空間分布利用ArcGIS中的柵格計(jì)算功能將生態(tài)因子圖層作為自變量帶入（R，S）告依春含量與生態(tài)因子間的關(guān)系模型，估算板藍(lán)根（R，S）告依春含量的全國(guó)空間分布圖。

253品質(zhì)區(qū)劃分析將板藍(lán)根品質(zhì)分布圖與生境適宜性分布圖進(jìn)行圖層疊加，去掉生境不適宜地區(qū)和低于藥典標(biāo)準(zhǔn)的（R，S）告依春含量地區(qū)[2015 年版《中國(guó)藥典》（一部）規(guī)定板藍(lán)根藥材中的（R，S）告依春量不低于002%]，最終得到全國(guó)板藍(lán)根產(chǎn)地適宜性區(qū)劃圖。

3結(jié)果與分析

31不同產(chǎn)地板藍(lán)根（R，S）告依春含量差異

采用2015年版《中國(guó)藥典》（一部）高效液相色譜法（通則0512），測(cè)定（R，S）告依春含量，見(jiàn)表2。其中（R，S）告依春含量最大值為0901%，最小值為0171%，平均值為0469%。說(shuō)明不同產(chǎn)地的板藍(lán)根（R，S）告依春含量的差異較大。

32板藍(lán)根生境適宜性分布

生境適宜性計(jì)算結(jié)果取值范圍為0～1，依據(jù)正態(tài)分布的參數(shù)μ，δ，結(jié)合采樣點(diǎn)位置的提取值，對(duì)生長(zhǎng)區(qū)劃和品質(zhì)區(qū)劃進(jìn)行分類。由數(shù)據(jù)計(jì)算出生境適宜性的最小值0284 3，最大值0873 0，均值0673 9，標(biāo)準(zhǔn)差0168 2。

按照生境適宜性從低到高將板藍(lán)根分布區(qū)依次分為3個(gè)等級(jí)，分別為不適宜區(qū)（0，0284 3）、次適宜區(qū)（0284 3，0505 7）、最適宜區(qū)（0505 7，1），結(jié)果顯示新疆北部的阿勒泰和塔城地區(qū)、甘肅中部祁連山和南部地區(qū)、陜西中部地區(qū)、黑龍江大慶及齊齊哈爾市、江蘇和安徽的部分地區(qū)生境適宜性較高，見(jiàn)圖2。作者利用ArcGIS區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析功能，對(duì)各省板藍(lán)根最適宜與次適宜地區(qū)的分布面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示適宜板藍(lán)根生長(zhǎng)的生境面積以新疆、內(nèi)蒙古、四川、陜西和甘肅分布最大，見(jiàn)圖3。

33生態(tài)因子對(duì)板藍(lán)根生境適宜性的影響

根據(jù)最大熵模型計(jì)算得到各生態(tài)因子對(duì)板藍(lán)根分布的貢獻(xiàn)率和刀切法獲得的主要生態(tài)因子權(quán)重，選取貢獻(xiàn)率大權(quán)重高的生態(tài)因子作為主生態(tài)因子，根據(jù)響應(yīng)曲線獲取適宜值。結(jié)果顯示最干季節(jié)降雨量貢獻(xiàn)率最高（286%），然后依次是年平均溫度（169%）、最濕季節(jié)均溫（113%）和土壤酸堿度（78%）、10月降雨量（57%）、最暖季降雨量（57%）、有機(jī)碳含量（50%），以上7種生態(tài)因子對(duì)板藍(lán)根生境適宜性影響的貢獻(xiàn)率達(dá)到81%。

34模型預(yù)測(cè)精度評(píng)價(jià)

受試者工作特征（ROC）評(píng)價(jià)見(jiàn)圖4，經(jīng)受試者工作曲線檢驗(yàn)，Maxent 模型的ROC曲線下面積測(cè)試集的AUC為0959，表明Maxent模型對(duì)板藍(lán)根潛在分布區(qū)的預(yù)測(cè)結(jié)果可信度較高。

34板藍(lán)根藥材品質(zhì)區(qū)劃

341指標(biāo)成分與生態(tài)因子關(guān)系模型將實(shí)地采樣并測(cè)定的板藍(lán)根藥材（R，S）告依春含量與對(duì)應(yīng)位置的生態(tài)因子進(jìn)行逐步回歸分析，建立回歸模型：Y=4355 7+0315 4X1-0643 0X2+1185 2X3-0068 4X4（X1年平均溫度，X2最暖月最高溫，X3最濕季節(jié)均溫，X4最濕月降水量），回歸方程的F檢驗(yàn)結(jié)果P=0000 556 1<001；由回歸系數(shù)的T檢驗(yàn)結(jié)果，得到X1，X2，X3，X4的系數(shù)的P分別為0000 384，0044 263，0001 931，

0001 114均顯著小于005，每個(gè)因子的回歸系數(shù)是顯著的，表明該回歸方程可用于（R，S）告依春含量預(yù)測(cè)。

342品質(zhì)區(qū)劃將估算出的板藍(lán)根（R，S）告依春含量全國(guó)品質(zhì)分布圖與板藍(lán)根生境適宜性分布圖進(jìn)行圖層疊加運(yùn)算，得到全國(guó)板藍(lán)根品質(zhì)區(qū)劃圖，見(jiàn)圖5。結(jié)果顯示，全國(guó)適宜種植板藍(lán)根的地區(qū)藥材中（R，S）告依春的量從藥典規(guī)定的002%～113%，其中新疆、內(nèi)蒙古、甘肅、陜西、河南、河北、江蘇、湖北、安徽等省的適種面積最廣，區(qū)域統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，上述區(qū)域中新疆、安徽、湖北、河北和河南種植的板藍(lán)根品質(zhì)較優(yōu)，見(jiàn)圖6。endprint

4討論

本研究表明最干季節(jié)降雨量、年平均溫度、最濕季節(jié)均溫是影響板藍(lán)根生長(zhǎng)和分布的主要生態(tài)因子，這與板藍(lán)根能耐寒、喜溫暖、怕水澇的生長(zhǎng)習(xí)性較為一致。我國(guó)最干季節(jié)一般在冬季，冬季降水會(huì)增加土壤蓄水量，有利于來(lái)年板藍(lán)根的出苗和生長(zhǎng)，這與最干季節(jié)降雨量對(duì)板藍(lán)根生境適宜性的貢獻(xiàn)率達(dá)286%這一結(jié)果較吻合。

比較板藍(lán)根采樣點(diǎn)地理分布和潛在適宜生境分布結(jié)果可以看出，板藍(lán)根樣點(diǎn)記錄的實(shí)際分布均位于潛在適宜生境分布區(qū)內(nèi)，說(shuō)明預(yù)測(cè)與實(shí)際分布較為一致。從生境適宜性結(jié)果來(lái)看，板藍(lán)根具有適宜生境分布廣的特點(diǎn)，其生境適宜地區(qū)主要集中在我國(guó)新疆，內(nèi)蒙古、甘肅、陜西、河北、山東和黑龍江等北方地區(qū)，這些地區(qū)主要以干旱半干旱氣候?yàn)橹?；同時(shí)在江蘇、安徽和湖北等相對(duì)濕潤(rùn)地區(qū)板藍(lán)根的生境適宜性也較高，這說(shuō)明板藍(lán)根對(duì)氣候的適應(yīng)能力較強(qiáng)。從板藍(lán)根品質(zhì)區(qū)劃圖可以看出，雖然全國(guó)適合板藍(lán)根生長(zhǎng)的地區(qū)較多，但這些地區(qū)產(chǎn)出的板藍(lán)根藥材中（R，S）告依春含量差異較大，這其中以新疆種植的板藍(lán)根中（R，S）告依春含量最高。

本研究以生態(tài)因子為基礎(chǔ)對(duì)全國(guó)板藍(lán)根潛在適宜生境進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)合樣本指標(biāo)成分含量對(duì)全國(guó)適種范圍進(jìn)行了區(qū)劃，為板藍(lán)根種植區(qū)域的選擇和藥材資源的合理規(guī)劃提供參考依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]中國(guó)科學(xué)院中國(guó)植物志編輯委員會(huì)中國(guó)植物志第33卷[M]北京：科學(xué)出版社，1987：65

[2]中國(guó)藥典一部[S]2015：205

[3]張潤(rùn)珍，張玉文板藍(lán)根的研究進(jìn)展[J]中草藥，2000，31（6）：474

[4]李楚源，曾令杰板藍(lán)根研究進(jìn)展[J]現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐，2005，19（3）：51

[5]董娟娥，梁宗鎖，尉芹，等不同區(qū)域松藍(lán)根、葉（板藍(lán)根、大青葉）有效成分含量差異[J]應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17（9）：1613

[6]劉盛，謝華，喬傳卓板藍(lán)根藥材道地性初步研究總結(jié)[J]中藥材，2001，24（5）：319

[7]史連宏，楊欣，翟春梅，等黑龍江和河北地區(qū)大青葉蛋白 SDSPAGE分析[J]中國(guó)中醫(yī)藥信息雜志，2015（9）：76

[8]Phillips S J，Anderson R P，Schapire R E. Maximum entropy modeling of species geographic distributions[J].Ecol Model，2006，190： 231.

[9]Elith J，Graham C H，Anderson R P，et al.Novel methods improve prediction of species′ distributions from occurrence data[J].Ecography，2006，29： 129.

[10]郭蘭萍，黃璐琦，蔣有緒，等影響蒼術(shù)揮發(fā)油組分的氣候主導(dǎo)因子及氣候適宜性區(qū)劃研究[J]中國(guó)中藥雜志，2007，32（10）：888.

[11]張小波，周濤，郭蘭萍，等.基于地形因子的貴州省頭花蓼生態(tài)適宜性等級(jí)劃分[J]中國(guó)中藥雜志，2011，36（3）：311.

[12]車樂(lè)，曹博，白成科，等.基于MaxEnt和ArcGIS對(duì)太白米的潛在分布預(yù)測(cè)及適宜性評(píng)價(jià)[J]生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（6）：1623.

[13]王娟娟，曹博，白成科，等基于Maxent和ArcGIS預(yù)測(cè)川貝母潛在分布及適宜性評(píng)價(jià)[J]植物研究，2014（5）：642

[14]孫洪兵，孫輝，蔣舜媛，等.基于3S技術(shù)的羌活區(qū)劃研究I基于MaxEnt 和ArcGIS的羌活生長(zhǎng)適宜性分析及評(píng)價(jià)[J]中國(guó)中藥雜志，2015，40（5）：853.

[15]邵揚(yáng)，葉丹，歐陽(yáng)臻，等薄荷的生境適宜性區(qū)劃及品質(zhì)區(qū)劃研究[J]中國(guó)中藥雜志，2016，41（17）：3169

[16]盧有媛，楊燕梅，馬曉輝，等中藥秦艽生態(tài)適宜性區(qū)劃研究[J]中國(guó)中藥雜志，2016，41（17）：3176

[責(zé)任編輯呂冬梅]endprint