红外光谱结合判别研究对三七种植土壤类型鉴别研究

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1、红外光谱结合判别分析对三七种植土壤类型的鉴别研究-农学论文红外光谱结合判别分析对三七种植土壤类型的鉴别研究郑兴芳１，杨春艳１，王元忠２，刘飞１（１．玉溪师范学院物理系，云南玉溪６５３１００；２．云南省农业科学院药用植物研究所，昆明６５０２００）摘要：利用傅里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）技术结合判别分析，对三七（Ｐａｎａｘｎｏｔｏｇｉｎｓｅｎｇ）的种植土壤类型进行鉴别研究。测试了６种种植土壤类型共１０２株三七植株主根木质部和须根样品的红外光谱；以１８００～９００ｃｍ－１的光谱信息为变量，每种土壤类型任选５份样品为测试样本，其他为训练样本；利用ＳＰＳＳ１８．０统计分析软件中的判别分析模块依据

2、Ｆｉｓｈｅｒ线性判别准则，采用逐步判别分析中的５种挑选样本信息变量算法，建立分类模型，对三七的种植土壤类型进行鉴别研究。结果表明，基于三七须根样品信息的种植土壤类型的判别结果明显优于基于主根木质部的判别结果，且５种挑选变量的算法建立的模型都能识别三七的种植土壤类型；综合考虑判别分析结果和模型的稳定性，“ＳｍａｌｌｅｓｔＦｒａｔｉｏ”法所建立的模型更适合用于三七种植土壤类型的鉴别。关键词：红外光谱；逐步判别分析；三七（Ｐａｎａｘｎｏｔｏｇｉｎｓｅｎｇ）；土壤类型中图分类号：O657.3文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０15）16－3887-0412/12ＤＯＩ：１０．１４０

3、８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．１６.014收稿日期：２０１５－０５－１４基金项目：国家自然科学基金项目（８１２６０６１０）；玉溪师范学院青年教师资助计划项目；玉溪师范学院大学生创新创业训练计划项目（２０１４Ｂ２３）作者简介：郑兴芳（１９９４－），女，云南文山人，在读本科生，研究方向为光谱分析，（电话）１８２８７７０９３２１（电子信箱）２３１７０３７３３７＠ｑｑ．ｃｏｍ；通信作者，杨春艳，副教授，硕士，主要从事光谱分析研究，（电话）１３８８７７９４９９３（电子信箱）ｙｃｈｙｋｙ＠１６３．ｃｏｍ。三七（Ｐａｎａｘｎｏｔｏｇｉｎｓｅｎｇ）是人参属植物的一种，主产于

4、云南、广西，传统上以云南文山为道地产区［１］。清朝药学著作《本草纲目文山三七拾遗》中记载：“人参补气第一，三七补血第一，味同而功亦等，故称人参三七，为中药之最珍贵者。”其主要功效为清热解毒、活血化瘀、止血兼补虚、降压、镇痛、抗炎、抗衰老、调节免疫［２］，主要用于咯血、吐血、便血、崩漏、外伤出血、胸腹刺痛、跌扑肿痛等［３］。研究表明，三七含有多种化学成分，其中三七总皂苷是主要有效成分，可有效提高机体免疫力［４］，对心血管系统、血液系统、中枢神经系统等具有抗炎、抗纤维化、抗肿瘤作用［５］。12/12道地性是评价中药材品质的综合性指标，是遗传基因与变异、栽培技术和生态环境三个因素综合作用的结

5、果［６］，土壤是除温度、光照等气候因素外的重要生态环境因素。研究表明，土壤的构成及其中所含的微量元素组合是药材生长和有效成分形成必不可少的条件［７］。因此，土壤类型对三七的品质有着重要影响，所以对三七药材的种植土壤类型的鉴别非常重要。对于中药材的鉴别，目前的技术主要有ＨＰＬＣ指纹图谱技术、ＤＮＡ分子标记技术和ＦＴＩＲ技术等。其中，ＨＰＬＣ指纹图谱技术和ＤＮＡ分子标记技术需对药材进行分离提纯，专业性强、技术难度大；ＦＴＩＲ技术具有样品用量少、简便、快捷且灵敏度高等优点［８］。判别分析是一种通过若干已知类别样本的数据信息，总结分类规律，建立分类模型，以对未知类别的样本进行判别，预测其所属类

6、别的分类方法［９］。基于傅里叶变换红外光谱技术结合判别分析方法对中药材进行鉴别研究已有成功应用的报道，如刘飞等［８，１０］应用傅里叶变换红外光谱技术对石斛品种和三七道地性及产地进行判别分析，但对三七种植土壤类型的鉴别研究尚未见报道。因此，本研究测试了６种种植土壤类型共１０２株三年生三七药材主根木质部和须根样品的红外光谱，采用判别分析中的逐步判别法对样品的种植土壤类型进行鉴别研究，以期为三七种植土壤类型的鉴别提供一种简便快捷的方法。１试验设计１．１仪器及参数红外光谱仪为ＰＥ公司生产的Ｆｒｏｎｔｉｅｒ型傅里叶变换红外光谱仪，装备ＤＴＧＳ检测器，光谱扫描范围为４０００～４００ｃｍ－１，累加扫

7、描次数为１６次，分辨率为４ｃｍ－１。光谱数据处理使用Ｏｍｎｉｃ８．０软件，判别分析使用ＳＰＳＳ１８．０软件。１．２样品制备及光谱预处理12/12测试的１０２株三七植株样品分别取自云南省文山州文山市和红河州建水县，共涉及黄棕壤、红壤、石灰岩红壤、红色石灰土、黄壤性土、紫色壤６种土壤地质背景。表１为各试验样品的产地、种植土壤类型及编号。样品在５０℃恒温下烘干至恒重，按１∶５０的质量比用电子天平称量三七样品２０ｍｇ、溴化钾１０００ｍｇ待测。测试时，将