基于HPLC指纹图谱与层次分割分析揭示中国不同产区山茱萸果实质量差异及环境调控机制

《Scientific Reports》：Quality evaluation of Capitatae Fructus from different geographical regions in China

为解决山茱萸果实(Capitatae Fructus, CF)质量评价体系不完善及环境因子调控机制不明的问题，研究人员开展了基于HPLC指纹图谱与多成分定量分析的研究。结果表明，没食子酸(gallic acid)和槲皮苷(hyperoside)是CF的核心质量指标，东经度是影响成分积累的关键地理因子，而年总太阳辐射(ATSR)和年累积紫外辐射(ACUR)是核心驱动因子。该研究为CF的标准化开发与可持续利用提供了科学依据。

　　

在西南地区，有一种形似荔枝、兼具食用与药用价值的民族药材——山茱萸果实(Capitatae Fructus, CF)。它作为山茱萸属植物头状四照花的干燥成熟果实，在当地有着悠久的应用历史，不仅鲜果可食，干品入药，更在《四川省中药材标准》中占有一席之地。然而，尽管其资源丰富，关于其质量评价的科学体系却尚不完善。不同产地的CF，其有效成分含量究竟有何差异？是哪些环境因素在背后“操控”着这些成分的积累？这些问题，成为了制约CF资源科学开发与利用的瓶颈。

为了解开这些谜团，来自四川中医药高等专科学校、西南民族大学等机构的研究团队，在《Scientific Reports》上发表了一项题为“Quality evaluation of Capitatae Fructus from different geographical regions in China”的研究。他们从四川、云南的6个产区收集了37批CF样品，运用高效液相色谱(HPLC)技术，结合层次分割分析(Hierarchical Partitioning, HP)等统计方法，系统揭示了CF的化学特征及其环境调控规律。

关键技术方法

本研究首先建立了CF的HPLC指纹图谱，并对其中的5种关键生物活性成分（没食子酸、槲皮苷、异槲皮苷、槲皮素、槲皮素）进行了定量分析。为了探究环境因素对成分积累的调控作用，研究人员从WorldClim数据库获取了包括年总太阳辐射(ATSR)、年累积紫外辐射(ACUR)等在内的8个环境因子数据。通过层次分割分析(HP)这一统计方法，有效排除了环境因子间的多重共线性干扰，从而精准量化了单一环境因子对成分积累的独立贡献。

研究结果

1. HPLC指纹图谱与多成分定量分析

研究人员成功构建了CF的HPLC指纹图谱，共匹配了15个共有峰，并指认了其中的5个关键成分。定量分析结果显示，这5种成分在不同样品间存在显著差异，其中没食子酸和槲皮苷的变异系数(CV)均超过70%，表明它们对环境变化最为敏感。

2. 基于成分含量的样品聚类分析

层次聚类分析(HCA)将37批样品分为两大类。第一类涵盖了低、中、高海拔地区，且普遍含有较高的关键成分；而第二类则集中在中海拔地区，其成分含量普遍较低。值得注意的是，来自米易县（低海拔地区）的样品L26和L28，其没食子酸和槲皮苷含量均显著高于其他批次。

3. 成分间的相关性分析

相关性分析发现，5种关键成分之间存在显著的正相关关系。例如，槲皮苷与异槲皮苷之间呈极显著正相关(r=0.91, P<0.001)，表明这些成分在植物体内可能存在协同积累的代谢机制。

4. 主成分分析(PCA)综合评价

主成分分析(PCA)进一步证实了样品间的质量差异。结果显示，来自米易县的样品L28综合得分最高，而西昌市的样品L12得分最低。这表明米易县可能是CF的优质产区。

5. 环境因子对成分积累的调控机制

为了准确评估环境因子的独立调控作用，研究采用了层次分割分析(HP)。结果发现，东经度(LON)是影响CF成分积累的核心地理因子。年总太阳辐射(ATSR)、年累积紫外辐射(ACUR)和年总太阳辐射差(ATSD)则是协同驱动成分积累的关键气候因子。值得注意的是，海拔本身对成分积累没有直接的独立调控作用，其在聚类分析中表现出的“相关性”实际上是源于海拔与东经度之间的强共线性。

结论与意义

本研究首次系统构建了山茱萸果实(CF)的质量评价体系，明确了没食子酸和槲皮苷作为其核心质量指标。研究揭示了东经度是调控CF成分积累的关键地理因子，而年总太阳辐射和年累积紫外辐射是核心的环境驱动因子。这一发现纠正了以往单纯将海拔作为关键因子的认知，为CF的优质产区筛选和人工栽培提供了科学依据。研究建议，在CF的人工栽培中，应优先选择东经度适宜、光照充足的环境，而非简单地追求低海拔地区。