作者单位
摘要
1 吉首大学植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室, 湖南 吉首 416000
2 云南省农业科学院药用植物研究所, 云南 昆明 650200
青叶胆(Swertia leducii)为獐牙菜属(Swertia)一年生草本植物, 在肝炎病治疗方面效果显著。 其与同属近似种外观极其相似, 加之常以干燥全草入药, 仅从形态难以正确鉴别。 不同物种有效成分存在明显差异, 其药效也有所不同。 基于光谱和色谱数据融合建立青叶胆及近似种的鉴别方法, 为青叶胆药用真实性与安全性提供科学依据。 采集青叶胆及其近似种植物共102份样品的傅里叶变换红外光谱(FTIR)和超高效液相色谱(UPLC)指纹图谱; 利用标准正态变量(SNV)、 多元散射校正(MSC)、 Savitzky-Golay平滑(SG)、 一阶导数(1D)、 二阶导数(2D)等方法对原始红外光谱数据进行预处理, 通过系统聚类分析(HCA)探讨獐牙菜属不同种类样品化学信息相似性与差异性; Kennard-Stone算法将所有样品按2∶1比例划分为训练集和预测集, 训练集基于FTIR, UPLC, 低级与中级数据融合建立随机森林(RF)判别模型, 预测集用于验证模型预测能力, 其中灵敏性(sensitivity)、 特异性(specificity)、 精密度(precision)和正确率(accuracy)用来评价模型性能。 结果显示: (1)采用SNV+SG+2D组合对FTIR数据进行预处理, R2Y和Q2最大, 分别为91.2%和84.1%, 所有类别被正确区分, 为最佳预处理。 (2)HCA反映了5种獐牙菜属植物样品分类情况与亲缘关系, 除紫红獐牙菜外, 其余4种獐牙菜植物均分类正确, 准确率为93.1%; 青叶胆、 川东獐牙菜、 紫红獐牙菜与西南獐牙菜亲缘关系较近。 (3)基于FTIR、 UPLC、 低级和中级数据融合策略建立RF判别模型, 样品错判总数分别为1, 5, 1和0, 中级数据融合效果最佳, 所有样品均正确分类, 所建模型性能良好。 FTIR与UPLC通过中级数据融合策略结合RF判别分析能正确鉴别不同种类獐牙菜属植物, 结合HCA分析能够明确青叶胆及其近似种之间的亲缘关系, 为獐牙菜属植物资源开发与质量控制提供理论基础。
数据融合 物种鉴别 青叶胆 近似种 傅里叶变换红外光谱 超高效液相色谱 Data fusion Species differentiation Swertia leducii Closely relatvie species Fourier transform infrared spectroscopy Ultra-performance liquid chromatography 
光谱学与光谱分析
2020, 40(8): 2440
狄准 1,2赵艳丽 2左智天 2龙华 1[ ... ]李鹂 1
作者单位
摘要
1 吉首大学生物资源与环境科学学院, 湖南 吉首 416000
2 云南省农业科学院药用植物研究所, 云南 昆明 650200
3 云南技师学院, 云南 安宁 650300
采用傅里叶变换红外光谱法(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)、 偏最小二乘判别分析(partial least square discriminant analysis, PLS-DA)和系统聚类分析(hierarchical cluster analysis, HCA)快速鉴别不同产地川东獐牙菜(Swertia davidi Franch)。 采集4个不同地区70株样品不同部位的红外光谱数据, 原始光谱数据经预处理(自动基线校正, 自动平滑, 一阶求导, 二阶求导)后导入OMNIC 8.2, 比较吸收峰的差异; 用SIMCA-Pa+10.0进行偏最小二乘判别分析(PLS-DA), 以前三个主成分三维得分图比较产地鉴别效果; 红外光谱数据导入SPSS 19.0, 进行系统聚类分析(HCA), 通过树状图比较不同部位分类效果。 结果显示, (1)不同产地根的光谱图在1 739, 1 647, 1 614, 1 503, 1 271, 1 243, 1 072 cm-1附近的吸收峰有差异, 不同产地茎的光谱图在1 503, 1 270, 1 246 cm-1吸收峰附近有差异; (2)相同产地不同部位的光谱特征峰有差异; (3)PLS-DA分析结果显示自动基线校正+自动平滑+二阶求导这种预处理方式分类效果最好, 根的红外光谱数据产地鉴别效果最佳; (4)HCA的树状图, 显示根的聚类分析结果正确率83%, 茎的聚类分析结果正确率49%, 叶的聚类分析结果正确率70%。 FTIR技术结合PLS-DA与HCA方法能够快速准确地鉴别不同产地川东獐牙菜, 不同部位产地鉴别效果有差异, 根的光谱数据产地鉴别效果最佳, 二阶求导处理增强了样品的特异性, 使PLS-DA的三维主成分得分图分类效果更明显。
红外光谱 产地鉴别 川东獐牙菜 系统聚类分析 偏最小二乘判别分析 Infrared spectroscopy Origin discrimination Swertia davidi Franch Hierarchical cluster analysis Partial least squares discriminant analysis 
光谱学与光谱分析
2016, 36(2): 388

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