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2019 , Vol. 40 >Issue 9: 1823 - 1830

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.022

Agricultural Product Processing, Preservation, Storage, Analysis and Detection

Amino Acids in Dendrobium SW.

  • CHEN Yuqin ,
  • HU Yongliang ,
  • BAI Yanbing ,
  • ZHOU Houguang ,
  • LI Zesheng , *
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  • Dehong Tropical Agriculture Institute of Yunnan, Ruili, Yunnan 678600, China
* LI Zesheng,E-mail：.

Received date: 2018-09-07

  Request revised date: 2019-03-07

  Online published: 2019-09-10

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Copyright reserved © 2019. Office of Acta Agronomica Sinica All articles published represent the opinions of the authors, and do not reflect the official policy of the Chinese Medical Association or the Editorial Board, unless this is clearly specified.
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Abstract

The composition and content of amino acids in 22 species Dendrobium were determined by an automatic amino acid analyzer, and multivariate statistics analysis were performed to provide a reference for the quality. The most abundant amino acids were aspartic acid, glutamic acid, leucine and arginine; methionine and cystine were the first and second restricted amino acids in Dendrobium. There was a significant difference in the content of amino acid and the composition. Ten in the 22 species of Dendrobium contained 17 amino acids and 7 essential amino acids. No methionine or cystine was detected in 11 species. D. aurantiacum, D. parishii, D. moschatum, D. crepidatum, D. transparens, D. aurantiacum var. were classified as the richest in amino acids based on the recommendation of FAO/WHO. The amino acids could be divided into four groups by quality with principal component analysis and cluster analysis, and Dendrobium were classified into three categories.

Key words： Dendrobium SW.; amino acid; chromatography; principal component analysis; clustering analysis

Cite this article

CHEN Yuqin , HU Yongliang , BAI Yanbing , ZHOU Houguang , LI Zesheng . Amino Acids in Dendrobium SW.[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(9) : 1823 -1830 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.022

石斛是兰科（Orchidaceae）石斛属（Dendrobium SW.）植物,Dendrobium是由希腊文dendro（树）及bios（生命）组合而来,有附生于树上之意[1]。全球约有1700种石斛,广泛分布于亚洲热带和亚热带地区及大洋洲。《中国植物志》收录我国石斛74种和2变种,其中云南产58种2变种,该属植物又细分为禾叶组、顶叶组、石斛组、心叶组、瘦轴组、叉唇组、距囊组、黑毛组、草叶组、基肿组、剑叶组、圆柱叶组等12组[2];Flora of China（《中国植物志》英文修订版）订正及增加新种收录共为78种,分为14个组。石斛中含有丰富的营养物质和诸多特有的天然活性成分[2,3,4,5],具有润肺生津、活血化瘀、治疗心血管疾病等功效[6],已成为制药和保健品的重要原料。近年来,一些研究学者在对天然药物药理活性物质的探索研究中,发现氨基酸与药效存在着密切关系,刘振鹏、张爱莲等学者认为,铁皮石斛呈现味甘淡、微咸与氨基酸组成特性有关,其中谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、丙氨酸是发挥临床与保健功效、调节口感的重要成分[7,8],对人体也有良好的保健作用。
石斛属植物中氨基酸水平不尽相同,含量也存在差异,而石斛氨基酸是石斛发挥药效、调节口感的重要物质基础。研究报道主要集中在铁皮石斛、金钗石斛、鼓槌石斛等几种常见种[7,8,9,10],但也仅限于针对一种石斛不同组织或至多仅几种石斛属植物间比较。本研究采用方差分析、主成分分析法和聚类分析法等对石斛属22种石斛的氨基酸含量进行分析,从不同角度对石斛进行研究,为石斛的开发提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 22种石斛采摘于云南省德宏热带农业科学研究所石斛种质资源圃,采摘其鲜条,55 ℃烘干至恒重,粉碎备用。样品详细信息见表1。
1.1.2 仪器 组织磨样器（济南泰和盈科商贸有限公司,型号RETSCH MM400）、电子分析天平（上海恒勤仪器设备有限公司,型号ME204）、台式冷冻离心机（湖南赫西仪器装备有限公司,型号TGL20MW）,全自动氨基酸分析仪（大昌华嘉商业（中国）有限公司,型号Biochrom30+）。
1.1.3 试剂 17种氨基酸混标（胱氨酸摩尔浓度0.125 µmol/mL,其余16种氨基酸摩尔浓度0.25 µmol/mL） （大昌华嘉商业（中国）有限公司）,浓盐酸（分析纯）,异丙醇（分析纯）,95%乙醇,茚三酮（大昌华嘉商业（中国）有限公司）,高纯氮气（99.999%）,不同pH缓冲液[11]。
表1 22种石斛样品采摘年限和样品量

Tab. 1 Growing year and weight of Dendrobium SW. samples

样品名 Sample name 采摘年限
Growing year/a		 鲜样重
Fresh weight/g		 样品名 Sample name 采摘年限
Growing year/a		 鲜样重
Fresh weight/g
反瓣石斛 D. ellipsophyllum T. Tang et F. T. Wang 2 76.17 线叶石斛 D. aurantiacum Rchb. f. 1 280.44
翅萼石斛 D. cariniferum Rchb. f. 1 244.35 紫瓣石斛 D. parishii Rchb. f. 2 93.20
龙石斛 D. draconis Rchb.f. 1 298.32 玫瑰石斛 D. crepidatum Lindl. ex Paxt. 2 67.30
剑叶石斛 D. acinaciforme Roxb. 2~3 34.60 杓唇石斛 D. moschatum (Buch.-Ham.) SW. 1 310.93
刀叶石斛 D. terminale Par. et Rchb. f. 2 64.04 紫菀石斛 D. transparens Wallich et Lindley 2 62.91
豆苗石斛 D. delacourii Guillaumin 2 75.40 苏瓣石斛 D. harveyanum Rchb. f. 2 81.70
鸽石斛 D. crumenatum SW. 2~3 9.48 叠鞘石斛
D. aurantiacum var. Denneanum (kerr) Z.H.Tsi.		 1 444.84
钩状石斛 D. aduncum Lindl. 2 31.95 锯唇石斛 D. linawianum Rchb. f. 2~3 54.91
永福石斛 D. yongfuense 1 120.54 金耳石斛 D. hookerianum Lindl. 2~3 50.70
茉香石斛 D. hymenanthum Rchb.f. 2 48.06 红牙刷石斛 D. secundum 2 64.04
密花石斛 D. densiflorum Lindl. 1 134.62 短棒石斛 D. capillipes Rchb. f. 2 59.29

1.2 方法

1.2.1 样品前处理 参照GB/T 5009.124-2003《食品中氨基酸的测定》,准确称取石斛粉末样品0.2 g（精确到0.0001 g）于10 mL安剖瓶中,制备水解液,转移至10 mL离心管,3500 r/min离心5 min,取1 mL上清液置于10 mL烧杯中,(60±5)℃水浴干燥,待液体快蒸干再加入1 mL去离子水,重复操作3次,蒸干。加入1 mL pH 2.2稀释液,混匀后过0.45 μm微孔滤膜过滤后备用。
1.2.2 氨基酸标准曲线制备 取200 μL混合氨基酸标准品,加入800 μL pH 2.2稀释液,充分混匀,进样10、20、30 μL上机测定17种氨基酸,根据各氨基酸的响应值与浓度绘制标准曲线。
1.2.3 检测条件 检测器：检测器1波长570 nm,检测器2波长440 nm,进样量20 μL,色谱柱为氨基酸分析的Na+专用柱。

1.3 数据处理

数据经Excel软件整理后用SPSS 24.0软件进行One-way ANOVA检验,结果用平均值±标准差表示;采用多元统计分析方法中的因子分析主成分提取方法[12,13]和系统聚类分析对石斛氨基酸进行分析。

2 结果与分析

2.1 石斛中氨基酸含量与组成

由表2可以看出,不同品种石斛的氨基酸含量和组成存在一定差异,其中反瓣、剑叶等10种石斛均含有17种氨基酸和人体所需的7种必需氨基酸;翅萼、龙石斛等11种石斛含有16种氨基酸和人体所需6种必需氨基酸,蛋氨酸未检出;玫瑰石斛未检出胱氨酸。通过对22种石斛的17种氨基酸指标进行描述性统计分析发现（表3）,石斛中天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸4种氨基酸含量最丰富;蛋氨酸和胱氨酸含量最低,分别为石斛的第一和第二限制性氨基酸。由变异系数可看出,22种石斛中的氨基酸含量差异较大,呈中变异到高变异,其中蛋氨酸、精氨酸、天冬氨酸3种氨基酸差异最大,分别为118.37%、108.10%、51.65%。
22种石斛中总氨基酸（TAA）、必需氨基酸（EAA）和非必需氨基酸（NEAA）含量有很大差异。TAA含量：50 mg/g以上的石斛有3种; 40~50 mg/g有1种;30~40 mg/g有4种;30 mg/g以下有14种。EAA含量：10 mg/g以上有12种,10 mg/g以下有10种;NEAA含量在(9.16±1.27)~(43.25± 1.17)mg/g,其中,苏瓣石斛最高,杓唇石斛最低。22种石斛中EAA/TAA比值差异不大,主要集中在35%~40%之间,NEAA/TAA比值主要集中在50%~70%之间。植物蛋白质的营养价值主要取决于其必需氨基酸的组成和比例,据FAO/WHO推荐,质量较好的蛋白质EAA/NEAA在60%以上,EAA/TAA为40%左右。线叶石斛、紫瓣石斛等6种石斛蛋白质营养价值更合理,能提高人体对蛋白质的吸收利用率,可作为优质蛋白源。
表2 22种石斛的氨基酸种类与含量（n=3）

Tab. 2 The species and contents of amino acids in 22 Dendrobium SW. (n=3) mg/g

氨基酸
Amino acid		 反瓣石斛
D. ellipsophyllum		 翅萼石斛
D. cariniferum		 龙石斛
D. draconis		 剑叶石斛
D. acinaciforme		 刀叶石斛
D. terminale		 豆苗石斛
D. delacourii		 鸽石斛
D. crumenatum		 钩状石斛
D. aduncum		 永福石斛
D. yongfuense		 茉香石斛
D. hymenanthum		 密花石斛
D. densiflorum
Asp∆ 2.52±0.03 2.09±0.04 1.24±0.04 5.09±0.41 2.90±0.71 3.91±0.29 2.98±0.33 7.17±0.47 3.62±0.33 4.03±0.1 2.03±0.16
Thr* 1.18±0.03 0.99±0.11 0.73±0.02 1.19±0.07 1.35±0.22 1.31±0.06 1.10±0.04 2.40±0.16 1.44±0.10 1.36±0.04 0.97±0.07
Ser∆ 1.27±0.03 1.09±0.10 0.76±0.02 1.34±0.09 1.45±0.15 1.40±0.06 1.25±0.08 2.52±0.19 1.45±0.10 1.59±0.05 1.07±0.07
Glu∆ 2.83±0.05 2.39±0.07 1.83±0.03 3.77±0.29 3.39±0.67 4.07±0.26 3.05±0.26 6.33±0.38 4.02±0.36 4.27±0.15 2.46±0.16
Gly∆ 1.21±0.02 0.91±0.02 0.72±0.02 1.16±0.07 1.41±0.17 1.33±0.05 1.14±0.06 2.55±0.16 1.51±0.09 1.44±0.05 1.02±0.07
Ala∆ 1.41±0.03 1.24±0.01 0.87±0.02 1.36±0.09 1.66±0.18 1.47±0.08 1.48±0.10 2.70±0.14 1.81±0.16 1.99±0.06 1.26±0.08
Cys∆ 0.55±0.05 0.48±0.01 0.48±0.01 0.50±0.01 0.52±0.02 0.52±0.02 0.50±0.00 0.57±0.01 0.50±0.01 0.53±0.02 0.49±0.01
Val* 1.34±0.01 1.20±0.01 0.87±0.02 1.51±0.09 1.66±0.26 1.56±0.08 1.36±0.09 2.56±0.12 1.63±0.12 1.68±0.05 1.23±0.08
Met* 0.29±0.25 — — 0.20±0.35 0.32±0.28 — — 0.62±0.16 — 0.46±0.01 —
Ile* 1.27±0.04 1.12±0.01 0.82±0.02 1.36±0.08 1.56±0.26 1.56±0.04 1.25±0.06 2.48±0.12 1.55±0.12 1.51±0.04 1.17±0.07
Leu* 1.94±0.02 1.73±0.03 1.15±0.03 1.89±0.11 2.30±0.39 2.54±0.13 1.81±0.07 4.80±0.30 2.59±0.19 2.37±0.08 1.74±0.11
Tyr∆ 1.13±0.07 0.94±0.01 0.73±0.01 0.91±0.34 1.17±0.19 1.22±0.07 0.99±0.01 2.09±0.14 1.14±0.06 1.14±0.03 0.92±0.05
Phe* 1.54±0.04 1.26±0.02 1.05±0.03 1.40±0.20 1.74±0.21 1.63±0.12 1.49±0.06 2.89±0.18 1.84±0.11 1.78±0.05 1.30±0.07
His∆ 0.84±0.01 0.67±0.01 0.65±0.02 0.80±0.03 0.88±0.07 0.90±0.03 0.76±0.03 1.36±0.09 0.85±0.02 0.87±0.01 0.71±0.02
Lys* 1.65±0.02 1.28±0.01 1.09±0.04 1.62±0.10 1.74±0.36 1.72±0.02 1.40±0.07 3.11±0.21 1.66±0.12 1.73±0.08 1.17±0.07
Arg∆ 6.08±0.12 2.11±0.06 3.20±0.14 3.60±0.31 2.86±0.71 2.10±0.04 1.87±0.12 4.72±0.15 1.82±0.14 1.84±0.09 1.25±0.06
Pro∆ 1.12±0.08 0.92±0.05 0.67±0.03 1.01±0.07 1.17±0.14 1.25±0.25 1.00±0.09 1.83±0.10 1.22±0.07 1.34±0.24 0.87±0.06
TAA 28.17±0.35 20.42±0.30 16.85±0.43 28.72±2.47 28.07±4.97 28.49±1.23 23.43±1.43 50.69±2.98 28.65±2.08 29.94±1.01 19.65±1.20
EAA 9.22±0.19 7.57±0.14 5.70±0.15 9.17±0.95 10.66±1.98 10.31±0.43 8.40±0.39 18.85±1.19 10.71±0.76 10.9±0.33 7.57±0.46
NEAA 18.96±0.16 12.84±0.16 11.15±0.28 19.55±1.52 17.41±2.99 18.18±0.80 15.03±1.04 31.84±1.79 17.94±1.32 19.04±0.68 12.08±0.73
EAA/TAA 32.71±0.27 37.09±0.19 33.85±0.04 31.90±0.61 37.92±0.37 36.20±0.19 35.89±0.54 37.18±0.20 37.39±0.09 36.42±0.14 38.53±0.12
NEAA/TAA 48.62±0.61 58.97±0.48 51.16±0.08 46.85±1.32 61.09±0.95 56.75±0.47 55.98±1.32 59.20±0.51 59.72±0.22 57.28±0.34 62.68±0.30
续表2 22种石斛的氨基酸种类与含量（n=3）

Tab. 2 The species and contents of amino acids in 22 Dendrobium SW. (n=3) (continued) mg/g

氨基酸
Amino acid		 线叶石斛
D. aurantiacum		 紫瓣石斛
D. parishii 		玫瑰石斛
D. crepidatum		 杓唇石斛
D. moschatum		 紫菀石斛
D. transparens		 苏瓣石斛
D. harveyanum		 叠鞘石斛
D. aurantiacum var.		 锯唇石斛
D. linawianum		 金耳石斛
D.hookerianum		 红牙刷石斛
D. secundum		 短棒石斛
D. capillipes
Asp∆ 3.98±0.11 2.07±0.02 3.80±0.05 1.40±0.11 8.52±0.20 5.75±0.15 1.94±0.02 4.21±0.36 6.14±0.14 3.66±0.38 1.95±0.21
Thr* 1.67±0.04 0.97±0.01 1.71±0.01 0.75±0.08 2.29±0.06 2.09±0.06 0.99±0.00 1.57±0.13 2.12±0.06 1.43±0.12 0.96±0.09
Ser∆ 1.65±0.04 1.25±0.01 2.04±0.02 0.93±0.03 2.56±0.06 2.24±0.06 1.13±0.01 1.64±0.13 2.16±0.05 1.55±0.14 1.09±0.10
Glu∆ 4.10±0.11 2.56±0.02 4.59±0.04 1.60±0.35 6.51±0.17 5.25±0.10 2.61±0.02 4.13±0.37 5.44±0.12 3.71±0.36 2.42±0.24
Gly∆ 1.73±0.04 1.05±0.01 1.94±0.03 0.79±0.09 2.61±0.05 2.21±0.05 1.00±0.00 1.61±0.18 2.33±0.07 1.44±0.14 1.01±0.11
Ala∆ 2.16±0.04 1.55±0.01 2.50±0.01 0.99±0.12 2.49±0.05 2.59±0.04 1.27±0.01 2.07±0.32 2.51±0.04 1.78±0.15 1.33±0.09
Cys∆ 0.52±0.01 0.50±0.01 — 0.32±0.28 0.57±0.01 0.54±0.02 0.48±0.00 0.51±0.01 0.54±0.01 0.49±0.01 0.50±0.01
Val* 1.89±0.03 1.38±0.01 2.03±0.02 0.97±0.14 2.62±0.06 2.29±0.02 1.24±0.01 1.76±0.12 2.24±0.04 1.58±0.12 1.13±0.07
Met* 0.55±0.16 0.34±0.30 0.53±0.01 — 0.78±0.23 — — 0.16±0.28 0.52±0.01 — —
Ile* 1.86±0.03 1.32±0.01 1.97±0.02 0.93±0.09 2.56±0.08 2.33±0.02 1.19±0.01 1.71±0.13 2.15±0.06 1.54±0.12 1.10±0.08
Leu* 2.92±0.08 1.81±0.01 3.10±0.04 1.31±0.15 4.89±0.15 3.98±0.03 1.76±0.00 3.01±0.26 3.85±0.11 2.53±0.23 1.68±0.16
Tyr∆ 1.35±0.06 1.17±0.17 1.54±0.02 0.76±0.05 1.92±0.11 1.75±0.04 0.90±0.02 1.45±0.11 1.75±0.05 1.18±0.08 0.99±0.05
Phe* 2.06±0.08 1.66±0.15 2.21±0.04 1.11±0.10 3.17±0.11 2.37±0.07 1.38±0.03 2.13±0.21 2.57±0.08 1.78±0.16 1.33±0.12
His∆ 0.93±0.06 0.63±0.01 1.10±0.02 0.60±0.03 1.40±0.04 1.24±0.03 0.70±0.01 1.05±0.07 1.25±0.04 0.87±0.06 0.70±0.05
Lys* 1.79±0.04 1.30±0.03 2.09±0.07 0.97±0.09 3.20±0.07 2.84±0.02 1.32±0.01 2.34±0.16 2.71±0.06 1.74±0.13 1.29±0.10
Arg∆ 2.11±0.10 1.35±0.03 3.06±0.02 0.99±0.08 3.22±0.16 19.92±0.68 1.27±0.01 4.58±0.39 3.50±0.14 3.83±0.38 3.50±0.39
Pro∆ 1.30±0.05 1.13±0.02 1.63±0.01 0.78±0.16 1.85±0.04 1.78±0.05 1.04±0.01 1.27±0.09 2.01±0.11 1.52±0.12 0.88±0.09
TAA 32.56±0.98 22.04±0.55 35.85±0.30 15.20±1.91 51.15±1.58 59.16±1.30 20.21±0.07 35.18±3.18 43.77±1.11 30.65±2.71 21.85±1.94
EAA 12.75±0.44 8.79±0.40 13.65±0.12 6.04±0.64 19.51±0.72 15.91±0.13 7.88±0.02 12.67±1.21 16.16±0.38 10.61±0.90 7.48±0.62
NEAA 19.82±0.56 13.25±0.15 22.20±0.19 9.16±1.27 31.64±0.86 43.25±1.17 12.33±0.05 22.51±1.98 27.61±0.74 20.04±1.82 14.37±1.32
EAA/TAA 39.14±0.33 39.87±0.85 38.06±0.08 39.80±0.84 38.14±0.23 26.89±0.37 38.97±0.06 36.00±0.25 36.92±0.10 34.63±0.14 34.25±0.22
NEAA/TAA 64.32±0.89 66.33±2.33 61.46±0.22 66.13±2.34 61.65±0.61 36.79±0.69 63.87±0.14 56.24±0.59 58.53±0.25 52.97±0.32 52.09±0.51

Note: * indicates essential amino acid; ∆ indicates non-essential amino acid. — means not detected

注：*表示必需氨基酸（EAA）;∆表示非必需氨基酸（NEAA）。—表示未检出。

表3 石斛中氨基酸含量的描述性统计

Tab. 3 Descriptive statistics of amino acid content in Dendrobium SW.

氨基酸
Amino acid		 最小值
Min		 最大值
Max		 平均值
Average		 标准差
SD		 方差
Variance		 变异系数
CV/%		 偏度
Skewness		 峰度
Kurtosis
天冬氨酸Asp 1.24 8.52 3.68 1.90 3.62 51.65 0.993 0.681
苏氨酸Thr 0.73 2.40 1.39 0.49 0.24 34.94 0.737 -0.335
丝氨酸Ser 0.76 2.56 1.52 0.50 0.25 32.85 0.798 -0.124
谷氨酸Glu 1.60 6.51 3.70 1.35 1.83 36.63 0.529 -0.280
甘氨酸Gly 0.72 2.61 1.46 0.56 0.31 38.13 0.831 -0.263
丙氨酸Ala 0.87 2.70 1.75 0.55 0.30 31.44 0.358 -1.059
胱氨酸Cys 0.00 0.57 0.48 0.12 0.01 24.56 -3.597 14.229
缬氨酸Val 0.87 2.62 1.62 0.48 0.23 29.75 0.624 -0.242
蛋氨酸Met 0.00 0.78 0.22 0.26 0.07 118.73 0.753 -0.802
异亮氨酸Ile 0.82 2.56 1.56 0.49 0.24 31.25 0.689 -0.299
亮氨酸Leu 1.15 4.89 2.53 1.05 1.10 41.45 1.028 0.356
酪氨酸Tyr 0.73 2.09 1.23 0.37 0.14 30.27 0.879 0.025
苯丙氨酸Phe 1.05 3.17 1.80 0.56 0.32 31.27 0.939 0.397
组氨酸His 0.60 1.40 0.90 0.24 0.06 26.56 0.852 -0.263
赖氨酸Lys 0.97 3.20 1.81 0.65 0.42 35.85 0.981 0.029
精氨酸Arg 0.99 19.92 3.58 3.87 14.99 108.10 3.883 16.703
脯氨酸Pro 0.67 2.01 1.25 0.37 0.14 29.80 0.557 -0.572

2.2 主成分分析

2.2.1 氨基酸指标间相关性检验、KMO和Bartlett球形度检验 从相关系数矩阵（表4）可以看出,除了胱氨酸与其余16种氨基酸没有相关性,其他氨基酸均呈现极显著相关,说明大部分信息重叠。经KMO和Bartlett球形度检验,KMO值为0.803,呈强相关性,Bartlett球形度检验的相伴概率P<0.05（显著水平）进一步说明本研究中石斛各氨基酸指标间存在相关性。因此,本研究采用因子分析主成分提取方法有效。
表4 石斛中各氨基酸指标的相关性矩阵

Tab. 4 The matrix of correlation on amino acids in Dendrobium SW

氨基酸
Amino acid		 Asp Thr Ser Glu Gly Ala Cys Val Met Ile Leu Tyr Phe His Lys Arg Pro
Asp 1.000
Thr 0.929** 1.000
Ser 0.929** 0.985** 1.000
Glu 0.966** 0.974** 0.971** 1.000
Gly 0.924** 0.994** 0.990** 0.970** 1.000
Ala 0.837** 0.957** 0.963** 0.927** 0.960** 1.000
Cys 0.254 0.143 0.055 0.157 0.095 0.015 1.000
Val 0.937** 0.988** 0.992** 0.979** 0.989** 0.961** 0.109 1.000
Met 0.665** 0.683** 0.720** 0.688** 0.716** 0.698** 0.022 0.731** 1.000
Ile 0.924** 0.988** 0.990** 0.970** 0.989** 0.959** 0.102 0.996** 0.697** 1.000
Leu 0.934** 0.988** 0.982** 0.968** 0.988** 0.932** 0.157 0.981** 0.675** 0.987** 1.000
Tyr 0.878** 0.971** 0.973** 0.933** 0.974** 0.947** 0.110 0.966** 0.701** 0.973** 0.978* 1.000
Phe 0.915** 0.972** 0.978** 0.954** 0.983** 0.943** 0.126 0.978** 0.756** 0.977** 0.983** 0.975** 1.000
His 0.928** 0.981** 0.974** 0.962** 0.983** 0.925** 0.104 0.968** 0.669** 0.970** 0.979** 0.963** 0.962** 1.000
Lys 0.939** 0.975** 0.970** 0.956** 0.971** 0.913** 0.192 0.964** 0.650** 0.966** 0.980** 0.966** 0.964** 0.988** 1.000
Arg 0.354** 0.437** 0.425** 0.361** 0.408** 0.428** 0.160 0.401** 0.077 0.442** 0.412** 0.430** 0.332** 0.456** 0.495** 1.000
Pro 0.863** 0.949** 0.957** 0.928** 0.953** 0.943** 0.053 0.944** 0.656** 0.945** 0.930** 0.934** 0.932** 0.927** 0.919** 0.412** 1.000

Note: ** means extremely significant difference (P<0.01).

注：**表示差异极显著（P<0.01）

2.2.2 石斛氨基酸主成分分析 由表5中的共同度数据可以看出,主成分包含了各个原始变量至少50%以上的信息,其中天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸等14个指标的信息量损失最少,可提取90%以上信息量,胱氨酸和蛋氨酸信息量损失最大。由图1可知,可提取2个主成分并分别解释了83.347%、7.159%的方差,累积贡献率达到90.506%,这表明2个主成分集中了原始氨基酸17个变量信息的90.506%,可见效果非常好。根据因子载荷系数与主成分系数之间的关系（$aij=$ $uij\sqrt{\lambda j}$）[12],可看出石斛氨基酸指标在主成分上的权重比例不同（表6）,主成分1主要受天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸的权重影响,主成分2主要反映胱氨酸和脯氨酸的权重。选择以上2个主成分作为石斛氨基酸品质的主要评价因子,可以综合评价22个石斛品种中氨基酸的品质。
图1 石斛氨基酸的主成分分析图

Fig. 1 The PCA of amino acids in Dendrobium SW.

根据主成分得分系数矩阵（表5）可得出主成分的得分线性表达式：
F1=0.066ZX1+0.07ZX2+0.07ZX3+0.069ZX4+···+
0.069ZX15+0.03ZX16+0.017ZX17
F2=0.057ZX1+0.024ZX2–0.037ZX3–0.003ZX4 +···+
0.091ZX15+0.558ZX16–0.027ZX17
石斛氨基酸品质综合评价模型为：$IFI=$ $0.833{{F}_{1}}+0.072{{F}_{2}}$。IFI值越高表示石斛氨基酸品质越好;反之,品质越低。
表5 石斛中氨基酸的共同度、因子载荷与成分得分系数矩阵

Tab. 5 Matrix of communalities, factor loading and component score coefficient on amino acids in Dendrobium SW.

Z score 共同度
Communalities		 因子载荷
Component matrix		 成分得分系数
Component score coefficient matrix		 Z score 共同度
Communalities		 因子载荷
Component matrix		 成分得分系数
Component score coefficient matrix
初始 提取 1 2 1 2 初始 提取 1 2 1 2
Asp 1.0 0.887 0.939 0.069 0.066 0.057 Ile 1.0 0.986 0.993 0.001 0.070 0.001
Thr 1.0 0.988 0.994 0.030 0.070 0.024 Leu 1.0 0.981 0.990 0.030 0.070 0.024
Ser 1.0 0.991 0.995 -0.045 0.070 -0.037 Tyr 1.0 0.958 0.979 -0.003 0.069 -0.002
Glu 1.0 0.957 0.978 -0.003 0.069 -0.003 Phe 1.0 0.975 0.985 -0.071 0.070 -0.058
Gly 1.0 0.992 0.995 -0.029 0.070 -0.024 His 1.0 0.968 0.983 0.029 0.069 0.023
Ala 1.0 0.927 0.959 -0.085 0.068 -0.070 Lys 1.0 0.976 0.982 0.111 0.069 0.091
Cys 1.0 0.503 0.126 0.698 0.009 0.574 Arg 1.0 0.644 0.429 0.679 0.030 0.558
Val 1.0 0.990 0.994 -0.032 0.070 -0.026 Pro 1.0 0.912 0.954 -0.033 0.067 -0.027
Met 1.0 0.750 0.720 -0.482 0.051 -0.396
2.2.3 石斛氨基酸品质分析 通过主成分分析得出的石斛氨基酸品质综合评价模型,计算获得各供式石斛品种的氨基酸品质的综合得分（表6）。22种石斛氨基酸品质在第1主成分中得分最高的是紫菀石斛,在第2主成分中得分最高的是苏瓣石斛。22种石斛氨基酸品质的综合排名依次为苏瓣石斛>紫菀石斛>钩状石斛>金耳石斛>玫瑰石斛>线叶石斛>红牙刷石斛>茉香石斛>剑叶石斛>永福石斛>反瓣石斛>豆苗石斛>刀叶石斛>鸽石斛>短棒石斛>翅萼石斛>紫瓣石斛>叠鞘石斛>密花石斛>龙石斛>杓唇石斛。
表6 石斛氨基酸品质主成分分析的综合得分与排名

Tab. 6 The comprehensive score and ranking of amino acid quality in Dendrobium SW. by PCA

品种
Variety		 主成分得分
Principal component scores		 综合得分
Composite score		 排名Ranking 品种
Variety		 主成分得分
Principal component scores		 综合得分
Composite score		 排名
Ranking
F1 F2 F1 F2
反瓣石斛 1.610 3.644 1.604 12 线叶石斛 2.055 1.310 1.806 7
翅萼石斛 1.250 1.483 1.148 17 紫瓣石斛 1.374 0.870 1.207 18
龙石斛 0.975 2.077 0.962 21 玫瑰石斛 2.260 1.505 1.991 6
剑叶石斛 1.748 2.412 1.630 10 杓唇石斛 0.952 0.730 0.846 22
刀叶石斛 1.728 1.813 1.570 14 紫菀石斛 3.252 2.140 2.863 2
豆苗石斛 1.786 1.596 1.602 13 苏瓣石斛 3.178 11.603 3.483 1
鸽石斛 1.460 1.380 1.316 15 叠鞘石斛 1.264 0.995 1.124 19
钩状石斛 3.169 2.965 2.853 3 锯唇石斛 2.148 2.912 1.999 5
永福石斛 1.812 1.363 1.607 11 金耳石斛 2.734 2.232 2.438 4
茉香石斛 1.882 1.212 1.655 9 红牙刷石斛 1.856 2.490 1.725 8
密花石斛 1.233 0.989 1.099 20 短棒石斛 1.296 2.249 1.242 16

2.3 聚类分析

以17种氨基酸和总氨基酸、必需氨基酸、非必需氨基酸为变量进行聚类分析（图2）,可以将22中石斛分为3大类,密花石斛、叠鞘石斛、紫瓣石斛等18种石斛聚为一大类;钩状石斛、紫菀石斛、金耳石斛3种石斛聚为一类,苏瓣石斛单独为一类。以22种石斛综合得分为变量进行聚类分析（图3）,由图3可看出,可将22种石斛聚类为四类品质,苏瓣石斛单独聚为一类品质,钩状石斛、紫菀石斛、金耳石斛3种石斛聚为第二类品质,龙石斛、杓唇石斛、密花石斛等8种石斛聚为第三类品质,反瓣石斛、豆苗石斛、永福石斛等10种石斛聚为第四类品质。
图2 以氨基酸为变量聚类

Fig. 2 Clustering analysis with amino acids as variables

图3 以综合得分为变量聚类

Fig. 3 Clustering analysis with comprehensive scores as variables

3 讨论

本文首次针对22种不同石斛的氨基酸组成进行测定分析,结果表明不同品种石斛的氨基酸含量和组成比例存在一定差异。22种石斛中10种石斛含有17种氨基酸和7种必需氨基酸,11种石斛未检测出蛋氨酸或胱氨酸,这可能是因为石斛蛋氨酸或胱氨酸的含量很低,经酸水解被严重破坏而未能检出。通过分析可发现石斛中主要以天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、精氨酸4种氨基酸含量最丰富;蛋氨酸和胱氨酸含量最低,分别为石斛的第一和第二限制性氨基酸。这与栾洁[14]、汪群红[15]、魏静[16]研究铁皮石斛氨基酸的含量结果相似,但与徐兰芳[17]研究铁皮石斛氨基酸的结果不一致。徐兰芳[17]试验样品为不同附生树上的铁皮石斛,得出不同活树附主对铁皮石斛上的氨基酸含量有影响,含量差异显著。本研究的石斛样品均为大棚基质栽培,这也说明栽培模式对石斛氨基酸的形成具有影响。徐德利等[18]研究表明石斛的氨基酸含量受其基因型的影响极大,张爱莲[8]研究表明铁皮石斛中氨基酸含量很大程度上受药材品种的影响,通过品种选育有望提高铁皮石斛药材中的氨基酸。本研究的供试样品采自同一产地,栽培环境和基地管理均一致,但采摘样品生长年限不同,含量差异较大是否受基因型影响较大,需进一步开展石斛生长中氨基酸的积累规律研究,探讨影响石斛氨基酸的主要因素。
通过采用多元统计分析方法中的主成分分析和聚类分析,22种石斛中氨基酸存在显著相关性,提取2个主成分并分别解释了83.347%、7.159%的方差,累积贡献率达到90.506%,这表明2个主成分集中了原始氨基酸17个变量信息的90.506%。根据主成分线性表达式和石斛氨基酸品质综合评价模型,得出石斛氨基酸品质排名。根据FAO/ WHO推荐的标准,线叶石斛、紫瓣石斛、杓唇石斛、玫瑰石斛、紫菀石斛、叠鞘石斛6种石斛可作为优质蛋白源。2种方式评价石斛氨基酸的结果不一致,这可能是分析方法的侧重点不同,主成分分析更侧重于每种氨基酸信息量的权重,而FAO/WHO推荐是根据人体所需的氨基酸比例来分析,这就说明不同的分析方法和衡量指标获得不同的结果,需要根据目的来具体选择分析方法。另外,以氨基酸为变量聚类可将22中石斛分为3大类,以石斛氨基酸品质综合得分为变量聚类可将22种石斛聚类为4类品质。这就说明以不同的指标作为变量也会聚类出不同的结果,刘威等[19]的研究结果有相似的看法,因此,可以多角度、多方位分析研究石斛,为石斛的开发提供更加全面的新思。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
赵菊润, 段兴恩 . 龙陵紫皮石斛[M]. 成都: 四川科学技术出版社, 2016.

[2]
孙恒, 胡强, 金航 , 等. 铁皮石斛化学成分及药理活性研究进展[J]. 中国实验方剂学杂志, 2017,23(11):225-234.

[3]
张爱莲, 于敏, 徐宏化 , 等. 齿瓣石斛的化学成分及其抗氧化活性[J]. 中国中药杂志, 2013,38(6):844-847.

[4]
孟志霞, 董海玲, 王春兰 , 等. 齿瓣石斛化学成分研究[J]. 中国药学杂志, 2013,48(11):855-859.

[5]
王洪云, 李铭, 郝俊杰 , 等. 齿瓣石斛研究进展[J]. 中华中医药学刊, 2014,32(11):2732-2735.

[6]
包雪声, 顺庆生, 陈立钻 . 中国药用石斛彩色图谱[M]. 上海: 上海医科大学出版社, 2001.

[7]
刘振鹏, 郭英英, 刘京晶 , 等. 铁皮石斛品系与部位对氨基酸含量的影响[J]. 中国中药杂志, 2015,40(8):1468-1472.

[8]
张爱莲, 魏涛, 斯金平 , 等. 铁皮石斛中基本氨基酸含量变异规律[J]. 中国中药杂志, 2011,36(19):2632-2635.

[9]
鲁芹飞, 黄松, 林培 , 等. 5种不同石斛的多糖与氨基酸及甘露糖的含量比较[J]. 中国实验方剂学杂志, 2014,20(2):59-62.

[10]
黎万奎, 胡之璧, 周吉燕 , 等. 人工栽培铁皮石斛与其他来源铁皮石斛中氨基酸与多糖及微量元素的比较分析[J]. 上海中医药大学学报, 2008,22(4):80-83.

[11]
陈玉芹, 尹红星, 王应清 , 等. 辣木茶的氨基酸分析及营养价值评定[J]. 南方农业学报, 2017,48(7):1280-1285.

[12]
林海明, 杜子芳 . 主成分分析综合评价应该注意的问题[J]. 统计研究, 2013,30(8):25-31.

[13]
李小胜, 陈珍珍 . 如何正确应用SPSS软件做主成分分析[J]. 统计研究, 2010,27(8):105-108.

[14]
栾洁, 辛甜, 储智勇 , 等. 不同来源铁皮石斛多糖、微量元素及氨基酸含量分析[J]. 时珍国医国药, 2014,25(7):1728-1729.

[15]
汪群红, 何贤君, 鲍珍贝 , 等. 不同来源铁皮石斛中多糖、氨基酸和生物碱含量比较[J]. 中药材, 2014,37(5):773-775.

[16]
魏静, 谷满屯, 姬彦羽 , 等. 海南与浙江铁皮石斛主要营养成分分析比较[J]. 热带作物学报, 2015,36(6):1059-1066.

[17]
徐兰芳, 魏家保, 张宁南 , 等. 不同活树附主铁皮石斛氨基酸的差异[J]. 时珍国医国药, 2016,27(5):1208-1211.

[18]
徐德林, 储士润, 肖士基 , 等. 不同产地的铁皮石斛和金钗石斛石斛多糖、石斛碱、氨基酸含量的比较[J]. 时珍国医国药, 2016,27(11):2738-3740.

[19]
刘威, 龚伟, 张蒿 , 等. 基于多元统计分析的鹿茸品质评价[J]. 中国实验方剂学杂志, 2018,24(14):57-62.

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