基于稳定同位素和矿物元素指纹技术的艾叶产地溯源研究

It is of great significance to differentiate and trace the geographic origin of traditional Chinese medicine in the supervision of herbal medicine market and the protection of genuine medicinal materials. This project takes Artemisia argyi of six main producing areas in China (Artemisia argyi of Ningbo, Huanggang, Anyang, Anguo, Nanyang and Honghe) as the research object, using the technique of mineral element fingerprint analysis and stability isotope fingerprint analysis to study the differences among producing areas and explore the correlation between the traceability factor and the habitat environment , and then the characteristic factors that were suitable for the discrimination of Artemisia argyi geographic origin were selected. On this basis, we explore the feasibility of using multivariate pattern recognition methods, such as support vector machines, artificial neural networks, DPLS analysis to identify origin and trace geographical origin of Artemisia argyi. Moreover, based on the main physical and chemical parameters, the material basis of Artemisia argyi provenance was inversed and analyzed. On the basis of feasible traceability of mineral element fingerprint analysis and stability isotope fingerprint analysis, we compare the discriminating effects of different indicators and combination indicators to establish a more effective index system and method for differentiating the geographical origin of Artemisia argyi. This project provides scientific basis and technical support for the exploration of origin traceability system of traditional Chinese medicine and the protection of genuine medicinal materials.

中药材产地鉴别和溯源对中药材市场的监管和道地药材的保护具有重要意义。项目以国内6个主产区的艾叶样品（蕲艾、祁艾、北艾、海艾、宛艾及滇艾）为研究对象，采用稳定同位素和矿物元素指纹分析技术研究艾叶产地间的差异及与产地环境的作用规律，筛选有效的溯源因子，结合支持向量机、人工神经网络、DPLS分析等模式识别方法，建立基于稳定同位素和矿物元素分析技术的艾叶产地溯源模型。在此基础上，根据主要特征参数反演解析艾叶产地溯源的稳定同位素和矿物元素基础，并将筛选出的同位素指标和矿物元素指标结合分析，通过比较指标组合对艾叶产地的鉴别效果，建立艾叶产地溯源更为有效的指标体系和方法。本项目为中药材原产地溯源体系的建立和道地药材的保护提供科学依据和技术支撑。

艾叶为菊科植物艾Artemisa argyi Levl et Vant的干燥叶，性味苦、温、辛，归肝、脾、肾经，具有散寒止痛、温经止血、理气安胎等功效，距今已有2000余年的使用历史。近年来，我国艾产业蓬勃发展，道地产区艾叶药材供不应求。遗憾的是，到目前为止，未发现其相应的产地特征和行之有效的产地鉴别方法。在经济利益的驱使下，艾叶市场常见一些不法经销商以次充好，以假乱真，恣意谎称道地产区艾叶而从中谋取暴利。.针对以上瓶颈问题，本项目利用稳定同位素技术、矿物元素指纹技术、红外/近红外光谱技术等手段，并结合BP神经网络、支持向量机、随机森林等模式识别方法，探讨艾叶产地溯源的可行性。相关研究结果如下：①在“矿物元素溯源模型构建”章节中，SVM-pso模型分类效果最优，正确率达到93.33%；②在“稳定同位素溯源模型构建”章节中，LS-SVM模型分类效果最优，训练集正确率为95%，测试集的正确率为100%；③在“多指标组合溯源模型构建”章节中，SVM-pso和SVM-grid模型的正确率均达到100%，说明基于矿物元素和同位素指纹技术与模式识别方法相结合，可实现艾叶的产地溯源；④在“红外/近红外光谱溯源模型构建”章节中，红外光谱结合SVM-pso模型的正确率为86.67%，近红外光谱结合SVM-grid模型的正确率达到100%，表明光谱学结合适当的模式识别方法亦可实现艾叶的产地溯源；⑤此外，本项目还开展了不同产地艾叶活性成分差异与气候土壤因子的耦合研究、光谱学技术的多指标成分快速检测研究、不同产地艾叶的药理药效学研究、电子鼻技术的产地鉴别研究等工作。.整体而言，本项目从矿物元素、稳定性同位素、红外/近红外光谱、药用成分、药理药效等方面对不同产地艾叶进行了较为全面地分析和评价，深入挖掘了艾叶产地溯源的特征因子，并建立了稳定、有效的产地溯源模型。研究结果不仅为艾叶的产地溯源和品质评价提供了技术支撑，也可为其他种类中药材的相似性研究提供思路和方法，且对中药材市场的监管和道地药材的保护具有重要的理论与现实意义。