李小平，司文会．安徽贝母中３种主要生物碱的含量测定及细胞毒性研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０２２，５０（２４）：１５６－１５９．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２２．２４．０２４ 安徽贝母中３种主要生物碱的含量
测定及细胞毒性研究
李小平，司文会
（苏州农业职业技术学院，江苏苏州２１５００８）
摘要：采用ＨＰＬＣ－ＥＬＳＤ法测定安徽贝母中贝母辛、贝母素甲和贝母素乙的含量；以小鼠脾淋巴细胞为研究对象，采用ＭＴＴ法评价贝母辛、贝母素甲和贝母素乙的细胞毒性。使用ＡｇｉｌｅｎｔＺｏｒｂａｘＳＢ－Ｃ１８谱柱（４．６ｍｍ×２５０ｍｍ，５μｍ），以０．１％ＴＦＡ（Ａ）－乙腈（Ｂ）为流动相，梯度洗脱（０～１０ｍｉｎ，２６％Ａ，１０～２０ｍｉｎ，２６％Ａ→４０％Ａ，２０～２５ｍｉｎ，４０％Ａ→９５％Ａ，２５～５０ｍｉｎ，９５％Ａ），流速１ｍＬ／ｍｉｎ，柱温３０℃，漂移管温度为５０℃；载气流速２．０Ｌ／ｍｉｎ，外标法定量。结果显示，贝母辛、贝母素甲、贝母素乙分别在１４．１２５～１１３．０００、９．５００～７６．０
００、１２．８７５～１０３．０００μｇ／ｍＬ范围内线性关系良好（ｒ≥０．９９６１），加样回收率分别为１００．７％、１０１．０９％、９９．７６％，ＲＳＤ分别为１ ９８％、２．０５％、１．７７％。贝母辛、贝母素甲、贝母素乙的半数致死量（ＣＣ５０）分别为６３．７５、１５０．１７、８９．３２μｇ／ｍＬ，其中，贝母辛对细胞的毒性最大，ＣＣ５０＝６３．７５μｇ／ｍＬ，该值大于１０，表明安徽贝母的临床用药安全。 关键词：安徽贝母；贝母辛；贝母素甲；贝母素乙；ＨＰＬＣ－ＥＬＳＤ；细胞毒性
中图分类号：Ｒ２８４．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２２）２４－０１５６－０４
收稿日期：２０２２－０１－１３
基金项目：苏州农业职业技术学院优秀科技创新与服务团队项目（编号：
２０２１０８０８）。作者简介：李小平（１９７５—），女，青海海东人，博士，副教授，主要从事天然产物的开发与利用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｘｉａｏｐｉｎｇ１９９５＠１６３．ｃｏｍ。通信作者：司文会，博士，教授，主要从事食品安全方法创建与工程化研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｗｈ＠ｓｚａｉ．ｅｄｕ．ｃｎ。
安徽贝母（简称皖贝），为百合科贝母属植物（ＦｒｉｔｉｌｌａｒｉａａｎｈｕｉｅｎｓｉｓＳ．Ｃ．ＣｈｅｎｅｔＳ．Ｆ．Ｙｉｎ）的干燥鳞茎，主要分布在安徽大别山区。安徽贝母在民间被广泛使用，具有养阴润肺、止咳化痰、平喘等功
效［１－４］
。李清华等从中分离出浙贝乙素、贝母辛、异
浙贝甲素、皖贝甲素等４种生物碱和４种萜类化合
物［５－６］；康露等从中分离出３个二萜类化合物［７］
；
Ｓｈｏｕ等对其进行了深入的研究，从中分离出４个新化合物和１个新天然产物，其中，２个生物碱为首次从自然界中分离得到的茄碱类生物碱，并从中分离 到少量具有潜在抗肿瘤活性的化合物环巴胺［
８－１０］
。
安徽贝母疗效显著，资源丰富，价格低廉，作为中药贝母的习用品种之一，对其主要活性成分生物碱的含量测定还未见文献报道。因此，笔者采用ＨＰＬＣ－ＥＬＳＤ法对其３种生物碱贝母辛、贝母素甲和贝母素乙同时进行了测定，并对其细胞毒性进行工业废渣制砖
了研究，为该药材的质量控制和品质评价提供参考依据，指导临床安全用药。１ 材料与方法１．１ 材料与试剂
安徽贝母样品２０１９年１０月，购买于安徽宣城，标本由上海中医药大学周秀佳老师鉴定，并存放于上海中医药大学。
对照品贝母辛（批号：１１０８９２—２０１９１１）、贝母素甲（批号：１１０７５０—２０１９１０）、贝母素乙（批号：１１０７５１—２０１９０９），均购自中国食品药品检定研究院，纯度均≥９８％；乙睛为谱纯（美国Ｆｉｓｈｅｒ公司）；四甲基偶氮噻唑盐（ＭＴＴ）、二甲基亚砜（ＤＭＳＯ），购自美国Ｓｉｇｍａ公司；牛胎血清（ＦＢＳ），购自美国Ｇｉｂｃｏ－ＢＲＬ公司；其他试剂为分析纯。
１．２ 试验动物
清洁级ＢＡＬＢ／ｃ小鼠，雄性，８～１０周龄，体质量１８～２０ｇ，购自中国科学院上海实验动物中心。１．３ 仪器
Ｗａｔｅｒｓｅ２６９５高效液相谱仪；Ｗａｔｅｒｓ２４２０ＥＬＳＤ检测器；Ｅｍｐｏｗｅｒ２谱工作站；ＮｅｗｌｌａｓｓｉｃＭＦ电子天平（瑞士Ｍｅｔｔｌｅｒ公司）；酸度计（瑞士Ｍｅｔｔｌｅｒ公司）；ＲＶ１０ＤＳ２５旋转蒸发仪（德国ＩＫＡ公司）；
Ｍｉｌｌｉ－Ｑ超纯水仪（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ公司）；ＩｎｆｉｎｉｔｅＦ５０酶
标仪（ＴＥＣＡＮ有限公司）。
１．４ 试验方法
１．４．１ 对照品溶液的制备 精确称取贝母辛、贝母素甲和贝母素乙对照品适量，加甲醇分别制成含贝母辛０．１１３ｍｇ／ｍＬ、贝母素甲０．０７６ｍｇ／ｍＬ、贝母素乙０．１０３ｍｇ／ｍＬ的对照品储备液，于４℃冷藏保存，备用。
１．４．２ 供试品溶液的制备 取样品粉末约２ｇ，精确称定，置于烧瓶中，加浓氨试液４ｍＬ浸润１ｈ，精确加入－甲醇（４∶１）４０ｍＬ，称量，混匀，置于８０℃水浴中加热回流２ｈ，放冷，再称量，加－甲醇（４∶１）补足减失的量，滤过。精确量取续滤液１０ｍＬ，置于蒸发皿中蒸干，残渣加甲醇溶解并转移至２ｍＬ量瓶中，加甲醇至刻度，摇匀后过０．４５μｍ微孔滤膜，即得供试品溶液。
１．４．３ 谱条件 谱柱：ＡｇｉｌｅｎｔＺｏｒｂａｘＳＢ－Ｃ
１８（２５０ｍｍ×４．６ｍｍ，５μｍ）；流动相：乙腈－０．１％ＴＦＡ水溶液；梯度洗脱（０～１０ｍｉｎ，２６％Ａ，１０～２０ｍｉｎ，２６％Ａ→４０％Ａ，２０～２５ｍｉｎ，４０％Ａ→９５％Ａ，２５～５０ｍｉｎ，９５％Ａ）；流速：１．０ｍＬ／ｍｉｎ；进样量１０μＬ；漂移管温度为５０℃；载气流速２．０Ｌ／ｍｉｎ。１．４．４ 小鼠脾淋巴细胞悬液的制备 小鼠颈椎脱臼法处死，无菌条件下迅速分离小鼠脾脏，置于冷的ＰＢＳ下冲洗，剥去结缔组织并以２００目不锈钢筛网轻轻研磨过滤。收集细胞，采用ＰＢＳ洗涤２次（４℃，２５０ｇ，５ｍｉｎ）后，再用ＲＰＭＩ－１６４０培养基（２５ｍｍｏｌ／ＬＬ－谷氨酰胺、１００ＩＵ／ｍＬ青霉素、８０ＩＵ／ｍＬ链霉素、体积分数为０．１％的β－二巯基乙醇和１０％胎牛血清）重悬细胞，配制成密度为２×１０６个／ｍＬ的细胞悬液。２００μＬ／孔细胞悬液接种
于９６孔板，最后置于３７℃、５％ＣＯ
２
培养箱中培养。１．４．５ ＭＴＴ比法检测贝母素甲、贝母素乙和贝母辛对小鼠脾淋巴细胞的药物毒性 按“１．４．４”节方法在９６孔板中接种２００μＬ细胞密度为２×１０６个／ｍＬ的细胞悬液，细胞悬液中加入不同浓度的贝母辛、贝母素甲和贝母素乙（终浓度为０．０００、３ １２５、６
．２５０、１２．５００、２５．０００、５０．０００、１００．０００μｇ／ｍＬ）。
每个剂量设３个复孔。在３７℃、５％ＣＯ
２
培养箱中培养４８ｈ后，每孔加入２０μＬ（质量浓度为５ｍｇ／Ｌ）的ＭＴＴ，置于培养箱继续避光孵育４ｈ后，离心（３００ｇ，５ｍｉｎ）弃上清，每孔加入１００μＬ二甲基亚砜（ＤＭＳＯ），振荡１０ｍｉｎ，在酶标仪上５７０ｎｍ波长处检测各孔吸光度（Ｄ），重复３次，取平均值Ｄ，利用Ｒｅｅｄ－Ｍｕｅｎｃｈ法，计算出贝母辛、贝母素甲、贝母素乙的半数致死量（ＣＣ
５０
，即对５０％细胞产生细胞毒性时对应的药物浓度）。
１．５ 方法学考察
１．５．１ 线性关系考察 精确吸取对照品储备液适量，以甲醇稀释，得到不同浓度梯度的对照品溶液。精密确吸取对照品溶液，按“１．４．３”节谱条件进行测定，考察贝母辛、贝母素甲、贝母素乙的线性关系。１．５．２ 精确度试验 精确吸取同一对照品溶液，按“１．４．３”节谱条件
进行测定，连续进样６次；记录贝母辛、贝母素甲和贝母素乙峰面积，分别计算贝母辛、贝母素甲和贝母素乙的相对标准偏差（ＲＳＤ）。１．５．３ 重复性试验 精确称取同一安徽贝母药材粉末６份，按“１．４．２”节方法制备成供试品溶液６份，按“１．４．３”节谱条件进行测定，连续进样６次；记录贝母辛、贝母素甲和贝母素乙峰面积，分别计算三者的平均含量及ＲＳＤ。
１．５．４ 稳定性试验 精确吸取同一供试品溶液，分别于０、１、２、４、８、１２、２４ｈ按“１．４．３”节谱条件进行测定；记录贝母辛、贝母素甲和贝母素乙的峰面积，分别计算它们的ＲＳＤ。
１．５．５ 加样回收率试验 精确称取已知含量的安徽贝母样品１．０ｇ，共６份，置于圆底烧瓶中，分别精确加入对照品贝母辛０．３ｍｇ、贝母素甲０．１ｍｇ、贝母素乙０．４ｍｇ，按“１．４．２”节方法制成供试品溶液，按“１．４．３”节谱条件进行测定，计算加样回收率及ＲＳＤ。
１．５．６ 样品中贝母辛、贝母素甲和贝母素乙含量的测定 精确称取安徽贝母样品，分别按“１．４．２”节方法制备供试品溶液，按“１．４．３”节谱条件进行测定。
２ 结果与分析
２．１ 方法学考察结果
２．１．１ 线性关系 测定贝母辛、贝母素甲和贝母素乙峰面积，以峰面积积分值（ｙ）对溶液质量浓度（ｘ）进行线性回归，得到贝母辛、贝母素甲和贝母素乙的回归方程分别为：
ｙ
１
＝１．０６７３ｘ
１
＋６．６８７２，ｒ
１
＝０．９９７８；
ｙ
２
＝１．１５６９ｘ
２
＋６．４２５３，ｒ
２
＝０．９９６１；
ｙ
３
＝１．１６４２ｘ
２
＋６．７４３１，ｒ
３
＝０．９９８４。
贝母辛、贝母素甲、贝母素乙质量浓度在
１４ １２５～１１３．０００、９．５００～７６．０００、１２．８７５～１０３ ０００μｇ／ｍＬ范围内与峰面积呈良好线性关系。２．１．２ 精密度试验 贝母辛、贝母素甲和贝母素乙峰面积的ＲＳＤ分别为２．３４％、１．７９％和１．８２％，表明仪器的精密度良好。
２．１．３ 重复性试验 贝母辛、贝母素甲和贝母素乙含量的平均值和ＲＳＤ见表１，结果表明该方法重现性良好。
表１ 重复性试验结果（ｎ＝６）
份数贝母辛
（μｇ／ｇ）贝母素甲
（μｇ／ｇ）贝母素乙
（μｇ／ｇ）１２７２．９０９５．３０３１２．９０２２６２．１０９４．１０３０７．８０３２６７．２０９６．１０３０６．４０４２６３．６０９４．２０３０３．５０５２６４．７０９５．２０３０４．１０６２７４．１０９１．９０２９３．７０平均值２６７．４０９４．５０３０４．７０ＲＳＤ（％）
１．８７
１．５５
２．０９
２．１．４ 稳定性试验 贝母辛、贝母素甲和贝母素乙峰面积的ＲＳＤ分别为２．１７％、２．３１％、１．９８％，表明供试品溶液在２４ｈ内稳定。
２．１．５ 加样回收率试验 贝母辛、贝母素甲和贝母素乙平均回收率和ＲＳＤ见表２，结果表明，该方法准确可靠。
２．２ 样品中贝母辛、贝母素甲和贝母素乙含量的测定结果
按上述试验条件，对安徽贝母样品进行了含量测定，结果表明，样品中贝母辛、贝母素甲和贝母素乙的含量分别为２７０．１、９３．０、３０７．６μｇ／ｇ，其ＨＰＬＣ谱图见图１、图２。
２．３ 贝母辛、贝母素甲和贝母素乙细胞毒性的评价
分别采用０．０００、３．１２５、６．２５０、１２．５００、２５．０００、５０．０００、１
００．０００μｇ／ｍＬ贝母辛、贝母素甲、贝母素乙处理小鼠脾淋巴细胞后，细胞相对存活率及ＣＣ５０如表３所示。其中，贝母辛、贝母素甲、贝母素乙的半数致死量（ＣＣ５０）分别为６３．７５、１５０．１７、８９．３２μｇ／ｍＬ，贝母辛对细胞毒性最大（ＣＣ５０＝６３ ７５μｇ／ｍＬ）。根据体外试验对于急性毒性试验起始剂量的公式：ｌｇ（ＬＤ５０）＝０．４３５×ｌｇ（ＩＣ５０）＋０ ６２５，ＩＣ５０＝ＣＣ５０＝６３．７５μｇ／ｍＬ，计算出小鼠的ＬＤ５０为０．７８７ｇ／ｋｇ。默认每日服药量为ＥＤ５０，指数ＴＩ＝ＬＤ５０／ＥＤ５０，依据经验值，人剂量为ＬＤ５０＝０ ７８７÷９×７０＝６．１２１ｇ。贝母辛在安徽贝母中的含
表２ 加样回收率试验结果（ｎ＝６）
样品加入量
（μｇ）试验号样品含量（μｇ）测得总量
（μｇ）回收率（％）ＲＳＤ
（％）贝母辛
３０７．０
１２７２．３５７８．１９９．８２２７０．５５８４．４１０１．２３２７２．１５８２．６１００．６４２６９．８５７２．８９９．３５
２７１．４６０３．３１０４．３６２６５．８
５６５．４
９８．７平均
１００．７０１．９８
贝母素甲１０３．５１９２．１２０１．７１０３．１２９４．８２０４．４１０３．１３９３．２１９５．５９９．４４９３．５１９９．６１０１．３５９２．６１９１．９９７．９６９４．１
２００．９
１０１．７平均１０１．０９２．０５
贝母素乙
４０１．７
哈尔滨军事工程学院１３０６．７７２１．２１０１．８２３０８．１６９７．０９８．２３３０６．２７０８．６１００．１４３０７．１７０７．４９９．８５３０７．８６８８．９９７．１６３０６．９
７１７．１
１０１．２平均
９９．７６１．７
７
表３ 贝母辛、贝母素甲、贝母素乙对小鼠脾脏淋巴细胞的毒性
样品
浓度
（μｇ／ｍＬ）
Ｄ
重复１重得２重复３
笛卡尔坐标系Ｄ
细胞存活率
（％）
ＣＣ５０
（μｇ／ｍＬ）
硫酸铝钾
贝母辛１００．００００．０５６５０．０５７９０．０５６９０．０５７１３０．０１６３．７５５０．００００．１２５９０．１２４７０．１２４８０．１２５１６５．７２
２５．００００．１４６７０．１４５３０．１４４８０．１４５６７６．５２
１２．５０００．１６５３０．１６８１０．１６７２０．１６６９８７．６９
６．２５００．１８２７０．１８３６０．１８２５０．１８３０９６．１７
３．１２５０．１９０１０．１８８５０．１８９３０．１８９８９９．７３
０．００００．１８９７０．１９１００．１９０２０．１９０３１００．００
贝母素甲１００．００００．１１６４０．１１２８０．１１４９０．１１４７５８．３３１５０．１７５０．００００．１５２８０．１５０４０．１５１９０．１５１７７７．１３
２５．００００．１６０４０．１５７７０．１５９２０．１５９１８０．８６
１２．５０００．１７４６０．１７４５０．１７３２０．１７４１８８．５２
６．２５００．１８７８０．１８９１０．１８６５０．１８７８９５．４５
３．１２５０．２０１１０．２００４０．１９９７０．２００４１０１．８８
０．００００．１９３３０．１９７６０．１９９２０．１９６７１００．００
贝母素乙１００．００００．０９０７０．０９２３０．０９１８０．０９１６４７．３７８９．３２５０．００００．１２６９０．１２５３０．１２７９０．１２６７６５．５３
２５．００００．１５２８０．１５０３０．１５１７０．１５１６７８．４５
１２．５０００．１６９５０．１６７７０．１６８９０．１６８７８７．３６
６．２５００．１８５３０．１８７６０．１８６３０．１８６４９６．４３
３．１２５０．１９４７０．１９４９０．１９４２０．１９４６１００．６５
０．００００．１９３１０．１９４２０．１９２６０．１９３３１００．００
量为２７０．１μｇ／ｇ，根据文献，安徽贝母的每日用药量约为０．９ｇ［１］，得出安徽贝母的指数（ＴＩ）为２．５×１０３，当ＴＩ＞１０时，说明用药安全，故在不考虑贝母辛潜在的胚胎致畸毒性的前提下，可认为安徽贝母的临床用药安全，与文献报道［１１］一致。
３ 讨论与结论
试验比较了ＡｇｉｌｅｎｔＣ
１８
（４．６ｍｍ×２５０ｍｍ，
５μｍ）、ＡｇｉｌｅｎｔＣ
８
（４．６ｍｍ×１５０ｍｍ，５μｍ）及ＷａｔｅｒｓＡｔｌａｎｔｉｃｓＴ３（４．６ｍｍ×１５０ｍｍ，３μｍ）等３种不同类型的谱柱，结果在这３种类型的谱柱上，贝母素辛、贝母素甲和贝母素乙均能达到基线分离，表明本研究的谱条件具有良好的适用性。
《中国药典》２０２０年版一部收载的贝母类药材有川贝母、浙贝母、伊贝母、湖北贝母和平贝母５大类，目前，关于这５类贝母药材中生物碱含量都有文献报道［１２－１６］，但安徽贝母作为贝母类习用药材，对其生物碱含量的研究却未见文献报道，本研究对安徽贝母中３种生物碱含量进行了测定，发现３种生物碱含量都较高，可为贝母类药材扩大药源，解决贝母类药材资源短缺，伪品、混淆品众多的情况，具有现实意义。
参考文献：
［１］李安荣．安徽贝母的研究概况［Ｊ］．中草药，１９９５，２６（４）：２１８－２１８，２２１．
［２］韩传环，周晓琳．皖贝精的药效学研究［Ｊ］．中药药理与临床，１９９５，１１（６）：３８－３９．
［３］章鸣玉，韩传环，周晓琳，等．安徽贝母提取物祛痰作用的研究［Ｊ］．安徽医学，１９９４，１５（５）：５８－５９．
［４］韩传环，周晓琳．皖贝精抗炎、免疫作用的实验研究［Ｊ］．中药药理与临床，１９９７，１３（１）：２６－２７．
［５］李清华，吴宗好．安徽贝母生物碱的分离和结构鉴定［Ｊ］．药学学报，１９８６，２１（１０）：７６７－７７１．
［６］李清华，张连龙，吴宗好．安徽贝母二萜成分的研究［Ｊ］．中国中药杂志，１９９０，１５（３）：４２－４３，６３．
［７］康 露，周剑侠，沈征武．安徽贝母中的新二萜成分［Ｊ］．药学学报，２００７，４２（１）：５８－６０．
［８］ＳｈｏｕＱＹ，ＴａｎＱ，ＳｈｅｎＺＷ．Ａｎｏｖｅｌｓｕｌｆｕｒ－ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｄｉｔｅｒｐｅｎｏｉｄｆｒｏｍＦｒｉｔｉｌｌａｒｉａａｎｈｕｉｅｎｓｉｓ［Ｊ］．ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＬｅｔｔｅｒｓ，２００９，５０（２８）：４１８５－４１８７．
［９］ＳｈｏｕＱＹ，ＴａｎＱ，ＳｈｅｎＺＷ．Ｔｗｏ２２Ｓ－ｓｏｌａｎｉｄｉｎｅ－ｔｙｐｅｓｔｅｒｏｉｄａｌａｌｋａｌｏｉｄｓｆｒｏｍＦｒｉｔｉｌｌａｒｉａａｎｈｕｉｅｎｓｉｓ［Ｊ］．Ｆｉｔｏｔｅｒａｐｉａ，２０１０，８１（２）：
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄
８１－８４．
［１０］ＳｈｏｕＱＹ，ＷｏｈｌｍｕｔｈＨ，ＨｅＸＸ，ｅｔａｌ．Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｆｒｏｍ
Ｆｒｉｔｉｌｌａｒｉａａｎｈｕｉｅｎｓｉｓ［Ｊ］．ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｙｓｔｅｍａｔ
ｉｃｓａｎｄＥｃｏｌｏｇｙ，２０１２，４５：１６－１９．
协议分析器
［１１］周晓琳，韩传环，冯平安．皖贝精的毒性研究［Ｊ］．安徽医学，
凯膜过滤技术
２００１，２２（１）：５６－５７．
［１２］薛 燕，顾好粮．ＨＰＬＣ－ＥＬＳＤ法测定浙贝母中主要生物碱的
含量［Ｊ］．药学学报，２００５，４０（６）：５５０－５５２．
［１３］雷艳辉，李会军，李 萍．川贝母药材生物碱成分ＨＰＬＣ－ＥＬＳＤ
特征图谱的研究［Ｊ］．中成药，２０１４，３６（７）：１４７７－１４８１．［１４］王玲玲，王琳玲，于国强，等．伊贝母的ＨＰＬＣ指纹图谱研究
［Ｊ］．华西药学杂志，２０１６，３１（３）：３０１－３０４．
［１５］金丽鑫，耿 昭，苟 琰，等．ＵＰＬＣ－ＭＳ／ＭＳ法测定湖北贝母药
材中的６种生物碱［Ｊ］．华西药学杂志，２０２０，３５（４）：４２８－４３１．［１６］程显隆，肖新月，夏德豪，等．平贝母药材质量控制中适宜测定
指标的研究［Ｊ］．药物分析杂志，２００８，２８（１）：２８－３１．
杜龙龙，王荣扬，陆学斌，等．面向灌木型白茶叶面积密度的双源点云激光协同反演方法［Ｊ］．江苏农业科学，２０２２，５０（２４）：１６０－１６８．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２２．２４．０２５
面向灌木型白茶叶面积密度的双源点云
激光协同反演方法
杜龙龙１，王荣扬１，２
，陆学斌１，于 斌３
（１．湖州职业技术学院，浙江湖州３１３０００；２．湖州市机器人系统集成与智能装备重点实验室，浙江湖州３１３０００；
３．哈尔滨理工大学，黑龙江哈尔滨１５００００）
摘要：为提高白茶叶面积密度（ｌｅａｆａｒｅａｄｅｎｓｉｔｙ，ＬＡＤ）的反演精度，以浙江
省安吉县昆铜乡茶场的茶树为研究对象，利用无人机激光雷达和地基激光雷达对白茶茶树的冠层点云信息进行提取，对比几种常见的点云分割算法，选择效果最好的随机森林算法将提取的点云信息进行枝叶分离，并对冠层点云进行体元建模，探究白茶茶树最优体元和激光接触频率的相关性，采用冠层分析法分别对机载和地基数据绘制ＬＡＤ曲线，通过盲区互补实现ＬＡＤ的双源协同反演。结果表明，运用冠层分析法适用于估算灌木型白茶茶树的叶面积密度，机载点云数据和地基点云数据协同估算精
度最高（Ｒ２＝０．９３０～０．９６３），地基数据估算精度次之（Ｒ２＝０．８２４～０．９３３），机载数据估算精度最低（Ｒ２
＝０．６９３～
０ ８３８）。因此，机载和基地协同反演可以提升白茶茶树ＬＡＤ的估算精度，进而为进一步研究灌木型作物的理化参数提供数据基础。
关键词：灌木型白茶；机载激光雷达；地基激光雷达；反演；叶面积密度；冠层分析法 中图分类号：Ｓ１２７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－１３０２（２０２２）２４－０１６０－０９
收稿日期：２０２２－０２－２２
基金项目：国家自然科学基金（编号：５２１０５２８３）；黑龙江省自然科学基金面上项目（编号：Ｆ２０１８０１８）；浙江省湖州市自然科学基金（编号：２０２１ＹＺ１５）。
作者简介：杜龙龙（１９８９—），男，浙江湖州人，硕士，讲师，主要从事应用激光、农业信息化研究。Ｅ－ｍａｉｌ：３８６８０８７００＠ｑｑ．ｃｏｍ。 白茶属于山茶科，为常绿灌木或小乔木植物，是我国一种重要的经济作物，有很高的经济价值和经济效益。叶面积密度（ｌｅａｆａｒｅａｄｅｎｓｉｔｙ，ＬＡＤ）是反映茶树单位面积、单位高度内的叶片面积总和，描述了冠层在各个高度位置上叶片的生长情况，是研究茶树叶片到整个茶园生态系统自上而下作用过
程的关键因子［１］。传统的叶面积密度测量法以人
工分层裁剪法为主，虽然测量精度较高，但是对作物的破坏性极强，耗时耗力，经济效益较低。近年
来，激光雷达技术快速发展，地基ＬｉＤＡＲ与机载ＬｉＤＡＲ作为可以实现全天时、全天候获取目标真三维信息的主动遥感技术，其对农林作物具有很强的穿透能力，能够快速、精确地获取农林的三维结构信息，迅速应用在对农林冠层叶面积密度的提取方
面［２－３］
。Ｈｏｓｏｉ等利用体元模型模拟激光光束穿过
林木冠层被拦截的情况，提出基于体元模型的冠层分析法（
ｖｏｘｅｌ－ｂａｓｅｄｃａｎｏｐｙｐｒｏｆｉｌｉｎｇ，ＶＣＰ），根据每个高度层激光被拦截的概率，运用间隙率理论绘制
叶面积密度曲线［４］。Ｂéｌａｎｄ利用地基ＬｉＤＡＲ数据
反演单木冠层的叶面积密度模型，并探究乔木植物
的体元大小与叶面积密度的内在关系［５］。Ｗｕ等利
用地基ＬｉＤＡＲ数据反演单棵阔叶树的ＬＡＤ，运用体元分析法监测芒果树、澳洲坚果树和鳄梨树的实时
生物参数，发现植物的Ｌ
ｉＤＡＲ数据可以动态反映植
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