基于RGB圖像和全光譜HSI數(shù)據(jù)構(gòu)建的ResNet-34與改進版ResNet-34模型的混淆矩陣分別展示于圖3a和b及圖3c和d中。矩陣對角線上的值表示正確分類的樣本數(shù)和真實陽性率，而非對角線上的值則對應誤分類樣本數(shù)和假陰性率。
值得注意的是，當以HSI數(shù)據(jù)為輸入時，改進版ResNet-34模型在所有產(chǎn)地（TX、NMH、DLH、ZN1和ZN2）中實現(xiàn)了95.63%的*高分類準確率。這一結(jié)果較傳統(tǒng)機器學習方法（LR和SVM）提高了6.26%。這一性能提升歸因于HSI數(shù)據(jù)提供的豐富空間和光譜信息。改進版ResNet-34模型中3D和2D卷積層的結(jié)合，能夠有效利用光譜和空間特征圖，從而*大化模型的預測準確性。
圖3.在測試數(shù)據(jù)集上使用ResNet-34模型（a和b）和改進的ResNet-34模型（c和d）對五種枸杞樣品進行地理來源識別的混淆矩陣
改進的ResNet-34模型在基于起源的五種不同類型的枸杞分類中顯示出較高的準確性。然而，通過3D卷積運算利用全譜HSI數(shù)據(jù)增加了計算需求和復雜性。此外，深度學習模型固有的“黑箱”特征在可解釋性方面提出了挑戰(zhàn)。為了減少信息冗余并提高模型的可解釋性，我們使用SHAP來識別HSI數(shù)據(jù)中對地理起源識別貢獻*大的光譜帶區(qū)域。SHAP值代表了每個光譜波段對模型預測能力的貢獻。對枸杞地理來源分類有重要貢獻的光譜波段主要從633nm延伸到1040nm。隨著光譜波段的增加，該模型對枸杞地理來源的識別精度逐漸提高（圖4）。實際上，在保留35%的光譜波段（n=39）的情況下，該模型的分類精度仍然保持在95.63%的高水平，與全光譜HSI數(shù)據(jù)的分類精度相當。光譜波段的減少也導致運行時間減少29.9%。該方法不僅有效地提高了處理速度，而且提高了產(chǎn)地識別的效率，在準確性和計算效率之間取得了平衡。
圖4.利用改進的ResNet-34對不同波段子集的枸杞產(chǎn)地識別數(shù)據(jù)集精度進行測試
（2）枸杞的地理來源及標記物的NMR鑒定
枸杞樣品的一維1H NMR提供了詳細的光譜分布，通過分析峰強度和化學位移來辨別成分組成和濃度的差異，有助于識別地理來源。在δ0.8 ~ δ3.5的高場區(qū)，主要與氨基酸和有機酸有關，但差異不大。但在丙氨酸（δ1.48）和一種未知成分（δ1.51）濃度上存在顯著差異，其中寧夏枸杞（TX、ZN1和ZN2）含量顯著高于青海枸杞（NMH和DLH）。δ3.5~δ5.5的中低場區(qū)以各種糖類為主，δ6.0~δ10.0的低場區(qū)以芳香族化合物為主。通過比較化學位移和耦合常數(shù)與數(shù)據(jù)庫中的條目，包括FooDB和HMDB，以及與先前報告的相關性，從枸杞的核磁共振光譜中確定了62個組分。
對枸杞的化學成分分析顯示其含有豐富的氨基酸、有機酸、糖類、核苷和其他生物活性化合物。枸杞的氨基酸和有機酸含量特別豐富，十幾種氨基酸和五種有機酸的濃度在0.1至1mg/g之間。這些成分可能提供各種健康益處，例如產(chǎn)生**刺激作用，增強抗氧化能力，并保持健康的代謝率。具體而言，異亮氨酸是一種支鏈氨基酸，已被證明可以通過影響器官、細胞和反應性物質(zhì)來增強**系統(tǒng)，并可能上調(diào)宿主防御肽（如β-防御素）的表達，這對先天**和適應性**至關重要。甜菜堿是枸杞的一種獨特標記物，已被證明可以通過增強抗氧化活性和減少炎癥介質(zhì)來減輕四氯化碳（CCl4）誘導的肝損傷。有機酸，包括羥基丁酸、乙酸、蘋果酸和檸檬酸，對枸杞的感官特性（如味道、風味和顏色）有重要影響。枸杞是一種久負盛名的***和滋補食品，其主要成分是枸杞多糖，尤其是枸杞多糖是枸杞中*有價值的功能成分之一。*近的研究表明，LBP具有一系列的生物活性，包括眼神經(jīng)保護、抗衰老特性、抗氧化作用和**調(diào)節(jié)作用。在本研究中，LBP由半乳糖、鼠李糖、α-木糖、β-木糖、α-葡萄糖和β-葡萄糖組成，其濃度差異很大，在不同地理產(chǎn)地的濃度范圍為0.19 ~ 103.95mg/g。此外，盡管咖啡酸、肉桂酸和維生素B6等芳香化合物的濃度很低（含量超過0.1mg/g），但它們對人體健康起著至關重要的作用，包括抗氧化和**特性，以及減少焦慮和增強視覺功能。雖然不同產(chǎn)地的枸杞在成分上存在顯著差異，但不能僅僅通過目測比較來確定其地理來源。因此，采用多元統(tǒng)計分析來確定每個起源的獨特GI標記。
圖5展示了基于枸杞NMR數(shù)據(jù)的OPLS-DA得分圖和對應的火山圖 ，分別針對不同產(chǎn)地的枸杞樣品進行成對比較，并附上模型參數(shù)，包括R2X、R2Y和Q2值。圖5a展示了不同中國省份枸杞樣品的比較分析。其中，OPLS-DA得分圖（圖5a左圖）顯示寧夏和青海樣品沿預測成分（橫軸）呈現(xiàn)顯著分離。模型的高擬合度（R2Y=0.871）和預測能力（Q2 =0.833）表明該模型在區(qū)分地理來源方面的有效性?；鹕綀D（圖5a右圖）用于探索寧夏和青海枸杞的地理標記物（GI標記）。根據(jù)“材料與方法”部分中詳細描述的篩選標準，地理標記物被篩選出來（見圖5a右圖）。結(jié)果表明，青海枸杞的谷氨酸（Glu）、蘋果酸（MA）和脯氨酸（Pro）含量分別是寧夏樣品的1.96倍、1.91倍和1.68倍。而寧夏枸杞則以二羥基丙酮（DHA）含量顯著較高，其水平是青海枸杞的2.7倍。
其中，谷氨酸（Glu）以其多方面的生理作用而被廣泛認可，包括抗氧化、應對脅迫以及作為內(nèi)源性**劑的作用，其衍生物在癌癥**中的潛力也備受關注。脯氨酸（Pro）不僅是蛋白質(zhì)的重要組成部分，還顯著參與細胞對滲透壓和脫水脅迫的響應。此外，脯氨酸是枸杞中*豐富的游離氨基酸，既作為滲透調(diào)節(jié)劑，也作為抗氧化劑發(fā)揮作用。青海枸杞中顯著較高的谷氨酸和脯氨酸濃度將增強其抗氧化和滲透調(diào)節(jié)功能
圖5. 基于枸杞NMR數(shù)據(jù)的OPLS-DA評分圖（左圖）和相應的火山圖（右圖）
圖5b和圖5c分別展示了寧夏和青海省內(nèi)不同縣域枸杞樣品的比較分析。OPLS-DA得分圖（圖5b和圖5c左圖）顯示TX和ZN以及NMH和DLH樣品在預測成分（橫軸）上呈現(xiàn)出顯著分離。模型參數(shù)表明區(qū)分地理來源的有效性：TX與ZN的R2Y=0.967，Q2=0.936，NMH與DLH的R2Y=0.966，Q2=0.936，進一步驗證了模型的預測能力和可靠性?；鹕綀D（圖5b右圖）及統(tǒng)計數(shù)據(jù)揭示，ZN枸杞中包括1-甲基尿酸、膽堿、甜菜堿、咖啡酸、谷氨酸（Glu）、鳥苷、核糖內(nèi)酯、蘇糖醇和絲氨酸在內(nèi)的多種營養(yǎng)成分濃度顯著高于TX樣品，而蔗糖、甲酸和3-甲基黃嘌呤在ZN樣品中的濃度顯著低于TX。豐富的營養(yǎng)成分及獨特的香氣賦予ZN枸杞更強的抗氧化活性、減少炎癥介質(zhì)及神經(jīng)保護作用，這在以往研究中也得到了驗證。NMH與DLH樣品的火山圖（圖5c右圖）分析發(fā)現(xiàn)了17種顯著差異的成分，包括乙醛酸、蘋果酸、α/β-半乳糖醛酸、異亮氨酸、1-磷酸半乳糖、異丁酸、蔗糖、α/β-木糖、鼠李糖、肉桂酸、麥芽糖、古羅糖酸內(nèi)酯、麥芽三糖、精氨酸和氨基葡萄糖6-硫酸酯。其中，有13種成分在NMH枸杞中的濃度顯著高于DLH樣品。尤其是乙醛酸、異亮氨酸和異丁酸在NMH樣品中的濃度分別是DLH樣品的4.0倍、2.09倍和2.64倍。研究表明，異亮氨酸在調(diào)節(jié)先天**和適應性**中起重要作用。異丁酸作為一種短鏈脂肪酸，由異亮氨酸等支鏈氨基酸發(fā)酵產(chǎn)生，已被證明可緩解DSS誘導的慢性結(jié)腸炎。這種作用主要歸因于其增強腸道屏障功能的能力，從而突顯NMH枸杞在胃腸健康領域的潛在**優(yōu)勢。
寧夏中寧縣因其獨特的地理和氣候條件，為枸杞的高品質(zhì)種植提供了得天獨厚的自然環(huán)境。然而，不同品種的枸杞在化學和營養(yǎng)成分上存在差異。OPLS-DA模型清晰地將ZN1與ZN2沿橫軸分離（圖5d左圖），并表現(xiàn)出穩(wěn)健的模型參數(shù)（R2Y=0.898，Q2=0.846）。通過四項篩選標準，火山圖（圖5d右圖）中鑒定出5種顯著差異成分。葡萄糖胺6-磷酸和古羅糖酸內(nèi)酯在ZN1中的濃度高于ZN2，而賴氨酸、綠原酸和肉桂酸則表現(xiàn)出相反趨勢。其中，葡萄糖胺6-磷酸作為葡萄糖胺的衍生物，在針對中度至重度膝骨關節(jié)炎患者的臨床試驗中，被證明能夠顯著緩解疼痛并改善功能活動。賴氨酸是人體必需氨基酸，無法由人體自身合成，具有廣泛的健康益處，包括促進正常生長、幫助肉堿生成以及減輕焦慮。此外，賴氨酸在癌癥**中的潛力也備受關注。研究表明，賴氨酸的代謝影響組蛋白短鏈化，這是一種表觀遺傳修飾，從而調(diào)控癌癥**。
