水竹梅、紫鸭跖草叶片成分的红外光谱分析

任红剑 丰震

摘要：为了解室内观赏植物水竹梅和紫鸭跖草的叶片成分及安全性等问题，以其叶片为试材，利用红外光谱分析法测定叶片的特征峰并进行成分分析。结果表明：紫鸭跖草和水竹梅共有的特征峰为3 401（3 369）、2 918（2 924）、1 067（1 057）、671（671） cm-1，对应的成分为氨基酸或蛋白质、萜烯化合物、挥发油、纤维素类物质。此外，水竹梅还具有特征峰1 631、1 380、618 cm-1，对应的成分为乙酸香叶酯、萜类化合物、脂类物质；紫鸭跖草还具有特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1，对应的成分为脂类化合物、芦丁等黄酮类物质、芳香族化合物、核酸类物质。

关键词：水竹梅；紫鸭跖草；红外光谱；叶片成分

中图分类号：S682.360.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）06-0046-04

红外光谱分析技术可广泛用于谷物、果蔬、观赏类植物等多种农产品的化学成分分析、物理学品质分析、色度学品质分析，可作为核心技术构建我国农产品光学快速无损检测体系，其研究领域和应用范围也越来越广。国内外学者已在红外光谱无损检测农产品品质方面进行了许多研究，也取得很多成果[1]。

水竹梅和紫鸭跖草是常见的室内观叶植物。水竹梅可盆栽，摆放在较高位置，让枝条下垂，十分优雅；也可水培，将枝条水插于玻璃容器，简单漂亮；还可做成吊篮，挂在窗边，绿意盈盈，带来一丝凉意[1]。紫鸭跖草抗性强，易繁殖，成本低，可用于绿化室外环境，改善呆板的城市景观，使城市更加美观、更富有生机[3]。水竹梅和紫鸭跖草均对室内有毒气体的净化具有重要作用，既可以对氨气、甲醛等室内有毒气体进行净化吸收[4]，还能进行光合降低室内二氧化碳的浓度，具有生态化的良好功效。有关水竹梅和紫鸭跖草叶片成分分析及安全摆放的研究报道较少。本研究通过红外光谱分析法测定两种植物的叶片成分，判断其叶片中是否含有对人体有害的物质以及是否具有药用价值，为其安全使用和进一步开发利用提供依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验材料取自盆栽水竹梅和紫鸭跖草的扦插繁殖苗， 栽培基质为泥碳土，每盆3～5 株。选取生长良好的植株中下部成熟健壮的叶片，每株摘取1片，两种植物各取10株。

1.2仪器

FTIR-650型近红外光谱仪（美国JDSU公司） ，光谱采集的波数范围为4 000～400 cm-1，分辨率为1.5 cm-1，扫描速度是1次/s。

1.3试验方法

先将叶片置于120℃条件下迅速杀青30 min，然后置于55℃烘箱中至完全烘干，迅速研磨成干粉备用。用分析天平准确称量1.5 mg干粉，与200 mg KBr粉末充分混合。在红外灯照射下研磨2～3 min，至粒径小于2 μm，过筛后将研磨均匀的混合物全部转移至FW-5压片机中放平，保持中间稍高周围低，在20～30 MPa压力下抽真空，待2 min后取出压片。保持压片表面光滑，置于红外光谱仪下进行中红外扫描，得到红外光谱图，并进行比较分析，通过查阅主要基团红外特征吸收峰值表，归纳得出两种植物叶片所含化学成分所具有的基团。

2结果与分析

2.1两种植物叶片中相同吸收峰和对应基团及其成分

红外光谱扫描图显示水竹梅和紫鸭跖草在4 000～1 400 cm-1区间内的红外光谱波形相似，且有共同的吸收峰范围（见图1），具体表现为：

①在3 401～3 359 cm-1，均有一宽峰，强度较大，为伸缩振动峰。②在2 920 cm-1左右，均有一锐锋，强度较弱，为CH2反对称伸缩振动峰。③在1 060 cm-1左右，都有一小而钝的峰，为伸缩振动峰。④在671 cm-1左右，都有一钝峰，为C-H弯曲振动峰，伸缩振动峰。

由图1和表1可知，两种植物均在3 401～3 359 cm-1附近出现N-H与O-H的分子间氢键缔合的振动峰，且该峰的吸光度极高，说明醇和酚类含量较高，推测叶片中存在一定量的氨基酸[5]，且紫鸭跖草叶片氨基酸含量相对较高。

2 924～2 918 cm-1附近的吸收峰，表明两种植物叶片中萜烯类化合物含量较高。萜烯类化合物主要作为植物挥发物质的形式存在，摆放于室内对空气环境具有一些影响。两种植物在1 067～1 057 cm-1有共同的吸收峰，证明它们都含有挥发油成分。挥发油[6，7]亦称精油， 是一类具挥发性、可随水蒸气蒸馏出来的油状液体的总称， 多具香气，广泛分布于中药材中， 含有丰富的化学成分， 有多方面的功效。

红外光谱法测定木兰科植物和竹类植物分类研究中 ，在吸收峰895 cm-1附近处为纤维素[8]的环振动产生的 C-H 变形峰，700 cm-1附近为木质素中C-H平面弯曲振动吸收。在波长670～671 cm-1处，它们也有共同的吸收峰，证明了这是在远红光植物叶片内的纤维素而引起的吸收峰。

根据以上分析整理得表2。紫鸭跖草、水竹梅相同的吸收峰3 401（3 369）、2 918（2 924）、1 067（1 057）、671（671）cm-1所对应物质的主要归属分别为醇类或酚类、烷烃类、烯烃类、烷烃类，所对应的成分为氨基酸或蛋白质、萜烯化合物、挥发油、纤维素类等物质。

2.2水竹梅叶片中吸收峰和对应基团及其成分

由图1可知，除与紫鸭跖草相同的吸收峰外，水竹梅还具有特征峰1 631、1 380、618 cm-1。 其中，1 700 cm-1左右波峰为乙酸香叶酯[9]特征吸收频率。乙酸香叶酯是一种药物，有玫瑰和熏衣草香气的无色至淡黄色液体，用于配制玫瑰、橙花、桂花等型香精，不溶于水和甘油，溶于乙醇、乙醚。水竹梅在1 631 cm-1处具有特殊吸收峰，所以它含有乙酸香叶酯这种物质，对香精配制具有作用。1 380 cm-1附近的吸收峰来自饱和烃的C-H弯曲振动，是各种脂类物质等化合物（膜和胞壁）[10]的吸收峰，说明水竹梅叶片内含有三萜类化合物。618 cm-1处出现吸收强度较弱的吸收峰，这是由C-H弯曲（面外）振动的炔烃类物质引起的，是一种特殊的脂类物质。

根据表1，水竹梅的特征峰1 631、1 380、618 cm-1所对应物质的主要归属为α，β-不饱和酮、烷烃类、炔烃类等，所对应的成分为乙酸香叶酯、萜类化合物、脂类等物质（表3）。

2.3紫鸭跖草叶片中吸收峰和对应官能团及其成分

由图1可知，除与水竹梅相同的吸收峰外，紫鸭跖草还具有特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1。其中，峰值在2 849 cm-1附近为乙酰酯的羰基振动所致，该特征峰峰形陡峭，同时，该处出现强度较高、峰形稍宽的C=O键与C=C键共轭的吸收峰，表明其叶片中也含有少量的酯羰基，结合在2 923 cm-1处是脂肪的甲基不对称伸缩振动，表明其叶片中含有一定量脂肪类化合物。1 641 cm-1处特征峰，表明其叶片中含有芦丁等黄酮类物质[11]。这种物质在抗菌防病等方面起着重要作用，故紫鸭跖草具有特殊的药用价值。1 417 cm-1处特征峰，表明紫鸭跖草内含有芳香族化合物，这类芳香族化合物在生态系中参与碳素循环并引起植物芳香，是紫鸭跖草叶片内的特有物质。1 319 cm-1处的特征峰，是叶片内的核酸物质所引起的，因为叶绿体和线粒体内含有遗传物质，所以叶片成分内有核酸类物质。

根据表1，紫鸭跖草的特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1所对应物质的主要归属为烷烃类、芳酮类、烷烃类、羟酸或酮等，所对应的成分为脂类化合物、芦丁等黄酮类物质、芳香族化合物、核酸等物质（表4）。

3讨论与结论

3.1水竹梅和紫鸭跖草的红外光谱波形相似

两种植物共有4个相同的红外光谱吸收峰峰值，可见含有的相同成分较多。分析原因可能是水竹梅和紫鸭跖草都属于鸭跖草科的草本植物，所以在生理生化特性、次生物质代谢等多种方面具有一定相似性。其中，两种植物在3 401～3 359、2 924～2 918 cm-1范围内有相同的吸收峰，表明其挥发物中烯萜类化合物含量较高，这类物质可做农药。孟雪等[12]在研究吊金钱和鸭跖草挥发物主要成分的抑菌作用中指出，鸭跖草科植物的挥发物中莰烯、α-蒎烯和桉树脑3种萜烯化合物含量很高。3种挥发物单体作为农用、医用杀菌剂的应用范围和前景较广。它们的挥发物可做杀菌物质，所以它们长时间摆放在室内会对人体健康造成危害。

5-磷酸核酮糖单磷酸途（RuMP）是与甲醛同化作用有关的一条代谢途径[13]，对甲醛的脱毒有重要贡献，6-磷酸己酮糖合成酶和6-磷酸果糖异构酶是RuMP中固定甲醛的关键酶。两种植物在3 401～3 359 cm-1附近有相同吸收峰，主要归属是醇类和酚类物质，是氨基酸类的蛋白质成分，推测叶片内部含有某种与甲醛反应的酶，此类酶属于蛋白质。所以证明了两种植物含有这些蛋白质类的反应酶。此类物质与甲醛反应有关，即得出两种植物对甲醛等有害气体的吸收作用较好。

3.2水竹梅和紫鸭跖草化学成分的差异

除以上4处相同的红外光谱吸收峰外，水竹梅有3处特殊吸收峰，而紫鸭跖草也具有4处特殊吸收峰。这决定了两者在基团和成分上具有差异，其中紫鸭跖草有黄酮类物质存在，表明其具有一定的药用价值。

3.3有关植物叶片成分测定和含量确定的新方法

暨南大学药学院中药及天然药物研究所利用常规柱色谱及半制备高效液相色谱等手段相结合，对紫鸭跖草化学成分进行分离纯化，研究显示，紫鸭跖草的化学成分分析过程中，发现其中包括有无色油状物、黄色油状物，表明紫鸭跖草中的确含有油脂类物质[14]。本研究利用简单的红外光谱测定法，便可测得紫鸭跖草叶片当中含有脂类化合物，测试结果准确，方法简便易操作。因此，采用红外光谱分析法对植物叶片成分进行测定较为适宜。此外，红外光谱分析法可根据峰面积推测植物叶片中物质含量是否丰富，可为判断该植物能否作为一种专门的药用植物进行种植及提取药物成分提供参考。

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