傅里叶红外光谱对野生及栽培滇龙胆不同部位的研究

申云霞， 赵艳丽， 张 霁， 左智天， 王元忠*， 张庆芝

1. 云南中医学院中药学院, 云南 昆明 650500

2. 云南省农业科学院药用植物研究所， 云南 昆明 650200

傅里叶红外光谱对野生及栽培滇龙胆不同部位的研究

申云霞1, 2， 赵艳丽2， 张 霁2， 左智天2， 王元忠2*， 张庆芝1*

1. 云南中医学院中药学院, 云南 昆明 650500

2. 云南省农业科学院药用植物研究所， 云南 昆明 650200

中药及其制剂的应用具有悠久历史， 随着研究的深入， 市场需求量日益增加， 野生资源难以满足市场需求， 开展野生和栽培品及化学成分累积动态的研究具有重要意义。 为了比较野生和栽培的滇龙胆不同部位(根、 茎、 叶)化学成分的差异， 用傅里叶红外光谱、 二阶导数光谱对其进行分析及评价研究。 采集60份样品的红外光谱数据， 用Nicolet Omnic8.0软件计算各个样品的二阶导数光谱和匹配值。 结果显示， 野生和栽培滇龙胆根、 茎及叶的红外光谱图整体峰形相似， 在1 732， 1 643， 1 613， 1 510， 1 417， 1 366， 1 322， 1 070 cm-1附近主要为酯类、 萜类、 糖类物质的吸收峰。 1 800～600 cm-1波段范围内， 样品与龙胆苦苷标准品二阶导数光谱的峰位和峰强有差异， 具有多个指纹特征峰， 分别为1 679， 1 613， 1 466， 1 272， 1 204， 1 103， 1 074， 985， 935 cm-1； 野生和栽培样品的根在1 613 cm-1(龙胆苦苷中萜类物质C—C吸收峰)附近特征峰明显强于茎和叶， 根中龙胆苦苷类成分高于茎及叶； 野生样品的茎在1 521， 1 462， 1 452 cm-1附近为木质素类物质的苯环骨架振动峰， 并呈现强吸收峰， 栽培样品茎呈现中等强峰， 茎富含木质素类物质。 所有样品红外光谱与野生样品根的平均光谱相似度较大， 二阶导数光谱与野生样品根的平均光谱的相关性差异较大， 相似度大小分别为： 根>茎>叶。 红外光谱法结合二阶导数谱能为同类物种野生和栽培药材不同部位的差异分析和评价提供参考。

傅里叶变换红外光谱； 滇龙胆； 龙胆苦苷； 相似度

引 言

中药是中医防病、 治病的物质基础， 中药的质量影响其临床疗效。 随着对中药的深入了解及现代制药产业的兴起， 对中药资源的需求量日益增大。 环境日益恶化和药用资源的过度开发， 野生资源日益紧缺， 难以满足临床和工业生产的需求。 为缓解供求矛盾， 药用植物栽培， 野生变家种已成为中药行业可持续发展的前提。 由于生态环境、 遗传环境、 人工栽培等因素的影响， 栽培和野生中药所含化学成分有差异。 有研究发现， 野生天麻中天麻素的含量普遍高于栽培品[1]。 野生和栽培防风中主要有效成分如升麻苷及5-O-甲基维斯阿米醇苷的含量无显著差异， 野生样品花椒毒素、 补骨脂素和亥茅酚苷的含量高于栽培品[2]。 野生和栽培薄荷中挥发油类成分的组成和比例上有差异[3]。 同一产地茅苍术野生和栽培醇提取液对脾虚小鼠小肠推动和抑菌效果差异较小， 不同产地间两类样品的药效差异大[4]。

随着对中药传统非药用部位研究兴起， 中药地上部分逐渐被重视， 部分中药非药用部位中主要有效成分的含量高于传统药用部位的含量。 野生和栽培肿风节不同部位的指纹图谱差异大小为地下部位>全草>地上部分[5]。 野生麻黄根中麻黄碱的含量极低， 为茎中含量的1/965[6]。 民族药红凉伞不同部位岩白菜素的含量由高到底分别为： 根、 叶、 茎、 侧枝、 果柄、 花、 果壳、 种子[7]。 粗毛淫羊藿叶片、 根、 茎部的淫羊藿苷的累积水平高于根茎， 总黄酮类的分布趋势为叶片、 根茎、 根、 茎， 在各器官中累积和分布差异较大[8]。 因此， 对中药野生和栽培、 不同部位的分析评价具有重要意义。 傅里叶变换红外光谱法(FTIR)具有无损、 快速、 灵敏度高等特点， 近年来， 被广泛用于中药质量研究[9-14]。 本实验采用傅里叶中红外光谱法探讨滇龙胆(GentianarigescensFranch.)野生和栽培不同部位(根、 茎、 叶)的差异， 以龙胆苦苷标准品为对照， 分析不同部位中龙胆苦苷含量的差异， 有助于滇龙胆药材整体质量控制， 为其规范化生产基地建设和资源的合理利用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

美国Perkin-Elmer公司Fronter型傅里叶红外光谱仪， 中红外三甘氨酸硫酸酯(DTGS)检测器， 光谱范围为4 000～400 cm-1， 光谱分辨率为4 cm-1， OPD速度0.5 cm·s-1， 每个样品累加扫描16次， 扫描时扣除水和二氧化碳的干扰。 压片机为YP-2(上海山岳科学仪器仪器公司)。 KBr为分析纯， 购于天津市风船化学试剂科技有限公司； 龙胆苦苷标准品(批号： 110770-201314)， 购于中国食品药品检定研究院。

1.2 材料

野生和栽培滇龙胆实验材料于2012年10月采自云南临沧市云县， 生长年限为2年， 所有材料经云南省农业科学院药用植物研究所金航研究员鉴定为龙胆科植物滇龙胆(GentianarigescensFranch.)。 将样品分为根、 茎、 叶三个部位， 在50 ℃条件下烘48 h， 分别粉碎过100目筛。

Table 1 Information of G. rigescens samlpes

1.3 方法与数据处理

称取1.0 mg样品与100.0 mg溴化钾混合， 充分研磨， 压制成透明薄片， 每个样品平行测定三次， 获得平均光谱。 用Nicolet Omnic8.0红外光谱分析软件对所有样品的光谱进行基线校正、 归一化预处理及光谱的相似性计算。

2 结果与讨论

2.1 野生和栽培滇龙胆不同部位红外光谱分析

cm-1附近为烯醚双键的伸缩振动峰， 1 610 cm-1为萜类物质C—C反对称伸缩振动， 为龙胆苦苷红外光谱的的特征吸收峰， 1 510和1 423 cm-1是木质素类物质中苯环的吸收峰， 1 418 cm-1是烯烃端基碳上的CH2变角振动， 1 072 cm-1为糖类物质的C—OH伸缩振动峰， 926 cm-1附近为糖类化合物的端基碳C—H弯曲振动峰。 光谱特征综合反映滇龙胆含有酯类、 萜类、 糖类、 木质素类等物质， 化学成分复杂多样。

Fig.1 FITR spectra of gentiopicroside and root, stem and leaf of wild G. rigescens

Fig.2 FITR spectra of gentiopicroside and root, stem and leaf of cultivated G. rigescens

滇龙胆样品特征峰位/cm-1根(W)17321673161014171372131612651069926茎(W)17321649150914171372131612621072890叶(W)173216491509141713721316126210721027887798根(C)17321643161314231369131612621069771茎(C)17321619151014181369131612591069774叶(C)1732164315091418136913191244115210691028龙胆苦苷标准品170616761607145614231271120610721030932879

Note: W is wild samples; C is cultivation samples

2.2 野生及栽培滇龙胆不同部位和龙胆苦苷二阶导数红外光谱分析

二阶导数光谱可以消除图谱中倾斜的基线， 提高分辨率， 呈现出许多被掩盖的吸收峰[15]。 图3为野生和栽培滇龙胆根、 茎和叶在1 800～600 cm-1波数范围内的二阶导数谱， 表3为不同类型、 不同部位样品在指纹区的峰位表。 表3和图3显示， 在高分辨率的二阶导数谱中滇龙胆不同部位的谱峰特征均明显增多， 原谱中差异不显著的峰位处， 在1 600～1 200和1 100～800 cm-1区域呈现出多个具有差异的峰形。

2.2.1 滇龙胆药材与龙胆苦苷二阶导数光谱比较

滇龙胆样品和龙胆苦苷的二维红外光谱显示， 在1 800～600 cm-1处峰形、 峰位和吸收强度有差异， 龙胆苦苷1 679， 1 613， 1 466， 1 272， 1 204， 1 103， 1 074， 985， 935 cm-1的指纹特征峰在滇龙胆样品中峰与峰之间对应得较好。

2.2.2 野生和栽培滇龙胆样品不同部位的二阶导数光谱分析

红外光谱分析结果显示， 1 613 cm-1附近为C—C反对称伸缩振动峰， 归属为萜类物质的吸收峰， 野生和栽培样品根吸收峰强度高于茎及叶， 野生滇龙胆根的吸收峰强度最大， 表明此类物质在野生滇龙胆根中含量最高； 1 516， 1 468， 1 453 cm-1为木质素类物质中苯环和芳香类物质的振

Fig.3 Second derivative of IR spectra of different parts ofG.rigescensand gentiopicroside W is Wild samples; C is cultivation samples; S is gentiopicroside standard

Table 3 Peak-positions of the secone derivative spectra of different parts

Note: W is Wild samples; C is cultivation samples

2.3 野生和栽培滇龙胆不同部位样品红外光谱相关性比较

用光谱检索的方法对样品的红外光谱和二阶导数谱进行分析， 所有样品根、 茎和叶的红外光谱分别与野生样品根的平均光谱进行比较。 建立野生滇龙胆根的原始光谱Lib1、 二阶导数光谱Lib2的平均光谱， 平均图谱加入谱库， 用图谱检索功能， 对所研究的光谱进行相关性检索， 光谱范围为4 000～500 cm-1， 计算样品与平均光谱的匹配值， 结果如表4所示。 匹配数值的大小反映样品间成分的差异， 也反映了各自结构特点的不同， 值越大表明匹配程度较好。

用样品的红外光谱与野生根的平均光谱比较中， 光谱匹配值较大， 野生样品的不同部位与光谱库Lib1匹配值大于栽培的样品， 样品各部位有差异， 但差异较小。 二阶导数放大了光谱特征， 增加光谱信息量； 不同类型、 不同部位的样品二阶导数光谱与光谱库Lib2的匹配值差异较大， 样品根与Lib2的匹配值较大分别为92.11和86.57， 茎及叶的匹配值较低， 样品不同部位差异大。 建立二阶导数光谱库比原始光谱谱库更有利于样品的鉴别， 该方法可用于滇龙胆样品根、 茎和叶的鉴别。

Table 4 Similarity of FTIR spectra of G. rigescens

3 结 论

采用傅里叶红外光谱结合二阶导数谱、 光谱检索法对滇龙胆野生和栽培根、 茎和叶三个不同部位60份样本进行鉴别研究。 结果表明， 根、 茎和叶红外光谱的峰形、 峰位差异较小， 在3 381， 2 922， 2 851， 1 732， 1 676， 1 417， 1 366， 1 072 cm-1等处均有吸收峰， 野生和栽培茎和叶在1 732 cm-1处的吸收峰强度大于根， 根分别在1 640和1 614 cm-1处有吸收峰， 叶在1 028 cm-1处呈现弱的吸收峰。 二阶导数谱可以放大光谱的信息， 样品与龙胆苦苷标准品二阶导数光谱存在九个共有峰， 根据峰的强度可以对不同部位进行鉴别。 利用Nicolet Omnic8.0软件建立野生根平均光谱的红外光谱(Lib1)和二阶导数光谱(Lib2)组成的光谱数据库， 样品的红外光谱与光谱库Lib1的得分要高， 相关性较好； 样品不同部位的二阶导数光谱和光谱库Lib2的得分值差异较大。 红外光谱法可为野生和栽培滇龙胆不同部位分析评价提供了一种有效、 快速和简便的鉴别方法， 为其化学成分的的进一步研究及资源的合理开发利用提供理论依据。

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Study on Different Parts of Wild and CultivatedGentianaRigescenswith Fourier Transform Infrared Spectroscopy

SHEN Yun-xia1, 2, ZHAO Yan-li2, ZHANG Ji2, ZUO Zhi-tian2, WANG Yuan-zhong2*, ZHANG Qing-zhi1*

1. College of Chinese Materia Medica, Yunnan University of Traditional Chinese Medicine, Kunming 650500, China

2. Institute of Medicinal Plants, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650200, China

The application of traditional Chinese medicine (TCM) and their preparations have a long history. With the deepening of the research, the market demand is increasing. However, wild resources are so limited that it can not meet the needs of the market. The development of wild and cultivated samples and research on accumulation dynamics of chemical component are of great significance. In order to compare composition difference of different parts (root, stem, and leaf) of wild and cultivatedG.rigescens, Fourier infrared spectroscopy (FTIR) and second derivative spectra were used to analyze and evaluate. The second derivative spectra of 60 samples and the rate of affinity (the match values) were measured automatically using the appropriate software (Omnic 8.0). The results showed that the various parts of wild and cultivatedG.rigescens. were high similar the peaks at 1 732, 1 643, 1 613, 1 510, 1 417, 1 366, 1 322, 1 070 cm-1were the characteristic peak of esters, terpenoids and saccharides, respectively. Moreover, the shape and peak intensity were more distinct in the second derivative spectrum of samples. In the second derivative spectrum range of 1 800～600 cm-1, the fingerprint characteristic peak of samples and gentiopicroside standards were 1 679, 1 613, 1 466, 1 272, 1 204, 1 103, 1 074, 985, 935 cm-1. The characteristic peak intensity of gentiopicroside of roots of wild and cultivated samples at 1 613 cm-1(C—C) was higher than stems and leaves which indicated the higher content of gentiopicroside in root than in stem and leaves. Stems of wild samples at 1 521, 1 462 and 1 452 cm-1are the skeletal vibration peak of benzene ring of lignin, and the stem of cultivated sample have stronger peak than other samples which showed that rich lignin in stems. The iInfrared spectrum of samples were similar with the average spectral of root of wild samples, and significant difference was found for the correlation between second derivative spectrum of samples and average spectral of wild samples root, and the sequence of similarity was root>stem>leaf. Therefore, FTIR combined with second derivative spectra was an express and comprehensive approach to analyze and evaluate in the imperceptible differences among different parts of wild and cultivated ofG.rigescens.

Fourier transform infrared spectroscopy;Gentianarigescens; Gentiopicroside; Similarity

Oct. 17, 2014; accepted Feb. 20, 2015)

2014-10-17，

2015-02-20

国家自然科学基金项目(81260608)和云南省自然科学基金项目(2013FD066, 2013FZ150, 2014FD068)资助

申云霞， 女, 1991年生， 云南中医学院中药学院硕士研究生 e-mail： shenyunxia1991@163.com *通讯联系人 e-mail： yzwang1981@126.com； ynkzqz@126.com

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)03-0667-05

*Corresponding authors