水竹梅、紫鴨跖草葉片成分的紅外光譜分析

任紅劍 豐震

摘要：為了解室內(nèi)觀賞植物水竹梅和紫鴨跖草的葉片成分及安全性等問題，以其葉片為試材，利用紅外光譜分析法測定葉片的特征峰并進(jìn)行成分分析。結(jié)果表明：紫鴨跖草和水竹梅共有的特征峰為3 401（3 369）、2 918（2 924）、1 067（1 057）、671（671） cm-1，對應(yīng)的成分為氨基酸或蛋白質(zhì)、萜烯化合物、揮發(fā)油、纖維素類物質(zhì)。此外，水竹梅還具有特征峰1 631、1 380、618 cm-1，對應(yīng)的成分為乙酸香葉酯、萜類化合物、脂類物質(zhì)；紫鴨跖草還具有特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1，對應(yīng)的成分為脂類化合物、蘆丁等黃酮類物質(zhì)、芳香族化合物、核酸類物質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水竹梅；紫鴨跖草；紅外光譜；葉片成分

中圖分類號：S682.360.1文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0046-04

紅外光譜分析技術(shù)可廣泛用于谷物、果蔬、觀賞類植物等多種農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)成分分析、物理學(xué)品質(zhì)分析、色度學(xué)品質(zhì)分析，可作為核心技術(shù)構(gòu)建我國農(nóng)產(chǎn)品光學(xué)快速無損檢測體系，其研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍也越來越廣。國內(nèi)外學(xué)者已在紅外光譜無損檢測農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)方面進(jìn)行了許多研究，也取得很多成果[1]。

水竹梅和紫鴨跖草是常見的室內(nèi)觀葉植物。水竹梅可盆栽，擺放在較高位置，讓枝條下垂，十分優(yōu)雅；也可水培，將枝條水插于玻璃容器，簡單漂亮；還可做成吊籃，掛在窗邊，綠意盈盈，帶來一絲涼意[1]。紫鴨跖草抗性強(qiáng)，易繁殖，成本低，可用于綠化室外環(huán)境，改善呆板的城市景觀，使城市更加美觀、更富有生機(jī)[3]。水竹梅和紫鴨跖草均對室內(nèi)有毒氣體的凈化具有重要作用，既可以對氨氣、甲醛等室內(nèi)有毒氣體進(jìn)行凈化吸收[4]，還能進(jìn)行光合降低室內(nèi)二氧化碳的濃度，具有生態(tài)化的良好功效。有關(guān)水竹梅和紫鴨跖草葉片成分分析及安全擺放的研究報(bào)道較少。本研究通過紅外光譜分析法測定兩種植物的葉片成分，判斷其葉片中是否含有對人體有害的物質(zhì)以及是否具有藥用價值，為其安全使用和進(jìn)一步開發(fā)利用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料取自盆栽水竹梅和紫鴨跖草的扦插繁殖苗， 栽培基質(zhì)為泥碳土，每盆3～5 株。選取生長良好的植株中下部成熟健壯的葉片，每株摘取1片，兩種植物各取10株。

1.2儀器

FTIR-650型近紅外光譜儀（美國JDSU公司） ，光譜采集的波數(shù)范圍為4 000～400 cm-1，分辨率為1.5 cm-1，掃描速度是1次/s。

1.3試驗(yàn)方法

先將葉片置于120℃條件下迅速殺青30 min，然后置于55℃烘箱中至完全烘干，迅速研磨成干粉備用。用分析天平準(zhǔn)確稱量1.5 mg干粉，與200 mg KBr粉末充分混合。在紅外燈照射下研磨2～3 min，至粒徑小于2 μm，過篩后將研磨均勻的混合物全部轉(zhuǎn)移至FW-5壓片機(jī)中放平，保持中間稍高周圍低，在20～30 MPa壓力下抽真空，待2 min后取出壓片。保持壓片表面光滑，置于紅外光譜儀下進(jìn)行中紅外掃描，得到紅外光譜圖，并進(jìn)行比較分析，通過查閱主要基團(tuán)紅外特征吸收峰值表，歸納得出兩種植物葉片所含化學(xué)成分所具有的基團(tuán)。

2結(jié)果與分析

2.1兩種植物葉片中相同吸收峰和對應(yīng)基團(tuán)及其成分

紅外光譜掃描圖顯示水竹梅和紫鴨跖草在4 000～1 400 cm-1區(qū)間內(nèi)的紅外光譜波形相似，且有共同的吸收峰范圍（見圖1），具體表現(xiàn)為：

①在3 401～3 359 cm-1，均有一寬峰，強(qiáng)度較大，為伸縮振動峰。②在2 920 cm-1左右，均有一銳鋒，強(qiáng)度較弱，為CH2反對稱伸縮振動峰。③在1 060 cm-1左右，都有一小而鈍的峰，為伸縮振動峰。④在671 cm-1左右，都有一鈍峰，為C-H彎曲振動峰，伸縮振動峰。

由圖1和表1可知，兩種植物均在3 401～3 359 cm-1附近出現(xiàn)N-H與O-H的分子間氫鍵締合的振動峰，且該峰的吸光度極高，說明醇和酚類含量較高，推測葉片中存在一定量的氨基酸[5]，且紫鴨跖草葉片氨基酸含量相對較高。

2 924～2 918 cm-1附近的吸收峰，表明兩種植物葉片中萜烯類化合物含量較高。萜烯類化合物主要作為植物揮發(fā)物質(zhì)的形式存在，擺放于室內(nèi)對空氣環(huán)境具有一些影響。兩種植物在1 067～1 057 cm-1有共同的吸收峰，證明它們都含有揮發(fā)油成分。揮發(fā)油[6，7]亦稱精油， 是一類具揮發(fā)性、可隨水蒸氣蒸餾出來的油狀液體的總稱， 多具香氣，廣泛分布于中藥材中， 含有豐富的化學(xué)成分， 有多方面的功效。

紅外光譜法測定木蘭科植物和竹類植物分類研究中 ，在吸收峰895 cm-1附近處為纖維素[8]的環(huán)振動產(chǎn)生的 C-H 變形峰，700 cm-1附近為木質(zhì)素中C-H平面彎曲振動吸收。在波長670～671 cm-1處，它們也有共同的吸收峰，證明了這是在遠(yuǎn)紅光植物葉片內(nèi)的纖維素而引起的吸收峰。

根據(jù)以上分析整理得表2。紫鴨跖草、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所對應(yīng)物質(zhì)的主要?dú)w屬分別為醇類或酚類、烷烴類、烯烴類、烷烴類，所對應(yīng)的成分為氨基酸或蛋白質(zhì)、萜烯化合物、揮發(fā)油、纖維素類等物質(zhì)。

2.2水竹梅葉片中吸收峰和對應(yīng)基團(tuán)及其成分

由圖1可知，除與紫鴨跖草相同的吸收峰外，水竹梅還具有特征峰1 631、1 380、618 cm-1。 其中，1 700 cm-1左右波峰為乙酸香葉酯[9]特征吸收頻率。乙酸香葉酯是一種藥物，有玫瑰和熏衣草香氣的無色至淡黃色液體，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處具有特殊吸收峰，所以它含有乙酸香葉酯這種物質(zhì)，對香精配制具有作用。1 380 cm-1附近的吸收峰來自飽和烴的C-H彎曲振動，是各種脂類物質(zhì)等化合物（膜和胞壁）[10]的吸收峰，說明水竹梅葉片內(nèi)含有三萜類化合物。618 cm-1處出現(xiàn)吸收強(qiáng)度較弱的吸收峰，這是由C-H彎曲（面外）振動的炔烴類物質(zhì)引起的，是一種特殊的脂類物質(zhì)。

根據(jù)表1，水竹梅的特征峰1 631、1 380、618 cm-1所對應(yīng)物質(zhì)的主要?dú)w屬為α，β-不飽和酮、烷烴類、炔烴類等，所對應(yīng)的成分為乙酸香葉酯、萜類化合物、脂類等物質(zhì)（表3）。

2.3紫鴨跖草葉片中吸收峰和對應(yīng)官能團(tuán)及其成分

由圖1可知，除與水竹梅相同的吸收峰外，紫鴨跖草還具有特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1。其中，峰值在2 849 cm-1附近為乙酰酯的羰基振動所致，該特征峰峰形陡峭，同時，該處出現(xiàn)強(qiáng)度較高、峰形稍寬的C=O鍵與C=C鍵共軛的吸收峰，表明其葉片中也含有少量的酯羰基，結(jié)合在2 923 cm-1處是脂肪的甲基不對稱伸縮振動，表明其葉片中含有一定量脂肪類化合物。1 641 cm-1處特征峰，表明其葉片中含有蘆丁等黃酮類物質(zhì)[11]。這種物質(zhì)在抗菌防病等方面起著重要作用，故紫鴨跖草具有特殊的藥用價值。1 417 cm-1處特征峰，表明紫鴨跖草內(nèi)含有芳香族化合物，這類芳香族化合物在生態(tài)系中參與碳素循環(huán)并引起植物芳香，是紫鴨跖草葉片內(nèi)的特有物質(zhì)。1 319 cm-1處的特征峰，是葉片內(nèi)的核酸物質(zhì)所引起的，因?yàn)槿~綠體和線粒體內(nèi)含有遺傳物質(zhì)，所以葉片成分內(nèi)有核酸類物質(zhì)。

根據(jù)表1，紫鴨跖草的特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1所對應(yīng)物質(zhì)的主要?dú)w屬為烷烴類、芳酮類、烷烴類、羥酸或酮等，所對應(yīng)的成分為脂類化合物、蘆丁等黃酮類物質(zhì)、芳香族化合物、核酸等物質(zhì)（表4）。

3討論與結(jié)論

3.1水竹梅和紫鴨跖草的紅外光譜波形相似

兩種植物共有4個相同的紅外光譜吸收峰峰值，可見含有的相同成分較多。分析原因可能是水竹梅和紫鴨跖草都屬于鴨跖草科的草本植物，所以在生理生化特性、次生物質(zhì)代謝等多種方面具有一定相似性。其中，兩種植物在3 401～3 359、2 924～2 918 cm-1范圍內(nèi)有相同的吸收峰，表明其揮發(fā)物中烯萜類化合物含量較高，這類物質(zhì)可做農(nóng)藥。孟雪等[12]在研究吊金錢和鴨跖草揮發(fā)物主要成分的抑菌作用中指出，鴨跖草科植物的揮發(fā)物中莰烯、α-蒎烯和桉樹腦3種萜烯化合物含量很高。3種揮發(fā)物單體作為農(nóng)用、醫(yī)用殺菌劑的應(yīng)用范圍和前景較廣。它們的揮發(fā)物可做殺菌物質(zhì)，所以它們長時間擺放在室內(nèi)會對人體健康造成危害。

5-磷酸核酮糖單磷酸途（RuMP）是與甲醛同化作用有關(guān)的一條代謝途徑[13]，對甲醛的脫毒有重要貢獻(xiàn)，6-磷酸己酮糖合成酶和6-磷酸果糖異構(gòu)酶是RuMP中固定甲醛的關(guān)鍵酶。兩種植物在3 401～3 359 cm-1附近有相同吸收峰，主要?dú)w屬是醇類和酚類物質(zhì)，是氨基酸類的蛋白質(zhì)成分，推測葉片內(nèi)部含有某種與甲醛反應(yīng)的酶，此類酶屬于蛋白質(zhì)。所以證明了兩種植物含有這些蛋白質(zhì)類的反應(yīng)酶。此類物質(zhì)與甲醛反應(yīng)有關(guān)，即得出兩種植物對甲醛等有害氣體的吸收作用較好。

3.2水竹梅和紫鴨跖草化學(xué)成分的差異

除以上4處相同的紅外光譜吸收峰外，水竹梅有3處特殊吸收峰，而紫鴨跖草也具有4處特殊吸收峰。這決定了兩者在基團(tuán)和成分上具有差異，其中紫鴨跖草有黃酮類物質(zhì)存在，表明其具有一定的藥用價值。

3.3有關(guān)植物葉片成分測定和含量確定的新方法

暨南大學(xué)藥學(xué)院中藥及天然藥物研究所利用常規(guī)柱色譜及半制備高效液相色譜等手段相結(jié)合，對紫鴨跖草化學(xué)成分進(jìn)行分離純化，研究顯示，紫鴨跖草的化學(xué)成分分析過程中，發(fā)現(xiàn)其中包括有無色油狀物、黃色油狀物，表明紫鴨跖草中的確含有油脂類物質(zhì)[14]。本研究利用簡單的紅外光譜測定法，便可測得紫鴨跖草葉片當(dāng)中含有脂類化合物，測試結(jié)果準(zhǔn)確，方法簡便易操作。因此，采用紅外光譜分析法對植物葉片成分進(jìn)行測定較為適宜。此外，紅外光譜分析法可根據(jù)峰面積推測植物葉片中物質(zhì)含量是否豐富，可為判斷該植物能否作為一種專門的藥用植物進(jìn)行種植及提取藥物成分提供參考。

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