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行成分分析。結果表明：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，對應的成分為氨基酸或蛋白質、萜烯化合物、揮發油、纖維素類物質。此外，水竹梅還具有特征峰1 631、1 380、618 cm-1，對應的成分為乙酸香葉酯、萜類化合物、脂類物質；紫鴨跖草還具有特征峰2 849、1 641、1 417、1 319 cm-1，對應的成分為脂類化合物、蘆丁等黃酮類物質、芳香族化合物、核酸類物質。

關鍵詞：水竹梅；紫鴨跖草；紅外光譜；葉片成分

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

紅外光譜分析技術可廣泛用于谷物、果蔬、觀賞類植物等多種農產品的化學成分分析、物理學品質分析、色度學品質分析，可作為核心技術構建我國農產品光學快速無損檢測體系，其研究領域和應用范圍也越來越廣。國內外學者已在紅外光譜無損檢測農產品品質方面進行了許多研究，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，易繁殖，成本低，可用于綠化室外環境，改善呆板的城市景觀，使城市更加美觀、更富有生機[3]。水竹梅和紫鴨跖草均對室內有毒氣體的凈化具有重要作用，既可以對氨氣、甲醛等室內有毒氣體進行凈化吸收[4]，還能進行光合降低室內二氧化碳的濃度，具有生態化的良好功效。有關水竹梅和紫鴨跖草葉片成分分析及安全擺放的研究報道較少。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以及是否具有藥用價值，為其安全使用和進一步開發利用提供依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料取自盆栽水竹梅和紫鴨跖草的扦插繁殖苗， 栽培基質為泥碳土，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移至FW-5壓片機中放平，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行中紅外掃描，得到紅外光譜圖，并進行比較分析，通過查閱主要基團紅外特征吸收峰值表，歸納得出兩種植物葉片所含化學成分所具有的基團。

2結果與分析

2.1兩種植物葉片中相同吸收峰和對應基團及其成分

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

①在3 401～3 359 cm-1，均有一寬峰，強度較大，為伸縮振動峰。②在2 920 cm-1左右，均有一銳鋒，強度較弱，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物質的形式存在，擺放于室內對空氣環境具有一些影響。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油成分。揮發油[6，7]亦稱精油， 是一類具揮發性、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]的環振動產生的 C-H 變形峰，700 cm-1附近為木質素中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，證明了這是在遠紅光植物葉片內的纖維素而引起的吸收峰。

根據以上分析整理得表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所對應物質的主要歸屬分別為醇類或酚類、烷烴類、烯烴類、烷烴類，所對應的成分為氨基酸或蛋白質、萜烯化合物、揮發油、纖維素類等物質。

2.2水竹梅葉片中吸收峰和對應基團及其成分

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，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，是各種脂類物質等化合物（膜和胞壁）[10]的吸收峰，說明水竹梅葉片內含有三萜類化合物。618 cm-1處出現吸收強度較弱的吸收峰，這是由C-H彎曲（面外）振動的炔烴類物質引起的，是一種特殊的脂類物質。

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

2.3紫鴨跖草葉片中吸收峰和對應官能團及其成分

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，該處出現強度較高、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[11]。這種物質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，表明紫鴨跖草內含有芳香族化合物，這類芳香族化合物在生態系中參與碳素循環并引起植物芳香，是紫鴨跖草葉片內的特有物質。1 319 cm-1處的特征峰，是葉片內的核酸物質所引起的，因為葉綠體和線粒體內含有遺傳物質，所以葉片成分內有核酸類物質。

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

3討論與結論

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范圍內有相同的吸收峰，表明其揮發物中烯萜類化合物含量較高，這類物質可做農藥。孟雪等[12]在研究吊金錢和鴨跖草揮發物主要成分的抑菌作用中指出，鴨跖草科植物的揮發物中莰烯、α-蒎烯和桉樹腦3種萜烯化合物含量很高。3種揮發物單體作為農用、醫用殺菌劑的應用范圍和前景較廣。它們的揮發物可做殺菌物質，所以它們長時間擺放在室內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的一條代謝途徑[13]，對甲醛的脫毒有重要貢獻，6-磷酸己酮糖合成酶和6-磷酸果糖異構酶是RuMP中固定甲醛的關鍵酶。兩種植物在3 401～3 359 cm-1附近有相同吸收峰，主要歸屬是醇類和酚類物質，是氨基酸類的蛋白質成分，推測葉片內部含有某種與甲醛反應的酶，此類酶屬于蛋白質。所以證明了兩種植物含有這些蛋白質類的反應酶。此類物質與甲醛反應有關，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和成分上具有差異，其中紫鴨跖草有黃酮類物質存在，表明其具有一定的藥用價值。

3.3有關植物葉片成分測定和含量確定的新方法

暨南大學藥學院中藥及天然藥物研究所利用常規柱色譜及半制備高效液相色譜等手段相結合，對紫鴨跖草化學成分進行分離純化，研究顯示，紫鴨跖草的化學成分分析過程中，發現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[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中含有脂類化合物，測試結果準確，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行測定較為適宜。此外，紅外光譜分析法可根據峰面積推測植物葉片中物質含量是否豐富，可為判斷該植物能否作為一種專門的藥用植物進行種植及提取藥物成分提供參考。

參考文獻：

[1]陳苗，金松恒，黃堅欽，等.近紅外光譜技術在植物組分與特性研究中的應用[J].科技通報，2011，27（1）：38-44.

[2]笛子.水竹草[J].中國花卉盆景，2004（9）：12.

[3]龐松齡，王啟燕. 漫談鴨趾草類觀葉植物[J].北方園藝，2000（5）：55.

[4]于洋.幾種觀葉植物對室內氨氣污染的凈化研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2009.

[5]張勇，李鵬，李彩霞，等.甘肅白刺屬3種植物葉片營養成分含量的測定與分析[J]. 草業科學，2007，24（7）：37-39.

[6]黃昊，孫素琴，許錦文，等.藥用植物化學分類法與紅外指紋圖譜的相關性研究[J].光譜學與光譜分析，2003，23（2）：253-257.

[7]黃羅生，顧燕飛，李紅.中藥揮發油及芳香性藥物的研究進展[J]. 中國中藥雜志，2009，34（12）：1605-1611.

[8]李倫. 基于傅里葉變換紅外光譜的木蘭科植物和竹類植物分類研究[D].昆明：云南師范大學，2013.

[9]葉文. 光譜法檢測物質成分的方法研究[D].長春：長春理工大學，2008.

[10]胡凇月.淺析紅外光譜法鑒別纖維成分[J].天津紡織科技，2010 （1）：39-40.

[11]楊靜怡，陶興月.中紅外光譜法在林木種子化學品質檢驗中的應用[J].河北林業科技，2015（1）：75-80.

[12]孟雪，王志英，孟慶敏，等. 吊金錢和鴨跖草揮發物主要成分的抑菌作用[J]. 河南農業科學，2015，44（8）：87-91.

[13]殷飛.觀賞植物甲醛代謝途徑的遺傳工程[D]. 昆明：昆明理工大學，2007.

[14]袁紅娥，周興棟，孟令杰，等.鴨跖草的化學成分研究[J].中國中藥雜志，2013，38（19）：3304-3308.