不同地理分布的南方紅豆杉紅外光譜分析

林尤山等

摘要：使用傅里葉紅外光譜（FTIR）對(duì)南方紅豆杉[（Taxus wallichiana var. mairei （Lemée & Léveillé.） L. K. Fu & Nan Li）]樣本進(jìn)行了檢測(cè)和分析。結(jié)果表明，9個(gè)南方紅豆杉樣本的主要共有吸收峰一致，部分共有峰在不同樣本中的峰相對(duì)強(qiáng)度有一定的差異。經(jīng)對(duì)葉、樹(shù)皮和木材不同部位紅外光譜進(jìn)行比較，葉在2 850 cm-1處獨(dú)有的C-H彎曲振動(dòng)吸收峰、樹(shù)皮在1 741～1 730 cm-1范圍內(nèi)無(wú)明顯吸收峰，這些特征可作為部位間識(shí)別的光譜特征。葉和樹(shù)皮波數(shù)在1 620 cm-1位置的較強(qiáng)吸收峰強(qiáng)度、在1 151～1 146 cm-1范圍內(nèi)有明顯的吸收峰，可以反映出紫杉醇在樹(shù)皮和葉樣本中的含量明顯高于木材。此外，經(jīng)過(guò)對(duì)3個(gè)產(chǎn)地南方紅豆杉樣本的比對(duì)，證明產(chǎn)地間樣本的紅外圖譜具有一定的差異，主要體現(xiàn)在峰形、特征吸收峰的數(shù)量及強(qiáng)度等方面。

關(guān)鍵詞：南方紅豆杉[（Taxus wallichiana var. mairei （Lemée & Léveillé.） L. K. Fu & Nan Li）]；傅里葉紅外光譜；紫杉醇；特征峰

中圖分類(lèi)號(hào)：S791.49；O657.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）17-4217-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.17.028

傅里葉紅外光譜（FTIR）在有機(jī)化學(xué)研究中應(yīng)用非常廣泛，其原理是有機(jī)物中組成化學(xué)鍵或官能團(tuán)的原子用紅外光照射時(shí)可發(fā)生振動(dòng)吸收，并在紅外光譜上處于不同位置，從而可獲得分子中含有何種化學(xué)鍵或官能團(tuán)的信息[1]。近年來(lái)在中藥識(shí)別與鑒定、植物生理生化檢測(cè)、木材的結(jié)構(gòu)與性能研究[2-7]，以及動(dòng)物毛發(fā)鑒定[8]中均有一定的應(yīng)用，中藥研究中經(jīng)常使用紅外光譜分析對(duì)不同產(chǎn)地的藥材進(jìn)行分析鑒定[9-11]。然而對(duì)同一植物不同部位的紅外光譜差異研究則較少，楊永安等[4]比較了野生鐵核桃葉和花的紅外光譜圖的異同，二者在1 700～500 cm-1區(qū)間的紅外光譜圖形狀不同，反映葉和花的化學(xué)成分存在一定的差異。

南方紅豆杉[（Taxus wallichiana var. mairei （Lemée & Levéillé.） L. K. Fu & Nan Li）]，屬紅豆杉科（Taxaceae）紅豆杉屬（Taxus），是中國(guó)特有的瀕危樹(shù)種，主產(chǎn)于四川、云南、貴州等地，在江蘇、福建等地亦有栽培；其木材心材橘紅色，紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，是價(jià)值昂貴的木材，枝、葉和樹(shù)皮中含有抗癌成分紫杉醇（Taxol）[6，7]，現(xiàn)為國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物。圍繞南方紅豆杉開(kāi)展的研究工作一部分集中于其種群結(jié)構(gòu)、分布與進(jìn)化等方面[12-14]，另一方面則主要是使用薄層色譜等分析方法對(duì)南方紅豆杉主要成分紫杉醇的結(jié)構(gòu)、種類(lèi)，及其在枝、葉、樹(shù)皮中的分布動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究[15-18]，但使用紅外光譜技術(shù)對(duì)南方紅豆杉進(jìn)行產(chǎn)地和不同部位成分比較的研究則較少[5]。為此，對(duì)不同地理分布的南方紅豆杉應(yīng)用紅外光譜進(jìn)行分析，以期對(duì)南方紅豆杉資源的保護(hù)和利用提供參考。

1 材料與方法

從福建省漳州、貴州省遵義市、江蘇省南京市采集南方紅豆杉的樹(shù)葉、樹(shù)皮、木材的樣本，分別標(biāo)記為FL、FB、FW、GL、GB、GW、JL、JB、JW。9個(gè)樣本研磨過(guò)100目篩，真空干燥后制樣，獲得紅外光譜圖。

樣品測(cè)試在美國(guó)Nicolet公司的Nicolet 7199型FTIR傅里葉紅外光譜儀上完成，使用KBr壓片法制樣；測(cè)試波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，儀器分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32次。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅外吸收峰的共有峰

經(jīng)紅外光譜儀測(cè)定得到了南方紅豆杉9個(gè)樣本的光譜圖見(jiàn)圖1，4 000～1 000 cm-1范圍內(nèi)的主要吸收峰見(jiàn)表1。共有峰定義為2個(gè)及以上樣品在相同的波數(shù)范圍內(nèi)（波數(shù)差異遠(yuǎn)小于與其相鄰組之間的波數(shù)差值）同時(shí)都具有的波峰[19]。在表1中，如 2 918 cm-1對(duì)應(yīng)的這組峰，組內(nèi)最大波數(shù)差是8 cm-1，與臨近的前后兩組峰的波數(shù)差分別為511 cm-1和64 cm-1，波數(shù)差明顯大于8 cm-1。因此，2 918 cm-1對(duì)應(yīng)的這組峰是共有峰。9個(gè)樣本的共有吸收峰主要體現(xiàn)在多糖、醇類(lèi)物質(zhì)中3 429～3 402 cm-1處的O-H鍵的伸縮振動(dòng)、2 925～2 917 cm-1處的C-H伸縮振動(dòng)、1 622～1 617 cm-1處的共軛C=O伸縮振動(dòng)和1 078～1 033 cm-1附近的C-O伸縮振動(dòng)的強(qiáng)吸收峰；以及2 924～2 917cm-1處的C-H伸縮振動(dòng)和1 443、1 317 cm-1等處附近的中強(qiáng)吸收峰。

共有峰在不同樣本中的峰相對(duì)強(qiáng)度具有一定的差異，如葉（GL、FL、JL）和樹(shù)皮（GB、FB、JB）樣本的最強(qiáng)峰主要是3個(gè)位置，3 400、1 620、1 051 cm-1區(qū)域；木材（GW、FW、JW）樣本的最強(qiáng)峰只有3 400 cm-1和1 051 cm-1區(qū)域，1 620 cm-1附近吸收峰則只有中等強(qiáng)度，體現(xiàn)了南方紅豆杉不同部位的紅外光譜差異。

2.2 3個(gè)部位的紅外光譜比較

南方紅豆杉的各部位中均具有紅豆杉屬植物的特有成分紫杉醇的系列物質(zhì)，其化合物母核上常含有羥基、羧基、烯羥基等取代基，其紅外光譜在波數(shù)3 400、1 635～1 610、1 375、1 245、1 060 cm-1等處的吸收峰能反映其結(jié)構(gòu)特征。孔德鑫等[20]、李林軒等[21]研究認(rèn)為，波數(shù)1 142、1 106、1 060 cm-1等特征峰和紫杉醇含量密切相關(guān)，所以本文中對(duì)這些位置進(jìn)行了重點(diǎn)比較。通過(guò)對(duì)同株紅豆杉不同部位的紅外光譜圖進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，不同部位間主要吸收峰的位置是比較接近的，而較小強(qiáng)度的吸收峰存在差異。

樹(shù)葉（GL、FL、JL）的紅外光譜有明顯的差異吸收峰，說(shuō)明是有其他的組分需要進(jìn)一步進(jìn)行分析。2 850 cm-1處是3個(gè)樹(shù)葉樣本（GL、FL、JL）獨(dú)有的C-H彎曲振動(dòng)吸收峰，而其他兩個(gè)部位樹(shù)皮和木質(zhì)部在該部分均沒(méi)有形成明顯的吸收峰，可以把這個(gè)2 850 cm-1特征峰作為南方紅豆杉樹(shù)葉部位的指示峰，來(lái)區(qū)別于其他兩個(gè)部位。

3個(gè)木材（GW、FW、JW）樣本在1 741～1 738 cm-1處有明顯的吸收峰，葉（GL、FL、JL）的3個(gè)樣本在1 734～1 730 cm-1處也有吸收峰出現(xiàn)，只是其中的GL樣本的峰強(qiáng)較?。欢鴺?shù)皮（GB、FB、JB）在該區(qū)域只有一定的峰形波動(dòng)而沒(méi)有形成明顯的吸收峰，說(shuō)明木材和葉中含有較多的已酰基。

樹(shù)葉和樹(shù)皮樣本在表征共軛C=O伸縮振動(dòng)的1 623～1 617 cm-1部位的吸收峰明顯，為譜圖中第二強(qiáng)峰（GL、GB、FL、FB）或者第三強(qiáng)峰（JL、JB）；同時(shí)，3個(gè)產(chǎn)地的葉樣本在1 148～1 146 cm-1、樹(shù)皮樣本在1 151或1 144 cm-1部位均有明顯吸收峰，而木材樣本只有江蘇（JB）樣本有較小吸收峰，這些表征紫杉醇的吸收峰分布和紫杉醇在葉、樹(shù)皮中的分布高于木材中的規(guī)律相吻合[20]。

2.3 不同產(chǎn)地的紅外光譜圖分析

植物中的蛋白質(zhì)、酯類(lèi)和糖類(lèi)均具有的官能團(tuán)吸收峰在1 060 cm-1附近區(qū)域，是主要的吸收峰之一，3個(gè)不同產(chǎn)地的紅豆杉樣本在該區(qū)域表現(xiàn)出較小的峰形和峰位置上的差異。江蘇的3個(gè)部位樣本分別在1 053和1 076（JF）cm-1、1 056和1 078（JB）cm-1、 1 060和1 034（Jw）cm-1處形成明顯的峰強(qiáng)接近的對(duì)稱(chēng)雙峰；福建的木材樣本（Fw）在1 033和1 057 cm-1有明顯的雙峰、葉樣本（FL）在1 101和1 057 cm-1處形成不對(duì)稱(chēng)雙峰，1101 cm-1成為了肩峰，而在樹(shù)皮（FB）中1 057 cm-1位置形成單峰，附近有吸收峰的波動(dòng)；來(lái)自貴州省的南方紅豆杉樣本的3個(gè)部分則分別在1 070（Gw）、1 051（GF）、1 057（GB）cm-1形成明顯的單峰。

比較3個(gè)產(chǎn)地葉樣本的差異主要體現(xiàn)在，江蘇采集樣本（JL）在1 651 cm-1處特有的表征C=O伸縮振動(dòng)峰，并和1 618 cm-1吸收峰形成了雙峰；貴州和福建樣本則在1 622（GL）和1 623（FL）cm-1處只形成了單峰；在1 540～1 145 cm-1范圍內(nèi)，3個(gè)產(chǎn)地分別形成了8個(gè)（GL）、6個(gè)（JL）、4個(gè)（FL）峰強(qiáng)較小的吸收峰。

3個(gè)產(chǎn)地南方紅豆杉木材的主要結(jié)構(gòu)的紅外光譜特征是非常穩(wěn)定的，只存在較少數(shù)量差異峰，這也可能是采樣的木材樹(shù)齡不同，木質(zhì)部結(jié)構(gòu)處于不同的發(fā)育階段。福建和江蘇樣本在表征C-H 芳香族面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收峰1 030 cm-1處有明顯吸收峰，并和1 060 cm-1附近吸收峰形成雙峰，貴州樣本在1 030 cm-1處只有一定的波動(dòng)，但是沒(méi)有明顯的吸收峰；南京樣本在1 155 cm-1處形成了較小的吸收峰，其他兩個(gè)來(lái)源樣本只有較小的波動(dòng)未形成吸收峰。在1 530～1 215 cm-1范圍內(nèi)分別形成了7個(gè)（FW）、5個(gè)（GW）、7個(gè)（JW）吸收峰，這些不同也可以反映出一定的產(chǎn)地差異。

3 小結(jié)與討論

紅外光譜是研究樹(shù)木結(jié)構(gòu)和成分的一種有效分析手段，可應(yīng)用于珍稀樹(shù)種的研究分析，經(jīng)過(guò)對(duì)4 000～1 000 cm-1范圍內(nèi)的主要吸收峰進(jìn)行比對(duì)得出以下結(jié)論。

1）9個(gè)南方紅豆杉樣本的主要共有吸收峰一致，最強(qiáng)峰主要是3 400、1 620、1 051 cm-1區(qū)的1～3個(gè)吸收峰，部分共有峰在不同樣本中的峰相對(duì)強(qiáng)度具有一定的差異。

2）經(jīng)過(guò)對(duì)南方紅豆杉葉、樹(shù)皮和木材不同部位的比較，每個(gè)部位均有特有的圖譜特征，如葉在2 850 cm-1處獨(dú)有的C-H彎曲振動(dòng)吸收峰，可作為葉部位的指示峰；1 741～1 730 cm-1范圍內(nèi)木材和葉樣本均有明顯的吸收峰，樹(shù)皮在該區(qū)域只有一定的峰形波動(dòng)而沒(méi)有形成明顯的吸收峰。

3）1 620 cm-1位置的吸收峰在葉和樹(shù)皮樣本中為第二或第三強(qiáng)峰，但是在木材樣本中則為中等強(qiáng)度吸收峰；葉樣本在1 148～1 146 cm-1、樹(shù)皮樣本在1 151或1 144 cm-1部位均有明顯吸收峰，而木材樣本只有江蘇（JW）樣本有較小吸收峰，反映出木材樣本中的紫杉醇含量低于樹(shù)皮和葉。

4）經(jīng)過(guò)對(duì)3個(gè)產(chǎn)地南方紅豆杉樣本的比對(duì)，產(chǎn)地間具有一定的差異。具體為福建和江蘇的樣本多在1 080～1 050 cm-1范圍內(nèi)形成了雙峰，而貴州省3個(gè)樣本分別形成明顯的單峰；江蘇葉樣本（JL）在1 651 cm-1和1 618 cm-1處形成了雙峰，GL 和FL樣本則只形成了單峰；3個(gè)產(chǎn)地的葉樣本在1 140-1 545 cm-1范圍內(nèi)分別形成了8個(gè)（GL）、 6個(gè)（JL）、 4個(gè)（FL）峰強(qiáng)較小的吸收峰；3個(gè)木材樣本在1 515～1 230 cm-1范圍內(nèi)分別形成了7個(gè)（FW）、5個(gè)（GW）、 7個(gè)（JW）吸收峰，這些圖譜差異可以在一定程度上反映產(chǎn)地的不同，而相對(duì)貴州來(lái)說(shuō)，福建和江蘇樣本的圖譜更為接近。

綜上所述，南方紅豆杉的葉和樹(shù)皮紅外光譜產(chǎn)地間具有一定的差異，木材的譜圖則差異較小，地理分布對(duì)樹(shù)種中主要化學(xué)成分含量和分布具有一定的影響，但這是一個(gè)復(fù)雜的生理、生化過(guò)程，在今后的研究中將充分考慮其他因素對(duì)該樹(shù)種不同部位的紅外光譜研究，以為南方紅豆杉這一珍貴樹(shù)種的保護(hù)與利用提供理論支持。

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