全 文 ：云南大学学报 (自然科学版), 2007 , 29 (S1):205 ～ 209 CN 53-1045/N　ISSN 0258-7971
Journal of Yunnan University
紫茎泽兰和飞机草茎 、叶若干成分含量的
测定及红外光谱比较
张黎华1 , 2
(1.中国科学院 西双版纳热带植物园昆明分部 ,云南 昆明　650223;2.中国科学院 研究生院 ,北京　100049)
摘要:采用非木质造纸原料成分分析法测定了 2 种恶性入侵杂草紫茎泽兰和飞机草茎干和叶片中若干组
分的含量 , 并比较了 2 者茎干和叶片红外吸收光谱和热水抽提液的紫外吸收光谱.结果表明 , 2 种植物茎干中
的纤维素 、综纤维素和木素等含量高于叶片中的含量 , 而冷热水等抽出物的含量则低于叶片.因紫茎泽兰和飞
机草茎 、叶含有在 205 nm 处有较大吸收峰的抽出物 ,不宜采用造纸原料测定酸溶木素的方法来测定紫茎泽兰
和飞机草酸溶木素的含量.飞机草茎干中克拉森木素以及综纤维素含量高于紫茎泽兰 ,而茎干中硝酸乙醇纤维
素含量相近.2者茎干中纤维素含量与玉米秆相当 , 表明具有开发利用作为造纸和生物质原料的潜力.对二者
茎 、叶红外光谱分析表明 2 者化学结构基团组成具有高度相似性.
关键词:紫茎泽兰;飞机草;防治和利用;纤维素;综纤维素;木素
中图分类号:S 719.24　　文献标识码:A　　文章编号:0258-7971(2007)S1-0205-05
　　紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)和飞机
草(Chromolaena odorata)是 2 种在热带和亚热带
地区广泛分布的恶性入侵杂草 ,严重影响入侵地区
农林牧业生产并胁到本土植物的生长及入侵地区
的生物多样性资源 ,恶化环境[ 1] .目前 ,已经采用
了多种方法来防治这 2种杂草 ,但效果都不明显.
而对杂草的开发利用也是 1种可行的防治方法 ,已
有一些将紫茎泽兰和飞机草用作有机肥[ 2 , 3] 、用紫
茎泽兰生产饲料[ 4] 、制造纤维板[ 5] 、发酵生产沼
气[ 6]等的报道.为进一步更好地利用紫茎泽兰和
飞机草 ,探讨这 2种杂草是否具有开发利用为造纸
和生物质原料的价值 ,本文采用非木质造纸原料成
分分析法分别测定了紫茎泽兰和飞机草茎干及叶
片中的若干种物质的含量 ,并比较了 2者的红外吸
收光谱和水抽提液的紫外吸收光谱.
1　实验材料和方法
1.1　实验材料　紫茎泽兰 、飞机草分别取自云南
临沧和西双版纳 ,为多年生植株 ,甘蔗渣取自广西.
原料经过自然风干后粉碎过筛 ,取粒径范围为 0.
25 ～ 0.38 mm部分进行各物质含量测定 ,取粒径小
于 0.18 mm部分进行红外光谱扫描.
1.2　实验方法　实验测定的各项物质 ,包括水分 、
灰分 、木素 、综纤维 、冷热水抽提物 、1 %NaOH 抽
提物及苯醇抽提物 ,均按相关国家标准测定(GB/T
2677.2—1993 ～ GB/ T 2677.10—1995);纤维素按
硝酸 -乙醇法测定[ 7] .紫外光谱的测定采用
UV800 型紫外-可见分光光度计.红外光谱按
KBr压片法测定 ,采用 NICOLET560 傅立叶变换
红外光谱仪(分辨率为 0.35 cm-1).
2　结果与讨论
2.1　紫茎泽兰与飞机草茎 、叶若干物质含量　植
物纤维的三大组成高分子物质是纤维素 、半纤维素
和木素.纤维素是由吡喃式葡萄糖通过 β -1 ,4 糖
苷键结合形成的线性大分子 ,是纸浆的主要成分 ,
同时也是由植物原料水解生产葡萄糖的主要原料.
紫茎泽兰和飞机草茎干中纤维素含量明显高于叶
片中纤维素含量 ,介于玉米秆和甘蔗渣纤维素含量
之间(表 1).国内外采用玉米秆制浆和生产可发酵
糖已有较多研究 ,可见 ,将紫茎泽兰和飞机草茎干
用于制浆造纸可能是实现这 2 种杂草防治和利用
收稿日期:2006-12-27
　作者简介:张黎华(1982-　),女 ,云南人 ,硕士生,主要从事入侵生态学方面的研究.
的一个方法.综纤维素是植物原料中碳水化合物的
总和 ,包括纤维素和半纤维素 ,水解后生成还原糖 ,
可用于发酵生产乙醇等化工产品.紫茎泽兰和飞机
草都具有较高的综纤维素含量(表 1),可将其用于
水解生产可发酵糖.木素是由苯丙烷单元组成的无
定形高分子物质 ,木素含量越高 ,表明植物体木质
化程度越高 ,植物茎干中木素含量一般远高于叶片
中的木素含量.实验结果表明 ,飞机草茎干比紫茎
泽兰茎干具有更高的木质素含量.植物原料总木素
包含酸不溶木素(克拉森木素)和酸溶木素 ,由于紫
茎泽兰和飞机草中含有的一些在 205 nm 处有较大
吸收峰的抽出物(图 1),会对测定酸溶木素造成干
扰 ,因此不能按照 GB/ T10337 —1989的方法来测
定这 2种植物中的酸溶木素含量.
a.热水抽提液(稀释 10 倍)　　　　　　　　　　　　b.苯醇抽提后热水抽提液(稀释 10 倍)
c.苯醇抽提后 3%硫酸抽提液(稀释 4 ～ 20 倍)
1:紫茎泽兰叶片;2:飞机草叶片;3:紫茎泽兰茎干;
4:飞机草茎干;5:甘蔗渣.
图 1　紫茎泽兰与飞机草茎干和叶片不同抽提液的紫外光
谱扫描图
Fig.1 The UV spectrums of different extractive in the stems
and leaves of E .adenophorum and C.odorata
表 1　紫茎泽兰与飞机草茎 、叶各物质含量及与几种木质纤维原料的比较
Tab.1 The contents of some components in the stems and leaves of E.adenophorum and C.odorata ,
and comparison with o ther lignocelluloses
指标 紫茎泽兰 飞机草茎干 叶片 茎干 叶片 玉米秆 麦草 甘蔗渣
w(纤维素)/ % 37.14 12.56 37.72 9.12 37.68 40.40 44.98
w(综纤维素)/ % 66.22 41.15 71.55 36.53 　— 　— 76.76
w(克拉森木素)/ % 16.42 13.9 20.74 12.87 18.38 22.34 18.45
w/(灰分)/% 4.52 9.38 2.78 10.06 4.66 6.04 1.38
1% NaOH 抽提物 w/ % 47.54 84.15 33.07 83.37 45.62 44.56 34.2
水抽提物 w/ % 冷水 18.16 29.66 18.54 35.96 10.65 5.36 2.15热水 18.12 41.37 17.23 38.47 20.40 23.15 5.16
苯醇抽提物 w/ % 8.86 18.55 2.73 16.68 0.56 0.51 3.17
玉米秆和麦草数据引自文献[ 8]
206 云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第 29 卷
　　紫茎泽兰和飞机草地上部分灰分含量均高于
2%,与禾本科植物类似 ,主要成分为 SiO2[ 8] ,此
外 ,2者叶片的灰分含量均高于其茎干部分的灰分
含量.植物纤维原料中水抽出物的成分主要为部分
无机盐 、糖 、植物碱 、环多醇 、单宁 、色素等溶于水的
成分 , 2种植物茎干的冷 、热水抽出物含量相近 ,而
叶片热水抽出物含量远大于冷水抽出物含量.1%
NaOH 抽出物除包含上述水抽出物的成分外 ,还有
部分木素 、聚戊(己)糖 、树脂酸及糖糠醛等 ,其含量
越高 ,在一定程度上可以说明原料受到光 、热 、氧化
或细菌等作用而变质或腐朽的程度越高.从表 1可
看出 , 紫茎泽兰茎干的 1%NaOH 抽出物含量较
高 ,与稻麦草 1%NaOH 抽出物含量(40%～ 50%)
相当 ,而飞机草茎干的 1%NaOH 抽出物含量与甘
蔗渣的相当.有机溶剂抽出物可作为原料中树脂成
分(包括萜烯类化合物 、芪 、黄酮类化合物及其他芳
香族化合物)含量的代表 ,目前已从紫茎泽兰的茎
枝 、叶和花序的脂溶性提取物中共分离鉴定出 49
种化合物 ,主要化学结构类型有倍半萜类 、甾体和
三萜类 、黄酮类 、苯丙素酚类等[ 9] ,而从飞机草植
株有机溶剂抽提物中 ,已分离鉴定出黄酮类[ 10] 、甾
体[ 11] 、萜类 、烷烃类[ 12]等共 60 多种化合物.实验
中测定了其苯醇抽提物含量 ,结果是 2种植物叶片
的苯醇抽提物含量均明显高于其茎干 ,表明叶片较
茎干含有更多苯醇溶物.
通过测定这 2种植物的若干组分 ,并与常见的
木质纤维原料进行比较 ,可看出紫茎泽兰和飞机草
茎干与一些木质纤维原料 ,如玉米杆和麦草的主要
成分含量具有较高的相似性 ,表明这 2种杂草具有
用于制浆造纸及作为生物质原料的潜力.
2.2　紫茎泽兰与飞机草茎 、叶的红外光谱　为进
一步研究紫茎泽兰与飞机草茎干及叶片中物质的
化学基团组成 ,比较了其红外吸收光谱(图 2),并
分析了其主要特征吸收峰的归属(表 2).
一般认为纤维素的特征吸收峰为 2 900 ,
1 425 ,1 370 cm-1和 895 cm-1 ,结合图 2和表 2 可
以看出 ,紫茎泽兰与飞机草茎干和叶片以及甘蔗渣
在以上几个波数都有明显的振动 ,表明含有纤维素
成分 ,而且茎干在这些位置的吸收峰明显比叶片
强 ,说明茎干中纤维素含量更高 ,与以上测定结果
一致.另外 ,一些含有 C—H 结构的抽出物在这些
位置也会有吸收.1 730 cm-1附近的乙酰基和羧基
上的 C O伸缩振动是半纤维素区别于其他组分
的特征吸收峰 ,从图 2中可以明显看出紫茎泽兰与
飞机草茎干和叶片在此波数都有一定的振动吸收.
木质素的红外光谱较为复杂 ,一般以 1 600 ,1 510 ,
1 430 cm-1的芳香族骨架振动的吸收峰为其特征
吸收峰 ,从图 2中可以看出紫茎泽兰和飞机草茎干
的苯环骨架振动吸收峰的相对强度较其对应的叶
片吸收峰明显 ,表明茎干的木素含量更高 ,与以上
测定结果一致.另外 ,紫茎泽兰和飞机草的茎 、叶都
具有极其相似的红外吸收光谱(图 2), 表明 2 者
茎 、叶的化学结构组成具有高度相似性 ,且与甘蔗
渣的红外谱图也极具相似性.
1:紫茎泽兰茎干;2:紫茎泽兰叶片;3:飞机草茎干;4:飞机草叶片;5:甘蔗渣
图 2　紫茎泽兰与飞机草茎干和叶片红外光谱扫描图谱
Fig.2 The FT IR spectrums of the stems and leaves of E.adenophorum and C.odorata
207第 S1期　　　　　　张黎华:紫茎泽兰和飞机草茎 、叶若干成分含量的测定及红外光谱比较
表 2　紫茎泽兰与飞机草茎干和叶片主要红外光谱特征吸收峰的归属[ 7 , 13]
Tab.2 The main absorption peaks of the FT IR spectrums o f stems and leaves of E .adenophorum and C.odorata
波数/ cm-1 特征吸收峰来源
3 330 ～ 3 350 O —H 伸缩振动
2 890 ～ 2 940 C—H 伸缩振动
1 750 ～ 1 740 非共轭羰基伸缩振动(木聚糖乙酰基)
1 680 ～ 1 660 C C 收缩振动
1 660 ～ 1 640 共轭羰基伸缩振动(芳香族醛 、酮结构)
1 600 ～ 1 610 , 1 510 苯环骨架的伸缩振动(木质素特征吸收峰)
1 460 ～ 1 470 C—H 弯曲振动
1 430 ～ 1 440 芳环振动
1 380 ～ 1 370 C—H 弯曲振动(纤维素和半纤维素)
1 270 ～ 1 260 木质素中与愈创木基环连接的 C—O 收缩振动
1100 附近多分裂峰 纤维素或糖类的 C—O 振动峰
900 附近 葡糖基 C—H 振动(纤维素吸收峰)
835 附近 C—H 弯曲振动
3　结　论
(1)紫茎泽兰和飞机草茎干中纤维素 、综纤维
素和木素的质量分数分别为 37.14%、66.22%、
16.42%和 37.72%、71.55%、20.74%.叶片中各
抽出物的含量明显大于茎干抽出物含量.2者茎干
部分的主要化学组成含量与玉米杆和麦草具有较
大相似性 ,因此 ,紫茎泽兰和飞机草茎干具有作为
造纸和生物质原料的潜力.此外 ,杂草具有生长迅
速 ,分布广泛 、每公顷可收获生物量大等特性 ,杂草
的开发利用对于入侵地区的生态和经济都将产生
较为深远的意义.
(2)由于紫茎泽兰和飞机草含有的一些抽出
物在 205 nm 有强吸收峰 ,因此不能采用该波长来
测定茎 、叶中酸溶木素的含量.
(3)红外光谱分析表明紫茎泽兰和飞机草茎 、
叶具有高度相似的基团结构 ,且 2者茎干的红外光
谱也与甘蔗渣红外光谱极其相似.
致谢:感谢西双版纳热带植物园郑玉龙老师提
供实验材料 ,冯玉龙研究员为本论文提出了修改意
见.本实验在清华大学化工系完成 ,赵雪冰博士在
实验过程中给予指导和帮助 ,特此致谢.
参考文献:
[ 1] 　李振宇 ,解焱.中国外来入侵种[ M] .北京:中国林业
出版社 , 2002.
[ 2] 　欧阳华 , 王厚德.紫茎泽兰生物有机肥的制备方法
[ P] .发明专利 , CN 02133441.2.2003.
[ 3] 　S LAATS J J P.The Use of Chromolaena odorata as
Fallow in a Semi -permanent Cropping System in
Southw est C ote d I voire[ E/ OL] .http:// ww w.ehs.
cdu.edu.au/ chromolaena/ 3/ 3slaats.html
[ 4] 　欧阳华.紫茎泽兰饲料的制备方法[ P] .发明专利 , CN
02113759.5.2002.
[ 5] 　洪焰泉 , 达平馥.紫茎泽兰刨花板的制备方法[ P] .发
明专利 , CN 02133712.8.2004.
[ 6] 　胡觉 , 张无敌 , 尹芳 , 等.紫茎泽兰连续发酵产沼气实
验研究[ J] .农业与技术 , 2006 , 26(43):23-26.
[ 7] 　石淑兰 , 等.制浆造纸分析与检测[ M] .北京:中国轻
工业出版社 , 2003.
[ 8] 　杨淑蕙.植物纤维化学[ M] .北京:中国轻工业出版
社 , 2001.
[ 9] 　闫乾胜 , 杨婕 , 李华民 , 等.入侵物种紫茎泽兰化学成
分及生物活性研究进展[ J] .北京师范大学学报:自然
科学版 , 2006 , 42(1):70-73.
[ 10] 　WOLLENWEBER E , ROITMAN O J.A novel methy l
ether of quercetagetin from chromolaena odo rata leaf
exudate[ J] .Biochemical Sy stematics and Ecology ,
1996 , 24(5):479-480.
[ 11] 　丁智慧 , 张学镅 , 刘吉开 , 等.飞机草中的化学成分
[ J] .天然产物研究与开发 , 2001 , 13(5):22-25.
[ 12] 　凌冰 ,张茂新 , 孔垂华 ,等.飞机草挥发油的化学组成
及其对植物 、真菌和昆虫生长的影响[ J] .应用生态
学报 , 2003 , l4(5):744-746.
[ 13] 　李坚.木材波谱学[ M] .北京:科学出版社 , 2003.
208 云南大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　　　第 29 卷
Determination of several components in stems and leaves of
Eupator ium adenophorum and Chromolaena odorata and
comparison of the FT IR spectrums
ZHANG Li-hua1 , 2
(1.Kunming Devision , Xishuangbanna T ropical Bo tanical Garden , Chinese Academy of Sciences , Kunming 650223 , China;
2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049 , China)
Abstract:In order to control and utilize the tw o invasive w eeds , Eupatorium adenophorum and Chromo-
laena odorata , the contents of some components in their stems and leaves were determined by the Component
Analy sis Method of Non-wood raw material for paper making .The FTIR spect rum were also compared.The
results suggested that the contents of cellulose , holocellulose and Klason lignin in stems of both weeds were
higher than in their leaves ,while the ex tractives were in the opposite.The contents of holocellulose and Klason
lignin in stems of C.odorata were higher than in the stems of E .adenophorum , and the cellulose contents
w ere similar.Some w ater ex tractives had strong absorpt ion intensity at 205 nm , so the tradi tional method fo r
determination of acid-soluble lignin w as no t suitable fo r these two materials.The FTIR spect rums indicated
the high similari ty in chemical g roups of the two weeds.
Key words:Eupatorium adenophorum ;Chromolaena odorata;control and utilization;cellulose;holocellu-
lose;lignin
209第 S1期　　　　　　张黎华:紫茎泽兰和飞机草茎 、叶若干成分含量的测定及红外光谱比较