免费文献传递   相关文献

基于FTIR的曼地亚和南方红豆杉不同部位紫杉醇含量分析与评价



全 文 :第3 1卷,第3期             光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.31,No.3,pp656-660
2 0 1 1年3月             Spectroscopy and Spectral Analysis  March,2011  
基于FTIR的曼地亚和南方红豆杉不同部位紫杉醇含量分析与评价
孔德鑫1,黄夕洋1*,李 锋1,3,蒋水元1,黄庶识2,李 虹1
1.中国科学院广西植物研究所,广西 桂林 541006
2.广西科学院生物物理实验室,广西 南宁 530003
3.广西科学院,广西 南宁 530003
摘 要 运用FTIR技术,结合外标法、二阶导数和曲线拟合方程,研究曼地亚和南方红豆杉红外光谱特征
及其不同部位间紫杉醇含量的差异。结果显示:(1)向原药材中添加紫杉醇量≥0.004 5mg时,在1 516,
1 371,1 244,1 109和773cm-1等处的吸收峰明显增强,且二阶导数图谱 “指纹”区上述等处的峰强随添加
紫杉醇浓度的增加而升高;(2)对1 058宽峰运用Gaussian函数曲线拟合发现,曼地亚红豆杉拟合出8个子
峰而南方红豆杉拟合出7个子峰;(3)二阶导数和曲线拟合方程分析表明,两种红豆杉紫杉及其不同部位紫
杉醇含量均存在一定差异,具体而言,曼地亚红豆杉超过南方红豆杉;不同部位比较时,曼地亚红豆杉以叶
片中含量最高而南方红豆杉根中含量最高。所以,上述方法,可以快速分析评价两种红豆杉及其不同部位紫
杉醇含量的差异。
关键词 曼地亚红豆杉;南方红豆杉;紫杉醇;红外光谱;曲线拟合;二阶导数
中图分类号:O657.3  文献标识码:A   DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2011)03-0656-05
 收稿日期:2010-04-28,修订日期:2010-08-13
 基金项目:广西科技攻关项目(桂科攻0537017-11)资助
 作者简介:孔德鑫,1980年生,广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所助理研究员  e-mail:kdexin367@163.com
*通讯联系人  -mail:xiyang0687@163.com
引 言
  红豆杉属(Taxus)植物为常绿乔木或灌木,该属植物含
有紫杉醇,是应用前景非常广阔的抗癌药,1992年被美国
FDA批准为治疗卵巢癌的特效药而上市,1994年4月被批
准为治疗晚期乳腺癌,它对肺癌也有较好的疗效[1,2]。然而,
红豆杉属植物对环境要求较严格,自然更新能力弱,生产上
存在资源过度开发导致资源破坏严重等问题,曼地亚红豆杉
(Taxus media)因体内紫杉醇类化合物质量分数较高,而南
方红豆杉(Taxus mairei)因其生物量增长较快的优点,两种
红豆杉在生产和应用上均受到研究者的青睐[3]。目前,关于
红豆杉的研究,除以红豆杉前体物质人工合成紫杉醇外,大
部分研究主要集中在用高效液相色谱测量不同类型、不同产
地南方红豆杉和曼地亚红豆杉中紫杉醇含量来评价药材质量
的优劣[4-7]。这些方法虽然精确,但是前处理比较复杂、耗时
长,很难应用于红豆杉药材的快速评价。所以,运用新的研
究技术来研究其药材质量评价方法,对红豆杉产业的快速发
展有重要意义。近年来,傅里叶变换红外光谱方法由于具有
准确、简便、快速、经济的特点,已广泛应用于中药及中药
材质量分析研究[8-10],Gaussian函数拟合,较为成功地弥补
了由于仪器采样率低而引起的谱线失真,使测量光谱更接近
实际光谱,达到精确测量的目的,在生物领域研究中受到高
度重视[11]。本研究利用FTIR技术,结合外标法和Gaussian
函数拟合方法研究曼地亚红豆杉和南方红豆杉的红外光谱特
征,并判断两种红豆杉不同部位紫杉醇的含量,以求为两种
红豆杉的鉴别及其药材质量评价提供快速而简便的研究方
法,为合理开发利用两种红豆杉提供参考。
1 实验部分
1.1 仪器与药品
仪器:Nicolet FTIR 5700,DTGS检测器,电子天平
XSI05DU(梅特勒-托利多仪器公司);软件:Nicolet OMNIC
7.3,Sigmaplot11.0,Origin8.0;药品:KBr光谱纯(天津市
光复精细化工研究所),紫杉醇(购于中国生物药品鉴定所)。
1.2 材料来源
曼地亚和南方红豆杉试验材料于2009年10月采自广西
资源县红豆杉栽培基地,以上试验材料均经广西植物研究所
韦发南教授鉴定为红豆杉属(Taxus)植物全株。分别取上述
植物的根皮、茎皮、叶用于FTIR光谱测定。
1.3 样品制备与试验方法
样品在55℃干燥48h,粉碎过200目,每个样作9个重
复,各样品称1.0mg与溴化钾(碎晶)200mg混合研磨充分
均匀,压制成厚度约1mm的透明锭片,将锭片放入红外光
谱仪测定,每个片随机扫三个不同的点,再取其平均谱图作
为最后的样品谱图。测试条件:光谱范围4 000~400cm-1;
光谱分辨率4cm-1;扫描次数32次,扫描时扣除 H2O和
CO2 的干扰。
2 结果与讨论
2.1 外加不同浓度紫杉醇对曼地亚红豆杉红外光谱特征的
影响
去掉受水分影响比较大的区域,故本研究拟只分析
Fig.1 Changes of IR spectra and second derivative spectra af-
ter adding different intensity of standard paclitaxel
sample to T.media
(a):IR spectra;(b):Second derivative spectra
a(a′):T.media+0μL standard paclitaxel sample (0.85 mg·
mL-1);b(b′):T.media+2.5μL standard paclitaxel sample(0.85
mg·mL-1);c(c′):T.media+5μL standard paclitaxel sample
(0.85mg·mL-1);d(d′):T.media+10μL standard paclitaxel
sample(0.85mg·mL-1);e(e′):T.media+50μL standard paclita-
xel sample(0.85mg·mL-1);f(f′):40μL standard paclitaxel
sample(0.85mg·mL-1)
1 800~700cm-1波段各样品的光谱特征。如图1所示,红豆
杉原药材(图1a)在1 516,1 451,1 371,1 244和773cm-1
等处与紫杉醇标准品(图1f)有明显的共同吸收峰,但是,向
原药材中添加不同浓度的紫杉醇,曼地亚红豆杉中1 516,
1 451,1 371,1 244和773cm-1等处的吸收强度变化不明
显;只有外加50μL(0.85mg·mL
-1)相当于0.004 5mg紫
杉醇标准品时,上述吸收峰才明显增强。产生这种现象是因
为曼地亚红豆杉原药材紫杉醇的含量不足0.1%,所以,在
药材的整体红外图谱中不能够完全反应紫杉醇的特征吸收。
在红外“指纹区”,应用二阶导数分析表明,原药材与紫杉醇
标品在1 371,1 315,1 244,1 143,1 109,1 070,1 022和
773cm-1等处均有良好的对应峰(每个样品的差异不超过±3
cm-1范围),而且,在1 371,1 315,1 244,1 143,1 106,
1 070,1 022和773cm-1等处附近的光谱吸收强度,随着添
加紫杉醇浓度的增加而增加。说明,二阶导数图谱中1 315,
1 244,1 143,1 106,1 070,1 022和773cm-1等峰位置的峰
强可以反应紫杉醇含量的高低。
2.2 曼地亚和南方红豆杉红外光谱表征比较分析
图2为曼地亚和南方红豆杉的一维红外光谱图。由图
知,在1 800~700cm-1波段范围,两种红豆杉的红外振动比
较相似。通过相关性系数分析表明,二者的相关性系数为
0.994,表明两种红豆杉的主要化学成分构成较相似。具体
到红外光谱图中,主要分二段:1 800~900cm-1;900~400
cm-1讨论。第一波段范围内出现了10个(组)吸收峰,主要
吸收峰归属为:1 740cm-1附近的酯类 C O 的伸缩振
动[12];1 619cm-1附近羧酸COO—的反对称伸缩振动或者
芳环 C C 伸缩振动;1 375和1 247cm-1附近萜类骨架振
动[8];1 059cm-1附近的吸收峰宽而强,是苷类物质C—OH
的弯曲振动[12]。第二波段范围内的吸收峰较少、强度较低,
主要是分子的骨架振动和变角振动。由此可以推测出,红豆
杉中含有较多的 C O , C C , C—O基团,与红豆杉中
紫杉醇的结构相吻合。
Fig.2 FTIR spectra of T.mediaand T.mairei
a:T.media;b:T.mairei
  1 200~900cm-1波段的吸收光谱重叠严重,较难区分曼
地亚和南方红豆杉间化学成分差异,因此,对1 058宽吸收
峰运用Gaussian函数进行曲线拟合,其结果如图3所示,曼
地亚红豆杉拟合出八个子峰,分别为1 167,1 142,1 106,
756第3期                    光谱学与光谱分析
1 068,1 037,1 011,986和956cm-1;南方红豆杉拟合出七
个子峰,分别为1 167,1 142,1 106,1 065,1 028,998和
960cm-1。比较各吸收子峰的峰面积发现(表1),与紫杉醇
含量相关的特征吸收峰1 142,1 106和1 068cm-1附近的峰
面积均以曼地亚红豆杉高,由此表明,紫杉醇含量曼地亚红
豆杉要高于南方红豆杉。
Fig.3 Curve fitting of T.mediaand T.mairei
among 1 200~900cm-1
(a):T.media;(b):T.mairei
Table 1 Relative decomposed band areas between T.mediaand
T.mairei after curve fitting under 1 200~900cm-1
曼地亚红豆
杉吸收峰
吸收
波数
吸收峰
面积
南方红豆
杉吸收峰
吸收
波数
吸收峰
面积
1  956  8.28  1 - -
2  986  12.39  2  959  8.10
3  1 012  19.03  3  993  15.47
4  1 037  20.35  4  1 028  27.14
5  1 068  32.08  5  1 065  31.79
6  1 107  25.74  6  1 106  24.59
7  1 142  15.48  7  1 141  13.65
8  1 167  13.25  8  1 166  11.76
2.3 曼地亚红豆杉不同部位的红外光谱特征及其紫杉醇含
量比较分析
曼地亚红豆杉不同部位主要化学成分组成虽然复杂,但
是,高分辨率的二阶导数图谱(图4)仍显示出一些被掩盖的
特征吸收峰,不同部位间化学成分差异,具体到图谱中是
1 650~1 440cm-1范围内苯环骨架的伸缩振动峰,即:图4b
在1 576,1 557和1 538cm-1等处有中强峰吸收,而在图4a
和c中则没有明显吸收峰;图4a和b在1 163和1 144cm-1
等处均呈双峰吸收,而图4c只在1 159cm-1处出现单吸收
峰。表明,曼地亚红豆杉不同部位糖、苷类等化学成分组成
有较大差异。在二阶导数处理基础上,应用高斯曲线拟合方
程分析得出,1 800~900cm-1范围内曼地亚红豆杉不同部位
与紫杉醇相关的特征峰吸收面积有较大差异,如表2所示,
在1 375,1 315,1 244,1 142,1 107和1 069cm-1等处峰面
积比较,以叶片最高、根、茎次之且服者相差不大。这表明
曼地亚红豆杉以叶片中紫杉醇的含量最高。此结论与前人报
道结果一致[5,6]。
Fig.4 Second derivative spectra of
different parts of T.media
a:Root;b:Stem;c:Leaf
Table 2 Main relative decomposed band areas from different
parts of T.mediaafter curve fitting
波数
吸收峰面积
根 茎 叶
957  7.31  8.30  12.14
1 013  18.17  19.03  34.20
1 069  30.60  30.79  32.18
1 107  23.41  25.74  28.74
1 142  14.73  15.49  24.35
1 166  12.46  13.25  22.80
1 244  14.93  14.93  19.05
1 315  12.17  12.97  16.21
1 375  14.01  9.82  16.86
1 441  11.23  10.15  13.03
2.4 南方红豆杉不同部位的红外光谱特征及其紫杉醇含量
比较分析
图5为南方红豆杉不同部位二阶导数图谱,由图可知,
南方红豆杉不同部位红外光谱图的峰型变化较相似。具体到
图谱中,差异性主要是峰吸收强度的差异仅少量锋位置发生
飘逸。如:图5a和b中1 745cm-1附近的中强吸收峰,在图
5c中飘逸到1 737cm-1附近且显示强吸收峰。图5a和b中
1 658,1 559和1 464cm-1附近的弱吸收峰,在图5c中表现
强吸收峰;图5a中1 166和1 146cm-1附近的双峰吸收,在
图5b和c中出明显的一强一弱的吸收峰。说明南方红豆杉不
同部位主要化学成分种类比较相似,但是,蛋白质和酯类物
856 光谱学与光谱分析                    第31卷
质在叶片中含量相对于根和茎要丰富。1 800~900cm-1波
段,运用高斯曲线拟合方程分析显示(表3),与紫杉醇含量
相关的特征峰在1 514,1 443和1 245cm-1等处的吸收峰面
积以根部最高,叶片次之,茎部最少。这表明,南方红豆杉
不同部位紫杉醇含量以根部最高,叶片次之,茎中最低。与
前人用 HPLC报道结果相似[7]。
Fig.5 Second derivative spectra of
different parts of T.mairei
a:Root;b:Stem;c:Leaf
3 结 论
  本文运用红外光谱技术,结合外标法、二阶导数及曲线
拟合方程,对曼地亚和南方红豆杉的红外光谱特征以及其不
同部位紫杉醇的含量进行比较分析。外标法分析时,向原药
材中添加少量紫杉醇标准品时,曼地亚红豆杉的红外光谱变
化不明显,当添加量≥0.004 5mg时,药材(图1a)在1 516,
1 371,1 244,1 109和773cm-1等处的吸收峰明显增强。通
Table 3 Main relative decomposed band areas from different
parts of T.mairei after curve fitting under 1 800~
900cm-1
波数
吸收峰面积
根 茎 叶
987  10.35  15.47  12.04
1 107  20.87  24.59  19.57
1 143  14.14  13.65  13.62
1 168  11.32  11.76  11.89
1 245  10.82  10.05  10.51
1 316  10.72  10.61  10.16
1 376  12.39  12.73  13.46
1 443  10.37  8.98  9.43
1 514  8.95  7.75  7.97
1 617  16.25  15.95  15.29
1 727  5.79  6.06  7.39
过二阶导数处理后,原药材在红外“指纹区”1 371,1 315,
1 244,1 143,1 106,1 070,1 022和773cm-1等处的峰强变
化可以反应紫杉醇含量的变化,所以,可以把1 371,1 315,
1 244,1 143,1 106,1 070,1 022和773cm-1等处的吸收峰
特征作为评价红豆杉药材紫杉醇含量的依据;对1 058宽吸
收峰运用Gaussian函数进行曲线拟合,曼地亚红豆杉拟合出
8个子峰而南方红豆杉只拟合出七个子峰。此外,上述方法
分析表明,两种红豆杉及其不同部位紫杉醇含量均存在一定
差异,紫杉醇含量总体上,曼地亚红豆杉超过南方红豆杉;
不同部位紫杉醇含量,曼地亚红豆杉以叶片中含量最高而南
方红豆杉根中含量最高。所以,运用FTIR技术结合外标法、
二阶导数和曲线拟合方程,可以快速分析评价两种红豆杉及
其不同部位紫杉醇含量的差异。此研究结果将为红豆杉药材
质量的快速评价提供了新的检测方法,为红豆杉药材的综合
利用提供了新参考。
References
[1] KAN Chang-rong,CUI Jiong-mo,WANG Ji-wen,et al(阚常榕,崔炯谟,王继文,等).Modern Chinese Medicine(中国现代中药),
2009,11(2):27.
[2] HUANG Xi-yang,LI Cui-lan,LI Feng,et al(黄夕洋,李翠兰,李 锋,等).Guihaia(广西植物),2009,29(6):842.
[3] LIU Ke-hui,YU Fang-ming,PENG Shao-lin,et al(刘可慧,于方明,彭少麟,等).Ecology and Environmental Sciences(生态环境),
2007,16(2):309.
[4] LI Nai-wei,PENG Feng,FENG Xu(李乃伟,彭 峰,冯 煦).Journal of Plant Resources and Environment(植物资源与环境学报),
2008,17(2):28.
[5] WANG Zhi-gang,ZHOU Chun-shan,YAN Jia-liang,et al(王志刚,周春山,颜家良,等).Applied Chemical Industry(应用化工),
2007,36(1):84.
[6] LIU Xiang-qian,ZHANG Xiao-dan,ZHU Yu-lin,et al(刘向前,张晓丹,朱育林,等).Journal of Chinese Medicinal Materials(中药材),
2008,31(10):1498.
[7] SU Ying-juan,WANG Ting,LI Xue-yan,et al(苏应娟,王 艇,李雪雁,等).Natural Product Research and Development(天然产物研
究与开发),2001,13(2):20.
[8] HUANG Qiao-wen(黄巧文).Strait Pharmaceutical Journal(海峡药学),2008,20(12):151.
[9] ZHOU Xiang-ping,LIU Gang,SHI You-ming,et al(周湘萍,刘 刚,时有明,等).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱
分析),2008,28(3):594.
[10] XU Rong,SUN Su-qin,LIU You-gang,et al(徐 荣,孙素琴,刘友刚,等).Chinese Journal of Analytical Chemistry(分析化学),
956第3期                    光谱学与光谱分析
2009,37(2):221.
[11] SHI You-ming,LIU Gang,ZHOU Xiang-ping,et al(时有明,刘 刚,周湘萍,等).Chinese Journal of Analytical Chemistry(分析化
学),2008,36(8):1105.
Analysis and Evaluation of Taxol Contents in Different Parts between
Taxus media and Taxus mairei Based on Fourier Transform Infrared
Spectroscopy
KONG De-xin1,HUANG Xi-yang1*,LI Feng1,3,JIANG Shui-yuan1,HUANG Shu-shi 2,LI Hong1
1.Guangxi Institute of Botany,Chinese Academy of Sciences,Guilin 541006,China
2.Lab of Biophysics,Guangxi Academy of Sciences,Nanning 530003,China
3.Guangxi Academy of Sciences,Nanning 530003,China
Abstract In the present study,combined with external standard method,second derivative as wel as curve-fitting equation,the
infrared spectroscopy techniques were applied to research the discrepancy of paclitaxel content among different parts of them re-
pectively as wel as the differences of infrared spectral character between Taxus Media(T.Media)and Taxus Mairei (T.
Mairei).The results showed:(1)The band around 1 516,1 371,1 244,1 109and 773cm-1 was markedly enhanced when pa-
clitaxel standard sample was added by more than 0.004 5mg to original traditional Chinese materials,in addition,in infrared fin-
gerprint area,the second derivative spectra show that there was good corresponding peak between traditional Chinese materials
and standard paclitaxel sample around 1 371,1 315,1 244,1 143,1 106,1 070,1 022and 773cm-1,furthermore,the intensi-
ty of above character band would increase accompanying with increased standard paclitaxel sample.So,the band character
around 1 371,1 315,1 244,1 143,1 106,1 070,1 022and 773cm-1 could be used to evaluate paclitaxel content of T.media
and T.mairei;(2)Around 1 800~700cm-1,IR spectral features suggest that two kinds of Chinese yew had quite similar in-
frared vibration character,but when Gaussian function was applied to decompose the band around 1 058cm-1,the result demon-
strated that the T.media were decomposed with 8while T.mairei were only decomposed with 7component bands.(3)Second-
derivative and curve-fitting equation analysis demonstrated that there were certain differences of paclitaxel content between T.
media and T.mairei as wel as different parts of them.Specificaly,the paclitaxel content of T.media was higher than T.
mairei,while the paclitaxel content in leaf of T.media was highest,on the contrary,the paclitaxel content in root of T.mairei
was highest when comparing the content among the different parts of T.media and T.mairei respectively.Therefore,above
methods could be quickly analyze and evaluate the differences of paclitaxel content between T.mediaand T.mairei as wel as
the different parts of them.
Keywords Taxus media;Taxus mairei;Paclitaxel;Fourier transform infrared spectroscopy;Curve-fitting analysis;Second de-
rivative analysis
(Received Apr.28,2010;accepted Aug.13,2010)  
*Corresponding author
066 光谱学与光谱分析                    第31卷