全 文 ：第22卷 , 第6期　　 　　　　　光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol.22 , No.6 , pp954-958
2 0 0 2年 1 2月　　　　　　 　Spectroscopy and Spectral Analysis December , 2002　
香茶菜属 3种植物不同器官红外光谱-排序的比较
程存归 , 郭水良 , 陈建华
浙江师范大学生命与环境科学学院 , 浙江金华　321004
摘　要　香茶菜属 (Isodon)植物具有重要的药用价值 , 是国内中药生产的一类重要原料。与其他方法比
较 , 应用OMNI采样器-FTIR直接测定法鉴定中药材具有简便 、 快速和准确的优点 , 而且不需要对样品进行
萃取或粉碎处理。本文应用傅里叶变换红外光谱仪测定了香茶菜属中的内折香茶菜 (Isodon inflexus)、 线纹
香茶菜 (I.lophanthoides)和大萼香茶菜 (I.macrocalyx)三个种类 11 个样品的红外光谱 , 分析比较了 11 个
样品在红外光谱图上的差异程度。分析表明 , 基于红外光谱的主成分分析在反映不同样品植物化学组成差
异程度上具有应用价值。
主题词　红外光谱指纹图谱;主成分分析;香茶菜属
中图分类号:O657.33　　文献标识码:A　　文章编号:1000-0593(2002)06-0954-05
　收稿日期:2001-11-22 , 修订日期:2002-03-29
　基金项目:浙江省自然科学基金资助项目 (301028 , 301468)
　作者简介:程存归 , 1960年生 , 浙江师范大学生命与环境科学学院副教授
前　言
　　唇形科香茶菜属(Isodon)植物计有 96 种(不包括变种),
中国有 77 种 , 其中 63 种为中国特有[ 1] 。国内外学者在该属
植物中发现了大量的二萜类化合物[2] 。药理研究发现香茶菜
属所含的二萜化合物中有相当多的种类具有抗肿瘤 、抗菌 、降
血压等功效 ,不少种类入药对多种癌症患者有缓解症状 、延长
生命的功效[ 3～ 6] 。由于香茶菜属植物在医学领域多方面的用
途 ,特别是在抗癌 、增强机体免疫功能方面的作用 , 香茶菜属
植物开发前景看好[ 7] , 当前对香茶菜属植物的开发利用工作
加速了该属资源的枯竭 , 香茶菜属植物药材的供需矛盾将进
一步突出。因此 , 需要通过人工栽培香茶菜属植物才能满足
有关生产厂家的需要。由于香茶菜属植物种类较多 ,在选择
栽培群体时 ,有必要了解不同种类在植物化学组成上的差异;
另一方面 ,目前香茶菜属植物多利用其地下根状茎 , 其茎叶的
药用价值如何 ,也值得研究。通过不同器官组织植物化学组
成的比较 ,也为充分利用该属植物资源提供理论指导。
内折香茶菜(I.inflexus)、线纹香茶菜(I.lophanthoides)和大
萼香茶菜(I.macrocalyx)是目前利用的比较多的香茶菜属植物
种类。本文的目的是利用傅里叶变换红外光谱技术 ,通过不
破坏样品直接测定的方法 , 比较这三种植物不同部位红外光
谱的差异 ,从一个侧面了解这三个种类在植化组成上的特点。
利用常规的测试技术无法阐明中药材内在的物质基础 ,
而中药材本身是复杂的混合物体系 ,建立中药质量的科学评
价体系目前应用得比较多的方法有薄层色谱(TLC)、高效液
相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、高效毛细管电泳(HPCE)、紫
外光谱(UV)、核磁共振谱(NMR)、X-射线衍射 、DNA 的测定以
及采用萃取或漫反射红外光谱法[ 8 , 9] 。以红外光谱具有的“指
纹”特性 , 作为药物鉴定的依据是各国药典共同采用的方法。
常规的红外光谱法需对中药材进行分离萃取 , 这就使样品有
机会引入杂质 , 且药材中混合物的各物质在所采用的萃取剂
中溶解度可能存在差异 , 使测定结果存在较大的误差。而采
用漫反射法测定药材的红外光谱需对药材进行粉碎 , 以获得
较好的红外光谱。与其他方法比较 , 应用 OMNI 采样器-FTIR
直接测定法 , 具有所需样品量极少 ,不需要萃取或粉碎 、快速
简便 , 且红外指纹区的鉴定具有非常准确的优点。这一方面
的研究 , 国内外未见有文献报道。
应用傅里叶变换红外光谱仪对中药材不同器官的比较 ,
能够给出波数-吸光度之间的二维扫描图。如果仅涉及少数
几个对象 , 容易对扫描图谱进行直观比较 , 但若涉及到多个对
象 , 并且要从整体上比较不同对象间在植化组成上的差异 , 并
非容易。针对这一问题 , 作者提出以红外光谱图谱为基础 , 通
过排序方法 , 对图谱进行直观地比较。
1　材料与方法
　　材料:内折香茶菜(产地:金华北山)、大萼香茶菜(产地:
金华北山)、线纹香茶菜(产地:金华安地)三个种类 , 比较的
11个样品分别为:1、大萼香茶菜茎韧皮层 , 2、 内折香茶菜根
状茎木质层 , 3 、内折香茶菜根状茎韧皮层 , 4、内折香茶菜茎木
质部 , 5 、内折香茶菜茎韧皮层 , 6 、内折香茶菜叶片 , 7、大萼香
茶菜叶片 , 8、线纹香茶菜根状茎韧皮层 , 9、线纹香茶菜根状茎
木质部 , 10、线纹香茶菜茎木质部 , 11 、线纹香茶菜茎韧皮层。
仪器:美国 Nicolet公司的 NEXUS 670 型傅里叶变换红外
光谱仪 ,光谱范围 4 000 ～ 650 cm-1 , 分辨率为 0.09 cm-1 , OM-
NI采样器 , OMNIC E.S.P.5.1同步智能软件。
测定方法:测定干燥的茎 、根状茎和叶片部分的红外光
谱 ,其中叶片测定离顶端 1/ 2 近中肋部位 , 茎和根状茎先横
切 ,分别测定木质部和韧皮部处 ,分别应用 OMNI采样器直接
测定红外光谱 , OMNIC E.S.P.5.1 同步智能软件采用扫描次
数 32次 , ATR校正 ,每个样品测定前均对背景进行扫描 , 得到
的红外光谱进行基线校正 ,确定峰值和吸光度 。
数据分析:通过测定 , 得到 11 个样品的红外光谱图。根
据吸光度峰值特点 ,记录不同波数段上的吸光度;以样品为对
象 , 以不同波数段上的吸光度为指标 , 应用主成分分析方法 ,
对 11 个样品进行主成分分析 , 得到不同图谱在前三个排序轴
上的二维散点图。根据散点图上的位置关系 , 了解样品在植
物化学组成上的整体差异。
2　结果与讨论
　　应用傅里叶变换红外光谱仪对香茶菜属三种不同器官的
11 个样品的测定分别得到红外光谱图(见图1～ 图 11)。在11
个红外光谱图上 ,记录 28个比较典型峰的吸光度(见表 1), 以
表 1 数据为基础 ,以样品为分析对象 , 进行主成分分析 ,发现
前 3 个主成分上的累计贡献率达 95.39%,说明三个排序图均
能够较理想地反映 11 波谱图间的相似性特点(见图 12)。
Table 1.The absorbance values in the different wavenumbers of the eleven samples
波数范围/ cm-1 样品
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
3 319.02～ 3 361.63 0.028 4 0.017 2 0.027 8 0.025 1 0.012 5 0.028 3 0.022 0.025 9 0.031 9 0.048 4 0.031 0
2 940.16～ 2 948.15 0 0 0 0.005 2 0 0 0 0.006 6 0 0 0
2 917～ 2 929.77 0.028 8 0.004 5 0.006 8 0.005 2 0.022 8 0.036 5 0.030 5 0 0.006 4 0.020 4 0.013 5
2 849～ 2 851.85 0.015 6 0.002 9 0 0 0.014 3 0.022 6 0.019 4 0 0 0.012 4 0.006 8
1 730 0 0.002 5 0.004 5 0.005 2 0.008 4 0.011 0 0 0 0 0
1 722.86～ 1 733.34 0.009 5 0.002 5 0.004 9 0.005 6 0.005 0 0.012 0 0.011 1 0.004 0 0.006 7 0.012 4 0.006 8
1 682.22～ 1 689.61 0 0.001 5 0.003 8 0.005 6 0.007 5 0.017 8 0 0 0 0.010 0 0
1 658.59～ 1 660.05 0 0.004 9 0.009 0 0.008 9 0.009 5 0.017 8 0 0 0 0 0
1 652.65 0 0.004 9 0.009 4 0.006 0 0.009 7 0.018 0 0 0 0 0 0
1 641.57～ 1 651.89 0.014 3 0.004 9 0.009 6 0.010 4 0.010 1 0.020 0 0.013 9 0.008 3 0.010 8 0.015 7 0.016 4
1 630.48～ 1 631.15 0.014 2 0.004 9 0.009 8 0.010 0.009 5 0.020 1 0 0.008 7 0.011 2 0.016 1 0.016 6
1 623 0.014 0 0.004 0 0.009 8 0.010 7 0.005 5 0.019 0.014 6 0 0 0 0
1 607～ 1 616.40 0.012 0 0 0.009 0 0.011 2 0.005 0 0.018 0.015 1 0.008 8 0.011 6 0 0.017
1 545.5～ 1 549.19 0 0 0 0 0.004 7 0.010 0 0.001 5 0 0.005 9 0.006 4
1 534 0.004 9 0 0 0 0 0 0.001 5 0 0 0 0
1 508.04～ 1 515.94 0.002 8 0.001 3 0.002 4 0.005 0 0.001 7 0.007 3 0 0.003 0 0.006 2 0.004 7 0.003 8
1 460.51～ 1 464.2 0.005 8 0 0.003 0 0.004 0 0.004 9 0.007 3 0 0 0.005 5 0 0.004 0
1 449.42～ 1 456.81 0.006 3 0.001 7 0.003 4 0.004 4 0.004 5 0 0.004 5 0.003 8 0.006 2 0.008 3 0.004 9
1 423.56～ 1 425 0 0 0.004 0 0 0 0.007 9 0.004 8 0 0.006 5 0.009 1 0
1 408.78～ 1 417.91 0.006 4 0.001 9 0 0.005 6 0.003 4 0.007 3 0.005 7 0.004 0 0 0 0.006 4
1 371.82～ 1 377.20 0.006 2 0.002 2 0.005 3 0.006 2 0.003 0 0.007 2 0.005 7 0 0.007 1 0.009 8 0.006 4
1 316.40～ 1 323.79 0.004 1 0.001 3 0.004 5 0.006 4 0.000 8 0.004 7 0.004 3 0.004 5 0.007 0 0.007 4 0.006 0
1 283.14 0 0 0 0 0 0.003 4 0 0 0 0 0
1 242～ 1 258.56 0.006 3 0.003 2 0.008 0 0.006 0 0.001 4 0.005 6 0.004 3 0.007 2 0.01 0.011 2 0.006 8
1 146.42～ 1 161.2 0.006 5 0.004 2 0.007 9 0.006 5 0.000 6 0.005 1 0.006 7 0.006 9 0.008 8 0.011 7 0.006 3
1 100～ 1 109.47 0.017 9 0 0.013 9 0.012 3 0.004 9 0.014 4 0.016 9 0.012 5 0.016 8 0.021 7 0.016 9
1 046.65～ 1 050.35 0 0 0.028 8 0.019 8 0 0.018 1 0.020 7 0.025 0 0.036 2 0.045 8 0
1 027～ 1 038 0.030 8 0.014 7 0.028 8 0.020 0.009 1 0.018 6 0.022 5 0.026 7 0.036 0 0.047 5 0.027 9
　　由于采用的是直接测定法 ,因此 , 图1 ～ 图11反映的是中
药材样品混合物的红外光谱。红外光谱可以帮助判断分子中
含有何种官能团 ,亦可以帮助确定基本骨架 , 更重要的是 , 比
较不同样品的红外光谱能够反映样品在植化组成上的差异程
度。11 个样品中 , 1 722 ～ 1 733 cm -1处是羰基的伸缩振动 , 表
明存在内酯结构;1 682～ 1 689 cm-1处为羰基的伸缩振动 , 表
明存在共轭羰基;1 641 ～ 1 660 cm -1为碳碳双键的骨架伸缩振
动 , 表明存在碳碳双键;1 027 ～ 1 283 cm -1为酯类C—O键的伸
缩振动吸收。上述特征吸收峰 , 基本上可以判断样品中存在
着二萜类化合物[ 2] 。
955第 6期　　　　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析
Fig.1　FTIR spectrum of sample 1(the different organs
of the three Isodon species)
Fig.2　FTIR spectrum of sample 2
Fig.3　FTIR spectrum of sample 3
Fig.4　FTIR spectrum of sample 4
Fig.5　FTIR spectrum of sample 5
Fig.6　FTIR spectrum of sample 6
Fig.7　FTIR spectrum of sample 7
Fig.8　FTIR spectrum of sample 8
Fig.9　FTIR spectrum of sample 9
Fig.10　FTIR spectrum of sample 10
956 　　　　光谱学与光谱分析　　　　　　　　　　　　　　　第 22卷
Fig.11　FTIR spectrum of sample 11
　　从比较的角度分析 , 三个排序图(图 12)给出了如下信
息:
①6 号样品为内折香茶菜的叶片 ,波谱在排序图上位置
比较特殊 ,与其他 10 个波谱差异较大 ,这在一定程度上说明 ,
内折香茶菜叶片与地上茎 、地下茎植物化学组成上差异较为
明显;但是大萼香茶菜叶片(7)与地上茎植物化学组成却比较
接近。
②总体上看 ,排序图上同一植物种类的器官的红外光图
谱相对比较接近 ,说明同一种类植物化学组成有一定的稳定
性。
③地下根状茎与地上茎的植物化学组成相近 , 相互之间
没有明显的差异;对于同一种类的茎 , 其韧皮层与木质部的植
化组成有一定差异 ,例如排序图上 , 内折香茶菜地上茎木质部
(4)与韧皮部(5)以及线纹香茶菜地上茎木质部(10)与韧皮部
(11)的位置关系说明了这一点。
从以上分析可以看出 ,基于红外光图谱 , 应用主成分分析
建立的排序图 ,能够比较直观地 ,从整体上比较不同种类 、同
一种类不同器官 、同一器官不同组织的植物化学组成的差异。
Fig.12　Two-dimensional plots of FTIR spectra of
the eleven samples based on PCA
参 考 文 献
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957第 6期　　　　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析
IR-fingerprinting Ordination Comparison on Different Organs of three
Species of Isodon
CHENG Cun-gui , GUO Shui-liang , CHEN Jian-hua
College of Life and Environmental Sciences , Zhejiang Normal University , Jinhua　321004 , China
Abstract　The plants of the genus Isodon are of important medicinal values , being widely used in the production of the Chinese traditional and
herbal drugs.Compared with the other identification methods , the identification of the Chinese traditional and herbal drugs using the fourier-
transform infrared spectrometer with OMNI collector is simple and convenient , fast and accurate.Moreover , the extraction or break of the sam-
ples are not necessary in the identification using OMNI collector.In the present paper , fourier-transform infrared spectrometerwith OMNI collec-
tor is applied to gain the IR-fingerprintings of eleven samples of Isodon inflexus , I.Lophanthoides and I.Macrocalyx.Based on the indices of
wavenumber-absorbance , the differences of eleven IR-fingerprintings are compared by PCA(Principal Component Analysis).The results show
that it is practical to apply PCA on the basis of IR-fingerprinting to compare the chemical differences of plant samples.
Keywords　IR-Fingerprinting;Principal component analysis;Isodon
(Received Nov.22 , 2001;accepted March 29 , 2002)　　
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