田勝尼， 李亞楠， 胡藝璇， 李 純

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，合肥 230036)

石斛(Dendrobiumnobile)是蘭科(Orchidaceae)石斛屬(Dendrobium)多年生常綠草本植物[1]。它是我國傳統(tǒng)滋補中藥，藥用部分是新鮮或干燥的莖，生物活性成分主要為多糖、石斛堿和酚類物質(zhì)等，具有益胃生津、降血糖及增強免疫力等功效[2-8]。我國石斛品類繁多、分布范圍廣，但不同產(chǎn)地、不同品種的石斛價格和藥用價值差異較大[9-11]。目前石斛銷售市場品種混雜，以假亂真的現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了石斛產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展[12]。而傅里葉變換紅外光譜(fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)是一種對物質(zhì)內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)定性或定量的技術(shù)，已被廣泛運用在中草藥、食品等諸多研究領(lǐng)域，廣泛用于中藥材真?zhèn)蝺?yōu)劣鑒別、中藥活性成分定量分析，包括石斛的鑒定分析[13-18]。鄧月娥等[19]對不同產(chǎn)地金釵石斛的紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)自云南和浙江的金釵石斛(D.nobile)存在差異；沈宗根等[20]對3種石斛屬植物與細(xì)葉石仙桃(Pholidotacantonensis)的紅外光譜分析比較得出銅皮石斛(D.moniliforme)可作為鐵皮石斛(D.officinale)的藥用替代品，而細(xì)葉石仙桃不能作為替代品，大大緩解了鐵皮石斛稀缺的壓力。劉文杰等[21]采用傅里葉紅外光譜法測定了4個不同產(chǎn)地的環(huán)草石斛光譜圖，通過比較譜峰強度的差異，可對其進(jìn)行鑒別。此外，在中藥臨床應(yīng)用中，同一種藥材的不同部位的功效存在一定的差異，需要利用科學(xué)的方法對其進(jìn)行區(qū)分，以確保入藥合理。李建蕊等[22]用紅外光譜法對三七的主根、剪口、筋條、絨根等不同部位的光譜特征進(jìn)行研究，找出各部位化學(xué)成分之間的差異及相關(guān)性。傅里葉變換紅外光譜中每個分子都有自己的光譜特征，對波段位置、寬度和強度的分析提供了有關(guān)細(xì)胞組成和生理狀態(tài)的信息[23]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光譜測定技術(shù)將會更好地與計算機、化學(xué)計量學(xué)等學(xué)科結(jié)合，在中藥領(lǐng)域應(yīng)用等發(fā)揮重要作用。

在安徽省黃山市休寧縣齊云山野外科考發(fā)現(xiàn)，其山上有自然定居的石斛(D.nobile)。該石斛經(jīng)組培快繁，現(xiàn)可大面積栽培。有關(guān)來自齊云山石斛化學(xué)成分與市場上廣泛栽培的六安和溫州鐵皮石斛之間是否存在差異，目前尚未見有研究。本文以六安、溫州兩地產(chǎn)的鐵皮石斛為對照，利用傅里葉紅外光譜技術(shù)研究齊云山石斛根、莖、葉的紅外光譜特征，分析探討同一產(chǎn)地石斛不同器官及不同產(chǎn)地石斛相同器官之間所含化學(xué)成分種類差異，為齊云山地區(qū)野生石斛資源的保護(hù)、人工種植與栽培及可持續(xù)利用等提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗所用的材料為齊云山石斛(D.nobile)、六安鐵皮石斛(D.officinale)和溫州鐵皮石斛(D.officinale)。齊云山石斛是指原產(chǎn)自安徽省黃山市休寧縣齊云山野生的石斛。齊云山石斛材料采自黃山市皖鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)科技有限公司齊云山石斛種植基地。該公司將休寧縣齊云山石壁野生的石斛采集進(jìn)行快繁栽培所得。六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛指安徽省六安市和浙江省溫州市兩產(chǎn)地的鐵皮石斛。

1.2 方法

1.2.1 藥材粉末的制備

采集新鮮樣品，洗凈、烘干后并分離出根、莖、葉，分別剪成小段，置于60 ℃干燥箱內(nèi)烘至恒重，用中藥粉碎機粉碎。過200目篩得到樣品粉末后分裝于不同的試管中并標(biāo)記。齊云山石斛的根、莖、葉分別標(biāo)記為a、b、c；六安鐵皮石斛的根、莖、葉分別標(biāo)記為d、e、f；溫州鐵皮石斛的根、莖、葉分別標(biāo)記為g、h、i。

1.2.2 紅外光譜的預(yù)處理

首先將溴化鉀粉末置于瑪瑙研缽中充分研磨并壓片，作為空白對照。然后取不同產(chǎn)地石斛的不同器官粉末樣品與溴化鉀粉末以2∶100的比例放入瑪瑙研缽中攪磨均勻，并壓片。最后將所有壓片置于傅里葉紅外光譜儀上掃描，進(jìn)行壓片測試，光譜掃描范圍400～4 000 cm-1，儀器分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)16次，得到紅外光譜圖。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0軟件，對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制紅外光譜圖進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 齊云山石斛根、莖、葉的紅外光譜圖比較

石斛的藥用部位主要是莖，但是由于市場石斛資源稀缺，有學(xué)者提出將石斛整株作為藥用的觀點，以減緩市場供不應(yīng)求的壓力[6,24]。圖1為齊云山石斛根、莖、葉3個部位的紅外光譜圖。

a：齊云山石斛根；b：齊云山石斛莖；c：齊云山石斛葉。圖1 齊云山石斛根、莖、葉的紅外光譜圖Figure 1 Infrared spectra of roots, stems and leaves ofDendrobium nobile from Qiyun Mountain

從圖1可以看出，齊云山石斛根、莖、葉的紅外光譜圖均出現(xiàn)多個吸收峰，整體上基本相似。根、莖、葉3個營養(yǎng)器官主要吸收峰分別為3 424、2 921、1 629和1 079 cm-1；3 416、2 920、1 735、1 630和1 028 cm-1；3 426、2 920、2 853和1 736 cm-1等。通過各器官紅外光譜圖分析，其主要特征如下所述。

多糖物質(zhì)的振動帶為1 200～700 cm-1、指紋振動區(qū)為950～600 cm-1。在1 200～900 cm-1光譜范圍內(nèi)，齊云山石斛的根、莖出現(xiàn)階梯連續(xù)遞增的峰：其中根的紅外光譜圖中出現(xiàn)2個峰，只有1個強峰；莖的紅外光譜圖由3個小型吸收峰組成，最強峰與附近的峰形成強雙峰，左側(cè)有1個肩峰；葉的紅外光譜圖中也出現(xiàn)了3個峰，但不呈連續(xù)遞增趨勢，而是最強峰與附近的峰形成強雙峰。在950～600 cm-1光譜范圍內(nèi)，齊云山石斛根、莖、葉3個部位器官均有屬于C-O-C和CH2振動的吸收峰出現(xiàn)。1 150 cm-1附近的吸收峰歸屬為纖維素葡萄糖物質(zhì)的C-O振動[24]；830 cm-1附近的多個特征峰均為弱吸收峰，歸屬為C-O-C不對稱面外伸縮振動和CH2非平面搖擺振動的特征峰[25]；760 cm-1附近的吸收峰主要為糖環(huán)骨架伸縮振動的指紋峰。

羰基、酰胺和芳環(huán)的振動帶范圍為1 750～1 400 cm-1。1 750～1 700 cm-1是羰基振動頻區(qū)；1 655～1 590 cm-1是N-H彎曲振動頻區(qū)；1 420～1 400 cm-1是酰胺I帶振動頻區(qū)；1 730 cm-1附近的吸收峰主要為酯羰基振動；1 510 cm-1附近的吸收峰主要為芳環(huán)吸收峰。在3 050～2 850 cm-1和1 465～1 340 cm-1光譜范圍內(nèi)，齊云山石斛根、莖、葉3個器官均出現(xiàn)吸收峰，說明其均含有烷烴基，又因在1 735 cm-1附近的吸收峰屬于酯羰基振動吸收，所以三者都含有烷烴醛。在1 655～1 590 cm-1頻區(qū)內(nèi)，齊云山石斛的根、莖、葉均出現(xiàn)吸收峰，但在1 510 cm-1附近，只有其根、葉出現(xiàn)吸收峰，其中根的吸收峰不明顯、葉的吸收峰較為明顯，而莖沒有出現(xiàn)吸收峰，有肩峰，說明齊云山石斛的根和葉中含有芳香類物質(zhì)，莖中沒有。在1 420～1 400 cm-1頻區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)的吸收峰為酰胺I帶振動吸收；但1 540 cm-1附近沒有吸收峰，因此齊云山石斛根、莖、葉中的酰胺大部分為叔酰胺[26]。蛋白質(zhì)、酯類和多糖類的混合振動帶范圍為1 500～1 200 cm-1。1 500～1 350 cm-1是C-H彎曲振動頻區(qū)；1 465～1 340 cm-1是烷烴的特征峰。1 420 cm-1、1 350 cm-1附近的吸收峰分別為CH2剪切振動、CH3對稱式剪切振動。1 320 cm-1附近的吸收峰為O-H面內(nèi)彎曲振動，是紫丁香基的特征峰；1 240 cm-1附近吸收峰為木質(zhì)素中的苯羥基C-O伸縮振動。3個器官在1 320 cm-1、1 250 cm-1和1 150 cm-1附近均出現(xiàn)了吸收峰，說明齊云山石斛的根、莖、葉中均含有紫丁香基、木質(zhì)素和纖維素。

光譜特征表明：齊云山石斛根、莖、葉3個器官在4 000～900 cm-1頻區(qū)內(nèi)紅外光譜大體相似，三者所含的化學(xué)成分中均有酯類、黃酮類、叔酰胺、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素以及包含纖維素在內(nèi)的多糖類物質(zhì)等。在900～500 cm-1指紋區(qū)內(nèi)，莖、葉的紅外光譜相似度較高，根的紅外光譜與二者區(qū)別較大，說明齊云山石斛莖、葉中所含的化學(xué)組成成分的含量相似度較根高，因此，齊云山石斛的葉可作為其莖的替代品入藥。同時，比較三者成分含量的異同，紅外光譜技術(shù)可以快速鑒定石斛莖的真?zhèn)危乐故袌龀霈F(xiàn)以根、葉混淆莖的情況。

2.2 安徽齊云山石斛與六安鐵皮石斛、溫州鐵皮石斛的紅外光譜圖的差異分析

2.2.1 根的紅外光譜圖比較分析

圖2表明，齊云山石斛、六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛根的紅外光譜在4 000～1 500 cm-1光譜范圍內(nèi)相似度較高，但在1 500～500 cm-1光譜范圍內(nèi)相差較大。1 150 cm-1附近的吸收峰歸屬為纖維素葡萄糖單元的振動；1 150～950 cm-1頻區(qū)內(nèi)的吸收峰歸屬為C-O伸縮振動[27-28]。

a：齊云山石斛的根；d：六安鐵皮石斛的根；g：溫州鐵皮石斛的根。圖2 齊云山石斛、六安鐵皮石斛、溫州鐵皮石斛的根的紅外光譜圖Figure 2 Infrared spectra of roots of Dendrobium nobile from QiyunMountain, Dendrobium officinale from Lu’an and Wenzhou

在3 420 cm-1附近，3個產(chǎn)地石斛根的紅外圖譜均出現(xiàn)了屬于酚類分子羥基伸縮振動的吸收峰，強度較大且峰形較寬，但六安鐵皮石斛根的吸收峰沒有另外兩者寬。在3 050～2 850 cm-1頻區(qū)內(nèi)，三者均出現(xiàn)了屬于CH2不對稱伸縮振動的吸收峰(2 920 cm-1附近均有1個吸收峰)；并且在1 465～1 340 cm-1頻區(qū)內(nèi)，也出現(xiàn)了屬于C-H彎曲振動的吸收峰，說明三者都含有烷烴官能團；又根據(jù)1 735 cm-1附近出現(xiàn)的酯羰基振動吸收峰，表明3個產(chǎn)地石斛的根均含有烷烴醛。在1 655～1 400 cm-1頻區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)的多個吸收峰為酰胺I帶振動吸收峰，但由于1 540 cm-1附近沒有吸收峰存在，結(jié)果表明酰胺大多為叔酰胺。在1 500～1 200 cm-1頻區(qū)內(nèi)出現(xiàn)4個吸收峰，前兩者是C-H彎曲振動吸收峰，后兩者分別是紫丁香基的特征峰、木質(zhì)素中苯羥基C-O伸縮振動吸收峰；并根據(jù)1 510 cm-1附近的吸收峰，可知三者均含有芳香類物質(zhì)(六安鐵皮石斛根的吸收峰最明顯，齊云山石斛根的吸收峰不明顯)[29-30]。在1 300～500 cm-1頻區(qū)內(nèi)，三者紅外光譜區(qū)別顯著，其中六安鐵皮石斛與溫州鐵皮石斛根的紅外光譜圖相似度相對較高。

光譜特征表明，齊云山石斛、六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛根的紅外光譜在官能團區(qū)大體相同，均含有酯類、蛋白質(zhì)、黃酮類、叔酰胺、木質(zhì)素以及包含纖維素在內(nèi)的多糖類物質(zhì)等，但各化學(xué)成分的含量不完全相同。而在指紋區(qū)差別較大，齊云山石斛根的吸收峰更明顯，六安鐵皮石斛與溫州鐵皮石斛根的紅外光譜區(qū)別較小，兩者相似度最高。所以3個產(chǎn)地石斛根所含化學(xué)成分相似，但仍有些內(nèi)含物質(zhì)組成成分存在差異。

2.2.2 莖的紅外光譜圖比較分析

圖3為3處不同產(chǎn)地石斛莖的紅外光譜圖。從圖3可以看出，3個產(chǎn)地石斛莖的紅外光譜在3 420 cm-1處均有一個較寬的O-H伸縮振動吸收峰，強度較大，但寬度不同，六安鐵皮石斛莖的吸收峰較另外兩者寬。在3 050～ 2 850 cm-1頻區(qū)內(nèi)，三者均有吸收峰，且在2 920 cm-1附近均有1個吸收峰。

b：齊云山石斛的莖；e：六安鐵皮石斛的莖；h：溫州鐵皮石斛的莖。圖3 齊云山石斛、六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛的莖的紅外光譜圖Figure 3 Infrared spectra of stems of Dendrobium nobile from QiyunMountain, Dendrobium officinale fromLu’an and Wenzhou

在1 465～1 340 cm-1頻區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)了C-H彎曲振動吸收峰，說明含有烷烴官能團；又因在1 735 cm-1附近有酯羰基振動吸收峰，因此3個產(chǎn)地石斛莖中均含有烷烴醛。1 655～1 400 cm-1頻區(qū)內(nèi)為酰胺I帶振動吸收峰，且1540 cm-1附近沒有吸收峰存在，表明酰胺大多為叔酰胺。1 510 cm-1附近，僅溫州鐵皮石斛的莖出現(xiàn)吸收峰，說明只有溫州鐵皮石斛莖中含有芳香類物質(zhì)。在1 500～1 200 cm-1頻區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的4個吸收峰，歸屬為C-H彎曲振動、紫丁香基振動以及木質(zhì)素中苯羥基中C-O伸縮振動。在1 200～900 cm-1頻區(qū)內(nèi)，3個產(chǎn)地石斛莖的紅外圖譜左側(cè)均有1個肩峰，其中六安鐵皮石斛、溫州鐵皮石斛莖的紅外光譜出現(xiàn)了3個吸收峰，其中2個形成強雙峰；且溫州鐵皮石斛莖的紅外光譜呈階梯連續(xù)遞增；而齊云山石斛莖的紅外光譜出現(xiàn)了2個吸收峰。在1 300～500 cm-1頻區(qū)內(nèi)，齊云山石斛莖的紅外光譜與六安鐵皮石斛莖、溫州鐵皮石斛莖的紅外光譜有明顯區(qū)別。

光譜特征表明：齊云山石斛、六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛莖的紅外光譜在官能團區(qū)大體相同，均含有酯類、蛋白質(zhì)、黃酮類、叔酰胺、木質(zhì)素以及包含纖維素在內(nèi)的多糖類物質(zhì)等，但各成分的含量高低存在差異。在指紋區(qū)三者具有明顯區(qū)別，溫州鐵皮石斛莖的吸收峰較齊云山石斛、六安鐵皮石斛莖的吸收峰多，說明其成分更復(fù)雜，如溫州鐵皮石斛的莖中含有芳香類物質(zhì)，其他2個產(chǎn)地石斛的莖中不含有芳香類物質(zhì)。

2.2.3 葉的紅外光譜圖比較分析

3處不同產(chǎn)地石斛葉的紅外光譜如圖4所示。從圖4可以看出，三者在3 420 cm-1附近均有1個峰強較強且吸收峰較寬的峰，歸屬為O-H伸縮振動，但三者吸收峰的寬度不同，六安鐵皮石斛葉的吸收峰較另外兩者寬。在3 050～2 850 cm-1頻區(qū)內(nèi)，三者有吸收峰，且在2 920 cm-1附近均有1個吸收峰；1 465～1 340 cm-1頻區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)了屬于C-H彎曲振動的吸收峰，說明三者含有烷烴官能團。在1 740 cm-1附近有屬于酯羰基振動的吸收峰，表明三者葉中均含有烷烴醛。

c：齊云山石斛的葉；f：六安鐵皮石斛的葉；i：溫州鐵皮石斛的葉。圖4 齊云山石斛、六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛的葉的紅外光譜圖Figure 4 Infrared spectra of leaves of Dendrobium nobile from Qiyun Mountain, Dendrobium officinale from Lu’an and Wenzhou

在1 655～1 400 cm-1頻區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)了多個歸屬為酰胺I帶振動的吸收峰，但在1 540 cm-1附近沒有吸收峰，表明三者含有的酰胺大多為叔酰胺。在1 510 cm-1附近，僅齊云山石斛葉具有吸收峰，而溫州鐵皮石斛和六安鐵皮石斛的葉沒有吸收峰，只有肩峰，說明齊云山石斛的葉中含有芳香類物質(zhì)，其他2個產(chǎn)地石斛的葉不含有。在1 500～1 200 cm-1頻區(qū)內(nèi)，三者紅外光譜區(qū)別較大。齊云山石斛葉有4個吸收峰，六安鐵皮石斛葉和溫州鐵皮石斛葉只有3個吸收峰，但吸收峰的類型相同，歸屬為C-H彎曲振動、紫丁香基振動以及木質(zhì)素中苯羥基中C-O伸縮振動。在1 200～900 cm-1頻區(qū)內(nèi)，3個產(chǎn)地石斛葉的紅外光譜差異明顯，齊云山石斛葉有3個吸收峰，最強峰位于中間，與右側(cè)峰形成強雙峰；六安鐵皮石斛葉有4個吸收峰，最強吸收峰為第3個吸收峰；溫州鐵皮石斛葉有3個吸收峰，最強峰位于中間，其右側(cè)有一處肩峰。1 150 cm-1附近，三者均出現(xiàn)歸屬為纖維素葡萄糖單元振動的吸收峰；1 150～950 cm-1頻區(qū)內(nèi)的吸收峰歸屬為C-O伸縮振動；在900～500 cm-1頻區(qū)，三者紅外光譜也存在差異。

光譜特征表明，齊云山石斛、六安鐵皮石斛、溫州鐵皮石斛的葉紅外光譜在官能團區(qū)大體相同，均含有酯類、蛋白質(zhì)、黃酮類、叔酰胺、木質(zhì)素以及包含纖維素在內(nèi)的多糖類物質(zhì)等，但其物質(zhì)的含量不完全相同。指紋區(qū)內(nèi)3個產(chǎn)地石斛葉的紅外光譜圖區(qū)別較大，說明3個產(chǎn)地的石斛葉在組成物質(zhì)方面不盡相同，其中齊云山石斛葉中含有芳香類物質(zhì)，而六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛的葉不含有芳香類物質(zhì)。

3 結(jié)論

利用傅里葉紅外光譜法對齊云山石斛、六安鐵皮石斛和溫州鐵皮石斛根、莖、葉的紅外圖譜進(jìn)行分析。結(jié)果表明，齊云山石斛的不同器官根、莖、葉的紅外光譜在官能團區(qū)極為相似。3個器官所含的主要化學(xué)成分比較相近，為酯類、蛋白質(zhì)、黃酮類、叔酰胺、木質(zhì)素以及包含纖維素在內(nèi)的多糖類物質(zhì)等，但各物質(zhì)含量存在一定差異。此外，齊云山石斛根和葉中均含有芳香類物質(zhì)，而莖中沒有。齊云山石斛葉與莖的紅外光譜相似度較高，其葉可成為莖的藥用替代品。從3個不同產(chǎn)地、不同品種的根、莖、葉的紅外光譜實驗發(fā)現(xiàn)：3個產(chǎn)地石斛具有明顯的紅外“指紋”特征吸收峰。3個產(chǎn)地石斛所含的化學(xué)成分基本相同，主要為酯類、蛋白質(zhì)、黃酮類、叔酰胺、木質(zhì)素以及包含纖維素在內(nèi)的多糖類物質(zhì)等，但齊云山石斛莖和溫州鐵皮石斛葉中不含芳香類物質(zhì)，六安鐵皮石斛莖、葉中均不含芳香類物質(zhì)。因此，通過傅里葉紅外光譜法可有效鑒定石斛不同種質(zhì)資源間的化學(xué)成分差異。

致謝：本文得到美國南達(dá)科他州立大學(xué)自然資源管理系徐嵐教授的指導(dǎo)和幫助。