基于傅里叶变换红外光谱指纹特征的甘肃8个主产县红芪药材鉴别研究

顾志荣1,许爱霞1,祁梅1,李芳2,张瑛 2,钱倩1,石磊 1

CJI (Traditional Chinese Medicine) - - 中国中医药信息杂志 -

1.甘肃省人民医院,甘肃 兰州 730000;2.甘肃中医药大学,甘肃 兰州 730000

摘要:目的 研究甘肃 8 个主产县红芪药材的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)指纹特征,为不同产地红芪

的鉴别应用提供依据。方法 采用 FT-IR 技术,采集甘肃省8个红芪主产县110 批红芪样品在 4000~400 cm-1范围内的指纹图谱数据,对指纹图谱的共有模式进行光谱解析,对8个主产县红芪的 FT-IR 指纹图谱进行相似度分析,比较不同主产县红芪的FT-IR 指纹特征。结果 8个主产县红芪 FT-IR指纹图谱的平均相似度大小排序为宕昌>礼县>西和>武都>漳县>岷县>陇西>渭源,陇西、渭源红芪与其他产地的样品差异较大;陇南地区(宕昌、礼县、西和、武都)红芪的FT-IR指纹图谱较为相似,平均相似度较大,而定西地区(漳县、岷县、陇西、渭源)红芪的FT-IR指纹图谱较为相似,平均相似度较小;每个主产县红芪的FT-IR 指纹图谱均具有显著、唯一的 FT-IR 指纹特征。结论 根据 FT-IR 指纹特征能够实现甘肃8个主产县红芪药材的鉴别应用。关键词:红芪;傅里叶变换红外光谱;指纹图谱;相似度分析;指纹鉴别DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2018.11.014 中图分类号:R284.1 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2018)11-0062-06

Identification of Hedysari Radix from 8 Producing Counties in Gansu Province Based on FT-IR Fingerprint Characteristics

GU Zhi-rong1, XU Ai-xia1, QI Mei1, LI Fang2, ZHANG Ying2, QIAN Qian1, SHI Lei1

1. Gansu Provincial People’s Hospital, Lanzhou 730000, China;

2. Gansu University of Chinese Medicine, Lanzhou 730000, China

Abstract: Objective To study the FT-IR fingerprint characteristics of Hedysari Radix from 8 producing counties in Gansu Province; To provide references for identification and application of Hedysari Radix in different producing counties. Methods FT-IR fingerprints of 110 batches of Hedysari Radix from 8 producing counties in Gansu Province were collected in the wave number range of 4000–400 cm-1. The common pattern of the fingerprints were analyzed, and the similarity analysis were used to analyze the FT-IR fingerprints of Hedysari Radix from 8 producing counties. The FT-IR fingerprint characteristics of Hedysari Radix from 8 producing counties in Gansu Province were compared.

Results The rank of average similarity of FT-IR fingerprints of Hedysari Radix from 8 producing counties was Tanchang County > Li County > Xihe County > Wudu District > Zhang County > Min County > Longxi County > Weiyuan County, and Hedysari Radix from Longxi County and Weiyuan County were very different from other producing counties. The FT-IR fingerprints of Hedysari Radix from Longnan City (Tanchang County, Li County, Xihe County and Wudu District) were similar, and the average similarity was relatively high; while that from Dingxi City (Zhang County, Min County, Longxi County and Weiyuan County) were similar, and the average similarity was relatively low. Hedysari Radix from every producing county had a significant and unique FT-IR fingerprint characteristic. Conclusion The identification and application of Hedysari Radix from 8 producing counties in Gansu Province can be realized according to FT-IR fingerprint characteristics.

Hedysari Radix; FT-IR; fingerprint; similarity analysis; fingerprint identification

基金项目:国家自然科学基金(81260597);甘肃省中医药管理局科研项目(GZK-2015-45);甘肃省人民医院青年科研项目

(16GSSY7-2)

通讯作者:石磊,E-mail:[email protected]

红芪是豆科岩黄芪属植物多序岩黄芪polybotrys Hand.-Mazz 的干燥根,最早记载于《神农本草经》黄芪项下,被列为上品,入药已有 2000 多

年历史[1]。红芪有补气固表、利尿、托毒排脓、敛疮

生肌等功效[2],在免疫调节、抗肿瘤、抗突变及抗损

伤等方面作用突出[3]。

红芪是甘肃特有的道地药材,主产于甘肃陇南地区的武都、礼县、宕昌及定西地区的岷县、陇西、漳县等地,产量占全国95%以上。其中,陇南是甘肃省唯一属于长江水系并拥有亚热带气候的地区,而定西则属于中温带半干旱区。研究发现,不同时间、空间的气候条件、水土异质等环境变化均会影响药用植物的物候规律、生长发育、能量代谢、物质合成及气体交换等生理作用,继而影响其次生代谢产物的变化,从而导致药材质量及临床疗效有所差异[4]。因此,探讨不同环境因子背景下红芪药材的物质基础、遗传效 应、药理作用等差异,对于突出红芪的产地比较优势、打造地域性红芪品牌具有重要的实际意义。本研究对甘肃 8 个主产县红芪药材的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)指纹图谱进行相似性分析及差异比较,旨在发现甘肃不同主产县红芪的FT-IR 指纹特征,为不同产地红芪的鉴别应用提供依据。

1 仪器与试药Spectrum 110型傅里叶变换红外光谱仪(配有中红外 DTGS 检测器),Perkin-Elmer 公司;OMNIC8.2

光谱处理软件,美国 Thermo Fisher Scientific 公司。光谱纯 KBr碎晶,国药集团化学试剂公司。

甘肃省8个主产县110批红芪样品均经甘肃省人民医院郑修丽副主任中药师鉴定为豆科岩黄芪属植物多序岩黄芪Hedysarum polybotrys Hand. -Mazz的干燥根。将样品自然阴干,粉碎后过200 目筛,冷藏备用。样品信息见表1。

FT-IR 指纹图谱见图 1。整体可见,不同产地红芪药材的 FT-IR 指纹图谱走势及主要吸收峰位均基本一致。110批红芪指纹图谱的平均光谱见图2。 红芪 FT-IR 平均光谱的特征吸收峰及其解析: 3411 cm-1 是 O-H 的伸缩振动吸收峰,表现为宽强羟基峰;2931 cm-1为亚甲基 C-H 反对称伸缩振动峰,表现为尖锐的中等强度亚甲基峰;2366 cm-1 为C≡C、C≡N的伸缩振动吸收峰;1646、1583 cm-1为苯环C=C芳香环骨架振动以及不饱和醚C=C伸缩振动吸收峰,其中 1646 cm-1表现为尖锐的强吸收峰;1515 cm-1 主要是苯环骨架伸缩振动吸收峰;1246 cm-1主要是 C-O和酯类分子中 C-O-C 伸缩振动吸收峰;1128、995 cm-1主要为糖苷类、醚、酯、羧酸等C-O的伸缩振动吸收

峰;946、891、667、609 cm-1主要为 O-H、=CH 的面外弯曲振动吸收峰,表现为弱的吸收峰[5-7]。2.4 指纹图谱相似度分析

以 110批红芪样品 FT-IR指纹图谱的平均光谱作为对照图谱,以相关系数法求取各批样品FT-IR 指纹图谱的相似度,结果见表2。可见,除 4批样品相似度<0.90 外,其余红芪样品 FT-IR 指纹图谱的相似度均大于0.90,表明不同产地红芪 FT-IR 指纹图谱的相似性较大。

不同产地红芪FT-IR指纹图谱相似度的规律性很明显:武都红芪 FT-IR 指纹图谱相似度在 0.924 8~

0.996 8 之间,平均为 0.970 0;宕昌红芪相似度在

0.963 6~0.996 8之间,平均为 0.981 7;礼县红芪相

似度在 0.964 2~0.982 7之间,平均为 0.974 5;西和

红芪相似度在 0.960 1~0.975 8之间,平均为 0.970 3;

岷县红芪相似度在 0.941 6~0.958 3 之间,平均为

0.950 1;漳县红芪相似度在 0.937 9~0.969 0之间,

平均为 0.951 9;渭源红芪相似度在 0.884 5~0.933 7

之间,平均为 0.907 4;陇西红芪相似度在 0.936 9~

0.977 0之间,平均为 0.947 2。可见,8个主产县红芪FT-IR 指纹图谱的平均相似度大小排序为:宕昌>礼县>西和>武都>漳县>岷县>陇西>渭源。其中,陇西和渭源红芪 FT-IR 指纹图谱的平均相似度<

0.95,说明这 2个产地红芪与其他产地样品差异较大。同时也可看出,各产地红芪FT-IR 指纹图谱相似度体现了较好的地域聚集性,即陇南地区(宕昌、礼县、西和、武都)红芪的 FT-IR 指纹图谱较为相似,平均相似度在 0.970 0~0.981 7之间,整体较大;而定西地区红芪的 FT-IR指纹图谱较为相似,平均相似度在

0.907 4~0.951 9之间,整体较小。

2.5 不同主产县红芪指纹图谱特征比较不同主产县红芪FT-IR指纹图谱的平均光谱及特

征吸收峰见图3、表 3。可以看出,3410 cm-1、2930 cm-1、

1650 cm-1、1520 cm-1、1430 cm-1、1120 cm-1附近是8 个产地红芪 FT-IR 指纹图谱平均光谱共有的特征吸收峰。不同产地红芪 FT-IR 指纹图谱的平均光谱及特征吸收峰均不完全相同,即每个产地的平均光谱均显示其独特的指纹特征。其中,武都红芪FT-IR 指纹图谱平均光谱的指纹特性表现为670 cm-1附近未出现吸收峰,而其他7 个产地红芪均有此吸收峰;1057 cm-1处有吸收峰,而其他7个产地红芪均无此吸收峰。陇西红芪的指纹特性表现为757 cm-1处有吸收峰,而其他 7个产地红芪均无此吸收峰。武都红芪在791 cm-1处、宕昌红芪在 786 cm-1处有吸收峰,而其他6个产地红芪均无此吸收峰。武都红芪在 2369 cm-1处、礼县红芪在 2362 cm-1处、西和红芪在 2364 cm-1处均有吸收峰,而其他5个产地红芪均无此吸收峰。西和红芪在 2162 cm-1处、渭源红芪在2169 cm-1处有吸收峰,而其他6个产地红芪均无此吸收峰。武都红芪与渭源红芪在 1740 cm-1附近均无吸收峰,而其他 6 个产地红芪均有此吸收峰。宕昌红芪、岷县红芪、漳县红芪及陇西红芪在1590 cm-1、1450 cm-1附近均有吸收峰,而其他4个产地红芪均无此吸收峰。宕昌红芪及陇西红芪在 1240 cm-1附近均无吸收峰,而其他 6 个产地红芪均有此吸收峰。武都红芪、礼县红芪、西和红芪、渭源红芪在 1000 cm-1附近均有吸收峰,而其他 4 个产地红芪均无此吸收峰。宕昌红芪、漳县红芪、陇西红芪在 950 cm-1附近均无吸收峰,而其他5个产地红芪均有此吸收峰。岷县红芪、渭源红芪、陇西红芪在

890 cm-1附近均有吸收峰,而其他5个产地红芪均无此吸收峰。礼县红芪、西和红芪、漳县红芪在610 cm-1附近均无吸收峰,而其他5个产地红芪均有此吸收峰。

2.6 不同主产县红芪指纹图谱一阶导数平均光谱指纹特征比较不同产地红芪FT-IR指纹图谱的一阶导数平均光

谱及特征吸收峰见图4、表 4。可以看出,a、c、d、e、g、i、l、m、n、o、q、s、t、u、x、y、z、a'、b'、

c'、e'、g'等 22 个吸收峰是 8 个产地红芪 FT-IR 指纹图谱一阶导数平均光谱共有的特征吸收峰,除此之外,每个产区的一阶导数平均光谱均有其独特的指纹特性。其中,吸收峰b是陇西红芪 FT-IR 指纹图谱一阶导数平均光谱特有的吸收峰;吸收峰f是宕昌红芪特有的吸收峰;吸收峰f是西和红芪及渭源红芪特有的吸收峰;吸收峰p是西和、渭源及陇西3个产地红芪特有的吸收峰;吸收峰h是宕昌、礼县、岷县及漳县 4个产地红芪特有的吸收峰;吸收峰j是陇南地区(武都、宕昌、礼县及西和)红芪特有的吸收峰;武都、西和及陇西3个产地红芪均无吸收峰k,而其他5 个产地红芪均有此吸收峰;西和、渭源红芪均无吸收峰 r 及v,而其他 6个产地红芪均有此2个吸收峰;武都、宕昌、岷县及陇西4个产地红芪均有吸收峰w,而其他4个产地红芪均无此吸收峰;礼县、西和、漳县及渭源4个产地红芪均有吸收峰d',而其他 4 个产地红芪均无此吸收峰。

正相结合进行预处理效果最好。

本研究结果证实了中药质量与产地的密切相关性。即使在同一地区,不同红芪主产县的海拔、光照、降雨量、土壤等气候因子也具有较大差异,因而其FT-IR 指纹图谱具有明显的指纹特征,即唯一性。在我国现存最早的本草专著《神农本草经》中就有“药有……采治(造)时月;生熟,土地所出”等叙述,说明产地不同则药材品质不同[11]。唐代孙思邈在《备急千金要方》中亦云:“古之医者……用药必依土地,所以治十得九。”不同主产县红芪秉承了各自产地的海拔、经纬度、土壤、光照、微生物、地形及栽培经验等特点,由此在物质基础(次生代谢产物)方面具

有显著差异[12],本研究结果与其相符。甘肃8个主产县的红芪药材 FT-IR 指纹图谱均具有显著、唯一的

FT-IR 指纹特征,可根据这一指纹特征实现甘肃 8 个主产县红芪药材的鉴别应用。

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(收稿日期:2018-04-14)

(修回日期:2018-05-04;编辑:陈静) 开放科学(资源服务)标识码(OSID)内含全文PDF和增强文件

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