摘要:本文首次采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对五加科、桔梗科、木兰科、樟科、豆科、蕨类等科目中的典型药用植物进行了系统研究，比较了各科内植物的异同，并且讨论了相同植物不同药用部位、不同采药时间对其红外谱图的影响。结合药典中关于药物主体有效成分的记载，分析了各药用植物谱图中主要成分的特征基团，对主要吸收峰进行了指认。在传统形态比较分类方法的基础上，FTIR可以成为一种快速、可靠、客观、有效的化学分类学的补充方法。
主题词:药用植物；化学分类学；傅里叶变换红外光谱法
引 言
自林奈提出“自然系统”的思想以来，人类已给200多万种生物进行了分类命名，但基本上都是依据生物个体的形态结构的特征进行的，这种方法有很大的局限性和人为性。随着科学的发展，在形态学方法基础上又发展出染色体分类法、DNA分子杂交法、显微分类法、化学分类法等方法对传统形态比较方法进行了补充。植物化学分类学是从分子水平上来研究植物各类群及亲缘关系的一门科学。药用植物化学分类学是以植物的化学成分为依据，以传统形态分类学为基础，对药用植物加以分类和记述，研究各类群间的亲缘关系，探讨植物界演化规律的一门科学。在化学分类法中，依据药用植物次生代谢产物(如糖类、甙类、黄酮类、植物碱、萜类、挥发油、鞣质等)以及有生物信息的大分子(DNA、RNA及蛋白质等)在化学性质上的差异口J，已发展出色谱、光谱、免疫学等技术。
傅里叶变换红外光谱法(FTIR)是一种测定分子吸收光谱的方法，由分子振动或转动引起偶极矩的净变化产生，从而可以鉴定化合物和分子结构。目前，该方法已应用于植物药材的质量控制、种类认定 、热稳定性的实时原位跟踪以及细菌的快速鉴别、发育监控和分类。而相应的近红外V7 和傅里叶变换拉曼技术对人参等药用植物的产地(中国、韩国)的鉴别也曾有报道。红外光谱所具有的“指纹”特性，可对植物所含化学物质提供鉴别的依据。常规的色谱及光谱分析方法都需要对鉴别植物进行分离提取，本文采取了无损鉴别方法，避免了前处理过程可能带来的干扰，从而具有直接、快速、简便的优点，可以对植物药材进行系统的分类鉴别。
1 实验
1．1 仪器设备和测试条件
红外光谱仪为Perkin Elmer公司的Spectrum GX傅里叶变换红外光谱仪，硅碳棒光源，DTGS检测器，光谱分辨率为4/cm，测量范围4000～400/cm，扫描信号累加16次。
1．2 样品来源及简单制备
样品来源：所有样品均由成都中医药大学王米渠教授提供并负责鉴定。
样品制备：分别将药材研磨成细粉，200目过筛后，将其与溴化钾粉末(KBr，分析纯)混合，压片法测定红外光
谱。
2 结果和讨论
2．1 桔梗科(Camlnolaceae)
桔梗Platycodon grandiflorum (Jacq．)A．DC．、党参Codonopsis pilosula(Franch．)Nannf．、半边莲Lobelia chinensis Lour．分别是属于桔梗科桔梗属、党参属和半边莲属的植物。桔梗、党参的药用部位取根，半边莲取带根全草。这三种药材的谱图较相似，在1635(党参在1647，半边莲在1652)，1418和1035/cm (党参在1058/cm)处都有较强的吸收峰，并且1035/cm的吸收峰明显强于其他两峰，这三种都是含皂甙较丰富的药用植物，1418/cm的吸收峰是亚甲基碳氢键弯曲振动的结果，1035/cm的强吸收峰是碳氧键振动的体现。在桔梗和党参的谱图中，1747/cm的羰基吸收峰较为明显，而半边莲的1652/cm吸收峰较强，使其羰基吸收峰相对较弱，借此可以将半边莲区分开来。党参的最强吸收峰出现在1058/cm， 而桔梗则在1031/cm，两者的波数位置有较大的差异，凭借这些差别可进行鉴别。
2．2 五加科(Araliaceae)
三七Panax pseudo-ginseng wall、和人参Panax ginseng C．A．Meyer为人参属植物，五加皮为五加属Acanthopanax中五加A。gracilistylus W．W．Smith的根皮。三者谱图极为相似，在1647/cm附近(五加皮在1630/cm)都有较强吸收，在1022/cm的吸收峰表明三者的甙类物质含量都非常丰富。其中三七含五加皂甙A和B，人参含人参皂甙I～Ⅵ，人参的1647/cm吸收峰明显强于1416/cm吸收峰，而三七和五加皮各自的两处吸收峰强度相近，但是五加皮的1630/cm吸收峰在波数上与另两者差别较大，三者之间可以相互区别。
2．3 木兰科(Magnoliaceae)
辛夷是木兰属Magnolia玉兰M．denudata Desr．的花蕾，厚朴(图3b)为同属植物厚朴M．officinalis Rehd．et Wils．的树皮，八角茴香Illicium verucm Hook．f．及五味子Schisandra chinensis(Turcz)Bail1．分别是八角属和五味子属的植物，药用部位均取果实。在四者的谱图上都可以看到在2927/cm较明显的甲基、次甲基吸收峰，而五味子在此的吸收十分明显，结合其1746/cm的羰基吸收峰，说明其含有大量的油脂类成分，正是本科植物具有油细胞，含馥郁香气的体现。另外三者在1059～1029/cm都有明显的碳氧键振动导致的吸收峰，结合2927 /cm的吸收峰，说明均含有较多的挥发油成分，与药典相符 。其中辛夷的羰基吸收峰较为明显，可以与另外两者互相区别。厚朴与八角茴香峰形较为相似，但可以根据各自出峰位置的差异加以区别，如厚朴的碳氧键伸缩振动吸收峰在1047/cm，而八角茴香的在1059/cm。
2．4 樟科(Lauraceae)
乌药Lindera strychnifolia(sieb.et Zucc)Vill．是山胡椒属植物，其根部含醇及内酯等倍半萜成分，体现在谱图上，就是l736/cm的羰基吸收峰，1053/cm碳氧键伸缩振动引起的吸收峰。肉桂和桂枝分别是樟属植物肉桂Cinnamomum cassia Pres1．的枝皮和嫩枝，可见同一植物取药部位及时间不同，其各成分含量也不相同，导致红外谱图的差异。肉桂在781/cm的较明显吸收峰表明其含淀粉等物质较多，并且在1318/cm有特异性吸收，可以作为两者之间区别的标志。
2．5 十字花科(Cruciferae)
十字花科含分泌细胞，多含甙类成分 。大青、板蓝根分别为菘蓝属Iastis植物大青I．indigotica Fort．的叶和根。白芥子、莱菔子则分别是芸苔属白芥Brassica alba(L_)Boiss、萝卜属莱菔Raphanus sativus L．的种子。在它们的谱图上，白芥子和莱菔子的谱图极为相似，都在1747，1656和1544/cm有明显吸收峰，并且二者甲基、次甲基伸缩振动吸收峰也十分突出，应该是含大量酯类物质的结果。莱菔子在1163/cm有吸收峰而白芥子的吸收峰为1055/cm，与莱菔子有8/cm的差异，可互相区别。在大青叶和板蓝根的谱图中，同一种植物取药部位不同，其成分含量不同，体现在大青叶甲基、次甲基伸缩振动吸收峰特别突出，两者都有碳氧键振动引起的较强吸收峰，估计与两者都含有较多的靛甙有关。从谱图中可以看到，两者在吸收峰波数及甲基、次甲基伸缩振动峰强弱方面很容易区别。
2．6 豆科( Leguminosae)
这是含生物碱和蛋白质较丰富的一科。其中赤小豆Phaseolus calcalotus Roxb．和扁豆Dolichos lablab L．是蝶形花亚科植物，相思子Abrus precatorius L．是含羞草亚科植物，将三者均取种子入药，合欢皮是含羞草亚科合欢Albizia julibrissin Durazz的树皮，黄芪图Astragalus membranaceus(Fiseh．)Bge．为蝶形花亚科黄芪属植物，取根入药。赤小豆和扁豆的谱图中可以看到特征的蛋白质的酰胺I带(1652/cm)和酰胺Ⅱ带(1540/cm)吸收峰，两种药材均取自植物的种子，故蛋白质和脂肪酸含量较多。但是两者在由碳氧键伸缩振动引起的吸收峰的波数上有较大差异，可以互相区别。合欢皮与黄芪的谱图中均有相对较明显1645/cm吸收峰(黄芪1637/cm)，结合两者分别在1062/cm和1049/cm的碳氧键振动吸收峰，可能是两者均含有甙类物质引起的。而合欢皮1318/cm的特征吸收可以作为两者区别的标志。在相思子的谱图中，碳氧键伸缩振动吸收峰比其他四者相对较弱，酰胺I带和Ⅱ带的吸收峰也较为明显，并且可看出其羰基吸收峰，估计是其含有较丰富生物碱和毒蛋白的体现。
2．7 小檗科(Berberidaceae)
淫羊藿为植物淫羊藿Epimedium grandiflorum Morr．的茎叶，八角莲取自植物八角莲Dysosma pleiantha(Hance)Woods根茎，三棵针是小檗属Bereris刺黑珠B．sargentiana Schneid的根皮及茎皮。三者谱图的相似处是在1033/cm附近都存在较强的吸收峰，属于碳氧键振动的结果，在1651，1638/cm淫羊藿和八角莲分别有次强吸收峰，与两者含较多甙类物质相符；而三棵针的次强吸收峰在1618/cm，很可能是因为富含小檗碱而出现的氨基剪式弯曲振动的结果，淫羊藿在2919/cm的甲基、次甲基吸收峰比相当明显。所以三者之间很容易区分。
2．8 蕨类檀物门(Pteridophyta)
结合以上的讨论，再分析一下蕨类植物门的几种药材。卷柏Selaginaela tamariscina(Beauv．)Spring是卷柏科植物，海金沙Lygodiumjamnieum (Thunb．)Sw．是海金沙科植物，药用部位是成熟孢子，狗脊为蚌壳蕨科金毛狗Cibotium baronetz(L．)J．Sm．的根茎，骨补碎为水龙骨科槲蕨Drynaria fortunei(Kunze)J．Sm．的根茎，石韦(图8e)Pyrrosia lingua(Thunb．)Farwefl为水龙骨科植物。由于多属于不同的科，且取材部位有较大差异，反映在它们的谱图也有较大差异。海金沙的谱图属明显的油脂类物质，2926，2855/cm的甲基、次甲基伸缩振动吸收峰，以及1746/cm羰基伸缩振动吸收峰都说明了这一点。石韦在1636，1034/cm的吸收峰说明其内含有较多的甙类物质，其羰基吸收峰与所含黄酮类物质较丰富相符，同时也反映了黄酮类物质多与糖类结合成甙类分子结构的特点。卷柏和狗脊的谱图都体现出甙类物质的特征，但是狗脊在1645/cm的吸收峰相对较弱，可以与卷柏互相区别。并且其在870～575/cm的一系列吸收体现了其含有较多淀粉等糖类物质的特点。
3 结论
采用无损伤的方法对几个科目的典型药用植物进行了红外测定，并将这些谱图在整体波形、出峰位置以及吸收峰相对强弱等方面进行了比较。由于各味药材所含成分的不同以及含量上的差异，每一味药材都有自己的特征谱图。
对于同一植物来说，由于取药部位不同，所含化合物就不同，导致红外谱图有所差异，如十字花科的大青叶和板蓝根，还有樟科的肉桂与桂枝。但是其中也存在较明显的规律。同一科的植物，如果取同一部位进行测定，一般来说，谱图较为相似，如五加科的三七、人参、五加皮(根、根皮)，十字花科的白芥子、莱菔子(种子)，豆科的赤小豆、扁豆(果实)等。含同一类物质的药用植物，在整体峰形上一般来说比较相似，这时候，由于同一科植物化学成分在结构和代谢途径的相似性，就会体现出科的整体特征，如五加科和桔梗科都是含皂甙丰富的植物，五加科的C-0振动在1022/cm，而桔梗科的C-0振动位于1031/cm以上(党参在1056/cm)。
在五加科的谱图中，三种植物都在1647/cm附近(五加皮在1630/cm)和1022/cm附近的C-0 吸收峰，比较三者间1647/cm和1022/cm相对吸收强度可以看到，三者间存在较大差别，而且该数值与检测时的样品用量无关，是样品本身的固有性质，可以用于样品的定性鉴别。
比较在系统发生上相近的科，如木兰科与樟科同属于双子叶植物纲木兰亚纲植物，并且一般认为樟目是由木兰目起源。比较木兰科除五味子以外的几种药材，在整体上，谱峰都较为相似，并且都是含挥发油较丰富的植物。它们在1249～602/cm之间出现一系列指纹吸收峰，基本都以1030/cm附近的C-O振动为最大吸收。所以从红外谱图上也可以看出这两个科的某些相关性。
五加科和桔梗科(均取材根，根皮)原始谱图以及经二阶导数处理的谱图进行相关系数比较，都取三七为标准。由结果可以看到，原始谱图之间对比的相关系数较好的体现了几种药用植物的科属关系。以二阶导数对谱图处理后，再次比较各自对三七的相关系数，五加皮的系数出现异常。所以得出结论是可以用谱图的相关系数作为药用植物科属关系的判断指标，其中原始谱图比二阶导数处理的谱图更可靠。
由于采用的是无损伤鉴定方法，那么红外谱图是该药用植物取药部位的整体特征，测的是混合物的信息，与分离提取后进行鉴别有显著区别，明显缩短时间，简化操作过程，避免分离提取过程对植物体内化学成分的干扰。然而，药用植物有效成分一般来说并不是其富含成分，但是由于FTIR测的是混合物的各种物质分子光谱的信息，所以可以有效地找到各植物种类的共性与差异。
然而，由于在药材的前处理过程中手段方式的不同，也可能会对药材的谱图产生影响。FTIR对药用植物进行无损鉴别的方法，具有较好的重现性及灵敏度。不仅对不同植物，同一植物不同取药部位，不同时间取药可以有效区别，而且对于同一药材不同细微部位，以及不同产地的同一种药材相同细微部位等差别也能有效的进行鉴别。
