(貴州中醫(yī)藥大學， 貴陽 550025)

薯蕷屬植物大多分布于熱帶亞熱帶地區(qū)，我國共有52種薯蕷屬植物，分布種類最多的地區(qū)是云貴高原，有34種，橫斷山脈有24種、廣西地區(qū)23種、華南地區(qū)21種、華東地區(qū)20種、華北地區(qū)12種[1-3]。其中貴州分布的薯蕷屬植物共有25種以及1變種1引種[4-5]。薯蕷屬植物可作為食品、藥品以及工業(yè)原料等，應用范圍廣，開發(fā)潛力巨大。

圖1 11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物傅立葉變換紅外光譜

薯蕷屬植物的應用早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有記載，薯蕷被其收載并列為上品，稱“主傷中，補虛，除寒熱邪氣，補中益氣力，長肌肉，久服耳目聰明”?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，薯蕷屬植物具有祛濕除痹、通經(jīng)活絡以及補益作用[6]。我國2015版《中國藥典》中收錄作為藥用的有：山藥(薯蕷DioscoreaoppositaThunb.)、粉萆薢(粉背薯蕷DioscoreacollettiiHK. f. var.hypoglauca(Palibin) Pei et C. T. Ting)、黃山藥(DioscoreapanthaicaPrain et Burkill)、綿萆薢(DioscoreaseptemlobaThunb.)、福州薯蕷DioscoreafutschauensisUline ex R. Knuth)[7]。此外，各地藥用植物志或地方標準也收載了許多薯蕷屬植物，如山萆薢、叉蕊薯蕷、黃獨、穿龍薯蕷等?！顿F州省中藥材、民族藥材質(zhì)量標準》2003年版收載有薯蕷屬植物黃獨(DioscoreabulbiferaL.)、黃山藥(DioscoreapanthaicaPrain et Burkill)、叉蕊薯蕷(DioscoreacollettiiHK. f.)、粉背薯蕷(DioscoreacollettiiHK. f. var.hypoglauca(Palibin) Pei et C. T. Ting)、薯莨(DioscoreacirrhosaLour.)[8]。許多薯蕷屬植物還是西南地區(qū)各少數(shù)民族習用的民族藥，包括苗族、侗族、水族、仡佬族及布依族等少數(shù)民族[9-10]。除藥用價值外，許多薯蕷屬植物還可作為食品原料、糧食作物、工業(yè)原料等用途。目前對薯蕷屬植物的分類鑒定有形態(tài)學、細胞學以及DNA分子標記、條形碼等研究[11-13]。

傅里葉紅外變換光譜法(FTIR)作為一種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)常用的分析技術(shù)，具有快速、無損的優(yōu)點，廣泛應用于中藥的質(zhì)量控制與鑒別，亦可根據(jù)植物成分對紅外光譜的吸收來區(qū)分不同物種或進行親緣關(guān)系研究。目前對薯蕷屬植物進行紅外光譜研究主要集中在山藥以及山藥的各種化學成分[14-16]。

在對貴州省薯蕷屬藥用資源在各個縣區(qū)的分布進行全面調(diào)查的基礎上，本研究應用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)對來自貴州不同產(chǎn)地的11種26批薯蕷屬樣品進行紅外光譜鑒別探索，以期為薯蕷屬植物的分類鑒定提供參考。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗儀器

傅里葉變換紅外分光光譜儀(日本島津，IRAffinity-1 s 型)，電熱恒溫鼓風干燥箱(上海圣科儀器設備有限公司，OHG-907385-Ⅲ型)；中草藥粉碎機(天津市泰斯特儀器有限公司，F(xiàn)W 135型)。

1.2 實驗材料

本研究共采集到不同產(chǎn)地11種26批薯蕷樣品，包括周生翅組5種，頂生翅組2種，復葉組2種，基生翅組與根狀莖組各1種。樣品與憑證標本經(jīng)貴州中醫(yī)藥大學院魏升華鑒定，引種栽于貴州中醫(yī)藥大學種質(zhì)資源圃，憑證標本保存于貴陽中醫(yī)學院藥學院中藥材種植與加工研究所。樣品來源見表1。

1.3 實驗方法

將采集到的各個薯蕷屬植物樣本地下莖洗凈，除去須根，切厚片置于烘箱中60 ℃恒溫烘干，打粉過100目篩保存于干燥器中備用。用溴化鉀壓片法壓片(溴化鉀為AR級)，置于傅里葉變換紅外光譜儀中掃描獲得紅外光譜，測定范圍4 000～400 cm-1，掃描信號累加16次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應用OMNIC 8.2軟件、Origin 2017軟件對數(shù)據(jù)進行作圖，經(jīng)過平滑處理、降噪及去卷積處理，計算其二階導數(shù)找出隱藏峰與重疊峰，利用SPSS 22.0軟件對篩選出的特征峰進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 11種薯蕷屬植物26個樣本紅外光譜分析

傅立葉變換紅外光譜圖(FTIR譜圖)是植物組織器官內(nèi)各主要化學成分的綜合反映，可以根據(jù)所含化學成分的官能團特征找到相應紅外光譜吸收峰的歸屬。由圖1可見，縱坐標為透光率時，11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物地下莖粉末的傅里葉紅外變換光譜，11種薯蕷屬植物的26個樣本的紅外光譜較為相似。當將Y軸轉(zhuǎn)換為吸光度，并進行基線校正、平滑處理以及卷積處理后，11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物地下莖粉末傅里葉紅外變換光譜仍較為相近，如圖2所示。

將采自不同地方的同種植物的紅外光譜進行比較，發(fā)現(xiàn)同種異地樣本的特征峰無顯著差異，僅在峰值的相對強度上表現(xiàn)出微小的變化，如圖3所示。

表1實驗樣品來源

類群編號采集地采集日期/(年-月-日)采集人周生翅組薯蕷(D. opposita.)SY1大方縣油杉河2017-01-15魏怡冰SY2花溪黨武鄉(xiāng)2017-05-13杜富強SY3遵義馬蹄鎮(zhèn)2017-04-31魏怡冰SY4六盤水市大灣鎮(zhèn)2017-07-03黃明喆SY5大方縣黃泥塘鎮(zhèn)2017-05-29魏怡冰SY6花溪麥坪鎮(zhèn)2017-10-01黃明喆薯莨(D. cirrhosa.)SL1龍里縣羊場鎮(zhèn)2017-04-20魏怡冰SL2金沙縣大田鄉(xiāng)2017-05-28魏怡冰SL3修文縣六廣河2017-03-01徐梅SL4遵義馬蹄鎮(zhèn)2017-05-27徐梅日本薯蕷(D. japonica.)RB凱里縣高釀鎮(zhèn)2017-08-23龍登凱參薯(D. alata.)SS安龍縣科豐寨2017-07-24杜富強褐苞薯蕷(D. persimilis.)HB花溪黨武鄉(xiāng)2017-10-19魏怡冰頂生翅組粘山藥(D. hemsleyi.)ZSY興義市天生橋2017-11-13魏怡冰毛膠薯蕷(D. subcalva.)MJ1威寧縣二塘鎮(zhèn)2017-08-03李小明MJ2安順南馬頭鄉(xiāng)2017-07-30杜富強MJ3安龍縣科豐寨2017-07-24杜富強MJ4龍里縣羊場鎮(zhèn)2017-07-13嚴福林基生翅組黃獨(D. bulbifera.)HD1安順市南馬頭鄉(xiāng)2017-07-30王波HD2安龍縣科豐寨2017-07-24杜富強HD3龍里縣羊場鎮(zhèn)2017-07-13黃明喆HD4羅甸縣羅悃鎮(zhèn)2017-07-02杜富強根狀莖組黃山藥(D. panthaica.)HSY威寧縣二塘鎮(zhèn)2017-08-03杜富強復葉組黑珠芽薯(D. melanophyma.)HZY貴陽市森林公園2017-10-13嚴福林毛芋頭薯(D. kamoonensis.)MYT1威寧縣二塘鎮(zhèn)2017-08-03李小明MYT2貴陽市南明區(qū)2017-10-13嚴福林

圖2 11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物傅立葉變換紅外吸收光譜

在對原始數(shù)據(jù)進行二階求導處理，將相疊加波峰的差異放大，使不同波普間某些不明顯的差異顯著化后，找出隱藏的峰，篩選出20個典型吸收峰，其波數(shù)分別為：3 853.56 cm-1，3 420.14 cm-1，3 404.71 cm-1，2 925.48 cm-1，1 734.17 cm-1，1 636.30 cm-1，1 521.56 cm-1，1 442.01 cm-1，1 374.52 cm-1，1 244.34 cm-1，1 078.50 cm-1，874.08 cm-1，860.58 cm-1，808.99 cm-1，797.42 cm-1，765.60 cm-1，580.47 cm-1，575.17 cm-1，526.47 cm-1，469.10 cm-1。

2.2 光譜特征分析

本實驗中11種26個樣品傅立葉變換紅外光譜的整體峰形較為相似，但吸收峰強度與位置有差異，在1 020 cm-1、1 078 cm-1、1 156 cm-1附近均具有較為明顯的淀粉特征吸收峰，在1 640 cm-1附近蛋白質(zhì)的吸收峰更為明顯，具體特征如下：

1) 在3 380～3 400 cm-1均有一寬峰，強度較大，為OH伸縮振動峰；

2) 在2 925 cm-1附近均有一個銳鋒，為CH2反對稱烷烴振動峰；在1 385～1 100 cm-1附近均有一較小銳鋒，為CH2面外搖擺烷烴振動峰，但黑珠芽薯蕷(HZY)不明顯；薯蕷(SY)及褐苞薯蕷(HB)在990 cm-1附近有一個小鈍峰，為CH2烯烴扭曲振動峰；

3) 1 375 cm-1和1 465 cm-1附近有較弱的峰，為CH3變角振動峰；除黃山藥(HSY)、毛膠薯蕷(MJ)外，其余樣品在1 050～920 cm-1附近有CH3搖擺振動峰；

圖3 同一物種不同采集地6個薯蕷樣品傅立葉變換紅外光譜

圖4 11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物傅立葉變換紅外光譜聚類分析系統(tǒng)樹

表2 11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物傅立葉變換紅外光譜聚類結(jié)果

類別(最小區(qū)分)物種編號第一類SY(3),SS(9),RB(10)第二類HB(2),HD(5),SL(8)第三類HSY(4),MJ(6),ZSY(7)第四類HZY(1),MYT(11)

4) 765～860 cm-1附近有C-H面外彎曲振動峰；除黑珠芽薯蕷(HZY)外其余樣品在1 160 cm-1附近有C-H面內(nèi)彎曲振動峰；

5) 1 610 cm-1附近有一鈍峰，為烯烴C=C伸縮振動峰；

6) 1 733 cm-1附近有一小銳鋒，為C=O伸縮振動峰；

7) 1 000～1 100 cm-1有較為彌散的糖類C-OH伸縮振動峰帶。

2.3 聚類分析

通過對篩選出的20個吸收峰構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣，基于歐式距離(歐幾里得度量euclidean metric)的聚類結(jié)果，如圖4所示。

由圖4與表2可以看出，11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物可分為兩大類，一類為黑珠芽薯蕷(HZY)和毛芋頭薯蕷(MYT)，這2種植物均為薯蕷屬復葉組植物；另一大類又可分為2類，黃山藥(HSY)、毛膠薯蕷(MJ)、粘山藥(ZSY)聚為一類，薯蕷(SY)、參薯(SS)、日本薯蕷(RB)、褐苞薯蕷(HB)、黃獨(HD)和薯莨(SL)聚為一類，其中薯蕷(SY)、參薯(SS)和日本薯蕷(RB)較為類似，褐苞薯蕷(HB)、黃獨(HD)和薯莨(SL)較為類似。

3 結(jié)論與討論

傅里葉紅外變換光譜法(FTIR)作為一種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)常用的分析技術(shù)，摒棄了傳統(tǒng)的化學分析方法，具有快速、無損的優(yōu)點，廣泛應用于微生物學、醫(yī)學、工業(yè)以及植物學等各個領域。近年來FTIR在中藥和中成藥的質(zhì)量控制與鑒別上已有應用，在藥用植物的鑒別和質(zhì)量控制方面也被廣泛應用，武斌等利用FTIR和模糊聚類建立了茶葉傅里葉紅外光譜的模糊聚類系統(tǒng)，李歡歡等還對石菖蒲進行了FTIR研究。植物的紅外光譜是其所有成分吸收光譜的疊加，由于植物化學成分不同，形成有差異的光譜吸收譜圖，以此來區(qū)分不同物種或進行親緣關(guān)系研究。目前對薯蕷屬植物進行紅外光譜研究較多的主要是山藥以及山藥的各種化學成分，劉家水等應用FTIR對山藥的正品、偽品以及習用品進行了鑒別，齊路明等利用FTIR對5種藥食同源的薯蕷屬植物進行了鑒別研究。除FTIR，還有學者應用近紅外光譜法(NIRS)、全反射紅外光譜法(ATR)和拉曼光譜分析對薯蕷屬植物進行研究。利用紅外技術(shù)對于薯蕷屬的鑒別研究還較少。

本研究采用傅里葉變換紅外光譜法對黔產(chǎn)11種薯蕷屬植物進行了鑒別。結(jié)果顯示，11種薯蕷屬植物26個樣本的紅外光譜峰形較為相似，但峰位置與峰值存在一定差異；采自不同地點的同種植物的紅外光譜特征峰幾乎沒有差異，僅在峰值的相對強度上表現(xiàn)出微小的變化。根據(jù)二階導數(shù)可篩選出20個特征吸收峰，根據(jù)特征吸收峰對11種黔產(chǎn)薯蕷屬植物進行聚類分析發(fā)現(xiàn)可聚為4類：薯蕷、參薯、日本薯蕷為一類，褐苞薯蕷、黃獨、薯莨為一類，黃山藥、毛膠薯蕷、粘山藥為一類，黑珠芽薯蕷、毛芋頭薯蕷為一類。傅里葉變換紅外光譜鑒別可以對薯蕷屬植物的鑒別起到輔助作用，但若要進行準確的區(qū)分，還需擴大樣本量，并結(jié)合分子實驗和形態(tài)顯微鑒別進行綜合的評價與分析；本研究結(jié)果為薯蕷屬植物的分類鑒定提供了參考依據(jù)。