1 吉林农业大学人参新品种选育与开发国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130118
2 吉林农业大学中药材学院, 吉林 长春 130118
人参主要依靠大田栽培, 耗时长, 利用植物组织培养技术不仅可以缩短育种年限, 还可以用来生产次生代谢产物。 在组织培养中, 光质对于药用植物次生代谢产物的影响受到了人们广泛关注。 以人参愈伤组织为试材, 采用超高效液相色谱法, 研究了不同光质(包括红光、 红蓝光、 蓝光、 绿光、 黄绿光)对人参愈伤组织生长状态、 总皂苷及9种皂苷单体Rg1, Re, Rf, Ro, Rb1, Rc, Rb2, Rb3, Rd含量的影响。 结果表明: 绿光加速人参愈伤组织老化, 促进次生代谢产物的积累, 而蓝光对人参愈伤组织生长有促进作用; 红光和绿光对总皂苷作用不明显, 且蓝光、 红蓝光(1:1)、 黄绿光(1:1)对人参皂苷转化与合成起到明显的抑制作用; 与对照组相比, 绿光处理后Rg1、 Rf含量均偏高, 其含量分别为4.063和1.194 mg·g-1, 对Rg1、 Rf人参皂苷单体含量有促进作用。 表明不同光质对人参愈伤组织生长及皂苷含量有不同的影响, 可以通过绿光处理来获得人参单体皂苷Rg1和Rf。 该研究旨在探究光质对人参愈伤组织生理生化的影响, 提高人参皂苷含量, 为工业化生产提供理论依据。
人参 愈伤组织 光质 人参皂苷 超高效液相色谱 Panax ginseng Callus Light quality Ginsenosides Ultra performance liquid chromatography 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1318
1 河南中医药大学药学院, 河南 郑州 450046
2 中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地, 北京 100700
3 航天恒星科技有限公司大数据项目办公室, 北京 100086
4 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100094
5 中国中医科学院道地药材国家重点实验室培育基地, 北京 100700
6 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室, 甘肃 兰州 730000
7 中国科学院长春应用化学研究所吉林省中药化学与质谱重点实验室, 吉林 长春 130022
8 航天工程大学航天信息学院, 北京 101416
人参是传统中药材中的贵重品种, 具有较高的经济价值。 人参生长的地域性很强, 不同产地人参有效成分含量存在差异, 人参因“道地”与否, 会导致其质量、 医学效用和经济价值的差异, 因此人参产地识别的意义重大。 目前常通过磨粉提取等制备, 再采用化学或光学等多种手段检验人参产地, 但会造成样本破坏。 而基于外观性状或芦头特征的鉴别, 因主观性差异不能作为标准化的识别方法。 如何用高精度、 无损、 快速检测识别的方法, 对人参的产地进行识别分析, 是该研究的主要立足点。 通过采用高光谱成像技术, 对已知产地信息的人参样本, 通过获取从4002 500 nm的反射光谱, 经过基于白板的绝对和相对辐射校正处理, 构建了高光谱反射率数据集。 采用随机森林的机器学习方法, 构建了基于高光谱数据的全光谱人参产地识别模型, 并对不同尺度的地域划分规则分别开展了产地识别精度验证, 发现不同产地的人参光谱有明显区别。 其中东三省与否的产地识别精度, 可以达到98.2%。 同时利用随机森林基于决策树构建的优势, 获得了人参产地识别的光谱重要性结果, 为专用轻量化仪器研发指明特征光谱。 高光谱人参产地识别研究作为严格的无损检测方式, 将对人参等道地药材的产地识别、 药材图谱指纹认知和挖掘、 药材鉴定和质量评价等提供理论支撑和技术手段。
高光谱 随机森林 可解释性 人参 中药材 产地 Hyperspectral Random forest Interpretability Ginseng Traditional Chinese medicinal materials Origin 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1217
1 吉林农业大学人参新品种选育与开发国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130118
2 重庆三峡医药高等专科学校, 重庆 404120
3 吉林农业大学中药材学院, 吉林 长春 130118
主要针对不同光质对人参种苗叶片生长影响的研究, 从而探究人参工厂化育苗的优良光质, 为提高种苗质量提供基础依据。 试验设置六组处理, 分别为白光（W, 作为对照）、 蓝光（B, 450～470 nm）、 红光（R, 625～655 nm） 、 绿光(G, 510～530 nm)、 黄光(Y, 585～605 nm)、 红蓝光(RB, R/B=4∶1), 白光作为对照光源。 试验结果表明, 不同光质下生长的人参种苗叶片在外观形态、 生理特性和细胞结构上都显现明显的差异。 在叶面积的生长过程中, 红蓝光和白光下的叶面积较大, 红光次之, 蓝光下最小; 在叶绿素含量的分布中, 添加蓝光的处理组明显高于对照组, 说明蓝光对叶绿素的合成有关键作用, 红光下叶绿素含量最低, 表明红光不利于叶绿素的合成。 蓝光、 黄光和白光下叶绿素荧光电子效率较高, 而在气孔特性上, 绿光、 红光和白光的气孔数量较多, 单个气孔面积蓝光和红蓝光下较大。 通过电镜下叶片超微结构的观察发现, 不同光质对叶片的细胞结构产生了明显的影响, 主要表现在线粒体和叶绿体的分布以及叶绿体的结构上, 其中白光和蓝光照射下的线粒体和叶绿体数量较多, 叶绿体片层结构垛叠数上也更紧凑丰富。 另外, 不同光质下生长的幼苗叶片衰老进程也产生了明显的差异, 蓝光、 红蓝光照射下衰老速度较快。 综上所述, 不同光质对于人参种苗叶片生长的影响各不相同, 蓝光和红蓝复合光照射具有较多的优良性状和较好的生理参数, 因此在应用和实践上还需要根据具体的需求制定相应的光质配比策略, 以达到壮苗丰产的目的。
光质 人参 生理特性 超微结构 Light quality Ginseng Physiological properties Ultrastructure 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3864
1 陕西科技大学电气与控制工程学院, 陕西 西安 710021
2 陕西科技大学电子信息与人工智能学院, 陕西 西安 710021
红参中提取出的有效活性成分人参皂苷含量对后续产品的质量有重要的影响。 传统的红参提取质量控制化学检测方法成本高, 具有滞后性。 已有的研究表明快速无损的近红外检测方法用于红参提取过程具有可行性, 但现有方法依赖仪器自带数据处理软件, 无法满足生产实际的精度和速度需求。 为实现红参提取过程的快速、 精确监测, 提出将多种智能光谱筛选算法应用在近红外光谱建模中, 并对比不同光谱筛选算法的性能和稳健性。 以红参提取液中含量高的人参皂苷Rg1和含量较低的人参皂苷Rc为目标, 采集了三个不同批次前两次红参提取液样本128份, 在线获取1 000~2 499 nm波段近红外原始光谱吸光度数据, 并同时采用国标方法高效液相色谱法测定目标人参皂苷含量, 首先采用竞争适应性重加权采样法(CARS)、 无信息变量消除法(UVE)、 随机蛙跳算法(RF)和连续投影算法(SPA)四种波长筛选算法进行波长降维处理, 然后使用筛选后的波长建立线性偏最小二乘(PLS)定量模型, 并通过模型的均方根误差(RMSE)、 决定系数(R2)和预测相对分析误差(RPD)等来评估模型的性能。 从四种波长优选算法PLS建模结果可知, 经RF优选后, 建模特征波长变量下降为原来的0.67%, 红参提取液中人参皂苷Rg1和Rc含量的R2都达到了0.94以上, 预测均方误差分别为0.024 6和0.013 5, 预测集相对分析误差达到了4.84以上, 降低了建模的难度, 提高了建模的精度; 将RF和CARS在原始光谱、 全光谱、 SNV预处理后的全光谱上建模对比, RF波长筛选算法建模模型的性能整体较好, 不同的光谱范围和预处理方法下性能影响较小, 稳健性好。 综上表明RF是红参提取液建模相对理想的波长筛选算法, 基于RF的PLS算法实现了对红参两次提取液的一次建模, 可用于提取液中人参皂苷成分含量的快速检测, 为药物的在线提取控制提供理论支撑。
近红外光谱 红参提取 随机蛙跳 稳健性 人参皂苷 Near infrared spectroscopy Red ginseng extraction RF Robustness Ginsenoside 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2443
1 烟台大学新型制剂与生物技术药物研究山东省高校协同创新中心、 分子药理和药物评价教育部重点实验室(烟台大学), 山东 烟台 264005
2 烟台大学化学与化工学院, 山东 烟台 264005
立体化学是影响外源性药物与生物功能大分子相互作用的关键结构因素。 人参皂苷Rh2具有抗肿瘤等生理活性, 已发现其中的C-20立体化学与多种生物学效应有关, 但其与体内重要药物载体血清白蛋白(SA)相互作用的立体选择性研究鲜见报道。 为此, 采用紫外吸收光谱、 荧光光谱、 同步荧光光谱和分子对接技术, 研究人参皂苷Rh2的C-20差向异构体在模拟生理条件下与SA相互作用的立体选择性特点及其机制。 20S-和20R-Rh2均能与SA按摩尔比1∶1自发形成稳定的复合物, 主要通过氢键和疏水相互作用, 使SA的相关发光基团疏水性增强, 同时改变Trp, Tyr等氨基酸残基周围微环境, 从而影响紫外光谱特征吸收峰的位置和强度, 并引起内源荧光的静态猝灭。 二者与SA的相互作用特征及结合模式均存在显著差异, 突出表现为结合区域以及参与氢键和疏水相互作用的基团和氨基酸残基数目及类别明显不同, 20S-Rh2具有相对更高的结合常数和结合自由能。 人参皂苷Rh2与血清白蛋白的相互作用具有立体选择性, C-20立体化学差异是其中的重要机制。
人参皂苷Rh2 血清白蛋白 立体选择性 多光谱分析 分子对接 Ginsenoside Rh2 Serum albumin Stereoselective interaction Spectroscopic methods Molecular docking 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3839
云南师范大学化学化工学院, 云南 昆明 650500
用荧光光谱和紫外-可见吸收光谱研究了20(S)-原人参三醇(PPT)与牛血清白蛋白（BSA）的相互作用, 结果表明: PPT对BSA荧光的猝灭类型为静态猝灭。 在温度为298, 308, 318 K时的结合常数分别是0.926 3×103, 0.618 2×103, 0.414 4×103 L·mol-1, 结合位点均接近于1。 PPT与BSA结合过程中主要的驱动力为氢键和范德华力。 与PPT结合后, BSA分子中色氨酸残基部位的结构变得更加紧密。 依据Fster的荧光共振能量转移理论得出PPT与BSA的结合距离r为2.62 nm, 能量转移效率E为0.32。
20(S)-原人参三醇 牛血清白蛋白 荧光光谱法 相互作用 20(S)-Protopanaxatriol Bovine serum albumin Fluorescence spectroscopic Interaction 光谱学与光谱分析
2016, 36(12): 3991
1 安徽中医药大学, 安徽 合肥 230031
2 中国中医科学院中药研究所, 北京 100700
3 道地药材国家重点实验室培育基地,中国中医科学院, 北京 100700
4 中国中医科学院中药资源中心, 北京 100700
以东北三省6个产地的74份人参样品为研究对象,采集其近红外光谱,以多元散射校正原始光谱;采用超高效液相色谱技术,建立样品中人参皂苷Rg1,Rb1,Re的含量测定方法,以样品中这三种皂苷的总量作为参考值,在6 001～4 007和10 000～8 786 cm-1建模区间,采用偏最小二乘法建立了人参样品中人参皂苷近红外定量模型,交叉验证均方根误差为0.115,预测均方根误差为0.167,相关系数分别为0.947 7和0.915 3.同时对近红外原始光谱进行多元散射校正和Savitzky-Golay平滑处理,以8 531～7 559 cm-1谱段对人参样品进行产地识别,结果表明,74份样品可分为3类,分别对应辽宁、吉林和黑龙江产区,校正模型判正率为96%,预测模型判正率达90%.2010版《中国药典》以人参样品中人参皂苷Rg1,Rb1,Re的总量作为评价人参质量的化学指标,该工作所建立的近红外预测人参样品三种皂苷总量的方法快速、准确,可用以评价人参样品的质量。
人参 近红外光谱 人参皂苷定量分析 产地识别 Ginsengs Near infrared spectroscopy(NIRS) Quantitative analysis Geographical origins 光谱学与光谱分析
2015, 35(7): 1885
1 长春中医药大学, 吉林 长春 130117
2 吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室, 吉林 长春 130012
研究人参皂苷分子与生物膜的作用对于深入了解中药人参的药理活性及其生物学功效至关重要.DPPC作为具有双分子层结构的脂质分子,常被许多国内外学者作为模拟膜的模型来研究药物分子与细胞膜的作用;Rb1作为中药人参中的重要皂苷成分,具有显著的药理学功效和生物性能.拉曼光谱是探讨分子间作用的有力工具,差示扫描量热技术(differential scanning calorimetry,DSC)是研究脂双层分子单体及其与药物分子作用的常用技术,而将两者结合研究药物分子对细胞膜作用的研究的报道较少.本文采用变温拉曼光谱和DSC探讨了在温度变化条件下人参皂苷Rb1单体分子与DPPC双层膜的作用.通过拉曼光谱测试,在Rb1作用前后,DPPC分子极性头部O—C—C—N+和C—C伸缩振动区域以及烷基链部分C—H键的伸缩振动区域的变化表明,随着温度的增加,含有一定浓度Rb1的DPPC磷脂极性头部旁氏构象没有发生变化,脂酰链的无序性构象增多,侧向排列的无序性增强,DPPC脂双层的流动性增加.由DSC实验得到的几个热力学常数［相变温度(Tm)、半峰宽(ΔT1/2)及相转变焓值(ΔH)］的变化表明,DSC进一步验证了变温拉曼实验结果,随着Rb1浓度的增大,DPPC双层膜的相变温度显著下降,流动性增强,说明Rb1对DPPC双层膜的影响较大.
变温拉曼 人参皂苷Rb1 DPPC双层膜 Thermo-Raman DSC DSC Ginsenoside Rb1 DPPC bilayers 光谱学与光谱分析
2015, 35(8): 2176
1 吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室， 吉林 长春130012
2 长春中医药大学， 吉林 长春130117
3 吉林大学超硬材料国家重点实验室， 吉林 长春130012
探讨药物与细胞膜的作用对于改善药物的药理活性、 揭示药物的作用机制具有重要意义。 利用差示扫描量热（DSC）和拉曼光谱技术对五种人参皂苷分子与DMPC磷脂双层膜的作用进行了实验研究。 结果显示， 在人参皂苷分子的作用下， DMPC的极性头部骨架构象没有发生变化。 Rb1和Rh2增多了脂肪酰链中无序性的构象， 增强了侧链排列的无序性， 而三醇组皂苷Re， Rf和Rg1对DMPC双层膜的影响较小。 DSC结果进一步表明， Rb1和Rh2均与DMPC双层膜发生了强相互作用， 两皂苷分子使DMPC的相变温度显著降低， 双层膜的流动性增强。 Rf对DMPC双层膜的扰动作用要强于Re和Rg1。
人参皂苷 二醇组 三醇组 拉曼光谱 Ginsenoside Panaxadiol Panaxatriol Raman spectroscopy DSC DSC
