X 射线衍射方法对太空桔梗 内在品质的研究

X 射线衍射方法对太空桔梗内在品质的研究

燕山大学理学院 07应用物理项目编号： CXSY0813Z项目负责人： 王 发成 员： 周连波指导教师： 关颖，郭西华

桔梗为桔梗科植物，桔梗的干燥根部，味苦、辛，性微温。入肺经。能祛痰止咳，并有宣肺、排脓作用。桔梗根呈圆柱形或纺锤形，长 6 至 20 厘米，直径 1 至 2 厘米。表面淡黄白色，微有光泽，有纵沟纹、皮孔及支根痕；顶端根茎长 0.5至 4 厘米，直径约 1 厘米，茎痕排列呈盘节状。质硬脆，断面可见放射状裂隙，皮部类白色，形成层环棕色，木部淡黄色。以根肥大、色白、质实、味苦者为佳。

一 样品药材简述

河北省安国市科崴种子经销公司于 2002 年 3 月25 日～ 2002 年 4月 1 日，利用“神舟”三号飞船搭载了桔梗、白芷等多种中药材种子。 选育至今已到亟需对太空药材的内在质量进行分析与评价的阶段。

选用河北省安国市科葳航天育种试验基地选育种植并提供的 1 棵第 4 代太空组和 5 棵地面组桔梗药材干品。 从外观上可以看出，太空组桔梗与地面组桔梗相比根部明显肥大，而且多分叉，多根须。且植株生长过程中呈现出生长旺盛，植株健壮、产量提高、抗病能力增强等一系列明显的优异外部特征。

选用日本理学D/max-2500Pc型 X射线衍射仪收集衍射实验数据。 X 射线扫描方式为对称耦合扫描模式。 Cu 靶，管压 40KV, 管流100mA ，窗口尺寸5×10 mm, 步长0.02° ，扫描速度 3°min-1 ， 扫描范围为5°～ 60° 。用 5 ～ 10μmSi 粉校正衍射仪测量角度的误差，测角仪 角误差不大于0.01° 。

二 实验仪器

地面组样品是在 5 棵桔梗根中部各取中段部分，太空组样品取自与地面组相同田间管理条件下长势呈现明显优势的 1 棵桔梗根中段部分。两组药材样品经 60°条件下 24 干燥 24小时后均用玛瑙研钵研磨成细粉末，再经 200目过筛后装入样品槽内并置入 X 射线衍射仪的样品台，设定上述测试参数，确认所有测试条件准确无误后开始采集衍射数据。

三 样品制备

四 实验结果及分析 将采集到的两组桔梗样品的PXRD 数据经 Origin8.0软件编辑后见图 1 。

由图 1 可见地面组桔梗的 PXRD谱中有4个面间距值为 10.8、 7.35、 5.45,和 4.09 Å 的小锐峰，经物相鉴定 [1] 可知这些小锐峰来自于菊糖晶体物质的贡献 ；而太空组与地面组相比未见明显的小锐峰。这表明太空桔梗中已不含或只有极少含量的菊糖成分，而非晶态物质成分含量有明显的增加，这一点已被相关研究所证实 [2] 。这足以表明太空组桔梗的整体内在品质与地面组相比产生了明显变化。

[1] 唐长馥 . X 衍射在名贵中药分析鉴别中的应用 ．上海中医药杂 ) ， 1991，(10)： 1-3

[2] 郭西华，关颖， 杨腊虎 ，等 . FTIR 光谱法对太空诱变育种 中药材桔梗的分析，中国中药杂志， 2008， 33(16)： 2005-2007.

同一种属的植物具有相同或相似的晶体物质成分 , 这是生物体的遗传因素决定的。两组样品是在同一地区的土壤、同一种管理条件下种植收获的，但太空组中晶体物质成分发生明显变化，且外观性状呈现出生长旺盛，植株健壮等明显优势，表明桔梗种子在经受空间辐射、微重力等特殊环境作用的作用，导致种子的部分遗传物质产生了变异所致。从植物生理学方面来看，这些内在的晶体成分的改变正是其明显的优异外部特征的重要物质基础。

五 实验的创新点 本实验的创新点就是首次将 X 射线衍射技术应用到我国独创的药用植物太空桔梗主要成分的分析方面‑‑ -- 测定和分析太空诱变育种对桔梗晶体成分的影响；本项工作为筛选桔梗优异新品种提供基础数据，并探索出适合于从整体上全面评价航天育种对药用植物内在品质影响的指纹图谱技术。本文从原子层面上对我国独创的太空桔梗晶体成分的变化进行了测定并与地面组的进行了对比分析。

六 本项目的意义 本题属空间技术在药用植物育种方面应用的前沿领域，研究内容是该领域中亟待解决的问题之一。本小组对我国首创的第 4 代太空组桔梗和面组桔梗采用 PXRD现代物理分析测试技术被检样品全部组分—能表征整体特征的衍射数据 ,并对其中的晶体成分进行相鉴定及对比分析的方法，阐明了航天诱变育种对桔梗内在晶体成分的影响。这为筛选太空诱变桔梗新品种提供了科学依据，并探索了适于从整体上评价空间育种对药用植物内在品质影响的指纹图谱技术。这对推动我国空间技术在药用植物方面的应用、中药材的快速鉴别和中药材的质量稳定性控制有重要的意义。

七 本项目有待提高之处 1 、 X 射线衍射方法只能对桔梗微中的晶态组分进行相鉴定及对比分析，而在桔梗中存在大量的非晶态组分，这就需要用其他方法进行鉴定。 2 、由于本届创新实验项目工作是在我校首次开展，无先例可依，存在项目实验规划不够完善及实验记录不够完全等多处有待改进之处。

2009.01－ 2009.03 查阅资料、选题、自主设计项目研究方案；

2009.04－ 2009.05 收集和制备被检药材样品；

2009.06－ 2009.06 利用 X 射线衍射仪收集各样品的衍射数据；

2009.07－ 2009.08 对两组数据作物相鉴定和

对比分析2009.09－ 2009. 11 综合分析与评价，撰

写研究工作总结；2009.12－至今 准备提交研究工作总结

及相关材料。

八 计划实施情况

九 项目经费使用情况 明细

用途 具体内容

单价（元）

数量 总金额（元）

用 途

材料费 （器件注明名称型

号，可另附页）

太空搭载桔梗样品和

地面桔梗样品 实验样品

文具 67 2套 134 处理数据

计算器 50 1个 50 计算数据

U盘 60 1个 60 存储资料

电池 2 4个 8 计算器用

资料费 （图书注明书名、

出版社）

固体物理学（哈尔滨工业

大学出版社） 20 1本 20

学习 X射线衍射的

基本原理 X射线衍射分析技术（国

防工业出版社）

39 1本 39

晶态聚合物结构和 X射

线衍射（科学出版社） 55 1本 55

精通 Origin7.0（北京航

天航空大学出版社）

35 1本 35 学习绘图软件

调研费 （车票注明往返

地）

秦皇岛——石家庄 81 1张 81

调研费用 秦皇岛——石家庄 81 1张 81

石家庄——秦皇岛 87 1张 87

石家庄——秦皇岛 87 1张 87

论文发表费 （注明期刊及论文

名称）

专利申请注册费

其他费用

实验费 800元 实验费用

公交车及出租车费 70元 出行费用

打印费 160元 打印材料

其他费用 233元 消费

合计 2000元

通过我自己参加创新实验的经历，我感受这是一次很好的锻炼学生综合素质的机会，建议学校能为更多学生提供这类平台，让他们都能参与进来。最后感谢指导老师给予的详细指导和学校各级领导的关怀，以及同学们的无私帮助。

十 感想