Plant Phenomics | 上海理工大學(xué)莊松林院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于西洋參標(biāo)志物F11的無(wú)損快速分析方法

西洋參是一種名貴的藥用草本植物，具有諸多的藥理學(xué)價(jià)值。傳統(tǒng)的西洋參鑒定方法存在費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、消耗大等問(wèn)題，而太赫茲光譜技術(shù)在定性和定量鑒定藥草的關(guān)鍵物質(zhì)方面具有巨大潛力。而今，特異性標(biāo)志物標(biāo)記分析法已變成物質(zhì)分析的最重要手段。

近日，Plant Phenomics在線發(fā)表了上海理工大學(xué)莊松林院士團(tuán)隊(duì)題為T(mén)erahertz Spectroscopy for Accurate Identification of Panax quinquefolium Basing on Nonconjugated 24(R)-Pseudoginsenoside F11的研究論文。

本研究開(kāi)發(fā)了一種基于西洋參的特異性物質(zhì)擬人參皂苷F11為標(biāo)志物的分析方法，詳細(xì)研究了太赫茲光譜技術(shù)在藥草西洋參定性和定量上的相關(guān)工作，分析對(duì)比了太赫茲和多種方法對(duì)西洋參的測(cè)試結(jié)果以及不同產(chǎn)地西洋參的光譜差異。本研究證明了以擬人參皂苷F11為出發(fā)點(diǎn)檢測(cè)西洋參的高效性，也為后續(xù)太赫茲技術(shù)在藥草鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用做出總結(jié)和展望。

首先，相較于其他光譜法展示物質(zhì)分子的躍遷方式、官能團(tuán)信息，太赫茲光譜法可以表征分子整體的信息，更快速精準(zhǔn)的展示西洋參特異性標(biāo)志物F11的信息。

第二，與《中國(guó)藥典》的權(quán)威方法高效液相色譜法分析對(duì)比，兩種方法的歸一化誤差小于5%，線性擬合度高達(dá)0.975。但太赫茲光譜法速度更快，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，提高了西洋參的檢測(cè)效率，降低了檢測(cè)成本。

第三，基于主成分分析法，通過(guò)分析不同樣本的主成分得分的差異，不但實(shí)現(xiàn)了西洋參與同屬于五加科人參屬的其它藥草、其它非草藥物質(zhì)的鑒別，而且可以鑒別西洋參的產(chǎn)地。這種通過(guò)光譜信息與算法程序的結(jié)合手段，使得西洋參檢測(cè)更加智能化。

在本研究中，我們開(kāi)發(fā)了一種擬人參皂苷F11準(zhǔn)確、快速和經(jīng)濟(jì)有效的鑒別和定量分析新方法。研究中的理論模擬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了F11可以作為西洋參的生物標(biāo)志物，其吸收峰面積可以準(zhǔn)確地定量西洋參樣品中F11的含量。

結(jié)合PCA算法證明西洋參和其他草藥或藥用植物可以被清晰地區(qū)分，而且適用于區(qū)分不同產(chǎn)地的西洋參。在未來(lái)，該方法結(jié)合太赫茲能量增強(qiáng)或系統(tǒng)信噪比改善，結(jié)合軟件分析，將為多種植物的識(shí)別鋪平道路，具有潛在的商業(yè)應(yīng)用。

Figure 1: Different testing methods. Comparison for 24(R)-pseudoginsenoside F11.

Figure 3: Quantitative analysis of Panax quinquefolim.

Figure 4: Principal component analysis based on terahertz spectra.

作者簡(jiǎn)介

莊松林，中國(guó)工程院院士，現(xiàn)任上海理工大學(xué)光學(xué)與電子信息工程學(xué)院院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師，上海光學(xué)儀器研究所所長(zhǎng)，國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)和美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)fellow、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)、中國(guó)光學(xué)工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、探月計(jì)劃專(zhuān)家組成員、教育部?jī)x器科學(xué)和技術(shù)教指委副主任。莊松林院士長(zhǎng)期從事應(yīng)用光學(xué)、光學(xué)工程和光電子學(xué)的研究。

彭滟，上海理工大學(xué)博士生導(dǎo)師，教授，科研方面主要圍繞太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用研究展開(kāi)。個(gè)人榮獲“國(guó)家優(yōu)秀青年自然科學(xué)基金”，上海市“東方學(xué)者”，“曙光學(xué)者”、“青年拔尖人才計(jì)劃”和“啟明星”人才稱號(hào)，以及上海市“五四青年獎(jiǎng)?wù)隆焙蜕虾Ｊ小敖韼浇ü��?biāo)兵”榮譽(yù)稱號(hào)等。

朱亦鳴，上海理工大學(xué)博士生導(dǎo)師，教授，國(guó)家萬(wàn)人計(jì)劃“中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”，國(guó)家百千萬(wàn)人才，青年長(zhǎng)江學(xué)者，國(guó)家基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國(guó)務(wù)院特殊津貼獲得者。

李慧梁，海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系副教授，長(zhǎng)期從事中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及新藥研發(fā)研究。上海市科技啟明星，曙光學(xué)者。

寇天一，上海理工大學(xué)碩士研究生，專(zhuān)業(yè)為光學(xué)工程，導(dǎo)師彭滟教授。研究方向?yàn)樘�赫茲生物檢測(cè)和太赫茲光譜分析。

葉霽，海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)和質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的研究工作，精通各類(lèi)大型質(zhì)譜儀器在中藥的應(yīng)用，如超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜、氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜等。

論文鏈接

https://spj.sciencemag.org/journals/plantphenomics/2021/6793457/ 

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AboutPlant Phenomics

《植物表型組學(xué)》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行，是Science合作出版的第二本期刊。采用開(kāi)放獲取形式，刊載植物表型組學(xué)交叉學(xué)科熱點(diǎn)領(lǐng)域具有突破性科研進(jìn)展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點(diǎn)。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術(shù)，基于圖像分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的表型組學(xué)新應(yīng)用，與植物表型相結(jié)合的分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、作物模型和其他組學(xué)研究，表型組學(xué)相關(guān)的植物生物學(xué)等。期刊已被CABI、CNKI、DOAJ和PMC數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。

說(shuō)明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負(fù)責(zé)組稿。
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編輯：周燦彧（實(shí)習(xí)）、鞠笑、孔敏
審核：尹歡