应用FTIR分析过量表达HPS/PHI转基因与野生型天竺葵叶片在甲醛胁迫下的生理特性差异

6-磷酸己酮糖合成酶(HPS)和6-磷酸果糖异构酶(PHI)是细菌同化甲醛的关键酶。13 C-NMR分析结果说明在天竺葵叶绿体中过量表达HPS/PHI融合蛋白可把RuMP途径整合成卡尔文循环的一个支路,在转基因天竺葵叶绿体中创造一个甲醛光合同化途径。运用FTIR技术分析过量表达HPS/PHI转基因与野生型天竺葵在甲醛胁迫下体内各物质含量的变化规律及光谱表征,考察FTIR能否成为一种鉴定有甲醛光合同化途径的转基因植物与野生型植物表型差异的新方法。分别用4mmol.L-1甲醛处理野生型和转基因植物0,1,2,3,4d,通过对两种植物经甲醛处理不同时间后各光谱特征的比较分析发现,用4mmol.L-1甲醛处理4d后转基因植物中的碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等的含量明显高于野生型植物。这可能是由于安装HPS/PHI甲醛光合同化途径后使转基因植物同化代谢甲醛的能力更强,能将更多的甲醛固定为6-磷酸果糖,然后进入各种同化途径用于合成细胞内的各种组份所致,说明FTIR可作为一种鉴定有甲醛光合同化途径的转基因天竺葵与野生型天竺葵表型差异的新方法。     

钾镁胁迫对橡胶幼苗叶片物质成分影响的FTIR表征

养分亏缺是作物产量和质量提升的重要限制因子。我国砖红壤植胶区钾、镁缺乏及其低的有效性长期制约天然橡胶的产、质量。以“热研7-33-97”橡胶幼苗为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对钾、镁胁迫下橡胶树叶片物质组成特征进行研究,分析不同钾、镁胁迫条件下叶片红外光谱图谱特征峰的变化及其差异,探讨钾、镁胁迫对叶片物质成分和结构的影响,以期为钾镁缺乏影响橡胶树生长与生理代谢的机理研究提供参考。结果表明：（1）缺钾条件下,1 554,1 519和1 075 cm-1处的吸收峰缺失,表明橡胶叶片中蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,并且其他特征峰吸光度与正常处理相比均有不同程度的升高,表明缺钾造成蛋白质、碳水化合物等物质在叶片中大量积累,物质转运效率降低;（2）缺镁条件下,1 554 cm-1处吸收峰向高频方向位移了6 cm-1,说明缺镁造成蛋白质酰胺Ⅱ带的结构发生改变,同时,1 550~1 350 cm-1波数范围内吸收峰相对吸光度明显下降,说明缺镁降低了细胞壁多糖以及含油脂化合物的含量,且该波数范围内的三个吸收峰较其他吸收峰变化敏感,表明该波段可以较好地指示橡胶叶片镁营养状况;（3）钾镁同时缺乏条件下,各吸收峰的相对吸光度和强度明显减弱,1 554,1 519和1 075 cm-1处的吸收峰缺失,说明蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,1 057 cm-1处吸收峰向高频方向位移了11 cm-1,表明橡胶叶片中果胶类多糖分子结构发生了变化。综上所述,缺钾造成橡胶叶片蛋白质、糖类物质的含量的大量积累,缺镁造成叶片细胞壁多糖和油脂化合物下降,而钾镁同时缺乏时蛋白质、脂类、糖类物质等物质含量均明显下降。研究表明,使用FTIR技术对养分缺乏下的橡胶叶片物质成分定性分析具有一定的可行性,同时可为橡胶钾、镁营养生理代谢的机制研究提供新的思路和方法。     

几种花粉的傅里叶变换红外光谱研究

本文利用傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)对7种植物[玉兰、香水百合、天竺葵(粉红,红色)、兰花、菊花、马蹄莲]花粉进行了研究。结果显示,花粉样品的红外光谱主要由蛋白质、多糖、脂类物质的特征吸收峰组成。不同种花粉的红外光谱的差异表现为脂类物质的特征吸收峰强度的变化,多糖特征吸收峰峰形的区别,以及蛋白质和多糖的特征峰强度比的不同。不同颜色的天竺葵光谱差异较小,仅脂类特征吸收峰略有差异。研究表明,利用红外光谱建立数据库,有可能依据花粉的傅里叶变换红外光谱鉴别植物。     

钾硼胁迫对棉花功能叶物质成分影响的FTIR表征

钾和硼均是植物必需的营养元素,对植物的生长、发育与生理代谢等起着重要作用。棉花对钾和硼都有较高的需求量,而棉花缺钾或缺硼时有发生。以鄂抗8号品种的棉花作为研究材料,利用傅里叶变换探讨钾硼胁迫对棉花功能叶片物质成分的影响。红外光谱(FTIR)对钾硼胁迫下棉花叶片的物质成分进行研究,分析钾硼缺乏情况下叶片红外光谱的差异。结果表明：(1)缺钾处理时,1 546.86, 1 438.85, 1 153.39和1 024.17 cm-1这4个特征峰消失,且其他特征峰的相对吸光度值与正常处理相比均减小,表明缺钾时棉花功能叶片蛋白质、纤维素、可溶性糖和核糖的结构发生变化且含量降低。(2)缺硼条件下,叶片的特征峰的相对吸光度均有所升高,因而,缺硼则导致蛋白质及可溶性糖、纤维素等碳水化合物等的运输受阻而在叶片中积累。(3)钾硼同时缺乏,棉花功能叶片特征峰的位置和相对吸收强度与正常处理相比有很大差异,表现为棉花功能叶片蛋白质和可溶性糖等碳水化合物的含量升高,而核酸和多糖分子等含量下降。因此缺钾导致棉花功能叶片蛋白质、纤维素、可溶性糖和核糖结构变化的含量降低;缺硼时蛋白质及可溶性糖、纤维素等碳水化合物等在叶片中积累;缺钾缺硼时蛋白质和可溶性糖等碳水化合物含量升高,而核酸和多糖分子等含量下降。     

3种菊花花瓣的傅里叶变换红外光谱鉴别

利用傅里叶变换红外光谱技术测试万寿菊、野菊花、七月菊的花瓣,对比它们各自红外光谱的特征,确定叶黄素酯的吸收峰,并分析3种菊花中该吸收峰的相对吸收强度,从而定性研究叶黄素的含量,为菊花的品质提供参考.研究表明,傅里叶变换红外光谱技术能快速定性反映菊花花瓣中酯类物质的含量信息,而且具有用量少、操作方便,不破坏研究对象的分子...     

万寿菊花渣中残余叶黄素酯的红外光谱分析

利用傅里叶变换红外光谱技术测定了万寿菊花瓣和提取叶黄素酯后万寿菊花渣的光谱,比较两者的光谱发现花渣中羰基、甲基和亚甲基的相对吸收强度明显减弱。由于叶黄素酯从万寿菊花瓣中被提取,导致花渣中酯类物质含量减少,从而在光谱中反映出这3个吸收峰减弱。羰基的吸收峰主要来源于酯类物质,利用该吸收峰的强弱可以定性反映出花渣中叶黄素酯残余量的多少。研究表明:傅里叶变换红外光谱技术能准确和快速提供万寿菊花瓣和花渣中酯类物质的含量信息,可以作为一种检测花渣中叶黄素酯残余量的手段。     

基于拉曼光谱的硝酸甘油对活体血液作用的实时分析

利用拉曼光谱对注射硝酸甘油后的活体裸鼠体内动脉血液进行实时连续无损的分析,每隔10s获取一个动脉血管内血液的拉曼光谱,光谱分析表明,活体血液的拉曼光谱主要体现在以下几个位置:1548,1618,1654cm-1(与蛋白质相关)和1125cm-1(与血糖相关)。通过分析部分特征峰发现注射硝酸甘油后在280~730s内光谱强度下降,表明体内血液浓度变稀,这可能是由于血管扩张引起的。峰强度在注射硝酸甘油前后的变化为:1548cm-1峰强度从1965.42降到1273.61,下降了35.2%,1125cm-1峰强度从411.59降到223.79,下降了46.63%,说明血液中蛋白质、血糖的含量有不同程度的减少,即裸鼠体内血液中的血红蛋白质发生变性、血糖含量明显降低。拉曼光谱活体实时分析技术为研究硝酸甘油代谢机理提供了新的技术和方法。     

红外光谱对啤酒酵母培养过程的研究

采用衰减全反射红外光谱技术跟踪了啤酒酵母发酵过程，解析了发酵过程的红外光谱变化。在啤酒酵母培养过程中，1106cm^-1吸收峰强度的下降反映出基质麦芽糖的消耗；而产物乙醇的形成会引起880、2976、2980cm^-1处吸收峰强度增加和1625cm^-1处吸收峰的下降，从上述吸收峰强度的变化可描述啤酒酵母培养的进程。     

药用植物虎掌与魔芋的红外光谱对比分析

本文采用傅里叶变换红外光谱法分别对虎掌和魔芋的根、茎、叶的红外光谱进行了对比研究。通过对红外光谱的比较, 发现它们的吸收峰大体相同, 说明具有相似的化学成分, 如氨基酸、苷类物质、糖类和酮类等。但是其吸收峰的位置和强度存在一定的差异, 表明两种物质的特征和药效可能存在不同。     

马尾松木材褐腐降解的红外光谱研究

用傅立叶变换红外光谱(FTIR)研究了马尾松木材被茯苓褐腐菌降解过程中化学成分的变化。测量了木质素和综纤维素的相关红外吸收峰的峰高比值,用湿化学方法测定了未褐腐和不同褐腐时间木材的Klason木质素含量和综纤维素含量,分析了红外吸收峰峰高比值与Klason木质素含量和综纤维素含量的相关性。褐腐15周内,1736和1372cm-1处归属于综纤维素的吸收峰强度逐渐减弱,1510和1225cm-1处归属于木质素的吸收峰强度逐渐增强;但褐腐15周后,1736和1372cm-1处的吸收强度却开始略微增强,1510和1225cm-1处吸收强度略微下降。I1510/I1736,I1510/I1372,I1225/I1736和I1225/I1372与Klason木质素和综纤维素含量之间均存在非常好的线性相关,R2为0.96～0.99。I1736/I1510和I1372/I1510与综纤维素含量之间存在高度线性相关,R2=0.96。结果说明用红外光谱技术可以对木材褐腐过程中的综纤维素含量和Klason木质素含量进行准确分析。     

地下储存CO2 泄漏胁迫下地表植被光谱变化特征及识别研究

随着全球气候变暖,减少温室气体排放成为全世界所关注的问题,而碳捕捉与储存(carbon capture and storage,CCS)技术可以减少温室气体CO₂排放量,但储存在地下的CO₂有泄漏的风险。本工作的目的是通过野外模拟实验,研究地表植被(甜菜)在CO₂轻微泄漏胁迫下其叶片叶绿素含量、水分含量及光谱变化特征,结果表明CO₂泄漏胁迫的甜菜叶绿素与叶片含水量明显降低,叶片反射率在550 nm减小,而在680 nm增大。设计了比值指数R₅₅₀/R₆₈₀进行识别CO₂泄漏胁迫的甜菜,发现该指数能够在胁迫发生7天后识别出胁迫的甜菜,且该指数具有较强的敏感性、稳健性及识别能力。研究结果对于未来CCS项目选址、地表生态监测评估、遥感监测CO₂泄漏点等都具有重要的现实意义与应用价值。     

非理想化学计量比氧化铀的拉曼和红外光谱

测量了七种非理想化学计量比的UO₂+x(0＜x＜0.66)及UO₂和U₃O₇等理想化学计量比氧化铀的拉曼和红外光谱,并进行了对比分析,其中U₃O₇和U₃O₈之间UO₂+x的分子振动光谱为首次报道。拉曼光谱结果显示,随着UO₂+x中x值的增加,UO₂特征峰中的578和1 150 cm-1峰强度快速减弱,当x=0.19时,这两峰基本消失,可视为准完美萤石晶体结构UO₂的标志。445 cm-1峰强度在减弱的同时变宽并偏移,当x=0.32时,该峰已偏移至459 cm-1处,同时在～630 cm-1出现一弱肩峰,这与四方相U₃O₇的特征峰一致。当x≥0.39时,459 cm-1峰发生分裂,在235和754 cm-1处出现新峰并增强,其特征逐渐与正交相的α-U₃O₈接近。但直至x=0.60时,与α-U₃O₈相比其333,397,483和805 cm-1峰仍不突出。红外光谱结果显示,随着UO₂+x中x值的增加,UO₂位于400～570 cm-1区间的强吸收特征谱带逐渐分裂为～421和～515 cm-1两峰并增强,同时UO₂在～700 cm-1的弱吸收峰逐渐消失,～645 cm-1处的肩峰逐渐显现,出现的这三个峰正是U₃O₇的特征红外吸收峰。当x≥0.39时,在744 cm-1出现一强吸收峰并增强,该峰是α-U₃O₈的最强特征峰。但即使x=0.60时,～645 cm-1峰仍然存在,同时～515 cm-1峰也未明显分裂成485和535 cm-1峰,这表明UO_2.60仍处于四方相和正交相的过渡阶段。上述结果表明,随着x值的增加,UO₂+x的晶体结构发生变化,每次变化均在拉曼和红外光谱中得到体现。通过对比各特征峰相对强度和位置的变化情况,可很好区分和表征不同的氧化铀。     

常温高压下碳酸根离子的拉曼谱峰标定压力初探

在准静水压的条件下,利用碳化硅压腔和显微拉曼光谱原位测量技术,在0～1.7 GPa压力范围测定22 ℃高压下三种不同的H₂O-Na₂CO₃体系(1.5,2.0,2.5 mol·L-1)中CO2-₃的对称伸缩振动ν_{1 066}拉曼谱峰的变化。结果表明,在室温条件下,碳酸根的ν_{1 066}峰的拉曼位移随着压力的增大而线性增加。三种浓度下ν_{1 066}峰的拉曼位移与压力的拟合直线彼此接近,斜率误差小于1%,偏差小于系统误差,因此在实验误差范围内碳酸根浓度对ν_{1 066}峰随压力变化的行为不存在影响。经过数据拟合得到公式：p/MPa=174.13 Δν_{1 066}/cm-1—59.03(Δν_{1 066}=ν_{1 066}-ν_{1 066}0,ν_{1 066}0为体系零压时碳酸根离子ν_{1 066}峰的拉曼位移)。此公式可以用于常温下在含有纯碳酸钠体系中的压力标定。     

豚鼠原发性骨关节炎的关节软骨显微傅里叶变换红外光谱研究

应用显微傅里叶变换红外光谱技术原位分析雌性Hartley豚鼠胫骨关节软骨的化学组成。红外光谱测定包含三种月龄(1月、2月和3月)和3个软骨层次(表层、中层和深层)。结果表明,随着月龄的增加,表层和中层FTIR光谱的主要吸收峰峰位红移,深层吸收峰先红移后蓝移。软骨中胶原蛋白、核酸和蛋白多糖的红外光谱具有如下特征：峰强比I_{1 657}/I_{1 548},I_{1 074}/I_{1 548}和I_{1 074}/I_{1 237}在软骨表层和中层随月龄递降,而在软骨深层2月龄的比值最低。结果符合关节软骨在不同退变阶段化学成分的变化规律,且显微光谱成像技术转化的各月龄胫骨平台二维图像高度符合相应的病理描述。初步研究显示,显微FTIR技术可原位分析不同层次软骨组织的分子组成,能为研究软骨疾病的发病机理提供可靠信息。     

2 μm附近CO2谱线参数测量及应用

吸收光谱技术用于痕量气体浓度监测,特别是在气体分子稳定同位素丰度探测中,吸收谱线参数的准确性非常重要,目前普遍使用的HITRAN数据库中给出的各项参数具有一定的不确定性。为利用2.0 μm激光波段进行CO₂浓度及其同位素丰度探测,需要对该波段的CO₂吸收谱线参数进行校准,采用窄线宽分布反馈式二极管激光器作为光源,结合自行搭建的谱线参数测量系统,采集了2.0 μm波段10条CO₂吸收谱线,获得了各谱线的位置、强度、自加宽系数和N₂加宽系数,并与HITRAN2012数据库中相应的数据进行对比发现两者之间吻合较好,CO₂谱线强度和自加宽系数相对偏差均小于2%。实测实验室大气的CO₂浓度为440 ppm,13CO₂的丰度值δ为-9‰。测量结果为该波段应用于CO₂浓度及13CO₂同位素丰度的实时在线探测提供了重要参考依据。     

红外光谱法测定杉木/聚丙烯复合材料中木粉和塑料含量

木塑复合材料(wood plastic composites, WPCs)中木材和塑料的配比影响其性能和价格,传统的热化学方法尚不能快速准确地测定WPCs中木塑配比。为探究红外光谱法定量分析WPCs中木粉和塑料的可行性,以杉木、聚丙烯(PP)以及各种添加剂为原料,经过木粉改性、混料和挤出造粒制备出13种不同杉木含量(9.8%～61.5%)的WPCs。采用KBr压片法对制得的样品进行红外光谱分析,通过对比WPCs、杉木、PP以及其他添加剂的红外谱图,确定杉木特征吸收峰为1 059,1 033和1 740 cm-1,1 377,2 839和841 cm-1表征PP特征峰。建立木粉含量、PP含量和二者特征吸收峰峰高比之间的相关关系,结果表明,木粉含量与I_{1 059}/I_{1 377}和I_{1 033}/I_{1 377}之间均存在极强的线性相关,R2分别为0.992和0.993,PP含量与I_{1 377}/I_{1 740}和I_{2 839}/I_{1 740}之间存在高度线性相关,R2分别为0.985和0.981,形成了杉木/PP复合材料中木粉和PP含量的红外光谱定量分析方法,木粉含量预测方程依次为y=53.297x-9.107和y=55.922x-10.238,PP含量预测方程依次为y=6.828 5x+5.403 6和y=8.719 7x+3.295 8。方法精密性和准确性检验表明,方法可重复性强、准确度高,木粉与塑料含量预测平均相对误差约为5%,与传统热化学方法相比,预测精度有较大提高,更重要的是红外光谱法操作更为简便。该研究为杉木/PP复合材料中木粉及塑料含量的测定提供了一种简便、快速、准确的方法。     

高温高压下文石和方解石的拉曼光谱研究

利用金刚石压腔结合拉曼光谱分析技术,研究了文石在18～388 ℃,71～2 014 MPa,以及方解石在19～351 ℃,96～1 823 MPa条件下的拉曼光谱特征,并得到文石和方解石的拉曼位移与温度、 压力三者之间的关系式。研究结果表明,文石和方解石的拉曼位移随温度压力的变化规律相似,都随压力升高向高频移动,除文石的704 cm-1外均随温度升高向低频移动。二者的晶格振动ν_i/T值均大于[CO₃]基团内振动的值,说明CaO₆八面体的热膨胀性大于[CO₃]基团的热膨胀性。二者的对称伸缩振动ν/T及ν/P值不同,由于该振动拉曼位移和C—O键的键长有关,方解石的C—O键的热膨胀性比文石小而可压缩性比文石大。另外升温升压过程中文石和方解石可以相互转化,伴随该过程发生的[CO₃]基团旋转变形等动力学因素也可以造成二者ν_i/T和ν_i/P值差异。     

非分光红外(NDIR)技术测定反刍动物甲烷和二氧化碳研究

反刍动物体内甲烷通过嗳气排入大气,它的产生损失6%～15%的饲料能量。应用非分光红外(NDIR)探测技术,采用电调制红外光源探测器及单光束双波长技术,实现了对反刍动物CH₄和CO₂痕量气体排放的实时长期自动超灵敏的监测。10只体况良好,体重相近(25±5)kg的成年羯羊作为供试动物,在隧道体系中进行连续80天的监测。结果表明,甲烷和二氧化碳气体的平均回收率分别为(96.7±6.6)%和(96.2±9.9)%,每只绵羊24 h, CH₄和CO₂的平均排放量分别为15.6和184.7 g·d-1,其年排放总量约为6.8和71.1 kg,且测量的不确定性低于1%。因此该文用于反刍动物CH₄和CO₂排放的监测,实用可行、简单有效。     

大型丝状绿藻生长过程中有色溶解有机质光谱特征的变化

通过室外模拟实验研究崇明岛北湖滩涂大型丝状绿藻常见种-刚毛藻在生长过程中有色溶解有机质(CDOM)的光谱特征变化。利用三维荧光光谱(EEMS)检出的类蛋白和类腐殖酸荧光峰在对照实验中变化不大,而在培养实验中明显增加。采用平行因子模型(PARAFAC)结合三维荧光激发-发射矩阵数据分析得到的CDOM的4个组分: C₁, C₂, C₃, C₄,分别与类腐殖酸荧光峰A(C),M和类蛋白荧光峰B和T有关。培养实验中,4组分分别增加了211.5%,255.8%,75.3%和129.3%;对照实验中除C₁降低34.3%外,其他组分无明显变化。吸收系数a(355)在培养实验中增加了92.9%,并且与4组分显著正相关(P<0.01);对照实验中a(355)降低了59.8%,仅与C₁显著相关(P<0.05)。此外对表征分子量和组成的M值和S值进行比较发现,培养实验中M值和S值均低于对照实验。这说明在刚毛藻生长过程中可能有大分子和较强芳香性的CDOM产生。所有结果表明,刚毛藻的生长过程能够引起CDOM含量和组成结构的变化。     

高压对β-胡萝卜素分子结构及π-电子离域影响的拉曼光谱研究

利用金刚石对顶砧在常压至12.85 GPa条件下对β-胡萝卜素进行了原位高压拉曼光谱测量,讨论了β-胡萝卜素分子特征峰频率随压力的变化规律及其π-电子离域受压力的影响。实验结果表明,β-胡萝卜素的各特征峰均向高波数移动,其主要的三个特征峰的拉曼频率与压力的关系为：ν₁(CC)=4.74P+1 511.4, ν₂(C—C)=2.55P+1 157.6和ν₃(CH₃)=2.25P+1 011.3,β-胡萝卜素的ν₁+ν₂和频峰在5.38 GPa的压力条件下发生劈裂。对实验结果进一步分析发现随压力增大β-胡萝卜素分子的β环扭转变化使其π-电子离域程度变弱, 导致β-胡萝卜素分子主链上的碳碳双键比碳碳单键更容易压缩。