豹貓和金貓針毛紅外光譜比較研究

摘要：使用傅立葉紅外光譜（FT-IR）對豹貓（Leopard cat）和金貓（Golden cat）兩種野生動物毛發進行了檢測和分析。結果表明，在豹貓和金貓針毛的中部紅外圖譜及其二階導數譜均具有明顯的種間差異，如648 cm-1和654 cm-1波數處金貓出現明顯M形雙峰吸收峰，而豹貓沒有；金貓的二階導數譜在709～763 cm-1范圍內以峰強較大的單峰為主，豹貓則以峰強較小的M形雙峰為主，這均說明兩種動物毛發的蛋白側鏈的構成上則存在較大的差異。所以紅外光譜分析方法可以應用于動物毛發的種間識別，在毛發的研究領域有較好的應用前景。

關鍵詞：豹貓；金貓；毛發；傅立葉紅外光譜

中圖分類號：O653 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）10-2373-04

紅外光譜技術是近年來迅速發展的一種檢驗技術，能夠實現對特殊樣品的無損分析，如橡膠、藥材、油漆等[1-4]。目前，紅外光譜在植物的生理生化檢驗和種屬識別方面已經有一定的應用[5-7]，應用于野生動物毛發檢測和分析的研究則相對較少[8-13]。2000年王穎等[9]首次提出，動物毛發的組成可以在紅外光譜中反映出來，并有別于棉、麻等物質。2008年吳桂芳等[10]使用可見/近紅外光譜結合主成分分析和神經網絡技術實現了對山羊絨與細支綿羊毛進行快速鑒別；在朱東風[11]的研究中開創性地使用紅外光譜檢驗了6種動物的毛發，但是未對屬于同一類群物種（如羊科的藏原羚和盤羊、食肉目的黑熊和夜貓）的紅外光譜的共同點和種間區別進行詳細分析。郭海濤等[12]研究發現野生動物針毛和絨毛的紅外圖譜均可反映出該物種毛發纖維的特征性成分，針毛的特征性更明顯，貓科和犬科動物的紅外圖譜之間具有較大的差異；郭海濤等[13]對分屬不同類群的豺和果子貍毛發紅外圖譜進行了比較，發現具有明顯的種間差異，而同種動物的頸部、腹部和背部針毛的紅外光譜具有較強的一致性。

野生動物的毛發的主要成分是角蛋白[14，15]，由于動物種類、進化、行為、環境等的影響，使毛發的角蛋白成分發生了明顯分化，所以使用紅外光譜進行檢測具有了可行性。野生動物毛發是涉林案件中常見的微量物證，其形態、結構和成分是動物分類學研究的一個重要領域，所以野生動物毛發的識別與鑒定技術的研究具有重要的理論價值和應用價值。本研究選擇了貓科的珍稀野生動物豹貓（Prionailurus bengalensis）和金貓[Felis（Catopuma） temmincki]毛發作為研究對象，以其豐富毛發研究的同時，為親緣較近的野生動物識別提供一種快速檢驗的新技術和新方法。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設備

毛發樣品測試在美國Nicolet公司的Nicolet 7199 型FT-IR 傅立葉紅外光譜儀上完成，使用鍺晶體的ATR附件和OMNI 采樣器；測試波數范圍400～4 000 cm-1，儀器分辨率4 cm-1，掃描采樣32次。

1. 2 樣本來源

選擇貓科的豹貓（Prionailurus bengalensis）、金貓[Felis（Catopuma）temmincki]兩種野生動物作為研究對象。動物毛發樣本來源于南京森林警察學院野生動植物刑事物證鑒定中心保存的標本。

1.3 檢驗方法

待測的毛發樣品置于無水乙醇中清洗，并放入KQ-50DE型數控超聲波清洗器（江蘇昆山舒美超聲儀器有限公司）10 min、干燥后備用。

將毛發直接放在鍺晶體上，用OMNI采樣器固定鈕壓緊樣品，掃描波數范圍400～4 000/cm，獲得一維紅外光譜圖。使用Thermo Nicolet 公司Omnic 7.0 操作軟件獲得毛發的二階導數譜。

2 結果與分析

野生動物毛發包括針毛和絨毛，是哺乳動物的三大特征之一。其中針毛比較堅硬具有一定的毛向，是野生動物毛發相關研究中的主要對象。動物的絨毛和針毛均能反映毛發的特征性圖譜，但針毛的圖譜中特征性峰值較高[12]，所以在本研究中主要觀察針毛的紅外光譜。

2.1 金貓針毛三個部位紅外光譜比較

測試金貓背部直針毛的根部、中部和尖端的樣本得到紅外光譜圖，選擇圖譜中對紅外描述反應比較靈敏具有鑒定意義的600～800 cm-1范圍內的指紋圖譜進行觀察（圖1）。圖中可以看出，金貓針毛的根部、中部和尖部的紅外光譜圖具有一定的相似性，主要的出峰位置都在620～680 cm-1，但是具體的出峰位置、峰強、峰形有所不同。這說明毛發樣本不同部位的組成物質結構具有很大的相似性，但也存在一定的差異，反映了毛發生長過程中角蛋白在不同細胞層中的表達[9]。

毛發根部、中部和尖部分別在640 cm-1、642 cm-1、648 cm-1位置都出現了明顯的吸收峰，N-H基團的伸縮振動吸收峰在毛發根部出現在663 cm-1和675 cm-1處附近，表現為峰強略弱，峰面積較大的吸收峰；在毛發中部則分別在650 cm-1和654 cm-1位置出現了兩個峰強較小但是峰形顯著的吸收峰，形成了鑒定價值非常高的M形圖譜；毛發蛋白質組成中典型的酰胺基團吸收特征峰之一——N-H基團的彎曲振動吸收峰則表現不一致[11，16]，在毛發中部和根部分別在654 cm-1位置有較小的出峰，在毛發的尖部N-H基團的彎曲振動吸收峰表現為峰強較大，伸縮振動吸收峰則所掩蔽而觀察不到。

因為紅外光譜的二階導數譜能夠明顯加強光譜分辨率，可區分一維紅外圖譜中的微小差異，所以對金貓毛發的三個部位紅外光譜的二階導數譜進行了比較（圖2）。圖中可以看出波數在700～900 cm-1的二階導數譜中可以反映出更多在一階圖譜中無法觀察到的差異，主要表現在790 cm-1和800 cm-1兩個位置的吸收峰，明顯是毛發中部的峰強最大，也最容易觀察到。波數在700～800 cm-1，毛發中部的圖譜也表現出更多較為明顯的特征性吸收峰，如707 cm-1、725 cm-1、754 cm-1等部位；并且波數在777～784 cm-1也具有特征性的M形圖譜。而毛發的根部和尖部的圖譜則在上述位置特征峰不明顯或者峰強較弱。

綜合上述兩個圖譜的比較，動物毛發中部的紅外光譜圖能夠更好地反映該物種的毛發特征，具有較高的代表性，其原因應該是動物毛發中部的角蛋白角質化程度最為穩定，角蛋白側鏈的發育也較為完整。豹貓的針毛紅外光譜圖也有類似的規律，所以本研究中均使用動物針毛中部的紅外光譜圖。

2.2 金貓和豹貓的紅外光譜比較

對金貓、豹貓針毛中部紅外圖譜取600～800 cm-1波數指紋圖譜區進行比較，見圖3。從圖中可以看出，豹貓和金貓是屬于具有一定親緣關系的貓科類群，所以在其紅外光譜圖中也有一定的反映，如在633 cm-1、642 cm-1、667 cm-1波數附近，金貓、豹貓都有明顯的吸收峰，其峰強和峰形基本重疊。但在648 cm-1和654 cm-1波數位置，金貓出現明顯M形雙峰吸收峰，豹貓則未形成明顯的吸收峰。在619～675 cm-1波數附近范圍金貓、豹貓針毛紅外光譜圖中O=C-N基團的彎曲振動吸收峰峰強、峰面積也存在一定的差異。所以，兩種動物的毛發紅外光譜圖反映出其親緣關系的同時也表現出一定的種間差異，可以應用于兩種動物的比較研究。

2.3 金貓和豹貓的二階導數譜比較

為了更好地證明紅外光譜可以較好地反映貓科動物的種間差異，分別對金貓和豹貓毛發中部的二階導數譜進行了比較（700～900 cm-1范圍），見圖4。

由圖4可知，豹貓在709～763 cm-1波數范圍內出現了4個峰強較小的M形雙峰，而金貓在該范圍內則以峰強較大的單峰為主；在765～784 cm-1范圍內金貓則出現了一個明顯的M形和一個W形雙峰，而豹貓則出現了一個較寬平的W形雙峰，且兩個出峰位置的峰強較低，說明豹貓的N-H基團伸縮振動不顯著。豹貓在788 cm-1和794 cm-1位置出現了較明顯的單峰，金貓則在792 cm-1和798 cm-1位置出現了同樣形狀的單峰，但是峰強要大的多，這說明兩種動物毛發蛋白的基本結構類似，但是在側鏈的構成上則存在較大的差異，以此也可以較好地反映出種間的差異，所以紅外光譜可以應用于親緣關系較近的同一科動物的種間識別。

3 小結與討論

通過對豹貓（Prionailurus bengalensis）和金貓[Felis（Catopuma） temmincki]針毛的紅外分析研究表明，紅外光譜分析方法（FTIR）可應用于野生動物毛發的分類研究，紅外光譜的二階導數譜能夠更好地反映出毛發圖譜之間的差異，其最佳觀察范圍為700～900 cm-1。兩種動物毛發的紅外圖譜既能夠反映出動物毛發的基本特征，也能夠在一定程度上反映出同一類群動物的種間差異。本研究對拓展紅外光譜分析方法的應用領域進行了有效的探索，豐富了該領域的研究。

金貓的針毛從毛尖、中部和根部的紅外圖譜存在明顯的相似性，說明了毛發發育的連續性，毛發的各個部位具有相同角蛋白成分存在。具體表現在毛發根部、中部和尖部分別在640 cm-1、642 cm-1、648 cm-1位置出現了明顯的吸收峰；663 cm-1和675 cm-1位置附件表現出明顯的N-H基團的伸縮振動吸收峰；毛發蛋白質組成中典型的N-H基團的彎曲振動吸收峰特征在毛發三個部位也有不同程度的表達。

金貓針毛三個部位紅外圖譜的二階導數譜可以反映出更多的差異，如在700～800 cm-1毛發中部的圖譜有較多的特征性吸收峰，并在777～784 cm-1形成特征性的M形圖譜；并且，毛發中部在790 cm-1和800 cm-1兩個位置的吸收峰的峰值最大。所以，動物毛發的中部的角蛋白發育最穩定，是最佳的紅外檢測部位，這是以往的報道中沒有明確指出的。

從豹貓和金貓針毛紅外圖譜比較可以看出，二者具有明顯的種間差異，主要表現648 cm-1和654 cm-1波數位置，金貓出現明顯M形雙峰吸收峰，而豹貓的則未形成明顯的吸收峰。在619～675 cm-1波數附近范圍金貓、豹貓針毛紅外圖譜中O=C-N基團的彎曲振動吸收峰峰強、峰面積也存在一定的差異。

從豹貓和金貓針毛的二階導數譜中可以看出，在709～763 cm-1波數范圍內金貓以峰強較大的單峰為主，豹貓則以峰強較小的M形雙峰為主，說明豹貓的N-H基團伸縮振動不顯著；豹貓在788 cm-1和794 cm-1位置出現了較明顯的單峰，金貓的這兩個單峰有一定程度的平移，分別在792 cm-1和798 cm-1位置出現且峰強較大。這說明兩種動物毛發蛋白的基本結構類似，但是在側鏈的構成上則存在較大的差異，反映出種間的差異。郭海濤等[12，13]在以前的研究中側重了不同類群（科）間動物毛發的紅外光譜比較，而同屬貓科的豹貓和金貓紅外光譜對比研究則反映出二者親緣關系的同時也存在較明顯的差異，可應用于二者的識別。

以上研究說明在同一科內物種的紅外光譜特征具有一定的相似之處，也存在一定的差異，可結合形態學特征作為物種鑒定的依據。所以紅外光譜可以應用動物的種間識別，在動物的分類研究和鑒定領域有較好的應用前景。但是此類研究在國內還相對較少，對各動物類群毛發的紅外光譜研究還處于初步階段，距離應用于實際的鑒定中還存在一定的難度。

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