利用雙縮脲試劑檢驗蜘蛛絲成分的探索

朱秀燕 胡東升

（北京市順義牛欄山第一中學 北京 101301）

蜘蛛絲是蜘蛛為了取食而結成的輕、柔軟且結實的網狀結構。人們利用多種技術手段和精密儀器了解蜘蛛絲的物理機械性能、蜘蛛絲蛋白的氨基酸成分、蜘蛛絲蛋白基因序列及蜘蛛絲蛋白的空間構型等多方面內容。天然或人工蜘蛛絲已被廣泛應用。古希臘人用蜘蛛網為傷口止血，第二次世界大戰時蜘蛛絲曾被用作望遠鏡、槍炮的瞄準系統中光學裝置的十字準線，目前在航空航天（例如飛機和人造衛星的結構材料、復合材料、宇航服裝）、軍事（例如坦克裝甲、防彈衣、降落傘）、建筑（例如橋梁和高層建筑的結構材料）、醫學（例如眼科及顯微手術繃帶、手術縫合線、人造韌帶、血管支架）等領域均表現出廣闊的應用前景［1］。

蜘蛛絲是由氨基酸（約42%甘氨酸、約25%丙氨酸及少量谷氨酸、酪氨酸、亮氨酸、絲氨酸等體積較大的氨基酸）組成的天然蛋白質［2］。科研人員通過高科技手段及一些精密儀器（電鏡技術）等對其進行測定和研究。筆者嘗試指導學生利用雙縮脲試劑顯色法對其進行初步鑒定，從而使學生了解“檢測生物組織中的蛋白質實驗”不僅是單純的驗證實驗，而是利用所學知識解釋生活現象，從而達到學以致用的目的。

1 實驗原理

雙縮脲試劑是由雙縮脲試劑A（NaOH）和雙縮脲試劑B（CuSO4）2種試劑組成，雙縮脲試劑用來檢測雙縮脲，因蛋白質中有肽鍵（-CO-NH-），所以也可用于蛋白質檢驗，與蛋白質接觸后的顏色呈紫色。

2 實驗儀器和試劑

1）儀器：廣口瓶，鑷子，玻璃棒，剪刀，酒精燈，三腳架，火柴，試管，玻璃棒，燒杯，石棉網，滴管。照相器材：華為榮耀6手機（1 300萬像素）。

2）試劑：蒸餾水，10%的氯化鈣溶液，雙縮脲試劑（0.1 g/mL氫氧化鈉水溶液和0.01 g/mL硫酸銅水溶液），雞蛋白溶液。

3 實驗過程

3.1 蜘蛛絲的采集

3.1.1 野外采集 采集地點盡量選擇人們活動少的地方；采集時間選擇傍晚或晚上，該時間段是蜘蛛結網捕食的時間；由于漏斗蛛的網結成時間較長，上面灰塵和蚊蟲的殘體較多，盡量不采集，金蛛和大腹園蛛的網不僅大［3］，而且都是當天結成或補織，便于采集，另外雜質少對檢驗實驗的顯色反應干擾較少。

本實驗蜘蛛絲采集環境分別選取在北京市順義區潮白河河畔的灌木叢、居民小區的綠化帶及學校校園圍墻下，采集漏斗蛛剛結成的新網和園蛛結的圓網。

3.1.2 飼養蜘蛛絲采集 由于不能長時間到野外采集，且野外采集的蜘蛛絲上面灰塵和雜質較多，干擾實驗現象觀察，所以捕捉蜘蛛后在室內飼養，再提取其蜘蛛絲，以提供較為純凈的實驗材料。

本實驗選擇一只個體較大的大腹園蛛進行飼養，飼養環境是50 cm×40 cm紙箱（上面遮蓋透明塑料布，便于觀察結網情況），每天喂食蒼蠅、瓢蟲等活體昆蟲，第2天早晨用玻璃棒纏繞、采集蜘蛛絲。連續采集10 d，將蜘蛛絲收集在一起待用。

3.2 蜘蛛絲蛋白質成分的檢驗

1）制取蜘蛛絲混濁液：將野外采集的蜘蛛絲用剪刀剪成碎末，置于50 mL的燒杯中，加入少量蒸餾水，酒精燈煮沸0.5 h形成混濁液，冷卻后待用。

2）實驗步驟：用膠頭滴管取蛛絲蛋白混濁液約1 mL置于試管中，取另一支試管加入1 mL雞蛋白溶液作為對照組。分別滴加雙縮脲試劑（先加入0.1 g/mL的氫氧化鈉水溶液約1 mL，再加入4～5滴0.01 g/mL的硫酸銅水溶液），充分振蕩后觀察現象。

3）實驗結果：對照組出現明顯的紫色，蛛絲蛋白組沒有出現明顯的紫色。

4）實驗現象分析：①蜘蛛絲可能沒有充分溶解，溶液中蛋白質濃度低；②野外采集的蜘蛛絲雜質較多，蜘蛛絲渾濁液較黑，干擾實驗現象的觀察；③蜘蛛絲蛋白質結構的破壞不夠充分。

查閱資料后得知蛛絲纖維蛋白極其不容易溶解［4－5］，只能溶于高濃度的鹽溶液如溴化鋰、硫氰酸鋰、氯化鈣等，另外高濃度的丙酸和鹽酸混合物及甲酸也能溶解蛛絲。

5）根據以上分析，將實驗改進為：①取材：室內飼養蜘蛛的蜘蛛絲，保證蜘蛛絲混濁液的顏色盡量為無色；②實驗方法：將蜘蛛絲剪碎后，置于研缽中，加入石英砂和氯化鈣溶液充分研磨。靜置后取上清液進行雙縮脲試劑檢測實驗；③實驗結果：蜘蛛絲混濁溶液加入雙縮脲試劑后顯示紫色；④實驗結論：蜘蛛絲的主要成分是蛋白質。

4 實驗反思

學生通過對蜘蛛絲成分的研究，不僅對蜘蛛絲的蛋白質成分有了更清晰的認識，同時也將所學知識很好地應用于實踐。在實驗過程和實驗改進中提高了分析問題和解決問題的能力。

5 實驗創新點

1）蜘蛛絲蛋白質成分的研究一般在高校和科研機構進行，需要借助一些先進的和大的設備完成。本研究的方法和手段完全是基于高中生物學研究方法，學生能夠將所學內容直接用于實踐檢驗，簡單易行，現象明顯。

2）高中生物學教學中檢驗蛋白質所用到的材料都是雞蛋白溶液（其成分更多的是球蛋白，便于溶解配成溶液），利用教材所學到的方法應用于生活中其他蛋白質的檢驗（本實驗是對蜘蛛絲蛋白質的檢驗），更好體現學以致用的理念，培養學生的探究能力。

3）查閱的資料中對于蜘蛛絲蛋白質（其成分主要是絲蛋白）的溶解是研究中的一個難點，本實驗借助于研缽、石英砂和氯化鈣溶液溶解蜘蛛絲蛋白是一個大膽的嘗試。

主要參考文獻

［1］張野妹.天然蜘蛛絲蛋白的分子構象轉變特征.蘇州:蘇州大學碩士學位論文，2014.

［2］IIT Kharagpur，Rahul，G Asai.蜘蛛絲研究與應用概述.纖維技術，2006(7)：26.

［3］王建南，白倫.蜘蛛絲蛋白及其基因工程研究.絲綢，2008(6)：53.

［4］許菁，潘志娟.蜘蛛絲蛋白的人工合成及人造蛛絲.蘇州大學學報（工科版），2005，25（1）:48.

［5］宋大祥，周開亞，潘鴻春.蜘蛛絲蛋白研究進展.蛛形學報，2006，15（1）：52.