棕背?不同部位體毛紅外光譜特征分析

楊文建，周思宇，蘇航，萬祥旭，金志民

（牡丹江師范學院生命科學與技術學院，黑龍江 牡丹江 157011）

棕背?（Myodes rufocanus）隸屬于嚙齒目倉鼠科?屬，主要分布于大興安嶺、小興安嶺及長白山等地的林區［1］。嚙齒動物是鸮形目鳥類的重要組成食物，通過對嚙齒動物進行解刨獲得胃容物，并利用其中含有的嚙齒動物體毛進行分類鑒定，豐富鸮形目的食性分析數據［2，3］。相關學者對鸮形目的食性進行鑒定時發現其食物組成中包含棕背?［4，5］，因此棕背?體毛的紅外光譜數據可以為鸮形目鳥類食性鑒定提供參照。學者們對食肉目動物中的貉、狼、豹貓、金貓、大靈貓、小靈貓、豺、果子貍、云豹、藏狐、水貂、紫貂等動物的體毛進行了紅外光譜的比較分析［6-10］。同時，也有相關學者利用紅外光譜對嚙齒目動物中的灰鼠和麝鼠體毛的特征進行對比分析，證實了利用紅外光譜鑒定分析嚙齒動物體毛的可行性［11，12］。哺乳動物不同部位的體毛具有差異［13，14］，體毛的主要成分是角蛋白［15，16］，而由于動物的遺傳進化、生活環境、行為習慣等因素使得不同部位體毛角蛋白的結構和成分有一定的差異，角蛋白之間的差異是紅外光譜進行分析的基礎。FT-IR 是一種發展迅速的檢測技術，其作為光源的紅外光是連續波長，在對樣品進行照射后能夠使分子發生振動，并且實現轉動能級之間的躍遷，從而獲得分子的振轉光譜。通過分析光譜的變化，獲得細胞內生物分子結構、構型、構像和數量變化等信息［17，18］。目前，對嚙齒動物體毛的相關研究較少，利用體毛進行分類鑒定的數據不充足，無法快速有效鑒別。本研究對棕背?不同部位的體毛進行紅外光譜及其二階導數分析，為嚙齒動物體毛特性的研究和鸮形目鳥類食性分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

棕背?為2019 年9 月捕于黑龍江省牡丹江市橫道河子林區的成年健康個體。橫道河子林區位于張廣才嶺主脊東部余脈，具有豐富的嚙齒動物種類資源［19］。捕獲后用鑷子分別拔取棕背?背部和腹部的體毛于-80 ℃中保存。

1.2 試驗設計

將待測樣品置于無水乙醇中清洗，用超聲波清洗器清洗10 min，棄無水乙醇，清洗4次，將樣品置于80 ℃烘箱中烘干8 h 后取出備用。加入液氮對鼠毛進行研磨，研磨至粉末狀。取1～2 mg 的樣品在瑪瑙研缽中研磨成細粉末，與干燥的溴化鉀粉末（約100 mg）均勻混合，裝入模具內，在壓片機上壓制成片。將壓片置于傅里葉變換紅外光譜儀的樣品光路，掃描波數設置為400～4 000 cm-1，開啟自動分析系統得到分析數據，重復壓片和掃描5 次。

1.3 數據處理

數據采用Excel軟件進行錄入和預處理，處理后的數據用Origin 2018 軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 棕背?背毛和腹毛紅外光譜分析

體毛是哺乳動物的重要特征之一，不同部位的體毛品質性狀具有差異，對棕背?背毛和腹毛進行掃描，得到紅外光譜如圖1 所示。由圖1 可知，在400～4 000 cm-1范圍內的棕背?背毛和腹毛具有極大的相似性，吸收峰出峰位置和峰形基本一致，但也有一定的差異。棕背?不同部位體毛在紅外光譜中的相似性表現為背毛和腹毛均在1 560 cm-1附近（酰胺Ⅱ帶）、1 637 cm-1附近（酰胺Ⅰ帶）形成明顯的吸收峰，均在1 337 cm-1處有C-H 基團的曲振動吸收峰［20］。不同部位體毛的差異性表現為背毛在910 cm-1處有峰強較小的C-N 基團伸縮振動吸收峰，而腹毛未觀察到。

圖1 棕背?背毛和腹毛紅外光譜

2.2 棕背?背腹毛紅外光譜放大分析

為更好地比較棕背?背毛和腹毛的特點，對600～800 cm-1的紅外光譜進行放大比較，結果如圖2所示。由圖2 可知，在600～800 cm-1范圍內，棕背?的背毛和腹毛紅外圖譜的相似性極大，但也具有一定的差異，說明在不同部位角蛋白家族的表達也有所不同。同一動物不同部位體毛的相似性表現在蛋白質紅外光譜中典型的酰胺基團吸收特征峰之一的酰胺Ⅳ帶的O=C-N 基團的彎曲振動吸收峰相同位置621、643 cm-1，酰胺Ⅴ帶的N-H 基團的彎曲振動吸收峰均在678、781 cm-1出現。同一動物不同部位體毛的差異性表現為背毛在685 cm-1處有酰胺Ⅴ帶的N-H 基團彎曲振動吸收峰，腹毛則未觀察到；背毛和腹毛在712 cm-1處的酰胺Ⅴ帶的N-H 基團彎曲振動吸收峰明顯不對稱，而且峰形不同。

圖2 棕背?背毛和腹毛紅外放大圖譜

棕背?背毛和腹毛的吸收峰基本一致，說明這兩種體毛的組成物質是一致的，構成棕背?物種特征的一部分，但是背毛和腹毛之間還存在一定的差異，不同部位體毛組成蛋白的含量或者蛋白側鏈的種類導致差異較小。

2.3 棕背?背毛和腹毛二階導數譜分析

二階導數可以對紅外光譜的分辨率進行加強，區分紅外光譜中不易觀察到的微小差異，為更好地比較棕背?背毛和腹毛的特征，分別對兩種體毛在600～800 cm-1和1 600～1 800 cm-1范圍內的二階導數進行比較。

2.3.1 二階導數譜600～800 cm-1范圍內分析 由圖3可以看出，背毛和腹毛在702、777、786 cm-1等處均具有明顯的吸收峰，峰形基本一致。二階導數譜中的出峰位置和峰形雖然基本一致，但也具有一定的差異，主要表現為背毛在726 cm-1形成一個較小的峰，而腹毛則未觀察到；腹毛在667～676 cm-1形成明顯的W 形圖譜，在688～695 cm-1形成明顯的M 形圖譜，而背毛表現不明顯；腹毛在626～640 cm-1由4 個峰形和峰強相近的單峰形成兩個相似的W 形圖譜，背毛的4 個峰則由于峰形和峰強的差距形成1 個M形和1 個W 形圖譜；背毛在651～667 cm-1由4 個峰形成2 個W 形圖譜，而腹毛的峰強變化較大，在653、664 cm-1兩處各形成明顯的單峰。

2.3.2 二階導數譜1 600～1 800 cm-1范圍內分析由圖4 可以看出，棕背?的背毛和腹毛均在1 646、1 633、1 654 cm-1等處具有明顯的基本一致的吸收峰。但是也有一定的差異性，主要表現為背毛在1 626、1 754 cm-1各有一個較小的峰，而腹毛未觀察到；腹毛在1 687～1 694 cm-1范圍內有一個明顯的單峰，背毛則有一個不明顯的W 形圖譜；背毛在1 765～1 771 cm-1形成W 形圖譜，而腹毛形成了一個肩峰。

圖4 棕背?背毛和腹毛1 600～1 800 cm-1范圍二階導數譜

3 討論

棕背?背毛和腹毛的紅外光譜對比分析，兩種體毛的紅外光譜基本一致，吸收峰大致相同。不同部位體毛之間的微小差異主要表現在600～800 cm-1和1 600～1 800 cm-1，這與相關學者對幾種小型哺乳動物體毛的紅外光譜研究結論類似［11］。但相關學者的圖譜差異主要表現在600～1 800 cm-1，本研究中800～1 600 cm-1光譜數據差異不明顯，可能是因為采用同一種動物不同部位的體毛進行分析，體毛中成分高度相似，出現的差異較小。同時，目前對于同種動物不同部位體毛之間微小差異的研究不充分，利用紅外光譜可以有效實現對蛋白質二級結構的無損檢測［21，22］，對不同部位體毛由于遺傳信息和外界環境所導致的蛋白質結構上的微小差異具有一定的鑒定作用。

4 小結

棕背?背毛和腹毛的紅外光譜特征基本一致，但不是完全相同，存在一定的差異，尤其是根據紅外光譜數據得到的在600～800 cm-1和1 600～1 800 cm-1范圍的二階導數譜更能反映出二者之間的差異。利用紅外光譜可以對棕背?進行鑒定并對其不同部位體毛的識別。同時，由于體毛的耐腐蝕性和耐磨性，其較肌肉更容易保存，在鳥類消化道內停留時間更長，對鸮形目鳥類的食性進行鑒定時可以利用體毛的紅外光譜數據作為參照。