电子显微镜下茧丝形态及丝胶膨润状态

揭恬娟， 王 萱， 徐杭林， 胡征宇(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

研究与技术

电子显微镜下茧丝形态及丝胶膨润状态

揭恬娟， 王 萱， 徐杭林， 胡征宇(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

在研究丝胶膨润规律中发现茧层水增重曲线存在先升后降特性，为探究原因，采用扫描电子显微镜观察发现丝胶存在先膨润后溶解的特性；同时发现茧层茧丝排列、丝胶脱落情况与现有教材内容有不同之处。结果表明，茧层水增重曲线与电镜照片丝胶溶解特性吻合，存在相关关系；同时发现茧层的茧丝都是呈明显的轨道状，中间可以看到明显的间隙，说明是由两根独立的单丝组成，并以平行的方式排列；通过不同膨润时间茧层电镜照片的观察，得出茧丝上丝胶从丝素上以片状物状态逐渐脱落，最终暴露出丝素，说明丝胶直接覆盖在丝素表面，不分层次。

丝胶；丝素；形态结构；膨润；电子显微镜

1 实 验

1.1 仪器及材料

材料：广西宜州秋八蚕茧[3]。

仪器：ALC系列电子天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司)，恒温水浴锅(常州中捷实验仪器制造有限公司)，DHG-9076A型恒温烘箱(上海精宏实验设备有限公司)，Hitach S-480型扫描电子显微镜(日本Hitach公司)，真空渗透仪(自行搭建)，温度计，500 mL烧杯，玻璃棒等。

1.2 实验步骤

1)选取60粒质量差异较小的蚕茧，剥去蚕衣，称重。750 kPa真空渗透后，称重。将渗透好的蚕茧分为6组，记录各组干茧质量及渗透后质量。其中5组待水煮沸后，分别放入热水沸腾的蒸屉中，分别蒸0、1、2、3、4 min，记录蒸煮后质量。将蚕茧剖开用，用吸水纸吸干沾附在表面的水分，称其茧层和蛹体质量，另一组缫取茧丝。将茧层和蛹体于30 ℃恒温干燥机中干燥，分别称重(茧层干重、蛹体干重)。记录实验数据，计算茧层水增量[3]。

2)缫取未经过膨润的茧层上的茧丝，以及蒸煮1、2、3、4 min的茧层，拍取电镜照片，对实验结果进行分析讨论。

1.3 数据整理

一是谋划鲤鱼小镇。湖州里鱼山矿业有限公司依托西塞山旅游度假区区位优势，谋划以中国鲤鱼文化为主题，以大山顶矿矿坑景观为特色，融入当地鲤鱼跳龙门、周王杼巡猎、康王南渡等历史人文资源，打造以矿坑为核心景观区、整合周边区域为度假养生区的旅游小镇——中国鲤鱼小镇。二是加快开矿产地。根据鲤鱼小镇布局，按照矿产资源开发利用方案等，进一步优化爆破、开采、运输等各项作业流程，在保证安全的前提下加快推进，该矿开采结束后可产出约520亩可利用土地，其中存量建设用地近400亩，其余主要为林地。

将实验数据进行整理，如表1所示。

表1 蒸煮时间对茧层膨润的影响
Tab.1 The influence of cooking time on cocoon layer swelling

时间/min干茧质量平均值/g渗透后质量平均值/g蒸煮后质量平均值/g煮后蛹体质量平均值/g蒸煮后茧层平均质量/g干燥蛹体平均质量/g干燥茧层平均值/g茧层水增量/g蛹体水增量/g吐水量/g剩余水量/g未蒸煮0.647.01—0.871.440.510.291.150.36——10.566.956.310.651.690.360.261.430.290.643.9720.616.722.230.721.160.430.250.910.294.490.3530.636.511.960.701.110.420.260.850.284.550.1640.606.321.890.671.070.410.240.830.264.430.15

注：吐水量=渗透后质量平均值-蒸煮后质量平均值；蛹体水增量=煮后蛹体质量平均-干燥蛹体平均质量；茧层水增量=蒸煮后茧层质量-干燥茧层质量平均值；剩余水量=渗透后质量-蒸煮后茧层质量平均值-吐水量-蒸煮后蛹体质量平均值。

2 实验现象讨论

2.1 茧层水增重曲线

茧层上的茧丝经过煮茧、烘干后，经过计算，得出茧层水增重曲线图，如图1所示。其中，吐水量=渗透后全茧的质量-蒸煮后全茧的质量[2]，茧层水增量=蒸煮后茧层的质量-茧层干质量[3]。

图1 蚕茧茧层水增量随蒸煮时间的变化Fig.1 Changes of water weight gain at cocoon layer with cooking time

蒸煮中，要使茧层丝胶膨润，必须给予一定量的水，给水的同时丝胶也产生溶失，因此，为使茧层丝胶膨润达到最大值，必须研究茧层水增量[4]。茧层水增量是蒸煮后茧层的质量与茧层干质量的差值，值越大表示丝胶膨润越充分。从图1可见，原本应当持续上升的茧层水增量，却在第2 min后开始下降，为探究茧层水增重下降的原因，对膨润1、2、3、4 min的茧丝拍摄电镜照片，可以直观地从电镜照片中观察到茧层上茧丝的形态及茧丝上丝胶在膨润过程中，与丝素的分离情况[5-8]。

2.2 不同蒸煮时间茧层电镜照片

茧层上的茧丝经过不同时间蒸煮、烘干后，对五组样品拍摄电镜照片，结果如图2所示。

1)图2(a)(b)为未经过膨润的茧丝照片。从图2(a)可见，标记处的两根单丝相隔20 μm左右，从上层的两根单丝之间的空隙可以看见下层单丝，没有膜状物，说明两根单丝是分开的；从图2(b)可见，标记处的两根单丝之间有空隙的存在，说明两根单丝通过丝胶黏着在一起，但并没有完全黏合。总体来看，茧丝上的两根单丝并不一定黏连在一起，是以两根独立的单丝存在的。

图2 不同蒸煮时间的茧丝形态Fig.2 Cocoon silk shape structure under different cooking time

2)图2(c)(d)为膨润1 min后茧丝状态。从图2(c)可见，在1 200倍放大时，膨润1 min状态下的茧丝整体得到润湿，茧丝变得圆润，两根丝素之间的丝胶还比较完整。两根单丝间的距离为7 μm左右，相比未膨润时的单丝之间的距离，明显减小，是由于丝胶经过膨润后，体积变大从而缩小了单丝之间的距离。从图2(d)可见，放大倍数为4 500倍时，丝素表面偶尔有片状物在脱落，但大体还未发生丝胶与丝素的分离。

3)图2(e)(f)为膨润2 min后茧丝状态。从图2(e)可见，在放大400倍的电子显微镜下，膨润2min后很多地方的丝胶开始蓬散。从标记处可以看到，两根单丝上的丝胶经过膨润2 min后，相互黏连在一起，使两根单丝黏连在一起。从图2(f)可见，放大1 500倍时，可以发现，在丝胶发生蓬散的地方，丝胶从丝素上的分离是以无规则形态的片状物脱离下来的。

4)图2(g)(h)为膨润3 min后茧丝状态。从图2(g)可见，随着膨润时间的加长，丝胶的蓬散程度越大，两根单丝基本通过丝胶黏连在一起，基本无空隙。标记处是蚕在甩头转换方向时所留下的茧丝，可以明显看到丝的弯曲呈s轨道，黏留着膨润开始脱散的丝胶片。从图2(h)可见，丝胶膨润过度后，从丝素上膨裂脱落，脱落的形态是以无规则的片状物脱落的。

5)图2(i)(j)为膨润4 min后茧丝状态。从图2(i)可见，膨润4 min后，丝胶基本脱落，只留下丝素，两根丝素之间的距离为18 μm左右，表面还黏留有少部分丝胶残留。从图2(j)可见，丝胶脱落后，丝素之间的距离相比膨润时增大，两根丝素平行排列。从下方的标记处，可以看到两根重叠的丝素，从侧面看时，两根丝素是重合在一起的；从上方的标记处，可以明显看到两根丝素。

2.3 结合电镜照片分析现有四层丝胶论

通过图2可以直观地观察到茧层上茧丝上的丝胶与丝素分离形态，从而进一步理解丝胶与丝素之间的关系。结合小松计一的丝胶论[9]，提出如图3[1]所示的丝胶与丝素模型。

图3 丝胶与丝素的模型Fig.3 The model of sericin and fibroin

通过不同蒸煮时间的茧丝状态比较，可以发现茧层上的茧丝是以两根单丝成平行轨道状的形式存在的[10]；每根茧丝上的丝胶从丝素上脱离下来后，如同被剥了树皮的树干，暴露内部的丝素。随着膨润时间的增长，丝胶逐渐与丝素分离，丝胶以片状物的形态剥落下来后，暴露丝素，丝胶并没有层次化地黏着在丝素表面。通过上述实验，可以解释随着膨润时间的增长，茧丝上的丝胶由于从丝素上逐渐脱落下来，导致茧层水增量下降。

2.4 经过缫丝的茧丝截面照片

缫取茧层上的茧丝，通过电镜观察形态，如图4[1]所示。

图4 茧丝截面形态Fig.4 The cross section shape of cocoon silk

从图4可见，一根茧丝有两根丝素，被外部附有丝胶，中部有凹陷感，紧密黏着在一起。但结合图2(a)(b)原始茧层上的照片，发现并不是所有的轨道上的两根单丝之间都有丝胶膜的存在，中间存在一定的距离。形成图4的原因是茧层上的茧丝通过缫丝拉伸与膨润丝胶的黏合作用，两根单丝在外部牵引力和内部压力的作用下，通过丝胶黏合得到的产物，所以现有教材的茧丝形态是缫丝后的形态，并非原始形态。通过分析比较原有的茧丝截面照片与现有茧层的电镜照片，可以发现原有理论是对经过已经缫丝的茧丝进行描述的，而直接对茧层上茧丝的描述应该是图2(a)(b)原始茧层上的照片观察情况。

3 结 论

1)茧层水增重先升后降是由于茧层由丝较膨润为主体转向以丝胶脱落为主体，所以茧层水增重下降。

2)比较茧层上的茧丝与拉伸后的茧丝照片，得出原始状态的茧丝是两根单丝分离状态的，形成一根茧丝是通过缫丝后产生的，原有教材的照片是缫丝后的茧丝。

3)通过茧层上茧丝不同膨润程度的观察，发现与小松计一的丝胶论有差异，丝胶在丝素表面黏着的方式是形如树皮与树干的关系，且在足够放大倍数的电镜下，脱离下的丝胶形态不具有规则性，形态各异。

由于时间关系没有跟踪丝胶脱落时间与分子量的关系，从而进一步验证与小松计一的丝胶论的问题所在。同时在茧层的电镜照片组中，缺少茧层上茧丝的纵向截面照片，有待于进一步的实验探讨。

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Morphology of silk and swelling status of sericin under electron microscope

JIE Tianjuan, WANG Xuan, XU Hangling, HU Zhengyu
(College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 205021, China)

In the study on swelling law of sericin, it was found that the water weight gain curve of cocoon layer had the characteristics of first rising and then falling. To explore the reason, scanning electron microscope was used to find the sericin, it was first swelled and then dissolved. Besides, cocoon silk arrangement of cocoon layer and sericin falling differed with existing teaching materials. The results show that the water weight gain curve of cocoon layer coincided with sericin dissolution characteristics shown in the electron microscope pictures and there was a correlation between them. In addition, it was found that the cocoon silk of the cocoon layer presented obvious orbital shape, and the obvious gap was seen in the middle. This indicates that silk fibroin consisted of two independent monofilaments and was arranged in a parallel way. Through observing electron microscope pictures of cocoon layer under different swelling time, it was found that the sericin gradually fell from silk fibroin like flaky material, and finally silk fibroin was exposed. This shows silk fibroin was directly covered on the surface, without the layer.

sericin; silk fibroin; morphological structure; swelling; electron microscope

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.01.004

2016-05-28;

2016-12-03

揭恬娟(1995—)，女，2013级纺织工程本科生。通信作者：胡征宇，副教授，hzywz2005@163.com。

TS102.33

A

1001-7003(2017)01-0022-04引用页码:011104