燕山绒山羊不同绒毛形态鳞片层结构和皮质细胞分布研究

高 昆，刘月琴，张英杰*，李闰婷,2，王 康，尹雪姣

(1.河北农业大学 动物科技学院，河北 保定 071000；2.郑州师范学院，河南 郑州 450044)

燕山绒山羊是以本地土种羊为基础，经过30多年的选育，形成的一个绒肉兼用型绒山羊新类群。主产区在河北省燕山山区，以青龙县、宽城县及周边县市为集中饲养区。目前，当地85%的山羊为燕山绒山羊。在燕山绒山羊选育和饲养过程中，发现其绒毛形态除了普通直绒型(以下称直绒型)以外，还存在特殊的穗状弯曲型(以下称穗状绒型)山羊绒，由于穗状弯曲型绒山羊产绒量高，备受养殖者青睐。

羊绒的外在形态结构是由其内部结构决定的。山羊绒纤维横截面从外向里由鳞片层、皮质层组成。鳞片层的主要作用是保护羊绒不受外界条件的影响而引起性质变化，鳞片层结构特征也是决定绒毛品质的重要因素，如光泽度、手感和缩绒性等，对山羊绒纺织性能有直接影响[1]。皮质层是构成羊绒的主体，对羊绒纤维的物理、化学、机械性能起着决定性的作用。皮质层细胞的不对称分裂，正、副皮质细胞的双边排列，不同角蛋白的不对称组成及角质化过程等因素使毛纤维呈弯曲状态[2]。羊绒纤维纺织工业价值除了与长度、细度、弯曲等物理特性相关外，还与鳞片结构、高度、厚度、密度、皮质层多少及正、副皮质细胞排列等指标有关[3-4]。本文就燕山绒山羊直绒型和穗状绒型两种绒纤维类型，比较其鳞片翘角度数、鳞片密度、鳞片高度、鳞片厚度及皮质层正、副皮质细胞分布等方面差异性，以期为绒山羊选种和纺织工业提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 羊绒样品采集

本试验于2017年4月份绒山羊开始脱绒时，在河北承德宽城满族自治县某养殖有限公司，选取饲养管理条件相同、体重20 kg左右的燕山绒山羊育成母羊60只，其中穗状绒型和直绒型(见图1)各30只，于肩胛骨后缘剪取自然状态绒毛样品，装入自封袋中，记录羊只耳号。

图1 穗状绒型和直绒型羊绒纤维Fig.1 The cashmere fiber of bending and natural cashmere shape

1.2 羊绒脱脂

羊绒在烧杯中经60 ℃温水清洗5次，去除羊绒中的砂尘和皮屑，晾干后取羊绒 1 g置于50 mL石油醚和无水乙醇的混合液中(石油醚：无水乙醇=1∶1)，37 ℃ 水浴加热 1 h 脱脂，然后清水洗净，放在烘箱中50 ℃烘干30 min，备用。

1.3 羊绒去鳞片及染色

羊绒脱脂后置于 50 mL 88 %甲酸中，回流加热煮沸 15 min，冷却至室温，取出绒样再置于50 mL 88%甲酸中进行超声裂解仪裂解，参数为：功率52.5 W，工作 2 s，停止6 s，裂解约30 min，羊绒鳞片层剥落，皮质细胞暴露，且皮质细胞之间的致密结构被破坏。捞取单根羊绒固定至载玻片上，50 ℃烘箱干燥 5 min，将1%亚甲基蓝染液500 μL滴加至羊绒上，37℃恒温孵育 12 h，自来水冲洗干净，50 ℃烘箱 30 min烘干，滴加香柏油，备用。显微照相系统在10×100倍镜下观察拍照。

1.4 羊绒鳞片层电镜扫描

将脱脂羊绒裁取1 cm左右，平贴在有双面胶带的扫描电镜样品台上，放进扫描电镜中进行观察。鳞片翘角度数在3000倍电镜下观察，每个样品测6个鳞片翘角度数。鳞片密度在500倍电镜下观察，并计算鳞片密度。鳞片高度在1000倍电镜下观察，每个鳞片测3次鳞片高度，每个样品测6个鳞片高度。鳞片厚度在5000倍电镜下观察，每个鳞片厚度测3次，每个样品测6次鳞片厚度。

鳞片翘角度数：指毛发纤维表面鳞片端的表平面与其断面的夹角，即鳞片头端的棱角。

鳞片密度：测量1 mm纤维长度内鳞片个数。

鳞片高度：从鳞片的尖端到另个鳞片的尖端。

鳞片厚度：即测量纤维表面鳞片边缘高度。

1.5 统计分析

数据采用SPSS软件进行独立样本T检验，所有数据均为均值±标准差(M±SD)。图片用Adobe Photoshop CS5.1和ImageJ处理。扫描电镜数据用smart SEM处理。

2 结 果

2.1 直绒型和穗状绒型羊绒纤维皮质细胞组成

图2中正皮质细胞层被染成深蓝色，副皮质细胞被染成浅蓝色，副皮质层分布在羊绒卷曲波的外侧，正皮质层转向卷曲波的内侧。从表1知,直绒型副皮质细胞宽度极显著大于正皮质细胞(P<0.01)，穗状绒型正皮质细胞宽度极显著大于副皮质细胞(P<0.01)。穗状绒型和直绒型正、副皮质细胞都呈双边分布，直绒型正、副皮质细胞比例约为1∶1.40，而穗状绒型正、副皮质细胞比例约为1.91∶1(P<0.01)。

图2 直绒型和穗状绒型皮质细胞层Fig.2 The cortex cells layer of bending and natural cashmere shape

表1 正、副皮质细胞分布Table 1 The distribution of orthocortex and paracortex

注: 同列数据肩标大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)。

Note: Values with different superscripts in the same column are extremely different (P<0.01).

2.2 直绒型与穗状绒型羊绒鳞片层结构

鳞片高度测量见图3 A、B，鳞片厚度测量见图3C、D，鳞片翘角度测量见图3E、F，鳞片密度测量见图3G、H。从表2可知：直绒型和穗状绒型鳞片翘角度、鳞片密度、鳞片高度差异均不显著(P>0.05)，鳞片厚度差异显著(P<0.05)，直绒型显著高于穗状绒型(P<0.05)。

图3 两种绒毛类型羊绒纤维的鳞片层结构Fig.3 The scales of two kinds of cashmere shape

表2 直绒型与穗状绒型鳞片翘角度数、密度、高度、厚度对比分析Table 2 Comparative analysis of rake angle degree，density, height and thickness of bending and natural cashmere shape scale

注: 同列数据肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。不标注表示差异不显著(P>0.05)。

Note: Values with different superscripts in the same column is significant (P<0.05). No superscripts showed no significant difference (P>0.05).

3 讨 论

3.1 羊绒皮质细胞染色

毛干上有鳞片层细胞存在时，鳞片层使染料不能侵入皮质细胞。羊绒纤维鳞片层容易被酸破坏，鳞片层和皮质层之间的细胞间质也可溶于酸，同时酸对皮质细胞也有腐蚀作用[5]。染色前对鳞片的剥离要严格把控甲酸回流的时间。本文中采用高效快速的甲酸回流和超声波震荡相结合的方法，利用浓度为88%甲酸对鳞片溶胀和软化，并破坏细胞间质，再利用超声波震荡将鳞片层剥离，同时也不破坏皮质细胞，使皮质细胞可以有效的染色。王秀兰等[6]研究新疆细毛羊和澳毛纤维进行比较，随着副皮质细胞面积的增加，纤维中含硫量会增加，纤维中硫的表现形式为胱氨酸，其结构为双硫键，含硫量的增加对纤维的稳定性和物理机械性能有保护作用。在纤维染色时，若纤维组织中同时含有酸碱物质时，酸碱物质的阳离子和阴离子分别相结合，分别着染相应的颜色。由于正皮质细胞含硫量比副皮质细胞含硫量低，对碱性染料亲和力强，易于染色。副皮质细胞含硫量高，对碱性染料反应差，对酸性染料具有较强的亲和力[7]。本试验中，1%亚甲基蓝染液是碱性染料，用其对皮质细胞进行染色，由于正、副皮质细胞对碱性染料的亲和力不同，呈现出正皮质细胞被染成深蓝色，副皮质细胞被染成浅蓝色[8-10]。

3.2 羊绒鳞片结构

羊绒纤维的鳞片结构决定着羊绒的品质，直接影响着羊绒纺织性能的好坏。鳞片的厚度、密度、形状和排列结构可直接影响到织物的光泽手感、缩绒性、耐磨性等理化性质[11]。鳞片翘角度对羊绒光滑度有影响，翘角越小，手感越光滑，但不利于缩绒；翘角大，则羊绒手感发涩，但缩绒性好。鳞片的高度越高，则单位长度鳞片数越少，鳞片密度小，羊绒表现越光滑，不利于缩绒。鳞片越薄，则摩擦系数越小，鳞片表面越光滑[12]。羊毛纤维细度越粗，单个鳞片面积变大，鳞片翘角变小，手感光滑，但羊毛的柔软性较差[13]。本研究表明，穗状绒型和直绒型鳞片均属于环形鳞片，其翘角度、高度、密度均差异不显著，但穗状绒型厚度显著低于直绒型，穗状绒型和直绒型羊绒手感光滑度是否有差异需进一步检验。

3.3 羊绒正、副皮质细胞分布与弯曲

细羊毛皮质层正、副皮质细胞呈双边排列，正皮质细胞位于羊毛弯曲外侧，副皮质细胞位于羊毛弯曲内侧[5]。本文中羊绒在穗状绒型和直绒型分布均呈双边分布，发现经甲酸回流后的羊绒，在酸性条件下，副皮质层分布在卷曲羊绒卷曲波的外侧，正皮质层转向卷曲波的内侧。正好与原绒的正、副皮质细胞层的分布刚刚相反，与严灏景的研究一致[5]。严灏景等[5]认为羊毛的弯曲与正、副皮质细胞含量及分布有关，在羊毛中正、副皮质细胞呈双边排列，且正、副皮质细胞比例约为2∶1左右，羊毛产生正常弯曲。董春燕等[13]研究羊毛纤维越细，羊毛纤维的正皮质细胞含量越多，羊毛纤维越粗，羊毛纤维中的副皮质细胞越多。杨卫珍等[14]研究兔毛纤维结构，发现兔毛纤维并不像羊毛那样正、副皮质细胞呈双边分布，而是呈不规则分布随机性很大，顾兔毛的弯曲数少，不利于纺织加工。兔毛的正皮质细胞占整个纤维的37.5%，副皮质细胞占62.5%,结构较紧密，在纺织加工中易于掉毛。毛绒纤维的皮质层呈双边结构是纤维卷曲的主要原因，在纤维中总是正皮质细胞在纤维的卷曲波的外侧，副皮质细胞总是在纤维卷曲波的内侧，当纤维弯曲延伸到第二卷曲时，纤维发生扭转方向，保持纤维以有规律的螺旋方向延伸[6]。本文中穗状绒型和直绒型纤维都表现为双边分布，但直绒型正副皮质细胞比例约为1∶1.4，而穗状绒型正副皮质细胞比例约为1.9∶1，与规则弯曲的细羊毛有相似之处，正、副皮质细胞比例的改变可能是造成羊绒弯曲产生穗状羊绒的原因。

研究表明，就改善羊毛织品的柔软度而言，羊毛弯曲对柔软度有着重要的影响[15]。羊毛的弯曲对手感影响主要体现在弯曲幅度上，弯曲幅度过高，甚至是环状弯曲的羊毛手感较差，弯曲波形越大越柔软。羊毛的弯曲度的减小能增加羊毛的柔软度[16]。纤维弯曲性能与纺织加工密切相关，纤维的自身弯曲性能是纱线和织物弯曲的最基本的因素，纤维的弯曲性能对织物的刺痒感和纤维的柔软度有一定的影响[13]。穗状绒型的羊绒弯曲有与细羊毛基本一致的弯曲，但与细羊毛不同的是，其弯曲很容易受外力影响变直。在毛纺工业，正常卷曲的羊毛适宜于精梳毛纱，纺制具有弹性和表面平滑光洁的精纺产品。高卷曲羊毛较适宜于粗纺产品表面毛茸丰满、富有弹性的呢绒。穗状绒型羊绒卷曲数多、波形规则，其纺织性能优劣有待下一步研究。

4 结 论

本研究表明，正副皮质细胞比例的改变可能是造成山羊绒穗状弯曲的原因。穗状绒型与直绒型鳞片翘角度、高度、密度均差异不显著，但穗状绒型厚度低于直绒型。穗状绒型羊绒卷曲数多、波形规则，其手感的光滑度和纺织性能优劣有待下一步研究。