红外光谱分析在黑线姬鼠体毛鉴定中的应用

周思宇，杨文建， 金志民*， 吴 宁， 万祥旭， 朴忠万

(1.牡丹江师范学院 生命科学与技术学院， 黑龙江 牡丹江 157011； 2.宁安市江南学校， 黑龙江 宁安 157400)

0 引言

【研究意义】黑线姬鼠属啮齿目，鼠科，姬鼠属，是一类杂食性鼠种，以取食农作物为主[1]，属世界性害鼠种类，广泛存在于农田及森林之中。由于害鼠对恶劣环境有较强的适应能力，导致林木和农作物受害严重[2]，从而对经济产生负面影响。【前人研究进展】傅里叶变换红外光谱技术是以400 cm-1～4 000 cm-1连续波数的红外光对测定对象进行照射，通过采集透过或由测定对象表面反射的光谱，经傅里叶转换得到各波数光谱透过或被吸收的量，进而分析得到相应结果的一种分析方法[3]。王颖等[4]利用红外光谱技术对棉、麻、丝、化纤制品等进行鉴别研究；吴桂芳等[5]通过红外光谱技术对山羊绒和细支绵羊毛进行区别；郭海涛等[6]利用红外光谱技术对云豹、狼等野生动物毛发进行分析鉴定。【研究切入点】已有研究结果表明，鸮形目主要以鼠类为食，但由于动物的骨骼、喙及毛发等物质不易被消化，因此，长耳鸮会在进食后出现吐食团行为[7]，在通过食团鉴定食物类别对鸮形目进行食性分析的研究中，常以头骨分析作为普遍的鉴定方法，而利用食团中未消化的毛发进行种类鉴定方面的研究相对较少。且黑线姬鼠作为鸮形目等鸟类的主要食物来源[8-11]，对鸮形目进行食性分析时的难度较大。目前，对黑线姬鼠的种群数量、分布状态及食性分析等方面的研究较多，但对黑线姬鼠的体毛鉴定方面的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】运用傅里叶变化红外光谱技术对黑线姬鼠的背毛及腹毛进行检测，制作黑线姬鼠背毛及腹毛的红外光谱及二阶导数特征性光谱图，并对其进行初步分析，以探索快速进行种类鉴定的新方法，为鼠类种类鉴定提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

黑线姬鼠，2019年10月中旬至11月初捕于牡丹江三道关林场(129°41′E，44°20′N)。林场位于黑龙江省牡丹江市西北部，张广才岭安纺山脉之末，是以红松和云杉为主要树种的针叶混交林，具有丰富的动植物资源。仪器设备包括傅里叶变换红外光谱仪(iS10，Thermo Fisher)、电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)、超声波清洗器(SB-5200DT，宁波新芝生物科技股份有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 将待检测的黑线姬鼠背毛及腹毛分别置于无水乙醇中，超声波清洗器清洗10 min，每次清洗后更换无水乙醇，5次重复；清洗结束后将无水乙醇更换为蒸馏水，再次在超声波清洗器中10 min，3次重复，干燥后备用。

1.2.2 试验设计 将清洗干燥后的背毛及腹毛分别置于2个研钵中，利用液氮研磨法将毛发样本磨成粉末状。样品与溴化钾按1∶100混合，压片，利用傅里叶红外光谱仪进行分析，扫描波数400 cm-1～4 000 cm-1，每个样本5次重复，得到红外光谱。

1.3 数据统计与分析

数据采用Origin 2018进行数据统计及图形绘制。

2 结果与分析

2.1 黑线姬鼠背毛的二阶导数红外光谱

从图1看出，背毛1在781 cm-1处可观察到有1个明显吸收峰，在685 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次强峰；背毛2在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在682 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次强峰；背毛3在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在686 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次强峰；背毛4在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在683 cm-1附近以及707 cm-1附近均有1次强峰；背毛5在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在682 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次强峰。经研究分析，五组二阶导数红外光谱图中均在781 cm-1处有1次最强峰，而第1组数据及第2组数据与其他3组相比，次强峰的位置有所差异。因此，将5组数据进行平均数处理(图2)，最大吸收峰位置在781 cm-1附近，次强峰位置分别在686 cm-1附近及707 cm-1附近。

图1 黑线姬鼠背毛的二阶导数红外光谱

图2 黑线姬鼠背毛平均数的二阶导数红外光谱

2.2 黑线姬鼠腹毛的二阶导数红外光谱

从图3看出，腹毛1在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在686 cm-1附近及706 cm-1附近均有1次强峰；腹毛2在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在685 cm-1附近以及707 cm-1附近均有1次强峰；腹毛3在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在686 cm-1附近及707 cm-1处附近均有1次强峰；腹毛4在782 cm-1处有1个明显吸收峰，在686 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次强峰；腹毛5在781 cm-1处有1个明显吸收峰，在688 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次强峰。经研究分析，5组二阶导数红外光谱图中，第4组最强峰位置在782 cm-1处，而其他4组数据中最强峰位置均在781 cm-1附近；次强峰的位置在第1组、第2组和第5组数据中有所不同，但第3组与第4组数据中次强峰的位置相同；因此，将5组数据进行平均数处理(图4)，最强峰位置在781 cm-1附近，次强峰位置分别在686 cm-1附近及707 cm-1附近。

图3 黑线姬鼠腹毛的二阶导数红外光谱

图4 黑线姬鼠腹毛平均数的二阶导数红外光谱

2.3 黑线姬鼠背毛及腹毛的平均数二阶导数红外光谱比较

对黑线姬鼠背毛平均数及腹毛平均数的二阶导数红外光谱图的比较分析发现(图5)，两者的最强峰位置均在781 cm-1附近，次强峰的位置在686 cm-1附近和707 cm-1附近，其二阶导数红外光谱图极相似。

图5 黑线姬鼠背毛及腹毛平均数的二阶导数红外光谱

3 讨论

经研究分析，一般在400 cm-1～1 300 cm-1范围内外光谱的特征性强，且二阶导数图谱能更好地反映出细微差异。在野外研究调查中，黑线姬鼠的背毛和腹毛都可能被采集，因此对背毛和腹毛各组数据的二阶导数红外光谱图进行研究。通过对黑线姬鼠背毛及腹毛的二阶导数红外光谱图进行分析，背毛红外光谱图中在781 cm-1附近有1个最大吸收峰，次强峰位置分别在686 cm-1附近和707 cm-1附近；腹毛红外光谱图中在781 cm-1附近有1个最强峰，次强峰位置分别在686 cm-1附近和707 cm-1附近。通过比较发现，黑线姬鼠背毛及腹毛二阶导数图谱，其最大吸收峰位置及次强峰的位置大致相同，与野生动物毛发鉴定的研究结果一致[9]，说明无论采集的是背毛还是腹毛对物种鉴定的影响不大。但要想在对鸮形目进行食性分析方面能够更加简单快速地得出结论，还需根据相关研究，对其他不同种鼠类的体毛进行采集并制作二阶导数图谱，比较其波峰位置，以便更精确地进行分析。

4 结论

通过对黑线姬鼠背毛及腹毛的红外光谱及二阶导数光谱对比分析发现，其红外光谱图极相似，黑线姬鼠背毛及腹毛的红外光谱图中最强峰均出现在781 cm-1附近，次强峰分别出现在686 cm-1附近及707 cm-1附近。因此，其背毛和腹毛的红外光谱图可反映出该物种体毛纤维的特征性成分。