大仓鼠背毛和腹毛红外光谱差异

杨文建 周思宇 金志民

(牡丹江师范学院生命科学与技术学院，牡丹江，157011)

大仓鼠(Tscherskiatriton)隶属于啮齿目(Rodentia)，仓鼠科(Cricetidae)，大仓鼠属，是一种农田害鼠，是多种疾病的传播媒介和宿主[1]。当前，对大仓鼠的鉴定主要是依据形态学，对鼠类被毛的研究较少[2]。野生动物毛发的主要成分是角蛋白[3]，受大仓鼠的进化、分布、行为和环境等的影响，角蛋白的成分会发生一定变化，使用红外光谱进行鉴定分析具有可行性。傅里叶红外光谱(FT-IR)是一种发展迅速的检测技术，能够以连续波长的红外光为光源，照射样品引起分子振动和在转动能级之间跃迁，进而获得分子的振转光谱。通过分析光谱的变化，可以获得细胞内生物分子结构、构型、构像和数量变化的信息[4]。吴桂芳等[5]对偶蹄目(Artiodactyla)中绵羊的山羊绒和细支绵羊毛进行了红外光谱分析。也有学者对食肉目(Carnivora)动物中的貉(Nyctereutesprocyonoides)、狼(Canislupus)、豹猫(Prionailurusbengalensis)、金猫(Pardofelistemminckii)、大灵猫(Viverrazibetha)、小灵猫(Viverriculaindica)、豺(Cuonalpinus)、花面狸(Pagumalarvata)、云豹(Neofelisnebulosa)、藏狐(Vulpesferrilata)、水貂(Neovisonvison)、紫貂(Marteszibellina)等进行了被毛红外光谱分析和对比[6-11]。针对啮齿目动物中的灰鼠(Sciurusvulgaris)和麝鼠(Ondatrazibethicus)的被毛，也有研究人员进行了红外光谱分析[12]。目前，国内利用红外光谱进行啮齿目动物被毛鉴别的研究还处于探索和积累阶段。

啮齿动物是多种鸮形目(Strigiformes)鸟类喜爱的食物之一[13-14]，但利用食团分析法对鸮形目鸟类进行食性分析时，鉴别啮齿动物种类的主要依据是头骨和牙齿，而对在食团中占比较大的被毛材料利用较少。被毛这种耐浸泡、耐腐蚀的材料，能够较好地保存物种的特征性成分[15]。若能够有效利用食团中残留的被毛，根据其特征进行种类鉴定，对于鸮形目鸟类的食性分析具有一定意义[16]。本研究对大仓鼠背毛和腹毛的红外图谱和二阶导数谱进行对比，分析其光谱特征，旨在为鸮形目鸟类食团中残留的被毛鉴定提供参考，同时丰富啮齿动物被毛结构的研究内容，为综合运用被毛特征识别与鉴定动物种类提供科学依据。

1 研究区概况

二道林场位于牡丹江与支流二道河子的交界处，距离柴河镇约80 km，调查区域周围海拔为200～400 m。柴河林区(44°47′45″—45°37′30″N，128°59′30″—129°54′30″E)位于黑龙江省东部海林市境内，属长白山山地张广才岭北部，为长白山与小兴安岭过渡山系[17]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

将拔取的被毛置于无水乙醇中清洗，用超声波清洗器清洗10 min，倒掉无水乙醇，重复清洗4次，将样品置于烘箱中烘干8 h后取出备用。

加入液氮将被毛研磨至粉末状，得到大仓鼠背毛粉末1.436 g，腹毛粉末0.444 g，分别取1～2 mg在玛瑙研钵中研磨成细粉末，与干燥的溴化钾粉末(约100 mg)均匀混合。将样品装入模具内，在压片机上压制成片。然后，放入傅里叶变换红外光谱仪样品光路中，扫描波数为400～4 000 cm-1，开启自动分析系统，得到分析数据。重复压片分析5次。

2.3 数据处理

使用Excel软件对试验数据进行预处理，处理后的数据使用Origin 2018软件进行绘图和分析。以扫描波数为横坐标，透过率为纵坐标绘图，透过率是红外光透过样品的光强和红外光透过背景(空光路)的光强的比值，即红外光透过样品物质的比例，能够直观地看出样品对红外光的吸收情况。采取定性分析，相应波长的特征峰是对比判断的主要依据，谱线高低仅能代表所制压片薄厚不同导致的待测物浓度差异，不能作为成分分析依据，因此对400～4 000 cm-1的红外光谱图进行分析，确定其指纹区是在400～1 330 cm-1，指纹区内的红外吸收光谱复杂，能反映分子结构的细微差异[18]。指纹区中600～900 cm-1变化明显，故选取这一范围内的谱图进行特征识别。

3 结果与分析

3.1 背毛和腹毛红外光谱差异

由大仓鼠背毛和腹毛样品的红外图谱(图1)可知，在400～4 000 cm-1内，大仓鼠背毛和腹毛的红外图谱有着极高的相似性，均在622、1 562、1 637 cm-1附近有明显的峰型和基本一致的吸收峰，在3 415、3 470 cm-1均有明显的吸收峰，形成W形图谱。背毛在1 439 cm-1、腹毛在1 426 cm-1处各有1个峰型基本一致的吸收峰，但腹毛的峰强比背毛的峰强大。

图1 大仓鼠背毛和腹毛红外光谱

3.2 背腹毛红外谱图放大差异

为了更好地比较大仓鼠背毛和腹毛的特点，对600～900 cm-1内的红外光谱进行放大比较(图2)。由图2可见，在600～900 cm-1内，大仓鼠背毛和腹毛的红外图谱基本一致，均在721、782 cm-1有明显的峰型一致的吸收峰形成，在779、846 cm-1附近有吸收峰出现。但背毛和腹毛分别在848、845 cm-1有明显的峰型一致的吸收峰出现，在700～727 cm-1附近背毛和腹毛谱线较为平滑，未形成明显的吸收峰。

图2 大仓鼠背毛和腹毛红外放大光谱

综上可见，大仓鼠背毛和腹毛的吸收峰基本一致，2个部位的被毛组成物质基本一致，是大仓鼠物种特征的一部分；但是背毛和腹毛之间还存在着一定差异，腹毛的特征性吸收峰、峰强和峰面积均大于背毛，这可能是同一动物背毛和腹毛组成蛋白的含量或者蛋白侧链的种类不同导致的差异。

3.3 背毛和腹毛的二阶导数谱

二阶导数可以有效加强红外光谱的分辨率，为了更好地比较大仓鼠背毛和腹毛之间的差异，分别对2种毛600～900 cm-1的二阶导数进行了比较(图3)。由图3可见，波数在600～900 cm-1的二阶导数图谱可以反映出更多在红外图谱中无法观察到的特点。腹毛的吸收峰峰强均较大，在786、776 cm-1腹毛的峰强最大，也最容易观察到；在703、683、854 cm-1，2种毛均有明显的吸收峰。虽然大仓鼠背毛和腹毛的二阶导数图谱吸收峰的峰型和波数基本一致，但也存在一些差异，在621～645 cm-1腹毛有4个明显相似的单峰，形成2个W形图谱，背毛仅在632～645 cm-1有2个明显相似的单峰，形成1个W形图谱；背毛和腹毛分别在652～655、650～655 cm-1形成1个单峰；在700 cm-1背毛形成1个单峰，腹毛未形成明显的峰；在707～718 cm-1，背毛有2个明显的单峰，形成一个W形图谱，腹毛有1个明显的单峰；腹毛在826 cm-1处有1个明显的吸收峰出现，背毛在822、826、830 cm-1处有吸收峰出现，所以，腹毛形成1个M形图谱，背毛形成2个M形图谱。

图3 大仓鼠背毛和腹毛二阶导数谱

在二阶导数谱中，大仓鼠背毛和腹毛之间的微小差异更加明显，一些在红外光谱中不明显的差异通过二阶导数谱中可以观察到。二阶导数谱进一步证明了大仓鼠背毛和腹毛基本一致，但具有一定差异，是对红外光谱图分析结果的有效补充。

4 讨论

目前国内外对于动物被毛的识别鉴定主要是在微观层面上对被毛的鳞片、髓质和横断面等进行观察比较[19]。有学者系统论述了被毛种属鉴定的原则、方法和注意事项等，并且根据其总结的被毛长度、外观特征、被毛各部分的鳞片形态、髓质形态、被毛不同部位的横断面形态和髓质横断面形态和数值指标等，对西欧地区的73种哺乳动物(Mammalia)进行了分类，证实了毛的形态结构在分类应用中的可行性与可靠性[20]。有学者利用扫描电镜和光学显微镜进行观察分析，发现背部、腹部、臀部和颈部被毛的鳞片类型和排列顺序均有一定的差异，例如大灵猫的背毛不具有方瓣型鳞片，而腹毛具有一定量的方瓣型鳞片[21]。侯森林[22]对赤狐(Vulpesvulpes)的背毛和腹毛进行了显微形态学特征研究，发现赤狐背毛主要鳞片类型为杂波型，腹毛的主要鳞片类型为长瓣型，背毛的髓质指数较腹毛的大。被毛的髓质指数越大，髓质越发达，能够容纳的静止空气也越多，使得背毛保温的能力较腹毛更强。被毛在结构和功能上是相互关联的，随着其生理功能的变化，被毛的结构也会有所变化，进而引起形态的变化[23]。有学者对绒山羊四肢不同部位的被毛进行对比分析发现，被毛从四肢近端到远端，髓质指数呈梯度递减趋势，表明山羊四肢离地表越近，体温越低，与环境的温差越小，越有利于保持体温。相应地，体表温度低则被毛保温功能相对减弱，髓质发达程度也相对趋于减少[24]。通过已有研究判断，依据微观状态下鳞片的类型、排列顺序、髓质指数等，动物被毛可以作为种类鉴别的有效途径。

本研究表明，通过傅里叶红外变换光谱和二阶导数谱可以有效地显现大仓鼠被毛的特征，如不同部位的被毛均在622、782、846 cm-1形成明显的吸收峰，故可以运用到动物种类的鉴定之中，为鸮形目鸟类的食性分析提供参考。而谱图中出现的差异，如在707～718 cm-1，背毛有2个明显的单峰，形成1个W形图谱，腹毛只有1个明显的单峰，则有效地证明了大仓鼠不同部位的被毛由于受到遗传进化、生态环境和生活习惯等因素的影响，组分会发生一定的变化，进一步说明了红外光谱法分析动物被毛的灵敏性和准确性。由于被毛成分的差异，红外光谱对动物被毛的分析数据具有极高的鉴定性，能够有效鉴别不同种类的动物[25]，因此利用红外光谱对被毛进行对比分析的方法能够有效地补充和完善被毛研究的试验思路。但是，目前利用红外光谱对动物被毛进行分析鉴定的研究较少，通过红外光谱对未知动物被毛进行鉴定的参考数据尚不充分，还需进行大量研究来构建动物被毛红外光谱谱图库，为动物被毛的鉴定提供有效参考和依据。