豹貓和金貓針毛紅外光譜比較研究

摘要：使用傅立葉紅外光譜（FT-IR）對(duì)豹貓（Leopard cat）和金貓（Golden cat）兩種野生動(dòng)物毛發(fā)進(jìn)行了檢測(cè)和分析。結(jié)果表明，在豹貓和金貓針毛的中部紅外圖譜及其二階導(dǎo)數(shù)譜均具有明顯的種間差異，如648 cm-1和654 cm-1波數(shù)處金貓出現(xiàn)明顯M形雙峰吸收峰，而豹貓沒有；金貓的二階導(dǎo)數(shù)譜在709～763 cm-1范圍內(nèi)以峰強(qiáng)較大的單峰為主，豹貓則以峰強(qiáng)較小的M形雙峰為主，這均說明兩種動(dòng)物毛發(fā)的蛋白側(cè)鏈的構(gòu)成上則存在較大的差異。所以紅外光譜分析方法可以應(yīng)用于動(dòng)物毛發(fā)的種間識(shí)別，在毛發(fā)的研究領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：豹貓；金貓；毛發(fā)；傅立葉紅外光譜

中圖分類號(hào)：O653 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）10-2373-04

紅外光譜技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的一種檢驗(yàn)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特殊樣品的無(wú)損分析，如橡膠、藥材、油漆等[1-4]。目前，紅外光譜在植物的生理生化檢驗(yàn)和種屬識(shí)別方面已經(jīng)有一定的應(yīng)用[5-7]，應(yīng)用于野生動(dòng)物毛發(fā)檢測(cè)和分析的研究則相對(duì)較少[8-13]。2000年王穎等[9]首次提出，動(dòng)物毛發(fā)的組成可以在紅外光譜中反映出來，并有別于棉、麻等物質(zhì)。2008年吳桂芳等[10]使用可見/近紅外光譜結(jié)合主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)山羊絨與細(xì)支綿羊毛進(jìn)行快速鑒別；在朱東風(fēng)[11]的研究中開創(chuàng)性地使用紅外光譜檢驗(yàn)了6種動(dòng)物的毛發(fā)，但是未對(duì)屬于同一類群物種（如羊科的藏原羚和盤羊、食肉目的黑熊和夜貓）的紅外光譜的共同點(diǎn)和種間區(qū)別進(jìn)行詳細(xì)分析。郭海濤等[12]研究發(fā)現(xiàn)野生動(dòng)物針毛和絨毛的紅外圖譜均可反映出該物種毛發(fā)纖維的特征性成分，針毛的特征性更明顯，貓科和犬科動(dòng)物的紅外圖譜之間具有較大的差異；郭海濤等[13]對(duì)分屬不同類群的豺和果子貍毛發(fā)紅外圖譜進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)具有明顯的種間差異，而同種動(dòng)物的頸部、腹部和背部針毛的紅外光譜具有較強(qiáng)的一致性。

野生動(dòng)物的毛發(fā)的主要成分是角蛋白[14，15]，由于動(dòng)物種類、進(jìn)化、行為、環(huán)境等的影響，使毛發(fā)的角蛋白成分發(fā)生了明顯分化，所以使用紅外光譜進(jìn)行檢測(cè)具有了可行性。野生動(dòng)物毛發(fā)是涉林案件中常見的微量物證，其形態(tài)、結(jié)構(gòu)和成分是動(dòng)物分類學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，所以野生動(dòng)物毛發(fā)的識(shí)別與鑒定技術(shù)的研究具有重要的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。本研究選擇了貓科的珍稀野生動(dòng)物豹貓（Prionailurus bengalensis）和金貓[Felis（Catopuma） temmincki]毛發(fā)作為研究對(duì)象，以其豐富毛發(fā)研究的同時(shí)，為親緣較近的野生動(dòng)物識(shí)別提供一種快速檢驗(yàn)的新技術(shù)和新方法。

1 材料與方法

1.1 主要儀器設(shè)備

毛發(fā)樣品測(cè)試在美國(guó)Nicolet公司的Nicolet 7199 型FT-IR 傅立葉紅外光譜儀上完成，使用鍺晶體的ATR附件和OMNI 采樣器；測(cè)試波數(shù)范圍400～4 000 cm-1，儀器分辨率4 cm-1，掃描采樣32次。

1. 2 樣本來源

選擇貓科的豹貓（Prionailurus bengalensis）、金貓[Felis（Catopuma）temmincki]兩種野生動(dòng)物作為研究對(duì)象。動(dòng)物毛發(fā)樣本來源于南京森林警察學(xué)院野生動(dòng)植物刑事物證鑒定中心保存的標(biāo)本。

1.3 檢驗(yàn)方法

待測(cè)的毛發(fā)樣品置于無(wú)水乙醇中清洗，并放入KQ-50DE型數(shù)控超聲波清洗器（江蘇昆山舒美超聲儀器有限公司）10 min、干燥后備用。

將毛發(fā)直接放在鍺晶體上，用OMNI采樣器固定鈕壓緊樣品，掃描波數(shù)范圍400～4 000/cm，獲得一維紅外光譜圖。使用Thermo Nicolet 公司Omnic 7.0 操作軟件獲得毛發(fā)的二階導(dǎo)數(shù)譜。

2 結(jié)果與分析

野生動(dòng)物毛發(fā)包括針毛和絨毛，是哺乳動(dòng)物的三大特征之一。其中針毛比較堅(jiān)硬具有一定的毛向，是野生動(dòng)物毛發(fā)相關(guān)研究中的主要對(duì)象。動(dòng)物的絨毛和針毛均能反映毛發(fā)的特征性圖譜，但針毛的圖譜中特征性峰值較高[12]，所以在本研究中主要觀察針毛的紅外光譜。

2.1 金貓針毛三個(gè)部位紅外光譜比較

測(cè)試金貓背部直針毛的根部、中部和尖端的樣本得到紅外光譜圖，選擇圖譜中對(duì)紅外描述反應(yīng)比較靈敏具有鑒定意義的600～800 cm-1范圍內(nèi)的指紋圖譜進(jìn)行觀察（圖1）。圖中可以看出，金貓針毛的根部、中部和尖部的紅外光譜圖具有一定的相似性，主要的出峰位置都在620～680 cm-1，但是具體的出峰位置、峰強(qiáng)、峰形有所不同。這說明毛發(fā)樣本不同部位的組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有很大的相似性，但也存在一定的差異，反映了毛發(fā)生長(zhǎng)過程中角蛋白在不同細(xì)胞層中的表達(dá)[9]。

毛發(fā)根部、中部和尖部分別在640 cm-1、642 cm-1、648 cm-1位置都出現(xiàn)了明顯的吸收峰，N-H基團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收峰在毛發(fā)根部出現(xiàn)在663 cm-1和675 cm-1處附近，表現(xiàn)為峰強(qiáng)略弱，峰面積較大的吸收峰；在毛發(fā)中部則分別在650 cm-1和654 cm-1位置出現(xiàn)了兩個(gè)峰強(qiáng)較小但是峰形顯著的吸收峰，形成了鑒定價(jià)值非常高的M形圖譜；毛發(fā)蛋白質(zhì)組成中典型的酰胺基團(tuán)吸收特征峰之一——N-H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)吸收峰則表現(xiàn)不一致[11，16]，在毛發(fā)中部和根部分別在654 cm-1位置有較小的出峰，在毛發(fā)的尖部N-H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)吸收峰表現(xiàn)為峰強(qiáng)較大，伸縮振動(dòng)吸收峰則所掩蔽而觀察不到。

因?yàn)榧t外光譜的二階導(dǎo)數(shù)譜能夠明顯加強(qiáng)光譜分辨率，可區(qū)分一維紅外圖譜中的微小差異，所以對(duì)金貓毛發(fā)的三個(gè)部位紅外光譜的二階導(dǎo)數(shù)譜進(jìn)行了比較（圖2）。圖中可以看出波數(shù)在700～900 cm-1的二階導(dǎo)數(shù)譜中可以反映出更多在一階圖譜中無(wú)法觀察到的差異，主要表現(xiàn)在790 cm-1和800 cm-1兩個(gè)位置的吸收峰，明顯是毛發(fā)中部的峰強(qiáng)最大，也最容易觀察到。波數(shù)在700～800 cm-1，毛發(fā)中部的圖譜也表現(xiàn)出更多較為明顯的特征性吸收峰，如707 cm-1、725 cm-1、754 cm-1等部位；并且波數(shù)在777～784 cm-1也具有特征性的M形圖譜。而毛發(fā)的根部和尖部的圖譜則在上述位置特征峰不明顯或者峰強(qiáng)較弱。

綜合上述兩個(gè)圖譜的比較，動(dòng)物毛發(fā)中部的紅外光譜圖能夠更好地反映該物種的毛發(fā)特征，具有較高的代表性，其原因應(yīng)該是動(dòng)物毛發(fā)中部的角蛋白角質(zhì)化程度最為穩(wěn)定，角蛋白側(cè)鏈的發(fā)育也較為完整。豹貓的針毛紅外光譜圖也有類似的規(guī)律，所以本研究中均使用動(dòng)物針毛中部的紅外光譜圖。

2.2 金貓和豹貓的紅外光譜比較

對(duì)金貓、豹貓針毛中部紅外圖譜取600～800 cm-1波數(shù)指紋圖譜區(qū)進(jìn)行比較，見圖3。從圖中可以看出，豹貓和金貓是屬于具有一定親緣關(guān)系的貓科類群，所以在其紅外光譜圖中也有一定的反映，如在633 cm-1、642 cm-1、667 cm-1波數(shù)附近，金貓、豹貓都有明顯的吸收峰，其峰強(qiáng)和峰形基本重疊。但在648 cm-1和654 cm-1波數(shù)位置，金貓出現(xiàn)明顯M形雙峰吸收峰，豹貓則未形成明顯的吸收峰。在619～675 cm-1波數(shù)附近范圍金貓、豹貓針毛紅外光譜圖中O=C-N基團(tuán)的彎曲振動(dòng)吸收峰峰強(qiáng)、峰面積也存在一定的差異。所以，兩種動(dòng)物的毛發(fā)紅外光譜圖反映出其親緣關(guān)系的同時(shí)也表現(xiàn)出一定的種間差異，可以應(yīng)用于兩種動(dòng)物的比較研究。

2.3 金貓和豹貓的二階導(dǎo)數(shù)譜比較

為了更好地證明紅外光譜可以較好地反映貓科動(dòng)物的種間差異，分別對(duì)金貓和豹貓毛發(fā)中部的二階導(dǎo)數(shù)譜進(jìn)行了比較（700～900 cm-1范圍），見圖4。

由圖4可知，豹貓?jiān)?09～763 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)了4個(gè)峰強(qiáng)較小的M形雙峰，而金貓?jiān)谠摲秶鷥?nèi)則以峰強(qiáng)較大的單峰為主；在765～784 cm-1范圍內(nèi)金貓則出現(xiàn)了一個(gè)明顯的M形和一個(gè)W形雙峰，而豹貓則出現(xiàn)了一個(gè)較寬平的W形雙峰，且兩個(gè)出峰位置的峰強(qiáng)較低，說明豹貓的N-H基團(tuán)伸縮振動(dòng)不顯著。豹貓?jiān)?88 cm-1和794 cm-1位置出現(xiàn)了較明顯的單峰，金貓則在792 cm-1和798 cm-1位置出現(xiàn)了同樣形狀的單峰，但是峰強(qiáng)要大的多，這說明兩種動(dòng)物毛發(fā)蛋白的基本結(jié)構(gòu)類似，但是在側(cè)鏈的構(gòu)成上則存在較大的差異，以此也可以較好地反映出種間的差異，所以紅外光譜可以應(yīng)用于親緣關(guān)系較近的同一科動(dòng)物的種間識(shí)別。

3 小結(jié)與討論

通過對(duì)豹貓（Prionailurus bengalensis）和金貓[Felis（Catopuma） temmincki]針毛的紅外分析研究表明，紅外光譜分析方法（FTIR）可應(yīng)用于野生動(dòng)物毛發(fā)的分類研究，紅外光譜的二階導(dǎo)數(shù)譜能夠更好地反映出毛發(fā)圖譜之間的差異，其最佳觀察范圍為700～900 cm-1。兩種動(dòng)物毛發(fā)的紅外圖譜既能夠反映出動(dòng)物毛發(fā)的基本特征，也能夠在一定程度上反映出同一類群動(dòng)物的種間差異。本研究對(duì)拓展紅外光譜分析方法的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了有效的探索，豐富了該領(lǐng)域的研究。

金貓的針毛從毛尖、中部和根部的紅外圖譜存在明顯的相似性，說明了毛發(fā)發(fā)育的連續(xù)性，毛發(fā)的各個(gè)部位具有相同角蛋白成分存在。具體表現(xiàn)在毛發(fā)根部、中部和尖部分別在640 cm-1、642 cm-1、648 cm-1位置出現(xiàn)了明顯的吸收峰；663 cm-1和675 cm-1位置附件表現(xiàn)出明顯的N-H基團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收峰；毛發(fā)蛋白質(zhì)組成中典型的N-H基團(tuán)的彎曲振動(dòng)吸收峰特征在毛發(fā)三個(gè)部位也有不同程度的表達(dá)。

金貓針毛三個(gè)部位紅外圖譜的二階導(dǎo)數(shù)譜可以反映出更多的差異，如在700～800 cm-1毛發(fā)中部的圖譜有較多的特征性吸收峰，并在777～784 cm-1形成特征性的M形圖譜；并且，毛發(fā)中部在790 cm-1和800 cm-1兩個(gè)位置的吸收峰的峰值最大。所以，動(dòng)物毛發(fā)的中部的角蛋白發(fā)育最穩(wěn)定，是最佳的紅外檢測(cè)部位，這是以往的報(bào)道中沒有明確指出的。

從豹貓和金貓針毛紅外圖譜比較可以看出，二者具有明顯的種間差異，主要表現(xiàn)648 cm-1和654 cm-1波數(shù)位置，金貓出現(xiàn)明顯M形雙峰吸收峰，而豹貓的則未形成明顯的吸收峰。在619～675 cm-1波數(shù)附近范圍金貓、豹貓針毛紅外圖譜中O=C-N基團(tuán)的彎曲振動(dòng)吸收峰峰強(qiáng)、峰面積也存在一定的差異。

從豹貓和金貓針毛的二階導(dǎo)數(shù)譜中可以看出，在709～763 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)金貓以峰強(qiáng)較大的單峰為主，豹貓則以峰強(qiáng)較小的M形雙峰為主，說明豹貓的N-H基團(tuán)伸縮振動(dòng)不顯著；豹貓?jiān)?88 cm-1和794 cm-1位置出現(xiàn)了較明顯的單峰，金貓的這兩個(gè)單峰有一定程度的平移，分別在792 cm-1和798 cm-1位置出現(xiàn)且峰強(qiáng)較大。這說明兩種動(dòng)物毛發(fā)蛋白的基本結(jié)構(gòu)類似，但是在側(cè)鏈的構(gòu)成上則存在較大的差異，反映出種間的差異。郭海濤等[12，13]在以前的研究中側(cè)重了不同類群（科）間動(dòng)物毛發(fā)的紅外光譜比較，而同屬貓科的豹貓和金貓紅外光譜對(duì)比研究則反映出二者親緣關(guān)系的同時(shí)也存在較明顯的差異，可應(yīng)用于二者的識(shí)別。

以上研究說明在同一科內(nèi)物種的紅外光譜特征具有一定的相似之處，也存在一定的差異，可結(jié)合形態(tài)學(xué)特征作為物種鑒定的依據(jù)。所以紅外光譜可以應(yīng)用動(dòng)物的種間識(shí)別，在動(dòng)物的分類研究和鑒定領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。但是此類研究在國(guó)內(nèi)還相對(duì)較少，對(duì)各動(dòng)物類群毛發(fā)的紅外光譜研究還處于初步階段，距離應(yīng)用于實(shí)際的鑒定中還存在一定的難度。

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