綠貽貝貝殼的微結(jié)構(gòu)特征及光譜分析

鮑林飛，高 鵬，趙魯蘋(píng)，徐煥志，陳 東，廖 智

（1.浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，海洋生物資源及分子工程實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山 316022；2.浙江海洋學(xué)院石油與能源工程學(xué)院，浙江舟山 316022）

綠貽貝貝殼的微結(jié)構(gòu)特征及光譜分析

鮑林飛1，高 鵬1，趙魯蘋(píng)1，徐煥志1，陳 東2，廖 智1

（1.浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，海洋生物資源及分子工程實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山 316022；2.浙江海洋學(xué)院石油與能源工程學(xué)院，浙江舟山 316022）

貽貝貝殼是一種由碳酸鈣晶體和少量有機(jī)質(zhì)形成的高度有序的天然納米復(fù)合材料，歷來(lái)是生物材料、組織工程以及仿生學(xué)研究的重要對(duì)象。利用掃描電子顯微鏡、傅里葉紅外光譜分析以及X射線衍射分析等，對(duì)綠貽貝貝殼的微觀結(jié)構(gòu)、碳酸鈣晶體構(gòu)型以及有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。綠貽貝貝殼主要包含珍珠質(zhì)（Nacre）層和肌棱柱層；兩者的碳酸鈣晶體構(gòu)型均采取了文石構(gòu)型；在后閉殼肌-貝殼連接部位，肌肉與貝殼碳酸鈣晶體之間由一層有機(jī)質(zhì)膜連接且該膜質(zhì)地明顯區(qū)別于珍珠質(zhì)層表面的膜。綠貽貝各層結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)均以β-折疊為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，但是肌棱柱層中蛋白質(zhì)的β-折疊含量較珍珠質(zhì)層高。

綠貽貝；貝殼；掃描電子顯微鏡；傅里葉紅外光譜；X射線衍射

雙殼貝類的貝殼以其優(yōu)異的力學(xué)性能以及良好的生物相容性歷來(lái)是仿生學(xué)與生物材料的研究熱點(diǎn)之一[1-2]。貝殼的主要成分為碳酸鈣晶體（占95%以上），以及少量蛋白質(zhì)（主要為貝殼基質(zhì)蛋白）、幾丁質(zhì)等有機(jī)質(zhì)成分[3-5]，上述物質(zhì)通過(guò)有機(jī)相-無(wú)機(jī)相之間的分子識(shí)別與組裝，形成一種天然的分子或納米聚合體并由此賦予了貝殼超強(qiáng)的韌性和強(qiáng)度[6]。

雙殼貝類的貝殼通常包含兩部分，分別為貝殼外表面的角質(zhì)層（Periostracum，主要成分為貝殼硬蛋白）以及貝殼內(nèi)部的碳酸鈣晶體層。其中，碳酸鈣晶體層為貝殼的主體部分。碳酸鈣晶體的構(gòu)型主要有三種，分別為文石（Aragonite）、方解石（Calcite）和球霰石（Vaterite）；組成貝殼的碳酸鈣晶體主要表現(xiàn)為文石構(gòu)型和方解石構(gòu)型[7]。不同貝類物種其貝殼中的碳酸鈣晶體會(huì)呈現(xiàn)不同的微結(jié)構(gòu)形態(tài)以及層次排列特征[8]。CARTER等人對(duì)雙殼貝類貝殼結(jié)構(gòu)中的各種碳酸鈣晶體微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類，根據(jù)其外貌形態(tài)和晶體構(gòu)型的不同，可以分為珍珠質(zhì)層（Nacre）、肌棱柱層（Myostracum）、斜棱柱層（Fibrous prismatic）、球棱柱層（Spherulitic prismatic）、均質(zhì)層（Homogeneous）、復(fù)雜交叉狀層（Complex crossed lamellar）以及交叉板狀層（Intersected crossed platy）等七類。

目前，對(duì)貝殼的結(jié)構(gòu)研究主要集中在珍珠質(zhì)層，包括其結(jié)構(gòu)形貌、生物礦化機(jī)制、力學(xué)性能以及仿生應(yīng)用研究等。研究對(duì)象多集中在產(chǎn)珍珠的貝類以及紫貽貝等。綠貽貝Perna canaliculus又稱新西蘭貽貝或青口[9]，屬于貽貝科Mytilidae、股貽貝屬Perna，是一種體型較大的貽貝，其貝殼具有較好的強(qiáng)度和韌性，但有關(guān)其貝殼結(jié)構(gòu)的研究目前報(bào)道尚不多見(jiàn)。本研究以綠貽貝為研究對(duì)象，利用掃描電子顯微鏡（SEM）,傅里葉紅外光譜（FTIR）以及X射線衍射（XRD）等技術(shù)手段，對(duì)其貝殼的微觀結(jié)構(gòu)特征以及光譜特征開(kāi)展分析，重點(diǎn)比較了后閉殼肌-貝殼連接部位的肌棱柱層（Myostracum,M）與非肌肉連接部位的珍珠質(zhì)層（Nacre,N）的微結(jié)構(gòu)與光譜特征，為深入了解肌肉-貝殼連接界面的分子連接機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 貝殼樣品處理

成年綠貽貝由廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院梁海鷹教授鑒定并饋贈(zèng)。新鮮綠貽貝去除軟組織，獲取其完整貝殼，以5%NaOH處理去除貝殼的角質(zhì)層和附著的各種污染物后以去離子水清洗、晾干，-20℃冰箱保存。貝殼的脫鈣采用酸溶法[10]，將貝殼樣品浸入5%醋酸溶液，至pH為4.2并穩(wěn)定不變時(shí)表明脫鈣完成；貝殼的脫蛋白采用堿溶法[10]，將貝殼樣品浸入20%NaOH溶液，在65℃水浴1 h。經(jīng)脫鈣或脫蛋白處理的貝殼樣品以去離子水清洗干凈后晾干備用。

1.2 SEM觀察

貝殼樣品沿后閉殼肌痕部位（Adductor muscle scar，AMS）生長(zhǎng)軸中線斷開(kāi)（圖1a），橫斷面以去離子水清洗后，置于超聲波清洗儀，超聲處理10min以清潔斷面。掃描電子顯微鏡為捷克TESCAN大掃描室VEGA3型，電壓為20 kV。

1.3 FTIR分析

以不銹鋼手術(shù)刀從貝殼內(nèi)表面不同部位刮取表層粉末。其中，肌棱柱層從后閉殼肌痕部位表層刮取，后閉殼肌痕前具珍珠色澤區(qū)域表層為珍珠質(zhì)層。所刮取的粉末樣品在瑪瑙研缽中進(jìn)一步研磨至粒徑200目。粉末樣品和磨細(xì)的KBr粉末按質(zhì)量比約1∶100在瑪瑙研缽中研磨混合均勻，采用透射模式測(cè)量；分析儀器為美國(guó)Nicolet Nexus 670 FTIR分光光度計(jì),掃描范圍400～4 000 cm-1，掃描次數(shù)32,分辨率為4 cm-1。紅外譜圖采用儀器附帶的Omnic軟件（版本8.2.387）進(jìn)行分析處理。

1.4 XRD分析

X射線衍射分析采用日本RIGAKU Ultima IV型XRD儀。采取原位分析，掃描區(qū)域分別為珍珠質(zhì)層區(qū)和后閉殼肌痕部位的肌棱柱層，電壓為40 kV，掃描范圍10°～80°，掃描速度2°/min。

2 結(jié)果

2.1 綠貽貝貝殼斷面結(jié)構(gòu)特征

通過(guò)掃描電鏡觀察，綠貽貝貝殼斷面結(jié)構(gòu)主要包含兩種類型的層次結(jié)構(gòu)，分別為珍珠質(zhì)層（Nacreous layer）和肌棱柱層（Myostracum layer）。兩者具有明顯不同的外部形貌特征，其中珍珠質(zhì)層呈典型的“板磚結(jié)構(gòu)”，由整齊堆疊的片層（Tablet）構(gòu)成，其片層厚度為0.4～0.5 μm（圖1b）；肌棱柱層為垂直于貝殼內(nèi)表面的柱狀結(jié)構(gòu)，其高度約為3 μm（圖1c）；在后閉殼肌痕部位，肌肉組織直接與肌棱柱層相連接，在肌棱柱層下方為珍珠質(zhì)層。在后閉殼肌痕前端（anterior side apart from AMS,AMS-A）無(wú)肌肉連接部位，可觀察到肌棱柱層包埋于珍珠質(zhì)層內(nèi)部（圖1b）；而在后閉殼肌痕后端貝殼邊緣部位（posterior side apart from AMS，AMS-P），僅觀察到珍珠質(zhì)層，肌棱柱層消失（圖1d）。

圖1 綠貽貝貝殼后閉殼肌痕（AMS）及其附近部位（包括后閉殼肌痕前端和后端，分別為AMS-A和AMS-P）斷層的掃描電子顯微鏡圖譜（a）綠貽貝貝殼內(nèi)表面，粗線示斷裂位置；（b）-（d）分別展示綠貽貝AMS-P，AMS和AMS-A區(qū)域的斷面結(jié)構(gòu)。“N”代表珍珠質(zhì)層（Nacre）；“M”代表肌棱柱層（Myostracum）；“AM”代表后閉殼?。╝dductor muscle）.Fig.1 The photograph of interior surface and SEM images of cross-section of P.canaliculus shell including AMS area(a)the photograph of inner surface of an adult P.canaliculus.Thick line denotes the cutting plane;(b)the SEM image of section of the posterior side apart from AMS (AMS-P);(c)the SEM image of section of central AMS;(d)the SEM image of section of the anterior side apart from AMS (AMS-A).“N”,”M”,and“AM”represent Nacre,Myostracum,and Adductor muscle,respectively.

2.2 綠貽貝貝殼內(nèi)表面結(jié)構(gòu)特征

綠貽貝貝殼內(nèi)表面肉眼可明顯觀察到兩種不同質(zhì)地的表面結(jié)構(gòu)，包括顏色較淺且具珍珠質(zhì)光澤的區(qū)域（N）、顏色較深不具珍珠質(zhì)光澤的后閉殼肌痕區(qū)域（AMS）（圖1a，圖2a）。結(jié)合圖1b-d，可判斷N區(qū)為珍珠質(zhì)層表面，AMS區(qū)為肌棱柱層表面。在掃描電鏡下，珍珠質(zhì)層表面和后閉殼肌痕區(qū)表面均可觀察到一層有機(jī)質(zhì)膜，但兩者質(zhì)地明顯不同，珍珠質(zhì)層區(qū)表面較為粗糙，并散布有白色無(wú)定形結(jié)構(gòu)（圖2b）；后閉殼肌痕區(qū)則表面較為光滑，可觀察到少量納米級(jí)孔穴分布于表面（圖2c）；在后閉殼肌痕邊緣部位，即珍珠質(zhì)層與肌棱柱層相連部位，可觀察到兩種不同質(zhì)地的表面結(jié)構(gòu)的過(guò)渡區(qū)域（圖2d）；而在后閉殼肌痕肌肉連接部位，可觀察到后閉殼肌的肌纖維與貝殼內(nèi)表面的有機(jī)質(zhì)膜連為一體，形成一種緊密的連接（圖2e）。

圖2 綠貽貝貝殼內(nèi)表面掃描電子顯微鏡圖譜.(a)綠貽貝貝殼內(nèi)表面，“N”，“TZ””AMS”和“AM”分別代表珍珠質(zhì)層區(qū)表面，過(guò)渡區(qū)，后閉殼肌痕區(qū)表面和后閉殼肌.(b)珍珠質(zhì)層表面結(jié)構(gòu)；(c)后閉殼肌痕區(qū)表面結(jié)構(gòu)；(d)過(guò)渡區(qū)表面結(jié)構(gòu)；(e)后閉殼肌與貝殼的連接界面.Fig.2 Surface image of internal surface of P.canaliculus shell(a)the inner surface image of natural shell of P.canaliculus;“N”,“TZ”,“AMS”,and“AM”represent Nacre,Transition zone,Adductor Muscle Scar,and Adductor muscle,respectively;(b)the SEM image of surface of nacre surface;(c)the SEM image of surface of AMS;(d)the SEM image of surface of Transition zone;(e)the SEM image of junction between adductor muscle and shell.

2.3 綠貽貝貝殼各層的FTIR光譜特征

從綠貽貝貝殼內(nèi)表面分別刮取各層粉末樣品經(jīng)FTIR分析，結(jié)果如圖3所示。綠貽貝珍珠質(zhì)層、肌棱柱層的FTIR光譜類似，其碳酸鈣晶體特征峰明顯。根據(jù)DAUPHIN等[11]的描述，波數(shù)值1 082 cm-1代表CO32-的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰（υ1）；854 cm-1代表CO32-的面外彎曲振動(dòng)峰（υ2）；1 442 cm-1代表CO32-的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰（υ3）；714 cm-1和699 cm-1代表CO32-的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰（υ4）。上述波數(shù)值均可在珍珠質(zhì)層和肌棱柱層樣品的FTIR光譜中找到，表明碳酸鈣晶體是該兩層機(jī)構(gòu)的主體部分。此外，珍珠質(zhì)層的肌棱柱層均在波數(shù)值1 650 cm-1和1 784 cm-1處出現(xiàn)吸收峰（圖3a），該區(qū)域代表N—H面內(nèi)彎曲振動(dòng)和C—N伸縮振動(dòng)模式，分別屬于酰胺一帶和酰胺二帶的振動(dòng)頻率范圍，表明肌棱柱層和珍珠質(zhì)層均含有少量蛋白質(zhì)成分。比較不同層次的碳酸晶體特征峰，我們發(fā)現(xiàn)，珍珠質(zhì)層和肌棱柱層樣品的FTIR光譜存在部分差異（圖3a）。例如珍珠質(zhì)層的υ1（1 085.21）和υ2（857.19）與肌棱柱層相比發(fā)生了微量藍(lán)移；此外，肌棱柱層的樣品在2 399.80和2357.43 cm-1處出現(xiàn)明顯吸收峰，推測(cè)為少量幾丁質(zhì)成分造成的特征吸收峰。

圖3 綠貽貝貝殼珍珠質(zhì)層和肌棱柱層粉末樣品的FTIR光譜(a)以及原位XRD圖譜（b）星號(hào)代表酰胺二帶，雙星號(hào)代表酰胺一帶Fig.3 FTIR(a)and XRD(b)spectra of nacreous layer(N)and myostracum layer(M)from P.canaliculus shell. "*"and double"*"represent amide II,and amide I,respectively

進(jìn)一步對(duì)綠貽貝各層樣品的FTIR光譜進(jìn)行解析和歸屬，參照SUREWICZ等[12]以及DONG等[13]的方法，選取FTIR光譜中的酰胺一帶（1 600～1 700 cm-1），經(jīng)兩點(diǎn)基線校正及平滑處理后，通過(guò)去卷積和二階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行分峰，計(jì)算各子峰的峰位和半峰寬，手動(dòng)選定峰位和峰寬，采用Gausse函數(shù)擬合，根據(jù)各子峰的積分面積計(jì)算各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)百分含量。傅里葉去卷積分峰圖如圖4，分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，肌棱柱層在蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)分布上與珍珠質(zhì)層存在差異，其中，肌棱柱層樣品α-螺旋以及β-折疊的含量均高于珍珠質(zhì)層樣品，但其β-轉(zhuǎn)角含量較低，這表明珍珠質(zhì)層與肌棱柱層在蛋白質(zhì)組成方面有明顯差別。

圖4 綠貽貝貝殼珍珠質(zhì)層(a)和肌棱柱層(b)樣品FTIR光譜酰胺一帶傅里葉去卷積分峰圖Fig.4 Fourier self-deconvolved FT-IR spectra of amide I bands of the intracrystalline proteins obtained from each shell layer:(a) Nacre layer;(b)Myostracum layer.The experimental spectra(dotted line)and individual Gaussian components(solid line)are depicted.

表1 綠貽貝珍珠質(zhì)層和肌棱柱層蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量分析Tab.1 Secondary structure of the intracrystalline proteins of each layer in vitro:"N"and"M"represent Nacre and Myostracum layer,respectively

2.4 綠貽貝各層粉末樣品的XRD分析

綠貽貝各層經(jīng)XRD原位分析，結(jié)果如圖3 b。由圖可見(jiàn)，綠貽貝貝殼中珍珠質(zhì)層和肌棱柱層的XRD譜峰形尖銳，表明其結(jié)晶度良好。兩者譜圖類似，均在（002）、（012）、（004）、（014）等晶面出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)文石碳酸鈣晶體（PDF#41-1475）具基本吻合的特征衍射峰，表明珍珠質(zhì)層和肌棱柱層的碳酸鈣晶體采取了文石晶型。

3 討論

綠貽貝屬雙殼貝類貽貝科，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察，綠貽貝貝殼微結(jié)構(gòu)主要包括珍珠質(zhì)層和肌棱柱層兩種類型。其排列次序由內(nèi)至外分別為珍珠質(zhì)層-肌棱柱層-珍珠質(zhì)層，但在后閉殼肌痕部位，微結(jié)構(gòu)排列次序由內(nèi)至外分別為肌棱柱層-珍珠質(zhì)層；而在貝殼邊緣部位，肌棱柱層消失，僅留下珍珠質(zhì)層。根據(jù)DAUPHIN等的描述，結(jié)合綠貽貝貝殼的FTIR分析結(jié)果，綠貽貝貝殼的珍珠質(zhì)層和肌棱柱層的FTIR光譜中出現(xiàn)典型的文石型碳酸鈣晶體的特征峰（υ1：1 082 cm-1；分裂的υ4：712 cm-1和699 cm-1）（圖3），表明綠貽貝貝殼的珍珠質(zhì)層和肌棱柱層的碳酸鈣晶體構(gòu)型主要為文石型 (Aragonite)；XRD分析結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了上述各層微結(jié)構(gòu)的碳酸鈣晶體構(gòu)型（圖5）。

研究表明，不同屬的貽貝貝殼的微結(jié)構(gòu)存在較大差別，例如，貽貝屬的紫貽貝Mytilus edulis以及地中海貽貝M.galloprovincialis的貝殼微結(jié)構(gòu)中含有大量方解石構(gòu)型的斜棱柱層（Fibrous prismatic layer）結(jié)構(gòu)[14-15]；而股貽貝屬的翡翠貽貝貝殼微結(jié)構(gòu)中則不含斜棱柱層[16-17]，且貝殼中不含方解石構(gòu)型的碳酸鈣晶體。綠貽貝為股貽貝屬，其貝殼微結(jié)構(gòu)與翡翠貽貝類似，而與紫貽貝、地中海貽貝等有明顯區(qū)別，這表明不同屬間的貽貝貝殼在微結(jié)構(gòu)以及碳酸鈣晶體組成方面存在較大差異，但兩屬貝殼在力學(xué)性能上的差異尚需進(jìn)一步研究。

貝殼碳酸鈣晶體的形成主要由貝殼內(nèi)的有機(jī)物，特別是貝殼基質(zhì)蛋白所控制[18]。貝殼中的有機(jī)質(zhì)成分控制了碳酸鈣晶體的成核和生長(zhǎng)方向，并賦予貝殼足夠的韌性和強(qiáng)度[19-20]。從綠貽貝各層樣品的FTIR光譜特征來(lái)看，其有機(jī)質(zhì)主要包含蛋白質(zhì)成分。貝殼蛋白質(zhì)成分通常可分為可溶性蛋白（通常指可溶于醋酸或者EDTA溶液）與不可溶性蛋白兩部分。其中，可溶性蛋白被認(rèn)為與碳酸鈣晶體的物相轉(zhuǎn)換和生長(zhǎng)定向有關(guān)，而不溶性蛋白則作為貝殼形成的框架，為貝殼中碳酸鈣晶體的成核、生長(zhǎng)提供結(jié)構(gòu)支持[21，22]。FTIR在定量蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)方面具有高靈敏度和高準(zhǔn)確度的優(yōu)勢(shì)[23-24]。利用FTIR光譜結(jié)合去卷積和二階導(dǎo)數(shù)分析，可對(duì)貝殼中不同微結(jié)構(gòu)樣品中的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行含量分析[12-13]。分析結(jié)果表明，綠貽貝貝殼肌棱柱層蛋白質(zhì)α-螺旋和β-折疊的含量較高，但β-轉(zhuǎn)角含量較珍珠質(zhì)層低。不同物種的貝類貝殼在蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量方面差異較大，例如，牡蠣Crassostrea gigas貝殼中各層次蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中，肌棱柱層蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中β-折疊的含量為最高，超過(guò)50%[25]。此前，人們已經(jīng)注意到貝殼基質(zhì)蛋白中酸性氨基酸含量較高。LWAIS等[24]提出，富含酸性氨基酸的蛋白質(zhì)多肽鏈傾向于形成β-折疊結(jié)構(gòu)。對(duì)不同貝類的貝殼基質(zhì)蛋白研究均發(fā)現(xiàn)，貝殼基質(zhì)蛋白高含量的β-折疊結(jié)構(gòu)不僅使得其序列中的酸性氨基酸形成規(guī)則性排列從而有利于與Ca2+離子的結(jié)合，同時(shí)有利于對(duì)碳酸鈣晶體的生長(zhǎng)施加影響。

貝類中貝殼與閉殼肌的連接涉及到無(wú)機(jī)相-有機(jī)相的相互作用，但其連接機(jī)理目前尚不清楚。TOMPA等[26]采用透射電鏡對(duì)對(duì)鸚鵡螺的中柱肌-殼連接界面（columellar muscle-shell attachment）進(jìn)行觀察，認(rèn)為在肌肉細(xì)胞與殼之間存在一層肌腱細(xì)胞（tendon cell），而肌腱細(xì)胞通過(guò)有機(jī)質(zhì)纖維（organic fibers）與殼連接，且該有機(jī)質(zhì)纖維可插入殼內(nèi)部。NAKAHARA等[27]研究了射肋珠母貝Pinctada radiata的閉殼肌-貝殼連接界面，發(fā)現(xiàn)在肌肉細(xì)胞與殼之間存在一層有機(jī)質(zhì)膜，在此基礎(chǔ)上，并提出了肌肉-膜-殼連接模型（muscle-membrane-shell）。此后，SHIMEK等[28]對(duì)蝸牛Nautilus pompilius的中柱肌-殼連接界面進(jìn)行了透射電鏡觀察，提出了類似的連接模型。雙殼貝類的閉殼肌與貝殼之間的連接極為牢固，例如，GALTSOFF等[29]報(bào)道，太平洋牡蠣CRASSOSTREA VIRGINICA的貝殼在緊閉狀態(tài)時(shí)，需要超過(guò)10 kg的拉力才能使其分開(kāi)，這種牢固的連接力不僅來(lái)自于閉殼肌強(qiáng)大的收縮力，同時(shí)也與閉殼肌和貝殼之間強(qiáng)大的連接作用力有關(guān)。目前對(duì)于雙殼貝類中貽貝科閉殼肌-貝殼連接機(jī)理的研究尚不多見(jiàn)，僅SONG等[15]對(duì)地中海貽貝的后閉殼肌痕區(qū)域進(jìn)行過(guò)掃描電鏡觀察并提出在后閉殼肌與貝殼之間存在纖維狀有機(jī)物質(zhì)連接。通過(guò)對(duì)綠貽貝貝殼后閉殼肌痕部位的掃描電鏡觀察，我們發(fā)現(xiàn)后閉殼肌與肌棱柱層相連；肌棱柱層所采取的文石型晶體構(gòu)型（較方解石構(gòu)型更為穩(wěn)定）以及垂直于貝殼表面的柱狀排列賦予了肌肉-貝殼連接界面更強(qiáng)的抗拉伸力和連接強(qiáng)度；同時(shí)，在肌棱柱層表面可觀察到一層光滑的有機(jī)質(zhì)膜存在，且該層膜結(jié)構(gòu)與非肌肉連接區(qū)域珍珠質(zhì)層表面的膜結(jié)構(gòu)在質(zhì)地上有明顯區(qū)別（圖2），后閉殼肌肌纖維直接與該膜狀物相連，推測(cè)該層膜參與了肌肉-貝殼的連接。此外，F(xiàn)TIR分析也表明，在后閉殼肌痕部位的肌棱柱層在有機(jī)質(zhì)組成以及蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量方面與非肌肉連接部位的珍珠質(zhì)層有較明顯的區(qū)別，預(yù)示著肌棱柱層中可能存在其所特有的參與肌肉-貝殼連接的的蛋白質(zhì)；在上述研究基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為綠貽貝后閉殼肌-貝殼連接界面可能也采取了肌肉-膜-殼連接模型，但該層有機(jī)質(zhì)膜的具體分子組成以及在介導(dǎo)無(wú)機(jī)相-有機(jī)相連接界面過(guò)程中的機(jī)理尚需進(jìn)一步研究。

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Microstructural Characteristics and FTIR Analysis of the Shell from Green Mussel(Perna canaliculus)

BAO Lin-fei,GAO Peng,ZHAO Lu-ping,et al
(Laboratory of Marine Biological Resources and Molecular Engineering,Marine Science and Technology School Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China)

For understanding the microstructural characteristics of mussel shell correlating to muscle-shell attachment,the microstrcuture,polymorph,and organic matrix of adductor muscle attached scar(AMS)and non-muscle attached zone in the adult Perna canaliculus shell were investigated and compared.The adductor muscle scar has a hierarchically complex multilayer composed of organic matrix and two distinct mineral layers,including nacre and myostracum layer.Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR)and X-Ray Diffraction (XRD)results showed that the inorganic compounds of both nacre and myostracum layer are composed of aragonite.The adductor muscle attaches to the myostracum layer through an organic film and forms a musclefilm-shell junction.The film adheres firmly to the myostracum layer surface and shows a very smooth texture,which is deferent with the film on nacre surface.The amide region of FTIR spectra from decalcified shell samples was analyzed and we showed that the shell proteins in vivo are in the higher structural ordered state,and β-parallel structure was predominant in both shell layer.

Perna canaliculus;shell;SEM;FTIR;XRD

TB332；O657.33

A

1008－830X(2014)04－0347－07

2014-04-20

浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY14C100001）

鮑林飛（1988-），男，研究方向：海洋生物活性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域功能.

廖智.E-mail:liaozhi@zjou.edu.cn