豺和果子狸毛发的傅立叶变换红外光谱特征对比研究
摘要：使用傅立叶变换红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）对果子狸（Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ）和豺（Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ）的毛发进行了检测和分析。结果表明，两种动物毛发的ＦＴ－ＩＲ图谱具有明显的种间差异，主要表现在出峰范围和最强峰位置的不同；同种动物颈部、腹部和背部针毛的ＦＴ－ＩＲ图谱具有较好的一致性，表明不同部位针毛的角蛋白分子结构、构型和构像相近；针毛和绒毛的红外图谱都具有共同的特征，均可反映出该物种毛发组织的特征性成分，但针毛的特征性峰高、峰面积更典型，ＦＴ－ＩＲ光谱特征更稳定。
关键词：毛发；鉴定；傅立叶变换红外光谱；果子狸（Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ）；豺（Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ）
中图分类号：Ｏ６１１．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）06－1248-03
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈａｉｒｓ ｆｒｏｍ Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ ａｎｄ Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ ｂｙ ＦＴ－ＩＲ
ＧＵＯ Ｈａｉ－ｔａｏ１，２，ＸＵＥ Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ１，２，ＨＯＵ Ｓｅｎ－ｌｉｎ１，２
（１． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｐｏｌｉｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４６，Ｃｈｉｎａ；
２． Ｗｉｌｄｌｉｆｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｅｖｉｄｅｎｃｅ Ａｐｐｒａｉｓａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００４６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｈａｉｒｓ ｏｆ Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ ａｎｄ Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ＦＴ－ＩＲ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔhere were ｏｂｖｉｏｕｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｈａｉｒｓ ｏｆ Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ ａｎｄ Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ ｉｎ ｐｅａｋ ｒａｎｇｅ； Aｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｏｎｇｅｓｔ ｐｅａｋ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅｉｒ ｓｐｅｃｉｅｓ． Ｔｈｅ ＦＴ－ＩＲ ｏｆ ｈａｉｒ ｆｒｏｍ ｎｅｃｋ， ｂｅｌｌｙ ａｎｄ ｂａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｏｆ ａｎｉｍａｌ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｉｒ ｋｅｒａｔｉｎ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｂｏｔｈ ａｃｉｕｌｕｍ ａｎｄ ｖｉｌｌｕｓ ｈａｄ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｔｈａｔ ｃｏｕｌｄ ｒｅｆｌｅｃｔ their ｔｉｓｓｕｅ’ｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ； Bｕｔ ｔｈｅ ＦＴ－ＩＲ ｏｆ ａｃｉｕｌｕｍ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｆｏｒ ｉｔｓ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｅａｋ ｈｅｉｇｈｔ ａｎｄ ｐｅａｋ ａｒｅａ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈａｉｒ； ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ； ＦＴ－ＩＲ； Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ； Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ
毛是哺乳动物特有的皮肤角质层衍生物，由于哺乳动物在种类、进化程度、行为方式、生活环境等方面的多样性，导致毛发的主要成分角蛋白存在着巨大差异。角蛋白在一级结构上分为主链和侧链，其主链是通过肽键构成的氨基酸链，２０多种α－氨基酸构成侧链，各侧链中半胱氨酸中的－ＳＨ氧化形成二硫键，使肽键间形成相当稳定的网络，侧链的种类和性质决定了角蛋白整体的物理和化学性质［１］。除此以外，人和哺乳动物毛发的角蛋白表面被一层脂肪酸覆盖，对毛发有保护和润滑作用，而组成毛发的角蛋白大分子主链之间还存在各种稳定的化学键，如盐键和氢键等［１－３］，这使得毛发成为哺乳动物组织中仅次于骨骼的稳定组织。常见溶剂或弱酸、弱碱溶液均难以溶解毛发纤维中的角蛋白，而在强酸或强碱条件下，角蛋白中的分子间作用力和角蛋白二、三级结构被破坏，得到分子量较小的蛋白质和多肽，但其产率偏低［４］，难以为动物检验和鉴定提供有效信息，因此现有动物毛发检验和鉴定技术多集中于形态和结构的观察。
ＦＴ－ＩＲ光谱是近年迅速发展的检验技术，能以连续波长的红外光为光源照射样品引起分子振动和转动能级之间跃迁，获得分子的振转光谱。通过分析光谱的变化，获得细胞内生物分子结构、构型、构像和数量变化的信息［５］。目前，ＦＴ－ＩＲ光谱在被广泛应用于有机化学研究的同时，也在植物的生理生化检验和种属识别方面有一定的应用［６－９］。虽然在动物毛发和纤维的检验方面也有相关报道，但研究还不够深入［１０－１３］。
本研究以果子狸（Ｐａｇｕｍａ ｌａｒｖａｔａ）和豺（Ｃｕｏｎ ａｌｐｉｎｕｓ）的毛发为研究对象，采用衰减全反射傅立叶变换红外光谱技术（Aｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｓｔｉｏｎ－ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＡＴＲ－ＦＴ－ＩＲ）对其毛发进行无损、快速分析，在丰富动物毛发研究的同时，为建立快速的野生动物毛发鉴定技术提供参考。
１ 材料和方法
１．１ 样本采集
本研究选择了灵猫科果子狸属的果子狸和犬科豺属的豺的针毛和绒毛样本作为研究对象。
毛发样本采集于国家林业局森林公安野生动植物司法物证鉴定中心保存的动物标本。豺、果子狸两种动物的针毛样本取样部位分别为背部、腹部和颈部，绒毛样本均取于腹部。
动物标本在保存过程中表面易附着皮脂腺分泌物、糜烂物、尘埃、防腐药物等污染物质。本实验选择无水乙醇作为毛发的处理溶剂，消除污染物及毛发角蛋白表面覆盖的脂肪酸对ＦＴ－ＩＲ光谱图谱准确性的干扰，处理条件为超声波处理２０ ｍｉｎ，室温干燥６ ｈ。
１．２ 样本测试
测试设备为Ｎｉｃｏｌｅｔ ７１９９型ＦＴ－ＩＲ光谱仪（美国赛默飞世尔科技有限公司）。
将待测样品直接放在锗晶体上，然后用单次反射ＡＴＲ附件中的ＦＴ－ＩＲ－ＯＭＮＩ采样器固定，使测试样品与锗晶体之间形成“点对点”接触，测试范围为４００～４ ０００／ｃｍ，仪器分辨率为４／ｃｍ，扫描采样３２次，计算机采集样本的衰减全反射红外光谱图谱，指纹图谱区在６００～８００／ｃｍ区间范围。
２ 结果与分析
２．１ 豺和果子狸不同部位毛发的ＦＴ－ＩＲ光谱
分别测试豺、果子狸的背部、腹部和颈部针毛样本，得到的ＦＴ－ＩＲ图谱见图１、２。豺３个部位的针毛均在６４２～６４５／ｃｍ，６６７／ｃｍ，６３４／ｃｍ等处有明显的吸收峰；果子狸3个部位的针毛均在６７０～６７２／ｃｍ、６５２／ｃｍ、６４２／ｃｍ处有明显吸收峰，其峰型为肩峰或不对称峰，无独立或对称的吸收峰出现。豺3个部位针毛样本的强吸收峰在６４２～６４５／ｃｍ之间；果子狸的３个部位针毛样本强吸收峰在６７０～６７２／ｃｍ之间。从上述红外光谱的特征可知，在出峰范围、强峰的位置，两种动物的种间差异明显，这表明该法对不同科动物毛发的识别是可行的。
根据Ｐｌｕｇｇｅ等［１４］在１９９３年提出的近红外光谱一致性检验方法，可以判定豺和果子狸在３个部位针毛样本的ＦＴ－ＩＲ图谱具有一致性。从图1和图2中也可看出同一动物不同部位针毛的ＦＴ－ＩＲ图谱具有较高的相似性，这表明同种动物不同部位针毛的角蛋白分子结构、构型和构像基本相似，即同种动物不同部位的针毛样本可在一定程度上反映出该物种的种的特征。因此采用红外光谱技术对野生动物毛发进行鉴定时，对样本部位来源要求较少。
２．２ 豺和果子狸针毛、绒毛的ＦＴ－ＩＲ光谱
针毛是呈纺锤型的一类动物毛发，远端尖而细、上中段（即毛头）较粗硬、毛干下部细软［１５］。许多哺乳动物都具有这类毛，由它形成毛被的覆盖层。绒毛则是细、短而弯曲，光泽差而显粗糙，食肉动物的下毛常为绒毛［１５］。这两类毛发都是野生动物案件中常见的物证，其识别与鉴定往往对案件的定性有着重要的作用。本研究分别测试豺和果子狸针毛和绒毛的毛发样本，得到的ＦＴ－ＩＲ图谱见图３和图４。
从图３和图４中可以看出，同种动物的针毛和绒毛吸收峰的强峰位置基本重叠，主要吸收峰的形状比较接近。豺的毛发出峰范围主要是在６２０～６６０／ｃｍ之间，峰形相近，但最强峰位置略有差别，针毛在６５３／ｃｍ位置表现出最强峰，绒毛则峰强较弱，最强峰在６５２／ｃｍ位置。果子狸的绒毛和针毛的图谱相似，出峰位置较一致，都是在６５２／ｃｍ和６４２／ｃｍ位置附近表现出明显的吸收峰。
但另一方面，两种动物的绒毛和针毛在峰强度和峰面积上有较大差异，均表现为针毛的峰强度较大，这主要是由于绒毛中角蛋白侧链的发育没有针毛完整，针毛中酰胺Ⅵ带中的Ｏ＝Ｃ－Ｎ基团的伸缩振动要高于绒毛［１６］。由于绒毛的ＦＴ－ＩＲ图谱稳定性低于针毛，所以在进行相关鉴定时，应尽量采用针毛。
在传统的毛发研究中，绒毛因毛鳞片的形态单一，种间差异较小而往往被忽略。而在本研究中两种动物的绒毛所携带的毛发组成的信息也较好地在ＦＴ－ＩＲ图谱表现出来，可以在一定程度上反映出“种”的特征。这对于野生动物毛发鉴定具有较为重要的意义，因为在很多野生动物案件中绒毛是很常见的微量物证。通过结合绒毛和针毛的ＦＴ－ＩＲ特征，可实现对动物毛发的快速鉴定，为物种的毛发特征提供更多的参考信息。
３ 结论
本研究表明ＦＴ－ＩＲ技术可以较好地获得野生动物毛发的特征性信息。通过对豺和果子狸不同部位（颈部、腹部和背部）针毛的ＦＴ－ＩＲ图谱进行分析，可以发现两种动物的ＦＴ－ＩＲ图谱具有明显的种间差异，主要表现在出峰范围和最强峰的位置，证明ＦＴ－ＩＲ光谱分析可用于不同科动物的种间识别；而同种动物的颈部、腹部和背部针毛的ＦＴ－ＩＲ光谱具有较强的一致性，表明不同部位针毛的角蛋白分子结构、构型和构像基本相似，即该技术对野生动物毛发样品的取材部位要求较低，利于实际应用。
通过对豺和果子狸绒毛和针毛的ＦＴ－ＩＲ图谱分析，可知针毛和绒毛的ＦＴ－ＩＲ图谱具有共同特征，可反映该物种毛发组织的特征性成分。这有别于传统毛发形态研究中绒毛几乎被忽略的情况，结合绒毛和针毛的ＦＴ－ＩＲ图谱分析将有助于获得相关物种信息。另一方面，由于针毛的图谱的峰高和峰面积更典型，ＦＴ－ＩＲ光谱特征稳定，所以在样本量较大的时候，最好以针毛作为鉴定材料。
综上所述，ＦＴ－ＩＲ技术在野生动物毛发的识别方面具有较好的应用前景，可作为哺乳动物毛发鉴定的一种新方法加以推广和应用。
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