紅外光譜分析在黑線姬鼠體毛鑒定中的應(yīng)用

周思宇，楊文建， 金志民*， 吳 寧， 萬祥旭， 樸忠萬

(1.牡丹江師范學院 生命科學與技術(shù)學院， 黑龍江 牡丹江 157011； 2.寧安市江南學校， 黑龍江 寧安 157400)

0 引言

【研究意義】黑線姬鼠屬嚙齒目，鼠科，姬鼠屬，是一類雜食性鼠種，以取食農(nóng)作物為主[1]，屬世界性害鼠種類，廣泛存在于農(nóng)田及森林之中。由于害鼠對惡劣環(huán)境有較強的適應(yīng)能力，導致林木和農(nóng)作物受害嚴重[2]，從而對經(jīng)濟產(chǎn)生負面影響。【前人研究進展】傅里葉變換紅外光譜技術(shù)是以400 cm-1～4 000 cm-1連續(xù)波數(shù)的紅外光對測定對象進行照射，通過采集透過或由測定對象表面反射的光譜，經(jīng)傅里葉轉(zhuǎn)換得到各波數(shù)光譜透過或被吸收的量，進而分析得到相應(yīng)結(jié)果的一種分析方法[3]。王穎等[4]利用紅外光譜技術(shù)對棉、麻、絲、化纖制品等進行鑒別研究；吳桂芳等[5]通過紅外光譜技術(shù)對山羊絨和細支綿羊毛進行區(qū)別；郭海濤等[6]利用紅外光譜技術(shù)對云豹、狼等野生動物毛發(fā)進行分析鑒定?！狙芯壳腥朦c】已有研究結(jié)果表明，鸮形目主要以鼠類為食，但由于動物的骨骼、喙及毛發(fā)等物質(zhì)不易被消化，因此，長耳鸮會在進食后出現(xiàn)吐食團行為[7]，在通過食團鑒定食物類別對鸮形目進行食性分析的研究中，常以頭骨分析作為普遍的鑒定方法，而利用食團中未消化的毛發(fā)進行種類鑒定方面的研究相對較少。且黑線姬鼠作為鸮形目等鳥類的主要食物來源[8-11]，對鸮形目進行食性分析時的難度較大。目前，對黑線姬鼠的種群數(shù)量、分布狀態(tài)及食性分析等方面的研究較多，但對黑線姬鼠的體毛鑒定方面的研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】運用傅里葉變化紅外光譜技術(shù)對黑線姬鼠的背毛及腹毛進行檢測，制作黑線姬鼠背毛及腹毛的紅外光譜及二階導數(shù)特征性光譜圖，并對其進行初步分析，以探索快速進行種類鑒定的新方法，為鼠類種類鑒定提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

黑線姬鼠，2019年10月中旬至11月初捕于牡丹江三道關(guān)林場(129°41′E，44°20′N)。林場位于黑龍江省牡丹江市西北部，張廣才嶺安紡山脈之末，是以紅松和云杉為主要樹種的針葉混交林，具有豐富的動植物資源。儀器設(shè)備包括傅里葉變換紅外光譜儀(iS10，Thermo Fisher)、電熱鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)、超聲波清洗器(SB-5200DT，寧波新芝生物科技股份有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 材料預(yù)處理 將待檢測的黑線姬鼠背毛及腹毛分別置于無水乙醇中，超聲波清洗器清洗10 min，每次清洗后更換無水乙醇，5次重復；清洗結(jié)束后將無水乙醇更換為蒸餾水，再次在超聲波清洗器中10 min，3次重復，干燥后備用。

1.2.2 試驗設(shè)計 將清洗干燥后的背毛及腹毛分別置于2個研缽中，利用液氮研磨法將毛發(fā)樣本磨成粉末狀。樣品與溴化鉀按1∶100混合，壓片，利用傅里葉紅外光譜儀進行分析，掃描波數(shù)400 cm-1～4 000 cm-1，每個樣本5次重復，得到紅外光譜。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)采用Origin 2018進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑線姬鼠背毛的二階導數(shù)紅外光譜

從圖1看出，背毛1在781 cm-1處可觀察到有1個明顯吸收峰，在685 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次強峰；背毛2在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在682 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次強峰；背毛3在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在686 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次強峰；背毛4在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在683 cm-1附近以及707 cm-1附近均有1次強峰；背毛5在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在682 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次強峰。經(jīng)研究分析，五組二階導數(shù)紅外光譜圖中均在781 cm-1處有1次最強峰，而第1組數(shù)據(jù)及第2組數(shù)據(jù)與其他3組相比，次強峰的位置有所差異。因此，將5組數(shù)據(jù)進行平均數(shù)處理(圖2)，最大吸收峰位置在781 cm-1附近，次強峰位置分別在686 cm-1附近及707 cm-1附近。

圖1 黑線姬鼠背毛的二階導數(shù)紅外光譜

圖2 黑線姬鼠背毛平均數(shù)的二階導數(shù)紅外光譜

2.2 黑線姬鼠腹毛的二階導數(shù)紅外光譜

從圖3看出，腹毛1在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在686 cm-1附近及706 cm-1附近均有1次強峰；腹毛2在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在685 cm-1附近以及707 cm-1附近均有1次強峰；腹毛3在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在686 cm-1附近及707 cm-1處附近均有1次強峰；腹毛4在782 cm-1處有1個明顯吸收峰，在686 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次強峰；腹毛5在781 cm-1處有1個明顯吸收峰，在688 cm-1附近及707 cm-1附近均有1次強峰。經(jīng)研究分析，5組二階導數(shù)紅外光譜圖中，第4組最強峰位置在782 cm-1處，而其他4組數(shù)據(jù)中最強峰位置均在781 cm-1附近；次強峰的位置在第1組、第2組和第5組數(shù)據(jù)中有所不同，但第3組與第4組數(shù)據(jù)中次強峰的位置相同；因此，將5組數(shù)據(jù)進行平均數(shù)處理(圖4)，最強峰位置在781 cm-1附近，次強峰位置分別在686 cm-1附近及707 cm-1附近。

圖3 黑線姬鼠腹毛的二階導數(shù)紅外光譜

圖4 黑線姬鼠腹毛平均數(shù)的二階導數(shù)紅外光譜

2.3 黑線姬鼠背毛及腹毛的平均數(shù)二階導數(shù)紅外光譜比較

對黑線姬鼠背毛平均數(shù)及腹毛平均數(shù)的二階導數(shù)紅外光譜圖的比較分析發(fā)現(xiàn)(圖5)，兩者的最強峰位置均在781 cm-1附近，次強峰的位置在686 cm-1附近和707 cm-1附近，其二階導數(shù)紅外光譜圖極相似。

圖5 黑線姬鼠背毛及腹毛平均數(shù)的二階導數(shù)紅外光譜

3 討論

經(jīng)研究分析，一般在400 cm-1～1 300 cm-1范圍內(nèi)外光譜的特征性強，且二階導數(shù)圖譜能更好地反映出細微差異。在野外研究調(diào)查中，黑線姬鼠的背毛和腹毛都可能被采集，因此對背毛和腹毛各組數(shù)據(jù)的二階導數(shù)紅外光譜圖進行研究。通過對黑線姬鼠背毛及腹毛的二階導數(shù)紅外光譜圖進行分析，背毛紅外光譜圖中在781 cm-1附近有1個最大吸收峰，次強峰位置分別在686 cm-1附近和707 cm-1附近；腹毛紅外光譜圖中在781 cm-1附近有1個最強峰，次強峰位置分別在686 cm-1附近和707 cm-1附近。通過比較發(fā)現(xiàn)，黑線姬鼠背毛及腹毛二階導數(shù)圖譜，其最大吸收峰位置及次強峰的位置大致相同，與野生動物毛發(fā)鑒定的研究結(jié)果一致[9]，說明無論采集的是背毛還是腹毛對物種鑒定的影響不大。但要想在對鸮形目進行食性分析方面能夠更加簡單快速地得出結(jié)論，還需根據(jù)相關(guān)研究，對其他不同種鼠類的體毛進行采集并制作二階導數(shù)圖譜，比較其波峰位置，以便更精確地進行分析。

4 結(jié)論

通過對黑線姬鼠背毛及腹毛的紅外光譜及二階導數(shù)光譜對比分析發(fā)現(xiàn)，其紅外光譜圖極相似，黑線姬鼠背毛及腹毛的紅外光譜圖中最強峰均出現(xiàn)在781 cm-1附近，次強峰分別出現(xiàn)在686 cm-1附近及707 cm-1附近。因此，其背毛和腹毛的紅外光譜圖可反映出該物種體毛纖維的特征性成分。