豹猫和金猫针毛红外光谱比较研究

摘要：使用傅立叶红外光谱（FT-IR）对豹猫（Leopard cat）和金猫（Golden cat）两种野生动物毛发进行了检测和分析。结果表明，在豹猫和金猫针毛的中部红外图谱及其二阶导数谱均具有明显的种间差异，如648 cm-1和654 cm-1波数处金猫出现明显M形双峰吸收峰，而豹猫没有；金猫的二阶导数谱在709～763 cm-1范围内以峰强较大的单峰为主，豹猫则以峰强较小的M形双峰为主，这均说明两种动物毛发的蛋白侧链的构成上则存在较大的差异。所以红外光谱分析方法可以应用于动物毛发的种间识别，在毛发的研究领域有较好的应用前景。

关键词：豹猫；金猫；毛发；傅立叶红外光谱

中图分类号：O653 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）10-2373-04

红外光谱技术是近年来迅速发展的一种检验技术，能够实现对特殊样品的无损分析，如橡胶、药材、油漆等[1-4]。目前，红外光谱在植物的生理生化检验和种属识别方面已经有一定的应用[5-7]，应用于野生动物毛发检测和分析的研究则相对较少[8-13]。2000年王颖等[9]首次提出，动物毛发的组成可以在红外光谱中反映出来，并有别于棉、麻等物质。2008年吴桂芳等[10]使用可见/近红外光谱结合主成分分析和神经网络技术实现了对山羊绒与细支绵羊毛进行快速鉴别；在朱东风[11]的研究中开创性地使用红外光谱检验了6种动物的毛发，但是未对属于同一类群物种（如羊科的藏原羚和盘羊、食肉目的黑熊和夜猫）的红外光谱的共同点和种间区别进行详细分析。郭海涛等[12]研究发现野生动物针毛和绒毛的红外图谱均可反映出该物种毛发纤维的特征性成分，针毛的特征性更明显，猫科和犬科动物的红外图谱之间具有较大的差异；郭海涛等[13]对分属不同类群的豺和果子狸毛发红外图谱进行了比较，发现具有明显的种间差异，而同种动物的颈部、腹部和背部针毛的红外光谱具有较强的一致性。

野生动物的毛发的主要成分是角蛋白[14，15]，由于动物种类、进化、行为、环境等的影响，使毛发的角蛋白成分发生了明显分化，所以使用红外光谱进行检测具有了可行性。野生动物毛发是涉林案件中常见的微量物证，其形态、结构和成分是动物分类学研究的一个重要领域，所以野生动物毛发的识别与鉴定技术的研究具有重要的理论价值和应用价值。本研究选择了猫科的珍稀野生动物豹猫（Prionailurus bengalensis）和金猫[Felis（Catopuma） temmincki]毛发作为研究对象，以其丰富毛发研究的同时，为亲缘较近的野生动物识别提供一种快速检验的新技术和新方法。

1 材料与方法

1.1 主要仪器设备

毛发样品测试在美国Nicolet公司的Nicolet 7199 型FT-IR 傅立叶红外光谱仪上完成，使用锗晶体的ATR附件和OMNI 采样器；测试波数范围400～4 000 cm-1，仪器分辨率4 cm-1，扫描采样32次。

1. 2 样本来源

选择猫科的豹猫（Prionailurus bengalensis）、金猫[Felis（Catopuma）temmincki]两种野生动物作为研究对象。动物毛发样本来源于南京森林警察学院野生动植物刑事物证鉴定中心保存的标本。

1.3 检验方法

待测的毛发样品置于无水乙醇中清洗，并放入KQ-50DE型数控超声波清洗器（江苏昆山舒美超声仪器有限公司）10 min、干燥后备用。

将毛发直接放在锗晶体上，用OMNI采样器固定钮压紧样品，扫描波数范围400～4 000/cm，获得一维红外光谱图。使用Thermo Nicolet 公司Omnic 7.0 操作软件获得毛发的二阶导数谱。

2 结果与分析

野生动物毛发包括针毛和绒毛，是哺乳动物的三大特征之一。其中针毛比较坚硬具有一定的毛向，是野生动物毛发相关研究中的主要对象。动物的绒毛和针毛均能反映毛发的特征性图谱，但针毛的图谱征性峰值较高[12]，所以在本研究中主要观察针毛的红外光谱。

2.1 金猫针毛三个部位红外光谱比较

测试金猫背部直针毛的根部、中部和尖端的样本得到红外光谱图，选择图谱中对红外描述反应比较灵敏具有鉴定意义的600～800 cm-1范围内的指纹图谱进行观察（图1）。图中可以看出，金猫针毛的根部、中部和尖部的红外光谱图具有一定的相似性，主要的出峰位置都在620～680 cm-1，但是具体的出峰位置、峰强、峰形有所不同。这说明毛发样本不同部位的组成物质结构具有很大的相似性，但也存在一定的差异，反映了毛发生长过程中角蛋白在不同细胞层中的表达[9]。

毛发根部、中部和尖部分别在640 cm-1、642 cm-1、648 cm-1位置都出现了明显的吸收峰，N-H基团的伸缩振动吸收峰在毛发根部出现在663 cm-1和675 cm-1处附近，表现为峰强略弱，峰面积较大的吸收峰；在毛发中部则分别在650 cm-1和654 cm-1位置出现了两个峰强较小但是峰形显著的吸收峰，形成了鉴定价值非常高的M形图谱；毛发蛋白质组成中典型的酰胺基团吸收特征峰之一——N-H基团的弯曲振动吸收峰则表现不一致[11，16]，在毛发中部和根部分别在654 cm-1位置有较小的出峰，在毛发的尖部N-H基团的弯曲振动吸收峰表现为峰强较大，伸缩振动吸收峰则所掩蔽而观察不到。

因为红外光谱的二阶导数谱能够明显加强光谱分辨率，可区分一维红外图谱中的微小差异，所以对金猫毛发的三个部位红外光谱的二阶导数谱进行了比较（图2）。图中可以看出波数在700～900 cm-1的二阶导数谱中可以反映出更多在一阶图谱中无法观察到的差异，主要表现在790 cm-1和800 cm-1两个位置的吸收峰，明显是毛发中部的峰强最大，也最容易观察到。波数在700～800 cm-1，毛发中部的图谱也表现出更多较为明显的特征性吸收峰，如707 cm-1、725 cm-1、754 cm-1等部位；并且波数在777～784 cm-1也具有特征性的M形图谱。而毛发的根部和尖部的图谱则在上述位置特征峰不明显或者峰强较弱。

综合上述两个图谱的比较，动物毛发中部的红外光谱图能够更好地反映该物种的毛发特征，具有较高的代表性，其原因应该是动物毛发中部的角蛋白角质化程度最为稳定，角蛋白侧链的发育也较为完整。豹猫的针毛红外光谱图也有类似的规律，所以本研究中均使用动物针毛中部的红外光谱图。

2.2 金猫和豹猫的红外光谱比较

对金猫、豹猫针毛中部红外图谱取600～800 cm-1波数指纹图谱区进行比较，见图3。从图中可以看出，豹猫和金猫是属于具有一定亲缘关系的猫科类群，所以在其红外光谱图中也有一定的反映，如在633 cm-1、642 cm-1、667 cm-1波数附近，金猫、豹猫都有明显的吸收峰，其峰强和峰形基本重叠。但在648 cm-1和654 cm-1波数位置，金猫出现明显M形双峰吸收峰，豹猫则未形成明显的吸收峰。在619～675 cm-1波数附近范围金猫、豹猫针毛红外光谱图中O=C-N基团的弯曲振动吸收峰峰强、峰面积也存在一定的差异。所以，两种动物的毛发红外光谱图反映出其亲缘关系的同时也表现出一定的种间差异，可以应用于两种动物的比较研究。

2.3 金猫和豹猫的二阶导数谱比较

为了更好地证明红外光谱可以较好地反映猫科动物的种间差异，分别对金猫和豹猫毛发中部的二阶导数谱进行了比较（700～900 cm-1范围），见图4。

由图4可知，豹猫在709～763 cm-1波数范围内出现了4个峰强较小的M形双峰，而金猫在该范围内则以峰强较大的单峰为主；在765～784 cm-1范围内金猫则出现了一个明显的M形和一个W形双峰，而豹猫则出现了一个较宽平的W形双峰，且两个出峰位置的峰强较低，说明豹猫的N-H基团伸缩振动不显著。豹猫在788 cm-1和794 cm-1位置出现了较明显的单峰，金猫则在792 cm-1和798 cm-1位置出现了同样形状的单峰，但是峰强要大的多，这说明两种动物毛发蛋白的基本结构类似，但是在侧链的构成上则存在较大的差异，以此也可以较好地反映出种间的差异，所以红外光谱可以应用于亲缘关系较近的同一科动物的种间识别。

3 小结与讨论

通过对豹猫（Prionailurus bengalensis）和金猫[Felis（Catopuma） temmincki]针毛的红外分析研究表明，红外光谱分析方法（FTIR）可应用于野生动物毛发的分类研究，红外光谱的二阶导数谱能够更好地反映出毛发图谱之间的差异，其最佳观察范围为700～900 cm-1。两种动物毛发的红外图谱既能够反映出动物毛发的基本特征，也能够在一定程度上反映出同一类群动物的种间差异。本研究对拓展红外光谱分析方法的应用领域进行了有效的探索，丰富了该领域的研究。

金猫的针毛从毛尖、中部和根部的红外图谱存在明显的相似性，说明了毛发发育的连续性，毛发的各个部位具有相同角蛋白成分存在。具体表现在毛发根部、中部和尖部分别在640 cm-1、642 cm-1、648 cm-1位置出现了明显的吸收峰；663 cm-1和675 cm-1位置附件表现出明显的N-H基团的伸缩振动吸收峰；毛发蛋白质组成中典型的N-H基团的弯曲振动吸收峰特征在毛发三个部位也有不同程度的表达。

金猫针毛三个部位红外图谱的二阶导数谱可以反映出更多的差异，如在700～800 cm-1毛发中部的图谱有较多的特征性吸收峰，并在777～784 cm-1形成特征性的M形图谱；并且，毛发中部在790 cm-1和800 cm-1两个位置的吸收峰的峰值最大。所以，动物毛发的中部的角蛋白发育最稳定，是最佳的红外检测部位，这是以往的报道中没有明确指出的。

从豹猫和金猫针毛红外图谱比较可以看出，二者具有明显的种间差异，主要表现648 cm-1和654 cm-1波数位置，金猫出现明显M形双峰吸收峰，而豹猫的则未形成明显的吸收峰。在619～675 cm-1波数附近范围金猫、豹猫针毛红外图谱中O=C-N基团的弯曲振动吸收峰峰强、峰面积也存在一定的差异。

从豹猫和金猫针毛的二阶导数谱中可以看出，在709～763 cm-1波数范围内金猫以峰强较大的单峰为主，豹猫则以峰强较小的M形双峰为主，说明豹猫的N-H基团伸缩振动不显著；豹猫在788 cm-1和794 cm-1位置出现了较明显的单峰，金猫的这两个单峰有一定程度的平移，分别在792 cm-1和798 cm-1位置出现且峰强较大。这说明两种动物毛发蛋白的基本结构类似，但是在侧链的构成上则存在较大的差异，反映出种间的差异。郭海涛等[12，13]在以前的研究中侧重了不同类群（科）间动物毛发的红外光谱比较，而同属猫科的豹猫和金猫红外光谱对比研究则反映出二者亲缘关系的同时也存在较明显的差异，可应用于二者的识别。

以上研究说明在同一科内物种的红外光谱特征具有一定的相似之处，也存在一定的差异，可结合形态学特征作为物种鉴定的依据。所以红外光谱可以应用动物的种间识别，在动物的分类研究和鉴定领域有较好的应用前景。但是此类研究在国内还相对较少，对各动物类群毛发的红外光谱研究还处于初步阶段，距离应用于实际的鉴定中还存在一定的难度。

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