紅外光譜分析在黑線姬鼠體毛鑒定中的應用

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，以取食農作物為主[1]，屬世界性害鼠種類，廣泛存在于農田及森林之中。由于害鼠對惡劣環境有較強的適應能力，導致林木和農作物受害嚴重[2]，從而對經濟產生負面影響。【前人研究進展】傅里葉變換紅外光譜技術是以400 cm-1～4 000 cm-1連續波數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，經傅里葉轉換得到各波數光譜透過或被吸收的量，進而分析得到相應結果的一種分析方法[3]。王穎等[4]利用紅外光譜技術對棉、麻、絲、化纖制品等進行鑒別研究；吳桂芳等[5]通過紅外光譜技術對山羊絨和細支綿羊毛進行區別；郭海濤等[6]利用紅外光譜技術對云豹、狼等野生動物毛發進行分析鑒定。【研究切入點】已有研究結果表明，鸮形目主要以鼠類為食，但由于動物的骨骼、喙及毛發等物質不易被消化，因此，長耳鸮會在進食后出現吐食團行為[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量、分布狀態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。【擬解決的關鍵問題】運用傅里葉變化紅外光譜技術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。

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400 cm-1～4 000 cm-1，每個樣本5次重復，得到紅外光譜。

1.3 數據統計與分析

數據采用Origin 2018進行數據統計及圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 黑線姬鼠背毛的二階導數紅外光譜

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。經研究分析，五組二階導數紅外光譜圖中均在781 cm-1處有1次最強峰，而第1組數據及第2組數據與其他3組相比，次強峰的位置有所差異。因此，將5組數據進行平均數處理(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紅外光譜

圖2 黑線姬鼠背毛平均數的二階導數紅外光譜

2.2 黑線姬鼠腹毛的二階導數紅外光譜

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。經研究分析，5組二階導數紅外光譜圖中，第4組最強峰位置在782 cm-1處，而其他4組數據中最強峰位置均在781 cm-1附近；次強峰的位置在第1組、第2組和第5組數據中有所不同，但第3組與第4組數據中次強峰的位置相同；因此，將5組數據進行平均數處理(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紅外光譜

圖4 黑線姬鼠腹毛平均數的二階導數紅外光譜

2.3 黑線姬鼠背毛及腹毛的平均數二階導數紅外光譜比較

對黑線姬鼠背毛平均數及腹毛平均數的二階導數紅外光譜圖的比較分析發現(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，其二階導數紅外光譜圖極相似。

圖5 黑線姬鼠背毛及腹毛平均數的二階導數紅外光譜

3 討論

經研究分析，一般在400 cm-1～1 300 cm-1范圍內外光譜的特征性強，且二階導數圖譜能更好地反映出細微差異。在野外研究調查中，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據的二階導數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。通過比較發現，黑線姬鼠背毛及腹毛二階導數圖譜，其最大吸收峰位置及次強峰的位置大致相同，與野生動物毛發鑒定的研究結果一致[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論，還需根據相關研究，對其他不同種鼠類的體毛進行采集并制作二階導數圖譜，比較其波峰位置，以便更精確地進行分析。

4 結論

通過對黑線姬鼠背毛及腹毛的紅外光譜及二階導數光譜對比分析發現，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在781 cm-1附近，次強峰分別出現在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。