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1、蜘蛛丝研究的动向黄君霆(中国农业科学院蚕业研究所镇江212018)囊状腺、梨状腺、葡萄状腺、管状腺。各个丝腺分别产生性质不同的丝。表1圆蛛属7种丝腺体产生的丝及其功能1蜘蛛和蜘蛛丝蜘蛛丝作为新的天然高分子纤维和生物材料,其特殊的机械(力学)性能(优良的强度、模量、伸长度、断裂能以及轻盈、较耐紫外线等等)是包括蚕丝在内的天然和合成纤维所不能比拟的。蜘蛛丝能否成为防弹织物、缆绳的原料纤维以及宇航用材料已引起多方关注。最近3年Science等杂志连续发表10多篇关于蜘蛛丝研究的文章。其中有的报道蜘蛛丝蛋白质分子高度取向和优良的力学性能,有的报道蜘蛛丝基因密码的结晶区主要重复片段结构域的
2、氨基酸序列特点。美国、瑞士、加拿大、日本、德国、丹麦等国的一些实验室先后从动物科学、材料科学以及高聚物(高分子)的角度,深入研究了蜘蛛丝的结构、纤维性能以及应用前景。1997年DuPont公司已在大肠杆菌和酵母中分别表达了蜘蛛丝蛋白质。1997年两度访华的Basel博士称他们已拿到完整的蜘蛛丝基因,并能在大肠杆菌发酵罐生产,达到每一吨培养液得到数公斤丝蛋白的成绩。但是,丝纤维形成的复杂过程暂时还无法人为模仿。同时,蜘蛛是肉食动物而且不喜欢群居,故难以批量饲养。所以,寄丝腺名丝及其功能大囊状腺小囊状腺葡萄状腺管状腺鞭毛状腺梨状腺集合状腺牵引丝、放射状丝、构成网骨架的框丝牵引丝、框丝
3、捕获丝包卵的卵茧丝网的横丝附着盘横丝表面的粘性物质与蚕不同,蜘蛛的丝是由腹后部的纺丝器上的近百个纺管牵引纺出。其纺丝器的结构要比蚕的纺(吐)丝器复杂得多。蜘蛛结的网由来源于不同丝腺的多种丝所组成。以圆蛛所结的圆网为例,网的中间是排列较密的中心丝,是蜘蛛居住和生活的地方;从中心丝辐射向外的是没有粘性的纵丝,即放射状丝;纵丝中间连接的横丝,即螺旋丝,弹性大,粘性强,可以粘住猎物;最外层是框丝,它通过有粘性的附着丝同树木等物体相连。蜘蛛一旦捕到猎物,就立即由数百对葡萄状腺的纺管同时牵引出辐射状的丝将猎物包裹起来,以防猎物挣扎逃脱。蜘蛛产卵前先由管状腺经三对纺管牵引出丝形成产褥,再将卵产
4、在产褥上,最后再用丝覆盖形成卵茧。当蜘蛛遇到险情时大囊状腺立即纺出牵引丝(也叫命绳),使自己吊在空中,借以逃脱。蜘蛛还有许多适应自然的奇特之处。例如,它在风吹日晒的情况下,能使自己的身体形状和色彩处于耗能耗水最少的状态。十字圆蛛的一种,每天要重新织网,先把原来的旧网吃掉,消化后不久就成为织造新网的材料。当然,蜘蛛也吃掉触网的昆虫,分解其蛋白质成氨基酸而作为织网的材料。惊人的是,有人用14C标记的丙氨酸调查蜘蛛消化吸收和分解旧网蛋白质的时间,结果表明,吃下旧的网47希望于通过转基因使蚕“吐”类蜘蛛丝,大量类蜘蛛丝。从而获得蜘蛛在分类上属于蛛形纲,动物门,按纺出丝种类的多少,与昆虫纲
5、同属节肢可分古蛛亚目、原蛛亚目和新蛛亚目等,每个亚目又有不少属类。凡蜘蛛都能够纺丝,蜘蛛丝对蜘蛛的捕食、筑巢、繁殖、飞航等基本生命活动或日常生活来说,是必不可少的道具。古蛛亚目的蜘蛛自纺丝器拉出的丝只有一种;原蛛亚目的蜘蛛能纺出3种丝;新蛛亚目的蜘蛛能纺出7种丝。新蛛亚目的几乎所有蜘蛛都具有大囊状腺、小丝绸1999年第9期综述译介丝之后约经过30min,旧网的成分已到大囊状腺,作为织造新网的材料。字圆蛛、大腹圆蛛和络新妇蛛丝的氨基酸组成,其中以丙氨酸、色氨酸和脯氨酸这三种氨基酸含量差异较大。蜘蛛和蚕一样,也具有将蛛丝蛋白溶液制成丝的“泵阀加压系统”。由腺腔壁把α-螺旋结构的凝胶状
6、液态丝浓缩成高度粘滞状态,多数丝蛋白分子呈平行排列的“向列型液晶”相。通过纺丝口时,流出的丝溶液受到剪切力,许多α-螺旋链转变为β-片层。β-片层象手风琴的风箱那样相互折叠在一起构成结晶区域。表3不同种类蜘蛛丝的氨基酸组成2蜘蛛丝的物理、化学性质蜘蛛不同的丝具有不同的理化性质。络新妇属蜘蛛的牵引丝密度为1113～1129g/cm3,比蚕丝密度(1133g/cm3)低,囊状腺中液态丝蛋白分子量与蚕丝丝素H链的分子量相当。蜘蛛丝光滑、闪亮,耐紫外线性能强,而且较耐高温、耐低温。热分析表明,蜘蛛丝在200℃以下表现热稳定性,300℃以上才黄变。蚕丝在110℃以下表现热稳定性,140℃就
7、开始黄变。此外,蜘蛛丝还具有特殊的溶解特性。它不溶于稀酸、稀碱,仅溶于浓硫酸、溴化锂、甲酸等,并且对大部分蛋白水解酶具有抗性。蜘蛛丝的主要成分是蛋白质,与蚕丝丝素的氨基酸组成相似。所有的蜘蛛丝主要都由三个小侧链的氨基酸,即甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸组成。与蚕丝明显不同的是,大侧链的氨基酸如脯氨酸和亮氨酸的含量也较高。卵茧丝、包裹丝、框丝之间在氨基酸组成上有很大的差异。Andersen报道了一种十字圆蛛的7种丝腺中液态丝的主要氨基酸组成(表十字圆蛛大腹圆蛛络新妇蛛家蚕氨基酸大囊状腺小囊
