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爬山虎吸盘分泌物的成分分析 王志嘉，田福林，刘成雁，赵海波 (辽宁省分析测试技术研究重点实验室，辽宁省分析科学研究院，辽宁沈阳110015) 摘要：爬山虎强大的攀援能力引起了人们的广泛关注，是材料学和仿生学领域的研究热点问题之一。本研 究通过气相色谱质谱(GC／MS)和液相色谱串联飞行时间质谱(HPLC／Q．TOF)对爬山虎吸盘分泌物的成分 进行了深入分析，以期揭示爬山虎的攀援机理以及为仿生材料的开发和应用提供科学依据。本研究使用甲 醇／氯仿对爬山虎吸盘的可溶性部分进行了提取。GC／MS分析表明，爬山虎吸盘提取物中的主要含有谷甾 醇、甲基．a．D．吡喃型葡萄糖苷、2，4一双(1，1-二甲基乙基)苯酚、豆甾醇和棕榈酸。HPLC／Q—TOF分析表 明，爬山虎的吸盘中分泌出某些含有氮、氧和硫的碳氢化合物，爬山虎吸盘中分泌出这些特殊化合物可能 是爬山虎能够吸附和攀援的重要因素之一。 关键词：爬山虎；吸盘；液相色谱串联飞行时间质谱；气相色谱．质谱 爬山虎是城市中常见的园林绿化植物，有极顽强的生命力，并具有抗旱、抗热、抗寒、 抗病虫害等特性，其攀援能力极强，能够在垂直的墙面和裸露的岩石上攀援。 近年来爬山虎的攀援能力引起了人们的广泛关注，有研究表明，爬山虎单个吸盘所能 承受的最大拉力是其自身重量的280万倍【1】。江仲春【2】对城镇建筑物壁面绿化中常见的爬 山虎及川鄂爬山虎吸盘壁面附着机制进行研究，发现卷须顶端部分的表皮细胞在卷须从枝 节发生后(长度不到10mm)即开始膨大，随卷须伸长而充分膨大并富含粘性物质。Enddress 等【3]用显微镜研究了爬山虎的卷须，指出粘性分泌物是由吸盘接触面的表皮细胞分泌的， 这种粘性物质为酸性黏多糖。Zhang等[4】则利用原子力显微镜首先观察到爬山虎的吸盘上 可分泌出纳米颗粒，纳米结构在表面吸附的研究中已经有很多报道【5。j，因此研究者推测这 种纳米颗粒对爬山虎吸附能力起到了直接和重要的作用。He等[8】对爬山虎吸盘分析得到了 21种有机化合物和6种金属元素，其中多数有机化合物含有氮、氧和硫元素，在所测的六 种金属元素中，钙元素的含量是最多的，研究者推测钙可能在爬山虎的吸附过程起到了一 定作用。Melzer等【9】研究爬山虎的吸附过程，并提出了爬山虎吸附攀援的四步过程，研究 者认为，吸盘生长出的细微结构与所攀爬物体的物理接触在爬山虎攀援过程中起到了重要 作用。Xia等[101的研究表明爬山虎吸盘分泌出的粘合剂杨氏模量较大，说明其具有很强的 粘合强度。Lenaghan掣11】利用电子视频显微镜实时观测发现，在爬山虎的触角分泌出天然 纳米粘合剂，并且在吸盘与所攀附的物体接触之前就已经产生。 综上所述，爬山虎的吸附机理较为复杂，是物理和化学因素的综合作用，而吸盘上分 泌的天然纳米粘合剂在吸附过程中起到重要作用，因此有必要对吸盘上的分泌物进行全面 的分析和研究。本研究通过GC／MS分析提取液中的挥发性小分子化合物，使用 HPLC／Q—TOF分析难挥发的有机化合物，对异叶爬山虎(Parthenocissusheterophylla)的吸 盘分泌物的有机化合物成分进行了较全面的分析，以期为揭示爬山虎的攀援机理以及对仿 生材料【I2，¨1的开发和应用提供科学依据。 1试验部分 1．1仪器、试剂与材料 (1200HPLC一6520 司)；0．25 pan有机系滤膜，甲醇和氯仿均为色谱纯。异叶爬山虎吸盘样品采于辽宁省分析 820 2结果与讨论 33…00000。0； 1，s 兽 皇 j ，．f 量220j。0。0。0。0。0{ ，4l 500000L盘＆』竺：垒』垒}土—塑!一．一 “5 2¨33‘5‘¨5 6 65 5加1051111‘512 5’5 7搿与羹集褊‘知19计t与采集时问‘分竹I 1“13”_5¨H515 图2 HPLC／Q·TOF对爬山