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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 21201 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 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14 C 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 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