肖雁冰，鄭 興，王愛民，顧志峰

(海南大學(xué) 海洋學(xué)院，熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570228)

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馬氏珠母貝天然珍珠的結(jié)構(gòu)分析

肖雁冰，鄭 興，王愛民，顧志峰

(海南大學(xué) 海洋學(xué)院，熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570228)

應(yīng)用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)30顆直徑約為2mm的馬氏珠母貝天然海水珍珠進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)的觀察，結(jié)果表明：在馬氏珠母貝天然珍珠的中心區(qū)域無(wú)不定型基質(zhì)，也無(wú)棱柱層,其完全是由文石單晶層構(gòu)成; 珍珠的珍珠層內(nèi)部結(jié)構(gòu)與人工養(yǎng)殖珍珠相似, 珍珠層存在斷層現(xiàn)象; 靠近珍珠表面的文石晶片層厚度為(0.24±0.03)μm,呈“砌墻式”排列,排列非常整齊、均勻致密，并與珍珠表面平行；珍珠內(nèi)部的文石晶片層的厚度為(0.28±0.03)μm；珍珠表面的晶層融合狀態(tài)良好，單晶體的頂面觀呈近正六邊形, 彼此間結(jié)合緊密且光滑.

馬氏珠母貝； 天然珍珠； 珍珠結(jié)構(gòu)； 光學(xué)顯微鏡； 掃描電子顯微鏡

馬氏珠母貝(P.fucata), 又稱合浦珠母貝, 屬于軟體動(dòng)物門(Molluesa), 雙殼綱(Pteriomorphia)、珍珠貝科(Pteriidae)珠母貝屬(Pinctada)[1].馬氏珠母貝是我國(guó)生產(chǎn)海水游離珍珠的最主要貝類, 其培育的游離珍珠是由植入的外套膜形成珍珠囊后向被包裹的圓形人工珠核表面沉積珍珠質(zhì)而形成的.因其色彩迷人、顆粒大且圓潤(rùn)而享譽(yù)世界, 曾被譽(yù)為“南珠”.

馬氏珠母貝游離珍珠相關(guān)的報(bào)道很多, 包括珍珠的物相組成、組成成分、藥理機(jī)制等[2-7]. 馬氏珠母貝人工游離珍珠主要由約5%的蛋白質(zhì)與多糖等有機(jī)高分子物質(zhì)和約95%的碳酸鈣組成.其中氨基酸種類高達(dá)22種, 其中8種是人體必需氨基酸, 其氨基酸種類和含量都遠(yuǎn)大于淡水珍珠; 碳酸鈣主要以方解石和文石兩種物相形式存在. 目前, 根據(jù)珍珠的物質(zhì)組成和排列方式將馬氏珠母貝的游離珠分為珍珠層型、棱柱層型和復(fù)合型三類, 進(jìn)行了比較詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和組成研究.

馬氏珠母貝不僅能夠培育人工海水珍珠, 而且能夠形成天然珍珠, 并且正是基于其能夠形成天然珍珠這一現(xiàn)象才在1893年日本的御木本成功培育出第一顆半球狀人工珍珠, 在1905年御木本培育出圓形游離海水珍珠, 1958年我國(guó)成功生產(chǎn)出圓形游離海水珍珠. 雖然馬氏珠母貝游離珍珠結(jié)構(gòu)的相關(guān)報(bào)道已經(jīng)很多, 但是關(guān)于馬氏珠母貝天然珍珠的研究卻很少見[8-11]. 本文應(yīng)用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)馬氏珠母貝天然珍珠結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析, 以期揭示馬氏珠母貝天然珍珠和游離珍珠結(jié)構(gòu)的異同以及對(duì)珍珠表型性狀的影響.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)所用的馬氏珠母貝天然海水珍珠來源于2012年10月在海南陵水黎安港珍珠養(yǎng)殖場(chǎng)繁殖的“海優(yōu)一號(hào)”馬氏珠母貝外套膜內(nèi). 樣品總量為30顆, 直徑約2mm, 珍珠表面光滑，具有很強(qiáng)的光澤，明度亮且通透, 顏色呈銀白色或淡粉色.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 固定和打磨 天然海水珍珠用特制底座及EP固化劑(廣州施能)、E-44型環(huán)氧樹脂(廣州東風(fēng))進(jìn)行固定, 硬化24h后用80目粗砂紙進(jìn)行打磨至約1cm厚. 再依次用120目和240目的砂紙打磨至厚度小于2mm, 使打磨后珍珠樣品的截面處于徑切面.蒸餾水清洗后用純水于超聲波清洗儀(SB5200D, 寧波薪芝)中再清洗3次, 每次5min. 清洗后樣品置于50 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱(DGX-9240)干燥處理24h.

1.2.2 光學(xué)顯微觀察 干燥處理后的天然海水珍珠置于光學(xué)顯微鏡(Olympus-BX41, 日本)下對(duì)觀察其結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行拍照記錄.

1.2.3 掃描電鏡觀察 光學(xué)顯微鏡觀察后, 樣品噴金約150 ?, 然后用掃描電子顯微鏡(S-3000N型,Hitachi)觀察和拍照, 加速電壓為20kV.

1.2.4 單晶層厚度和邊長(zhǎng)測(cè)定 通過NanoMeasurer1.2 軟件對(duì)SEM圖中的單晶層的厚度和邊長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量, 各測(cè)量35個(gè)位點(diǎn).然后使用Excel表格對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理.

2 結(jié) 果

2.1 光學(xué)顯微鏡下馬氏珠母貝天然珍珠的結(jié)構(gòu)特征 在光學(xué)顯微鏡下30顆馬氏珠母貝天然珍珠都呈近同心圓形狀分層(圖1). 每一層的紋路明顯且整齊, 但不同珍珠的層數(shù)并不是固定不變的, 而且每一層的厚度亦不一定相同. 不同層間的顏色也存在差異, 近中心部位的顏色較深(圖1-A和圖1-B中的a層), 而近外圍的顏色較淺(圖1-A的c和圖1-B的b), 并且顏色呈明顯的梯度變化. 有的部位還有顏色較深的無(wú)定型基質(zhì)(圖1-A中的d).

圖1 光學(xué)顯微鏡下馬氏珠母貝天然珍珠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 掃描電子顯微鏡下馬氏珠母貝天然珍珠的結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 整體結(jié)構(gòu) 掃描電子顯微鏡低放大倍數(shù)下馬氏珠母貝天然珍珠剖面呈近似同心環(huán)狀的裂縫(圖2-A).若以裂縫為界進(jìn)行分層, 其層數(shù)與在光學(xué)顯微鏡下觀察到顏色分層數(shù)一致. 每一層的厚度為0.2～0.5mm不等. 有的珍珠的剖面出現(xiàn)類似核的深色橢圓形結(jié)構(gòu)(圖2-A中的d), 放大至370倍后呈現(xiàn)與周圍顯著不一致的疏松多孔結(jié)構(gòu)(圖2-C,MA), 進(jìn)一步放大該結(jié)構(gòu)至2 500倍時(shí)呈無(wú)定型基質(zhì)狀(圖2-D,MA)，有少量零散的結(jié)晶塊混在其中. 同時(shí), 無(wú)定型基質(zhì)的周圍沒有發(fā)現(xiàn)方解石結(jié)構(gòu)的存在, 它是由無(wú)定型基質(zhì)直接過渡到文石結(jié)構(gòu).

2.2.2 中心部位結(jié)構(gòu) 馬氏珠母貝天然珍珠超微結(jié)構(gòu)中沒有觀察到明顯與眾不同的核心結(jié)構(gòu), 中心區(qū)域僅由文石組成, 并未發(fā)現(xiàn)方解石結(jié)構(gòu)(圖2-B).

2.2.3 文石層橫截面結(jié)構(gòu) 馬氏珠母貝天然珍珠幾乎全由文石晶片層組成. 從截面上看, 文石晶片一層一層累積疊加, 呈“砌墻式”的片狀結(jié)構(gòu), 且每一層的文石板片厚度基本均勻一致, 各層之間的間隙較小(圖3-A,B). 我們選取離珍珠表面約有0.5mm的一裂縫處進(jìn)行文石單晶層厚度的測(cè)量結(jié)果顯示單晶層的厚度平均為(0.28±0.03)μm(圖3-B).

圖2 馬氏珠母貝天然珍珠的整體結(jié)構(gòu)和無(wú)定型基質(zhì)的SEM圖

2.2.4 截面邊緣結(jié)構(gòu) 馬氏珠母貝天然珍珠的邊緣處文石晶片層較薄, 平均單晶層厚度為(0.24±0.03)μm(圖3-C). 此處的文石晶片層排列非常整齊, 層狀結(jié)構(gòu)均勻致密, 且平行于珍珠的表面. 但是文石晶片層都出現(xiàn)了黑色的凹洞, 呈被腐蝕狀.

2.2.5 表面結(jié)構(gòu) 馬氏珠母貝天然珍珠的表面結(jié)構(gòu)與橫截面結(jié)構(gòu)顯著不同, 其生長(zhǎng)機(jī)理紋呈規(guī)則的梯田狀, 一層一層地堆積, 表面晶層融合狀態(tài)良好, 沒有未融合成層的單晶體, 文石晶片間結(jié)合緊密且光滑, 沒有空洞或斑點(diǎn). 單文石晶片頂面觀多呈大小相似的近正六邊形, 邊長(zhǎng)為(3.08±0.13)μm, 中間厚邊緣薄, 呈外凸?fàn)? 整個(gè)珍珠文石晶片層表面較為平整.

3 討 論

3.1 無(wú)定型基質(zhì)與斷層結(jié)構(gòu) 人工培育的游離珍珠中, 無(wú)定型基質(zhì)是一層緊貼于珠核表面的黑色或褐色有機(jī)質(zhì)或者是有機(jī)物與無(wú)機(jī)物混合體, 優(yōu)質(zhì)珍珠沒有無(wú)定型基質(zhì)或者很薄, 而劣質(zhì)珍珠卻有較厚的無(wú)定型基質(zhì)層[12]. 本研究在馬氏珠母貝天然珍珠的中心區(qū)域沒有發(fā)現(xiàn)無(wú)定型基質(zhì), 但在有的珍珠中存在近圓形的無(wú)定型基質(zhì)團(tuán), 其周圍沒有方解石結(jié)構(gòu), 直接由無(wú)定型基質(zhì)過渡到文石晶片層結(jié)構(gòu). 可能是因?yàn)楫?dāng)珍珠形成過程中出現(xiàn)局部空隙時(shí), 珍珠囊液會(huì)填充空隙, 珍珠囊液與一些不參與結(jié)晶的物質(zhì)形成了無(wú)定型基質(zhì)[13]. 大珠母貝珍珠中經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)定型基質(zhì)團(tuán), 其基質(zhì)中混有結(jié)晶體,有時(shí)基質(zhì)層還會(huì)與結(jié)晶層交替出現(xiàn)[13], 但是本研究中馬氏珠母貝天然珍珠的珍珠質(zhì)層出現(xiàn)了斷層現(xiàn)象, 即, 文石晶片層之間出現(xiàn)較大的裂縫使文石晶片層的堆積不連續(xù). 同時(shí)其整體形狀如同年輪, 且斷層之間沒有無(wú)定型基質(zhì), 因而二者發(fā)生機(jī)理可能存在差異. 這與孔蓓等[14]對(duì)馬氏珠母貝人工游離珍珠珍珠層結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果相似, 通過對(duì)珍珠進(jìn)行打磨制成光薄片并進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn), 游離珍珠中也存在斷層現(xiàn)象[14]. 孔蓓等[14]認(rèn)為, 當(dāng)上皮細(xì)胞分泌粘液中的膠體碳酸鈣達(dá)到一定量時(shí)才會(huì)形成以文石為主的晶體, 并在一組晶體的結(jié)晶周期結(jié)束后才進(jìn)行下一輪晶體生長(zhǎng); 若局部碳酸鈣供給不足, 則可能導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)速度不均衡, 形成貌似同心圓狀而實(shí)為不連續(xù)的韻律層結(jié)構(gòu). 導(dǎo)致局部碳酸鈣供給不足的原因很多, 養(yǎng)殖海域區(qū)域的養(yǎng)殖水體浮游動(dòng)植物種類、水體鹽度、病蟲害等各種物理、化學(xué)和生物因素的變化可能使馬氏珠母貝珍珠囊的細(xì)胞分泌活動(dòng)發(fā)生了改變, 影響碳酸鈣的形成和分泌.

圖3 馬氏珠母貝天然珍珠內(nèi)部結(jié)構(gòu)SEM圖

3.2 棱柱層 人工培育的海水游離珍珠中普遍存在柱狀方解石結(jié)晶的棱柱層, 與片狀結(jié)晶的珍珠質(zhì)層垂直, 其含量的高低是影響珍珠質(zhì)量的重要因素之一, 優(yōu)質(zhì)海水珍珠的棱柱層含量明顯低于劣質(zhì)珍珠. 棱柱層的空間分布也影響珍珠的質(zhì)量[15]. 人工游離珍珠除了常見的珠核附近會(huì)形成棱柱層外, 在文石結(jié)晶層中也可能連續(xù)分布或局部形成. 本研究的馬氏珍珠貝天然珍珠沒有觀察到棱柱層, 暗示天然珍珠與人工圓形游離珠的形成上可能存在一定的差異.

3.3 文石層 文石層是珍珠最主要結(jié)構(gòu), 直接決定了珍珠的優(yōu)劣. 文石頂面觀多呈六邊形, 也有不規(guī)則多邊形和近圓形, 成層排列, 側(cè)面觀為“磚墻式”堆積, 通過蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)將文石板片膠結(jié)在一起[16-17]. 珍珠的質(zhì)量還受珍珠層的潔凈度、文石結(jié)晶的完整性和排列狀態(tài)的影響[18-19], 珍珠近表層的文石結(jié)晶度、排列的有序性和有機(jī)質(zhì)的含量等對(duì)珍珠質(zhì)量的影響更大. 珍珠近表層的單晶層厚度與珍珠的色澤有關(guān), 單晶層越薄, 珍珠的光澤就越豐富, 珍珠質(zhì)量越好. 大珠母貝培育珍珠的文石單晶層最薄(0.2～0.3μm), 其次是三角帆蚌培育珍珠的文石單晶層(0.3μm), 馬氏珠母貝生產(chǎn)珍珠的文石單晶層厚度(0.2～0.5μm)變化較大, 而褶紋冠蚌所產(chǎn)珍珠的文石單晶層普遍較厚(0.3～0.4μm)[13]. 馬氏珠母貝天然珍珠無(wú)棱柱層, 是完全由文石單晶層或者含有極少量的無(wú)定型基質(zhì)構(gòu)成的無(wú)核珍珠, 其珍珠質(zhì)層有序、精細(xì)、潔凈、多層次、整體性好, 層與層之間有機(jī)質(zhì)很少, 與優(yōu)質(zhì)珍珠的結(jié)構(gòu)相似. 馬氏珠母貝天然珍珠的文石晶片層平均厚度約(0.28±0.03)μm, 靠近表層的文石晶片層厚度約(0.24±0.03)μm, 與珍珠中部的單晶層厚度略大于近表面的文石晶片厚度這一普遍特征相符[20]. 馬氏珠母貝天然珍珠近表層文石晶片層出現(xiàn)了黑色的凹洞, 呈被腐蝕狀, 這可能是因?yàn)檫@些區(qū)域的文石晶片層在打磨過程中與砂紙直接接觸并相互摩擦. 摩擦過程中接觸面的溫度較高, 導(dǎo)致文石晶片內(nèi)的有機(jī)物分解汽化, 從而呈現(xiàn)出類似被腐蝕的現(xiàn)象[21].

3.4 外表形貌 珍珠表面的文石晶層融合越好, 結(jié)構(gòu)越均勻、致密、光滑, 珍珠的光澤就越好[22-23]. 杜曉東和鄧陳茂[13]認(rèn)為不同生物培育的珍珠其表面晶層的融合狀況有種間差異, 三角帆蚌和大珠母貝培育珍珠的表面晶層融合最好, 未見單晶體分布, 宏觀上顯得光滑細(xì)膩; 而褶紋冠蚌培育珍珠的表面晶層融合較差, 有未融合成層的單晶體; 馬氏珠母貝培育的游離珍珠表面晶層融合很好, 但單晶體中央厚、邊緣薄的現(xiàn)象較顯著. 本研究的馬氏珠母貝天然珍珠表面的晶層融合狀態(tài)與人工游離珍珠相似, 沒有未融合成層的單晶體, 文石單晶層間結(jié)合緊密光滑, 沒有空洞或斑點(diǎn), 文石單晶片多呈中間厚、邊緣薄的外凸?fàn)?

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Structural Analysis of Natural Pearls Produced by Pinctada fucata martensii

XiaoYanbing,ZhengXin,WangAimin,GuZhifeng

(KeyLaboratoryofTropicBiologicalResources,MinistryofEducation,theOceanCollege,HainanUniversity,Haikou570228,China)

Theopticalandscanningelectronmicroscopeswereusedtoinvestigatethemicrostructureandultra-structureofthirtyseawaterpearls(2mmindiameter)producedbythepearloysterP. fucata martensii.Theresultsshowedthatthecentralregionofpearldidnotcontainamorphousmatrix,andthepearlwascomposedofaragonite,notthecalcitecrystallites;thestructureofpearllayerwassimilartotheculturedpearlintheexistenceofafaultphenomenon;thethicknessofaragonitetabletclosingtothepearlsurfacewas0.24±0.03um,whereasthecounterpartintheinternalofthepearlwas0.28±0.03um;thearagonitetabletswerearrangedlikebrick-wall,moreover,thearagonitetabletsnearthepearlsurfacewereinneatorder,uniformdensityandparalleltothepearlsurface;thecrystallayerofpearlsurfacefusionwasingoodcondition,andthetopofsingletabletsintheshapeofregularhexagonwerecloselyandsmoothlyconnectedwitheachother.

P. fucata martensii;naturalpearl;structureofpearl;opticalmicroscope;SEM

2015-03-26

國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2013DFA31780)、國(guó)家自然科學(xué)基金(30960295)、海南省科技興海項(xiàng)目(XH201314)

肖雁冰(1989 -), 女, 廣西百色人,海南大學(xué) 海洋學(xué)院2012級(jí)碩士研究生,E-mail:xiao754390536@qq.com

顧志峰(1975 -), 男, 江蘇蘇州人, 教授,研究方向：貝類養(yǎng)殖與生態(tài)養(yǎng)殖研究, E-mail: hnugu@163.com

1004-1729(2015)03-0252-06

P

ADOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2015.0046