職稱論文發表淺析理化分析技術在生物的作用

所屬分類：農業論文閱讀次時間：2015-01-30 16:37

本文摘要：摘要：在廣泛檢索文獻基礎上，綜述了生物考古中用到的物理和化學分析方法，以期為生物考古的發展提供基礎參考依據。關鍵詞：生物考古理化分析技術概況簡介1.1生物考古生物考古是指對遺址中所有生物遺存，如植物、動物、人類、微生物等的

　　摘要：在廣泛檢索文獻基礎上，綜述了生物考古中用到的物理和化學分析方法，以期為生物考古的發展提供基礎參考依據。

　　關鍵詞：生物考古理化分析技術概況簡介1.1生物考古生物考古是指對遺址中所有生物遺存，如植物、動物、人類、微生物等的一系列科學研究，包含了以人類遺存為研究主體的眾多學科，如人體骨學、地質考古，動物考古、植物考古、生態考古、微生物考古等，研究手段和研究方法也多種多樣，為人類起源演化和疾病研究、農業和畜牧業起源等做出了巨大貢獻。目前生物考古已成為國際科技考古研究的前沿領域和熱點。

　　1.2理化分析

　　理化分析是通過物理、化學等分析手段進行分析，確定物質成分、性能、微觀宏觀結構等，是基于物理或物理化學原理和性質而建立起來的分析方法。理化分析在生物考古中應用的非常廣泛，特別是在對骨骼、牙齒、以及其他遺存的分析中，已成為揭開生物考古謎團的重要手段 (MarioNovak，201l;Temple DH，2010l王翠斌，2009)。

　　2 骨表面結構的物理分析

　　目前對于骨骼表面結構的分析方法主要有顯微分析、掃描電鏡(SEM)分析、表面能譜分析(EDS)X射線衍射分析(XRD)、CT掃描技術和計算機圖像處理技術等等。

　　顯微分析和掃描電鏡(scanning elec-tronic microscope，簡稱SEM)可以分析骨骼、牙齒組織結構變化，如骨骼表相和體相存在的孔洞結構，由此揭示樣本的污染程度和保存狀況(Matthias Kucera，2011;Arkadiusz Soltysiak，20l1)X射線衍射(XRD)可以分析骨骼和牙齒中的羥基磷灰石和其變體來說明骨骼的礦化程度，J.c.Hiller(2OO6)利用小角X射線散射(SAXS)測量骨樣品的晶粒納米結構，揭示發生相應的外界條件變化引起的可能的骨微晶表面晶格組成或應變，可以為提取古生物DNA信息提供保證。X射線衍射(XRD)還可以對標本內部進行無創觀察，但對于厚度較大的標本，往往會因投影在熒光屏上的重影而影響圖像的觀察質量，計算機斷層掃描成像(CT)技術的發明使得人們能夠克Nx射線透視的不足，得到清晰的斷層掃描影像((Britta M.Gifeshaber，2008)。利用CT技術、計算機圖像處理技術和3維成像技術還可以可以將古生物學的研究延伸到頭骨內部，實現虛擬化石重建與無創解剖，對骨分布的生物力學分析，可得到化石頭骨內部的3維影像，CT技術已是重建化石骨三維影像的重要手段(Yousuke Kaifu，201l;XiujieWu，2009)。

　　3 骨化學分析

　　骨化學分析是探索古人類食物結構的主要手段之一。古人類食物結構的證據，更多地來自干質地堅硬的人和動物骨或牙齒以及石器的分析結果(RichasdsM P，2002;Tedord M，2000)。通過對古人類骨或牙齒中化學成分的分析，即穩定同位素比值和微量元素含量，便可揭示他們的食物結構、生活方式、人口遷移模式以及生存環境等多方面的重要信息，探索其演化過程(L.E.Munroa，2008lStanley H.Ambrose，2003)。

　　3.1穩定同位素分析

　　在進行骨的穩定同位素分析時首先根據骨膠原中的C、N含量以及C/N摩爾比等重要指標判斷其是否受到污染，其次才進行穩定同位素的測定。對穩定同位素測定是因為人體骨組織的化學組成直接對應著食物中的化學組成成分，當人們的食物來源不同時，骨中的穩定同位素組成就有較大的差異性(David R.Yesner，2003)。此外，植物的光合作用途徑以及固氮方式的差異，將直接導致其 5”C和 5”N值明顯不同，因此骨中的穩定同位素分析可以研究古人類和動物的食物結構((Adolfo F.Gil，2011}Rick J.SchuRing，2002)。一般C植物的 5 C平均值約為-26.5%0，而c植物的 5”C平均值則約為一12.5‰，因此通過分析人骨中骨膠原或羥磷灰石的 5”C值，即可了解人們的食物來源 ;豆科植物的 5”N大約等于0‰ ，而非豆科植物的 5”N則稍高，故分238 科技資訊 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION析人骨中骨膠原的 5”N，就可辨別其在食物鏈中的營養地位，了解其食物結構(c.D.White，2011;Carolyn Chenery，2010)。

　　Adolfo F.Gil(2011)對生存于考古記錄的史前玉米恐慌時期的阿根廷中西部的人骨和牙進行的碳的穩定同位素分析，發現他們的主要能量來源正好是C 植物的玉米，因此可見人類飲食研究中穩定同位素分析的重要意義。

　　3.2羥磷灰石的微量元素分析

　　分析骨中羥磷灰石的微量元素是骨化學研究的另一種主要方法，對羥磷灰石的微量元素的分析同樣需要對樣品的污染程度鑒定(Charlotte L.King，2011)。

　　(1)羥磷灰石的污染程度分析。

　　骨骼中羥磷灰石結晶度廣泛地作為樣本重要的保存狀況指標之一，結晶度指數可以由X射線衍射(XRD)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)等方法測量，但是由于XRD采用體積平均值得到的數據與FTIR采用面積平均值得到的數據的不能直接進行比較(T.J.U.Thompsona，2009)。這兩種方法各有優勢，FTIR可以能檢測CO32-的含量，但它無法獲知晶體的形狀和方向的信息，而且對低結晶度的結晶指數和碳酸鹽含量的變化產生的影響~gXRD更敏感。此外，由于羥磷灰石中的CO32-可通過與羥磷灰石中的PO42-替換而形成更小的晶體，從而影響羥磷灰石的結晶度。因此，檢測羥磷灰石中的CO32也可鑒別羥磷灰石的污染程度(T.J.U.Thompson，2011)。

　　(2)羥磷灰石中微量元素的分析。

　　羥磷灰石中微量元素的污染與否可比較其人骨與食草類、食肉類動物骨中羥磷灰石的sr/Ca、Ba/Ca的值來判定(SponheimerM。，2006)。對微量元素的分析是因為通常食草動物骨中積淀的sr/Ca約為其食物的 1/5，而食肉動物骨中積淀的Sr/Ca又約為食草動物的 1/5(Matilde Arnay-de-la-Rosa，2009)。此外，骨骼和牙齒的sr、Ba相對于Ca的含量在以往的考古研究還被用來檢驗史前食物結構是海洋生物還是陸地生物。因為海水的Ba/Sr值比大多數陸地環境低得多(多達3個數量級)，生活在海水中的魚類和其他生物也將有比大多數陸地生物Ba/Sr低的值，但是也可能會受到營養水平影響(Ben Shawa，2011fK.Szostek，2003)。因此根據人骨中Sr/Ca、Ba/Ca值的分析，一定程度上可揭示該個體的食物結構信息。一般方法有原子吸收光譜(AAS)法、原子熒光光譜(AFS)法、電感偶合等離子體發射光譜(ICP—OES)法、電感偶合等離子體質譜 (ICP-MS)法、色譜分析法及X射線分析法等。目前，生物考古中的微量元素含量一般用激光燒蝕電感耦合等離子體質譜(LA—ICP-MS)定性定量分析(CharlotteL.King，2011)。Andrea Cucina(2011)采用(LA—ICP-MS)測量考古遺址牙齒琺瑯質的Mg，P，K，Ti，Mn，Zn，Sr，I，Ba，和Pb的含量，成功的得到了古時期尤卡坦半島瑪雅港口北部有外國人存在的證據，說明LA—ICP-MS是檢測在當地居民的外籍個人存在的一個重要的分析工具。采用以上分析方法一般對稀少和珍貴古生物化石造成了損害，因此采用無損或近似無損分析方法，如對骨微量元素測定的質子激發熒光(PIXE)分析法和穩定同位素測試的激光消融同位素分析法，將會成為骨化學分析的主要方向之一。

　　4 其他微體化石的分析

　　微體化石如木材纖維、孢粉、硅酸體、淀粉粒等的遺存，可提供特定植物學信息如科類、種屬等，反映古代當地植被的基本面貌及人類使用植物的基本情況，因此可揭示古代人們對植物食物的選擇、農作物的起源、早期農業的出現等經濟生活和文化生活情況，并可了解人類賴以生存的自然環境(AmandaG.Henry，2008lJamesCoil，2003)。

　　4.1木材纖維分析

　　在一般的遺址和墓葬中，最容易遇到的植物遺存是木材、纖維和種子，后者包括谷粒、果核和瓜菜籽等。通過對纖維的鑒定，可以了解紡織品的質料，進而探討農業和紡織業的情形(Philippa Ryan，20l1)。一般采用拉曼光譜分析、x射線衍射(XRD)、傅立葉紅外光譜分析(FTIR)、掃描電子顯微鏡分析等方法鑒定古紡織品、松香、樹脂等植物纖維的組成及成分，可實現對古絲織宏觀到微觀的分析，如Jian Liu(20l1)采用光學顯微鏡，掃描電子顯微鏡(SEM)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)等方怯對營盤出土的絲纖維品種進行鑒別與分析，伺時對纖維的老化情況進行了初步分析發現這些古代紡織品依然形態完好。

　　4.2孢粉分析

　　孢子花粉體積微小但數量很大，易于流動和保存且分布廣泛，孢粉的外形和大小，代表著植物的不同科、屬。孢粉分析主要是提取樣本、分析鑒定、分類統計來研究它們的組合、演化規律等(Lynne J.Quick，2Ol1)。因此對遺址中的孢粉分布可反映古代當地植被的基本面貌及人類使用植物的基本情況(Jungan Qin，2011)。Alex D.Brown(2011)應用孢粉分析發現瑞典南部的斯堪尼亞區Bjiire半島的史前石刻在青銅時代晚期坐落于一個孤立的半林地中，該結果支持了Bj~re半島石刻的“漂移假說”。此外，動物遺存如干旱地區保存的動物糞便化石，其中的孢粉能提供過去的植被信息。

　　糞化石的孢粉分析可用來重建缺少湖泊和泥炭沼的地方如干旱半干旱地區的古植被結構組成，Morteza Djamali(2011)對洞穴地層中含有孢粉的動物糞化石分析發現含有郁金香、菊科等植物花粉，證明伊朗Turanian區早在70萬年前是具有非常豐富的動植物資源的大草原。

　　4.3硅酸體分析

　　植物硅酸體是沉淀在植物細胞中的微小硅質體。由于土壤、水分、氣候條件和植物細胞結構的不同，形成的植物硅酸體具有可區分的特征，如C 和C 植物的植硅石存在明顯差別，硅酸體中氧同位素的比值0”/0 還可估算古代的氣候溫度(DanCabanes，201lIAdrian G.Parker，2011)。植物硅酸體作為一種重要的生物指標，在近年考古中得到了很大的發展，如VeranicaWesolowski(2010)分析了來自巴西南部海岸的薩姆巴凱貝殼堆4個遺址中的53顆牙齒的微體化石，對淀粉粒和植硅石分析證實sambaqui人曾食用薯蕷和狹葉南洋杉，并推測阿魯姆天南星科植物、甘薯和玉米可能也在他們的飲食結構中。

　　4.4淀粉粒分析

　　淀粉粒是由植物通過光合作用產生的一種次生代謝產物，是葡萄糖的聚合物。由于不同種屬來源的淀粉粒形態各異，所以具有一定的分類學意義，用于鑒定植物殘留物的來源，并借此推斷古人對植物的利用、器物的功能以及食物加工技術等。考古淀粉顆粒分析的來源之一是牙結石，牙結石中的淀粉粒保存較好，從牙結石提取出的淀粉粒可以直接體現人類或動物對淀粉類食物的利用(Karen Hardy，2009)。對古代淀粉粒分析主要是通過理化手段對淀粉粒提取、鑒別，樣品標本制備后鏡檢，并與建立的標本庫對比。C6lb HelenaC.Boyadjia(2007)采用牙科清洗技術從古人類牙齒中分離出淀粉粒和硅酸體，但該方法利用Hcl清洗樣品，對寶貴的化石遺骸造成了損害。

　　MatthiasKucera(2011)利用顯微鏡對清洗過的牙齒分析發現表面結構被嚴重破壞，因此未來人們將會尋求近無損的技術如超聲分離來替代檢材。

　　5 結語與展望

　　21世紀伴隨著生物學、化學、物理學、地質計算機科學等多學科的發展、融合，將會使得考古技術不斷成熟，一些物理化學與分析化學相結合的技術、物理與計算機科學結合的技術將會使得理化分析技術在考古技術不斷創新，更好地為生物考古服務。

　　參考文獻

　　[1】M UrPhY，M .S.，Gaither，C.，Goycochea，E.et a1.Violence andweapon-related trauma atpuruchuco-huaquerones，Peru[J].AmeifcanJour-nal of Physical AnthrOpOlOgy，2010，142(4)：14.

　　【2】胡耀武，王昌燧 .生物考古的研究進展及展望[J】，山西大同大學學報(自然科學版)，2009，25(5)：84～9O.

　　小編推薦同類優秀的農業類論文　內蒙古農業大學學報投稿淺析木薯的營養價值

　　摘要：綜述了木薯的綜合利用值,包括食用價值、飼用價值、工業利用價值、種植價值等,以為木薯的開發利用提供參考。

　　關鍵詞：木薯;綜合利用;價值

　　木薯(Manihot Esculenta Crantz)是世界三大薯類作物之一,素有“地下糧倉”、“淀粉之王”和“能源作物”之美稱[1],距今已有近5000年的栽培歷史,其廣泛分布于南北緯30 °之間,粗生易栽,適應性強,在旱地農業中占有重要地位。