横纹金蛛卵袋丝的力学行为与生物学功能之间的关系
Relationship Between Tensile Behaviors and Biological Function of Egg-Case Silks of Argiope bruennichi

中文摘要：采用电子单纤强力仪对横纹金蛛 Argiope bruennichi卵袋框丝、卵袋外覆盖层丝被与卵袋内层丝3种不同功能蜘蛛卵袋丝的力学行为进行测试研究，采用电子天平对卵袋丝的生物学功能进行量化，拟探明蜘蛛卵袋丝的力学行为与生物学功能之间的关系。结果表明，与卵袋框丝相比，卵袋内层丝负荷-位移曲线弹性区增加、屈服区小、加强区平缓、延展性好；卵袋框丝具有反复拉伸的特性，力学行为重复性好；卵袋框丝、卵袋内层丝和卵袋外覆盖层丝被的屈服点和断裂点负荷均远大于卵块重量，说明雌蛛在后代的保护方面投入巨大；3种卵袋丝均满足各自生物学或生态学功能对其断裂点负荷、延展性等力学性能的要求。这对人们进行新型纤维材料的仿生设计具有重要的指导意义。
英文摘要：To investigate the relationship between tensile behaviors and bio-function of egg-case silks, the scaffolding silk, inner cover silk and outer silk cover, 3 types of egg-case silks of Argiope bruennichi were examined using electronic single-fiber tensile instron and electronic scale. The results showed that compared with the scaffolding silk, the tensile behavior curve of the inner cover silk was increased in the elastic region, small extent in the yield region, and buffering state in the reinforcing region. The scaffolding silk presented good tenacity and reproducibility of tensile behavior and repeated stretching; the forces at yield and broken point of the 3 egg-case silk samples were higher than egg weights, indicating that the females will make greater investments on the protection of their offsprings. The mechanical properties (e.g. break strength, extensibility) of the inner cover silk matched to their biological or ecological functions, respectively. These findings may be helpful to guide the biomimetic design of novel fiber materials. 2018,37(5): 556-562 收稿日期：2017-04-25 DOI：10.11984/j.issn.1000-7083.20170136 分类号：Q959.226+.2;TS102.1 基金项目：国家自然科学基金项目（31160420，30760041）；江西省自然科学基金项目（2010GQN120，20151BAB204019）；江西省科技厅青年科学家培养对象项目（20133BCB23022）；江西省教育厅科技重点项目（GJJ170626）；江西省普通本科高校中青年教师发展计划访问学者专项基金项目（2016109）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201610419008） 作者简介：蒋平,男,教授,研究方向:蜘蛛生态学,天然动物蛋白纤维,E-mail:jping412@aliyun.com,jping412@gmail.com *通讯作者：郭聪,E-mail:gc6252@sina.com 参考文献： 蒋平, 刘姝, 卓春晖. 2010a. 干燥与拉伸对蜘蛛拖牵丝超收缩性能的影响[J]. 材料科学与工程学报, 28(3):352-356. 蒋平, 吕太勇, 肖永红, 等. 2010b. 悦目金蛛和棒络新妇卵袋丝物理化学结构表征及其力学性能研究[J]. 生物物理学报, 26(2):149-163. 蒋平, 吕太勇, 肖永红, 等. 2011a. 横纹金蛛卵袋结构与纤维组成[J]. 动物学杂志, 46(4):92-101. 蒋平, 吕太勇, 肖永红, 等. 2011b. 三种不同功能蛛丝的超微结构与拉伸力学行为[J]. 材料科学与工程学报, 29(5):734-741. 蒋平, 乔圆圆, 柯坫华, 等. 2011c. 横纹金蛛多次产卵生物量分配初步研究[J]. 动物学杂志, 46(2):90-96. 蒋平, 吴梦玲, 肖永红, 等. 2010c. 棒络新妇卵袋丝氨基酸组成及其力学性能[J]. 纺织学报, 31(5):1-5. 杨湧, 陈新, 周平, 等. 2001. 不同温度下桑蚕丝的力学性能[J]. 高等学校化学学报, 22(9):1592-1596. Blackledge TA, Kuntner M, Marhabaie M, et al. 2012a. Biomaterial evolution parallels behavioral innovation in the origin of orb-like spider webs[J]. Scientific Reports, 2:833. DOI:10.1038/srep00833. Blackledge TA, Pérez-Rigueiro J, Plaza GR, et al. 2012b. Sequential origin in the high performance