棒络新妇（Nephila clavata）拖牵丝的SEM扫描及其机械性能与蜘蛛体重的关系研究

摘要

收集15只棒络新妇瞬间下落时分泌的拖牵丝，用扫描电镜对拖牵丝单丝进行观察，并拍照，利用Smileview软件对所得照片进行处理，测量并统计了单丝的直径。结果表明蜘蛛体重越大，其拖牵丝单丝的平均直径相应增加，平均直径表现出与体重极显著正相关关系。结果还表明棒络新妇拖牵丝呈现出纤维结构的多样性，组成拖牵丝的单丝数目不固定，并且单丝直径长度差异较大。 观察到的棒络新妇拖牵丝中除了有由两根粗细均匀的单丝纤维构成外，还观察到了分别由两根(一根粗，一根细)，三根(三根粗细均匀；两根粗一根细；一根粗两根细)，四根，甚至最多8根的单丝纤维构成，并且同一拖牵丝单丝间直径差异大。 单丝直径是拖牵丝机械性能的重要指标，单丝纤维横截面积越大，其承重力越大，实验结果表明棒络新妇在瞬间下落时可以通过控制拖牵丝单丝的平均直径长度来调节蛛丝的承重力，来维护其自身的安全。 同时用单纤维电子强力仪对15只不同体重棒络新妇拖牵丝单丝进行拉伸测试，得到了单丝的负载-位移曲线，并结合单丝直径，将其转化为应力-应变曲线，从负载-位移曲线和应力．应变曲线可以看出，随着丝纤维的伸长，负荷几乎以线形上升，初始模量很高，至应变为2.5％时发生屈服，曲线发生转折，模量骤降，甚至降为零，随后应力和模量再次上升。由应力-应变曲线得到的统计结果表明同一蜘蛛所分泌的单丝几乎具有相同的屈服点拉伸率，而屈服点的应力，断裂强度和断裂伸长率差异很大。不同个体单丝屈服点应力与蜘蛛体重无相关关系，单丝屈服点拉伸率与体重也没有相关关系，同样单丝断裂伸长率与体重也没有相关关系。这三项反映蛛丝机械性能的重要参数并没有呈现随着体重增加而增大的趋势。但单丝断裂强度却随着体重的增加显著增大，表现出与蜘蛛体重极显著正相关。当蜘蛛掉落的瞬间，它只需要泌出断裂强度可以承重自身体重的拖牵丝，而改变拖牵丝其他机械性能指标对于蜘蛛个体安全来讲并无意义。对蜘蛛体重和断裂强度的数据进行回归分析发现单丝承重大约为蜘蛛体重的1.35倍。所以蜘蛛在瞬间下落时，由多条单丝构成的拖牵丝可以确保蜘蛛的安全。但在蜘蛛瞬间降落的时候：下降速度要比本次实验拉伸速度大的多，对于蜘蛛瞬间降落时拖牵丝承重力和其体重的关系比较复杂，还有待于进一步的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章拖牵丝的SEM扫描和直径的测量分析

1.前言

2.材料与方法

2.1供试蜘蛛

2.2蛛丝样品的准备

2.3蛛丝SEM观察

2.4数据处理

3.结果

3.1不同体重棒络新妇蛛丝的SEM图片

3.2拖牵丝单丝直径与体重的关系

4.讨论

小结

参考文献

第二章棒络新妇(Nephila clavata)体重与其拖牵丝机械性能的关系研究

1前言

2材料与方法

2.1供试蜘蛛

2.2蛛丝样品的准备

2.3蛛丝拉伸机械性能测试

2.4数据处理

3.结果与分析

3.1负载-位移曲线(Force-Displacement,F-D Curce)

3.2应力-应变曲线(Stress-Strain curve)

3.3不同体重棒络新妇拖牵丝单丝的机械性能参数及其与体重的关系

4讨论

小结

参考文献

综述蜘蛛丝的研究与应用

作者在读期间发表的论文

致谢