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　　贺诗琦， 彭晓剑 （湖南省益阳市一中高 1516 班， 湖南 益阳 413000）

　　【摘 物胶的发展提出了有益的建议。 【中图分类号】 Q958 【文献标识码】 A 【文章编号】 （2017） 2095-2066 34-0007-02 并分析了目前海洋生物胶 的应用研究情况， 为 海洋生 要】 本文简要介绍了海洋污损生物藤壶和贻贝在 水下各类界面上粘结附着的奥秘，

　　蛋白在不同外界基底材料上(如塑料、金属、玻璃等)上粘附效 果。 目前,科学家们正通过多种方式解析获知更多的蛋白及基 因序列,以通过生物合成获得更多的蛋白,从而更深入地探索 藤壶生物胶在水下粘结的奥秘。 (1)生物胶的应用研究 海洋生物胶的粘结应用最早可追溯到 1059 年,人们在福建 泉州一石桥下养殖大量牡蛎, 将桥基石和桥墩石粘合凝结成牢 固的整体,这就是造桥史上最别出心裁的“种蛎固基法”,也是世 界上第一个将海洋生物粘结技术运用于桥梁工程的伟大创举。 对 贻贝 和藤壶 的 开 创 性研究 工 作 是在 20 世纪 70 年 代 , 在 80 年代发现了贻贝生物胶中足丝蛋白起关键粘结作用后, 它的用途是作为“生物胶水” 用作 手术 缝 合 中 的 医用 胶粘 剂 , 随着研究的深入,发现其还具有细胞贴壁和增殖的功能,可以 促进伤口的愈合及修复等功效。 虽然这些生物有优异的水下粘结性能, 但是要大量获得 它们的生物胶,目前还存在一定的困难。 对于贻贝足丝蛋白, 通常从贻贝足腺中提取天然粘附蛋白成分, 以及通过基因工 程手段生产贻贝粘蛋白。 由于贻贝足丝蛋白的分泌量很低,1 万只贻贝也只能提取 1mg 的粘附蛋白,价格非常昂贵;而通过 基因工程获得的蛋白因其体外修饰的不足导致其粘结效能下 降。 藤壶生物胶由于更加坚固难溶,也难以通过提取获得原始 生物胶,对其生物胶的成分及其粘附的机制了解还十分有限。 因此,对藤壶的研究远不及贻贝深入。 但是,藤壶代表K8凯发了另一 种不同的水下粘附模型。 贻贝死亡后在海浪的冲刷下容易剥 离,而藤壶的粘附是永久性的。 因此,藤壶分泌的生物胶粘性 更强,科学家们也正在投入精力加强对藤壶生物胶的研究。 (2)仿生生物胶的应用 尽管 还 未 能 完 全揭 开 海 洋 生物胶 水下 强 力 粘结 的 面 纱 , 但通过对海洋生物胶的研究,科学家已从中获得灵感,开启了 水下仿生胶的研究工作,并取得了令人激动的研究成果。 2007 年 7 月英国《自然》周刊刊载 的文章,介绍美国 科学 家发明的一种“超级胶”,灵感源自壁虎和贻贝,兼顾这两种动 物的特点,取名“壁贻胶带”。 这种胶带在重复使用 1000 次后, 仍能保持很强的黏着力,比壁虎的黏着力强 2 倍。 在水下环境 中,黏着力约是壁虎在水下的 15 倍。 这种胶带会在将来代替 现有的缝合线,也可以制成防水绷带等。 2014 年 9 月,《自然-通讯》 杂志刊载了美国麻省理工学 院的科学家培养出了一种细菌, 能够将贻贝分泌出的蛋白质 胶水与其自身生物膜分泌出的蛋白结合在一起, 这种混合蛋 白具有比贝类分泌的天然蛋白胶水更好的黏性, 能够修复船

　　藤壶是附着在海边岩石上有石灰质外壳的动物, 分布在 多数海域的潮间带及潮下浅水区, 有坚硬的外壳, 靠蔓脚捕 食,是雌雄同体,行异体受精。 它主要靠它的胶腺分泌蛋白性 的生物胶,使其永久性地牢固附着在各种材料表面,图 2 是藤 壶附着在岩石上的场景。 藤壶液态胶从胶腺分泌,流经体内的胶腺管,到达藤壶基 底部位-底盘,底盘与外界基质 表面间有一狭 窄缝隙 , 当 胶液 到达底盘最外部时,受外界环境如海水和外界基质的影响,藤 壶液态胶发生一系列的反应变成固态胶, 从而将藤壶牢固的 粘附在外界基质上。 藤壶生物胶与贻贝生物胶有较大的差异, 经科学家研究 发现,认为藤壶生物胶的主要成分为蛋白质(90~95%)。 目前 已经获知了藤壶胶部分蛋白的氨基酸序列以及个别蛋白的基 因序列,并通过大肠杆菌合成获得了两种蛋白,研究了这两种

　　浩瀚的海洋为人类提供了丰富的物产资源, 海洋生物数 以千万计。 有一些海洋生物(如藤壶、贻贝、牡蛎)能够牢固地 附着在被海水淹没的岩礁以及舰船外壳、 养殖网笼和石油钻 井平台表面,造成巨大的危害。 这些污损生物虽常年受海浪冲 击但仍能牢固附着,引起科学家的极大兴趣和高度关注。 因为 一方面, 这些生物的附着污损对海洋设施和海事活动带来严 重影响,是海洋防污需要重点防除的对象。 另一方面,这些生 物分泌的生物胶具备防水和超强黏附的优越性能, 为人们研 究水下超强粘合剂提供了仿生灵感。 本文主要介绍目前最为 关注的强势污损生物贻贝和藤壶在水下粘结的奥秘。 贻贝种类繁多,是海洋养殖业中的重要种类,主要有紫贻 贝、厚壳贻贝和翡翠贻贝等。 它通过过滤流经的海水来获取食 物,依靠其足丝腺分泌的纤细的线状物(贻贝足丝),附着在坚 硬的岩石基体上,如图 1 所示 ,同时 也 可以 牢 固地 粘 矿 物 、金 属、塑料、玻璃、牙齿和骨骼等。 科学家分析了这些足丝的组成, 发现其主要成分是蛋白 混合物,命名为贻贝足丝蛋白(Mefp),并按照其发现的先后顺 序将这些足丝蛋白命名为 Mefp-1,-2,-3,-4,-5 和-6。 其中 Mefp-1 是第一个被分离出来的主体成分。 这些蛋白共同的特 点是富含有丰富的 DOPA 分子(3,4-二羟基苯丙氨酸),在 pH 较 高 的 情况 下 ,DOPA 分 子 中 的 酚羟 基 氧 化 成 醌 , 氧 化的 DOPA 和未氧化的 DOPA 交联,形成高分 子网状聚合物,坚固 而又有韧性,在海水中不分解,将贻贝牢牢的粘在水下任何基 底表面,即使在浪冲刷下仍紧紧附着于礁石而不分离。