2020-02-11-1小劉科研筆記之實(shí)例:掃描電鏡下的蝴蝶世界


參考文獻(xiàn):

1. 邱兆美.蝴蝶鱗片微觀結(jié)構(gòu)與模型分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2009;

2.?關(guān)會(huì)英.典型蝴蝶鱗片結(jié)構(gòu)色形成機(jī)理及其微觀結(jié)構(gòu)研究[D].吉林大學(xué),2007

一、前期準(zhǔn)備

首先,我們準(zhǔn)備好樣本一只綠帶翠鳳蝶,一只尖鉤粉蝶。以綠帶翠鳳蝶為例,它的翅膀上主要分布了黃綠色,綠色,紫色、藍(lán)色以及暗棕色。選取其后翅和翅尾部分在光學(xué)顯微鏡下觀察,可以看到蝴蝶翅膀上有一層層的覆蓋物,這些覆蓋物呈片狀分布,且像房頂瓦片一樣排列有序,在光學(xué)顯微鏡下有的呈現(xiàn)出鮮艷的紫色、藍(lán)色,有的呈暗棕色,如圖一所示,而這一層層排列有序的片狀覆蓋物,實(shí)則為蝴蝶鱗片,也稱(chēng)為鱗粉,由于其易脫落的特性,通常會(huì)沾染到碰觸者手上,同時(shí),鱗片也是蝴蝶翅膀絢麗多彩的原因。?

圖1

二、掃描電鏡下的微觀世界

接下來(lái),小編分別選取綠帶翠鳳蝶和尖鉤粉蝶翅膀上部分鱗片在ZEISS Gemini 500 SEM下觀察,由于蝴蝶翅膀不導(dǎo)電,先對(duì)其進(jìn)行噴金處理,用到的設(shè)備為Gatan PECS?685.C(精密Ar離子拋光鍍膜儀),其中綠帶翠鳳蝶翅膀上鱗片分布如圖二所示。

▲圖二

與光學(xué)顯微鏡照片對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),綠帶翠鳳蝶翅膀上的鱗片結(jié)構(gòu)主要有兩種,一種鱗片端部圓滑無(wú)齒裂,肉眼觀察呈鮮艷色;另一種為基層多齒鱗片,肉眼觀察為暗棕色。

對(duì)兩種鱗片放大后觀察可以看到,其均具有表面非光滑形態(tài),且鱗片表面都有縱向平行周期分布的脊脈,脊脈與脊脈間的間隔基本保持固定,其中圖三所示端部圓滑無(wú)齒裂的鱗片,兩脊脈間分布著凹坑形的結(jié)構(gòu),圖四所示基層多齒鱗片,脊脈與脊脈間結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)格狀分布。

?▲圖三
?▲圖四

與綠帶翠鳳蝶相同,尖鉤粉蝶的翅膀上也分布著兩種鱗片,如圖五所示,端部圓滑無(wú)齒裂與端部多個(gè)齒裂鱗片,同樣兩種鱗片表面脊脈均平行等間距分布,且脊脈間橫肋呈平行網(wǎng)格狀分布。

▲圖五


三、蝴蝶顯色的奧秘

蝴蝶翅膀的顏色來(lái)源于翅膀上的一個(gè)個(gè)鱗片,每一個(gè)鱗片相當(dāng)于一個(gè)色素點(diǎn),蝴蝶鱗片顯色的原因主要分為三大類(lèi):

1.?色素色,又稱(chēng)化學(xué)色,是一種由鱗片內(nèi)部存在某些化合物造成的,也是自然界昆蟲(chóng)著色的基本形式,這些化合物吸收某種波長(zhǎng)光波,反射其他光波從而形成各種顏色。

2.?結(jié)構(gòu)色,又稱(chēng)物理色,由鱗片具有的特殊結(jié)構(gòu)引起,這些結(jié)構(gòu)能夠使光線(xiàn)發(fā)生折射、反射、衍射或干涉,從而產(chǎn)生的各種顏色。除蝴蝶外,甲蟲(chóng)體壁表面的金屬光澤和閃光等也是典型的結(jié)構(gòu)色。

3.?混合色,又稱(chēng)化學(xué)物理色或綜合色,很多種類(lèi)的蝴蝶都同時(shí)具有化學(xué)色和物理色,兩者混合在一起,即翅膀上同時(shí)具有色素顆粒和物理結(jié)構(gòu)。

針對(duì)以上蝴鱗片顯色的原因,利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備,小編決定對(duì)蝴蝶鱗片進(jìn)行大解(fen)剖(xi),主要利用FIB(ZEISS Crossbesm540),分別對(duì)綠帶翠鳳蝶和尖鉤粉蝶兩種不同的鱗片的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行分析,其中第一列為端部圓滑鱗片,第二列為端部多齒鱗片,如圖六所示,截面切后發(fā)現(xiàn),綠帶翠鳳蝶端部圓滑鱗片截面為由約7對(duì)空氣介質(zhì)層與殼質(zhì)材料組成的多層膜結(jié)構(gòu),相同介質(zhì)膜層形態(tài)、尺寸、間距等基本相同,也正是因這種層狀結(jié)構(gòu)使入射光發(fā)生多層膜干涉而顯色;尖鉤粉蝶端部圓滑鱗片截面則類(lèi)似塔層狀,有研究人員通過(guò)對(duì)其反射光學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),其所顯黃色來(lái)自于色素的選擇性吸收,該色素主要吸收紫外波段及藍(lán)光波段,而端部多齒鱗片截面結(jié)構(gòu)則沒(méi)有特征結(jié)構(gòu)。

▲圖六

小編在對(duì)綠帶翠鳳蝶制樣后,對(duì)其他部位也進(jìn)行了SEM觀察,發(fā)現(xiàn)蝴蝶翅膀上還有一根根長(zhǎng)長(zhǎng)的絨毛,放大后觀察絨毛是圓柱狀的,且由平行間隔的脊脈與橫肋交織包裹而成,如圖七所示。

▲圖七

同時(shí),蝴蝶翅膀上一個(gè)個(gè)鱗片都像一把小扇子,每把扇子下面都有個(gè)把手,通過(guò)把手一把把小扇子插在了蝴蝶皮膚上一個(gè)個(gè)圓孔里,如圖八所示。

▲圖八


END

不積珪步,無(wú)以至千里;不積細(xì)流,無(wú)以成江海。做好每一份工作,都需要堅(jiān)持不懈的學(xué)習(xí)。

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