古蛋白质研究在考古学中的应用_王宁
生命科学中的蛋白质研究与功能解析
生命科学中的蛋白质研究与功能解析蛋白质是生命体内最为重要的大分子之一，也是生命活动的基础。
在生命科学领域，蛋白质的研究和功能解析一直是一项重要的任务。
本文将介绍蛋白质研究的意义以及常用的研究方法，同时探讨蛋白质的功能解析对于生命科学的重要性。
一、蛋白质研究的意义蛋白质承担着生物体内大部分的生物学功能，包括酶催化、物质运输、细胞信号传递、细胞骨架构建等。
通过研究蛋白质的结构和功能，可以深入理解生命活动的本质，并且为药物研发、疾病诊断和治疗等提供重要的基础。
二、蛋白质研究的方法1. 蛋白质的纯化与分析蛋白质研究的第一步是将蛋白质从复杂的生物样品中纯化出来，常用的方法包括离心、柱层析和电泳等。
在蛋白质纯化之后，可以利用各种分析技术进行进一步的研究，如质谱分析、结构分析和功能分析等。
2. 蛋白质的结构研究蛋白质的结构研究对于了解蛋白质的功能至关重要。
X射线晶体学是一种常用的蛋白质结构研究方法，通过测定蛋白质的晶体衍射图案来确定其原子分布。
此外，核磁共振和电子显微镜等技术也可以用于蛋白质的结构研究。
3. 蛋白质的功能研究蛋白质的功能研究是生命科学中的一个重要领域。
常用的功能研究方法包括酶活性测定、互作蛋白筛选、基因敲除和功能恢复等。
利用这些方法，可以揭示蛋白质在生物体内的功能机制，为疾病的治疗和新药的开发提供指导。
三、蛋白质功能解析的重要性蛋白质功能解析对于生命科学的研究具有重要的意义。
首先，蛋白质是生物体内所有生物学过程的基础，了解蛋白质的功能机制可以深入理解生命的本质。
其次，蛋白质的功能异常与许多疾病的发生发展密切相关，解析蛋白质的功能可以为疾病的治疗提供新的靶点。
此外，蛋白质功能解析还可以为农业科学和环境科学等领域的研究提供重要的参考。
综上所述，蛋白质研究与功能解析在生命科学中扮演着重要角色。
通过蛋白质的纯化、结构分析和功能研究等方法，我们可以深入了解蛋白质的结构和功能，为生物学进一步的研究提供基础。
蛋白质的发现及历史研究
蛋白质的发现及历史研究来源： 时间：2010-3-6 字体大小：大中小发现过程人们对蛋白质重要性的认识经历了一个漫长的历程。
1742年Beccari将面粉团不断用水洗去淀粉，分离出麦麸，实际上就是谷蛋白之一。
1841年Liebig发表了分析蛋白质的文章。
此后于1883JohnKjedahl测定蛋白质含量的分析方法，为应用。
随后，氨基酸也被发现。
年E.Fischer测定了氨基酸的化学结构，测定了肽键的性质。
在1927年，J.B.Summer种蛋白质。
然后，上世纪50J.B.Summermi描述胰岛素的氨基酸顺序DNA、RNA1953年F.Crick和J.Watson描述了DNA分子结构。
建造具有特定氨基酸顺序的特定蛋白质。
蛋白质是荷兰科学家格里特在1838年发现的。
他观察到有生命的东西离开了蛋白质就不能生存。
蛋白质是生物体内一种极重要的高分子有机物，占人体干重的54%。
蛋白质主要由氨基酸组成，因氨基酸的组合排列不同而组成各种类型的蛋白质。
人体中估计有10万种以上的蛋白质。
生命是物质运动的高级形式，这种运动方式是通过蛋白质来实现的，所以蛋白质有极其重要的生物学意义。
人体的生长、发育、运动、遗传、繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质。
生命运动需要蛋白质，也离不开蛋白质。
人体内的一些生理活性物质如胺类、神经递质、多肽类激素、抗体、酶、核蛋白以及细胞膜上、血液中起“载体”作用的蛋白都离不开蛋白质，蛋白质它对调节生理功能，维持新陈代谢起着极其重要的作用。
人体运动系统中肌肉的成分以及肌肉在收缩、作功、完成动作过程中的代谢无不与蛋白质有关，离开了蛋白质，体育锻炼就无从谈起。
在生物学中，蛋白质被解释为是由氨基酸借肽键联接起来形成的多肽，然后由多肽连接起来形成的物质。
通俗易懂些说，它就是构成人体组织器官的支架和主要物质，在人体生命活动中，起着重要作用，可以说没有蛋白质就没有生命活动的存在。
每天的饮食中蛋白质主要存在于瘦肉、蛋类、豆类及鱼类中。
蛋白质晶体学研究进展及应用
蛋白质晶体学研究进展及应用近年来，蛋白质晶体学在生物科学中的应用日益广泛，并且取得了很大的进展。
蛋白质晶体学研究主要是从结晶开始，通过晶体的结构分析来研究蛋白质的结构和作用方式。
本文将从蛋白质晶体学的研究方法、研究进展以及应用方面进行阐述。
一、蛋白质晶体学的研究方法蛋白质晶体学是一门多学科交叉的学科，包括生物学、物理学、化学等多学科知识。
蛋白质晶体学的研究方法主要可以分为四个步骤：蛋白质的制备、结晶、晶体成像以及晶体的结构分析。
其中，蛋白质的制备是整个研究的基础，只有获得高质量的蛋白质才能进行后续的结晶和分析工作。
蛋白质的结晶是整个研究的核心，实现高质量晶体的制备对于晶体学研究来说至关重要。
目前，人们已经掌握了很多结晶技术，如溶液结晶、气相扩散结晶、界面结晶等。
结晶过程十分复杂，需要对溶剂、pH值等因素进行调控，才能得到晶体。
同时，这些晶体还需要经过很长时间的优化处理，才能达到高质量的结晶。
晶体成像则是对蛋白质晶体结构的直接观察。
目前，人们可以通过X射线晶体学、电子晶体学、光学显微镜等多种技术进行晶体成像。
其中，X射线晶体学是最常用的成像技术，它可以通过测量X射线的散射模式来分析蛋白质晶体结构。
晶体结构分析是蛋白质晶体学研究的重要环节，通过分析晶体中各个原子之间的相互作用关系，可以推导出蛋白质分子的三维结构。
这项工作通常需要借助高端的计算机技术和复杂的算法来处理众多的数据。
晶体结构分析为研究蛋白质的结构和功能提供了非常有力的工具。
二、蛋白质晶体学的研究进展随着生物科学的发展，蛋白质晶体学的研究也得到了极大的加强。
目前，科学家已经成功地解决了许多重要蛋白质的晶体结构，如转录因子、酶、膜蛋白等。
同时，人们也探索出了很多新的研究方法和技术，如二维晶体学、脂质晶体学等。
这些方法对于研究一些重要蛋白质的结构和功能具有很大的潜力。
在蛋白质晶体学研究中，最具突破性的是X射线自由电子激光技术（XFELs），这项技术可以生成高能量的X射线，并实现非常快速的成像。
我国古代昆虫蛋白质的利用
我国古代昆虫蛋白质的利用
我国古代昆虫蛋白质的利用主要是用于医疗、营养、饲料和其他营养品的添加剂。
昆虫蛋白质通常由抗菌成分组成，有助于抵抗肠道病毒、细菌和真菌等，可以改善消化系统，增强机体免疫力，有助于预防各种疾病的发生，如流行性疾病、感冒、肠道病毒感染等。
另外，昆虫蛋白质也可以用于制作医疗保健产品，主要用于抗癌、补血补肾以及治疗肠道、痛风等疾病。
此外，因为昆虫蛋白质中含有大量的营养成分，因此它也可以用于食品营养添加剂，以提升食品营养价值，如调味料、冰淇淋、面包等。
昆虫蛋白质还可以用于饲料添加剂，增强家畜的抵抗力，提高其生长发育的速度。
蛋白质组学在皮质文物物种鉴别中的
研究与技术丝绸JOURNAL OF SILK蛋白质组学在皮质文物物种鉴别中的应用Application of proteomics in species identification of cortical cultural relics由笑颖1,杨海亮2,刘轩赫1,郑海玲2,周㊀旸1,2(1.浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院),杭州310018;2.中国丝绸博物馆,杭州310002)摘要:古代皮质文物在历经漫长的埋葬后,往往出现严重的劣化现象,如颜色变黑㊁手感发硬,并且由于埋葬环境的影响,这些皮质文物还时常伴有一些污染物,使得利用常规检测手段对皮质文物进行物种鉴别时准确性较差㊂蛋白质组学技术具有所需样品少㊁灵敏度高㊁特异性强的特点,非常适用于古代皮质文物的物种鉴别㊂本文将皮质文物按常见的用途分类,分为羊皮纸㊁皮革服饰㊁动物胶黏合剂及膜金属线,总结了国内外利用蛋白质组学技术对皮质文物进行物种鉴别的方法与应用,并介绍了一些针对皮质文物中胶原蛋白微损/无损的提取方法㊂关键词:皮质文物;皮革;蛋白质组学;胶原蛋白;羊皮纸;动物胶;膜金属线中图分类号:TS 512㊀㊀㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀㊀㊀文章编号:10017003(2023)01004910引用页码:011107DOI :10.3969/j.issn.1001-7003.2023.01.007收稿日期:20220419;修回日期:20221201基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFF 0904100);浙江省文物局科技保护资金项目(2022001)作者简介:由笑颖(1997),女,硕士研究生,研究方向为纺织考古与文物保护㊂通信作者:周旸,研究馆员,564949101@ ㊂㊀㊀皮革是皮质文物的主要部分㊂皮革是经脱毛和鞣制等物理㊁化学加工工序所得到的不易腐烂的动物皮[1]㊂人类早在远古时期就开始对皮革进行开发利用,皮革制品广泛应用于人类生活㊁生产中㊂皮革的使用在中国有着悠久的历史,主要应用于生产生活㊁军事文化和宗教祭祀等方面[2]㊂中国各地考古发掘工作出土的皮质文物种类繁多,诸如帐篷㊁皮服㊁皮鞋㊁皮手套㊁皮囊㊁皮甲胄㊁皮盾牌等,极具地方特色[3]㊂早在春秋时期,齐国一部官书 ‘考工记“就记述了齐国关于手工业各个工种的设计规范和制造工艺[4]㊂早年湖北随县擂鼓墩一号墓出土的大量战国初年的皮甲胄,是研究当时最新科技成果及最高工艺水平的典型代表[5]㊂而国外皮质文物主要包括羊皮纸㊁羊皮书和羊皮卷等,羊皮纸曾一度成为希腊和拉丁国家及整个近东和中东地区的首选书写材料,直到公元13世纪,羊皮纸仍然是欧洲拜占庭和斯拉夫地区的优秀写作材料[6-7]㊂这些珍贵的皮质文物是人类在认识和改造自然过程中留下的宝贵财富,记载着人类历史的发展,见证了社会文明的进步,它们对于研究古代皮革制作工艺㊁历史自然环境㊁文化发展水平有着重要意义㊂由于皮革是一种天然高分子材料,出土文物往往会受到埋藏环境的影响,胶原蛋白分解形成不同程度的糟朽降解,使得一些常规检测分析方法如表面分析㊁光谱分析㊁波谱分析㊁色谱分析㊁热分析等难以进行物种鉴别,或者检测鉴定结果不够准确[8]㊂如文物皮革由于内部水分和脂质大量流失,胶原纤维严重变形,颗粒层毛孔消失,难以使用表面显微镜观察进行鉴别;红外光谱表征缺乏特异性,难以可靠鉴定同类型材质[9],且对于皮质文物来说,只能表征皮革一级构象,材质如果老化严重,红外吸收的强度会大幅减弱,导致影响检测结果㊂也有其他技术方法应用于蛋白类文物的物种鉴别,如使用DNA 分析方法鉴别纺织品中的动物毛纤维物种来源[10],但由于皮质文物经历降解老化后DNA 极度脆弱,可提取的内源性DNA 降低到检测水平以下,导致此法难以实行㊂相比较而言,皮质文物中的胶原蛋白降解比DNA 缓慢得多,胶原蛋白的主要结构保存得更为稳定,而蛋白质组学分析作为一种新兴检测方法,具有灵敏度高,特异性强的特点,能更加精准有效地对皮质文物进行检测鉴别[11-12]㊂本文从蛋白质组学理论基础出发,对古代皮质文物的物种鉴别方面的方法做总结,以期为同行提供参考㊂1㊀皮质文物的结构组成皮质文物的主要部分是皮革,皮革是由生皮经过不同的鞣制方法加工而成[13]㊂生皮由毛层和皮层组成,皮层包括表皮层㊁真皮层和皮下组织㊂在制革过程中,由于表Vol.60㊀No.1Application of proteomics in species identification of cortical cultural relics皮层和皮下组织会阻碍处理剂向真皮层渗透,通常在加工前将表皮层和皮下组织去除㊂因此,真皮层是皮革的主体㊂真皮层的主要结构是胶原纤维,胶原纤维的成分是胶原蛋白,动物皮中的胶原蛋白以Ⅰ型胶原蛋白和Ⅲ型胶原蛋白为主,组成这些胶原蛋白的元素有C㊁H㊁O㊁N㊁S㊂微观上,构成胶原蛋白的多肽链以 Gly-X-Y 结构形式的重复排列为特征,其中甘氨酸含量最高,几乎占了整个胶原蛋白氨基酸含量的1/3,且通常X为脯氨酸(Pro),Y为羟脯氨酸(Hyp),这两种氨基酸是胶原蛋白的特征氨基酸[14-15]㊂如图1所示,胶原蛋白由2条α1链和1条α2链组成三股螺旋结构[16],肽链之间形成氢键,氢键是维持胶原分子三股螺旋结构的主要作用力[17],这样的结构使得胶原蛋白具有很强的拉伸性能[18]㊂而后单根胶原纤维侧向聚集形成纤维束,纤维束纵横交织,形成立体网状结构,使皮革具有优良的强度和延展性㊂图1㊀胶原纤维结构Fig.1㊀Structure of collagen fibers但是,古代皮质文物存放至今,包括经由鞣制处理的皮革和未经鞣制的羊皮纸等,由于受到不稳定的储存环境的影响,皮质早已发生劣化,如图2所示㊂皮革中的水分和脂质流失,胶原蛋白发生氧化和水解,分子链间的氢键受到破坏,分子的空间结构遭到破坏,胶原蛋白三股螺旋结构的稳定性发生不可逆转变,胶原纤维的网状结构难以维持,表现在外观上则是表面颜色发黑,手感变硬,皮革也变得易脆易裂易损坏㊂正是这些微观㊁宏观上的变化,导致使用传统方法对古代皮质文物进行物种鉴别变得十分困难,而事实上,在21世纪初蛋白质组学就首次应用于考古动物纤维,自从将蛋白质组学引入考古和文化遗产研究以来,蛋白质组学分析对越来越多的古代基质和材料进行了更好的表征[19],特别是在鉴定其起源物种方面㊂图2㊀劣化的皮质文物Fig.2㊀Deteriorated cortical cultural relics2㊀皮质文物蛋白质组学技术正如DNA一样,蛋白质具有庞大的信息库,携带着生命活动的重要信息㊂1995年Wasinger等首次提出 蛋白质组 的概念,蛋白质组是指由一个基因组,或一个细胞㊁组织表达的所有蛋白质㊂蛋白质组学是一门研究蛋白质的科学,包括蛋白质的识别㊁量化和蛋白质的修饰研究[20],蛋白质组学的研究内容主要包括两个方面,即蛋白质的表达模式和蛋白质的功能模式[21]㊂蛋白质表达模式研究是蛋白质组学研究的基础内容,包括蛋白质氨基酸序列分析㊁空间结构的解析及特定条件下某一材料细胞或组织中所有蛋白质的表征问题㊂近年来,针对古代蛋白质检测提出了 古蛋白质组学(Pale-proteomics) 的概念[22],与其他蛋白质组学研究领域相比,古蛋白质组学面临着样品珍贵量少㊁样品劣化分解等挑战㊂同时蛋白质组学具有特异性强㊁灵敏度高的特点,在古代皮质文物物种来源鉴别上十分有优势㊂蛋白质组学主要的检测过程分为三部分:蛋白质组的提取和分离㊁生物质谱检测及蛋白数据库对比与分析㊂2.1㊀皮质文物蛋白质组的微量提取方法蛋白质本身具有高度的生物特征性,不同生物㊁组织所具有的蛋白质组具有明显差异,皮质文物中的胶原蛋白即便是经过数千年的埋藏㊁糟朽,其降解后的肽链片段㊁小分子仍具有特异性,是作为生物物种检测鉴定的重要依据㊂从试验待测样品中提取蛋白质是进行蛋白质组分析的先决条件,胶原蛋白提取的效率与纯度会对后续的检测鉴定产生重大影响㊂因此,使用蛋白质组学对皮质文物进行物种鉴定,首先的步骤就是从皮质文物中进行胶原蛋白的提取㊂目前常见的胶原蛋白提取方法包括酸提取法[23]㊁碱提取法[24]㊁盐提取法[25]㊁酶提取法[26]和复合提取法[27],都是针对现代皮革废料再利用及明胶工业生产,并不适合珍贵稀少的古代样品㊂从皮质文物中提取胶原蛋白需要开发一种小样本量的分析方法,目前,一些国外的研究已经研发了微损甚至无损地从古代文物中获取蛋白质的方式,表1对主要方法进行了总结归纳㊂第60卷㊀第1期蛋白质组学在皮质文物物种鉴别中的应用表1㊀微损/无损的胶原蛋白提取方法Tab.1㊀Micro/non-destructive collagen extraction methods功能化薄膜黏附法制备功能化薄膜无损地从样品表面吸附胶原蛋白无损提取羊皮纸㊁动物胶黏合剂静电摩擦吸附法PVC橡皮擦在皮革表面摩擦产生的静电可吸附胶原蛋白无损提取,只适合表面提取羊皮纸2.1.1㊀微损研磨法微损研磨法相对而言操作比较简便,是对皮革文物损伤较小的胶原蛋白提取方法,Kumazawa等[28]将传统碱提取法与研磨法对比,使用锉刀从鳄鱼皮表带边缘削锉100μg粉末使用0.5μg胰蛋白酶水解,提取的蛋白质成功进行了表征,这说明样品的微量提取对试验结果的准确性并没有产生影响㊂其实早前Caroline等[29]就研发了一种较为成熟的专用于微量提取样品中蛋白质的商业试剂盒,使用一次性合成树脂充分研磨样品的1%三氟乙酸酸化水溶液,再辅助使用超声装置来提取蛋白质,这种合成树脂十分精细,可将样品损失降到最低㊂这种通过研磨从皮质文物中获得蛋白质的方法,适合对各类皮革文物进行胶原蛋白的提取㊂2.1.2㊀功能化薄膜黏附法功能化薄膜黏附法指的是一种使用功能化薄膜无损地从样品表面吸附蛋白质的方法,该方法以乙酸乙酯(EVA)作为AG501混合强阳离子/阴离子交换树脂和C8树脂混合颗粒的黏合剂,而后将熔融态的EVA㊁树脂混合物以薄膜形式挤出,使用超纯水对薄膜进行润湿后便可接触样品表面进行蛋白质提取㊂D Amato等[30]使用这种方法从包括羊皮纸在内的多种材质的书籍表面吸附提取蛋白质进行质谱分析㊂Barberis等[31]也使用这种方法从巴黎制造厂(公元14世纪初)的稀有涂漆皮革棺材样品和托斯卡纳木制圣物箱中成功识别出黏合剂㊂这种方法对皮质文物的损伤几不可查,但由于它依靠从皮革表面黏附蛋白质,一般较为适合保存较为完好的羊皮纸㊁皮革制品或者绘画涂层下的动物胶黏合剂㊂2.1.3㊀静电摩擦吸附法静电摩擦吸附法原理是利用PVC橡皮擦在皮革表面摩擦产生的静电对皮革表层蛋白质可产生静电吸附,从而完成从基材表面吸附提取蛋白质㊂用固相PVC聚合物上的静电分子萃取,蛋白质在室温下即可保存在PVC聚合物废料上,无需进一步储存㊂该方法对皮革文物是无损伤的,且取样方便㊁成本低,不需要专业设备或存储㊁无需人工制品即可采集样本㊂Fiddyment等[32]首次使用这种方法对72本袖珍圣经的羊皮纸进行取样检测分析㊂但这种方法主要可以吸附的是皮革文物表面上的蛋白质,因此比较适用于羊皮纸类的文物进行取样㊂2.2㊀蛋白质组学物种鉴定检测方法目前,蛋白质组学的鉴定方法主要包括基于质谱的肽质量指纹图谱分析和串联质谱肽测序[33],检测流程如图3所示㊂图3㊀质谱检测流程示意Fig.3㊀Schematic diagram of mass spectrometry detection process 2.2.1㊀肽质量指纹图谱分析肽质量指纹图谱(Peptide mass fingerprinting,PMF)是一种简单㊁快速且相对有效的鉴定蛋白质组成的方法㊂基于质谱的动物考古学ZooMS(Zooarchaeology by Mass Spectrometry)作为PMF的一种重要形式,目前已广泛用于胶原蛋白材料(皮革㊁羊皮纸㊁象牙等)的识别鉴定[34]㊂将从复杂样品中提取出的胶原蛋白质组使用胰蛋白酶水解消化,使之水解成一系列肽段,这些肽段具有唯一性,再利用质谱测定所有肽段的质量,产生的质谱图是离子相对丰度随m/z值变化的曲线图,收集数据形成胶原蛋白质组的肽质量指纹[35]㊂当使用肽质量指纹图谱进行皮革文物物种鉴定的时候,需要将未知样品的图谱与肽质量图谱数据库进行对比匹配,标定特异性序列从而完成鉴别㊂Buckley等[36]利用胶原蛋白-肽质量指纹图谱方法,通过使用胰蛋白酶提取骨骼㊁牙齿等部位的胶原蛋白进行分析检测,对土耳其东南部多穆兹特佩新石器时代遗址的111个动物遗骸成功进行了分类鉴定,这为从皮质文物中提取胶原蛋白进行物种鉴别提供了方法㊂他们在此之前通过与标准样品Vol.60㊀No.1Application of proteomics in species identification of cortical cultural relics制备C18柱的相互作用,曾成功重复分离出能对绵羊和山羊胶原蛋白进行区分的单个胶原蛋白肽[37]㊂而在此次试验中,他们采用了一种更为简单的替代方法,使用固相萃取(SPE) C18移液管尖端分离肽,分离程度虽然低于之前使用的方法,但可以产生更多分类群的肽标记物,从而做到不仅可以区分绵羊和山羊,还可以区分包括人类在内的许多其他分类群㊂Yuki等[38]利用蛋白质组学,通过LC-MS法在多反应监测模式下监测6种I型胶原胰肽段,以是否存在标记肽的模式对6种动物(牛㊁马㊁猪㊁羊㊁山羊和鹿)皮革成功进行了动物源识别㊂2.2.2㊀串联质谱肽测序相对于肽质量指纹图谱这种简便快速的鉴别方法而言,胶原蛋白的识别取决于对分离出的肽相对分子质量的准确测量,而实际上有的肽段本身或在质谱仪的测量过程中有可能是残缺的㊁碎片化的㊂基于串联质谱的肽测序方法除了可以对肽段的确切氨基酸序列进行定性,还可以通过对样品中肽段碎片化产生的片段离子进行进一步修饰而获得氨基酸序列[39]㊂与PMF制备样品的过程相似,MS/MS只是在分析工作流程上有所不同㊂作为对蛋白质类文物物种准确鉴别的补充手段,Chambery 等[40]开发了一种基于LC-ESI/Q-q-TOF串联质谱法的改进程序,用于鉴定蛋白质黏合剂的生物学来源㊂使用TPCK处理的胰蛋白酶溶液对还原和烷基化的混合物进行酶水解,然后将混合物在37ħ下孵育过夜消化㊂使用配备电喷雾电离源的四极杆飞行时间(ESI-Q-q-TOF)质谱仪进行质谱分析,在Q-TOF质谱仪上获取电喷雾质谱和串联MS/MS数据㊂对MS/MS试验进行数据导向分析,并对照Swiss-Prot数据库搜索处理的MS/MS光谱以进行蛋白质鉴定㊂试验识别出3种蛋清蛋白,此外,在样品中还鉴定出了αS1和β酪蛋白肽,且串联质谱法能够很好地区分绵羊和山羊α酪蛋白㊂3㊀蛋白质组学在皮质文物上的应用3.1㊀羊皮纸两千多年以来,羊皮纸一直是西方常用的书写材料㊂羊皮纸是由一些常见的动物皮(绵羊皮㊁山羊皮和牛皮)不经鞣制只进行物理机械加工制得的㊂过去对于这些羊皮纸的材质鉴别依赖于利用观察触摸及参考当时当地饲养动物的方法进行判断,而使用蛋白质组学的方法从根本上解决了这一问题㊂Toniolo等[41]使用蛋白质组学检测了一本拉丁语圣经副本书页的物种来源,这本圣经有 马可波罗的圣经 之称,它是历史上唯一一本经丝绸之路辗转在中国停留400余年,最终安全返回欧洲的圣经㊂由于圣经的纸张非常薄,每张厚度仅有80μm,因此当时中世纪历史文学家声称,这本圣经使用的羊皮纸是由小羔羊皮制作而成的㊂而实验室利用nLC/ESI/ LTQ MS/MS检测纸张边缘获得的胰蛋白酶消化肽,在NCBInr数据库中搜索,分析得出其中产生的8种特征蛋白均属于黄牛属种,虽然片段中未能找到最为关键的可直接断定种属的PEGQESTTDQETT(绵羊)㊁PEGQESPTDQETT(牛)的特异性肽序列,但也足以说明这本圣经的羊皮纸实际是从小牛身上获得的㊂袖珍圣经是公元13世纪‘巴黎圣经“中最重要的子群之一,因其体积足够小,便于运输广受欢迎,超细的羊皮纸是这种圣经最常用的制作材料㊂Fiddyment等[32]使用无损肽质量指纹方法分析了72本袖珍圣经的皮质来源,共分析了220对开本㊂在这些对开本中,68%羊皮纸来源是小牛,26%是山羊,6%是绵羊㊂这项研究首次报告了利用摩擦电无损提取蛋白质,且从PVC取样中获得的蛋白质与使用实际羊皮纸碎片中的相同㊂Doherty等[42]对公元16 20世纪645个由羊皮纸制成的法律契约书进行物种鉴定,通过ZooMS确定其中622个羊皮纸物种来源为绵羊,剩下23个样本由于缺乏诊断肽无法确定究竟来源于绵羊或山羊,结合当地历史文献可基本认为当时绝大多数法律契约书的羊皮纸由绵羊皮制成㊂Kirby 等[43]使用PMF识别文物材料中的胶原蛋白㊂他们借鉴Buckley通过肽标记物鉴别胶原蛋白的方法,以此为基础,从阿拉斯加历史皮划艇和‘古兰经“羊皮纸的样本中分离出肽标记物,并结合光谱分析,对文物软组织中的胶原蛋白进行识别㊂蛋白质组学鉴定证实超细羊皮纸不一定像以前假设的那样由新生或薄皮动物(兔子㊁松鼠)制得,它们可以通过从几个不同物种的成熟动物皮中获得㊂3.2㊀皮革服饰公元19世纪以来,人们一直尝试鉴别所发现的古代皮革服饰的物种来源,确认皮革的物种来源,对于研究古代畜牧业的起源发展及相关制造行业有重大意义㊂但古代皮革服饰受恶劣埋藏环境的影响往往难以妥善保存,且经过鞣制的皮革更加难以辨认物种,有时其物种的识别还依赖于对皮革上毛发的形态学特征鉴别,但是这些毛发发生降解后,形态结构发生改变,使得鉴别难以施行[44]㊂目前,使用基于高通量的蛋白质组学方法对皮革服饰进行物种鉴定成为一种可靠的方式㊂对皮革衣饰的研究可以揭示有关人类历史的重要特征㊂1991年在阿尔卑斯山的冰层中发现了一具新石器时代的木乃伊Oetzi,由于温度极低,他的身体和衣服都保存得十分完好㊂Hollemeyer等[45]使用PMF的方法对Oetzi的外套,裤子和鞋进行了蛋白质组学分析㊂收集来自古代样本和参考物种的第60卷㊀第1期蛋白质组学在皮质文物物种鉴别中的应用PMF,参考物种主要选自阿尔卑斯山周围,可以相互比较避免误差㊂经检测得出,Oetzi的绑腿中来自犬科动物物种,鞋面皮革来自马鹿,绑腿是由山羊皮制成,鞋底和箭袋的闭合襟翼由牛皮制成,外套则是由绵羊皮和羚羊皮制成㊂丹麦在泥炭沼泽中发现了一批保存完好的公元前920年至公元前775年的古代皮革服装,Brandt等[46]使用基于质谱(MS)的肽测序方法将12个考古皮革样品进行分析匹配,与肽质量指纹图谱的方法不同,肽测序方法旨在识别完整提取的古代蛋白质组,无需提前选择特定的参比对照物㊂得到的质谱图在nrNCBI蛋白质数据库中进行BLAST搜索,所有的匹配结果再根据皮革的特性,如地理来源等进行物种最终确定㊂由于山羊和绵羊的蛋白质组十分相近,以往的检测难以精确区别这两个物种,此次试验还检测到了文献中提及的稀有的用于区别山羊和绵羊的特异性肽,如图4[46]所示㊂最终结果显示,有两个皮革样本来源为牛,六个样本来源为绵羊,三个来源为山羊㊂同时,试验还将基于MS的肽测序方法与显微镜观察法进行比较,更加说明了蛋白质组学的可靠性㊂3.3㊀动物胶黏合剂天然黏合剂早在旧石器时代就已经开始使用,随着社会生产力的发展,黏合剂的使用解决了生产由不同材料组成物体的问题,克服了单一组分生产的技术限制,是生产制造水平的一个重要突破[47]㊂古代常用的黏合剂主要包括动物胶㊁蛋清蛋黄㊁酪蛋白㊁树胶树脂㊁沥青㊁焦油㊁淀粉等㊂其中动物胶黏合剂是古时常用的黏合剂,主要通过煮沸动物皮或鱼皮获得,胶原蛋白高温水解转化为明胶[48]㊂最常见的分析黏合剂图4㊀Ⅰ型胶原α2(COL1A2)绵羊/山羊诊断肽的串联MS谱Fig.4㊀Tandem MS spectra of identification of the typeⅠalpha-2collagen(COL1A2)sheep/goat diagnostic peptideVol.60㊀No.1Application of proteomics in species identification of cortical cultural relics的方法是与质谱仪联用的色谱法[49],但是这种方法对于鉴定蛋白质类黏合剂仍然较为困难,而基于高分辨率的蛋白质组学鉴定方法具有高灵敏度和高准确性,利用较少的样品量便可以确定黏合剂的物种来源㊂2009年,在瑞士新石器时代(约公元前4000年)遗址发现了一把表面装饰有树皮条的弓,这把弓包裹在形成厌氧条件的沉积物中,得以保存完好㊂为了确定树皮条的固定材料是兽胶还是鱼胶,Bleicher等[50]利用基于液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)的古代蛋白质组学测序方法检测可能残留的蛋白痕迹,他们将采集的树皮条下的小木片作为试验样品,清洗去除杂质后用HCl温和水解提取蛋白质,再使用测序级胰蛋白酶将蛋白质水解成肽片段,将获得的胰蛋白酶肽固定在C18级尖端上,最后通过在线纳米流反相C18液相色谱-串联质谱分析肽混合物㊂根据所得的MS/MS图谱确定氨基酸序列为SGETGASGPGFVGEK,从而确定此序列物种来源为牛㊂最终结果表明,有4/5的序列检测为胶原蛋白,且主要为Ⅲ型胶原蛋白,最有可能的来源物种为牛和当地物种Ovicaprids㊂同时,古代蛋白质测序表明,早在公元前4000年,当地人就可以使用简单的化学方法提取生产动物皮黏合剂,这是第一次利用蛋白质组学方法溯源史前环境中的生产活动㊂小河墓地位于中国西北部塔克拉玛干沙漠孔雀河以南约60km处,该地区气候干燥,为蛋白质类有机物的保存提供了有利条件㊂该墓地出土了许多木杖,木杖顶部的正面开了两个槽,用于镶嵌两个骨雕塑,背面粘贴羽毛[51]㊂由于骨雕脱落露出了木杖上的淡黄色黏合剂,Rao等[52]利用蛋白质组学技术确定黏合剂的物种来源㊂取10mg的黏合剂样品进行蛋白质提取,将上清液加载到凝胶上进行凝胶电泳,使用胰蛋白酶进行凝胶内消化水解,将提取的溶液真空干燥并冷冻保存,以便通过LC-MS/MS进一步鉴定㊂在NCBInr数据库搜索对比,结果如表2所示,黏合剂的主要蛋白质为牛胶原α1(Ⅰ)链前体和α2(Ⅰ)链前体,且所识别的Ⅰ型胶原α1中的GPPGSAGSPGKGLNGLPGPIGPPGPR(位置1141-1167)和α2中的IGQPGAVGPAGIR(位置1066-1078)序列为牛的特异性肽,证实了此黏合剂为动物胶,物种来源为牛㊂这是迄今为止在中国发现的最古老的动物胶黏合剂㊂表2㊀小河墓地出土黏合剂中鉴定出的牛特异性肽Tab.2㊀Bovine specific peptides identified from adhesives in Xiaohe Cemeteryaα1(Ⅰ型胶原)链前体牛NP_001029211.1GPPGSAGSPGKGLNGLPGPIGPPGPR1141-11673.4㊀膜金属线在中世纪时期,膜金属线是欧洲纺织品中使用最多的装饰金属线㊂大多数膜金属线以动物皮革或者膜组织作为基底,然后镀以金属或使用黏合剂黏附上金属制得㊂它们因灵活轻便且价格低廉,一度成为西亚纺织品上最常见的金属线[53]㊂识别金属线中的膜基底对中世纪膜金属线的起源㊁生产技术和使用价值有重大意义,但纺织品经年劣化对金属线基底的物种鉴别带来困难,形态学方法几乎无法鉴别,DNA 扩增技术由于数据库的局限只能识别少数的物种[54]㊂相比较而言,蛋白质组学在金属线基底物种鉴别方面有无可比拟的优越性㊂Popowich等[55]使用蛋白质组学的方法对公元14世纪意大利纺织品上的膜金属线进行基底的物种鉴别㊂为了测试蛋白质组学对古代样品的适用性,维也纳应用艺术大学(奥地利)还从猪腹膜和牛肠中制备了两个系列参比标准品,分别提取蛋白质,并使用纳米LC-Orbitrap-MS/MS法进行分析,检测到Ⅰ型胶原α1(COL1A1)㊁Ⅰ型胶原α2(COL1A2)丰度最高,其次是Ⅲ型胶原α1(COL3A1)㊂对古代样品进行检测,与公开序列的UniProt数据库进行匹配,分离鉴定出特异性胶原肽,其中检测出的来自牛的COL1A1㊁COL1A2和COL3A1肽数量最多(分别为45㊁42和38个肽),最终确定线是由牛的肠或胃膜制成㊂同样的,Cheung等[56]通过蛋白质组学的方法测试了20世纪初6顶中国传统儿童帽的11个金属线样品,鉴定显示金属线基底为绵羊皮或山羊皮,同时还检测出将金属黏到羊皮基底上的动物胶为鱼皮胶㊂4㊀结㊀论利用蛋白质组学对国内外皮质文物进行检测鉴定主要分为三个流程:从皮质文物中提取胶原蛋白,利用基于质谱的蛋白质组学技术对胶原蛋白进行定性或定量检测分析,将获得的肽在蛋白质数据库中进行对比匹配以获得肽段序列等相关信息㊂目前,已经有一些较为成熟的从皮质文物中无损或微损地提取胶原蛋白的方法,如研磨法㊁功能化薄膜黏附法㊁静电摩擦法,能在确保试验结果准确的前提下,尽可能地降低对皮质文物的损坏㊂基于质谱的蛋白质组检测方法主要有肽质量指纹图谱法和串联质谱肽测序法,两者各有长短,前者更为简便,后者更为精确㊂皮质文物按照常见的用途分为四大类,分别是羊皮纸㊁皮革服饰㊁动物胶黏合剂和以皮革为基底的膜。
蛋白质的研究历程
蛋白质的研究历程蛋白质是生物体内最重要的有机分子之一，扮演着许多关键生物学功能的角色。
对蛋白质的研究历程可以追溯到19世纪，当时科学家们开始探索组成生物体的基本化学成分。
在1838年，荷兰科学家荷克斯首次发现了蛋白质这个概念，并将其命名为“蛋白质”（protein），源自希腊语中“首要”的意思。
他将蛋白质定义为在热水中可溶于硫酸和盐酸的物质。
随后的几十年里，科学家们开始研究蛋白质的结构和功能。
1898年，荷兰化学家卢瑟福发现了蛋白质是由氨基酸构成的，每个氨基酸都含有氨基和羧基。
这项发现奠定了后续研究的基础。
随着技术的发展，科学家们能够更深入地研究蛋白质的结构。
1951年，英国科学家保罗·克鲁格等人首次提出了蛋白质的空间结构模型，即螺旋结构和折叠结构的组合。
这一模型为后来的蛋白质研究提供了指导。
20世纪中叶，发展起来的核磁共振和X射线晶体学技术使得科学家们能够直接观察蛋白质的结构。
1958年，美国科学家马克斯·佩里茨、约翰·肯普利和弗雷德里克·桑格尔等人通过X射线晶体学确定了胰岛素的三维结构，首次揭示了蛋白质的空间构型。
随后，科学家们在蛋白质研究领域取得了许多突破。
1972年，克里斯蒂安·安夫斯特首次提出了“蛋白质折叠的熵驱动模型”，解释了蛋白质在折叠过程中的动力学。
这项发现对于理解蛋白质的稳定性和功能至关重要。
随着基因工程和蛋白质工程的发展，科学家们能够通过改变蛋白质的氨基酸序列来设计新的蛋白质，这为医学和工业领域提供了许多潜在应用。
近年来，蛋白质工程领域的研究不断取得突破，例如通过改变蛋白质的结构和功能来开发新的药物和材料。
总的来说，蛋白质的研究历程经历了从发现到理解其结构和功能的不断深入的过程。
通过不断创新和技术进步，科学家们对蛋白质的认识不断拓展，为未来的研究和应用提供了广阔的可能性。
蛋白质科学的研究进展
蛋白质科学的研究进展蛋白质是生命体的基本组成部分，也是生命体内最为复杂、多样化、功能最为复杂的大型分子。
蛋白质科学的研究进展，一直是生命科学领域中的一个热门话题。
在过去的几十年中，随着科技的发展，人们对蛋白质科学的认识和研究也呈现出了飞速的发展。
一、蛋白质的基本特征蛋白质是由氨基酸作为基本单元组成的大分子，生命体内的蛋白质种类非常多，不同的蛋白质具有不同的结构和功能。
蛋白质的基本特征包括：复杂多样性、稳定可靠性、高效可控性和高度专一性。
这些特征使得蛋白质在生命体内有着非常重要的作用，是调节、控制、催化、储存、传递、结构支撑等生理事件的重要参与者。
二、蛋白质科学的发展历程早在19世纪末，斯里那瓦萨·拉马努金在研究酶的过程中，首次提出了蛋白质的概念。
20世纪初期，生命科学领域的一系列重要发现（比如格里菲斯实验，居里夫人的放射性研究等）催生了分子生物学的诞生。
分子生物学引领着蛋白质科学的发展，50年代以后，用于研究蛋白质结构的技术逐渐成熟，比如X射线晶体学和核磁共振等技术，这些技术开启了蛋白质科学的新纪元。
在20世纪70年代和80年代，随着基因工程技术的兴起，人们可以更高效地合成和分离蛋白质。
同时，蛋白质能够通过再生医学进行临床治疗，比如内源性蛋白质的治疗、蛋白质药物研发等。
三、蛋白质科学的研究进展1. 蛋白质结构研究蛋白质的结构与功能密切相关，因此蛋白质结构研究一直是蛋白质科学的核心问题。
在过去，人们通过X射线晶体学和核磁共振技术等方法，研究了蛋白质结构的空间组织。
随着计算机技术的快速发展，人们可以进行计算模拟，预测未知蛋白质的结构，这种方法称为蛋白质二级结构预测。
近年来，人们还研究了蛋白质的准晶体结构，在结构的分辨率方面取得了良好的进展。
2. 蛋白质的功能研究蛋白质的功能多种多样，只有在研究其功能的同时才能更好地理解其结构与构象，并发掘蛋白质的潜在可能。
以方法学而言，化学工程、免疫技术、生物化学等学科的不断深入和发展，为蛋白质功能研究提供了有效的技术手段。
2024届贵州省安顺市高三一模金卷生物试题分项解析版含解析
2024届贵州省安顺市高三一模金卷生物试题分项解析版考生请注意：1．答题前请将考场、试室号、座位号、考生号、姓名写在试卷密封线内，不得在试卷上作任何标记。
2．第一部分选择题每小题选出答案后，需将答案写在试卷指定的括号内，第二部分非选择题答案写在试卷题目指定的位置上。
3．考生必须保证答题卡的整洁。
考试结束后，请将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题(本大题共7小题,每小题6分,共42分。
)1．材料的选取与处理以及检测试剂的选用是实验成功的关键性因素。
下列叙述中正确的是（）A．用黑藻叶片进行探究植物细胞的吸水和失水的实验时，叶绿体会干扰实验现象的观察B．在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的实验中，可选用碘液对实验结果进行检测C．在检测生物组织中的还原糖和检测生物组织中的蛋白质的实验中，均要使用CuSO4溶液且作用相同D．在探究酵母细胞呼吸方式的实验中，可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生情况2．如图表示某高等植物细胞内的三种“基质”。
下列叙述中不正确的是A．①②③中都含有RNA，①②中还含有少量的DNA，但③中没有DNAB．①②③中都能发生能量转换，都能将ADP转化为ATPC．①②③中都含有较多的自由水D．①中可以消耗CO2，②③中可以产生CO23．如图所示，通常当血压偏低时，血管紧张素原在相应酶催化下，转变为生物活性较低的血管紧张素Ⅰ，进而转变成血管紧张素Ⅱ，引起血管强烈收缩，使血压升高到正常水平。
以下叙述不正确．．．的是A．血管紧张素原、肾素和血管紧张素转换酶均在核糖体上合成B．血管紧张素Ⅰ是十肽化合物、血管紧张素Ⅱ含有7个肽键C．血管紧张素Ⅰ和血管紧张素Ⅱ均能与斐林试剂产生紫色反应D．利用血管紧张素转换酶的抑制剂可使高血压患者降低血压4．野生型金黄色葡萄球菌对青霉素敏感，将它接种到青霉素浓度为0.1单位/cm3的培养基上，大多数菌株死亡，极少数菌株能存活下来。
存活下来的菌株经过不断选育，最后可以获得能生长在青霉素浓度为250单位/cm3的培养基上的细菌品系。
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史前人类狩猎图
动物驯养与畜牧业起源、发展 随着生产力的发展，人类在有意无意之间开始对特定种
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C3 植物 也叫三碳植物。光合作用中同化 CO2 的最初产物是三碳化 合物 3- 磷酸甘油酸；C3 植物的光呼吸高，CO2 补偿点高，而光合效率低， 如小麦、水稻、大豆、棉花等大多数作物。CO2 经气孔进入 C3 类植物 叶片后，直接进入叶肉进行卡尔文循环，而 C3 植物的维管束鞘细胞很小， 不含或含很少叶绿体，卡尔文循环不在这里发生。
链1
链2
链3
胶原蛋白结构示意图
胶原蛋白三股螺旋结构
蛋白质由 20 种标准氨基酸（amino acid）通过肽键（peptide bond）按 一定的顺序组成长链，然后经旋转、折叠成更复杂的形态，从而发挥某一特 定生物功能。古蛋白质中的氨基酸序列、组成和稳定同位素值均蕴含了大量 个体演化、成长以及所处自然环境的相关信息。其中生物考古学界应用较多 的为人和动物骨骼中的胶原蛋白。具有相同质子数，不同中子数（或不同质 量数）同一元素的不同核素互为同位素 (Isotopes)。
C4 植物 光合作用中 CO2 同化的最初产物不是 3- 磷酸甘油酸，而 是四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸，如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。C4 植物叶片中的维管束鞘细胞里有叶绿体，卡尔文循环就在这里进行。与 C3 植物的一个重要区别是 C4 植物的 CO2 补偿点很低，所以 C4 植物在 CO2 含量低的情况下存活率更高，这有利于植物在干旱环境生长。
野猪家猪头骨对比图
类的动物进行驯化，其中一个很重要的手段就是改变野生动 物的进食方式，通过人工喂养来驯化动物。因此，结合动物 考古学研究成果，通过动物的食谱重建，并比较家养与野生 动物之间的差异，进而探讨古代动物的驯化与喂养情况，逐 渐成为考古学研究的一个热点和方向。例如，胡耀武等通过 对小荆山遗址、月庄遗址、通化万发拨子遗址中出土的猪骨 进行 C、N 稳定同位素分析，来判断家猪和野猪食物结构的 差异，进而探讨了驯化初期家猪、探索家猪起源这一过程。 北京大学考古文博学院吴小红等对新砦遗址出土人骨和猪骨 的稳定同位素进行了对比分析，揭示了猪经人工喂养后猪骨 稳定同位素比值的特征和规律。随后，管理、郭怡、陈相龙、 侯亮亮等对一系列考古遗址中出土的动物骨骼进行食谱分 析，探讨了人与动物之间的关系。这些研究对于动物驯养与 畜牧业起源、发展提供了巨大的帮助。
75
古蛋白质研究在考古学中的应用
文 图 / 王宁
20世纪后半叶以来，世界各地田野考古工作的开 展，使越来越多的人类遗迹遗物展现在世人面 前，为探索人类起源进化和古代社会发展提供 了坚实的物质研究基础 ；同时生命科学尤其是分子生物学取 得的巨大进步，使得以生物大分子为代表的研究成为当今自 然科学领域的热点，相关实验技术也愈加成熟 ；此外，以地 球化学为代表的地学研究同样取得重大进步。在这种背景下， 越来越多的考古学家和自然科学家联合起来，尝试利用以生 物化学、分子生物学和地球化学为代表的多种自然科学方法 发掘其中蕴含的考古学潜信息，从分子水平上探讨考古学问 题的解决方法。
进展与运用
古食谱分析方法自 20 世纪 70 年代末创立以来，不断发 展，并逐渐成为当今古蛋白质研究最为成熟，应用最为广泛 的领域之一，在食物采集与人类进化、植物栽培与农业起源 和发展、动物驯养与畜牧业起源和发展、食物结构与社会等 级和发展、古环境与人类 ( 动物 ) 的迁徙等方面均取得了大 量的成果。
古蛋白质作为生物体内最重要的一类生物大分子，并且 在古代遗迹遗物中大量残留，古代蛋白质在考古学研究中的 作用逐渐被学界所关注。
大气中的 CO2 库
呼 吸 作 用
呼
光
吸
合
作
作
用
用
微
生
物
动物
的
摄食
分
解
作
用
动植物的遗体和排出物
厂房、汽车等
泥炭 煤
石油
胶原蛋白微纤维 胶原蛋白细纤维
1.5nm 胶原蛋白分子
胶原蛋白纤维
76 Technology 考古科技
未直接提取先民或动物自身遗骸中所蕴含的食谱信息。 根据生命科学研究可知，生物生长与发育所需的营养和
能量皆来自其对外界食物、饮用水的摄取，经过消化吸收后 就转化为自身的组成成分。研究表明，生物体内蛋白质的稳 定同位素值与其食物、应用水中的稳定同位素值密切相关。 生物的食物和饮用水来源不同 , 体内蛋白质的稳定同位素值 也将存在明显差异，即“我即我食”原理。分析 δ 13C 可以 了解先民的主要食物来源于 C3 植物还是 C4 植物 ；分析 δ 15N 能够为先民主要以素食还是肉食为主提供线索 ；对 δ 34S 分 析则能够了解他们的食物来源是以陆生还是海生生物为主 ； 分析 δ D 和 δ 18O 可以探索先民饮用水的可能来源和环境背 景。因此 , 根据体内蛋白质的稳定同位素比值 , 便可以揭示 他们的食物结构、生活方式以及生存环境等多方面的重要信 息。
关于先民和动物食物结构的研究手段，除了传统的文献 学研究以外，考古学家主要是对人类活动留下的遗迹遗物中 所包含的，与人类食物有关的对象进行研究。例如，田野考 古学家对器物类型和用途的分类分析 ；动物考古学家通过对 出土动物骨骼的鉴别和统计，来推测先民对动物类资源的利 用状况 ；植物考古学家通过对出土野生植物或农作物遗存的 鉴别和统计，来推测先民对植物类资源的利用状况 ；体质人 类学家和古生物学家对骨骼和牙齿进行形态学分析。这些研 究方法为解决先民和动物饮食状况的相关问题提供了丰富的 信息，取得了巨大成功。然而不难发现，上述的研究方法均
综上所述，对先民和动物骨骼中骨胶原的 C、N、S、H 和 O 稳定同位素分析，可以直接重建个体的食物结构和其所 处的环境背景，进而探索食物采集与人类进化、农业起源与 发展和动物驯养和畜牧业的发展等问题，并配合其他研究手 段，开展个体社会等级、古环境变迁、人类和动物的迁徙研 究等方面的研究。由此可见，古蛋白质研究在今后的考古学 研究中的应用必将越来越广。A
植物栽培与农业起源、发展 农业起源以后，先民对食物的获取由全部依靠渔猎采集，
逐渐过渡到主要依靠植物栽培和农业收获。因此，对农业产 生以后人类的食谱进行重建，可以了解先民对于植物的栽培 利用状况，以及探索农业起源和发展历程。20 世纪七八十年 代，国外学者首先开展了玉米在美洲先民食谱中的研究，开 拓了利用先民的骨胶原稳定同位素重建古食谱并开展农业研 究的先例，随后相关的研究工作在世界各地开展。在我国， 中国社会科学院考古研究所蔡莲珍、仇士华首先对中国考古 遗址出土的人骨和动物骨骼的 C 同位素进行测试和分析，得 出了至少从新石器时代以来，中国北方就以小米种植为主， 而南方则以稻米种植为主的结论。此后，胡耀武、张雪莲、 吴小红和张全超等在我国大量考古遗址展开了人骨和动物骨 的 C、N 稳定同位素分析工作，对旧石器晚期至历史时期不 同年代不同地域先民的食谱进行重建，并与植物考古、环境 考古等研究成果相结合，对东亚地区农业起源和发展的研究 做出了重要贡献。
密西西比时期 Mound 72 遗址先民的 C、N 同位素进行了分析， 表明了不同稳定同位素值反映了其复杂的社会等级关系。此 外，齐乌云等对山东沭河上游出土人骨、凌雪等对于陕西凤 阳地区秦人和殉人、侯亮亮等对于先商刘庄遗址不同墓葬类 型先民的 C、N 同位素同样进行了分析，并探讨了食物结构 和营养等级与不同葬式先民的关系。需要指出的是，由于先 民农业经济模式的不同，尤其是农耕民族和游牧民族对肉食 资源摄取方式的差别，游牧民族的 N 同位素值往往高于农耕 民族，因此，利用 N 同位素判断个体的社会阶层应该主要集 中在同一时期单个人群当中，并且需要配合墓葬等级和文化 遗迹现象考古研究结果，慎重得出结论。
稳定同位素（Stable isotope）是指不发生放射性衰变或不易发生放射性 衰变的同位素，或者即使会发生衰变，因半衰期太长而无法测量出的同位素。 其中，古蛋白质分析中应用较多的有 2H（D）、13C、15N、18O、34S 等。
C 循环示意图
意义与原理
人类起源、农业起源、文明起源三大起源问题一直是考 古学界研究的重点。“民以食为天”，从旧石器时代的渔猎采 集活动，到新石器时代农业和畜牧业，均代表着不同时期先 民食物的来源方式，对人类进化、文明产生与社会发展产生 了至关重要的作用，因此，先民和动物的食物结构的重建一 直是考古学界重要的研究内容之一。
食谱差异与社会等级 传统观点认为，个体在社会中的等级越高，其对肉食资
源的获取就越容易，食物结构中肉类蛋白的比重也就越大， 反映在其骨胶原的稳定同位素当中，就是个体的 δ 15N 值就 相对较高。依据这一原理，N 稳定同位素的分析也可以用来 判断人群的社会等级差异。例如，美国学者 Ambrose 对北美
食物采集与人类进化 农业起源以前，先民对食物的获取依靠渔猎采集等活
动。因此，通过对早期人类的食谱进行重建，可以研究先民 对食物的采集和利用状况，进而探索先民的渔猎采集发展状
我即我食
况乃至自身进化历程。例如，中国科学院大学科技史与科技 考古系胡耀武对旧石器时代周口店田园洞等遗址 (40 kBP) 先 民 ( 动物 ) 骨骼的 C、N 和 S 同位素进行测定，得出我国境 内晚期智人已经开始食用淡水鱼类的结论，引起了国内外学 者的关注。
古环境与人类 ( 动物 ) 的迁徙 人类对食物的获取，无论是渔猎采集还是农耕畜牧，都
可以反映其所处地域的植被状况、生态环境、气候条件等自 然因素，例如，C3 和 C4 植物比例的变化，可以在一定程度 上反映当地植被情况变化乃至环境变化。因此，对先民主要 栽培的农作物类型及其变化，可以反映当地自然环境尤其是 气候状况的变化。同时，对先民和动物体内 O 和 H 同位素 的测试分析，可以直接反映个体的饮水来源和迁徙情况。