中文摘要：

蜘蛛丝是一种经4亿年进化而来的天然动物蛋白纤维，它的生物学功能塑造了其特有的结构与性能。对蛛丝结构与性能的研究主要集中在低海拔地面上分布的结网型农林蜘蛛，而对其它不结网和栖息在极端环境下蜘蛛的丝纤维研究甚少。现有文献数据与我们前期对蜘蛛卵袋丝的研究结果表明，蜘蛛丝具有力学性能策略，但有待进一步深入系统的研究。为此，本项目拟以三种不同极端环境下的蜘蛛类型（高寒蜘蛛、水蜘蛛和洞穴蜘蛛）常见种为研究对象，在探明其基本生活史特征的基础上，以与蜘蛛的生存繁殖密切相关的蛛丝纤维为研究材料，通过对丝腺形态解剖、丝腺和蛛丝的氨基酸蛋白质组成、蛛丝超微形貌结构、蛋白质二级结构、拉伸力学行为、力学性能及其权衡策略与生物学功能的比较研究，从生物学、蛋白质化学及材料力学三个角度，阐明极端环境下蜘蛛丝结构、力学性能及其权衡策略与生物学功能之间的关系，为人们进行能适应极端环境的新型丝纤维材料的仿生设计提供有关理论依据

结论摘要：

蜘蛛丝是一种经4 亿年进化而来的天然动物蛋白纤维，它的生物学功能塑造了其特有的结构与性能。对蛛丝结构与性能的研究主要集中在低海拔地面上分布的结园网型农林蜘蛛，而对其它结不规则网和栖息在极端环境下蜘蛛的丝纤维研究甚少。为此，我们进行了三方面的研究1）对大型农林金蛛科蜘蛛横纹金蛛，三种中型蜘蛛球蛛科温室拟肥腹蛛、肖蛸蛛科肩斑银鳞蛛和狼蛛科猴马蛛与两种小型蜘蛛暗蛛科白斑隐蛛和园蛛科长脸艾蛛卵袋的超微结构、丝纤维的组成和氨基酸组成进行了观察研究。研究结果表明不同种类蜘蛛的卵袋颜色大小有些差异，但这五种中小型蜘蛛与大型农林蜘蛛卵袋结构与组成相似，都是主要由柱状腺丝、葡萄状腺丝和大壶状腺丝等多种丝纤维构成的，为进一步深入研究与卵袋密切相关的蜘蛛繁殖生态学与获取各种卵袋丝提供一些基础资料；2）对横纹金蛛捕食经验对其丝纤维力学行为与性能的影响以及棒络新妇与悦目金蛛三种不同功能蛛丝的超微结构与拉伸力学行为进行了研究，结果表明蜘蛛能根据其捕食经验遵循Cost-Benefit原则对蜘蛛丝的力学性能进行调节，从而调整捕食投入；棒络新妇与悦目金蛛三种不同功能蛛丝具有不同的超微结构与拉伸力学行为，并呈现出一定的机械性能策略，主要表现为断裂能在应力应变曲线的弹性区、屈服区和加强区的权衡；不同力学性能参数之间的权衡，以适应不同的功能要求，这对人们进行新型防护材料的仿生设计具有重要指导意义。这些研究成果进一步拓宽和加深人们对蜘蛛丝的结构、力学行为和性能与生物学功能之间关系的认识和理解；3）与马德里理工大学材料科学系和生物医学与技术中心的Gustavo V. Guinea和José Pérez Rigueiro教授合作，初步建立了人工拉伸蜘蛛丝腺体制备丝纤维的技术与方法。我们对通过这种技术方法获得的极端环境高温干旱蜘蛛（N. inaurata）大壶状腺丝纤维的研究发现，这种丝纤维与从同一腺体自然纺出的蛛丝在结构与力学性能上没有太大差异，而且在拉伸至屈服区经水最大限度的超收缩后再经干燥能多次再现之前的力学行为，即最大限度的超收缩可以让蜘蛛腺体丝纤维不受之前拉伸历史的影响回复到最初的状态。这一发现意味着将来只要解决了蜘蛛大规模饲养批量获得蜘蛛丝腺体的问题，人们就可望建立能避开传统基因工程的技术繁杂与成本极高的蛛丝应用的新途径或者新技术，为蜘蛛丝的实际人工生产应用开辟一个暂新的方向。