本文摘要：摘要：在廣泛檢索文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜述 了生物考古中用到的物理和化學(xué)分析方法，以期為生物考古的發(fā)展提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。 關(guān)鍵詞：生物考古 理化分析 技 術(shù) 概況簡(jiǎn)介1.1生物考古生 物 考 古是 指 對(duì)遺 址 中所 有 生物 遺存 ，如植物 、動(dòng)物 、人類、微生物等的
摘要：在廣泛檢索文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜述 了生物考古中用到的物理和化學(xué)分析方法，以期為生物考古的發(fā)展提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：生物考古 理化分析 技 術(shù) 概況簡(jiǎn)介1.1生物考古生 物 考 古是 指 對(duì)遺 址 中所 有 生物 遺存 ，如植物 、動(dòng)物 、人類、微生物等的一 系列科學(xué)研 究 ，包含 了以人類遺存 為研究 主體的眾多學(xué)科 ，如 人體 骨學(xué) 、地質(zhì)考古 ，動(dòng)物考古 、植物考古、生態(tài)考古、微生物考古等，研究 手段和研究 方法也 多種 多樣 ，為人類起源演化和疾病 研究 、農(nóng)業(yè) 和畜牧業(yè)起源等做出了巨大貢獻(xiàn)。目前生物考古已成為國(guó)際科技考古研究的前沿領(lǐng)域 和熱點(diǎn)。
1.2理化分析
理化分 析是 通過物理 、化學(xué) 等分析手段進(jìn)行分析 ，確定物質(zhì)成分 、性能 、微觀 宏觀結(jié)構(gòu)等 ，是 基于物理或物 理化學(xué)原理和性質(zhì)而建立 起來的分 析方法 。理化分析在生物考 古中應(yīng)用的非 常廣泛 ，特 別是在 對(duì)骨骼 、牙齒 、以及其他遺存 的分析 中，已成為揭開 生物 考古 謎團(tuán)的 重要手段 (MarioNovak，201l;Temple DH，2010l王翠斌 ，2009)。
2 骨表面結(jié)構(gòu)的物理分析
目前對(duì)于 骨骼 表面結(jié)構(gòu)的分析方法主要有顯微分析 、掃描 電鏡(SEM)分析 、表面能譜分析(EDS)X射線衍射分析(XRD)、CT掃描技 術(shù)和計(jì)算機(jī) 圖像處理技 術(shù)等等。
顯微分析和掃描 電鏡(scanning elec-tronic microscope，簡(jiǎn)稱SEM)可以分析骨骼 、牙齒組織結(jié)構(gòu)變化 ，如骨骼表相和體相存在 的孔洞結(jié)構(gòu) ，由此揭示樣本 的污染程度和保存狀況(Matthias Kucera，2011;Arkadiusz Soltysiak，20l1)X射線衍射(XRD)可以分析骨骼和牙齒中的羥基磷灰石和 其變體來說明骨骼的礦化程度 ，J.c.Hiller(2OO6)利用小角X射線散射(SAXS)測(cè)量骨樣 品的晶粒納米 結(jié)構(gòu) ，揭示發(fā)生 相應(yīng)的外界條件變化引起 的可能的骨微晶表面晶格組成或應(yīng)變 ，可以為提取古生物DNA信息提供保證。X射線衍射(XRD)還可以對(duì)標(biāo)本 內(nèi)部進(jìn)行 無創(chuàng)觀察 ，但 對(duì)于厚度較大的標(biāo) 本 ，往往會(huì) 因投影 在熒光屏上 的重影而影 響 圖像的觀 察質(zhì)量 ，計(jì)算機(jī)斷 層掃描成像(CT)技術(shù)的發(fā) 明使得人們能夠克Nx射 線透視的不足 ，得 到清晰的斷 層掃描影像((Britta M.Gifeshaber，2008)。利用CT技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和3維成像技 術(shù)還可以可 以將古生物學(xué)的研究 延伸到頭骨 內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)虛擬化石重建 與無創(chuàng)解剖 ，對(duì)骨分布的生物 力學(xué) 分析 ，可得到化石頭 骨內(nèi)部的3維影像 ，CT技術(shù)已是重建化 石骨三維影像的重要手段(Yousuke Kaifu，201l;XiujieWu，2009)。
3 骨化學(xué)分析
骨化學(xué)分析是探索古人類食物結(jié) 構(gòu)的主要手段之一 。古人類食物結(jié)構(gòu)的證據(jù) ，更多地來 自干質(zhì)地 堅(jiān)硬的人和動(dòng)物骨或牙齒以及石器的分析結(jié)果(RichasdsM P，2002;Tedord M，2000)。通過對(duì)古人類骨或 牙齒中化學(xué) 成分的分析 ，即穩(wěn)定 同位素 比值和微量元素含量 ，便可揭示 他們的食物結(jié)構(gòu) 、生活方 式、人 口遷移模 式以及生存環(huán) 境等多方面的重要信息，探索其演化過程(L.E.Munroa，2008lStanley H.Ambrose，2003)。
3.1穩(wěn)定同位素分析
在進(jìn) 行骨的穩(wěn) 定同位素分析時(shí)首先根據(jù)骨 膠原中 的C、N含 量以及C/N摩 爾比等 重要指標(biāo)判斷 其是否受到污 染 ，其次才進(jìn) 行穩(wěn)定同位 素的測(cè)定 。對(duì)穩(wěn)定 同位素測(cè)定是 因?yàn)槿梭w骨組織的化學(xué) 組成直接 對(duì)應(yīng)著食物 中的化 學(xué)組成成分 ，當(dāng)人們的食物來源不同時(shí) ，骨中的穩(wěn)定 同位素組成就有較大的差異性(David R.Yesner，2003)。此外 ，植物的 光合作用途徑 以及固氮方 式的差異 ，將直接導(dǎo)致其 5”C和 5”N值 明顯不同 ，因此骨 中的穩(wěn)定 同位 素分析可 以研究古人類和動(dòng)物的食物結(jié)構(gòu)((Adolfo F.Gil，2011}Rick J.SchuRing，2002)。一般C植物的 5 C平均值約為-26.5%0，而c植物的 5”C平均值則約為一12.5‰，因此通過分析人骨中骨膠原或羥磷灰石的 5”C值，即可了解人們的食物來源 ;豆科植物的 5”N大約等于0‰ ，而非豆科植物的 5”N則稍高，故分238 科技資訊 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION析人骨 中骨膠原的 5”N，就 可辨 別其在食物鏈 中的營(yíng)養(yǎng)地位 ，了解其食物結(jié)構(gòu)(c.D.White，2011;Carolyn Chenery，2010)。
Adolfo F.Gil(2011)對(duì)生存于考古記錄的史前玉米恐慌時(shí)期的阿根廷中西部的 人骨和牙進(jìn)行的碳的穩(wěn) 定同位素分析 ，發(fā)現(xiàn)他們的主要能量來源 正好 是C 植物的玉米 ，因此可見人類飲食研究中穩(wěn)定同位素分析的重要意義。
3.2羥磷灰石的微量元素分析
分析骨 中羥磷灰石 的微量元 素是 骨化學(xué)研究 的另一種 主要方法 ，對(duì)羥磷灰石的微量元素的分析 同樣需要對(duì)樣品的污染程度鑒定(Charlotte L.King，2011)。
(1)羥磷灰石的污染程 度分析 。
骨骼 中羥磷灰石結(jié) 晶度廣泛 地作為樣本重要 的保 存狀況指標(biāo) 之一 ，結(jié) 晶度指 數(shù)可以 由X射線衍 射(XRD)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)等方法測(cè)量 ，但是由于XRD采用體積平均值得到的數(shù)據(jù)與FTIR采用面積平均值得到的數(shù)據(jù) 的不能直接進(jìn)行比較(T.J.U.Thompsona，2009)。這兩種方法各有優(yōu)勢(shì) ，F(xiàn)TIR可以能檢測(cè)CO32-的含量 ，但它無法 獲知晶體 的形狀和方 向的信息 ，而且對(duì)低結(jié)晶度的結(jié) 晶指數(shù)和碳酸鹽含量的變化產(chǎn)生的影響~gXRD更敏 感。此外，由于羥磷灰石 中的CO32-可通過 與羥磷灰石中的PO42-替換而形成更小的晶體 ，從而影響羥磷 灰石的結(jié)晶度。因此 ，檢測(cè)羥磷灰石 中的CO32也可鑒別羥磷灰石的污染程度(T.J.U.Thompson，2011)。
(2)羥磷灰石中微 量元 素的分析 。
羥磷灰石 中微量元素 的污 染與否可比較其人骨與 食草類 、食 肉類 動(dòng)物骨 中羥磷灰石的sr/Ca、Ba/Ca的值來判定(SponheimerM。，2006)。對(duì)微量元素的分析是因?yàn)橥ǔＪ巢輨?dòng)物骨中積淀的sr/Ca約為其食物的 1/5，而食 肉動(dòng)物骨中積淀的Sr/Ca又約為食草動(dòng)物的 1/5(Matilde Arnay-de-la-Rosa，2009)。此外，骨骼和牙齒的sr、Ba相對(duì)于Ca的含量在以往的考古研究還被用來檢 驗(yàn)史前食物結(jié)構(gòu)是海洋生物 還是陸地生物 。因?yàn)楹Ｋ腂a/Sr值比大多數(shù)陸地環(huán)境 低得 多(多達(dá)3個(gè)數(shù)量級(jí))，生活在海 水中的魚類和其 他生物 也將有 比大 多數(shù) 陸地生物Ba/Sr低的值 ，但是也可能會(huì)受到營(yíng)養(yǎng)水平影響(Ben Shawa，2011fK.Szostek，2003)。因此根據(jù)人骨中Sr/Ca、Ba/Ca值的分析 ，一定程 度上可 揭示 該個(gè)體的食 物結(jié)構(gòu) 信息 。一般方 法有原 子吸收光 譜(AAS)法、原子熒光光譜(AFS)法 、電感 偶合等離子體發(fā)射光譜(ICP—OES)法、電感偶合等離子體質(zhì)譜 (ICP-MS)法、色譜分析法及X射線分析法等。目前 ，生物考古 中的微量元素含量 一般用激光燒蝕 電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA—ICP-MS)定性定量分析(CharlotteL.King，2011)。Andrea Cucina(2011)采用(LA—ICP-MS)測(cè)量考古遺址牙齒琺瑯質(zhì)的Mg，P，K，Ti，Mn，Zn，Sr，I，Ba，和Pb的含量 ，成功的得到了古時(shí)期尤卡坦半 島瑪雅港 口北部有外國(guó)人 存在 的證據(jù) ，說明LA—ICP-MS是檢測(cè) 在 當(dāng)?shù)?居 民的外籍個(gè)人 存在的一個(gè)重 要的分 析工具 。采用以上分 析方法一般 對(duì) 稀少 和珍 貴 古生 物化 石造 成 了損害 ，因此采用無損或近 似無損分析方法 ，如對(duì)骨微量元素測(cè)定的 質(zhì)子激發(fā)熒光(PIXE)分析法和穩(wěn)定 同位素測(cè)試的激光消融 同位素分析法 ，將會(huì)成 為骨化 學(xué)分析的主 要方向 之 一 。
4 其他微體化石的分析
微 體化石 如木材 纖維 、孢粉 、硅酸體 、淀粉粒等 的遺存 ，可提供 特定植物學(xué) 信息如科類、種屬等 ，反映古代 當(dāng)?shù)刂脖坏幕久婷布?人類使 用植 物的基 本情 況 ，因此可揭示古 代人們對(duì)植 物食物 的選擇 、農(nóng)作物的起源 、早 期農(nóng)業(yè) 的 出現(xiàn) 等經(jīng)濟(jì)生 活和文化生活情 況 ，并可 了解人 類賴以生存 的 自然環(huán)境(AmandaG.Henry，2008lJamesCoil，2003)。
4.1木材纖維分析
在 一般的 遺址 和墓 葬 中，最容 易遇到的植物遺存是木材 、纖維和種子 ，后者包括谷粒 、果核 和 瓜菜籽 等 。通過 對(duì)纖 維的 鑒定，可以了解紡織 品的 質(zhì)料 ，進(jìn)而探討農(nóng)業(yè)和紡織業(yè)的情形(Philippa Ryan，20l1)。一般采 用拉 曼光譜分析 、x射線衍射(XRD)、傅立 葉紅 外光譜分析(FTIR)、掃描 電子顯微鏡分析等方法鑒定古紡織品 、松香 、樹脂等植物 纖維的 組成及 成分 ，可實(shí)現(xiàn) 對(duì)古絲織宏觀到微觀的分析 ，如Jian Liu(20l1)采用光學(xué)顯微鏡 ，掃描電子 顯微鏡(SEM)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)等方怯對(duì)營(yíng)盤出土的絲纖 維品種進(jìn) 行鑒 別與分析 ，伺 時(shí)對(duì)纖維的老化情 況進(jìn)行 了初步分析發(fā)現(xiàn)這些古代 紡織品依然形態(tài) 完好。
4.2孢粉分析
孢子花 粉體 積微小 但數(shù) 量很大 ，易于流 動(dòng)和保存且 分布廣 泛 ，孢粉 的外形和大小 ，代表著植物 的不同科 、屬。孢粉分析 主要是提取樣本 、分析鑒定、分類統(tǒng)計(jì)來研究它們的組合、演化規(guī)律等(Lynne J.Quick，2Ol1)。因此對(duì)遺址中的孢粉分布可反映 古代當(dāng)?shù)?植被的基本面貌及人 類使用植 物的基本情況(Jungan Qin，2011)。Alex D.Brown(2011)應(yīng)用孢粉分析發(fā)現(xiàn)瑞典南部的斯堪尼亞區(qū)Bjiire半島的史前石刻在青銅時(shí)代晚期坐 落于一 個(gè)孤立的 半林地 中，該結(jié)果支持了Bj~re半島石刻的“漂移假說”。此外 ，動(dòng) 物遺存如干 旱地 區(qū)保 存的動(dòng)物 糞便化石，其 中的孢粉能提供過去的植被信 息。
糞化石的孢粉分析可用來重建缺少湖泊和泥炭沼的地方如干旱半干旱地區(qū)的古植被結(jié)構(gòu)組成 ，Morteza Djamali(2011)對(duì)洞穴地層中含有孢粉的動(dòng)物糞化石分析發(fā)現(xiàn)含有郁金香 、菊科等植物花粉 ，證明伊 朗Turanian區(qū)早在70萬年前是具有非常豐富的動(dòng)植物資源 的大 草原 。
4.3硅酸體分析
植物硅酸 體是沉淀在植物細(xì)胞 中的微小硅 質(zhì)體 。由于土壤 、水分、氣候條件和植物細(xì)胞 結(jié)構(gòu)的不 同 ，形成的植物 硅酸體具有可區(qū)分 的特征 ，如C 和C 植物 的植 硅石存在明 顯差別 ，硅 酸體 中氧 同位素的 比值0”/0 還可 估算 古代 的 氣候溫 度(DanCabanes，201lIAdrian G.Parker，2011)。植物硅酸體 作為一種 重要的 生物 指標(biāo) ，在近年考古中得到 了很大的發(fā)展 ，如VeranicaWesolowski(2010)分析了來自巴西南部海岸的薩姆 巴凱 貝殼堆4個(gè)遺址 中的53顆牙齒的微體化石 ，對(duì)淀粉 粒和植硅石 分析證實(shí)sambaqui人曾食用薯蕷和狹葉南洋杉，并推測(cè)阿魯姆 天南星科植 物 、甘薯和 玉米可能也在他們的飲 食結(jié)構(gòu) 中。
4.4淀粉粒分析
淀粉粒是 由植物 通過光合作用產(chǎn)生的一種次生代謝產(chǎn)物 ，是葡萄糖的聚合物 。由于 不同種屬 來源的淀 粉粒形態(tài) 各異 ，所 以具 有一定的分 類學(xué)意 義 ，用于鑒 定植物殘留物 的來源 ，并借此推 斷古人對(duì)植 物的利用 、器物的功能以及食物加工技術(shù)等 �？脊诺矸垲w 粒分析 的來源之一 是牙結(jié)石 ，牙結(jié)石中的淀 粉粒保 存較 好 ，從 牙結(jié)石提取 出的淀粉 �？梢灾苯芋w現(xiàn)人類或動(dòng)物 對(duì)淀粉類食物的利用(Karen Hardy，2009)。對(duì)古代淀粉粒 分析主要是通過理化手段對(duì)淀粉粒提取 、鑒別 ，樣品標(biāo) 本制備后鏡檢 ，并與建立的標(biāo)本庫(kù)對(duì)比。C6lb HelenaC.Boyadjia(2007)采用牙科清洗技術(shù)從古人類牙齒中分離出淀粉粒和硅酸體，但該方法利用Hcl清洗樣 品 ，對(duì)寶貴 的化石 遺骸造 成 了損 害。
MatthiasKucera(2011)利用顯微鏡對(duì)清洗過的牙齒 分析發(fā)現(xiàn)表面 結(jié)構(gòu) 被嚴(yán)重破 壞 ，因此未來人們將會(huì)尋求近無損的技術(shù)如超聲分離來替代檢材 。
5 結(jié)語與展望
21世紀(jì)伴隨 著生物學(xué) 、化學(xué) 、物理學(xué) 、地 質(zhì) 計(jì)算 機(jī)科學(xué) 等多學(xué) 科 的發(fā)展 、融合 ，將會(huì)使得考 古技術(shù)不斷成熟 ，一些物理化學(xué) 與分析化學(xué)相結(jié) 合的技術(shù) 、物 理與計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的技術(shù) 將會(huì)使得理化分析技術(shù)在考 古技術(shù)不斷 創(chuàng)新 ，更好地 為生物考古 服 務(wù) 。
參考文獻(xiàn)
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【2】胡耀 武 ，王 昌燧 .生物考 古的研究進(jìn)展及展望[J】，山西大 同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，25(5)：84～9O.
小編推薦同類優(yōu)秀的農(nóng)業(yè)類論文 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)投稿淺析木薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值
摘要：綜述了木薯的綜合利用值,包括食用價(jià)值、飼用價(jià)值、工業(yè)利用價(jià)值、種植價(jià)值等,以為木薯的開發(fā)利用提供參考。
關(guān)鍵詞：木薯;綜合利用;價(jià)值
木薯(Manihot Esculenta Crantz)是世界三大薯類作物之一,素有“地下糧倉(cāng)”、“淀粉之王”和“能源作物”之美稱[1],距今已有近5000年的栽培歷史,其廣泛分布于南北緯30 °之間,粗生易栽,適應(yīng)性強(qiáng),在旱地農(nóng)業(yè)中占有重要地位。
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