天然彩色茧资源的综合利用

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1、天然彩色茧资源的综合利用谭端;卜钕平;胡海;代方银【摘 要】本文系统介绍了天然彩色茧资源的基本概况和综合利用前景,天然彩色茧 新品种的培育,以及其独特的吸放湿性、通气性、保暖性、紫外线吸收能力、高色 素含量、抗菌性、抗氧化性等优良特性,指出开发和综合利用天然彩色茧资源,具有 良好的经济和社会效益,其产品具有独特的市场竞争力.期刊名称】蚕学通讯年(卷),期】2015(035)001【总页数】7页(P14-20) 【关键词】 天然彩色茧;资源;品种;优良特性;利用【作 者】 谭端;卜钕平;胡海;代方银【作者单位】 农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室,西南大学生物技术学 院,重庆4007 15

2、;农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室,西南大学生物技术 学院,重庆4007 15;农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室,西南大学生物技 术学院,重庆4007 15;农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室,西南大学生物 技术学院,重庆4007 15【正文语种】 中 文中国是蚕丝的发源地，人们开发和利用蚕丝已经有5 000多年的历史1。中国也 是全世界最大的蚕丝生产国，目前的蚕丝产量占世界总产量的74%，占世界出口 市场的90%。相比白厂丝而言，国际生丝市场上天然彩色茧丝稀缺，但是其价格 是染色丝产品的330倍2。天然彩色茧丝色彩丰富自然、色调柔和，而且还具 有保湿、抗紫外线、抗氧化、

3、抗菌等优良特性。同时，天然彩色茧丝可免去印染过 程所造成的环境污染，符合纺织业“绿色革命”要求。除了彩色茧丝运用于传统的 纺织工业，其在医疗、食品、工业等方面可以得到广泛的应用，具有广阔的开发和 利用前景。天然彩色丝色彩自然，色调柔和，部分茧色是目前染色工艺难以企及的色彩。在能 够吐丝结茧的20多种绢丝昆虫中，其中大部分昆虫能吐出彩色丝3，而且绝大多 数昆虫属于鳞翅目(Lepidoptera)。1.1 家蚕的彩色茧资源家蚕(Bombyx mori )的茧色丰富多彩，是其它绢丝昆虫无法超越的。家蚕彩色茧 资源主要有两大类，分别是黄红茧系和绿茧系。普通白茧对黄茧是隐性，但是欧洲 白茧对黄茧为显性。

4、黄红茧系主要包括淡黄、金黄、肉色、红色、蒿色、锈色等， 其茧丝的颜色来源于桑叶中非极性的类胡萝卜素色素(P-胡萝卜素、新生P-胡萝卜 素)和极性的叶黄素类色素(叶黄素、蒲公英黄质、紫黄质、次黄嘌呤黄质)，且色 素分布于丝胶中。绿色茧系主要包括淡绿色和绿色，色素主要来自于蚕体内生成的 黄酮类色素，且色素分布于丝胶及丝素中1。1.2 野蚕的彩色茧资源 一些野蚕也是优质的天然彩色茧基因资源，主要属于鳞翅目的蚕蛾科 (Bombycidae)和大蚕蛾科(Saturniidae)，包括蚕蛾科的野桑蚕(Bombyx mandarina)，大蚕蛾科的柞蚕(Antheraea pernyi)，天蚕(Anther

5、aea yamamai), 栗蚕(Dictyoploca japonica)，樗蚕(Samia cynthia)，琥珀蚕(Antheraea assamensis)，柳蚕(Actias Selene),透目大蚕(Rhodinia fugax)等。野蚕茧色丰 富多彩，详见表14-7。2.1 利用天然彩色茧资源培育家蚕彩色茧品种天然彩色茧的茧色受多种基因控制，其遗传机理十分复杂。黄红茧系基因均以黄血 基因Y的存在为前提条件，但黄血抑制基因1（控制类胡萝卜素从中肠上皮细胞到血 淋巴的转运）对Y基因有抑制作用，使类胡萝卜素分解，金黄茧基因C（控制类胡萝 卜素从血淋巴到中部丝腺的转运）与Y、I基因共同控

6、制了蚕茧的最终色彩8。控制 绿茧系的基因：互补基因Ga （座位不明）和Gb（7-7.0）、独立控制绿茧的基因 Gc（15- ?）、绿茧d（Gd）和新绿茧Gn1,9。此外，还有荧光茧色的黄荧光色基因 YF和紫外荧光基因Yf，它们的作用都是在中肠和血液内合成绿茧色素，前者茧丝 呈现出黄荧光色，后者茧丝呈现紫荧光色10。 地方种中有丰富的彩色茧资源，如黄红茧系：鲁黄1、鲁黄2、鲁黄8、鲁黄10、 鲁108、大毛、二毛、大锤把子、安康4、玫瑰红茧、大团圆、盱眙1、珠桂、中 十四等；绿茧系：武功种、碧莲等11。利用丰富的家蚕和野蚕的天然彩色茧品系与现行优良的生产用种进行杂交育种，可 选育出茧色纯正、均一

7、、产丝量高、抗性强的天然彩色茧品种。国内外许多研究院 （所）、高等学校已经成功培育出一系列实用的天然彩色茧品种。在国内，西南大学 蚕桑学重点实验室首先育成了“西农绿茧 1 号”，之后相继育成彩色茧配套品种， 包括“金色211”、 “渝黔绿茧”、 “渝黔黄茧”（后二者与贵州省蚕业研究所合 作育成）等，通过审定在产业上应用；同时育成锈色茧、红色茧基础品种，逐步实 用化。浙江大学动物科学院蚕蜂系也培育了红色、黄色、绿色等实用的天然彩色茧 品种12；安康学院已经培育出我国首个利用野桑蚕茧色基因育成的天然彩色茧家 蚕品种“金丝一号”13-14，“限性蚕品种黄茧一号”15；苏州大学培育了“彩色一号”等；四

8、川省蚕业研究所培育了彩色茧品种“夏黄x秋色”16、“蜀 黄1号”17,等等。在国外，日本有限性黄茧品种“黄白”、“日3日4x中 3中4”、“黄茧锺光x黄玉”、绿茧品种“PNGxPCG”等18。其它一些国家 如印度、越南等都有利用天然彩色茧品种的习惯。2.2 利用转基因技术育成新型家蚕彩色茧丝品种 利用转基因技术，直接将外源有色基因引入家蚕个体，可克服遗传壁垒和有限育种 资源的局限，对获得转基因彩色茧新品种具有深远的意义。转基因技术具有在短时 间内获得拥有目的性状的家蚕纯合体的特性，国内外的科学家已经运用该技术创造 了一些家蚕新的彩色茧品种和育种素材。2.2.1 转天蚕丝基因家蚕新品种 中国科学

9、技术大学的李振刚等19通过交变脉冲电泳转基因技术将天蚕丝素基因转 移到家蚕基因组中，经过10多年的试验研究，培育出具有天蚕优良丝质性状的家 蚕新品种。这种转基因家蚕丝在F1代中出现了约20%的淡绿色茧，F2代中则有 近60%的茧为淡绿色。它们与天蚕的黄绿茧相近，而明显不同于家蚕白茧。具有 抗酸碱性强、有闪烁光泽、手感柔软、富于强伸力的优良特点，其织物坚牢，不易 皱。因此具有良好的市场前景。2.2.2 转绿色荧光蛋白基因家蚕彩色茧新品种 在国内外，有许多科研单位都尝试用转基因手段培育新型家蚕彩色茧丝品种。经过 多年的探索和研究，转基因家蚕彩色茧丝品种已经培育成功。西南大学的赵爱春等20将增强型绿

10、色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein, EGFP)基因通 过piggyBac转座子系统转入家蚕，成功获得了在丝腺中特异性高表达绿色荧光蛋 白(GFP )的转基因家蚕绿茧材料。其特征为：茧色在自然光下呈绿色，且具有绿色 荧光特性，命名为西绿，已获得农业部安全评价中试许可(农基安办字2010- T317)21。基于piggyBac转座载体的转基因系统，因转座子在基因组上随机跳 跃，因此品种的性状存在不稳定、易退化的现象。随着科学技术的不断更新发展， 锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases，ZFNs)、TALENstranscription

11、 activatorlike (TAL) effector nucleases、CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats )等新的基因组编辑技术的出现，转基因 的效率提高，转基因性状更稳定，相信在不久的将来一定会创造出丰富多彩的新型 的彩色茧丝品种。天然彩色茧丝除了在色彩、色调上的优势外，其在保湿、抗紫外线、抗菌、抗氧化 等方面均比白茧丝更突出，可以开发出多元化的产品，迎合现代人对商品的要求。3.1 优良的吸放湿性、通气性、保暖性 与白色蚕丝相比，天然彩色蚕丝的丝蛋白分子间空隙率大，最多可达10%

12、，是天 然的多孔性蛋白质纤维。因此，天然彩色茧织物具有良好的柔韧性、吸放湿性、透 气性、保暖性。同时，多孔的丝蛋白纤维还有类似活性炭的作用，能够除臭，使衣 着清爽宜人。3.2 较强的紫外线吸收能力 胡智文等22的研究结果表明，经过固胶、漂练的家蚕天然黄色生丝，在紫外线的 照射下色彩基本不变，具有较强的紫外线吸收能力。桑蚕丝对于容易诱发基因突变 导致皮肤癌等的波长在280 nm左右的紫外线（UV-B，波长为275 320 nm）有很 好的遮蔽和吸收作用。徐世清等3的试验证明，天然彩色蚕丝有很好的紫外线吸 收能力，用紫外线长时间照射蚕茧，茧内的蚕蛹发育和羽化的蚕蛾及后代正常，但 将蛹从茧内取出后直

13、接照射，蚕蛹会受到严重影响，羽化的蚕蛾和后代畸形多。因 此天然彩色茧丝对紫外线有较强的抵抗能力。3.3 彩色茧丝的高色素含量及保健作用梁海丽23等的研究结果表明家蚕天然彩色茧丝的黄酮色素含量和类胡萝卜素含量 显著高于白茧丝。与白茧丝相比，黄茧丝黄酮色素的含量高33% ，绿茧丝则高出 5倍；类胡萝卜素的含量黄茧丝高33.2倍，绿茧丝则高出9.2倍。据报道，适量 摄入黄酮类化合物能减少癌症、肿瘤、心血管疾病、脂质过氧化以及骨质疏松等疾 病的发病率24。类胡萝卜素在生物体中发挥着重要生理作用，是人体合成维生素A 的前体，是重要的抗氧化剂，能增加机体的免疫力等25。3.4 彩色茧丝的强抗菌能力 黄色葡

14、萄糖球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓菌、枯草杆菌等是 生活环境和人体常见的病菌，特别是夏季人体出汗或皮肤破损后极易滋生。研究发 现家蚕天然彩色茧丝对上述病菌的抑制效果比白色蚕丝更好23，26，而且家蚕 天然彩色茧丝中高含量的黄酮色素和类胡萝卜素，使之具有更好的抗菌效果。3.5 彩色茧丝的强抗氧化能力 生物在生命活动中，特别是在不良环境中会不断产生超氧阴离子自由基、单线态氧 过氧化氢、羟自由基等多种活性氧自由基和破坏功能分子，对机体产生毒害。超氧 化物歧化酶（Superoxide Dismutase,SOD）能够清除机体内过量自由基，使机体免 受自由基毒害，而且还具有抗衰老的特殊效

15、果。已有的研究结果表明家蚕彩色茧丝 的SOD活性远远高于棉纤维（有微弱的SOD活性），也高于白茧丝，其中绿茧丝的 SOD活性比棉纤维高30倍，超过白茧丝近3倍23。Chikara Hirayama等27 从家蚕黄茧的乙醇提取物中分离得到了含有两种脯氨酸的栎皮黄酮类物质，有较强 的抗菌、抗氧化的活性28-29。此外，彩色茧丝中的类胡萝卜素也是重要的抗氧 化剂25。4.1 纺织工业上的应用 桑蚕彩色茧丝具有良好的柔韧性、保暖性、吸放湿性和通气性，较强的紫外线吸收 能力，较强的抗菌能力，且不含对人体有害的染料成分，是一种理想的贴身穿着衣 料，可以制作成高档的内衣、睡衣、睡袍。除此之外，还可以制作成各

16、类服装、领 带、围巾、床上用品（蚕丝被、蚕丝毯）等。相比于白茧丝而言，彩色茧丝价格高， 相应的产品不仅迎合人们崇尚自然的消费观念，同时也具有较高的价格，因此具有 更大的经济效益。其它绢丝昆虫的彩色丝的开发应用前景也十分广阔。天蚕丝具有 优良的丝纤维特性，高雅、柔和的特点，可以制成高档、华贵的织物面料，刺绣用 线，以及各类饰品。柞蚕丝手感柔软而具弹性，其纺织制品刚性强、耐酸碱性强， 色泽天然，纤维粗，保暖性好，是蚕丝被、蚕丝毯的良好材料。4.2 在医学上的应用4.2.1 防护类产品普通的白色蚕丝能广泛地应用到防远红外线的纺织品、防紫外线织物、防中子纤维 和防 X 光纤维材料中30。远红外的纺织品主要有保健护腿、护腕、护肘、保健帽 保健文胸、保健枕、眼罩、手套等等。由于天然彩色丝比白蚕丝在在防护功能上具 有更优的特征特性，因