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1、关于家蚕人工饲料和营养添食的研究进展摘要：21世纪将是一个生物学世纪，用现代生物技术武装的养蚕业也将面临一个新的发展机遇。随着蚕业科技日新月异的进步，蚕丝的应用也越发广泛本文第一部分较为全面地综述了最近几十年国内外关于蚕丝蛋白的组成、结构、性能的研究。介绍了蚕丝的理化性质，介绍了蚕丝在化妆品生产，营养和医学方面的应用。第二部分综述了桑蚕人工饲料育的历史和研究近况以及生产应用情况。强调了我国与日本相比，我国桑蚕人工饲料无论在研究方面还是实用化方面都有很大的差距，今后应从降低成本、提高饲料效率、清净育、原蚕全龄人工饲料育等方面进行研究是有很大意义的。另外重点介绍了近年国内关于影响家蚕摄食和生长的人
2、工饲料理化因素的研究。第三部分概述了在家蚕人工饲料研究的基础上进行过的一些添食试验。总结了近来随着蚕桑生产发展的需要及家蚕营养学研究的进展，对营养添食的种类、添食方法、增产效果及其作用机理所进行的一系列探讨。受家蚕人工饲料和畜禽饲料研究的启发，在单项营养物质添食的基础上，以复合型营养、多效能为主要特色的蚕用添食剂的开发研究也进行了许多研究，正向产业化方向发展，逐渐形成了一个新的研究领域。关键词：蚕丝蛋白，理化性质，家蚕人工饲料，家蚕营养添食1蚕丝蛋白的组成、结构以及性能从基础科学的角度看, 高分子化学今后的主要研究目标应该是阐明生命科学中的高分子化学基础或者说高分子化学模拟, 如酶的模拟,生物
3、膜的模拟等。生物大分子是目前高分子领域中很活跃而且富有挑战性的一个研究领域, 蛋白质是一类重要的生物大分子1。蚕丝是人类最早利用的天然蛋白质之一, 作为一种性能优良的纤维, 主要应用于纺织品中。近来它还应用于生物技术、医药、精细化工等诸多方面, 引起人们的广泛关注, 已有好几本专著进行总结2。蚕丝具有纯度高, 来源广等一系列优点。尤其我国是丝的生产大国, 家蚕生丝产量已占世界一半, 对其进行详细的研究无论从基础科学还是从应用科学来看都是很有意义.1.1茧丝是由丝素蛋白( Fibroin) 和丝胶( Sericin) 两部分组成, 丝胶包在丝素蛋白的外部, 约占重量的25%, 蚕丝中还有5%左右
4、的杂质3, 丝素蛋白是蚕丝中主要的组成部分, 约占重量的70%4。丝素蛋白以反平行折叠链构象为基础, 形成直径大约为10nm的微纤维, 无数微纤维密切结合组成直径大约为1m的细纤维, 大约100根细纤维沿长轴排列构成直径大约为10m18m的单纤维, 即蚕丝蛋白纤维5。1.2丝素蛋白的聚集态结构被认为由结晶态和无定形态两大部分组成, 结晶度在50%60%左右, 曾有人提出了一种嵌段分子模型6。丝素蛋白分子的构象可分为二类, 即Silk和Silk结构, Silk结构包括无规线团(randomcoil) 和-螺旋 , Silk结构呈反平行-折叠7。 丝素蛋白由于具有多孔性及较高的吸水回潮率, 因此透
5、气性好、光滑柔软、手感好、穿着舒适。从40年代起, 人们发现其从175开始逐步失重, 颜色由白变黄, 至280完全变黑8。丝素蛋白虽然具有很多优良的使用性能,但在紫外光照射下, 氨基酸组成发生裂解, 白度明显下降, 力学性能和热性能也大幅度下降, 而且丝素蛋白又难于染色和易于褪色等9。 长期以来, 蚕丝的主要价值体现在纺织工业上, 最近几年对它的不断研究、开发, 它的应用范围已涵盖食品、医药、精细化工、生物技术等诸多领域10, 如应用于手术后的缝合线、涂料、化妆品、药物的缓慢释放、分离膜及生物活性物的固定化和生物传感器的制作等11。2桑蚕人工饲料育的历史和研究近况以及生产应用情况既然蚕丝有如此
6、中大的作用，如何通过研究不同营养条件下家蚕丝腺的发育提高丝蛋白的产量，不仅是一个重要的科学问题，还是一个重要的应用问题。对产丝器官丝腺发育和基因表达的研究对于增加产丝产量和质量具有重要的意义。2.1蚕是典型的单食性昆虫,以桑叶作为唯一的食料12,在缺桑的时候或地方,虽也有人用拓叶,蒲公英,葛昔等饲养,即使能生长发育,但饲养的效果,远不及桑叶13。为什么千百年来,有不少人曾进行过改变桑蚕食性的尝试,而终于失败呢? 原来桑蚕的取食行为,是在野生时代的系统发育中,逐步演化而来的14。由于这种食性,在自然淘汰和生存竞争中,因对物种的保存有利,成为一种遗传性而固定下来15;又因几千年来,人类发现蚕丝的经
7、济价值以后,就用桑叶饲养,这种单吃桑叶的生活习性,更加巩固16。因之,现在我们所饲养的桑蚕,它的消化器官的构造和机能,以至新陈代谢的特点等,也完全同这种单食桑叶的食性相适应。例如蚕的咀嚼式的口器,适于咬食桑叶,消化管的容量和生理活动,适于消化大量而粗硬的叶子,消化液的性质和所含的消化酶类,都与桑叶的性质和成分相适应17。既然如此桑蚕的食性是相当稳固,不容易以人为的方法,使其动摇的。如果蚕的取食,只是为了满足它的生长发育的营养要求,那么世界上有很多植物,营养成分不低于桑叶,为什么蚕只爱吃桑叶,对于其他植物,宁愿在旁边饿死也不吃? 因此有人推想桑叶中必然有某些物质,能引起蚕的取食;至于其他植物,可
8、能是没有这些刺激物或是含量太低,不能引起取食反应;也可能有些植物含有避忌物,使它厌恶。此后,昆虫学家们更深入研究,从生理学方面探索食物刺激的作用,取得进一步的认识。依照Schconhoven(1967 )的说明,这种白花蝶的口器,有感化细胞,对刺激物能作出反应。他们发现这种蝶的每一个下颚,有两个感化细胞,只要芥子油的糖苷,达到十万分之一至一百万分之一克分子浓度,就能引起反应18。到五十年代,日本研究桑蚕为什么会找到桑叶,认为由于它的每一个下愕,有一条专门接受食物刺激的感觉毛,对选择食物,起重要作用。而桑叶所以能吸引蚕的就食,是由于叶中含有某种挥发性的物质,如己烯醇,己烯醛之类,在一定的距离内,
9、能吸引蚕的爬近。如切除蚕的下颚,可使吃其他植物,是由于它失去了鉴别食物的能力19。进入六十年代,随着人工饲料研究的进展,对桑蚕的食桑秘密和感觉神经的特殊机能,就更加了解。22日本石川氏等的电生理学的研究,认为桑蚕的食性,是由桑叶中某些营养成分的刺激性引起。蚕的下颚各有八个接受刺激的感化细胞,其中有三个对糖类,一个对盐类和酸类,一个对水分起反应,对蔗糖的反应最为敏感,一万分之一克分子浓度的蔗糖液,就能引起反应。如按桑叶中各种糖类的不同浓度,配合成混合液,也同样为蚕的感化细胞所接受。脉冲波基本上与桑叶的浸出液所引起的刺激相同。这说明有大量来源于桑叶的营养物质的感觉信息,被桑蚕所获得20。石川氏等后
10、来又在八个感化细胞中,发现有一个对桑叶以外的植物叶子,抗拒作用,而认为食性的表现,主要在于嗜食作用和食拒作用之间的比例而调节21。在七十年代初期,滨村氏用一个7x35 公分的盆子,一端放浸过新鲜桑叶冷酒精抽提液的滤纸,另一端放经过抽提的桑叶残渣,中间放置一些五龄蚕儿。加盖后约三十分钟,蚕都爬到滤纸的一边,但不咬食,可知抽提物只起吸引作用。又如把残渣放在蚕体的下面,是会被咬食的,可知残渣虽能引起蚕的咬食,但没有吸引力。又如把浸过桑叶残渣的甲醇抽提液的琼脂,放在蚕体下面,蚕也起劲地咬,但不吞下;只当混入一些桑叶残渣时,蚕就连续地吞咽。实验结果,得出结论是桑蚕的食性,支配于下述的三个因子。第一是引诱
11、因子,桑叶中含有属于类萜的物质,如柠檬醛、萜烯乙醋等(也就是前述的酒精抽提物),这些挥发性物质的分子,散布于空气中,当蚕的感化细胞受到刺激时,蚕便会跟着气味的方向,找寻桑叶。第二是咬食因子,在桑叶中含有谷固醇、黄酮类等,有美味能刺激蚕的咬食。这些物质有脂溶性的,也有水溶性的,因此不仅存在于酒精抽提液,也存在于桑叶残渣中。第三是吞咽因子,吞咽的效果一般是用排粪的粒数来检查的。从人工饲料的实验表明,当除去纤维素粉之时,排粪很少,而吞咽因子主要是桑叶中的纤维素,有了它的存在,才能引起连续吞下22。23桑蚕的人工饲料,在国外已有二十多年的研究史。初步解决了冬期保种的缺桑问题,同时也实现了桑蚕不吃桑叶也
12、能完成一个世代的生长发育,满足了人们多年以来的期待。于1960年日本的福田和伊藤二人,差不多同时分别开始研究,各人提出了自己的配方和制法。此前有关蚕的食性和营养知识,还十分幼稚,因此方法也是简单的。例如福田的方法,用干桑叶粉加入大豆粉、糖、蒸馏水,用淀粉使之凝固成为糕状，并加入一些防腐剂和维生素，放入培养皿中使凝成薄片,以适应蚕的咬食。第一次的成绩，养蚕110 头,只有36 头结茧，24 头化蛹,全龄经过45 天,一个茧的茧层重只有86毫克,并能产下少量的卵。初步结果只说明不用新鲜桑叶，也能使桑蚕生长发育,但饲养成绩不好。后来经过许多人的继续研究,不断改进配方和饲育法，几年之后,饲育成绩逐步提
13、高,大约到了1965 年,在配方方面已大为改善,需要人工饲料颇多,为便于科研单位的使用,日本市上已有由工厂生产的罐头人工饲料出售23。在人工饲料初步成功之后,引起蚕业界很大的兴趣,特别是在蚕丝业日趋衰落的日本,对利用人工饲料,发展机械化养蚕,亦即所谓养蚕工厂化,寄予很大的希望,因而人工饲料的研究,曾一度进入高潮。到1975 年的人工饲料的配方已接近于定型化,研究也基本上结束，此后要继续进行探索的是围绕人工饲料实用化的其他问题,例如1976 年日本的蚕丝科研计划,包括:育成适合于人工饲料育的蚕品种;怎样在制种方面使用人工饲料,以给饵机为中心的机械化饲育;人工饲料育的蚕病对策;制丝加工技术如何配合
14、;人工饲料育的收益性和经营管理的对策等问题24。2.4桑蚕人工饲料作为一门新技术,它已不容置疑地得到社会的肯定。在研究方面,今后人工饲料育的发展方向,可归纳为如下几方面:2.4.1降低成本，提高饲料效率目前对桑或人工饲料的消化率约为30 %,小蚕人工饲料的饲料费要占总经费的50 60 %,桑生产费约占茧产值的50 %。如能降低人工饲料成本同时提高饲料效率,就能使蚕茧生产费用显著下降。通过品种改良,茧层量提高了0.2 0.5克,这主要是食下量的增加,并非饲料效率提高。畜收业1977年与1950年相比,饲料效率提高了一倍。因此培育适应人工饲料的蚕品种,还应重视提高育成蚕品种的消化率。2.4.2清净
15、育 人工饲料育所需环境为23 30 ,相对湿度80 一85 %,人工饲料富含营养物质及水分,在此环境中极易腐败。饲料中添加防腐剂及抗生素是有效的,但防腐剂量增加对蚕的生理有影响,故必须实行清净育,导入的空气要用防菌过滤器。2.4.3原蚕全龄人工饲料育 目前只有小蚕期使用人工饲料。全龄人工饲料育的实用化,在原种计划生产和防止微粒子病等方面是有很大意义的。近年来,人工饲料的组成巳显著改善,从技术角度讲,原蚕全龄人工饲料育是可能的25。2.5我国中国科学院实验生物研究所,于1964年前后,在蓖麻蚕的研究上,也进行过人工饲料的配制,他们用蓖麻叶加入洋菜或石花菜,添加微量的青霉素,配合糖和其他养料,制成
16、牙膏状的人工饲料,也能使蓖麻蚕结茧产卵。与日本相比,我国桑蚕人工饲料无论在研究方面还是实用化方面都有很大的差距,可以说,在我国人工饲料尚处于起步阶段。人工饲料研究作为科技储备,有着重要的战略意义。必须加快研究速度,缩小与日本的差距。已故蚕业界著名教授陆星垣曾预言:“小蚕人工饲料育,大蚕桑叶育,将成为我国蚕业发展的方向”。这是对我国蚕业今后发展趋势的高瞻远瞩。我国是个人多地少的国家,在浙江江苏等主要蚕区情况更是如此。要进一步发展蚕茧生产,按“先种桑,后养蚕”这种传统生产方式,势必与粮、棉等作物争地况且这种发展方式最后要受到土地的限制,人工饲料能够克服这些缺点。尽管人工饲料费用要比桑叶育高,但小蚕(l 3龄)饲料仅占全龄的5 %左右,且小蚕人工饲料育能有效地防病、包括防止氟化物等废气中毒、省力等桑叶育无法比拟的优点,所以,实行小蚕人工饲料育,大蚕桑叶
