家蠶天然彩色繭資源的研究現(xiàn)狀與開(kāi)發(fā)前景

孟繁利，艾均文，薛 宏，何行健，鐘天生，萬(wàn) 飛

（湖南省蠶?？茖W(xué)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410127）

我國(guó)是蠶絲業(yè)的發(fā)祥地，為世界創(chuàng)造了絢麗多彩的絲綢文化，同時(shí)也為人類留下了豐富的家蠶資源。早在桑蠶繭開(kāi)始應(yīng)用的時(shí)候，天然彩色繭也同時(shí)被發(fā)現(xiàn)，但作為“纖維皇后”的蠶絲在目前國(guó)際市場(chǎng)上幾乎都是白蠶絲，天然彩色絲所占比例極少。隨著人們生活水平的提高與消費(fèi)觀念的改變，天然彩色織物給紡織領(lǐng)域帶來(lái)了一場(chǎng)“綠色革命”，關(guān)于天然彩色繭的研究成為新的熱點(diǎn)，其產(chǎn)品也呈現(xiàn)出很大的市場(chǎng)潛力和廣闊的商業(yè)前景。

1 天然彩色繭資源的多樣性與成色機(jī)理

天然彩色繭的品種繁多，這些豐富的色彩是古桑蠶模擬各自特殊的生活環(huán)境而形成的特有的蠶繭保護(hù)色，用以增強(qiáng)蠶蛹對(duì)敵害、病害和不良環(huán)境的抵抗能力，是生態(tài)意義上的需要。在古桑蠶的天然彩色的基礎(chǔ)上，通過(guò)人工馴化可以形成更多的天然彩色繭資源[1]。這些彩色繭資源也與大量家蠶個(gè)體的單一且短暫的馴化所形成的基因組遺傳變異圖譜相一致[2]。目前各研究機(jī)構(gòu)保存的家蠶天然彩色繭資源主要有黃紅繭系和綠繭系兩大類。黃紅繭系包括淡黃、金黃、肉色、紅色、蒿色、銹色等，其繭色源于桑葉中非極性的類胡蘿卜素和極性的葉黃素類色素，前者包括β-胡蘿卜素和新生β-胡蘿卜素，后者包括葉黃素、蒲公英黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、次黃嘌呤黃質(zhì)等，其色素分布于絲膠中。綠色繭系的色素則是來(lái)自于體內(nèi)生成的黃酮類色素，其色素分布于絲膠及絲素中。不論是黃紅繭系還是綠色繭系，其繭色的形成都由一個(gè)或多個(gè)的基因控制、涉及到一個(gè)紛繁復(fù)雜的通路并受到多種因素的影響。色素物質(zhì)要從桑葉到達(dá)絲腺內(nèi)與絲物質(zhì)結(jié)合，必須要經(jīng)過(guò)家蠶的消化道，透過(guò)消化管壁，經(jīng)過(guò)血液、透過(guò)絲腺壁而最終與絲素或絲膠結(jié)合。在這個(gè)過(guò)程中，消化液的作用，中腸壁的透過(guò)能力與透過(guò)部位、血液的氧化能力、色素物質(zhì)的移動(dòng)速度，絲腺壁的透過(guò)性，絲腺的吸收部位以及色素物質(zhì)與絲蛋白的結(jié)合能力等都會(huì)直接影響到繭色的形成，所以繭絲的顏色種類及深淺不僅與這些色素的成分和含量有關(guān)，更主要是受到消化管和絹絲腺管壁的透過(guò)性影響。

研究表明，綠色繭的遺傳相對(duì)簡(jiǎn)單，由獨(dú)立遺傳的 Gc（15-？）與互補(bǔ)遺傳的 Ga（？）/Gb（7-7.0）等基因控制[3]。Gc基因控制的綠色對(duì)白色為不完全顯性[4]。黃紅繭系繭色的表現(xiàn)則多種多樣，不僅顏色種類多，深淺差異很大，而且蠶繭的內(nèi)層或外層顏色也不一致。因此，從形態(tài)遺傳上就可以判斷其控制基因多、遺傳機(jī)理復(fù)雜。目前，已知與黃紅繭系繭色形成有關(guān)的基因有20多個(gè)[3]。這在一定程度上也暗示了對(duì)天然彩色繭資源實(shí)用化改造的復(fù)雜性。

2 天然彩色繭絲的優(yōu)良特性

2.1 彩色繭絲的高微空隙率

由于絲素中非結(jié)晶區(qū)的存在，在絲素分子間存在一些細(xì)微的空隙，加上非結(jié)晶區(qū)中親水性較大的氨基酸與水能形成氨鍵結(jié)合，故絲素纖維具有良好的吸濕、散濕、透氣的性能，蠶絲也被賦予了“人體空調(diào)”的美譽(yù)[5]。梁海麗等[6]通過(guò)繭絲切面結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，黃色繭絲的絲蛋白分子間孔隙率比白色繭絲的大37%～53%，由此推測(cè)其柔韌性、保暖性、吸放濕性和通氣性都優(yōu)于白色繭絲。同時(shí)，多孔絲纖維還有類似活性炭的作用，能夠消臭，使衣著清爽宜人。蠶絲的微孔隙結(jié)構(gòu)也決定了蠶絲能夠印染的特性[5]，天然彩色絲空隙率比白色蠶絲高，可以作為某些物質(zhì)的良好載體，也可開(kāi)發(fā)多功能的彩色絲新材料。

2.2 彩色繭絲的高色素含量

利用分光光度法測(cè)定A 510 nm，得出黃色絲的黃酮色素含量比白蠶絲高33%，綠色絲比白蠶絲高5倍[6]。同時(shí)測(cè)定A 445 nm，發(fā)現(xiàn)黃色絲的類胡蘿卜素比白蠶絲高33.2倍，綠色絲比白蠶絲高9.2倍。而黃酮類在生物體的細(xì)胞內(nèi)代謝形式（即與巰醇類，特別是谷胱甘肽GSH結(jié)合、氧化代謝、與細(xì)胞色素P450相關(guān)的代謝）表明，其具有抗氧化、清除自由基、抗衰老、防心血管疾病、抗癌防癌等作用[7-8]。動(dòng)物包括昆蟲(chóng)不能體內(nèi)合成類胡蘿卜素，只能從植物等外源物質(zhì)中獲取。但類胡蘿卜素在生物體中發(fā)揮著重要生理作用，是人體合成維生素A的前體，是重要的抗氧化劑，能降低癌癥與心血管疾病的發(fā)病率[9-10]。而葉黃素能有效防治黃斑變性、白內(nèi)障等與衰老有關(guān)的眼科疾病[11]。

2.3 彩色繭絲的高SOD含量

采用改進(jìn)的黃嘌呤氧化法-羥胺法測(cè)定超氧化物歧化酶（Superoxide dismut-ase，SOD）活性，棉纖維只有微弱的SOD活性，家繭彩色繭絲的SOD活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于棉纖維，也高于白繭絲，其中綠繭絲的SOD活性比棉纖維高30倍，超過(guò)白繭絲近3倍；黃繭絲比棉纖維高15倍，超過(guò)白繭絲50%[6]。生物在生命活動(dòng)中，特別是在不良環(huán)境中會(huì)不斷產(chǎn)生超氧陰離子自由基、單線態(tài)氧、過(guò)氧化氫、羥自由基等多種活性氧自由基和功能破壞分子，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒害。SOD能夠清除機(jī)體內(nèi)過(guò)量的自由基，使機(jī)體免受自由基毒害，如SOD制劑可以延緩皮膚衰老，具有養(yǎng)顏的作用。繭絲分解自由基的活性，是蠶繭遮蔽紫外線功能的有效補(bǔ)充。

2.4 彩色繭絲的強(qiáng)抗菌功能

黃色葡萄糖球菌、MRSA、綠膿菌、大腸桿菌、枯草桿菌和黑色芽孢菌（G+）是生活環(huán)境和人體常見(jiàn)的病菌，特別是夏季人體出汗、皮膚破損后極易滋生，也很難殺死。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)[6]，家蠶天然彩色繭絲對(duì)上述頑固病菌的生長(zhǎng)抑制效果比白蠶絲更佳，由此推測(cè)它對(duì)大多數(shù)其它菌種均有相當(dāng)?shù)囊种乒π?。試?yàn)還發(fā)現(xiàn)繅絲時(shí)蠶絲保留了部分絲膠，因而繭絲也有很好的抗菌能力；彩色繭絲的抗菌效果也使得利用家蠶天然彩色繭絲為材料做成的服飾有很好的保健作用。

2.5 彩色繭絲的強(qiáng)防紫外線能力

人體皮膚變黑就是因?yàn)楹谏丶?xì)胞中的酪氨酸酶，將角朊組分中的酪氨酸氧化，最后聚合成黑色素，而紫外線照射能加速這一過(guò)程[12]。由于彩色絲使用了新的繅絲工藝，在生絲中留存了更多的絲膠，而絲膠具有抑制酪氨酸酶活性的特性，因此，使用彩色絲開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品能有效抑制皮膚中黑色素的生成，保持皮膚的白嫩。桑蠶絲對(duì)波長(zhǎng)在280 nm左右的紫外線（UV-B，波長(zhǎng)為275～320 nm）有很好的遮蔽和吸收作用[13]。胡智文等[14]的試驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)固膠、漂練的家蠶天然黃色生絲，在紫外線照射下減色很少，即色彩基本不變，說(shuō)明彩色繭絲具有吸收紫外線的能力。此外，經(jīng)過(guò)固膠技術(shù)處理的絲纖維符合內(nèi)衣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，從而可提高服裝的質(zhì)量。

3 天然彩色繭絲的利用現(xiàn)狀

人類對(duì)天然彩色繭資源開(kāi)發(fā)利用的歷史悠久，但一直面臨兩大難題：一是產(chǎn)量低，產(chǎn)量只有20～30 kg/張，僅為普通白繭產(chǎn)量的50%～70%；二是色澤不牢固，蠶繭在加工成絲以至服裝的過(guò)程中，不能穩(wěn)定保存色素，而且有色絲膠難以均一除盡而形成花斑絲并嚴(yán)重影響生絲品質(zhì)。因而，在上世紀(jì)30～50年代的品種改良中逐漸淘汰了有色繭品種，也是目前阻礙天然彩色絲規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的主要障礙。

3.1 東南亞天然彩色繭絲的利用現(xiàn)狀

東南亞各國(guó)天然彩色繭資源十分豐富，具有利用天然彩色絲的傳統(tǒng)，其中柬綢、泰綢等極具民族特色，且有一定規(guī)模的彩色繭及其絲織品的生產(chǎn)能力。由于泰國(guó)的蠶農(nóng)普遍信仰佛教，他們把黃色視為吉祥，故近半數(shù)的蠶農(nóng)自己繁殖多化性的黃繭土種，約25%為多化性種，20%為二化性雜交種，但品種的生產(chǎn)水平很低[13,15]。引進(jìn)優(yōu)良二化性品種后，蠶農(nóng)進(jìn)行了天然彩色繭品種的更新研究工作，如黃色繭品種B1×土種，其產(chǎn)繭量有一定提高[16]。目前柬埔寨飼養(yǎng)的桑蠶幾乎全部是金黃色繭品種，蠶農(nóng)自留蠶種，純種飼養(yǎng)。蠶農(nóng)在蠶結(jié)繭后立即活蛹繅絲，繅制的蠶絲仍然保留了鮮艷的色彩，繅絲采用的是傳統(tǒng)的手工方法，每粒繭能夠繅絲300～700 m，生絲色澤金黃，絲膠留存很多，容易并結(jié)，手感硬，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步水煮處理，手感變得柔軟，但色澤變淡，織物比較硬挺、爽身，很適合柬埔寨的氣候[17-18]。然而，彩色制品的開(kāi)發(fā)受到品種與傳統(tǒng)生產(chǎn)水平的制約，難以大規(guī)模發(fā)展。

3.2 日本天然彩色繭絲的利用現(xiàn)狀

明治維新時(shí)期日本首相就制訂“二線國(guó)策”，確立了以生絲貿(mào)易為基軸的對(duì)外貿(mào)易體制，對(duì)養(yǎng)蠶業(yè)也實(shí)施重獎(jiǎng)?wù)?，推?dòng)了蠶絲業(yè)的迅速發(fā)展，建立了許多現(xiàn)代養(yǎng)蠶技術(shù)體系。其后日本在對(duì)中國(guó)、朝鮮、東南亞發(fā)動(dòng)侵略戰(zhàn)爭(zhēng)的同時(shí)，也開(kāi)始對(duì)這些地區(qū)的蠶桑等資源進(jìn)行掠奪，收集了包括天然彩色繭在內(nèi)的許多寶貴資源[19]。日本現(xiàn)在的彩色繭絲開(kāi)發(fā)利用技術(shù)有了較大的發(fā)展，已經(jīng)育成了幾對(duì)實(shí)用水平很高的蠶品種，比如1994年鐘紡公司合成的黃繭鍾光×黃玉品種，是日本推廣最普遍的彩色繭蠶品種；1998年通過(guò)審定的群馬×中125品種，蠶絲色澤金黃，十分華貴，在日本已經(jīng)成為生產(chǎn)“黃金絲”的主推品種，同時(shí)還聲稱已經(jīng)開(kāi)發(fā)出金黃色蠶絲的色素固定技術(shù)，其織物能夠水洗；2000年日本農(nóng)林水產(chǎn)省下屬的農(nóng)業(yè)生物資源研究所，利用色素存在于絲素中的天然彩色繭資源開(kāi)發(fā)出含有黃酮色素綠繭品種PNG×PCG，這種蠶絲有獨(dú)特的抗菌作用[13]。

3.3 中國(guó)天然彩色繭絲的利用現(xiàn)狀

中國(guó)地域遼闊，有豐富的天然彩色繭資源，同時(shí)也有悠久的天然彩色繭利用開(kāi)發(fā)歷史。目前，我國(guó)也先后育成了幾對(duì)實(shí)用品種。2007年，羅朝斌等[20-21]育成了天然綠色繭品種“渝黔綠繭”（C101×N101），繭絲長(zhǎng)1 100 m左右，解舒率在80%左右，鮮繭出絲率為16.5%，解舒絲長(zhǎng)900 m左右，其原蠶好養(yǎng)好繁。隨后，又用“871×872”作輪回親本，育成了“渝黔黃繭”（G101×Y101），其繭層率達(dá)到了 23.24%，為輪回親本的92.26%。2007年該品種通過(guò)貴州省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定[22-23]。蘇州大學(xué)選育出高產(chǎn)彩色黃繭蠶品種“彩繭1號(hào)”[24]，產(chǎn)量與普通白繭基本持平，達(dá)到40 kg/張。試驗(yàn)結(jié)果表明，該彩繭在加工成絲以至服裝的過(guò)程中，色素保持穩(wěn)定，制出的成品服裝可以經(jīng)過(guò)50次水洗、200 h日光曬而不褪色，2008年該品種通過(guò)了江蘇省蠶品種審定委員會(huì)審定。蘇州大學(xué)還獲得了2項(xiàng)關(guān)于天然彩色繭加工技術(shù)的發(fā)明專利，他們能利用尿素與硫脲等色素轉(zhuǎn)移劑將天然色素轉(zhuǎn)移到絲素中，使色素含量提高了 2～3 倍[25-26]。

4 天然彩色繭絲的開(kāi)發(fā)利用前景

目前，對(duì)蠶絲進(jìn)行著色的方法有4種。第一，使用最多的為印染加工，幾乎占絲綢著色加工的97%；第二，蠶期添加人工合成色素[27]；第三，利用天然彩色繭資源；第四，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，獲得轉(zhuǎn)控制天然色彩基因的家蠶材料[28]。但前2種方法會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不符合當(dāng)前“綠色、環(huán)保、自然、健康、低碳”的消費(fèi)趨勢(shì)，也與“資源節(jié)約，環(huán)境友好”的發(fā)展理念相悖。轉(zhuǎn)基因家蠶是當(dāng)前生物工程技術(shù)發(fā)展的最新成果，代表著未來(lái)的發(fā)展方向，但在色素得以穩(wěn)定導(dǎo)入的同時(shí)，也改變了絲的結(jié)構(gòu)，或多或少地影響到蠶絲的加工，甚至產(chǎn)生新的技術(shù)難題，特別是轉(zhuǎn)基因品種要經(jīng)過(guò)國(guó)家的生態(tài)安全論證與審批，所以，轉(zhuǎn)基因家蠶技術(shù)的發(fā)展還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。因此，在紡織服裝業(yè)碳標(biāo)簽“來(lái)襲”之前，利用天然彩色繭資源是最簡(jiǎn)捷、最環(huán)保、最低碳的方法，深度挖掘天然彩色繭資源，生產(chǎn)出雍容華貴、絢麗多彩、輕柔飄逸、綠色低碳的蠶絲產(chǎn)品是振興我國(guó)傳統(tǒng)蠶桑產(chǎn)業(yè)的必然途徑。

我國(guó)加入世貿(mào)組織后，蠶桑行業(yè)是少數(shù)幾個(gè)在國(guó)際市場(chǎng)占據(jù)壟斷地位的行業(yè)之一?，F(xiàn)在，我國(guó)絲綢貿(mào)易占世界絲綢貿(mào)易的70%，但單件絲綢產(chǎn)品平均價(jià)格僅是法國(guó)的1/10，韓國(guó)的1/3，因此，我國(guó)只是量上的“絲綢大國(guó)”，還遠(yuǎn)不是質(zhì)上的“絲綢強(qiáng)國(guó)”，必須順應(yīng)國(guó)際紡織品貿(mào)易發(fā)展趨勢(shì)，徹底改變以往的低層次價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，提高產(chǎn)品的附加值和技術(shù)含量，發(fā)展從資源開(kāi)發(fā)、原料生產(chǎn)、織造到印染均充分體現(xiàn)環(huán)保的綠色紡織品，贏得通往國(guó)際市場(chǎng)的“綠色入場(chǎng)券”[29]。目前，60%的蠶絲產(chǎn)品需印染加工，每年約有5～6萬(wàn)t，有近800萬(wàn)盒蠶種的飼養(yǎng)規(guī)模；而低碳環(huán)保的天然彩色絲能夠減少印染加工工序，符合現(xiàn)代服飾對(duì)綠色自然的追求與多元化及個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)前景非常廣闊。

5 湖南開(kāi)發(fā)利用天然彩色繭資源的建議

湖南具有悠久的栽桑養(yǎng)蠶歷史。長(zhǎng)沙馬王堆漢墓出土的“素紗禪衣”可謂“薄如蟬翼”、“輕若煙霧”，且色彩鮮艷，紋飾絢麗，它代表了西漢初養(yǎng)蠶、繅絲、織造工藝的最高水平?！跋胬C”以其獨(dú)特風(fēng)格和高超繡藝傲立于“四大名繡”之列，成為湖南乃至國(guó)家的“藝術(shù)名片”。湖南的蠶絲產(chǎn)業(yè)有其深厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)與文化底蘊(yùn)，深度挖掘天然彩色繭資源，順應(yīng)低碳環(huán)保、天然織物的紡織領(lǐng)域“綠色革命”趨勢(shì)，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，但必須采取相應(yīng)舉措，發(fā)揮湖南省蠶桑產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。一是在做好天然彩色繭資源引進(jìn)與保護(hù)的同時(shí)，注重天然彩色繭基礎(chǔ)資源的創(chuàng)新；二是加快天然彩色繭資源的實(shí)用化研究進(jìn)程，注重育種技術(shù)的創(chuàng)新。天然彩色性狀幾乎都是多基因控制，可以參照家蠶近等基因系培育的方法[30]，采用回交與自交相結(jié)合進(jìn)行修飾回交，分裂交配與系統(tǒng)選育相結(jié)合進(jìn)行優(yōu)良基因與色彩基因的聚合育種；三是利用湖南蠶桑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展平臺(tái)，建立天然彩色資源開(kāi)發(fā)基地，實(shí)行“公司+基地+蠶桑專業(yè)戶”的經(jīng)營(yíng)模式，進(jìn)行優(yōu)良特色繭的訂單化生產(chǎn)，開(kāi)發(fā)“湘繡”系列產(chǎn)品，做大做強(qiáng)湖南的“湘繡”品牌產(chǎn)業(yè)。

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