多元化蠶桑品種選育的目標(biāo)需求和發(fā)展思路

廖森泰 李平平

(1廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣東廣州 510610;2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,廣東廣州 510642)

1 多元化蠶桑產(chǎn)業(yè)的概念和內(nèi)涵

1.1 多元化蠶桑產(chǎn)業(yè)概念的提出

中國(guó)是傳統(tǒng)的蠶絲業(yè)大國(guó),長(zhǎng)期以來,蠶桑生產(chǎn)的目的產(chǎn)物是生絲,人們形成了“種好桑、養(yǎng)好蠶、產(chǎn)好絲”的思維模式,蠶桑育種的主要目標(biāo)是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和抗性等經(jīng)濟(jì)性狀;因此,在此基礎(chǔ)上形成的蠶桑產(chǎn)業(yè)是一種單一的產(chǎn)業(yè)體系,也就是指現(xiàn)在的絹絲產(chǎn)業(yè)。

隨著人們對(duì)蠶桑產(chǎn)業(yè)的深入認(rèn)識(shí)后發(fā)現(xiàn),蠶桑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展如果僅僅靠發(fā)展絹絲產(chǎn)業(yè),已難以適應(yīng)市場(chǎng)變化和綜合效益提高的需求。國(guó)家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、中國(guó)工程院院士向仲懷教授多次提出,發(fā)展現(xiàn)代蠶絲業(yè)要走多元化之路,在絹絲產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)上,拓展新型桑樹產(chǎn)業(yè)、高效蠶產(chǎn)業(yè)等模式,為我國(guó)蠶絲產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了方向。

1.2 多元化蠶絲業(yè)的內(nèi)涵

關(guān)于多元化蠶絲業(yè)的概念和內(nèi)涵,我們先來看看蠶絲產(chǎn)業(yè)的基本狀況和發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的蠶絲產(chǎn)業(yè)體系,以生產(chǎn)蠶絲及絲綢制品為目的,稱之為絹絲產(chǎn)業(yè),包括種桑業(yè)、養(yǎng)蠶業(yè)、蠶繭收烘加工業(yè)、繅絲業(yè)、織綢業(yè)和絲綢制品產(chǎn)業(yè)。在發(fā)展絹絲產(chǎn)業(yè)的同時(shí),對(duì)蠶絲生產(chǎn)過程中的大量廢棄物,如蠶沙、蠶蛹、桑枝的利用以及次繭、繅絲下腳料制作絲棉產(chǎn)品等,已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,可統(tǒng)稱為蠶桑副產(chǎn)品綜合利用產(chǎn)業(yè)。

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)支撐和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論的指引下,有目的地以蠶、桑、繭、絲為生物材料,開發(fā)食品、藥材、新材料、動(dòng)物飼料等新產(chǎn)品,形成了一種全新的生物產(chǎn)業(yè)。另外,充分挖掘蠶絲業(yè)的文化價(jià)值和生態(tài)功能,來開展蠶絲文化旅游與開拓生態(tài)產(chǎn)業(yè)。

綜上所述,多元化蠶絲業(yè)的概念和內(nèi)涵就是充分利用蠶絲產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)的物質(zhì)和文化資源,以絹絲產(chǎn)業(yè)為基礎(chǔ),根據(jù)市場(chǎng)和社會(huì)的需求,拓展藥食用途、飼料用途、新材料用途和文化生態(tài)用途等新功能,形成一種全方位、高效益開發(fā)的新蠶絲產(chǎn)業(yè)模式。

2 多元化蠶桑品種的目標(biāo)需求

隨著多元化蠶絲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,必然會(huì)帶來對(duì)蠶桑品種的多元化的目標(biāo)需求,主要有食用、藥用、飼料與特殊材料用途等方面。

2.1 藥食用途的蠶桑品種

隨著蠶桑資源藥食用途的廣泛研究和開發(fā),選育最適合不同藥食用途的蠶桑品種,建設(shè)蠶桑藥食用途的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)基地,生產(chǎn)和提供最佳的藥食原材料,已成為蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求。我們?cè)岢鲂Q桑藥食用途育種技術(shù)體系的新概念,并把藥食用途的育種指標(biāo)確定為成分優(yōu)、抗性強(qiáng)、產(chǎn)量高、口感好[1]。

成分優(yōu):是指蠶桑品種的營(yíng)養(yǎng)成分均衡,生物活性成分豐富且有特色。我們對(duì) 100多個(gè)品種的桑葉、桑枝、桑椹的多糖、黃酮、生物堿和酚類物質(zhì)等生物活性成分進(jìn)行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)不同品種中的生物活性成分含量差異很大,最大的差距達(dá) 10倍之多[2-8]。在蠶品種方面,我們對(duì)結(jié)黃繭的黃血蠶 1號(hào)與結(jié)白繭的兩廣二號(hào)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分比較分析發(fā)現(xiàn),黃血蠶品種在粗蛋白、維生素(A、B、E)和不飽和脂肪酸等含量,均多于白血蠶品種兩廣二號(hào)[8]。以上結(jié)果說明不同品種的蠶、桑的營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性成分的含量差異較大,這為我們開展蠶桑藥食用途的育種提供了材料基礎(chǔ)。

抗性強(qiáng):是指蠶桑品種對(duì)病蟲害、化學(xué)污染和非正常環(huán)境的抵抗能力強(qiáng),表現(xiàn)出強(qiáng)健的生命力,以達(dá)到減少使用化學(xué)物質(zhì),保障蠶桑食藥用安全性的目的。國(guó)內(nèi)外的研究表明,蠶桑品種的抗性有一定的差距,通過對(duì)抗性種質(zhì)資源的挖掘,加上定向抗性選育,完全可以培育成抗性強(qiáng)的蠶桑品種。如廣東省華南農(nóng)學(xué)院蠶桑系等單位育成的多化性蠶品種“南農(nóng)七”,具有顯著的抗高溫、多濕能力[9];育成的二化性蠶品種“研 137×七湘”,具有很高的抗?jié)夂瞬?DNV)能力[10];育成的果桑品種“抗 10”,抗青枯病的能力很強(qiáng)[11],抗性蠶桑品種的選育,將是蠶桑藥食用途開發(fā)的重要手段。

產(chǎn)量高:是現(xiàn)行蠶桑育種體系的目標(biāo)之一,只有保證一定的產(chǎn)量,才能有效益,才能為蠶桑藥食用途提供低成本的材料。

口感好:主要指 2個(gè)方面,一是要求在營(yíng)養(yǎng)和活性成分豐富的基礎(chǔ)上,按產(chǎn)品的用途選擇一些風(fēng)味獨(dú)特、適口性好的品種材料,如用作食用桑葉的,則要求桑葉鮮嫩、纖維少;如用作果汁開發(fā)的果桑品種,則要求桑椹的糖酸比適中等。二是要求蠶桑藥食產(chǎn)品的食用安全,如蠶蛹的過敏性問題,要深入研究蠶蛹對(duì)人體的過敏機(jī)理,找出致敏性因子,從而選育出致敏性因子含量少的蠶品種,這將極大地促進(jìn)蠶蛹藥食用產(chǎn)品的開發(fā)。

2.2 飼料用途蠶桑品種

蠶桑物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富、取材容易、成本低廉,是一種優(yōu)良的動(dòng)物飼料來源。

2.2.1 桑葉 干桑葉中約含粗蛋白 22%、粗脂肪6%、可溶性碳水化合物 25%、粗纖維 10%[12],加上桑樹生長(zhǎng)快、耐采伐、生物量大的特性;因此,桑葉是理想的動(dòng)物飼料原料。目前我國(guó)保存的桑樹品種資源達(dá) 1 900多份,可根據(jù)不同動(dòng)物的需求選育不同性狀的桑樹品種。如作為奶牛的飼料,必須要桑葉中蛋白質(zhì)的含量高;如作為兔子的飼料,則桑葉中干物質(zhì)的含量要多,而水分的含量要低;如作為蛋雞的飼料,則桑葉中葉綠素要豐富,其作用是可加深蛋黃的顏色。雖然不同動(dòng)物對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)的需求不同,但是作為動(dòng)物飼料用途的桑樹品種,其育種目標(biāo)應(yīng)是耐采伐、產(chǎn)量高、干物質(zhì)多、適口性好等。耐采伐是指桑樹要適應(yīng) 1年多次的條桑收獲方式,還要發(fā)條能力強(qiáng),才能顯示出桑樹比一般牧草好的優(yōu)勢(shì);產(chǎn)量高是指桑樹耐水耐肥,單位面積產(chǎn)量高,才能提供優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的飼料原料;干物質(zhì)多是指桑樹光合作用能力強(qiáng),干物質(zhì)比重大而水分偏少;適口性好是指桑葉澀味、腥味小,動(dòng)物喜歡吃。

2.2.2 蠶蛹 蠶蛹是繅絲業(yè)的副產(chǎn)物,其蛋白質(zhì)、氨基酸含量較高,是一種飼用價(jià)值較高的蛋白飼料資源。研究發(fā)現(xiàn)蠶蛹中蛋白質(zhì)占 66.85%,氨基酸組成是賴氨酸 3.03%、色氨酸 0.68%、蛋氨酸1.60%、胱氨酸 3.31%;除精氨酸、苯丙氨酸和異亮氨酸的含量低于魚粉外,其它營(yíng)養(yǎng)成分都與魚粉相當(dāng),而蠶蛹的價(jià)格只是魚粉的 60%;蠶蛹含脂肪2.14%、碳水化合物 7.80%、灰分 2.80%、水分6.30%[13]。在所含脂肪中,不飽和脂肪酸含量豐富,以此飼養(yǎng)皮毛動(dòng)物可以增加毛絨產(chǎn)量,提高毛絨品質(zhì) ;蠶蛹作為飼料供養(yǎng)雞 、鴨 、豬 、牛 、羊 、兔,其效果較脫脂大豆粉及魚粉為好,可以提高家禽、家畜產(chǎn)品的品質(zhì),并且家禽、家畜食后易于消化與吸收。蠶蛹雖然是高蛋白、高脂肪的動(dòng)物性飼料;但蠶蛹中含甲殼素 4%～6%,這種物質(zhì)不易消化。此外,蠶蛹易氧化變質(zhì),再加上氨基酸不平衡,缺乏維生素,在某種程度上影響了它的生物學(xué)價(jià)值。

根據(jù)蠶蛹的營(yíng)養(yǎng)特性,作為動(dòng)物飼料用的蠶蛹品種的育種目標(biāo)需求應(yīng)包涵以下幾個(gè)方面,一是營(yíng)養(yǎng)成分豐富且均衡,特別是蛋白質(zhì)含量要高,氨基酸組成符合不同的動(dòng)物的需求,脂肪含量適中,不能太多,不飽和脂肪酸比例要高。二是甲殼素含量要低,以免動(dòng)物因不能消化甲殼素而造成消化不良。三是耐貯藏,繅絲后的蠶蛹極易酸敗或氧化變質(zhì),因此要選擇一些抗氧化能力強(qiáng)、不易酸敗的蠶蛹品種作為動(dòng)物飼料比較合適。

2.3 材料用途蠶桑品種

蠶絲是一種性能優(yōu)異的生物材料,可作為紡織、家用制品和化妝品等原材料使用,根據(jù)蠶絲不同材料的用途,應(yīng)選育不同的蠶品種。

2.3.1 特殊纖度繭絲蠶品種 繭絲纖度表示繭絲的粗細(xì)程度,生產(chǎn)上應(yīng)用的一代雜交種的平均繭絲纖度,一般春繭為 3.111～3.667 dtex,夏繭為2.200～3.000 dtex。

細(xì)纖度家蠶品種是指所吐繭絲較細(xì),即纖度比較小,一般為三眠蠶。三眠蠶的繭絲纖度約為1.778 dtex,且開差小,適合做高檔和服、超薄圍巾、內(nèi)衣等。竹澤俊明等[14]開展了“利用繭絲作康復(fù)醫(yī)療材料的技術(shù)開發(fā)”的研究,他們用特制的平面絲布進(jìn)行韌帶、肌腱的再造,用海綿狀立體構(gòu)造絲進(jìn)行軟骨的再造;血管的再造則采用經(jīng)過特殊制造工藝制作的管狀立體構(gòu)造絲作為細(xì)胞的培養(yǎng)載體。由于繭絲可以加工成各種立體形狀并富有彈性的構(gòu)造體,所以將其用來培養(yǎng)更為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的器官也是可望實(shí)現(xiàn)的。

粗纖度家蠶品種對(duì)于繅絲廠提高臺(tái)時(shí)產(chǎn)絲量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。開發(fā)粗纖度生絲的特殊用途,織造保型性好、耐磨損力強(qiáng)的西服面料,是當(dāng)前絲綢行業(yè)的重要課題;一般要求繭絲纖度在5.000 dtex以上。特殊纖度繭絲蠶品種一般通過品種資源挖掘利用和化學(xué)誘導(dǎo)少眠蠶等手段來獲得。2.3.2 天然色澤彩色繭蠶品種 自彩色棉成功研究應(yīng)用以來,人們對(duì)天然有色纖維珍愛有加,為了順應(yīng)人類消費(fèi)的多元化和回歸自然的要求,選育與應(yīng)用天然有色繭蠶品種,生產(chǎn)有色繭絲來代替化工染色絲,符合環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)。另外,有色繭能抑制真菌菌絲生長(zhǎng),用金黃色葡萄球菌進(jìn)行抗菌性試驗(yàn),證明竹青色繭對(duì)細(xì)菌的抑制效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于白繭,有色繭還具有很強(qiáng)的清除氧自由基的作用[15]。據(jù)山崎報(bào)道[16]黃綠繭品種“大造”的抗氧化能力是黃繭的 5倍,白繭的 7倍。穿著絲綢內(nèi)衣治療皮膚病的效果已被臨床證實(shí),有色繭絲制成的內(nèi)衣其療效要好于染色絲綢內(nèi)衣[17]。

在彩色繭蠶品種的種質(zhì)資源中有天然的彩色基因,許多較原始的蠶品種(土種)就是天然有色的。已研究發(fā)現(xiàn)的天然有色繭基因就達(dá) 10余種,各種有色繭基因單獨(dú)存在或相互組合可形成黃色、綠色、紅色、肉色等色彩豐富而艷麗的繭色[18]。但彩色繭的色素往往存在于絲膠中,在繅絲過程中隨著絲膠的溶解大部分顏色丟失;因此,可通過轉(zhuǎn)基因手段將色素基因?qū)氲浇z素中,使其顏色鮮艷而不褪色,西南大學(xué)已獲得了轉(zhuǎn)基因天然彩色蠶繭并已進(jìn)入中試應(yīng)用[19]。

作為彩色繭蠶品種育種的目標(biāo)需求,最重要的一點(diǎn)是色素的穩(wěn)固度,色素不但要存在于絲素中,還要對(duì)陽光、溫濕度等有穩(wěn)定性;其次是不同的彩色繭顏色鮮艷度不一,且多樣,只有搭配合理,才能完全替代化學(xué)染色;三是產(chǎn)量、抗性、潔凈等經(jīng)濟(jì)和品質(zhì)性狀較優(yōu),才能適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的需要。

2.3.3 絲綿專用蠶品種 除了傳統(tǒng)的利用蠶繭繅絲織綢以外,還可以用作絲綿產(chǎn)品開發(fā)。絲綿被是以天然蠶絲蛋白纖維為原料加工而成的,由于絲綿被對(duì)人體皮膚及心血管具有保健功效,更以輕軟舒適、保暖性好的特點(diǎn),深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的歡迎。用來生產(chǎn)絲棉的原料有:雙宮繭、削口繭、下繭和繅絲后的蛹襯,其中以雙宮繭制作的絲棉質(zhì)量最好。在蠶品種資源中有些品種雙宮繭率的比例較高,因此可以考慮選育雙宮繭率高的絲棉專用蠶品種。目前,對(duì)絲綿被進(jìn)行多功能性整理,賦予其抗菌、促進(jìn)人體血液微循環(huán)、持久芳香、保健衛(wèi)生功能等工藝的研究較為深入;但是,還沒有絲綿專用蠶品種,這也突顯了絲綿專用蠶品種的育種需求。

2.4 其它用途蠶桑品種

蠶桑種質(zhì)資源豐富多樣,如何充分挖掘、利用種質(zhì)資源的特殊性狀,也是蠶桑多元化育種的一個(gè)方向。

2.4.1 化妝品專用蠶品種 蠶絲由絲素和絲膠組成,一般絲膠含量約占 20%～27%,絲膠具有很好的保濕性能和抗氧化能力,能抑制酪氨酸酶活性,阻止黑色素的生成;因此,是化妝品的重要原料。絲膠一般是從蠶繭繅絲加工時(shí)所排出的精練液中回收,絲膠產(chǎn)品的品質(zhì)不高。日本育成的高絲膠蠶品種,繭層量達(dá) 70～80 mg,絲膠含量達(dá)到 98.5%[20]。浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所以裸蛹、常規(guī)蠶品種及彩色繭蠶品種為育種素材,通過雜交育種和絲膠含量跟蹤檢測(cè)等方法,初步構(gòu)建了包括不同顏色的高絲膠繭的 18個(gè)品種的資源庫(kù),絲膠蛋白含量均在93.92%以上[21],可直接用于生產(chǎn)高純度絲膠制品或繭殼作為天然粉樸使用。

2.4.2 廣食性人工飼料育專用蠶品種 家蠶是寡食性昆蟲,以桑葉作為主要飼料,但也有一些蠶品種兼食其它植物,如圓白菜、柿子、蘋果等。日本早在20世紀(jì) 60年代就篩選出能食圓白菜和蘋果的廣食性蠶品種。為了適應(yīng)工廠化全年養(yǎng)蠶的需要,開發(fā)出人工飼料養(yǎng)蠶技術(shù),圍繞人工飼料養(yǎng)蠶的需要,其專用蠶品種的選育尤為重要。人工飼料蠶品種的選育目標(biāo)一般要求是食性廣,對(duì)人工飼料有良好的攝食性,而具體來說就是蟻蠶的 24 h疏毛率高、蠶的生長(zhǎng)發(fā)育整齊度好、繭質(zhì)與桑葉育持平。

2.4.3 生態(tài)旅游用蠶桑品種 生態(tài)旅游的一個(gè)特點(diǎn)是通過觀察生物體進(jìn)行“獵奇”;因此,要展示的動(dòng)植物品種必須有觀賞價(jià)值。蠶桑種質(zhì)資源豐富,品種眾多,其中不乏有觀賞價(jià)值的品種,如彩色蠶繭、特殊斑紋家蠶、不同果型的果桑品種、垂枝桑品種以及龍曲桑品種等。加拿大以冬天觀賞楓葉來吸引游客,有一些桑樹品種,在冬天霜凍后,桑葉呈現(xiàn)出金黃色,也可作為生態(tài)旅游的專用桑品種。

3 構(gòu)建多元化蠶桑育種技術(shù)體系

多元化蠶絲業(yè)是在傳統(tǒng)的蠶絲業(yè)基礎(chǔ)上拓展的現(xiàn)代蠶絲業(yè),多元化蠶桑育種也應(yīng)在傳統(tǒng)蠶桑育種的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展,有必要重新構(gòu)建多元化蠶桑育種的技術(shù)體系,應(yīng)從以下三方面著手。

3.1 對(duì)蠶桑種質(zhì)資源進(jìn)行全面系統(tǒng)的鑒評(píng)

目前,全國(guó)保存蠶品種資源 800余份,桑品種資源 1 900余份,需要對(duì)這些蠶桑種質(zhì)資源經(jīng)濟(jì)性狀、生物學(xué)性狀進(jìn)行系統(tǒng)的鑒評(píng),尤其要對(duì)特殊的性狀進(jìn)行深入的研究,這些特殊的種質(zhì)資源可以直接篩選應(yīng)用,也可以作為育種材料來使用。蠶基因組測(cè)序和功能基因組的研究,為全方位、深度開發(fā)利用家蠶的價(jià)值打下了良好的基礎(chǔ),向仲懷院士也提出啟動(dòng)桑樹基因組的研究,這為桑樹多元化利用和桑樹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了技術(shù)保障。

3.2 制定多元化育種的指標(biāo)體系

根據(jù)不同的用途制定不同的育種技術(shù)指標(biāo),還要兼顧不同需求各指標(biāo)的協(xié)同平衡。如藥食用途的品種以營(yíng)養(yǎng)和活性成分為主,要兼顧產(chǎn)量、抗性、口感等指標(biāo);動(dòng)物飼料用途往往是以副產(chǎn)物利用為主,因此其品種應(yīng)在主產(chǎn)品要求高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗性的基礎(chǔ)上,優(yōu)先以營(yíng)養(yǎng)均衡和適口性為主;新材料用途則以性能為主,兼顧成本低的要求。

3.3 應(yīng)用高新技術(shù)手段培育蠶桑品種

多元化蠶桑育種應(yīng)以新功能用途為目標(biāo),還要兼顧經(jīng)濟(jì)性狀,因此以傳統(tǒng)的育種手段難以達(dá)到,必須要應(yīng)用高新技術(shù)育種手段培育多元化蠶桑品種。如物理、化學(xué)和太空誘變育種,容易在原有經(jīng)濟(jì)性狀的基礎(chǔ)上獲得特殊的功能性狀;還有多倍體誘變育種,可使桑樹獲得高產(chǎn),與優(yōu)質(zhì)相統(tǒng)一的性狀;轉(zhuǎn)基因育種更是一種以分子設(shè)計(jì)手段,快速達(dá)到功能目標(biāo)要求的高新技術(shù)育種手段,西南大學(xué)[22]已成功獲得了抗病和彩色蠶繭的轉(zhuǎn)基因蠶品種材料,為蠶桑轉(zhuǎn)基因育種提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

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