天然彩色繭資源的綜合利用*

譚 端 卜釹平 胡 海 代方銀

(農業(yè)部蠶桑功能基因組與生物技術重點實驗室，西南大學生物技術學院，重慶 400715)

天然彩色繭資源的綜合利用*

譚 端 卜釹平 胡 海 代方銀

(農業(yè)部蠶桑功能基因組與生物技術重點實驗室，西南大學生物技術學院，重慶 400715)

本文系統介紹了天然彩色繭資源的基本概況和綜合利用前景，天然彩色繭新品種的培育，以及其獨特的吸放濕性、通氣性、保暖性、紫外線吸收能力、高色素含量、抗菌性、抗氧化性等優(yōu)良特性，指出開發(fā)和綜合利用天然彩色繭資源，具有良好的經濟和社會效益，其產品具有獨特的市場競爭力。

天然彩色繭；資源；品種；優(yōu)良特性；利用

中國是蠶絲的發(fā)源地，人們開發(fā)和利用蠶絲已經有5 000多年的歷史[1]。中國也是全世界最大的蠶絲生產國，目前的蠶絲產量占世界總產量的74%，占世界出口市場的90%。相比白廠絲而言，國際生絲市場上天然彩色繭絲稀缺，但是其價格是染色絲產品的3～30倍[2]。天然彩色繭絲色彩豐富自然、色調柔和，而且還具有保濕、抗紫外線、抗氧化、抗菌等優(yōu)良特性。同時，天然彩色繭絲可免去印染過程所造成的環(huán)境污染，符合紡織業(yè)“綠色革命”要求。除了彩色繭絲運用于傳統的紡織工業(yè)，其在醫(yī)療、食品、工業(yè)等方面可以得到廣泛的應用，具有廣闊的開發(fā)和利用前景。

1 天然彩色繭絲資源

天然彩色絲色彩自然，色調柔和，部分繭色是目前染色工藝難以企及的色彩。在能夠吐絲結繭的20多種絹絲昆蟲中，其中大部分昆蟲能吐出彩色絲[3]，而且絕大多數昆蟲屬于鱗翅目(Lepidoptera)。

1.1 家蠶的彩色繭資源

家蠶(Bombyxmori)的繭色豐富多彩，是其它絹絲昆蟲無法超越的。家蠶彩色繭資源主要有兩大類，分別是黃紅繭系和綠繭系。普通白繭對黃繭是隱性，但是歐洲白繭對黃繭為顯性。黃紅繭系主要包括淡黃、金黃、肉色、紅色、蒿色、銹色等，其繭絲的顏色來源于桑葉中非極性的類胡蘿卜素色素(β-胡蘿卜素、新生β-胡蘿卜素)和極性的葉黃素類色素(葉黃素、蒲公英黃質、紫黃質、次黃嘌呤黃質)，且色素分布于絲膠中。綠色繭系主要包括淡綠色和綠色，色素主要來自于蠶體內生成的黃酮類色素，且色素分布于絲膠及絲素中[1]。

1.2 野蠶的彩色繭資源

一些野蠶也是優(yōu)質的天然彩色繭基因資源，主要屬于鱗翅目的蠶蛾科(Bombycidae)和大蠶蛾科(Saturniidae)，包括蠶蛾科的野桑蠶(Bombyxmandarina)，大蠶蛾科的柞蠶(Antheraeapernyi)，天蠶(Antheraeayamamai)，栗蠶(Dictyoplocajaponica)，樗蠶(Samiacynthia)，琥珀蠶(Antheraeaassamensis)，柳蠶(ActiasSelene)，透目大蠶(Rhodiniafugax)等。野蠶繭色豐富多彩，詳見表1[4-7]。

表1 家蠶與野蠶的繭色特征

2 彩色繭品種的培育及創(chuàng)制

2.1 利用天然彩色繭資源培育家蠶彩色繭品種

天然彩色繭的繭色受多種基因控制，其遺傳機理十分復雜。黃紅繭系基因均以黃血基因Y的存在為前提條件，但黃血抑制基因I(控制類胡蘿卜素從中腸上皮細胞到血淋巴的轉運)對Y基因有抑制作用，使類胡蘿卜素分解，金黃繭基因C(控制類胡蘿卜素從血淋巴到中部絲腺的轉運)與Y、I基因共同控制了蠶繭的最終色彩[8]。控制綠繭系的基因：互補基因Ga(座位不明)和Gb(7-7.0)、獨立控制綠繭的基因Gc(15- ?)、綠繭d(Gd)和新綠繭Gn[1，9]。此外，還有熒光繭色的黃熒光色基因YF和紫外熒光基因Yf，它們的作用都是在中腸和血液內合成綠繭色素，前者繭絲呈現出黃熒光色，后者繭絲呈現紫熒光色[10]。

地方種中有豐富的彩色繭資源，如黃紅繭系：魯黃1、魯黃2、魯黃8、魯黃10、魯108、大毛、二毛、大錘把子、安康4、玫瑰紅繭、大團圓、盱眙1、珠桂、中十四等；綠繭系：武功種、碧蓮等[11]。

利用豐富的家蠶和野蠶的天然彩色繭品系與現行優(yōu)良的生產用種進行雜交育種，可選育出繭色純正、均一、產絲量高、抗性強的天然彩色繭品種。國內外許多研究院(所)、高等學校已經成功培育出一系列實用的天然彩色繭品種。在國內，西南大學蠶桑學重點實驗室首先育成了“西農綠繭1號”，之后相繼育成彩色繭配套品種，包括“金色211”、“渝黔綠繭”、“渝黔黃繭”(后二者與貴州省蠶業(yè)研究所合作育成)等，通過審定在產業(yè)上應用；同時育成銹色繭、紅色繭基礎品種，逐步實用化。浙江大學動物科學院蠶蜂系也培育了紅色、黃色、綠色等實用的天然彩色繭品種[12]；安康學院已經培育出我國首個利用野桑蠶繭色基因育成的天然彩色繭家蠶品種—“金絲一號”[13-14]，“限性蠶品種黃繭一號”[15]；蘇州大學培育了“彩色一號”等；四川省蠶業(yè)研究所培育了彩色繭品種“夏黃×秋色”[16]、“蜀黃1號”[17]，等等。在國外，日本有限性黃繭品種“黃白”、“日3·日4×中3·中4”、“黃繭鍾光×黃玉”、綠繭品種“PNG×PCG”等[18]。其它一些國家如印度、越南等都有利用天然彩色繭品種的習慣。

2.2 利用轉基因技術育成新型家蠶彩色繭絲品種

利用轉基因技術，直接將外源有色基因引入家蠶個體，可克服遺傳壁壘和有限育種資源的局限，對獲得轉基因彩色繭新品種具有深遠的意義。轉基因技術具有在短時間內獲得擁有目的性狀的家蠶純合體的特性，國內外的科學家已經運用該技術創(chuàng)造了一些家蠶新的彩色繭品種和育種素材。

2.2.1 轉天蠶絲基因家蠶新品種

中國科學技術大學的李振剛等[19]通過交變脈沖電泳轉基因技術將天蠶絲素基因轉移到家蠶基因組中，經過10多年的試驗研究，培育出具有天蠶優(yōu)良絲質性狀的家蠶新品種。這種轉基因家蠶絲在F1代中出現了約20%的淡綠色繭，F2代中則有近60%的繭為淡綠色。它們與天蠶的黃綠繭相近，而明顯不同于家蠶白繭。具有抗酸堿性強、有閃爍光澤、手感柔軟、富于強伸力的優(yōu)良特點，其織物堅牢，不易皺。因此具有良好的市場前景。

2.2.2 轉綠色熒光蛋白基因家蠶彩色繭新品種

在國內外，有許多科研單位都嘗試用轉基因手段培育新型家蠶彩色繭絲品種。經過多年的探索和研究，轉基因家蠶彩色繭絲品種已經培育成功。西南大學的趙愛春等[20]將增強型綠色熒光蛋白(enhanced green fluorescent protein, EGFP)基因通過piggyBac轉座子系統轉入家蠶，成功獲得了在絲腺中特異性高表達綠色熒光蛋白(GFP)的轉基因家蠶綠繭材料。其特征為：繭色在自然光下呈綠色，且具有綠色熒光特性，命名為西綠，已獲得農業(yè)部安全評價中試許可(農基安辦字2010-T317)[21]?；趐iggyBac轉座載體的轉基因系統，因轉座子在基因組上隨機跳躍，因此品種的性狀存在不穩(wěn)定、易退化的現象。隨著科學技術的不斷更新發(fā)展，鋅指核酸酶(Zinc-finger nucleases，ZFNs)、TALENs[transcription activator-like (TAL) effector nucleases]、CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)等新的基因組編輯技術的出現，轉基因的效率提高，轉基因性狀更穩(wěn)定，相信在不久的將來一定會創(chuàng)造出豐富多彩的新型的彩色繭絲品種。

3 天然彩色繭的優(yōu)良特性

天然彩色繭絲除了在色彩、色調上的優(yōu)勢外，其在保濕、抗紫外線、抗菌、抗氧化等方面均比白繭絲更突出，可以開發(fā)出多元化的產品，迎合現代人對商品的要求。

3.1 優(yōu)良的吸放濕性、通氣性、保暖性

與白色蠶絲相比，天然彩色蠶絲的絲蛋白分子間空隙率大，最多可達10%，是天然的多孔性蛋白質纖維。因此，天然彩色繭織物具有良好的柔韌性、吸放濕性、透氣性、保暖性。同時，多孔的絲蛋白纖維還有類似活性炭的作用，能夠除臭，使衣著清爽宜人。

3.2 較強的紫外線吸收能力

胡智文等[22]的研究結果表明，經過固膠、漂練的家蠶天然黃色生絲，在紫外線的照射下色彩基本不變，具有較強的紫外線吸收能力。桑蠶絲對于容易誘發(fā)基因突變、導致皮膚癌等的波長在280 nm左右的紫外線(UV-B，波長為275～320 nm)有很好的遮蔽和吸收作用。徐世清等[3]的試驗證明，天然彩色蠶絲有很好的紫外線吸收能力，用紫外線長時間照射蠶繭，繭內的蠶蛹發(fā)育和羽化的蠶蛾及后代正常，但將蛹從繭內取出后直接照射，蠶蛹會受到嚴重影響，羽化的蠶蛾和后代畸形多。因此天然彩色繭絲對紫外線有較強的抵抗能力。

3.3 彩色繭絲的高色素含量及保健作用

梁海麗[23]等的研究結果表明家蠶天然彩色繭絲的黃酮色素含量和類胡蘿卜素含量顯著高于白繭絲。與白繭絲相比，黃繭絲黃酮色素的含量高33%，綠繭絲則高出 5 倍；類胡蘿卜素的含量黃繭絲高33.2倍，綠繭絲則高出9.2倍。據報道，適量攝入黃酮類化合物能減少癌癥、腫瘤、心血管疾病、脂質過氧化以及骨質疏松等疾病的發(fā)病率[24]。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，能增加機體的免疫力等[25]。

3.4 彩色繭絲的強抗菌能力

黃色葡萄糖球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿菌、枯草桿菌等是生活環(huán)境和人體常見的病菌，特別是夏季人體出汗或皮膚破損后極易滋生。研究發(fā)現家蠶天然彩色繭絲對上述病菌的抑制效果比白色蠶絲更好[23，26]，而且家蠶天然彩色繭絲中高含量的黃酮色素和類胡蘿卜素，使之具有更好的抗菌效果。

3.5 彩色繭絲的強抗氧化能力

生物在生命活動中，特別是在不良環(huán)境中會不斷產生超氧陰離子自由基、單線態(tài)氧、過氧化氫、羥自由基等多種活性氧自由基和破壞功能分子，對機體產生毒害。超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)能夠清除機體內過量自由基，使機體免受自由基毒害，而且還具有抗衰老的特殊效果。已有的研究結果表明家蠶彩色繭絲的SOD活性遠遠高于棉纖維(有微弱的SOD活性)，也高于白繭絲，其中綠繭絲的SOD活性比棉纖維高30倍，超過白繭絲近3倍[23]。Chikara Hirayama等[27]從家蠶黃繭的乙醇提取物中分離得到了含有兩種脯氨酸的櫟皮黃酮類物質，有較強的抗菌、抗氧化的活性[28-29]。此外，彩色繭絲中的類胡蘿卜素也是重要的抗氧化劑[25]。

4 天然彩色繭的綜合利用

4.1 紡織工業(yè)上的應用

桑蠶彩色繭絲具有良好的柔韌性、保暖性、吸放濕性和通氣性，較強的紫外線吸收能力，較強的抗菌能力，且不含對人體有害的染料成分，是一種理想的貼身穿著衣料，可以制作成高檔的內衣、睡衣、睡袍。除此之外，還可以制作成各類服裝、領帶、圍巾、床上用品(蠶絲被、蠶絲毯)等。相比于白繭絲而言，彩色繭絲價格高，相應的產品不僅迎合人們崇尚自然的消費觀念，同時也具有較高的價格，因此具有更大的經濟效益。其它絹絲昆蟲的彩色絲的開發(fā)應用前景也十分廣闊。天蠶絲具有優(yōu)良的絲纖維特性，高雅、柔和的特點，可以制成高檔、華貴的織物面料，刺繡用線，以及各類飾品。柞蠶絲手感柔軟而具彈性，其紡織制品剛性強、耐酸堿性強，色澤天然，纖維粗，保暖性好，是蠶絲被、蠶絲毯的良好材料。

4.2 在醫(yī)學上的應用

4.2.1 防護類產品

普通的白色蠶絲能廣泛地應用到防遠紅外線的紡織品、防紫外線織物、防中子纖維和防X光纖維材料中[30]。遠紅外的紡織品主要有保健護腿、護腕、護肘、保健帽、保健文胸、保健枕、眼罩、手套等等。由于天然彩色絲比白蠶絲在在防護功能上具有更優(yōu)的特征特性，因此，用天然彩色絲來制成上述的防護類產品，對人體的保健和防護更有應用價值，會更加受到消費者的歡迎。

4.2.2 仿器類產品

這類產品主要有手術縫合線、人造血管、人造器官、人工神經、人工皮膚、人工角膜、人工肌肉等。以桑蠶絲為原料編織的極細絲線作為手術縫合線已有近百年的歷史，在人體內不會引起過敏或致癌。同樣人造血管也是由蠶絲纖維為原料直接編織而成。我國首創(chuàng)利用桑蠶絲成功研制出真絲人造血管[31]，經臨床試驗，具有良好的療效。同時，經過逐步改進和完善制造工藝，已經能制成各種不同類型的口徑的真絲人造血管，適應各種類型血管病變的治療。將蠶絲通過高分子化學合成處理，使鈣或磷與絹絲凝聚，可開發(fā)出骨科治療上的“接骨材料”。同樣通過化學處理之后，也可開發(fā)人工肌健或人工韌帶。天然彩色繭絲同樣也可以利用到此類產品中，具有誘人的應用前景。

4.2.3 治療類產品

以蠶絲制成的創(chuàng)面保護膜適用于淺度燒傷、創(chuàng)傷和整形取皮區(qū)等皮膚缺損創(chuàng)面的治療[32]。此外，絲素藥物緩釋材料可以調節(jié)多孔絲素膜的孔尺寸和孔隙率，具有較大的藥物控釋范圍。目前，我國中藥絲素膜也已研制成功[33]。蠶絲通過濃硫酸處理，能獲得與肝磷脂相同的物質，具有抗凝血活性、延緩血液凝固時間的作用，可開發(fā)血液檢查用器材或抗血栓性材料。天然彩色繭絲的優(yōu)良特性，會促使治療類的產品具有更好的療效。

4.3 其它方面的應用

天然彩色繭絲可以運用到化妝品中?；瘖y品中加入絲膠，能起到保濕作用，并能抑制黑色素的生成，有效地預防皮膚變黑；抵御紫外線、抗氧化功能，極大限度地防止皮膚起皺老化。在1948年，絲素都已經被摻入到化妝霜中，涂于皮膚上。1973年，日本的專利公開了蠶絲用于化妝品的工藝[30]。近年來，絲蛋白長鏈大分子分解為絲素肽，作為營養(yǎng)護膚、護發(fā)高級化妝品的添加劑。在食品方面，蠶絲由18種氨基酸組成，而含有脂肪和碳水化合物的量很少，非常符合現代營養(yǎng)理念的需求。因此，蠶絲粉末已經廣泛地添加到蛋糕、餅干、面條、凍果膠、稀飯、飲料、膠囊等種類繁多的食品中[34]。絲膠還可作為食品營養(yǎng)添加劑和油脂類食品的天然抗氧化劑，以延長油脂的保質期[29]。除用于化妝品或保健食品的添加劑外，蠶絲粉還可制成含絲粉的絹紙或食品保鮮用的包裝材料和具有抗菌性的絲質材料。此外，絲素膜除用于加工隱形眼鏡片外，還可將細至0.3 μm的絲粉與樹脂混合，開發(fā)出被稱為“絲皮革”的新產品。將蠶絲粉調入某些涂料中制成的高級涂料，用來噴涂家具用品，能增加器物的外觀高雅與觸感良好的效果，廣泛用于各種室內裝璜。

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Comprehensive Utilization of Natural Colorful Cocoon Resources of Silkworm，Bombyxmori

TAN Duan BU Nü-ping HU Hai DAI Fang-yin

(TheKeyLaboratoryforSericultureFunctionalGenomicsandBiotechnologyofAgriculturalMinistry，CollegeofBiotechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China)

A systematical description is given in this paper of the basic profile of natural colorful cocoon resources，the prospect of their comprehensive utilization and the development of new colorful cocoon varieties. It outlines a variety of excellent characteristics of colorful silk, including its good moisture-absorption and moisture-release ability，air permeability，warmth retention property，ultraviolet ray absorption，high content of pigment，bacterial repellency and resistance to oxidation. It is concluded in this paper that natural colorful cocoon resources will produce good economic and social benefits and their products will be highly competitive on the market.

Natural colorful cocoon；Resource；Breed；Excellent characteristics；Utilization

*資助項目：商務部“繭絲綢生態(tài)產業(yè)技術支撐平臺”項目(0702-1441CITC5Y10)，國家蠶桑產業(yè)技術體系建設項目(CARS-22-SYZ22)，中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目(XDJK2014C046)。

譚 端(1982-)，女，博士研究生，農藝師。研究方向：蠶絲生物學。通訊作者：代方銀(1969-)，男，博士，教授，博士生導師。E-mail:fydai@swu.edu.cn