當(dāng)代蠶桑生物科技發(fā)展現(xiàn)狀綜述

郭士安

近50年來(lái)，我國(guó)蠶桑科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，在分子生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究、蠶絲蛋白生物材料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用、家蠶基因工程技術(shù)、家蠶性別控制與專養(yǎng)雄蠶技術(shù)、昆蟲(chóng)激素在蠶業(yè)上的應(yīng)用、家蠶變態(tài)發(fā)育的人為調(diào)控、家蠶營(yíng)養(yǎng)生理與人工飼料研究、蠶體作為生產(chǎn)重組蛋白的生物反應(yīng)器、桑樹(shù)栽培與遺傳育種新技術(shù)開(kāi)發(fā)和蠶桑生物資源綜合利用等方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，極大地促進(jìn)了蠶業(yè)生產(chǎn)向深度與廣度拓展。蠶桑生物科技發(fā)展與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)，蠶桑生物科技的發(fā)展，必將推動(dòng)我國(guó)養(yǎng)蠶業(yè)的發(fā)展，為廣大蠶農(nóng)增加收益，帶動(dòng)絲綢業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推進(jìn)蠶桑生物科學(xué)的發(fā)展，也為生物科普教育提供豐富的資源，使傳統(tǒng)蠶桑業(yè)煥發(fā)生機(jī)活力。

回顧中國(guó)蠶業(yè)科學(xué)的發(fā)展歷程，展望世界蠶業(yè)科技發(fā)展趨勢(shì)，可以更加深刻地理解：蠶業(yè)科學(xué)是為蠶絲生產(chǎn)有關(guān)產(chǎn)業(yè)（栽桑、養(yǎng)蠶、制種、制絲）提供方法與原理的應(yīng)用科學(xué)。面向未來(lái)，蠶業(yè)科學(xué)研究的重要任務(wù)是進(jìn)一步提高蠶業(yè)生產(chǎn)中的科技含量，使養(yǎng)蠶業(yè)從勞動(dòng)密集型迅速向知識(shí)密集型轉(zhuǎn)變，而這個(gè)轉(zhuǎn)變很大程度上依賴于蠶桑生物學(xué)基礎(chǔ)研究的進(jìn)展與應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新。

1 蠶絲分子生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究

絲蛋白分子結(jié)構(gòu)與絲蛋白基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的進(jìn)一步闡明，將為增產(chǎn)蠶絲、改進(jìn)絲質(zhì)提供分子生物學(xué)理論基礎(chǔ)。飄逸潤(rùn)滑的桑蠶絲衣服是許多人的最愛(ài)，但讓人苦惱的是，桑蠶絲很嬌氣，不耐穿，打理起來(lái)也格外麻煩。2014年11月，我國(guó)西南大學(xué)科學(xué)家培育重組基因蠶寶寶首次吐出了人工合成蠶絲蛋白。在家蠶16 425個(gè)基因中，有一個(gè)叫做Fib-H基因，它是控制絲蛋白產(chǎn)生的關(guān)鍵基因。研究者在家蠶的生殖細(xì)胞中“剪切”掉了其中的Fib-H基因，沒(méi)有Fib-H基因的家蠶絲腺，叫做“空絲腺”。研究人員將事先設(shè)計(jì)好、與Fib-H基因類似的人工絲蛋白基因，顯微注射到被敲除Fib-H基因的蠶卵中，人工絲蛋白基因轉(zhuǎn)移成功的蠶卵發(fā)育成“蠶寶寶”后，吐出的絲中就含有人工合成絲蛋白。通過(guò)對(duì)蠶絲纖維的人為改良和重新設(shè)計(jì)，以后桑蠶絲可能會(huì)像棉質(zhì)衣服一樣，既保持桑蠶絲的舒適感，又像棉質(zhì)衣服一樣耐穿、好打理。

2 家蠶絲蛋白生物材料新功能的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

家蠶絲蛋白是一種具有良好透氣與透濕性、無(wú)毒、無(wú)刺激、與人體相容性強(qiáng)的生物材料。家蠶絲蛋白不僅可作為人造皮膚、血管、肌腱、韌帶、骨骼和牙齒等人造組織材料，以及作為手術(shù)縫合線、隱形眼鏡、角膜、抗血凝劑、藥物控釋材料、功能性細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)、固定化酶載體和生物傳感器等生物醫(yī)學(xué)材料還在環(huán)保新材料、化妝品、保健營(yíng)養(yǎng)食品等日化和環(huán)保領(lǐng)域被廣泛使用。隨著家蠶基因組研究工作的重大進(jìn)展，以及基因工程和生物技術(shù)的快速進(jìn)步，家蠶絲蛋白的生物功能有望在軍事、航天、醫(yī)學(xué)、環(huán)保等領(lǐng)域得到更深、更廣地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

3 家蠶基因工程技術(shù)

桑蠶不僅是一種重要的經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)，而且是研究真核生物基因表達(dá)調(diào)控的模式生物之一。將外源基因轉(zhuǎn)移到桑蠶中以實(shí)現(xiàn)其在蠶體內(nèi)的表達(dá)，最終是要將外源基因整合桑蠶染色體，這樣才有可能穩(wěn)定遺傳，獲得轉(zhuǎn)基因蠶。目前關(guān)于桑蠶的轉(zhuǎn)基因報(bào)道主要有：桑蠶品系間的基因轉(zhuǎn)移，其他動(dòng)物的基因轉(zhuǎn)入桑蠶體內(nèi)，以及桑蠶的基因轉(zhuǎn)入其他動(dòng)物。例如中國(guó)科學(xué)院研究員陸長(zhǎng)德等利用“電穿孔”法，將熒光蛋白基因及蜘蛛拖牽絲基因注入蠶卵，獲得了吐出熒光“蜘蛛絲”的轉(zhuǎn)基因蠶。蜘蛛絲中的拖牽絲是強(qiáng)度十分高、彈性十分強(qiáng)的天然蛋白纖維，若制成防彈衣則“刀搶難入”，織出降落傘牢固耐用；產(chǎn)生熒光的蠶絲則可用以開(kāi)發(fā)天然夜光衣及各種防偽標(biāo)簽等。

4 家蠶性別控制與專養(yǎng)雄蠶技術(shù)

雄蠶與雌蠶相比，具有諸多的優(yōu)勢(shì)，一是體質(zhì)強(qiáng)健，容易飼養(yǎng)；二是食桑量少，飼料效率高；三是出絲率高，繭絲品質(zhì)優(yōu)，可縹制高品位生絲。專養(yǎng)雄蠶比目前的雌雄蠶各半混養(yǎng)，可較大幅度提高蠶絲的產(chǎn)、質(zhì)量和蠶業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，專養(yǎng)雄蠶被稱為繼一代雜交種利用之后最有價(jià)值的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。性連鎖平衡致死基因的應(yīng)用已有很大進(jìn)展，俄羅斯科學(xué)院斯特隆尼柯夫育成的桑蠶性連鎖平衡致死系，在此基礎(chǔ)上經(jīng)轉(zhuǎn)育改良培育出多個(gè)雄蠶品種，雄蠶率達(dá)99.85%，可實(shí)現(xiàn)專養(yǎng)雄蠶的目標(biāo)。專養(yǎng)雄蠶將成為21世紀(jì)提高桑蠶產(chǎn)絲能力和改善絲工藝性狀的重大突破口。

5 昆蟲(chóng)激素在蠶業(yè)上的應(yīng)用

蛻皮激素（MH）、保幼激素（JH）以及保幼激素類似物（JHA）在調(diào)節(jié)桑蠶生長(zhǎng)發(fā)育、增產(chǎn)蠶絲及生產(chǎn)超細(xì)纖度生絲方面，已取得較大進(jìn)展。例如，應(yīng)用保幼激素和蛻皮激素可提高夏秋繭的品質(zhì)，并較好地解決桑葉的余缺問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)了幾種抗保幼激素活性物質(zhì)，成功地誘導(dǎo)出三眠蠶，開(kāi)發(fā)出了超細(xì)纖度優(yōu)質(zhì)繭絲。此外，使用抗保幼激素，可以縮短蠶期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)效益。

6 家蠶變態(tài)發(fā)育的人為調(diào)控

家蠶變態(tài)發(fā)育的人為調(diào)控是蠶絲業(yè)科學(xué)的根本性問(wèn)題之一，人為調(diào)節(jié)家蠶的變態(tài)與發(fā)育對(duì)蠶絲業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與整體生產(chǎn)效益有重大影響。由于家蠶是完全變態(tài)昆蟲(chóng)，蛹期很短，僅為2周，而蛾口繭不適合于繅絲，生產(chǎn)上必需在蛹化蛾之前完成鮮繭的收購(gòu)和烘干工作。人們希望通過(guò)人為調(diào)節(jié)家蠶的變態(tài)與發(fā)育，延長(zhǎng)蛹期，減輕鮮繭收購(gòu)和烘干的工作壓力及強(qiáng)度，甚至希望蛹期發(fā)育中止，實(shí)現(xiàn)鮮繭繅絲。利用基因工程技術(shù)，采用精子介導(dǎo)法將帶有蝎毒素基因的載體導(dǎo)入蠶卵，在蛹期特異性表達(dá)，殺死蠶蛹。這樣，不僅可以解決鮮繭收烘與蛹期過(guò)短之間的矛盾，使提高生絲品位成為可能，而且還可以大大節(jié)約烘繭所需的能源。

7 家蠶營(yíng)養(yǎng)生理與人工飼料研究

家蠶屬于植食性昆蟲(chóng)。家蠶除嗜食桑葉外，尚能取食?？频蔫?，菊科的蒲公英、萵苣，榆科的野榆等。但桑葉以外的植物葉，很難使蠶健康地生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖后代。在過(guò)去40年桑蠶攝食行為與營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)研究基礎(chǔ)上，對(duì)廣食性蠶品種選育及低成本人工飼料設(shè)計(jì)獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步，這就有可能在不久的將來(lái)，用低成本人工飼料在全自動(dòng)化的工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)全年養(yǎng)蠶，從而促進(jìn)養(yǎng)蠶業(yè)由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向知識(shí)密集型轉(zhuǎn)化。例如日本早在20世紀(jì)90年代就成功選育出了嗜食低成本線性規(guī)劃設(shè)計(jì)飼料的多對(duì)廣食性蠶品種，日本的其他現(xiàn)行品種也都經(jīng)過(guò)了人工飼料適應(yīng)性選育，均具備良好的攝食性。我國(guó)蠶業(yè)界自20世紀(jì)90年代以來(lái)，在人工飼料適應(yīng)性蠶品種和廣食性蠶品種的選育方面也做了不少研究。山東省農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院蠶學(xué)系，近幾年也開(kāi)展了人工飼料適應(yīng)性蠶品種的選育工作，并初步選育出攝食性較好的雜交組合廣食一號(hào)和廣食性飼料（主要成分：桑葉粉30%、豆粕粉25%、其它有淀粉、防腐劑、維生素、無(wú)機(jī)鹽等）。

8 蠶體作為生產(chǎn)重組蛋白的生物反應(yīng)器

“家蠶生物反應(yīng)器”，是指將帶有目的基因的重組桿狀病毒植入家蠶的蠶蛹體內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，蠶蛹會(huì)主動(dòng)對(duì)植入基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄和翻譯，自然生成對(duì)人類有用的生物活性物質(zhì)，通過(guò)高新技術(shù)（如超低溫冷凍、低溫干燥、高速離心等），將生物活性成分萃取并制成相關(guān)劑型，以滿足人類疾病的治療、預(yù)防和保健需求。家蠶易于飼養(yǎng)，成本低廉，它1天內(nèi)可合成3 169 mg外源蛋白；其血淋巴具有儲(chǔ)存蛋白的能力，淋巴內(nèi)含有蛋白分解酶的抑制物，對(duì)目的蛋白起到保護(hù)作用，且外源蛋白又很容易從家蠶體液中分離純化出來(lái)；還可以將家蠶直接磨碎用作藥物或食品添加劑。因此，用家蠶生物反應(yīng)器生產(chǎn)有用蛋白具有很大的優(yōu)越性。如用家蠶來(lái)生產(chǎn)皮膚生長(zhǎng)因子、乙肝疫苗等有高附加價(jià)值的蛋白質(zhì)。

9 桑樹(shù)栽培與遺傳育種新技術(shù)開(kāi)發(fā)

桑雜交育種、誘變育種和多倍體育種都是改良桑樹(shù)品種的有效方法，也是提高單位面積產(chǎn)絲量的重要途徑，而細(xì)胞工程和基因工程的研究與應(yīng)用，也將為桑樹(shù)育種提供新的途徑和方法。全世界26個(gè)桑種，分布在中國(guó)的至少有15個(gè)，目前我國(guó)保存的桑品種資源達(dá)2600份，已選育出適應(yīng)不同環(huán)境條件、栽培技術(shù)、養(yǎng)蠶要求和其他用途的優(yōu)良桑品種50多個(gè)，其中栽培面積最多的是魯桑系的荷葉白、桐鄉(xiāng)青、團(tuán)頭荷葉白、湖桑197，育2號(hào)等品種。桑樹(shù)栽培主要采用低桿密植、立體栽培管理模式，提高了桑葉產(chǎn)量、質(zhì)量。

10 蠶桑生物資源綜合利用

我國(guó)由蠶桑副產(chǎn)品加工成的許多產(chǎn)品已進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段，如利用桑葉、桑葚果制作桑葉茶、桑葚膏、桑葚酒，提取植物醇、葉綠素、胡蘿卜素等；利用蠶蛹制備蠶蛹蛋白粉和多肽，分離家蠶抗菌蛋白和誘導(dǎo)生產(chǎn)生物活性蛋白，生產(chǎn)蠶蛹氨基酸及氨基酸絡(luò)合物，提取蠶蛹油與殼聚糖，開(kāi)發(fā)蠶蛹蛋白纖維、蠶蛹蟲(chóng)草等；利用廢絲研究開(kāi)發(fā)出了絲素粉、絲素膏、絲素液、絲素洗面乳、洗發(fā)護(hù)發(fā)劑等美容健膚化妝品。不僅提高了蠶業(yè)生產(chǎn)的綜合效益，同時(shí)也提高了蠶業(yè)產(chǎn)品附加值，轉(zhuǎn)變蠶桑生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)目的，做大做強(qiáng)蠶桑產(chǎn)業(yè)，讓蠶桑更好地造福人類。

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