天然彩色絲膠繭家蠶品種的培育現(xiàn)狀及應(yīng)用展望

葉崇軍 李 冰 劉明輝 孫 帆 劉 震

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所，安徽合肥 230061)

我國是蠶絲業(yè)的發(fā)祥地，栽桑養(yǎng)蠶已有5 000多年的歷史[1]。蠶絲業(yè)作為我國傳統(tǒng)的功勛產(chǎn)業(yè)，不僅為中華民族的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了卓越的貢獻(xiàn)，更是在傳承民族文化和弘揚(yáng)民族精神方面起著極為重要的作用。

優(yōu)良的家蠶品種是支撐蠶絲業(yè)不斷向前發(fā)展的基礎(chǔ)。我國擁有豐富的家蠶種質(zhì)資源，在長期的蠶業(yè)生產(chǎn)中積累了豐富的家蠶品種選育經(jīng)驗(yàn)，通過家蠶品種更新，繭絲產(chǎn)量和質(zhì)量都有了較大幅度的提高。但是，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，市場(chǎng)對(duì)蠶絲產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)，特殊性狀、特殊用途的家蠶品種已成為蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新需求，并有部分品種進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段[2-4]。家蠶特殊種質(zhì)資源，如天然彩色繭品種、天然絲膠繭品種、抗性品種等不斷涌現(xiàn)并日趨成熟，特別是天然彩色繭絲，不僅色彩豐富自然、色調(diào)柔和，還具有保濕、抗紫外線、抗氧化等優(yōu)良的功能特性[5-6]，而且，天然彩色繭絲免去了印染過程，可減少印染過程中的污染，更加綠色環(huán)保。此外，現(xiàn)有的研究表明，絲膠蛋白具有保濕[7]、抗菌[8]、防紫外線[9]、抗氧化[10]等功能特性，在化妝品、食品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。因此，利用常規(guī)育種手段與現(xiàn)代分子育種技術(shù)相結(jié)合，在天然彩色繭和純絲膠繭方面實(shí)現(xiàn)種質(zhì)創(chuàng)新，育成天然彩色絲膠繭家蠶品種，對(duì)拓寬蠶絲多元化應(yīng)用領(lǐng)域，提高蠶絲產(chǎn)業(yè)的附加值和經(jīng)濟(jì)效益，以及在蠶絲資源綜合利用方面都具有重要的意義。本文就國內(nèi)天然彩色繭家蠶品種和彩色絲膠繭家蠶品種的培育現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并對(duì)其在生物醫(yī)學(xué)、化妝品、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用前景展開論述，以期為天然彩色絲膠繭家蠶品種的創(chuàng)新和更廣泛的利用提供借鑒。

1 天然彩色繭和彩色絲膠繭家蠶品種的培育現(xiàn)狀

保護(hù)和利用家蠶種質(zhì)資源，尤其是家蠶特殊種質(zhì)資源，是現(xiàn)代家蠶育種的重要基礎(chǔ)。家蠶特殊種質(zhì)資源的發(fā)掘和創(chuàng)新，直接影響到家蠶育種工作的水平和未來蠶絲業(yè)的發(fā)展前途。近代家蠶育種的重大成就，幾乎都與家蠶特殊種質(zhì)資源的利用有關(guān)[11]。隨著家蠶遺傳育種的發(fā)展，育成的特色家蠶品種，如天然彩色繭、純絲膠繭等家蠶特殊種質(zhì)資源的保護(hù)和創(chuàng)新也獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

1.1 天然彩色繭家蠶品種

天然彩色繭家蠶品種是極具市場(chǎng)開發(fā)潛力的特色家蠶品種，用其生產(chǎn)的蠶絲及絲綢制品能保持柔和的色調(diào)。除此之外，與普通白色繭絲相比，天然彩色繭絲還具有高微孔隙率、高色素成分(如類胡蘿卜素、類黃酮等)含量、高超氧化物歧化酶活性等優(yōu)點(diǎn)，使天然彩色繭絲產(chǎn)品具有保暖、透氣、抗氧化、抑菌、防紫外線等特殊功能[12]，并且免去了印染工序，綠色環(huán)保。因此，天然彩色繭家蠶種質(zhì)資源的利用和開發(fā)潛力巨大。

近幾年，我國的家蠶育種工作者紛紛開展了天然彩色繭家蠶品種的培育，并取得了豐碩的成果。如，桂蠶H9，是廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)技術(shù)推廣總站育成的亞熱帶型天然黃色繭特殊用途家蠶品種，繭色均勻，于2012年通過廣西壯族自治區(qū)農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定[13]。金·菊×明·玉，是河南省蠶業(yè)工作者選育的雙限性金黃色繭家蠶品種，于2013年通過河南省蠶桑品種審定委員會(huì)審定[14]。湘彩黃1號(hào)，是湖南省蠶?？茖W(xué)研究所與蘇州大學(xué)合作育成的天然黃色繭家蠶品種，該品種實(shí)用經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良，于2015年通過湖南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定[15]。貴蠶11號(hào)，是貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所在前期渝黔黃繭、金色211天然彩色繭家蠶品種選育的基礎(chǔ)上，綜合彩色繭家蠶品種材料組配篩選一代雜交種產(chǎn)繭成績，尤其是綜合抗不良環(huán)境性狀以及繭型、金黃繭色、縮皺等性狀選育的春秋兼用金黃色繭家蠶品種[16]。

1.2 天然彩色絲膠繭家蠶品種

絲膠蛋白是一種水溶性的球狀蛋白質(zhì)，由18種氨基酸組成，其中絲氨酸(Ser)和甘氨酸(Gly)含量較高，分別占絲膠蛋白氨基酸總量的33.30%和16.05%，而且還具有較強(qiáng)的紫外線吸收能力以及抗氧化、抗菌等優(yōu)良的功能特性[17-18]。

我國絲膠蛋白的生產(chǎn)和開發(fā)局限于從繅絲廢水中回收。但從繅絲廢水中回收絲膠蛋白的工序繁雜、效率低、成本高，且回收的絲膠蛋白純度低、有化學(xué)殘留，極大地限制了絲膠蛋白的應(yīng)用。而天然絲膠繭家蠶品種的絲膠蛋白能直接利用并高效發(fā)揮其功能特性。家蠶品種選育是大量生產(chǎn)全天然、純絲膠蛋白最有效的途徑。早在20世紀(jì)七八十年代，日本農(nóng)業(yè)生物資源研究所就育成了不分泌絲素只分泌絲膠的家蠶品種——絲膠星，引起業(yè)界的高度重視[19]。近年來，我國家蠶品種選育工作者也開展了絲膠繭家蠶品種的培育工作。李軍等[20]在開展絲膠繭家蠶品種選育研究的過程中，發(fā)現(xiàn)絲膠繭家蠶品種的蠶體中部絲腺膨大，且沒有后部絲腺。安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶桑研究所陳復(fù)生等利用從日本引進(jìn)的絲膠繭家蠶品種資源與自主創(chuàng)新家蠶品種資源相結(jié)合，育成了全天然純絲膠繭家蠶品種“綠S”和“白S”，其絲膠繭分別為綠色和白色，并于2010年3月通過由安徽省科技廳組織的省級(jí)成果鑒定；其中綠色絲膠繭家蠶品種綠S不僅具備絲膠蛋白量多、純度高、不易分解變性等諸多優(yōu)點(diǎn)，且其紫外線吸收能力、抗菌等功能特性較回收的白色繭絲膠蛋白更為優(yōu)越[18]。

2 天然彩色絲膠繭家蠶品種的應(yīng)用現(xiàn)狀

天然彩色絲膠繭家蠶品種所結(jié)的絲膠繭為綠色，同時(shí)具備絲膠繭和彩色繭的特點(diǎn)[18，21-22]。隨著近年來研究的深入，絲膠蛋白作為一種來源穩(wěn)定的天然蛋白，具有一系列獨(dú)特的生物學(xué)性能，如良好的生物相容性等，且可加工性強(qiáng)，其具有的親水性、抗氧化活性及酪氨酸酶活性抑制作用，在創(chuàng)面修復(fù)、化妝品、食品、藥品和材料改性等領(lǐng)域都取得了突破性的進(jìn)展[23]。同時(shí)，絲膠蛋白能夠完全降解，對(duì)組織無任何毒副作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.1 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

有研究報(bào)道絲膠蛋白在創(chuàng)傷修復(fù)方面的效果顯著。ERSEL等[24]在大鼠背皮創(chuàng)面的修復(fù)試驗(yàn)中使用絲膠蛋白與羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)混合制備的凝膠，手術(shù)后發(fā)現(xiàn)絲膠蛋白實(shí)驗(yàn)組能夠加快大鼠傷口愈合進(jìn)程，檢測(cè)相關(guān)酶的活性后發(fā)現(xiàn)絲膠蛋白能夠減少傷口周邊組織的壞死和水腫現(xiàn)象。絲膠蛋白的多肽鏈上含有豐富的活性基團(tuán)，是蛋白質(zhì)、基因片段和小分子物質(zhì)的最佳結(jié)合位點(diǎn)，絲膠蛋白能夠保護(hù)酶的結(jié)構(gòu)和活性不被高溫環(huán)境或胰酶等破壞，使酶保持較高的活性，因此，絲膠蛋白可以作為優(yōu)良的蛋白質(zhì)載體[25]。KOLEY等[26]采用共沉淀的方法將絲膠蛋白與無機(jī)鹽離子相結(jié)合，制備出微米級(jí)多層孔隙結(jié)構(gòu)的“雜合花”，這種微納結(jié)構(gòu)的材料比表面積有較大提高，增強(qiáng)了自身的吸附能力，能夠作為吸附涂層材料，用于凈化水質(zhì)的重工業(yè)行業(yè)和骨組織礦化等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。有學(xué)者嘗試將絲膠蛋白添加到人們的日常飲食中，發(fā)現(xiàn)絲膠蛋白不僅可以明顯限制腸道對(duì)膽固醇、甘油三酯等脂質(zhì)的攝入，還可以提高人體對(duì)葡萄糖的耐受能力[27]。此外，絲膠蛋白對(duì)酒精引發(fā)的胃腸道和肝臟損傷也有一定的保護(hù)和治療作用[28]。因此，絲膠蛋白在防治高血脂、糖尿病等代謝性疾病方面也有潛在的應(yīng)用前景。

綠色絲膠繭提取的絲膠蛋白特有的氨基酸組成和結(jié)構(gòu)性質(zhì)賦予了其良好的水溶性、促進(jìn)細(xì)胞黏附能力和增殖活性、抗氧化活性以及抑制酪氨酸酶活性等[29]，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，尤其是在創(chuàng)傷修復(fù)、促進(jìn)組織再生、天然藥物等領(lǐng)域均具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)在普遍認(rèn)為分子量較小的水溶性絲膠多肽具有優(yōu)良的保濕作用，能夠使人體皮膚中的水分含量保持適量，進(jìn)而使皮膚光亮、柔嫩、富有彈性，這是由于絲膠蛋白的分子構(gòu)象主要為松散無序的卷曲結(jié)構(gòu)，其多肽鏈的表面有許多親水性基團(tuán)，而這些親水性基團(tuán)可與人體內(nèi)的水分結(jié)合并傳送至皮膚角質(zhì)層，從而使皮膚保持水潤、柔嫩、光滑，這種現(xiàn)象與人體角質(zhì)層中含有的天然調(diào)濕因子的作用類似[30]。還有研究表明，絲膠及其酶解產(chǎn)物均具有抗氧化作用[10]。同時(shí)，絲膠蛋白還具有螯合金屬離子、抑制酪氨酸酶活性等作用[31]，能降低皮膚中黑色素的累積。所以，使用含有絲膠的化妝品，不僅能抑制黑色素的生成，對(duì)預(yù)防日曬后的皮膚變黑有明顯的效果，還能保持肌膚水潤、光亮。

綠色絲膠繭的絲膠蛋白對(duì)長波紫外線的吸收能力明顯高于白色絲膠繭的絲膠蛋白，更是顯著高于白色普通繭的絲膠蛋白[21]。而且綠色絲膠繭的絲膠蛋白及其酶解產(chǎn)物均具有清除DPPH(1，1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基、抗氧化、抑制烴基自由基和抗超氧陰離子自由基等方面的能力，抗氧化作用顯著[22]，在化妝品領(lǐng)域具有更為優(yōu)越的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 食品添加劑領(lǐng)域的應(yīng)用

絲膠蛋白含有人體必需的8種氨基酸，所占比率高達(dá)20%；絲膠蛋白還可消除機(jī)體內(nèi)多余的自由基，是食品中優(yōu)良的天然抗氧化劑[32]。早在21世紀(jì)初就有學(xué)者證實(shí)絲膠蛋白可以用于食品添加劑，如日本學(xué)者山田英幸用含絲膠的水蒸煮米飯，發(fā)現(xiàn)蒸煮后的米飯更松軟可口，并在保質(zhì)期方面表現(xiàn)良好[32]。而且，絲膠蛋白還可用作飲食品用水如沏茶、飲料用水等水源的添加劑[30]。這種含有絲膠的飲食品用水能抑制食品和飲料氧化，起到殺菌、防腐的作用，使食品和飲用水品質(zhì)穩(wěn)定，保存更長久。

3 前景與展望

雖然目前關(guān)于天然彩色繭家蠶品種和彩色絲膠繭家蠶品種的保護(hù)和創(chuàng)新利用取得了一定的進(jìn)展，但在以下幾個(gè)方面尚需深入地研究和探索：首先，通過傳統(tǒng)育種方法與現(xiàn)代分子生物技術(shù)相結(jié)合，加速彩色絲膠繭家蠶品種的育種進(jìn)程，提高育種效率；同時(shí)對(duì)培育的天然彩色絲膠繭家蠶品種進(jìn)行改良，提高其經(jīng)濟(jì)性狀，使其能夠獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的絲膠蛋白，并與相關(guān)企業(yè)合作研發(fā)絲膠蛋白創(chuàng)新產(chǎn)品，提高絲膠繭的附加值。這樣不僅能更合理地利用自然資源，而且還能促進(jìn)蠶桑產(chǎn)業(yè)提檔升級(jí)，使之帶動(dòng)農(nóng)民增收。其次，彩色繭家蠶品種和彩色絲膠繭家蠶品種都已經(jīng)成熟，符合市場(chǎng)需求，且達(dá)到了實(shí)用化水平，可以開展相關(guān)鑒定。但是，目前尚無彩色繭家蠶品種和彩色絲膠繭家蠶品種的審定指標(biāo)，家蠶品種審定部門應(yīng)依據(jù)家蠶特殊品種的類別，逐步建立鑒定方法和審定指標(biāo)[33]，以期為開展彩色繭家蠶品種和彩色絲膠繭家蠶品種的鑒定和審定提供借鑒，使育成的彩色繭和彩色絲膠繭家蠶品種得到更廣泛的認(rèn)可。再次，探究彩色絲膠繭家蠶品種的絲膠蛋白在微結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學(xué)材料方面的生物學(xué)性能，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有助于絲膠蛋白創(chuàng)新產(chǎn)品的研究和開發(fā)，并將絲膠蛋白材料的實(shí)驗(yàn)室成果向臨床應(yīng)用及工廠化生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)其在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)其轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的發(fā)展。