多元化蚕桑品种选育的目标需求和发展思路

2010-02-10廖森泰李平平

中国蚕业 2010年4期

关键词：蚕蛹药食蚕丝

廖森泰李平平

(1广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,广东广州 510610;2华南农业大学动物科学学院,广东广州 510642)

1 多元化蚕桑产业的概念和内涵

1.1 多元化蚕桑产业概念的提出

中国是传统的蚕丝业大国,长期以来,蚕桑生产的目的产物是生丝,人们形成了“种好桑、养好蚕、产好丝”的思维模式,蚕桑育种的主要目标是优质、高产和抗性等经济性状;因此,在此基础上形成的蚕桑产业是一种单一的产业体系,也就是指现在的绢丝产业。

随着人们对蚕桑产业的深入认识后发现,蚕桑产业的发展如果仅仅靠发展绢丝产业,已难以适应市场变化和综合效益提高的需求。国家蚕桑产业技术体系首席科学家、中国工程院院士向仲怀教授多次提出,发展现代蚕丝业要走多元化之路,在绢丝产业的基础上,拓展新型桑树产业、高效蚕产业等模式,为我国蚕丝产业发展指明了方向。

1.2 多元化蚕丝业的内涵

关于多元化蚕丝业的概念和内涵,我们先来看看蚕丝产业的基本状况和发展趋势。传统的蚕丝产业体系,以生产蚕丝及丝绸制品为目的,称之为绢丝产业,包括种桑业、养蚕业、蚕茧收烘加工业、缫丝业、织绸业和丝绸制品产业。在发展绢丝产业的同时,对蚕丝生产过程中的大量废弃物,如蚕沙、蚕蛹、桑枝的利用以及次茧、缫丝下脚料制作丝棉产品等,已形成一定的产业规模,可统称为蚕桑副产品综合利用产业。

在现代科学技术支撑和循环经济理论的指引下,有目的地以蚕、桑、茧、丝为生物材料,开发食品、药材、新材料、动物饲料等新产品,形成了一种全新的生物产业。另外,充分挖掘蚕丝业的文化价值和生态功能,来开展蚕丝文化旅游与开拓生态产业。

综上所述,多元化蚕丝业的概念和内涵就是充分利用蚕丝产业各环节的物质和文化资源,以绢丝产业为基础,根据市场和社会的需求,拓展药食用途、饲料用途、新材料用途和文化生态用途等新功能,形成一种全方位、高效益开发的新蚕丝产业模式。

2 多元化蚕桑品种的目标需求

随着多元化蚕丝产业的发展,必然会带来对蚕桑品种的多元化的目标需求,主要有食用、药用、饲料与特殊材料用途等方面。

2.1 药食用途的蚕桑品种

随着蚕桑资源药食用途的广泛研究和开发,选育最适合不同药食用途的蚕桑品种,建设蚕桑药食用途的标准化生产基地,生产和提供最佳的药食原材料,已成为蚕桑产业发展的迫切需求。我们曾提出蚕桑药食用途育种技术体系的新概念,并把药食用途的育种指标确定为成分优、抗性强、产量高、口感好[1]。

成分优:是指蚕桑品种的营养成分均衡,生物活性成分丰富且有特色。我们对 100多个品种的桑叶、桑枝、桑椹的多糖、黄酮、生物碱和酚类物质等生物活性成分进行了系统研究,发现不同品种中的生物活性成分含量差异很大,最大的差距达 10倍之多[2-8]。在蚕品种方面,我们对结黄茧的黄血蚕 1号与结白茧的两广二号进行营养成分比较分析发现,黄血蚕品种在粗蛋白、维生素(A、B、E)和不饱和脂肪酸等含量,均多于白血蚕品种两广二号[8]。以上结果说明不同品种的蚕、桑的营养成分和生物活性成分的含量差异较大,这为我们开展蚕桑药食用途的育种提供了材料基础。

抗性强:是指蚕桑品种对病虫害、化学污染和非正常环境的抵抗能力强,表现出强健的生命力,以达到减少使用化学物质,保障蚕桑食药用安全性的目的。国内外的研究表明,蚕桑品种的抗性有一定的差距,通过对抗性种质资源的挖掘,加上定向抗性选育,完全可以培育成抗性强的蚕桑品种。如广东省华南农学院蚕桑系等单位育成的多化性蚕品种“南农七”,具有显著的抗高温、多湿能力[9];育成的二化性蚕品种“研 137×七湘”,具有很高的抗浓核病(DNV)能力[10];育成的果桑品种“抗 10”,抗青枯病的能力很强[11],抗性蚕桑品种的选育,将是蚕桑药食用途开发的重要手段。

产量高:是现行蚕桑育种体系的目标之一,只有保证一定的产量,才能有效益,才能为蚕桑药食用途提供低成本的材料。

口感好:主要指 2个方面,一是要求在营养和活性成分丰富的基础上,按产品的用途选择一些风味独特、适口性好的品种材料,如用作食用桑叶的,则要求桑叶鲜嫩、纤维少;如用作果汁开发的果桑品种,则要求桑椹的糖酸比适中等。二是要求蚕桑药食产品的食用安全,如蚕蛹的过敏性问题,要深入研究蚕蛹对人体的过敏机理,找出致敏性因子,从而选育出致敏性因子含量少的蚕品种,这将极大地促进蚕蛹药食用产品的开发。

2.2 饲料用途蚕桑品种

蚕桑物质营养丰富、取材容易、成本低廉,是一种优良的动物饲料来源。

2.2.1 桑叶干桑叶中约含粗蛋白 22%、粗脂肪6%、可溶性碳水化合物 25%、粗纤维 10%[12],加上桑树生长快、耐采伐、生物量大的特性;因此,桑叶是理想的动物饲料原料。目前我国保存的桑树品种资源达 1 900多份,可根据不同动物的需求选育不同性状的桑树品种。如作为奶牛的饲料,必须要桑叶中蛋白质的含量高;如作为兔子的饲料,则桑叶中干物质的含量要多,而水分的含量要低;如作为蛋鸡的饲料,则桑叶中叶绿素要丰富,其作用是可加深蛋黄的颜色。虽然不同动物对饲料营养的需求不同,但是作为动物饲料用途的桑树品种,其育种目标应是耐采伐、产量高、干物质多、适口性好等。耐采伐是指桑树要适应 1年多次的条桑收获方式,还要发条能力强,才能显示出桑树比一般牧草好的优势;产量高是指桑树耐水耐肥,单位面积产量高,才能提供优质、高效、低成本的饲料原料;干物质多是指桑树光合作用能力强,干物质比重大而水分偏少;适口性好是指桑叶涩味、腥味小,动物喜欢吃。

2.2.2 蚕蛹蚕蛹是缫丝业的副产物,其蛋白质、氨基酸含量较高,是一种饲用价值较高的蛋白饲料资源。研究发现蚕蛹中蛋白质占 66.85%,氨基酸组成是赖氨酸 3.03%、色氨酸 0.68%、蛋氨酸1.60%、胱氨酸 3.31%;除精氨酸、苯丙氨酸和异亮氨酸的含量低于鱼粉外,其它营养成分都与鱼粉相当,而蚕蛹的价格只是鱼粉的 60%;蚕蛹含脂肪2.14%、碳水化合物 7.80%、灰分 2.80%、水分6.30%[13]。在所含脂肪中,不饱和脂肪酸含量丰富,以此饲养皮毛动物可以增加毛绒产量,提高毛绒品质 ;蚕蛹作为饲料供养鸡、鸭、猪、牛、羊、兔,其效果较脱脂大豆粉及鱼粉为好,可以提高家禽、家畜产品的品质,并且家禽、家畜食后易于消化与吸收。蚕蛹虽然是高蛋白、高脂肪的动物性饲料;但蚕蛹中含甲壳素 4%～6%,这种物质不易消化。此外,蚕蛹易氧化变质,再加上氨基酸不平衡,缺乏维生素,在某种程度上影响了它的生物学价值。

根据蚕蛹的营养特性,作为动物饲料用的蚕蛹品种的育种目标需求应包涵以下几个方面,一是营养成分丰富且均衡,特别是蛋白质含量要高,氨基酸组成符合不同的动物的需求,脂肪含量适中,不能太多,不饱和脂肪酸比例要高。二是甲壳素含量要低,以免动物因不能消化甲壳素而造成消化不良。三是耐贮藏,缫丝后的蚕蛹极易酸败或氧化变质,因此要选择一些抗氧化能力强、不易酸败的蚕蛹品种作为动物饲料比较合适。

2.3 材料用途蚕桑品种

蚕丝是一种性能优异的生物材料,可作为纺织、家用制品和化妆品等原材料使用,根据蚕丝不同材料的用途,应选育不同的蚕品种。

2.3.1 特殊纤度茧丝蚕品种茧丝纤度表示茧丝的粗细程度,生产上应用的一代杂交种的平均茧丝纤度,一般春茧为 3.111～3.667 dtex,夏茧为2.200～3.000 dtex。

细纤度家蚕品种是指所吐茧丝较细,即纤度比较小,一般为三眠蚕。三眠蚕的茧丝纤度约为1.778 dtex,且开差小,适合做高档和服、超薄围巾、内衣等。竹泽俊明等[14]开展了“利用茧丝作康复医疗材料的技术开发”的研究,他们用特制的平面丝布进行韧带、肌腱的再造,用海绵状立体构造丝进行软骨的再造;血管的再造则采用经过特殊制造工艺制作的管状立体构造丝作为细胞的培养载体。由于茧丝可以加工成各种立体形状并富有弹性的构造体,所以将其用来培养更为复杂结构的器官也是可望实现的。

粗纤度家蚕品种对于缫丝厂提高台时产丝量、降低生产成本具有重要意义。开发粗纤度生丝的特殊用途,织造保型性好、耐磨损力强的西服面料,是当前丝绸行业的重要课题;一般要求茧丝纤度在5.000 dtex以上。特殊纤度茧丝蚕品种一般通过品种资源挖掘利用和化学诱导少眠蚕等手段来获得。2.3.2 天然色泽彩色茧蚕品种自彩色棉成功研究应用以来,人们对天然有色纤维珍爱有加,为了顺应人类消费的多元化和回归自然的要求,选育与应用天然有色茧蚕品种,生产有色茧丝来代替化工染色丝,符合环保发展趋势。另外,有色茧能抑制真菌菌丝生长,用金黄色葡萄球菌进行抗菌性试验,证明竹青色茧对细菌的抑制效果远远高于白茧,有色茧还具有很强的清除氧自由基的作用[15]。据山崎报道[16]黄绿茧品种“大造”的抗氧化能力是黄茧的 5倍,白茧的 7倍。穿着丝绸内衣治疗皮肤病的效果已被临床证实,有色茧丝制成的内衣其疗效要好于染色丝绸内衣[17]。

在彩色茧蚕品种的种质资源中有天然的彩色基因,许多较原始的蚕品种(土种)就是天然有色的。已研究发现的天然有色茧基因就达 10余种,各种有色茧基因单独存在或相互组合可形成黄色、绿色、红色、肉色等色彩丰富而艳丽的茧色[18]。但彩色茧的色素往往存在于丝胶中,在缫丝过程中随着丝胶的溶解大部分颜色丢失;因此,可通过转基因手段将色素基因导入到丝素中,使其颜色鲜艳而不褪色,西南大学已获得了转基因天然彩色蚕茧并已进入中试应用[19]。

作为彩色茧蚕品种育种的目标需求,最重要的一点是色素的稳固度,色素不但要存在于丝素中,还要对阳光、温湿度等有稳定性;其次是不同的彩色茧颜色鲜艳度不一,且多样,只有搭配合理,才能完全替代化学染色;三是产量、抗性、洁净等经济和品质性状较优,才能适应产业化开发的需要。

2.3.3 丝绵专用蚕品种除了传统的利用蚕茧缫丝织绸以外,还可以用作丝绵产品开发。丝绵被是以天然蚕丝蛋白纤维为原料加工而成的,由于丝绵被对人体皮肤及心血管具有保健功效,更以轻软舒适、保暖性好的特点,深受国内外消费者的欢迎。用来生产丝棉的原料有:双宫茧、削口茧、下茧和缫丝后的蛹衬,其中以双宫茧制作的丝棉质量最好。在蚕品种资源中有些品种双宫茧率的比例较高,因此可以考虑选育双宫茧率高的丝棉专用蚕品种。目前,对丝绵被进行多功能性整理,赋予其抗菌、促进人体血液微循环、持久芳香、保健卫生功能等工艺的研究较为深入;但是,还没有丝绵专用蚕品种,这也突显了丝绵专用蚕品种的育种需求。

2.4 其它用途蚕桑品种

蚕桑种质资源丰富多样,如何充分挖掘、利用种质资源的特殊性状,也是蚕桑多元化育种的一个方向。

2.4.1 化妆品专用蚕品种蚕丝由丝素和丝胶组成,一般丝胶含量约占 20%～27%,丝胶具有很好的保湿性能和抗氧化能力,能抑制酪氨酸酶活性,阻止黑色素的生成;因此,是化妆品的重要原料。丝胶一般是从蚕茧缫丝加工时所排出的精练液中回收,丝胶产品的品质不高。日本育成的高丝胶蚕品种,茧层量达 70～80 mg,丝胶含量达到 98.5%[20]。浙江省农业科学院蚕桑研究所以裸蛹、常规蚕品种及彩色茧蚕品种为育种素材,通过杂交育种和丝胶含量跟踪检测等方法,初步构建了包括不同颜色的高丝胶茧的 18个品种的资源库,丝胶蛋白含量均在93.92%以上[21],可直接用于生产高纯度丝胶制品或茧壳作为天然粉朴使用。

2.4.2 广食性人工饲料育专用蚕品种家蚕是寡食性昆虫,以桑叶作为主要饲料,但也有一些蚕品种兼食其它植物,如圆白菜、柿子、苹果等。日本早在20世纪 60年代就筛选出能食圆白菜和苹果的广食性蚕品种。为了适应工厂化全年养蚕的需要,开发出人工饲料养蚕技术,围绕人工饲料养蚕的需要,其专用蚕品种的选育尤为重要。人工饲料蚕品种的选育目标一般要求是食性广,对人工饲料有良好的摄食性,而具体来说就是蚁蚕的 24 h疏毛率高、蚕的生长发育整齐度好、茧质与桑叶育持平。

2.4.3 生态旅游用蚕桑品种生态旅游的一个特点是通过观察生物体进行“猎奇”;因此,要展示的动植物品种必须有观赏价值。蚕桑种质资源丰富,品种众多,其中不乏有观赏价值的品种,如彩色蚕茧、特殊斑纹家蚕、不同果型的果桑品种、垂枝桑品种以及龙曲桑品种等。加拿大以冬天观赏枫叶来吸引游客,有一些桑树品种,在冬天霜冻后,桑叶呈现出金黄色,也可作为生态旅游的专用桑品种。

3 构建多元化蚕桑育种技术体系

多元化蚕丝业是在传统的蚕丝业基础上拓展的现代蚕丝业,多元化蚕桑育种也应在传统蚕桑育种的基础上进行拓展,有必要重新构建多元化蚕桑育种的技术体系,应从以下三方面着手。

3.1 对蚕桑种质资源进行全面系统的鉴评

目前,全国保存蚕品种资源 800余份,桑品种资源 1 900余份,需要对这些蚕桑种质资源经济性状、生物学性状进行系统的鉴评,尤其要对特殊的性状进行深入的研究,这些特殊的种质资源可以直接筛选应用,也可以作为育种材料来使用。蚕基因组测序和功能基因组的研究,为全方位、深度开发利用家蚕的价值打下了良好的基础,向仲怀院士也提出启动桑树基因组的研究,这为桑树多元化利用和桑树产业的发展提供了技术保障。

3.2 制定多元化育种的指标体系

根据不同的用途制定不同的育种技术指标,还要兼顾不同需求各指标的协同平衡。如药食用途的品种以营养和活性成分为主,要兼顾产量、抗性、口感等指标;动物饲料用途往往是以副产物利用为主,因此其品种应在主产品要求高产、优质、抗性的基础上,优先以营养均衡和适口性为主;新材料用途则以性能为主,兼顾成本低的要求。

3.3 应用高新技术手段培育蚕桑品种

多元化蚕桑育种应以新功能用途为目标,还要兼顾经济性状,因此以传统的育种手段难以达到,必须要应用高新技术育种手段培育多元化蚕桑品种。如物理、化学和太空诱变育种,容易在原有经济性状的基础上获得特殊的功能性状;还有多倍体诱变育种,可使桑树获得高产,与优质相统一的性状;转基因育种更是一种以分子设计手段,快速达到功能目标要求的高新技术育种手段,西南大学[22]已成功获得了抗病和彩色蚕茧的转基因蚕品种材料,为蚕桑转基因育种提供了成功的经验。

[1]廖森泰,邹宇晓,肖更生,等.关于构建蚕桑药食用途育种技术体系的思考[J].蚕业科学,2006,32(1):80-82.

[2]郭小补,廖森泰,刘吉平,等.不同桑品种的桑叶总黄酮含量与体外抗氧化活性的相关性[J].蚕业科学,2008,34(3):381-386.

[3]沈维治,廖森泰,邹宇晓,等.不同品种桑叶酚类物质含量的变化规律研究[C]∥广东省食品学会.“亚运食品安全与广东食品产业创新发展”学术研讨会暨 2009年广东省食品学会年会论文集.广州:广东省食品学会,2009:84-88.

[4]廖森泰,何雪梅,邹宇晓,等.广东桑枝条黄酮含量测定及抗氧化活性研究[J].北方蚕业,2005,26(3):37-41.

[5]李妍,刘学铭,刘吉平,等.不同果桑品种桑椹成熟过程中非花青素酚类物质的含量变化[J].蚕业科学,2008,34(4):711-717.

[6]王振江,肖更生,刘学铭,等.桑椹花青素对大鼠佐剂性关节炎抑制作用[J].中国公共卫生,2009,29(5):181-183.

[7]邢东旭,廖森泰,邹宇晓,等.桑叶多糖的抗氧化作用研究[J].广东蚕业,2008,42(1):36-39.

[8]郭小补,廖森泰,刘吉平,等.蚕食药用价值开发现状与展望[J].农产品加工◦学刊,2007,4(4):35-37.

[9]广东省农业科学院蚕业系.蚕桑第二造用种品种比较及鉴定总结[J].广东蚕业,1961,(2):9-16.

[10]吴福泉,唐翠明,罗国庆,等.广东蚕桑种质资源库[J].广东蚕业,2006,40(3):46-48.

[11]罗国庆,唐翠明,吴剑安,等.适宜于省力化栽培的桑树品种比较试验[J].蚕业科学 ,2001,27(3):217-219.

[12]苏海涯,吴跃,刘建新,等.桑叶中的营养物质和生物活性物质[J].饲料研究,2001,(9):1-3.