天然彩色茧资源的综合利用*

谭 端 卜钕平 胡 海 代方银

(农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室，西南大学生物技术学院，重庆 400715)

天然彩色茧资源的综合利用*

谭 端 卜钕平 胡 海 代方银

(农业部蚕桑功能基因组与生物技术重点实验室，西南大学生物技术学院，重庆 400715)

本文系统介绍了天然彩色茧资源的基本概况和综合利用前景，天然彩色茧新品种的培育，以及其独特的吸放湿性、通气性、保暖性、紫外线吸收能力、高色素含量、抗菌性、抗氧化性等优良特性，指出开发和综合利用天然彩色茧资源，具有良好的经济和社会效益，其产品具有独特的市场竞争力。

天然彩色茧；资源；品种；优良特性；利用

中国是蚕丝的发源地，人们开发和利用蚕丝已经有5 000多年的历史[1]。中国也是全世界最大的蚕丝生产国，目前的蚕丝产量占世界总产量的74%，占世界出口市场的90%。相比白厂丝而言，国际生丝市场上天然彩色茧丝稀缺，但是其价格是染色丝产品的3～30倍[2]。天然彩色茧丝色彩丰富自然、色调柔和，而且还具有保湿、抗紫外线、抗氧化、抗菌等优良特性。同时，天然彩色茧丝可免去印染过程所造成的环境污染，符合纺织业“绿色革命”要求。除了彩色茧丝运用于传统的纺织工业，其在医疗、食品、工业等方面可以得到广泛的应用，具有广阔的开发和利用前景。

1 天然彩色茧丝资源

天然彩色丝色彩自然，色调柔和，部分茧色是目前染色工艺难以企及的色彩。在能够吐丝结茧的20多种绢丝昆虫中，其中大部分昆虫能吐出彩色丝[3]，而且绝大多数昆虫属于鳞翅目(Lepidoptera)。

1.1 家蚕的彩色茧资源

家蚕(Bombyxmori)的茧色丰富多彩，是其它绢丝昆虫无法超越的。家蚕彩色茧资源主要有两大类，分别是黄红茧系和绿茧系。普通白茧对黄茧是隐性，但是欧洲白茧对黄茧为显性。黄红茧系主要包括淡黄、金黄、肉色、红色、蒿色、锈色等，其茧丝的颜色来源于桑叶中非极性的类胡萝卜素色素(β-胡萝卜素、新生β-胡萝卜素)和极性的叶黄素类色素(叶黄素、蒲公英黄质、紫黄质、次黄嘌呤黄质)，且色素分布于丝胶中。绿色茧系主要包括淡绿色和绿色，色素主要来自于蚕体内生成的黄酮类色素，且色素分布于丝胶及丝素中[1]。

1.2 野蚕的彩色茧资源

一些野蚕也是优质的天然彩色茧基因资源，主要属于鳞翅目的蚕蛾科(Bombycidae)和大蚕蛾科(Saturniidae)，包括蚕蛾科的野桑蚕(Bombyxmandarina)，大蚕蛾科的柞蚕(Antheraeapernyi)，天蚕(Antheraeayamamai)，栗蚕(Dictyoplocajaponica)，樗蚕(Samiacynthia)，琥珀蚕(Antheraeaassamensis)，柳蚕(ActiasSelene)，透目大蚕(Rhodiniafugax)等。野蚕茧色丰富多彩，详见表1[4-7]。

表1 家蚕与野蚕的茧色特征

2 彩色茧品种的培育及创制

2.1 利用天然彩色茧资源培育家蚕彩色茧品种

天然彩色茧的茧色受多种基因控制，其遗传机理十分复杂。黄红茧系基因均以黄血基因Y的存在为前提条件，但黄血抑制基因I(控制类胡萝卜素从中肠上皮细胞到血淋巴的转运)对Y基因有抑制作用，使类胡萝卜素分解，金黄茧基因C(控制类胡萝卜素从血淋巴到中部丝腺的转运)与Y、I基因共同控制了蚕茧的最终色彩[8]。控制绿茧系的基因：互补基因Ga(座位不明)和Gb(7-7.0)、独立控制绿茧的基因Gc(15- ?)、绿茧d(Gd)和新绿茧Gn[1，9]。此外，还有荧光茧色的黄荧光色基因YF和紫外荧光基因Yf，它们的作用都是在中肠和血液内合成绿茧色素，前者茧丝呈现出黄荧光色，后者茧丝呈现紫荧光色[10]。

地方种中有丰富的彩色茧资源，如黄红茧系：鲁黄1、鲁黄2、鲁黄8、鲁黄10、鲁108、大毛、二毛、大锤把子、安康4、玫瑰红茧、大团圆、盱眙1、珠桂、中十四等；绿茧系：武功种、碧莲等[11]。

利用丰富的家蚕和野蚕的天然彩色茧品系与现行优良的生产用种进行杂交育种，可选育出茧色纯正、均一、产丝量高、抗性强的天然彩色茧品种。国内外许多研究院(所)、高等学校已经成功培育出一系列实用的天然彩色茧品种。在国内，西南大学蚕桑学重点实验室首先育成了“西农绿茧1号”，之后相继育成彩色茧配套品种，包括“金色211”、“渝黔绿茧”、“渝黔黄茧”(后二者与贵州省蚕业研究所合作育成)等，通过审定在产业上应用；同时育成锈色茧、红色茧基础品种，逐步实用化。浙江大学动物科学院蚕蜂系也培育了红色、黄色、绿色等实用的天然彩色茧品种[12]；安康学院已经培育出我国首个利用野桑蚕茧色基因育成的天然彩色茧家蚕品种—“金丝一号”[13-14]，“限性蚕品种黄茧一号”[15]；苏州大学培育了“彩色一号”等；四川省蚕业研究所培育了彩色茧品种“夏黄×秋色”[16]、“蜀黄1号”[17]，等等。在国外，日本有限性黄茧品种“黄白”、“日3·日4×中3·中4”、“黄茧锺光×黄玉”、绿茧品种“PNG×PCG”等[18]。其它一些国家如印度、越南等都有利用天然彩色茧品种的习惯。

2.2 利用转基因技术育成新型家蚕彩色茧丝品种

利用转基因技术，直接将外源有色基因引入家蚕个体，可克服遗传壁垒和有限育种资源的局限，对获得转基因彩色茧新品种具有深远的意义。转基因技术具有在短时间内获得拥有目的性状的家蚕纯合体的特性，国内外的科学家已经运用该技术创造了一些家蚕新的彩色茧品种和育种素材。

2.2.1 转天蚕丝基因家蚕新品种

中国科学技术大学的李振刚等[19]通过交变脉冲电泳转基因技术将天蚕丝素基因转移到家蚕基因组中，经过10多年的试验研究，培育出具有天蚕优良丝质性状的家蚕新品种。这种转基因家蚕丝在F1代中出现了约20%的淡绿色茧，F2代中则有近60%的茧为淡绿色。它们与天蚕的黄绿茧相近，而明显不同于家蚕白茧。具有抗酸碱性强、有闪烁光泽、手感柔软、富于强伸力的优良特点，其织物坚牢，不易皱。因此具有良好的市场前景。

2.2.2 转绿色荧光蛋白基因家蚕彩色茧新品种

在国内外，有许多科研单位都尝试用转基因手段培育新型家蚕彩色茧丝品种。经过多年的探索和研究，转基因家蚕彩色茧丝品种已经培育成功。西南大学的赵爱春等[20]将增强型绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein, EGFP)基因通过piggyBac转座子系统转入家蚕，成功获得了在丝腺中特异性高表达绿色荧光蛋白(GFP)的转基因家蚕绿茧材料。其特征为：茧色在自然光下呈绿色，且具有绿色荧光特性，命名为西绿，已获得农业部安全评价中试许可(农基安办字2010-T317)[21]。基于piggyBac转座载体的转基因系统，因转座子在基因组上随机跳跃，因此品种的性状存在不稳定、易退化的现象。随着科学技术的不断更新发展，锌指核酸酶(Zinc-finger nucleases，ZFNs)、TALENs[transcription activator-like (TAL) effector nucleases]、CRISPR/Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)等新的基因组编辑技术的出现，转基因的效率提高，转基因性状更稳定，相信在不久的将来一定会创造出丰富多彩的新型的彩色茧丝品种。

3 天然彩色茧的优良特性

天然彩色茧丝除了在色彩、色调上的优势外，其在保湿、抗紫外线、抗菌、抗氧化等方面均比白茧丝更突出，可以开发出多元化的产品，迎合现代人对商品的要求。

3.1 优良的吸放湿性、通气性、保暖性

与白色蚕丝相比，天然彩色蚕丝的丝蛋白分子间空隙率大，最多可达10%，是天然的多孔性蛋白质纤维。因此，天然彩色茧织物具有良好的柔韧性、吸放湿性、透气性、保暖性。同时，多孔的丝蛋白纤维还有类似活性炭的作用，能够除臭，使衣着清爽宜人。

3.2 较强的紫外线吸收能力

胡智文等[22]的研究结果表明，经过固胶、漂练的家蚕天然黄色生丝，在紫外线的照射下色彩基本不变，具有较强的紫外线吸收能力。桑蚕丝对于容易诱发基因突变、导致皮肤癌等的波长在280 nm左右的紫外线(UV-B，波长为275～320 nm)有很好的遮蔽和吸收作用。徐世清等[3]的试验证明，天然彩色蚕丝有很好的紫外线吸收能力，用紫外线长时间照射蚕茧，茧内的蚕蛹发育和羽化的蚕蛾及后代正常，但将蛹从茧内取出后直接照射，蚕蛹会受到严重影响，羽化的蚕蛾和后代畸形多。因此天然彩色茧丝对紫外线有较强的抵抗能力。

3.3 彩色茧丝的高色素含量及保健作用

梁海丽[23]等的研究结果表明家蚕天然彩色茧丝的黄酮色素含量和类胡萝卜素含量显著高于白茧丝。与白茧丝相比，黄茧丝黄酮色素的含量高33%，绿茧丝则高出 5 倍；类胡萝卜素的含量黄茧丝高33.2倍，绿茧丝则高出9.2倍。据报道，适量摄入黄酮类化合物能减少癌症、肿瘤、心血管疾病、脂质过氧化以及骨质疏松等疾病的发病率[24]。类胡萝卜素在生物体中发挥着重要生理作用，是人体合成维生素 A 的前体，是重要的抗氧化剂，能增加机体的免疫力等[25]。

3.4 彩色茧丝的强抗菌能力

黄色葡萄糖球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓菌、枯草杆菌等是生活环境和人体常见的病菌，特别是夏季人体出汗或皮肤破损后极易滋生。研究发现家蚕天然彩色茧丝对上述病菌的抑制效果比白色蚕丝更好[23，26]，而且家蚕天然彩色茧丝中高含量的黄酮色素和类胡萝卜素，使之具有更好的抗菌效果。

3.5 彩色茧丝的强抗氧化能力

生物在生命活动中，特别是在不良环境中会不断产生超氧阴离子自由基、单线态氧、过氧化氢、羟自由基等多种活性氧自由基和破坏功能分子，对机体产生毒害。超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)能够清除机体内过量自由基，使机体免受自由基毒害，而且还具有抗衰老的特殊效果。已有的研究结果表明家蚕彩色茧丝的SOD活性远远高于棉纤维(有微弱的SOD活性)，也高于白茧丝，其中绿茧丝的SOD活性比棉纤维高30倍，超过白茧丝近3倍[23]。Chikara Hirayama等[27]从家蚕黄茧的乙醇提取物中分离得到了含有两种脯氨酸的栎皮黄酮类物质，有较强的抗菌、抗氧化的活性[28-29]。此外，彩色茧丝中的类胡萝卜素也是重要的抗氧化剂[25]。

4 天然彩色茧的综合利用

4.1 纺织工业上的应用

桑蚕彩色茧丝具有良好的柔韧性、保暖性、吸放湿性和通气性，较强的紫外线吸收能力，较强的抗菌能力，且不含对人体有害的染料成分，是一种理想的贴身穿着衣料，可以制作成高档的内衣、睡衣、睡袍。除此之外，还可以制作成各类服装、领带、围巾、床上用品(蚕丝被、蚕丝毯)等。相比于白茧丝而言，彩色茧丝价格高，相应的产品不仅迎合人们崇尚自然的消费观念，同时也具有较高的价格，因此具有更大的经济效益。其它绢丝昆虫的彩色丝的开发应用前景也十分广阔。天蚕丝具有优良的丝纤维特性，高雅、柔和的特点，可以制成高档、华贵的织物面料，刺绣用线，以及各类饰品。柞蚕丝手感柔软而具弹性，其纺织制品刚性强、耐酸碱性强，色泽天然，纤维粗，保暖性好，是蚕丝被、蚕丝毯的良好材料。

4.2 在医学上的应用

4.2.1 防护类产品

普通的白色蚕丝能广泛地应用到防远红外线的纺织品、防紫外线织物、防中子纤维和防X光纤维材料中[30]。远红外的纺织品主要有保健护腿、护腕、护肘、保健帽、保健文胸、保健枕、眼罩、手套等等。由于天然彩色丝比白蚕丝在在防护功能上具有更优的特征特性，因此，用天然彩色丝来制成上述的防护类产品，对人体的保健和防护更有应用价值，会更加受到消费者的欢迎。

4.2.2 仿器类产品

这类产品主要有手术缝合线、人造血管、人造器官、人工神经、人工皮肤、人工角膜、人工肌肉等。以桑蚕丝为原料编织的极细丝线作为手术缝合线已有近百年的历史，在人体内不会引起过敏或致癌。同样人造血管也是由蚕丝纤维为原料直接编织而成。我国首创利用桑蚕丝成功研制出真丝人造血管[31]，经临床试验，具有良好的疗效。同时，经过逐步改进和完善制造工艺，已经能制成各种不同类型的口径的真丝人造血管，适应各种类型血管病变的治疗。将蚕丝通过高分子化学合成处理，使钙或磷与绢丝凝聚，可开发出骨科治疗上的“接骨材料”。同样通过化学处理之后，也可开发人工肌健或人工韧带。天然彩色茧丝同样也可以利用到此类产品中，具有诱人的应用前景。

4.2.3 治疗类产品

以蚕丝制成的创面保护膜适用于浅度烧伤、创伤和整形取皮区等皮肤缺损创面的治疗[32]。此外，丝素药物缓释材料可以调节多孔丝素膜的孔尺寸和孔隙率，具有较大的药物控释范围。目前，我国中药丝素膜也已研制成功[33]。蚕丝通过浓硫酸处理，能获得与肝磷脂相同的物质，具有抗凝血活性、延缓血液凝固时间的作用，可开发血液检查用器材或抗血栓性材料。天然彩色茧丝的优良特性，会促使治疗类的产品具有更好的疗效。

4.3 其它方面的应用

天然彩色茧丝可以运用到化妆品中。化妆品中加入丝胶，能起到保湿作用，并能抑制黑色素的生成，有效地预防皮肤变黑；抵御紫外线、抗氧化功能，极大限度地防止皮肤起皱老化。在1948年，丝素都已经被掺入到化妆霜中，涂于皮肤上。1973年，日本的专利公开了蚕丝用于化妆品的工艺[30]。近年来，丝蛋白长链大分子分解为丝素肽，作为营养护肤、护发高级化妆品的添加剂。在食品方面，蚕丝由18种氨基酸组成，而含有脂肪和碳水化合物的量很少，非常符合现代营养理念的需求。因此，蚕丝粉末已经广泛地添加到蛋糕、饼干、面条、冻果胶、稀饭、饮料、胶囊等种类繁多的食品中[34]。丝胶还可作为食品营养添加剂和油脂类食品的天然抗氧化剂，以延长油脂的保质期[29]。除用于化妆品或保健食品的添加剂外，蚕丝粉还可制成含丝粉的绢纸或食品保鲜用的包装材料和具有抗菌性的丝质材料。此外，丝素膜除用于加工隐形眼镜片外，还可将细至0.3 μm的丝粉与树脂混合，开发出被称为“丝皮革”的新产品。将蚕丝粉调入某些涂料中制成的高级涂料，用来喷涂家具用品，能增加器物的外观高雅与触感良好的效果，广泛用于各种室内装璜。

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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

*资助项目：商务部“茧丝绸生态产业技术支撑平台”项目(0702-1441CITC5Y10)，国家蚕桑产业技术体系建设项目(CARS-22-SYZ22)，中央高校基本科研业务费项目(XDJK2014C046)。

谭 端(1982-)，女，博士研究生，农艺师。研究方向：蚕丝生物学。通讯作者：代方银(1969-)，男，博士，教授，博士生导师。E-mail:fydai@swu.edu.cn