家蠶天然彩色繭資源的研究現狀與開發前景

孟繁利，艾均文，薛 宏，何行健，鐘天生，萬 飛

（湖南省蠶桑科學研究所，湖南 長沙 410127）

我國是蠶絲業的發祥地，為世界創造了絢麗多彩的絲綢文化，同時也為人類留下了豐富的家蠶資源。早在桑蠶繭開始應用的時候，天然彩色繭也同時被發現，但作為“纖維皇后”的蠶絲在目前國際市場上幾乎都是白蠶絲，天然彩色絲所占比例極少。隨著人們生活水平的提高與消費觀念的改變，天然彩色織物給紡織領域帶來了一場“綠色革命”，關于天然彩色繭的研究成為新的熱點，其產品也呈現出很大的市場潛力和廣闊的商業前景。

1 天然彩色繭資源的多樣性與成色機理

天然彩色繭的品種繁多，這些豐富的色彩是古桑蠶模擬各自特殊的生活環境而形成的特有的蠶繭保護色，用以增強蠶蛹對敵害、病害和不良環境的抵抗能力，是生態意義上的需要。在古桑蠶的天然彩色的基礎上，通過人工馴化可以形成更多的天然彩色繭資源[1]。這些彩色繭資源也與大量家蠶個體的單一且短暫的馴化所形成的基因組遺傳變異圖譜相一致[2]。目前各研究機構保存的家蠶天然彩色繭資源主要有黃紅繭系和綠繭系兩大類。黃紅繭系包括淡黃、金黃、肉色、紅色、蒿色、銹色等，其繭色源于桑葉中非極性的類胡蘿卜素和極性的葉黃素類色素，前者包括β-胡蘿卜素和新生β-胡蘿卜素，后者包括葉黃素、蒲公英黃質、紫黃質、次黃嘌呤黃質等，其色素分布于絲膠中。綠色繭系的色素則是來自于體內生成的黃酮類色素，其色素分布于絲膠及絲素中。不論是黃紅繭系還是綠色繭系，其繭色的形成都由一個或多個的基因控制、涉及到一個紛繁復雜的通路并受到多種因素的影響。色素物質要從桑葉到達絲腺內與絲物質結合，必須要經過家蠶的消化道，透過消化管壁，經過血液、透過絲腺壁而最終與絲素或絲膠結合。在這個過程中，消化液的作用，中腸壁的透過能力與透過部位、血液的氧化能力、色素物質的移動速度，絲腺壁的透過性，絲腺的吸收部位以及色素物質與絲蛋白的結合能力等都會直接影響到繭色的形成，所以繭絲的顏色種類及深淺不僅與這些色素的成分和含量有關，更主要是受到消化管和絹絲腺管壁的透過性影響。

研究表明，綠色繭的遺傳相對簡單，由獨立遺傳的 Gc（15-？）與互補遺傳的 Ga（？）/Gb（7-7.0）等基因控制[3]。Gc基因控制的綠色對白色為不完全顯性[4]。黃紅繭系繭色的表現則多種多樣，不僅顏色種類多，深淺差異很大，而且蠶繭的內層或外層顏色也不一致。因此，從形態遺傳上就可以判斷其控制基因多、遺傳機理復雜。目前，已知與黃紅繭系繭色形成有關的基因有20多個[3]。這在一定程度上也暗示了對天然彩色繭資源實用化改造的復雜性。

2 天然彩色繭絲的優良特性

2.1 彩色繭絲的高微空隙率

由于絲素中非結晶區的存在，在絲素分子間存在一些細微的空隙，加上非結晶區中親水性較大的氨基酸與水能形成氨鍵結合，故絲素纖維具有良好的吸濕、散濕、透氣的性能，蠶絲也被賦予了“人體空調”的美譽[5]。梁海麗等[6]通過繭絲切面結構觀察發現，黃色繭絲的絲蛋白分子間孔隙率比白色繭絲的大37%～53%，由此推測其柔韌性、保暖性、吸放濕性和通氣性都優于白色繭絲。同時，多孔絲纖維還有類似活性炭的作用，能夠消臭，使衣著清爽宜人。蠶絲的微孔隙結構也決定了蠶絲能夠印染的特性[5]，天然彩色絲空隙率比白色蠶絲高，可以作為某些物質的良好載體，也可開發多功能的彩色絲新材料。

2.2 彩色繭絲的高色素含量

利用分光光度法測定A 510 nm，得出黃色絲的黃酮色素含量比白蠶絲高33%，綠色絲比白蠶絲高5倍[6]。同時測定A 445 nm，發現黃色絲的類胡蘿卜素比白蠶絲高33.2倍，綠色絲比白蠶絲高9.2倍。而黃酮類在生物體的細胞內代謝形式（即與巰醇類，特別是谷胱甘肽GSH結合、氧化代謝、與細胞色素P450相關的代謝）表明，其具有抗氧化、清除自由基、抗衰老、防心血管疾病、抗癌防癌等作用[7-8]。動物包括昆蟲不能體內合成類胡蘿卜素，只能從植物等外源物質中獲取。但類胡蘿卜素在生物體中發揮著重要生理作用，是人體合成維生素A的前體，是重要的抗氧化劑，能降低癌癥與心血管疾病的發病率[9-10]。而葉黃素能有效防治黃斑變性、白內障等與衰老有關的眼科疾病[11]。

2.3 彩色繭絲的高SOD含量

采用改進的黃嘌呤氧化法-羥胺法測定超氧化物歧化酶（Superoxide dismut-ase，SOD）活性，棉纖維只有微弱的SOD活性，家繭彩色繭絲的SOD活性遠遠高于棉纖維，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；黃繭絲比棉纖維高15倍，超過白繭絲50%[6]。生物在生命活動中，特別是在不良環境中會不斷產生超氧陰離子自由基、單線態氧、過氧化氫、羥自由基等多種活性氧自由基和功能破壞分子，對機體產生毒害。SOD能夠清除機體內過量的自由基，使機體免受自由基毒害，如SOD制劑可以延緩皮膚衰老，具有養顏的作用。繭絲分解自由基的活性，是蠶繭遮蔽紫外線功能的有效補充。

2.4 彩色繭絲的強抗菌功能

黃色葡萄糖球菌、MRSA、綠膿菌、大腸桿菌、枯草桿菌和黑色芽孢菌（G+）是生活環境和人體常見的病菌，特別是夏季人體出汗、皮膚破損后極易滋生，也很難殺死。試驗研究發現[6]，家蠶天然彩色繭絲對上述頑固病菌的生長抑制效果比白蠶絲更佳，由此推測它對大多數其它菌種均有相當的抑制功效。試驗還發現繅絲時蠶絲保留了部分絲膠，因而繭絲也有很好的抗菌能力；彩色繭絲的抗菌效果也使得利用家蠶天然彩色繭絲為材料做成的服飾有很好的保健作用。

2.5 彩色繭絲的強防紫外線能力

人體皮膚變黑就是因為黑色素細胞中的酪氨酸酶，將角朊組分中的酪氨酸氧化，最后聚合成黑色素，而紫外線照射能加速這一過程[12]。由于彩色絲使用了新的繅絲工藝，在生絲中留存了更多的絲膠，而絲膠具有抑制酪氨酸酶活性的特性，因此，使用彩色絲開發的產品能有效抑制皮膚中黑色素的生成，保持皮膚的白嫩。桑蠶絲對波長在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[13]。胡智文等[14]的試驗證明，經過固膠、漂練的家蠶天然黃色生絲，在紫外線照射下減色很少，即色彩基本不變，說明彩色繭絲具有吸收紫外線的能力。此外，經過固膠技術處理的絲纖維符合內衣衛生標準，從而可提高服裝的質量。

3 天然彩色繭絲的利用現狀

人類對天然彩色繭資源開發利用的歷史悠久，但一直面臨兩大難題：一是產量低，產量只有20～30 kg/張，僅為普通白繭產量的50%～70%；二是色澤不牢固，蠶繭在加工成絲以至服裝的過程中，不能穩定保存色素，而且有色絲膠難以均一除盡而形成花斑絲并嚴重影響生絲品質。因而，在上世紀30～50年代的品種改良中逐漸淘汰了有色繭品種，也是目前阻礙天然彩色絲規模開發利用的主要障礙。

3.1 東南亞天然彩色繭絲的利用現狀

東南亞各國天然彩色繭資源十分豐富，具有利用天然彩色絲的傳統，其中柬綢、泰綢等極具民族特色，且有一定規模的彩色繭及其絲織品的生產能力。由于泰國的蠶農普遍信仰佛教，他們把黃色視為吉祥，故近半數的蠶農自己繁殖多化性的黃繭土種，約25%為多化性種，20%為二化性雜交種，但品種的生產水平很低[13,15]。引進優良二化性品種后，蠶農進行了天然彩色繭品種的更新研究工作，如黃色繭品種B1×土種，其產繭量有一定提高[16]。目前柬埔寨飼養的桑蠶幾乎全部是金黃色繭品種，蠶農自留蠶種，純種飼養。蠶農在蠶結繭后立即活蛹繅絲，繅制的蠶絲仍然保留了鮮艷的色彩，繅絲采用的是傳統的手工方法，每粒繭能夠繅絲300～700 m，生絲色澤金黃，絲膠留存很多，容易并結，手感硬，經過進一步水煮處理，手感變得柔軟，但色澤變淡，織物比較硬挺、爽身，很適合柬埔寨的氣候[17-18]。然而，彩色制品的開發受到品種與傳統生產水平的制約，難以大規模發展。

3.2 日本天然彩色繭絲的利用現狀

明治維新時期日本首相就制訂“二線國策”，確立了以生絲貿易為基軸的對外貿易體制，對養蠶業也實施重獎政策，推動了蠶絲業的迅速發展，建立了許多現代養蠶技術體系。其后日本在對中國、朝鮮、東南亞發動侵略戰爭的同時，也開始對這些地區的蠶桑等資源進行掠奪，收集了包括天然彩色繭在內的許多寶貴資源[19]。日本現在的彩色繭絲開發利用技術有了較大的發展，已經育成了幾對實用水平很高的蠶品種，比如1994年鐘紡公司合成的黃繭鍾光×黃玉品種，是日本推廣最普遍的彩色繭蠶品種；1998年通過審定的群馬×中125品種，蠶絲色澤金黃，十分華貴，在日本已經成為生產“黃金絲”的主推品種，同時還聲稱已經開發出金黃色蠶絲的色素固定技術，其織物能夠水洗；2000年日本農林水產省下屬的農業生物資源研究所，利用色素存在于絲素中的天然彩色繭資源開發出含有黃酮色素綠繭品種PNG×PCG，這種蠶絲有獨特的抗菌作用[13]。

3.3 中國天然彩色繭絲的利用現狀

中國地域遼闊，有豐富的天然彩色繭資源，同時也有悠久的天然彩色繭利用開發歷史。目前，我國也先后育成了幾對實用品種。2007年，羅朝斌等[20-21]育成了天然綠色繭品種“渝黔綠繭”（C101×N101），繭絲長1 100 m左右，解舒率在80%左右，鮮繭出絲率為16.5%，解舒絲長900 m左右，其原蠶好養好繁。隨后，又用“871×872”作輪回親本，育成了“渝黔黃繭”（G101×Y101），其繭層率達到了 23.24%，為輪回親本的92.26%。2007年該品種通過貴州省農作物品種審定委員會審定[22-23]。蘇州大學選育出高產彩色黃繭蠶品種“彩繭1號”[24]，產量與普通白繭基本持平，達到40 kg/張。試驗結果表明，該彩繭在加工成絲以至服裝的過程中，色素保持穩定，制出的成品服裝可以經過50次水洗、200 h日光曬而不褪色，2008年該品種通過了江蘇省蠶品種審定委員會審定。蘇州大學還獲得了2項關于天然彩色繭加工技術的發明專利，他們能利用尿素與硫脲等色素轉移劑將天然色素轉移到絲素中，使色素含量提高了 2～3 倍[25-26]。

4 天然彩色繭絲的開發利用前景

目前，對蠶絲進行著色的方法有4種。第一，使用最多的為印染加工，幾乎占絲綢著色加工的97%；第二，蠶期添加人工合成色素[27]；第三，利用天然彩色繭資源；第四，利用轉基因技術，獲得轉控制天然色彩基因的家蠶材料[28]。但前2種方法會對環境造成污染，不符合當前“綠色、環保、自然、健康、低碳”的消費趨勢，也與“資源節約，環境友好”的發展理念相悖。轉基因家蠶是當前生物工程技術發展的最新成果，代表著未來的發展方向，但在色素得以穩定導入的同時，也改變了絲的結構，或多或少地影響到蠶絲的加工，甚至產生新的技術難題，特別是轉基因品種要經過國家的生態安全論證與審批，所以，轉基因家蠶技術的發展還需要一個較長的過程。因此，在紡織服裝業碳標簽“來襲”之前，利用天然彩色繭資源是最簡捷、最環保、最低碳的方法，深度挖掘天然彩色繭資源，生產出雍容華貴、絢麗多彩、輕柔飄逸、綠色低碳的蠶絲產品是振興我國傳統蠶桑產業的必然途徑。

我國加入世貿組織后，蠶桑行業是少數幾個在國際市場占據壟斷地位的行業之一。現在，我國絲綢貿易占世界絲綢貿易的70%，但單件絲綢產品平均價格僅是法國的1/10，韓國的1/3，因此，我國只是量上的“絲綢大國”，還遠不是質上的“絲綢強國”，必須順應國際紡織品貿易發展趨勢，徹底改變以往的低層次價格競爭，提高產品的附加值和技術含量，發展從資源開發、原料生產、織造到印染均充分體現環保的綠色紡織品，贏得通往國際市場的“綠色入場券”[29]。目前，60%的蠶絲產品需印染加工，每年約有5～6萬t，有近800萬盒蠶種的飼養規模；而低碳環保的天然彩色絲能夠減少印染加工工序，符合現代服飾對綠色自然的追求與多元化及個性化的發展趨勢，市場前景非常廣闊。

5 湖南開發利用天然彩色繭資源的建議

湖南具有悠久的栽桑養蠶歷史。長沙馬王堆漢墓出土的“素紗禪衣”可謂“薄如蟬翼”、“輕若煙霧”，且色彩鮮艷，紋飾絢麗，它代表了西漢初養蠶、繅絲、織造工藝的最高水平。“湘繡”以其獨特風格和高超繡藝傲立于“四大名繡”之列，成為湖南乃至國家的“藝術名片”。湖南的蠶絲產業有其深厚的產業基礎與文化底蘊，深度挖掘天然彩色繭資源，順應低碳環保、天然織物的紡織領域“綠色革命”趨勢，有著十分重要的現實意義，但必須采取相應舉措，發揮湖南省蠶桑產業優勢。一是在做好天然彩色繭資源引進與保護的同時，注重天然彩色繭基礎資源的創新；二是加快天然彩色繭資源的實用化研究進程，注重育種技術的創新。天然彩色性狀幾乎都是多基因控制，可以參照家蠶近等基因系培育的方法[30]，采用回交與自交相結合進行修飾回交，分裂交配與系統選育相結合進行優良基因與色彩基因的聚合育種；三是利用湖南蠶桑產業化發展平臺，建立天然彩色資源開發基地，實行“公司+基地+蠶桑專業戶”的經營模式，進行優良特色繭的訂單化生產，開發“湘繡”系列產品，做大做強湖南的“湘繡”品牌產業。

[1] 吉武成美，蔣猷龍.家蠶的起源和分化[J].蠶業科學，1987，13（3）：182.

[2] Xia Q Y，Guo Y R，Zhang Z，et al.Complete resequencing of 40 genomes reveals domestication events and genes in silkworm（Bombyx）[J].Science，2009，326：433-436.

[3] 向仲懷.家蠶遺傳育種學[M].北京：農業出版社，1994.18-20.

[4] 魏廣衛，袁燕萍，張彩霞，等.家蠶綠色繭品種G1的繭色性狀遺傳及不同繭色蠶體組織的黃酮類化合物含量分析 [J].蠶業科學，2010，36（3）：905-909.

[5] 徐 水.繭絲學[M].重慶：重慶市北碚西師教材印刷廠，2003.31.

[6] 梁海麗，葛 君.家蠶天然彩色繭絲的色素特性研究[J].絲綢，2005，（6）：20-22.

[7] 古 勇，李安明.類黃酮生物活性的研究進展[J].應用與環境生物學報，2006，12（2）：283-286.

[8] 白鳳梅，蔡同一.類黃酮生物活性及其機理的研究進展[J].食品科學，1999，（8）：11-13.

[9] Giovannucci E.Tomatoes，tomato-based products，lycopene，and cancer：review of the epidemiologic literature[J].Journal of the national cancer institute，1999，91（4）：317-331.

[10] Hadley CW，Miller E C，Schwartz SJ，et al.Tomatoes，lycopene，and prostate cancer：progress and promise[J].Experimental biology and medicine，2002，227（10）：869-880.

[11] Krinsky N I，Landrum JT，Bone R A.Biologic mechanisms of the protective role of lutein and zeaxanthin in the eye[J].Annual Review of Nutrition，2003，（23）：171-201.

[12] Kato N，Sato S，Yamanaka A，et al.Silk protein，sericin，inhibits lipid peroxidation and tyrosinase activity[J].Biosci Biotechnol Biochem，1998，62（1）：145-147.

[13] 徐世清，王建南，陳息林，等.天然彩色繭絲資源及其開發利用[J].絲綢，2003，4（1）：42-43.

[14] 胡智文，劉冠峰.家蠶有色繭利用的探討[J].蠶業科學，1995，21（3）：200-201.

[15] 毛鏗祖，黃陳華，鐘國洪.赴印度、泰國考察蠶桑生產情況介紹[J].廣東蠶業，1993，（1）：47-49.

[16] 陳 松，唐 婷，夏培康，等.泰國的蠶業現狀與發展[J].中國蠶業，2008，（4）：79-83.

[17] 徐世清.柬埔寨蠶業生產現狀及發展方向 [J].中國蠶業，2003，24（1）：75-78.

[18] 謝玉貴，周六花.湘西州發展蠶桑生產的優劣勢與策略[J].湖南農業科學，2009，（5）：111-113.

[19] 顧國達，王昭榮.日本侵華時期對中國蠶絲業的統制與資源掠奪[M].杭州：浙江大學出版社，2010.57.

[20] 羅朝斌，代方銀，黃桂輝.家蠶新品種“渝黔綠繭”原種飼養及產卵試驗[J].蠶學通訊，2007，27（4）：23-26.

[21] 羅朝斌，姜 虹，代方銀，等.特殊用途桑蠶品種渝黔綠繭對比試驗[J].貴州農業科學，2009，37（3）：19-21.

[22] 羅朝斌，代方銀，姜 虹，等.特殊用途桑蠶品種渝黔黃繭的選育及應用初探[J].貴州農業科學，2009，37（12）：25-28.

[23] 黃仁志，陳志華，艾均文.淺論家蠶品種的種性保持[J].湖南農業科學，2004，（6）：58-60.

[24] 張志蘭，盧建珍，韓紅發，等.天然彩色繭蠶品種“彩繭1號”比較試驗[J].中國蠶業，2010，31（2）：18-20.

[25] 王祥榮，姜利利，崔世明，等.提高天然彩色蠶絲色彩濃度的方法[P].中國：200710043660.8，2008.

[26] 徐世清，王建南，陳息林，等.天然有色桑蠶絲的加工方法[P].中國：200410065256.7，2005.

[27] 吳傳華，肖林珍,范 濤.色彩學在家蠶彩色繭絲研究中的應用[J].中國農學通報，2003，19（4）：14-16.

[28] 艾均文，孟繁利，薛 宏，等.順應蠶桑產業發展要求，推進湖南家蠶品種改良[J].湖南農業科學，2011，（11）：111-114.

[29] 李 龍，向仲懷.印度絲綢標志推廣及其對我國的啟示[J].絲綢，2007，（8）：1-5.

[30] 代方銀，魯 成，向仲懷.家蠶近等基因系育成研究[J].西南農業大學學報，2001，23（3）：193-195.