天然彩色丝胶茧家蚕品种的培育现状及应用展望

叶崇军 李 冰 刘明辉 孙 帆 刘 震

(安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥 230061)

我国是蚕丝业的发祥地，栽桑养蚕已有5 000多年的历史[1]。蚕丝业作为我国传统的功勋产业，不仅为中华民族的经济发展做出了卓越的贡献，更是在传承民族文化和弘扬民族精神方面起着极为重要的作用。

优良的家蚕品种是支撑蚕丝业不断向前发展的基础。我国拥有丰富的家蚕种质资源，在长期的蚕业生产中积累了丰富的家蚕品种选育经验，通过家蚕品种更新，茧丝产量和质量都有了较大幅度的提高。但是，随着经济的快速发展和社会的不断进步，市场对蚕丝产品的需求呈现多元化的趋势，特殊性状、特殊用途的家蚕品种已成为蚕桑产业发展的新需求，并有部分品种进入产业化应用阶段[2-4]。家蚕特殊种质资源，如天然彩色茧品种、天然丝胶茧品种、抗性品种等不断涌现并日趋成熟，特别是天然彩色茧丝，不仅色彩丰富自然、色调柔和，还具有保湿、抗紫外线、抗氧化等优良的功能特性[5-6]，而且，天然彩色茧丝免去了印染过程，可减少印染过程中的污染，更加绿色环保。此外，现有的研究表明，丝胶蛋白具有保湿[7]、抗菌[8]、防紫外线[9]、抗氧化[10]等功能特性，在化妆品、食品、生物医学等领域具有良好的应用前景。因此，利用常规育种手段与现代分子育种技术相结合，在天然彩色茧和纯丝胶茧方面实现种质创新，育成天然彩色丝胶茧家蚕品种，对拓宽蚕丝多元化应用领域，提高蚕丝产业的附加值和经济效益，以及在蚕丝资源综合利用方面都具有重要的意义。本文就国内天然彩色茧家蚕品种和彩色丝胶茧家蚕品种的培育现状进行阐述，并对其在生物医学、化妆品、食品等领域的应用前景展开论述，以期为天然彩色丝胶茧家蚕品种的创新和更广泛的利用提供借鉴。

1 天然彩色茧和彩色丝胶茧家蚕品种的培育现状

保护和利用家蚕种质资源，尤其是家蚕特殊种质资源，是现代家蚕育种的重要基础。家蚕特殊种质资源的发掘和创新，直接影响到家蚕育种工作的水平和未来蚕丝业的发展前途。近代家蚕育种的重大成就，几乎都与家蚕特殊种质资源的利用有关[11]。随着家蚕遗传育种的发展，育成的特色家蚕品种，如天然彩色茧、纯丝胶茧等家蚕特殊种质资源的保护和创新也获得突飞猛进的发展。

1.1 天然彩色茧家蚕品种

天然彩色茧家蚕品种是极具市场开发潜力的特色家蚕品种，用其生产的蚕丝及丝绸制品能保持柔和的色调。除此之外，与普通白色茧丝相比，天然彩色茧丝还具有高微孔隙率、高色素成分(如类胡萝卜素、类黄酮等)含量、高超氧化物歧化酶活性等优点，使天然彩色茧丝产品具有保暖、透气、抗氧化、抑菌、防紫外线等特殊功能[12]，并且免去了印染工序，绿色环保。因此，天然彩色茧家蚕种质资源的利用和开发潜力巨大。

近几年，我国的家蚕育种工作者纷纷开展了天然彩色茧家蚕品种的培育，并取得了丰硕的成果。如，桂蚕H9，是广西壮族自治区蚕业技术推广总站育成的亚热带型天然黄色茧特殊用途家蚕品种，茧色均匀，于2012年通过广西壮族自治区农作物品种审定委员会审定[13]。金·菊×明·玉，是河南省蚕业工作者选育的双限性金黄色茧家蚕品种，于2013年通过河南省蚕桑品种审定委员会审定[14]。湘彩黄1号，是湖南省蚕桑科学研究所与苏州大学合作育成的天然黄色茧家蚕品种，该品种实用经济性状优良，于2015年通过湖南省农作物品种审定委员会审定[15]。贵蚕11号，是贵州省农业科学院蚕业研究所在前期渝黔黄茧、金色211天然彩色茧家蚕品种选育的基础上，综合彩色茧家蚕品种材料组配筛选一代杂交种产茧成绩，尤其是综合抗不良环境性状以及茧型、金黄茧色、缩皱等性状选育的春秋兼用金黄色茧家蚕品种[16]。

1.2 天然彩色丝胶茧家蚕品种

丝胶蛋白是一种水溶性的球状蛋白质，由18种氨基酸组成，其中丝氨酸(Ser)和甘氨酸(Gly)含量较高，分别占丝胶蛋白氨基酸总量的33.30%和16.05%，而且还具有较强的紫外线吸收能力以及抗氧化、抗菌等优良的功能特性[17-18]。

我国丝胶蛋白的生产和开发局限于从缫丝废水中回收。但从缫丝废水中回收丝胶蛋白的工序繁杂、效率低、成本高，且回收的丝胶蛋白纯度低、有化学残留，极大地限制了丝胶蛋白的应用。而天然丝胶茧家蚕品种的丝胶蛋白能直接利用并高效发挥其功能特性。家蚕品种选育是大量生产全天然、纯丝胶蛋白最有效的途径。早在20世纪七八十年代，日本农业生物资源研究所就育成了不分泌丝素只分泌丝胶的家蚕品种——丝胶星，引起业界的高度重视[19]。近年来，我国家蚕品种选育工作者也开展了丝胶茧家蚕品种的培育工作。李军等[20]在开展丝胶茧家蚕品种选育研究的过程中，发现丝胶茧家蚕品种的蚕体中部丝腺膨大，且没有后部丝腺。安徽省农业科学院蚕桑研究所陈复生等利用从日本引进的丝胶茧家蚕品种资源与自主创新家蚕品种资源相结合，育成了全天然纯丝胶茧家蚕品种“绿S”和“白S”，其丝胶茧分别为绿色和白色，并于2010年3月通过由安徽省科技厅组织的省级成果鉴定；其中绿色丝胶茧家蚕品种绿S不仅具备丝胶蛋白量多、纯度高、不易分解变性等诸多优点，且其紫外线吸收能力、抗菌等功能特性较回收的白色茧丝胶蛋白更为优越[18]。

2 天然彩色丝胶茧家蚕品种的应用现状

天然彩色丝胶茧家蚕品种所结的丝胶茧为绿色，同时具备丝胶茧和彩色茧的特点[18，21-22]。随着近年来研究的深入，丝胶蛋白作为一种来源稳定的天然蛋白，具有一系列独特的生物学性能，如良好的生物相容性等，且可加工性强，其具有的亲水性、抗氧化活性及酪氨酸酶活性抑制作用，在创面修复、化妆品、食品、药品和材料改性等领域都取得了突破性的进展[23]。同时，丝胶蛋白能够完全降解，对组织无任何毒副作用，具有广阔的应用前景。

2.1 生物医学领域的应用

有研究报道丝胶蛋白在创伤修复方面的效果显著。ERSEL等[24]在大鼠背皮创面的修复试验中使用丝胶蛋白与羧甲基纤维素钠(CMC-Na)混合制备的凝胶，手术后发现丝胶蛋白实验组能够加快大鼠伤口愈合进程，检测相关酶的活性后发现丝胶蛋白能够减少伤口周边组织的坏死和水肿现象。丝胶蛋白的多肽链上含有丰富的活性基团，是蛋白质、基因片段和小分子物质的最佳结合位点，丝胶蛋白能够保护酶的结构和活性不被高温环境或胰酶等破坏，使酶保持较高的活性，因此，丝胶蛋白可以作为优良的蛋白质载体[25]。KOLEY等[26]采用共沉淀的方法将丝胶蛋白与无机盐离子相结合，制备出微米级多层孔隙结构的“杂合花”，这种微纳结构的材料比表面积有较大提高，增强了自身的吸附能力，能够作为吸附涂层材料，用于净化水质的重工业行业和骨组织矿化等医学领域。有学者尝试将丝胶蛋白添加到人们的日常饮食中，发现丝胶蛋白不仅可以明显限制肠道对胆固醇、甘油三酯等脂质的摄入，还可以提高人体对葡萄糖的耐受能力[27]。此外，丝胶蛋白对酒精引发的胃肠道和肝脏损伤也有一定的保护和治疗作用[28]。因此，丝胶蛋白在防治高血脂、糖尿病等代谢性疾病方面也有潜在的应用前景。

绿色丝胶茧提取的丝胶蛋白特有的氨基酸组成和结构性质赋予了其良好的水溶性、促进细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]，在生物医学领域，尤其是在创伤修复、促进组织再生、天然药物等领域均具有十分广阔的应用前景。

2.2 化妆品领域的应用

现在普遍认为分子量较小的水溶性丝胶多肽具有优良的保湿作用，能够使人体皮肤中的水分含量保持适量，进而使皮肤光亮、柔嫩、富有弹性，这是由于丝胶蛋白的分子构象主要为松散无序的卷曲结构，其多肽链的表面有许多亲水性基团，而这些亲水性基团可与人体内的水分结合并传送至皮肤角质层，从而使皮肤保持水润、柔嫩、光滑，这种现象与人体角质层中含有的天然调湿因子的作用类似[30]。还有研究表明，丝胶及其酶解产物均具有抗氧化作用[10]。同时，丝胶蛋白还具有螯合金属离子、抑制酪氨酸酶活性等作用[31]，能降低皮肤中黑色素的累积。所以，使用含有丝胶的化妆品，不仅能抑制黑色素的生成，对预防日晒后的皮肤变黑有明显的效果，还能保持肌肤水润、光亮。

绿色丝胶茧的丝胶蛋白对长波紫外线的吸收能力明显高于白色丝胶茧的丝胶蛋白，更是显著高于白色普通茧的丝胶蛋白[21]。而且绿色丝胶茧的丝胶蛋白及其酶解产物均具有清除DPPH(1，1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基、抗氧化、抑制烃基自由基和抗超氧阴离子自由基等方面的能力，抗氧化作用显著[22]，在化妆品领域具有更为优越的应用价值。

2.3 食品添加剂领域的应用

丝胶蛋白含有人体必需的8种氨基酸，所占比率高达20%；丝胶蛋白还可消除机体内多余的自由基，是食品中优良的天然抗氧化剂[32]。早在21世纪初就有学者证实丝胶蛋白可以用于食品添加剂，如日本学者山田英幸用含丝胶的水蒸煮米饭，发现蒸煮后的米饭更松软可口，并在保质期方面表现良好[32]。而且，丝胶蛋白还可用作饮食品用水如沏茶、饮料用水等水源的添加剂[30]。这种含有丝胶的饮食品用水能抑制食品和饮料氧化，起到杀菌、防腐的作用，使食品和饮用水品质稳定，保存更长久。

3 前景与展望

虽然目前关于天然彩色茧家蚕品种和彩色丝胶茧家蚕品种的保护和创新利用取得了一定的进展，但在以下几个方面尚需深入地研究和探索：首先，通过传统育种方法与现代分子生物技术相结合，加速彩色丝胶茧家蚕品种的育种进程，提高育种效率；同时对培育的天然彩色丝胶茧家蚕品种进行改良，提高其经济性状，使其能够获得优质高产的丝胶蛋白，并与相关企业合作研发丝胶蛋白创新产品，提高丝胶茧的附加值。这样不仅能更合理地利用自然资源，而且还能促进蚕桑产业提档升级，使之带动农民增收。其次，彩色茧家蚕品种和彩色丝胶茧家蚕品种都已经成熟，符合市场需求，且达到了实用化水平，可以开展相关鉴定。但是，目前尚无彩色茧家蚕品种和彩色丝胶茧家蚕品种的审定指标，家蚕品种审定部门应依据家蚕特殊品种的类别，逐步建立鉴定方法和审定指标[33]，以期为开展彩色茧家蚕品种和彩色丝胶茧家蚕品种的鉴定和审定提供借鉴，使育成的彩色茧和彩色丝胶茧家蚕品种得到更广泛的认可。再次，探究彩色丝胶茧家蚕品种的丝胶蛋白在微结构和生物医学材料方面的生物学性能，其实验数据有助于丝胶蛋白创新产品的研究和开发，并将丝胶蛋白材料的实验室成果向临床应用及工厂化生产中转化，从而实现其在生物医学等领域的应用，推动其转化医学的发展。