多元化蠶桑品種選育的目標需求和發展思路

廖森泰 李平平

(1廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所,廣東廣州 510610;2華南農業大學動物科學學院,廣東廣州 510642)

1 多元化蠶桑產業的概念和內涵

1.1 多元化蠶桑產業概念的提出

中國是傳統的蠶絲業大國,長期以來,蠶桑生產的目的產物是生絲,人們形成了“種好桑、養好蠶、產好絲”的思維模式,蠶桑育種的主要目標是優質、高產和抗性等經濟性狀;因此,在此基礎上形成的蠶桑產業是一種單一的產業體系,也就是指現在的絹絲產業。

隨著人們對蠶桑產業的深入認識后發現,蠶桑產業的發展如果僅僅靠發展絹絲產業,已難以適應市場變化和綜合效益提高的需求。國家蠶桑產業技術體系首席科學家、中國工程院院士向仲懷教授多次提出,發展現代蠶絲業要走多元化之路,在絹絲產業的基礎上,拓展新型桑樹產業、高效蠶產業等模式,為我國蠶絲產業發展指明了方向。

1.2 多元化蠶絲業的內涵

關于多元化蠶絲業的概念和內涵,我們先來看看蠶絲產業的基本狀況和發展趨勢。傳統的蠶絲產業體系,以生產蠶絲及絲綢制品為目的,稱之為絹絲產業,包括種桑業、養蠶業、蠶繭收烘加工業、繅絲業、織綢業和絲綢制品產業。在發展絹絲產業的同時,對蠶絲生產過程中的大量廢棄物,如蠶沙、蠶蛹、桑枝的利用以及次繭、繅絲下腳料制作絲棉產品等,已形成一定的產業規模,可統稱為蠶桑副產品綜合利用產業。

在現代科學技術支撐和循環經濟理論的指引下,有目的地以蠶、桑、繭、絲為生物材料,開發食品、藥材、新材料、動物飼料等新產品,形成了一種全新的生物產業。另外,充分挖掘蠶絲業的文化價值和生態功能,來開展蠶絲文化旅游與開拓生態產業。

綜上所述,多元化蠶絲業的概念和內涵就是充分利用蠶絲產業各環節的物質和文化資源,以絹絲產業為基礎,根據市場和社會的需求,拓展藥食用途、飼料用途、新材料用途和文化生態用途等新功能,形成一種全方位、高效益開發的新蠶絲產業模式。

2 多元化蠶桑品種的目標需求

隨著多元化蠶絲產業的發展,必然會帶來對蠶桑品種的多元化的目標需求,主要有食用、藥用、飼料與特殊材料用途等方面。

2.1 藥食用途的蠶桑品種

隨著蠶桑資源藥食用途的廣泛研究和開發,選育最適合不同藥食用途的蠶桑品種,建設蠶桑藥食用途的標準化生產基地,生產和提供最佳的藥食原材料,已成為蠶桑產業發展的迫切需求。我們曾提出蠶桑藥食用途育種技術體系的新概念,并把藥食用途的育種指標確定為成分優、抗性強、產量高、口感好[1]。

成分優:是指蠶桑品種的營養成分均衡,生物活性成分豐富且有特色。我們對 100多個品種的桑葉、桑枝、桑椹的多糖、黃酮、生物堿和酚類物質等生物活性成分進行了系統研究,發現不同品種中的生物活性成分含量差異很大,最大的差距達 10倍之多[2-8]。在蠶品種方面,我們對結黃繭的黃血蠶 1號與結白繭的兩廣二號進行營養成分比較分析發現,黃血蠶品種在粗蛋白、維生素(A、B、E)和不飽和脂肪酸等含量,均多于白血蠶品種兩廣二號[8]。以上結果說明不同品種的蠶、桑的營養成分和生物活性成分的含量差異較大,這為我們開展蠶桑藥食用途的育種提供了材料基礎。

抗性強:是指蠶桑品種對病蟲害、化學污染和非正常環境的抵抗能力強,表現出強健的生命力,以達到減少使用化學物質,保障蠶桑食藥用安全性的目的。國內外的研究表明,蠶桑品種的抗性有一定的差距,通過對抗性種質資源的挖掘,加上定向抗性選育,完全可以培育成抗性強的蠶桑品種。如廣東省華南農學院蠶桑系等單位育成的多化性蠶品種“南農七”,具有顯著的抗高溫、多濕能力[9];育成的二化性蠶品種“研 137×七湘”,具有很高的抗濃核病(DNV)能力[10];育成的果桑品種“抗 10”,抗青枯病的能力很強[11],抗性蠶桑品種的選育,將是蠶桑藥食用途開發的重要手段。

產量高:是現行蠶桑育種體系的目標之一,只有保證一定的產量,才能有效益,才能為蠶桑藥食用途提供低成本的材料。

口感好:主要指 2個方面,一是要求在營養和活性成分豐富的基礎上,按產品的用途選擇一些風味獨特、適口性好的品種材料,如用作食用桑葉的,則要求桑葉鮮嫩、纖維少;如用作果汁開發的果桑品種,則要求桑椹的糖酸比適中等。二是要求蠶桑藥食產品的食用安全,如蠶蛹的過敏性問題,要深入研究蠶蛹對人體的過敏機理,找出致敏性因子,從而選育出致敏性因子含量少的蠶品種,這將極大地促進蠶蛹藥食用產品的開發。

2.2 飼料用途蠶桑品種

蠶桑物質營養豐富、取材容易、成本低廉,是一種優良的動物飼料來源。

2.2.1 桑葉 干桑葉中約含粗蛋白 22%、粗脂肪6%、可溶性碳水化合物 25%、粗纖維 10%[12],加上桑樹生長快、耐采伐、生物量大的特性;因此,桑葉是理想的動物飼料原料。目前我國保存的桑樹品種資源達 1 900多份,可根據不同動物的需求選育不同性狀的桑樹品種。如作為奶牛的飼料,必須要桑葉中蛋白質的含量高;如作為兔子的飼料,則桑葉中干物質的含量要多,而水分的含量要低;如作為蛋雞的飼料,則桑葉中葉綠素要豐富,其作用是可加深蛋黃的顏色。雖然不同動物對飼料營養的需求不同,但是作為動物飼料用途的桑樹品種,其育種目標應是耐采伐、產量高、干物質多、適口性好等。耐采伐是指桑樹要適應 1年多次的條桑收獲方式,還要發條能力強,才能顯示出桑樹比一般牧草好的優勢;產量高是指桑樹耐水耐肥,單位面積產量高,才能提供優質、高效、低成本的飼料原料;干物質多是指桑樹光合作用能力強,干物質比重大而水分偏少;適口性好是指桑葉澀味、腥味小,動物喜歡吃。

2.2.2 蠶蛹 蠶蛹是繅絲業的副產物,其蛋白質、氨基酸含量較高,是一種飼用價值較高的蛋白飼料資源。研究發現蠶蛹中蛋白質占 66.85%,氨基酸組成是賴氨酸 3.03%、色氨酸 0.68%、蛋氨酸1.60%、胱氨酸 3.31%;除精氨酸、苯丙氨酸和異亮氨酸的含量低于魚粉外,其它營養成分都與魚粉相當,而蠶蛹的價格只是魚粉的 60%;蠶蛹含脂肪2.14%、碳水化合物 7.80%、灰分 2.80%、水分6.30%[13]。在所含脂肪中,不飽和脂肪酸含量豐富,以此飼養皮毛動物可以增加毛絨產量,提高毛絨品質 ;蠶蛹作為飼料供養雞 、鴨 、豬 、牛 、羊 、兔,其效果較脫脂大豆粉及魚粉為好,可以提高家禽、家畜產品的品質,并且家禽、家畜食后易于消化與吸收。蠶蛹雖然是高蛋白、高脂肪的動物性飼料;但蠶蛹中含甲殼素 4%～6%,這種物質不易消化。此外,蠶蛹易氧化變質,再加上氨基酸不平衡,缺乏維生素,在某種程度上影響了它的生物學價值。

根據蠶蛹的營養特性,作為動物飼料用的蠶蛹品種的育種目標需求應包涵以下幾個方面,一是營養成分豐富且均衡,特別是蛋白質含量要高,氨基酸組成符合不同的動物的需求,脂肪含量適中,不能太多,不飽和脂肪酸比例要高。二是甲殼素含量要低,以免動物因不能消化甲殼素而造成消化不良。三是耐貯藏,繅絲后的蠶蛹極易酸敗或氧化變質,因此要選擇一些抗氧化能力強、不易酸敗的蠶蛹品種作為動物飼料比較合適。

2.3 材料用途蠶桑品種

蠶絲是一種性能優異的生物材料,可作為紡織、家用制品和化妝品等原材料使用,根據蠶絲不同材料的用途,應選育不同的蠶品種。

2.3.1 特殊纖度繭絲蠶品種 繭絲纖度表示繭絲的粗細程度,生產上應用的一代雜交種的平均繭絲纖度,一般春繭為 3.111～3.667 dtex,夏繭為2.200～3.000 dtex。

細纖度家蠶品種是指所吐繭絲較細,即纖度比較小,一般為三眠蠶。三眠蠶的繭絲纖度約為1.778 dtex,且開差小,適合做高檔和服、超薄圍巾、內衣等。竹澤俊明等[14]開展了“利用繭絲作康復醫療材料的技術開發”的研究,他們用特制的平面絲布進行韌帶、肌腱的再造,用海綿狀立體構造絲進行軟骨的再造;血管的再造則采用經過特殊制造工藝制作的管狀立體構造絲作為細胞的培養載體。由于繭絲可以加工成各種立體形狀并富有彈性的構造體,所以將其用來培養更為復雜結構的器官也是可望實現的。

粗纖度家蠶品種對于繅絲廠提高臺時產絲量、降低生產成本具有重要意義。開發粗纖度生絲的特殊用途,織造保型性好、耐磨損力強的西服面料,是當前絲綢行業的重要課題;一般要求繭絲纖度在5.000 dtex以上。特殊纖度繭絲蠶品種一般通過品種資源挖掘利用和化學誘導少眠蠶等手段來獲得。2.3.2 天然色澤彩色繭蠶品種 自彩色棉成功研究應用以來,人們對天然有色纖維珍愛有加,為了順應人類消費的多元化和回歸自然的要求,選育與應用天然有色繭蠶品種,生產有色繭絲來代替化工染色絲,符合環保發展趨勢。另外,有色繭能抑制真菌菌絲生長,用金黃色葡萄球菌進行抗菌性試驗,證明竹青色繭對細菌的抑制效果遠遠高于白繭,有色繭還具有很強的清除氧自由基的作用[15]。據山崎報道[16]黃綠繭品種“大造”的抗氧化能力是黃繭的 5倍,白繭的 7倍。穿著絲綢內衣治療皮膚病的效果已被臨床證實,有色繭絲制成的內衣其療效要好于染色絲綢內衣[17]。

在彩色繭蠶品種的種質資源中有天然的彩色基因,許多較原始的蠶品種(土種)就是天然有色的。已研究發現的天然有色繭基因就達 10余種,各種有色繭基因單獨存在或相互組合可形成黃色、綠色、紅色、肉色等色彩豐富而艷麗的繭色[18]。但彩色繭的色素往往存在于絲膠中,在繅絲過程中隨著絲膠的溶解大部分顏色丟失;因此,可通過轉基因手段將色素基因導入到絲素中,使其顏色鮮艷而不褪色,西南大學已獲得了轉基因天然彩色蠶繭并已進入中試應用[19]。

作為彩色繭蠶品種育種的目標需求,最重要的一點是色素的穩固度,色素不但要存在于絲素中,還要對陽光、溫濕度等有穩定性;其次是不同的彩色繭顏色鮮艷度不一,且多樣,只有搭配合理,才能完全替代化學染色;三是產量、抗性、潔凈等經濟和品質性狀較優,才能適應產業化開發的需要。

2.3.3 絲綿專用蠶品種 除了傳統的利用蠶繭繅絲織綢以外,還可以用作絲綿產品開發。絲綿被是以天然蠶絲蛋白纖維為原料加工而成的,由于絲綿被對人體皮膚及心血管具有保健功效,更以輕軟舒適、保暖性好的特點,深受國內外消費者的歡迎。用來生產絲棉的原料有:雙宮繭、削口繭、下繭和繅絲后的蛹襯,其中以雙宮繭制作的絲棉質量最好。在蠶品種資源中有些品種雙宮繭率的比例較高,因此可以考慮選育雙宮繭率高的絲棉專用蠶品種。目前,對絲綿被進行多功能性整理,賦予其抗菌、促進人體血液微循環、持久芳香、保健衛生功能等工藝的研究較為深入;但是,還沒有絲綿專用蠶品種,這也突顯了絲綿專用蠶品種的育種需求。

2.4 其它用途蠶桑品種

蠶桑種質資源豐富多樣,如何充分挖掘、利用種質資源的特殊性狀,也是蠶桑多元化育種的一個方向。

2.4.1 化妝品專用蠶品種 蠶絲由絲素和絲膠組成,一般絲膠含量約占 20%～27%,絲膠具有很好的保濕性能和抗氧化能力,能抑制酪氨酸酶活性,阻止黑色素的生成;因此,是化妝品的重要原料。絲膠一般是從蠶繭繅絲加工時所排出的精練液中回收,絲膠產品的品質不高。日本育成的高絲膠蠶品種,繭層量達 70～80 mg,絲膠含量達到 98.5%[20]。浙江省農業科學院蠶桑研究所以裸蛹、常規蠶品種及彩色繭蠶品種為育種素材,通過雜交育種和絲膠含量跟蹤檢測等方法,初步構建了包括不同顏色的高絲膠繭的 18個品種的資源庫,絲膠蛋白含量均在93.92%以上[21],可直接用于生產高純度絲膠制品或繭殼作為天然粉樸使用。

2.4.2 廣食性人工飼料育專用蠶品種 家蠶是寡食性昆蟲,以桑葉作為主要飼料,但也有一些蠶品種兼食其它植物,如圓白菜、柿子、蘋果等。日本早在20世紀 60年代就篩選出能食圓白菜和蘋果的廣食性蠶品種。為了適應工廠化全年養蠶的需要,開發出人工飼料養蠶技術,圍繞人工飼料養蠶的需要,其專用蠶品種的選育尤為重要。人工飼料蠶品種的選育目標一般要求是食性廣,對人工飼料有良好的攝食性,而具體來說就是蟻蠶的 24 h疏毛率高、蠶的生長發育整齊度好、繭質與桑葉育持平。

2.4.3 生態旅游用蠶桑品種 生態旅游的一個特點是通過觀察生物體進行“獵奇”;因此,要展示的動植物品種必須有觀賞價值。蠶桑種質資源豐富,品種眾多,其中不乏有觀賞價值的品種,如彩色蠶繭、特殊斑紋家蠶、不同果型的果桑品種、垂枝桑品種以及龍曲桑品種等。加拿大以冬天觀賞楓葉來吸引游客,有一些桑樹品種,在冬天霜凍后,桑葉呈現出金黃色,也可作為生態旅游的專用桑品種。

3 構建多元化蠶桑育種技術體系

多元化蠶絲業是在傳統的蠶絲業基礎上拓展的現代蠶絲業,多元化蠶桑育種也應在傳統蠶桑育種的基礎上進行拓展,有必要重新構建多元化蠶桑育種的技術體系,應從以下三方面著手。

3.1 對蠶桑種質資源進行全面系統的鑒評

目前,全國保存蠶品種資源 800余份,桑品種資源 1 900余份,需要對這些蠶桑種質資源經濟性狀、生物學性狀進行系統的鑒評,尤其要對特殊的性狀進行深入的研究,這些特殊的種質資源可以直接篩選應用,也可以作為育種材料來使用。蠶基因組測序和功能基因組的研究,為全方位、深度開發利用家蠶的價值打下了良好的基礎,向仲懷院士也提出啟動桑樹基因組的研究,這為桑樹多元化利用和桑樹產業的發展提供了技術保障。

3.2 制定多元化育種的指標體系

根據不同的用途制定不同的育種技術指標,還要兼顧不同需求各指標的協同平衡。如藥食用途的品種以營養和活性成分為主,要兼顧產量、抗性、口感等指標;動物飼料用途往往是以副產物利用為主,因此其品種應在主產品要求高產、優質、抗性的基礎上,優先以營養均衡和適口性為主;新材料用途則以性能為主,兼顧成本低的要求。

3.3 應用高新技術手段培育蠶桑品種

多元化蠶桑育種應以新功能用途為目標,還要兼顧經濟性狀,因此以傳統的育種手段難以達到,必須要應用高新技術育種手段培育多元化蠶桑品種。如物理、化學和太空誘變育種,容易在原有經濟性狀的基礎上獲得特殊的功能性狀;還有多倍體誘變育種,可使桑樹獲得高產,與優質相統一的性狀;轉基因育種更是一種以分子設計手段,快速達到功能目標要求的高新技術育種手段,西南大學[22]已成功獲得了抗病和彩色蠶繭的轉基因蠶品種材料,為蠶桑轉基因育種提供了成功的經驗。

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