基因技术能让天然纤维走多远?

基因技术已让天然纤维在产量、色彩和性能方面获得了长足的进步,然而,无时不在的争论也从未停止。仅从转基因物种来看,对其安全性抱怀疑态度是无可厚非的。因为转基因生物大都是通过转基因技术将抗虫抗病等有毒基因导入而获得的,在这种转基因物种中始终存在着有关毒性物质,它的毒害性以及残留量暂时对人的健康不会造成明显影响,而长期是否对人体产生微量累积性影响则需进一步研究。人们似乎看见基因技术已让天然纤维走向复兴之路,但能走多远还有待时间作答。

转基因棉花的是是非非

作为曾经的纤维之王,棉纤维良好的吸湿性、舒适的手感,使其颇具优势。不过,它也有自身的缺点,比如说易皱,美国农业生活技术公司则针对这个缺点培育出带有外源基因的“不皱棉花”。这种基因来自能生产PHB(聚羟基丁酸酯)聚合物的细菌,将这种细菌的基因导入棉花的细胞,生长出来的新棉花仍保留原有的吸水、柔软等性能,但其保温性、强度、抗皱性均高于普通棉纤维。因此,用这种“不皱棉花”制成的衬衫可免烫,从而消除使用甲醛抗皱剂对人体的影响。

为了改良棉纤维的长度和整齐度,人们还把兔毛角蛋白基因和棉花结合在一起,产生出一种带有兔毛品质的新型棉纤维。这种新型棉纤维品质优良,与导入基因前的棉花相比,绒长增加了3cm,整齐度增加了2.1%,其它指标也都有不同程度的提高。同样,把羊毛中含有的角蛋白基因转入棉花内。可以提高棉花纤维中的角蛋白含量。这种转基因棉纤维既保持了棉原有的天然本质,又具有了羊毛的弹性好、保暖性强、不过,天然彩棉虽然从形态结构上与白棉相似,但纤维较细,生成纤维素的次生胞壁很薄,胞腔很大,因此,强力较低,衣物纤维牢度较差,容易出现“掉毛”现象。一般用于纺制针织用纱。进一步的产品开发是将天然彩色棉与其它功能性纤维混纺。如:用彩棉与氨纶进行包缠纺纱,形成的纱线既保持了彩棉的天然品质又增加了包缠纱的特点,成纱强力高,成衣具有良好的形态稳定性,产品在国际市场上价格比普通棉纺织制品高出3～5倍。

天然彩棉的还有一个缺点是颜色少,一般为棕色和绿色,而且颜色深浅程度不同,色泽稳定性不理想。大多数棕色棉品种或品系的纤维色泽稳定性尚可,但绿色棉纺织品则会有一定的褪色。天然彩棉表面有一层蜡质,故而产生一种朦朦胧胧的视觉效果,鲜亮度不及经染色后加工处理的棉织物。

基因棉虽然为纺织生产带来了不少优势,但却对棉农种植带来了隐忧。首当其中的是基因棉的退化问题,这表现在:一是转基因棉质量越来越差,对纺织机器产生了影响,纤维质量不如常规棉;二是转基因棉衣分率(籽棉向皮棉的转化率)下降到34%左右,低于常规棉;三是棉铃虫被基本控制后,盲蝽蟓、烟粉虱、红蜘蛛、蚜虫等刺吸式“小害虫”集中大爆发,“小虫成大灾”,用药量反而猛增。基因棉之所以发生退化是因为基因工程是在人工条件下, 把目标基因分离、克隆,打破生殖隔离,转移到目标生物中,达到人类期望的目的。然而,从生态学的角度而言,必然会打乱生态平衡,造成无法预知的苦果。

因此基因棉的功过是非还待于时间检验。不过自然不断地告诫人们不要自以为可以超越自然。

细长而多彩的羊毛

在羊毛纤维的应用方面,基因技术最先用于鉴别绵羊品种是否优秀,以便准确地挑选良种绵羊来大批繁殖。 后来干脆重组改造绵羊的关键基因,培育针对各种不同目的的绵羊品种。两个主要羊毛生产国澳大利亚和新西兰就是采用上述方法培育出了生长速度快、羊毛产量高的美利奴羊。这种羊是通过导入了一种可以改变生长激素量的外源基因而获得的。

几十年来澳大利亚羊毛检测局AWTA对每一批羊毛都进行检测,超细羊毛牧民也会对每一只进行检测,每一只绵羊的耳朵上都有一个标签,上面有这家牧场的唯一编号,由分析仪进行扫描,或者是进行激光扫描检测,这里有一份真实的测试结果。这就让人们对这种羊毛的种类和特点有所了解。每只绵羊产的羊毛多少,舒适系数和卷曲率都会记录下来。卷曲率越高的超细羊毛就能够生产出更具弹性的毛条。DNA鉴定挑选出一些在现有羊群和牧场人工受孕中令人满意的特性,所有这些都加速澳大利亚羊群的基因改善。正是这种不断的筛选使澳大利亚羊毛不断变的更细。

澳大利亚还通过杂交培育了一种长有蓝色羊毛的苏塞克斯种彩色羊,蓝色羊是20多年前在一次交易会上偶尔发现的,把蓝色羊与白羊一起饲养,后代已显变父色,不久,又得到了一只彩色苏塞克斯种的公羊,它面为黑色,身上却长着蓝色的羊毛,经过25年的漫长培育和精心筛选,澳大利亚已成功地培育出100只蓝色绵羊,从浅蓝,天蓝到海蓝。

俄罗斯的畜牧专家经多年研究发现,给绵羊饲喂不同的微量金属元素,从而改变绵羊的毛色,如铁元素可使绵羊毛变成浅红色,铜元素能使绵羊毛变成浅蓝色等。通过多次试验,他们已培育出具有浅红色、浅蓝色、金黄色及浅灰色等奇异颜色的彩色绵羊。

五彩缤纷的蚕丝

自古蚕茧只有一种颜色――白色 ,现如今经基因改造的蚕宝宝,可以吐出五颜六色的丝。其实,蚕丝的颜色原应有白、黄、浅黄、浅橙、紫和绿色。蚕丝的颜色与蚕所吃的叶子中吸取的自然色素有关。日本科学家发现,类胡萝卜素结合蛋白可帮助摄取色素。研究者用一种基因变性昆虫病毒感染了蚕的幼虫。这种病毒携带着一种丝蛋白,其中含有来自水母的绿色荧光蛋白质基因的信息。病毒感染幼虫细胞后,就嵌入蚕的脱氧核糖核酸中,用改造后的基因取代蚕的正常基因。使蚕丝成为一种能够在黑暗中发出绿色荧光的纤维。日本的科学家还发现吐白色丝的蚕的Y基因产生了变异。DNA的片断被删除了。而Y基因会使桑蚕能够吸收桑树叶中的类胡萝卜素――一种黄色的化学物质。因此,研究人员通过基因工程技术把原始的Y基因引入变异的蚕,这些蚕会产生有功能的CBP,于是就吐出了黄色的蚕丝。并且在多轮杂交后,蚕丝的黄色会更加地鲜艳。

美国科学家用基因改造的蚕,经过多回杂交繁殖之后, 吐出了肉色和淡红色的丝。

在中国利用家蚕种资源库中天然有色基因获得天然彩色茧育种材料,进一步选育出天然彩色茧实用蚕品种系列。已能让蚕茧天然具有红、黄、绿、粉红和桔黄等颜色。天然彩色茧的色素里面含有一些类胡萝卜素和类黄酮,既有保健功能还能有效避免皮肤抓痒症,具有抗真菌、抗氧化、防紫外线三大功能。

还有一种生产彩色蚕丝的方法,是将不同颜色的矿石染料和明矾按一定比例溶解于水制成不同颜色的颜料,将桑叶浸泡在澄清颜料中上色后,取出晾干,蚕从蚕卵中孵化出来第10天开始用颜料浸泡的桑叶饲养,这样蚕吐丝结茧时茧的颜色呈相应的颜料颜色。

天然彩色蚕丝摸起来的手感和羊绒差不多,已成蚕丝中的精品。彩色蚕茧及蚕丝价格在白色蚕茧及蚕丝的两倍以上,不过,彩色蚕茧的主要成分是蛋白质,在缫丝的过程中容易因为被氧化而褪色,影响彩色蚕丝的美观。目前,已有人研发了“蚕茧自然彩色固色技术”,解决了缫丝过程中蚕茧被氧化褪色的难题。

对桑蚕的改造方面,还可以引入其他蚕种,如天蚕等的基因,或是引入非蚕类动物,如蜘蛛的基因,最终让桑蚕吐出蜘蛛丝来。

魅力无穷的蜘蛛丝

蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质,它凭借强度好、弹性好、初始模量大、断裂功大等优良的力学性能,以及轻盈、耐紫外线、既耐高温又耐低温、生物可降解等特性,被誉为能改变人类生活的新一代生物纤维材料。

然而,天然蜘蛛丝产量极其有限,且蜘蛛很难养殖,故仿蜘蛛丝纤维的研发成了当今国际纤维界的热门课题。目前国际上普遍采用生物技术的转基因方法来制造仿蜘蛛丝纤维。

蜘蛛丝蛋白生物工程技术所带来的机遇和暗示是深远的。在通常的环境温度下,蜘蛛无需碱性或酸性化学品就能产丝。蜘蛛通过去除蛋白质中的水分,使蜘蛛丝从喷丝头处出来时就完全成型。蜘蛛的吐丝方法是一种比目前的制造方式更加具有连续性的技术。它将有可能消除很多诸如工业废水、过度能源消耗的问题。

蜘蛛进化的纺丝腺可以吐出七种类型的丝。所有类型的蜘蛛丝各不相同,但是最终都是从相同的遗传基因中演化而来的。这就意味着如果我们知道具有独特特性的丝蛋白质基的DNA基因图谱是怎样排列的,那么我们就可以利用生物工程技术,复制蜘蛛丝基因,从而使纤维具有所需要的特性。

美国生物学家发现在美国南部有种名为“黑寡妇”的蜘蛛能分泌出两种不同类型的丝用于织网。其中一种丝的强度超过其他蜘蛛丝的两倍,另一种丝,在拉断前很少延伸,但具有很高的断裂强度,比制造防弹背心的芳纶纤维的强度还要高得多。为了获得“黑寡妇”蜘蛛丝蛋白,将其基因注入奶牛的胎盘内进行特殊培育,等到奶牛长成后,所产下的奶中就含有“黑寡妇”蜘蛛丝蛋白,再用乳品加工设备将蜘蛛丝蛋白从牛奶中提炼出来,然后纺成纤维。这种纤维既保持了牛奶纤维的精美和柔韧,其强度又比钢强度大10倍,因此被称为“牛奶钢”。

加拿大Nexia公司将由蜘蛛丝蛋白中分离出的有关基因转入奶牛和山羊的乳腺细胞中而后从其分泌的乳液中获得了经过重组的蛛丝蛋白,在乳液中加入特殊的溶剂就能抽出与蜘蛛丝性能相似的丝蛋白纤维。这种蜘蛛丝纤维在机械强度上可以与真正的蜘蛛丝相比,同样具有天然蜘蛛丝的韧性。

还有一种蜘蛛丝人工生产的方法是蚕吐蜘蛛丝:此法利用转基因技术中“电穿孔”的方法,将蜘蛛“牵引丝”部分的基因注入只有半粒芝麻大的蚕卵中,使培育出的家蚕分泌出含有“牵引丝”蛋白的蜘蛛丝。此外,也有微生物吐丝法,此法是将蜘蛛丝基因转移到能在大培养容器里生长的细菌上,通过细菌发酵的方法来获得蜘蛛丝蛋白质,再把这种蛋白质从微孔中挤出,就可得到极细的丝线。

这些人造出来的蜘蛛丝有许多可能的用途,它既轻又结实又有弹性,能在卫星和飞机上得到应用,也可用来制造轻型的防弹背心、头盔乃至降落伞绳索等物品。此外,蜘蛛丝特别适合应用在那些零下40℃下仍需保持弹性而只有在极低温度下才变脆的特殊场合,如宇航等。此外,其在桥梁建筑、复合材料、生物医学等方面的应用潜力也很大。

然而,无论是羊还是桑蚕,都是自然的生物,基因技术通过对自然生命的干预和改变来达到人类自己的愿望和目的。人类是否可以扮演上帝的角色随心所欲地“改造生命甚至创造生命”?我们不知道是在干一件对事,还是错事,所要面对的风险也许是前所未有的,更多人担心这种“改造种与创造”是打开了“潘多拉的盒子”,而这一切只有让时间作答。