摘要：目前基因技術(shù)在紡織轉(zhuǎn)基因方法制造的化學(xué)纖維——仿蜘蛛絲纖維，雖然不完全成熟，但前景無(wú)疑亦是十分廣闊。

　　關(guān)鍵詞：基因技術(shù);仿蜘蛛絲纖維;天然彩色棉纖維;不皺棉花;無(wú)染色羊毛

　　由于基因密碼的破解以及基因復(fù)制、移植技術(shù)的不斷進(jìn)步，基因技術(shù)已成為21世紀(jì)最重要的科學(xué)技術(shù)之一。在功能性紡織纖維領(lǐng)域，基因技術(shù)正逐漸成為各國(guó)科學(xué)家研究開發(fā)科技競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)，新的研究成果不斷涌現(xiàn)。

　　1仿蜘蛛絲纖維

　　蜘蛛絲是一種特殊的蛋白質(zhì)，它憑借強(qiáng)度好、彈性好、初始模量大、斷裂功大等優(yōu)良的力學(xué)性能，以及輕盈、耐紫外線、既耐高溫有耐低溫、生物可降解這些特性，被譽(yù)為“能改變?nèi)祟惿畹男乱淮锢w維材料” [1]，在人們生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，都能產(chǎn)生廣泛的應(yīng)用。

　　蜘蛛絲性能如此優(yōu)越、運(yùn)用前景如此廣闊，但是天然蜘蛛絲產(chǎn)量極其有限，而且蜘蛛很難養(yǎng)殖，故蜘蛛絲纖維的研發(fā)成了當(dāng)今國(guó)際纖維界的熱門課題。

　　目前國(guó)際上普遍采用生物技術(shù)的轉(zhuǎn)基因方法來(lái)制造仿蜘蛛絲纖維。

　　1.1利用牛、羊奶制造仿蜘蛛絲纖維

　　1997年初，美國(guó)生物學(xué)家安妮•穆爾發(fā)現(xiàn)在美國(guó)南部有種名為“黑寡婦”的蜘蛛能分泌出兩種不同類型的絲用于織網(wǎng)。其中一種絲的強(qiáng)度超過(guò)其他蜘蛛絲的兩倍，另一種絲，在拉斷前很少延伸，但具有很高的斷裂強(qiáng)度，比制造防彈背心的“芳綸”纖維的強(qiáng)度還要高得多。為了獲得“黑寡婦”蜘蛛絲蛋白，將其基因注入奶牛的胎盤內(nèi)進(jìn)行特殊培育，等到奶牛長(zhǎng)成后，所產(chǎn)下的奶中就含有“黑寡婦”蜘蛛絲蛋白，再用乳品加工設(shè)備將蜘蛛絲蛋白從牛奶中提煉出來(lái)，然后再紡成的纖維。這種纖維既保持了牛奶纖維的精美和柔韌，其強(qiáng)度又比鋼強(qiáng)度大10倍，因此被稱為“牛奶鋼”。1999年起美國(guó)科學(xué)家利用轉(zhuǎn)基因的辦法，準(zhǔn)備培養(yǎng)繁殖大量轉(zhuǎn)基因奶牛，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)“牛奶鋼”的需求，以便用以制造防彈背心，輕量型頭盔、降落傘繩等[2]。

　　加拿大的尼克西公司成功地利用轉(zhuǎn)基因山羊奶制造出了少量蜘蛛絲。研究人員將蜘蛛體內(nèi)產(chǎn)生蜘蛛絲蛋白的基因移植到山羊受精卵的細(xì)胞核內(nèi)，培養(yǎng)出轉(zhuǎn)基因山羊，這樣轉(zhuǎn)基因的母山羊在發(fā)育成熟以后產(chǎn)出的羊奶中便含有了蜘蛛絲蛋白，然后在羊奶中加入特殊的溶劑就能抽出與真正蜘蛛絲相媲美的纖維。這種蜘蛛絲纖維在機(jī)械強(qiáng)度上可以與真正的蜘蛛絲相比，同樣具有天然蜘蛛絲的韌性。據(jù)稱每只山羊，每年可產(chǎn)3.65kg絲，該公司已將用這種仿蜘蛛絲纖維開發(fā)的工業(yè)和醫(yī)藥生物產(chǎn)品投入市場(chǎng)，每年可產(chǎn)生高達(dá)1億美元的銷售額[3]。

　　我國(guó)也在幾年前開始了紡蜘蛛絲纖維的研究，科學(xué)家成功地將蜘蛛絲蛋白基因轉(zhuǎn)移到老鼠身上，并成功地從第一代小白鼠的乳汁中獲得蜘蛛絲蛋白，不久將開始培養(yǎng)轉(zhuǎn)基因奶牛[4]。

　　1.2利用家蠶制造仿蜘蛛絲纖維

　　中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)、生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所科研人員經(jīng)過(guò)數(shù)年攻關(guān)，解決了轉(zhuǎn)基因蠶基因?qū)搿⒒钚曰蜩b定以及傳代育種等一系列技術(shù)問題，成功地用“電穿孔”的方法，將蜘蛛“牽引絲”部分的基因注入只有半粒芝麻大的蠶卵中，使家蠶分泌出含有蜘蛛牽引絲蛋白的蠶絲。此研究被列為國(guó)家“863”計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目，目前正在進(jìn)行中[5]。

　　1.3利用植物制造仿蜘蛛絲纖維

　　將蜘蛛絲基因移植人植物，能培育出能夠產(chǎn)生蜘蛛絲蛋白的轉(zhuǎn)基因植物。美國(guó)有報(bào)道將蜘蛛絲基因移殖到煙葉的基因中，使得煙葉在生長(zhǎng)時(shí)除了可以生產(chǎn)尼古丁外也可以生產(chǎn)蜘蛛絲蛋白，隨后可利用急速冷凍破碎、煮沸等方式制取含蜘蛛絲蛋白的紡絲溶液[6]。

　　1.4利用生物工程技術(shù)制造仿蜘蛛絲纖維

　　科學(xué)家們通過(guò)大量的工作，用生物化學(xué)方法對(duì)蜘蛛絲蛋白和腺體分泌物進(jìn)行了研究，分離了蜘蛛絲蛋白基因編碼的核苷酸序列，建立了數(shù)據(jù)庫(kù)。利用DNA合成技術(shù)已成功地建立了不同蜘蛛絲蛋白片段的基因序列模型，用這種模型可制造出一種合成基因，利用這種基因可生產(chǎn)出96.1%的基因序列與天然蜘蛛絲蛋白相同的產(chǎn)品。接下來(lái)的工作是大規(guī)模的生產(chǎn)這種蜘蛛絲蛋白[7]。

　　美國(guó)杜邦公司正著力于運(yùn)用生物工程技術(shù)來(lái)大規(guī)模仿造蜘蛛絲。他們首先用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)建立蜘蛛絲蛋白質(zhì)各種成分的分子模型，然后運(yùn)用遺傳學(xué)基因合成技術(shù)將遺傳基因植入酵母菌或細(xì)菌，利用工業(yè)發(fā)酵的方法使這種微生物在繁殖過(guò)程中大量產(chǎn)生類似于蜘蛛絲蛋白的蛋白質(zhì)。通過(guò)這種方法產(chǎn)生的仿蜘蛛絲蛋白質(zhì)，其溶解后抽出的絲，具有質(zhì)輕、強(qiáng)力好、有彈性等特點(diǎn)，纖度可達(dá)真絲的1/10，強(qiáng)度是相同纖度鋼絲的510倍[8]。

　　2天然彩色棉纖維

　　彩色棉是一種具有天然色彩的新型棉花，采用有機(jī)耕作種植，無(wú)需漂染加工，廢棄后可循環(huán)再生，真正實(shí)現(xiàn)了從纖維生產(chǎn)到成衣加工全過(guò)程的“零污染”，因此它是綠色棉紡織品的首選原料，是21世紀(jì)最具市場(chǎng)潛力的綠色紡織品之一。大力推廣種植天然彩色棉花，在我國(guó)尤為重要，它將有助于打破發(fā)達(dá)國(guó)家"綠色貿(mào)易壁壘"，為我國(guó)的紡織業(yè)出口開辟一條"綠色通道"。

　　彩色是棉花本身的一種生物學(xué)特性。棉花的祖先，其顏色就是多姿多彩。然而隨著染色技術(shù)的發(fā)明，人們可以通過(guò)再加工獲得各色的棉花，從而導(dǎo)致了人們大量地種植白棉，而不再培育、種植其它色彩的棉花，漸漸的其它色彩的棉花被人類所拋棄。進(jìn)入二十世紀(jì)，人類的歷史翻開了新的篇章，文明的進(jìn)程前所未有加快了步伐，環(huán)境污染問題也日益突顯，成為困擾世界各國(guó)的人類發(fā)展的重大隱患，這時(shí)人們對(duì)彩色棉花又有了新的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)它具有白棉所不可替代的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

　　如今天然彩色棉纖維的獲得方法，一是從自然界中尋找上古繁衍至今的彩棉活體，作為親本進(jìn)行馴化、改良;二是運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，航天育種技術(shù)等高科技手段進(jìn)行新品種的培育。

　　蘇聯(lián)最早于20世紀(jì)50年代初開始研究彩棉，美國(guó)從60年代加入到利用彩棉的大軍中來(lái)，1972年，美國(guó)科學(xué)家在該技術(shù)領(lǐng)域獲得成功，且在其后的幾十年間不斷進(jìn)步。1993年，美國(guó)阿格拉斯圖公司開始研究開發(fā)用于制作藍(lán)色牛仔布的天然靛藍(lán)棉花品種，把靛青植物中控制藍(lán)色的基因插入植株中，并使其只在棉花纖維中作用，這樣整個(gè)棉花植株中只有棉花纖維變成藍(lán)色。[9]截止目前世界上主要有美國(guó)、俄羅斯、埃及、阿根廷、印度等國(guó)研究種植彩棉，主要顏色為棕、綠、紅、鴨蛋青、藍(lán)、黑。

　　我國(guó)具有悠久的棉花種植歷史，1819年我國(guó)江浙一帶就種植過(guò)紫花布出口歐洲。歷史上由于彩棉產(chǎn)量小、纖維短而不適應(yīng)紡織工業(yè)的要求，所以生產(chǎn)上很難直接利用。進(jìn)入70年代，河南、安徽等地也種植過(guò)很少的一部分彩棉用于研究。彩棉在我國(guó)的正式大規(guī)模研究種植還是在90年代。我國(guó)于1994年引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，盡管起步較晚，但是發(fā)展很快?，F(xiàn)已成功地種植出棕、綠、紅、黃、橙、紫、灰等色澤的彩棉品種，畝產(chǎn)已達(dá)95 kg～113kg，其品質(zhì)優(yōu)于美國(guó)最好的品種，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平[10]。

　　3天然“不皺棉花”

　　采用生物基因技術(shù)，不僅可以開發(fā)出天然彩色棉，而且可以得到天然“不皺棉花”。據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)生活技術(shù)公司宣布，他們已經(jīng)培育出帶有外源基因的“不皺棉花”。這種基因來(lái)自能生產(chǎn)PHB(聚羥基丁酸酯)聚合物的細(xì)菌，將這種細(xì)菌的基因?qū)朊藁ǖ募?xì)胞，生長(zhǎng)出來(lái)的新棉花仍保留原有的吸水、柔軟等性能，但其保溫性、強(qiáng)度、抗皺性均高于普通棉纖維。因此，用這種“不皺棉花”制成的襯衫可免燙，從而消除含有大量甲醛的抗皺性對(duì)人體的影響。

　　4無(wú)染色羊毛

　　利用生物基因技術(shù)得到的彩色棉纖維，可以解決纖維產(chǎn)品在染色加工時(shí)帶來(lái)的環(huán)境污染，同樣的思路也啟發(fā)人們重新認(rèn)識(shí)動(dòng)物性資源的纖維。

　　有關(guān)學(xué)者提出，無(wú)染色羊毛也是一種利于生態(tài)環(huán)境的紡織纖維。對(duì)于綠色纖維無(wú)染色羊毛產(chǎn)品而言，毛織物的顏色就是原來(lái)羊毛的顏色，如奶白色、棕色、灰色等，不需要經(jīng)任何其他的染色加工工藝[11]。近年來(lái)，澳大利亞由用身長(zhǎng)藍(lán)色毛的綿羊經(jīng)過(guò)配種繁殖了蘇塞克斯種的彩色綿羊，這群羊經(jīng)數(shù)代繁殖后羊毛沒有褪色且毛質(zhì)優(yōu)良。找出主導(dǎo)基因則有望培育繁殖彩色綿羊，可以預(yù)見，在不久的將來(lái)，將會(huì)在彩色纖維家族增添天然彩色羊毛。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　生物技術(shù)的第三次浪潮已席卷紡織材料、燃料、化學(xué)品等消費(fèi)品的制造業(yè)，基于基因技術(shù)開發(fā)的新型紡織纖維的品種在未來(lái)會(huì)不斷涌現(xiàn)，并極大程度地改善人們的生活。