家蚕的应用
家蚕的应用
生命科学学院 生科师范(5)班 周小玲 [**************]
摘要:家蚕的应用一向是吐丝结茧,蚕丝一向被人们作为优质的衣料素材使用。近年来,国内外研究人员才开始对家蚕进行了研究及产品开发,由于生物化学和分子生物学向生命科学其它领域的广泛渗透,家蚕的研究也逐渐向分子水平方向发展。应用方面也由原来的绢丝织物向医药、食品、生物制剂等领域进一步延伸。本文就家蚕的新应用进行分析。
关键词: 蚕丝 应用 模式生物 生物医药 蚕丝素膜
一.家蚕蚕丝在生物医药方面的应用
家蚕所产蚕丝作为一种蛋白质纤维具有独特的特性,它具有优良的机械性能和生物相容性、降解性等,这使它满足了作为一种生物材料的基本要求。蚕丝作为一种生物性原料,与人体的角质和胶原同为蛋白质,结构非常相似,具有很好的生物相溶性,且透气、吸湿等物理性能良好。蚕丝由丝素和丝胶组成,这两部分在医学上都有着广泛的应用。
(1)、缝合线
用蚕丝作为手术缝线由来已久,在体内不会引起过敏或致癌。人造血管也是以蚕丝纤维为原料直接编造而成的。迄今已能制造各种不同类型和口径的真丝人造血管,适应各种不同的血管病变治疗。 真丝缝合线已成功用于肌腱组织中,研究发现由蚕丝制成的绳状物可产生相当于人体前十字韧带的机械强度。植入丝素绳的人类骨髓基质干细胞和成纤维细胞在外力刺激的条件下培养,具有黏附性和增殖性,并表现出人类韧带的胶原蛋白I和胶原蛋白III以及肌腱蛋白的特征。
(2)、蚕丝素膜
蚕丝素膜经钴辐照消毒可制成创面保护膜用于浅度烧伤,创伤和整形取皮区等皮肤缺损创面的治疗。国内也有研究人员以丝素用于多孔药物载体、细胞培养基、人造皮肤等生物医学领域为目标,开发了多孔丝素膜,改善了普通丝素膜的透气、透湿性。另外,丝素药物缓释材料可调节多孔丝素膜的孔尺寸和孔隙率,具有较大的药物控制范围。
蚕丝素蛋白膜还可作为酶的载体并制作生物传感器。近来许多天然聚合物,如胶原蛋白、明胶和血清蛋白常常用来固定酶、细胞或微生物,但用这些材料制
定的固定化载体易于使生物催化剂泄露,不得不采用少许试剂和戊二醛,聚乙烯亚胺进行交联,或用纤维素透析膜进行覆盖。而用丝素蛋白膜作为固定酶的载体不用任何化学试剂处理,并且固定作用强,热安全性好,对酶的处理和电渗析作用等抵抗力高。在制作生物传感器方面,已经开发出的有葡萄糖传感器,它能够将对葡萄糖有选择反应性的葡萄糖氧化酶封闭到丝素膜中,和氧电极结合起来测定葡萄糖的浓度,用在糖尿病的诊断上。
二.家蚕在医用仿生材料应用
在医用仿生材料方面,利用家蚕蚕丝的强度和弹性系数与生物体的肌腱相近似的特征及其良好的生物亲和性,开展了人工肌腱与韧带方面的研究。将带有负电荷的羟基、磷酸基导入绢丝素材料进行改质处理,改质后的丝素可与生物骨基质中主要无机成分羟磷灰石结晶中的基团紧密凝聚,其钙的凝集量比处理前有大幅度的增加,特别是导入磷酸基后,钙的凝聚量比处理前高过10倍以上。
抗凝血物质在医疗临床上有广泛应用,而具有较强抗凝血活性的物质是肝磷脂,它含有的硫酸基,对抗凝血活性起着重要的作用。根据最近遗传因子排列的分析理论表明丝素的氨基酸是以六种残基重叠结构为主的物质,其排列长度与肝磷脂的基本结构的长度几乎不相上下。因此,若在蚕丝中导入硫酸基,可望丝素被赋予抗凝血作用。
另外,蚕丝还可用来制造药用蛋白,随着生物工程技术的发展利用基因嵌合技术使家蚕吐出高级药用蛋白已非难事。日本学者曾用家蚕DWW作载体,在培养细胞和蚕体内表达人的2-干扰素取得成功。美国也曾报道法国科学家正用编码来源于人体的干扰素,生长激素,白细胞色素乃至爱滋病毒的其他基因,来代替指挥蚕合成蚕丝的幼蚕基因,使蚕体成为制造贵重药材的工厂。
三. 家蚕在食品领域的开发应用
丝素蛋白质粉末作为一种高级的食品添加剂,含有大量低分子量的肽键,易溶于水,粉末还具有独特的酸甜味,很强的吸湿性,加入此种粉末的食品和饮料已上市销售。丝素蛋白粉本身可用来制作一些果冻类食品,口感好,营养价值高。
四. 家蚕在化妆品领域的再利用
家蚕在妆品品领域的应用主要以粉末添加剂的形式进行。蚕丝具有良好的保湿性,保温性,能帮助皮肤调节水分,丝粉又属于纤维状蛋白,故与皮肤角朊蛋
白相似;两者有较好的亲和性;再加上蚕丝中的甘氨酸能与紫外线进行光化反应,因此丝粉还具有吸收紫外线,防止日光辐射的作用。丝素肽在护肤护发方面,除了有调湿保湿,抑制黑色素生长的作用外,还有光泽效应。丝素肽保持了丝素的微观片层结构和三角形截面,其优雅,柔和的光泽效应使皮肤光滑柔软,富有弹性。同时,江苏、浙江相继利用丝素粉制成丝素膏,产品远销东南亚。80年代中期,山东、浙江等地研究出在日用化工、医药工业上有多种用途的丝(素)精,把它配入镇痛消炎的皮肤外用药膏中,可起到愈合伤口、防止皮肤干燥、促进皮肤吸收的作用。而到1992年时,日本利用蚕丝丝素粉已经成功开发出粉底、粉饼、香波、固形剂、洗发剂、头发保护剂、唇膏等一系列化妆品。
另外,丝胶具有抗氧化功能,能抵御紫外线,日光,微波,化学物质大气污染对皮肤的侵蚀,加入到化妆品中能很好地抑制活性氧的发生,防止皮肤老化起皱。在此方面,日本已有产品成功推向市场。
五.家蚕在生物研究上的应用
家蚕作为鳞翅目昆虫的典型代表和理想的生物学模型对动物科学的发展起到了巨大的推动作用,其特殊突变已经成为现代遗传工程研究的优良材料。随着家蚕全基因组框架图和精细图制作的完成,家蚕将成为后基因组时代生命科学研究领域较为理想的模式生物。由于家蚕遗传性状丰富,较易获得自然和人为诱发遗传变异,其丰富而特色的基因资源也被公认为遗传学研究的极好材料。
(1)家蚕具有独特的动物遗传学研究优势
家蚕是唯一实现了产业化生产的昆虫,具有独特的动物遗传学研究优势。与果蝇和线虫等模式昆虫不同,由于产业生产的需要,家蚕众多的数量遗传性状得到系统深入地研究。20世纪60年代,孙本忠、陆星垣等系统开展了家蚕数量性状常规研究。家蚕数量性状遗传早期研究主要在品种稳定性分析、生长发育、抗性遗传研究和饲料效率遗传等方面。进入后基因组时代,数量遗传学主要集中在数量性状分子水平的研究,如破译数量性状位点包括数量性状基因,再到相应于等位基因或其对应物的数量性状核苷酸;数量分子标记密度;多种分子联合标记图谱;标记辅助选择标记辅助导入等。家蚕数量性状的研究面临着更大更新的挑战。进入20世纪90年代,家蚕数量性状研究成为热点,标志着家蚕数量性状的研究已从经典水平过渡到了分子水平。目前正着力发展在密集标记的平台上准确构建图
谱的综合技术,力求把数量遗传学在分子家蚕是中国特色的发育生物学研究模式生物2003年,以中科院上海生命科学院院长裴钢院士为代表的众多生物学家提出了“如何让我们的模式生物研究独具特色?”的问题,很多专家建议开展独具中国特色的“家蚕模式生物研究”。
中国的蚕丝业历史悠久,家蚕饲养具有广泛的群众基础。蚕丝文化与瓷文化、茶文化,以及京剧等戏曲文化是世界公认的中国文化四大发明,家蚕几乎与大熊猫一样成为最具有中国特色的动物。近年,随着生命科学和生物技术的迅猛发展,寻找新的实验动物品种,特别是利用低等动物代替哺乳动物已经成为现代生物学研究的一种发展趋势,而家蚕的各种优良特性及其特殊突变正
使其成为生命科学及其各分支学科的良好研究材料。家蚕正逐步成为中国特色的模式生物 。
(2)家蚕是理科生物学教学的理想材料
特有的生物学特性使家蚕在生物学教学及研究中具有很多独特的优点。家蚕属完全变态昆虫,一个世代中要经过卵、幼虫、蛹和成虫4个显著不同的发育阶段,变态发育显著,能够为各种研究提供合适的材料;与果蝇和线虫相比,家蚕个体和组织大小适中,便于观察和采集;家蚕世代生活周期短,约8周时间,但只有幼虫期的3.5周需要照顾,很适合开展多种基础实验,而且家蚕已经驯化了四千年之久,人工孵化处理技术成熟简便,可室内饲养,受外界条件限制较小,非常易于实验室高密度人工饲养;此外,家蚕繁育系数高,一头雌蛾产卵约500粒,而且雄蛾可以与多个雌蛾有效重复交配,能够开展复杂的遗传分析和可靠的多重比较试验。因此家蚕被认为是生物学教学的理想材料,能够为生物学的理论教学和实验示范提供优良条件。
参考文献
[1]慧辉;蚕桑副产物的经济收益[J];北方蚕业;1985年04期
[2]张映玉;陈耀明;;蚕蛹蛋白的营养评价[A];中国营养学会第二届营养资源学 术会议论文汇编[C];1989年
[3]杨光友、陈原、周国柱.基于振动的蚕茧无损检测中振动信号的模糊聚类特征 优选方法[A].2003年
[4]张德晨、张立军;蚕蛹的综合开发利用[N];中国畜牧水产报;2001年
[5]徐新颜等丝素蛋白膜作为葡萄糖氧化酶载体的研究[J]蚕丝科学,1997
[6]彭图治、陈建勇.丝蛋白膜免疫传感器的研制及临床分析应用[J]. 应用科学学报,1999,17(1): 13~17.
[7]朱良均、姚菊明、李幼禄.蚕丝蛋白的氨基酸组成及其对人体的生理功能.中国蚕业,1997
[8]梁秀玲.关于桑蚕废丝的开发利用[J]广西蚕业,1996,33(2):34.