作者：溫天旺（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)講師）

　　種植在田間的棉花通常都是雪白雪白的，而穿在我們身上的衣服卻是五彩斑斕的。這些彩色的布料主要來源于工業(yè)印染加工。但自然界存在著一類彩色棉花，無需印染加工就可以紡織成彩色布料，被稱之為“天然彩棉”，科學(xué)研究表明現(xiàn)在廣泛栽培的白棉實(shí)際上是從天然彩棉中馴化而來。

　　天然彩棉的馴化和傳統(tǒng)育種

　　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的動(dòng)植物大都經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的馴化過程。早期人們只是單純地從自然界中挑選人類所需的野生材料進(jìn)行種植并留種繁殖，伴隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，人們不斷地根據(jù)自己的需求對(duì)作物進(jìn)行馴化（圖1）。作物馴化往往會(huì)經(jīng)歷幾個(gè)重要的過程，從野生種馴化到農(nóng)家品種，再?gòu)霓r(nóng)家品種培育為廣泛種植的栽培品種。

圖1 動(dòng)植物馴化歷史

　　棉花作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，其馴化和育種歷史久遠(yuǎn)。目前廣泛栽培的陸地棉和海島棉屬于四倍體棉，被認(rèn)為來自于二倍體棉融合加倍形成。眾多四倍體棉的野生材料的纖維呈現(xiàn)出天然彩色，但在馴化和育種過程中人們逐漸選擇了白色纖維的棉花作為主栽品種（圖2）。

圖2 棉花馴化過程（Rapp, 2010）

　　20世紀(jì)六十年代初，人們重新認(rèn)識(shí)到彩棉的重要性，美國(guó)、埃及、秘魯?shù)?8個(gè)國(guó)家相繼開展彩棉研究與開發(fā)。我國(guó)于上世紀(jì)70年代開始進(jìn)行彩棉的種質(zhì)資源收集，*初從美國(guó)引進(jìn)了一批彩棉種質(zhì)資源，經(jīng)過各科研單位和公司研究選育，獲得了眾多棕絮和綠絮的彩棉品種。自2000起至今，已成功選育并審定命名了32個(gè)彩棉品種，其中包括新彩棉1號(hào)到23號(hào)等一系列品種。

　　彩棉的優(yōu)勢(shì)和特征

　　天然彩棉之所以呈現(xiàn)彩色是由于棉纖維細(xì)胞在分化和發(fā)育過程中可以產(chǎn)生色素物質(zhì)，色素物質(zhì)可以在纖維細(xì)胞內(nèi)積累從而形成具有顏色的纖維。

　　天然彩棉不需要漂白、印染、消毒等加工過程，減少了勞動(dòng)力的投入和化學(xué)染料的使用，不會(huì)形成化學(xué)污染和化學(xué)殘留；在處理此類天然彩色纖維時(shí)，可以采取填埋等方式，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，屬于環(huán)境友好型原材料；另外天然棕色棉具有天然抗菌性以及良好的防火性能；特別適合紡織貼身衣物，具有質(zhì)地柔軟和穿著舒適的優(yōu)勢(shì)（圖3）。

　　152 0173 3840-2007年間，中國(guó)的彩棉種植面積從每年1萬畝擴(kuò)大到20多萬畝，皮棉產(chǎn)量從每年800噸增加到每年2萬多噸。目前中國(guó)的彩棉常年保持在10萬畝以上，新疆地區(qū)為我國(guó)彩棉主產(chǎn)區(qū)。中國(guó)彩棉已經(jīng)從研發(fā)、育種、種植、加工和銷售攜手形成了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，進(jìn)入快速發(fā)展階段。

圖3 天然彩棉及其紡織品（Murthy, 2001）

　　現(xiàn)代生物育種階段的彩棉基礎(chǔ)研究和應(yīng)用

　　目前彩棉以棕色和綠色兩種類型為主（圖4），顏色比較單一。針對(duì)天然棉花纖維色澤種類單調(diào)的問題，美國(guó)的Calgene公司曾將黑色素合成基因連接到pz啟動(dòng)子后，導(dǎo)入到棉花，轉(zhuǎn)基因棉花產(chǎn)生深褐色或黑色的纖維。這種轉(zhuǎn)基因的彩色棉已種了60000英畝。

圖4 白棉、天然棕色棉和天然綠色棉（圖片由石河子大學(xué)孫杰教授提供）

　　近年來，中國(guó)農(nóng)科院棉花研究所、西南大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和石河子大學(xué)都為彩棉育種和基礎(chǔ)研究做出了重要貢獻(xiàn)。西南大學(xué)和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花課題組**鑒定出棕色棉候選基因Gh_tt2，西南大學(xué)通過基因工程獲得了轉(zhuǎn)基因棕色棉，雖然顏色變淺了，但是纖維品質(zhì)和產(chǎn)量有了提高，為彩棉生物技術(shù)育種工作做出了重要貢獻(xiàn)。

　　2021年孫杰教授等人提出未來可以通過基因工程技術(shù)轉(zhuǎn)入棉花內(nèi)源或者外源物種的基因來創(chuàng)造更多色彩的彩棉品種，同時(shí)利用已有的高品質(zhì)和產(chǎn)量的等位基因改良彩棉的設(shè)想。1981年，Schnepf和Whiteley克隆了來源于蘇云金芽孢桿菌的Bt基因并被逐漸應(yīng)用到抗蟲棉育種中，抗棉鈴蟲Bt基因在棉花中的應(yīng)用可以說是轉(zhuǎn)基因技術(shù)在作物生物技術(shù)育種中的典范。1996-2015年，轉(zhuǎn)基因棉花累計(jì)種植面積達(dá)3億公頃，1997-2014年，轉(zhuǎn)基因Bt棉帶給中國(guó)農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益達(dá)175億美元。

　　棉花研究和育種工作者同樣期待彩棉生物育種可以和抗蟲棉生物育種取得同樣的成功，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造出顏色多樣，纖維品質(zhì)和產(chǎn)量高的彩棉品種。從而為紡織工業(yè)提供更多無需印染的彩色紡織布料，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型社會(huì)做出貢獻(xiàn)；2021年中央全面深化改革委員會(huì)第二十次會(huì)議審議通過了《種業(yè)振興行動(dòng)方案》，彩棉生物育種可以推進(jìn)棉花種質(zhì)資源創(chuàng)新，加快棉花種業(yè)振興。

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