华美珍贵的丝绸背后需要蚕宝宝付出多少努力?

 

提到家蚕,你会想到什么?是心灵手巧的嫘祖、精美华贵的丝绸、源远流长的丝绸之路、还是那烂熟于心的诗句——春蚕到死丝方尽?但是又有多少人会想起白乎乎、肉嘟嘟的蚕宝宝?

那今天就让我们走近家蚕,一起来领略下它们成长、吐丝的神奇过程吧~

 

+ 吾 家 有 蚕 初 长 成 +

 

 

放荡不羁爱吐丝的家蚕 Bombyx mori 是鳞翅目蚕蛾科的昆虫,它们从卵中孵化出来大约需要 7~10 天时间。

 

来源:puremysore.wordpress.com

 

刚出生的蚕宝宝非常弱小,像极了黑黑的蚂蚁,因而被称为蚁蚕。这时候,蚕宝宝们的“牙齿”还不坚硬(口器未发育完全),最好用鲜嫩的桑叶来喂养。

 

来源:张Qiaoling

 

如果食物充足,连续进食约 3 天,蚕宝宝们将开始虫生第一次“绝食”(休眠)。别担心,它们可不是生你的气,而是在养精蓄锐,完成人生第一次隆重“换衣”——蜕皮,之后便进入 2 龄。

 

 

© Joanna Rose Tidey

 

蚕宝宝 2 龄约比 1 龄时体长长了一倍多,“皮肤”会变得稍白些,“牙齿”也更坚硬,这时可以给它们喂些稍老的桑叶。如果桑叶过嫩,反而可能会影响蚕宝宝的健康成长。

之后,每进食 3~4 天,蚕宝宝便进行一次绝食,完成一次蜕皮,身体也长大好几倍。

 

© Joanna Rose Tidey

 

大多数蚕宝宝一生需经历 4 次蜕皮,最终成长为 5 龄蚕(熟蚕)。5 龄蚕会变身“大胃王”,约可吃下一生桑叶量的 85% 以上,相应地,体重可比刚出生时重达万倍。

 

胖乎乎的蚕宝宝 来源:www.todayifoundout.com

 

5 龄蚕宝宝“酒足饭饱”后,便会竭尽所能排尽肠道内的食物残渣,为吐丝、结茧做准备。

 

 

+ 蚕 丝 从 哪 里 来?+

 

 

家蚕的神奇之处就在于它们有“点石成金”的本领,吃进去的是桑叶,吐出来的却是丝绸,哦漏,是蚕丝!

 

来源:cen.acs.org

 

那么,问题来了,蚕丝是从哪里来的呢?

 

 

 

其实,蚕丝主要由丝素和丝胶两种蛋白质组成,它们都是在丝腺中合成。在被吐出来之前,蚕丝会以液体形式贮存在丝腺腺腔中。

 

丝素蛋白和丝胶蛋白 来源:www.textiletoday.com.bd

 

待时机成熟,液状丝在压力的作用下慢慢流向吐丝管,在吐丝管中完成结晶、纤维化,最后经口吐出,形成纤维状的蚕丝。

 

来源:amazingsilkworms.blogspot.com

 

如果我们把蚕丝拦腰切开,则会看到最中心的是丝素,向外依次是几层丝胶,最后是色素、蜡质等其它物质。这种一层包一层的结构,小伙伴们可以自行想象成铅笔的横切面。

 

 

丝素蛋白是由 18 种氨基酸构成,其中甘氨酸、丙氨酸和丝氨酸最多。这些氨基酸,约有 70% 直接来自蚕宝宝取食的桑叶,仅有约 30% 来自蚕宝宝的组织蛋白和血液蛋白。

 

© Daniel Nicodemo

 

由于蚕丝成分中 80% 以上都是蛋白质,所以具有较高的拉伸强度和弹性。但是,在自然条件下,蚕丝的强度、刚度和断裂伸长率均不如蜘蛛丝。

 

来源:en.wikipedia.org

 

蛛丝是目前已知的强度最高的生物材料。不过,蜘蛛不能像家蚕那样被大规模养殖。

 

 

因此,为实现蛛丝的高效生产,一些科学家利用转基因技术将蜘蛛的基因转入家蚕,这样它们便可以吐出具有超高韧性的蜘蛛丝。

 

来源:www.the-scientist.com

 

也许,在不久的将来,我们可以借助“蚕蛛丝”像蜘蛛侠那样攀岩走壁呢~

 

 

 

+ 蚕 丝 如 何 吐 出 来 ?+

 

 

家蚕吐丝这一行为的启动受神经系统的控制。如果熟蚕的神经体系统发生损伤,将无法吐丝,累积的丝液充满腺腔,导致熟蚕氨基酸中毒。

 

 

 

蚕宝宝在吐丝时,首先将吐出的少量蚕丝借助丝胶粘在一个附着点上,然后蚕宝宝的头开始前前后后、左左右右地来回甩动(呈8、V、Ꮂ字型)。

 

来源:见水印

 

就这样源源不断地抽出蚕丝纤维,没日没夜地努力奋斗 2~4 天后,一个个或椭圆形、或圆筒形、或束腰形的蚕茧才算基本成型。

 

 

蚕茧由一整根丝组成,丝长一般为 700~900 m

天然蚕丝多呈白色或黄色,但是为什么我们见到的丝绸大部分都五颜六色呢?这其实得益于后期染色。

 

 

而且随着生物技术的发展,科学家已经通过基因重组、定向选择等方式选育出可吐出红、黄、绿、粉、桔等颜色斑斓的蚕丝,但是产量较低。

 

 

 

西南大学向仲怀院士带领的研究团队建立了我国第一个家蚕基因库,也是国际上最大的家蚕基因库,为人们改造蚕丝质量带来了曙光。

中国农业科学院蚕业研究所的研究人员也为优良蚕种的培育做出了巨大的贡献。

浙江大学陈玉银教授团队研制出全国首个实用型彩色茧丝品种“金秋×初日”,具有易养、高产、优质、抗逆性强等优点,正逐步实现量产。

 

“金秋×初日”品种的金黄茧  来源:浙大新闻办

 

+ 吐完丝之后,蚕去哪了?+

 

虽说,古诗告诉我们“春蚕到死”才“丝方尽”,但其实,吐丝作茧只是家蚕生命中的一个必经阶段。

 

 

破茧而出的它们还有更重要的使命要完成,那就是交配生宝宝。雌蛾尾部会发出一种气味引诱雄蛾前来交配,交配后雄蛾会死亡,雌蛾花费一个晚上的时间产下约几百枚蚕卵,之后也会死去。

 

来源:laceandmoons.tumblr.com

 

而这些辛辛苦苦产下的蚕卵便沿着“父母”的老路,开始新的轮回。

 

来源:500px.com

 

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参考文献

1 蒋猷龙,家蚕的生活和习性,农业出版社,1980年11月第1版.

2 Omenetto F G , Kaplan D L . New Opportunities for anAncient Material[J]. Science, 2010, 329(5991):528-531.

3 钟伯雄, 尤征英, 叶露鹏, 等. 利用家蚕丝腺生物反应器合成分泌黑寡妇蜘蛛牵引丝蛋白1的方法, CN 105400815 A[P]. 2016.

4 水泽久成, 徐克庄. 家蚕的营茧运动[J]. 蚕桑通报, 1980(1).

5 Teulé F, Miao Y G , Sohn B H , et al. Silkwormstransformed with chimeric silkworm/spider silk genes spin composite silk fiberswith improved mechanical properties.[J]. Proceedings of the National Academy ofSciences of the United States of America, 2012, 109(3):923-928.

6 陈玉银, 黄世荣, 李晓童,等. 家蚕天然黄色茧新品种”金秋×初日”的选育[J]. 蚕桑通报, 2017, 48(3):23-27.


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本期小编:桃花岛主

摘自: 张Qiaoling 人呆手户