基因技术在新型纤维制造领域上的应用

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1、基因技术在新型纤维制造领域上的应用己的信息，目前基因技术在纺织纤维制造领域的应用，在天然纤维方面己采用基因技术成功研究开发了天然彩色棉纤维和不皱棉纤维，国内外均已产业化;近年来有色羊毛也颇受关注;通过仿生技术研发、转基因方法制造的化学纤维__仿蜘蛛丝纤维，虽然不完全成熟，但前景无疑亦是十分广阔。关键词：基因技术;仿蜘蛛丝纤维;天然彩色棉纤维;不皱棉花;无染色羊毛由于基因密码的破解以及基因复制、移植技术的不断进步，基因技术已成为21世纪最重要的科学技术之一。在功能性纺织纤维领域，基因技术正逐渐成为各国科学家研究开发科技竞争的重点，新的研究成果不断涌现。1仿蜘蛛丝纤维蜘蛛丝是一种特殊的蛋白质，它

2、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、生物可降解这些特性，被誉为“能改变人类生活的新一代生物纤维材料”［1］，在人们生产生活的各个领域，具有广阔的应用前景。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。0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。1.1利用牛、羊奶制造仿蜘蛛丝纤维1997年初，美国生物学家安妮?穆尔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，

3、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初，其强度又比钢强度大10倍，因此被称为“牛奶钢”。1999年起，美国科学家利用转基因的办法，准备培养繁殖大量转基因奶牛，以满足大规模生产“牛奶钢”的需求，用以制造防弹背心，轻量型头盔、降落伞绳等［2］。加拿大的尼克丙公司成功地利用转基因山羊奶制造出了少量蜘蛛丝。研究人员将蜘蛛体内产生蜘蛛丝蛋0的基因移植到山羊受精卵的细胞核内，培养出转

4、基因山羊,这样转基因的母山羊在发育成熟以后产出的羊奶中便含有了蜘蛛丝蛋白，然后在羊奶中加入特殊的溶剂就能抽出与真正蜘蛛丝相媲美的纤维。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。据称，每只山羊每年可产3.65kg丝，该公司匕将用这种仿蜘蛛丝纤维开发的工业和民药生物产品投入市场，每年可产生高达1亿美元的销售额［3］。我国也在几年前开始了仿蜘蛛丝纤维的研究，科学家成功地将蜘蛛丝蛋a基因转移到老鼠身上，并成功地从第一代小白鼠的乳汁中获得蜘蛛丝蛋白，不久将开始培养转基因奶牛［4］。1.2利用家蚕制造仿蜘蛛丝纤维中国科学院上海生命科学、生物化学与细胞生物学研宄所科研人员

5、经过数年攻关，解决了转基因蚕基因导入、活性基因鉴定以及传代育种等一系列技术问题，成功地用“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，使家蚕分泌出含有蜘蛛牵引丝蛋白的蚕丝。此研究被列为国家“863”计划秉点项H,H前正在进行中［5］。1.3利用植物制造仿蜘蛛丝纤维将蜘蛛丝基因移植入植物，培育出能够产生蜘蛛丝蛋白的转基因植物。美国有报道称，将蜘蛛丝基因移植到烟叶的基因中，使得烟叶在生长时除了可以产生尼古丁外也可以产生蜘蛛丝蛋白，随后可利用急速冷冻破碎、煮沸等方式制取含蜘蛛丝蛋白的纺丝溶液［6］。1.4利用生物工程技术制造仿蜘蛛丝纤维科学家们通过大量的工作，用生物化学方

6、法对蜘蛛丝蛋白和腺体分泌物进行了研究，分离了蜘蛛丝蛋白基因编码的核苷酸序列，建立了数据库。利用DNA合成技术成功地建立了不同蜘蛛丝蛋白片段的基因序列模型，用这种模型可制造出一种合成基因，利用这种基因可生产出96.1%的基因序列与天然蜘蛛丝蛋白相同的产品。接下来的工作是大规模地生产这种蜘蛛丝蛋白［7］。美国杜邦公司正着力于运用生物工程技术来大规模仿造蜘蛛丝。他们首先用先进的计算机模拟技术建立蜘蛛丝蛋0质各种成分的分子模型，然后运用遗传学基因合成技术将遗传基因植入酵母菌或细菌，利用工业发酵的方法使这种微生物在繁殖过程中大量产生类似于蜘蛛丝蛋白的蛋白质。通过这种方法产生的仿蜘蛛丝蛋白质，其溶解后抽

7、出的丝，具有质轻、强力好、有弹性等特点，纤度可达真丝的1/10,强度是相同纤度钢丝的510倍［8］。2天然彩色棉纤维彩色棉是一种具有天然色彩的新型棉花，采用有机耕作种植,无需漂染加工，废弃后可循环再生，真正实现了从纤维生产到成衣加工全过程的“零污染”，因此它是绿色棉纺织品的首选原料，是21世纪最具市场潜力的绿色纺织品之一。大力推广种植天然彩色棉花,在我国尤为重要，它将右助于打破发达国家“绿色贸易壁垒”，为我国