作者：溫天旺（江西農業大學講師）
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於工業印染加工。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”，科學研究表明現在廣泛栽培的白棉實際上是從天然彩棉中馴化而來。
天然彩棉的馴化和傳統育種
現代農業生產中的動植物大都經歷了一個漫長的馴化過程。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行種植並留種繁殖，伴隨著農業生產發展，人們不斷地根據自己的需求對作物進行馴化（圖1）。作物馴化往往會經歷幾個重要的過程，從野生種馴化到農家品種，再從農家品種培育為廣泛種植的栽培品種。
圖1 動植物馴化歷史
棉花作為一種重要的經濟作物，其馴化和育種歷史久遠。目前廣泛栽培的陸地棉和海島棉屬於四倍體棉，被認為來自於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世紀六十年代初，人們重新認識到彩棉的重要性，美國、埃及、秘魯等18個國家相繼開展彩棉研究與開發。我國於上世紀70年代開始進行彩棉的種質資源收集，最初從美國引進了一批彩棉種質資源，經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，已成功選育並審定命名了32個彩棉品種，其中包括新彩棉1號到23號等一系列品種。
彩棉的優勢和特徵
天然彩棉之所以呈現彩色是由於棉纖維細胞在分化和發育過程中可以產生色素物質，色素物質可以在纖維細胞內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，減少了勞動力的投入和化學染料的使用，不會形成化學汙染和化學殘留；在處理此類天然彩色纖維時，可以採取填埋等方式，對環境不會造成汙染，屬於環境友好型原材料；另外天然棕色棉具有天然抗菌性以及良好的防火效能；特別適合紡織貼身衣物，具有質地柔軟和穿著舒適的優勢（圖3）。
1998-2007年間，中國的彩棉種植面積從每年1萬畝擴大到20多萬畝，皮棉產量從每年800噸增加到每年2萬多噸。目前中國的彩棉常年保持在10萬畝以上，新疆地區為我國彩棉主產區。中國彩棉已經從研發、育種、種植、加工和銷售攜手形成了產業聯盟，進入快速發展階段。
圖3 天然彩棉及其紡織品（Murthy, 2001）
現代生物育種階段的彩棉基礎研究和應用
目前彩棉以棕色和綠色兩種型別為主（圖4），顏色比較單一。針對天然棉花纖維色澤種類單調的問題，美國的Calgene公司曾將黑色素合成基因連線到pz啟動子後，匯入到棉花，轉基因棉花產生深褐色或黑色的纖維。這種轉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（圖片由石河子大學孫杰教授提供）
近年來，中國農科院棉花研究所、西南大學、華中農業大學和石河子大學都為彩棉育種和基礎研究做出了重要貢獻。西南大學和華中農業大學棉花課題組率先鑑定出棕色棉候選基因Gh_tt2，西南大學透過基因工程獲得了轉基因棕色棉，雖然顏色變淺了，但是纖維品質和產量有了提高，為彩棉生物技術育種工作做出了重要貢獻。
2021年孫杰教授等人提出未來可以透過基因工程技術轉入棉花內源或者外源物種的基因來創造更多色彩的彩棉品種，同時利用已有的高品質和產量的等位基因改良彩棉的設想。1981年，Schnepf和Whiteley克隆了來源於蘇雲金芽孢桿菌的Bt基因並被逐漸應用到抗蟲棉育種中，抗棉鈴蟲Bt基因在棉花中的應用可以說是轉基因技術在作物生物技術育種中的典範。1996-2015年，轉基因棉花累計種植面積達3億公頃，1997-2014年，轉基因Bt棉帶給中國農民的經濟收益達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，利用轉基因技術創造出顏色多樣，纖維品質和產量高的彩棉品種。從而為紡織工業提供更多無需印染的彩色紡織布料，為我國實現環境友好型社會做出貢獻；2021年中央全面深化改革委員會第二十次會議審議通過了《種業振興行動方案》，彩棉生物育種可以推進棉花種質資源創新，加快棉花種業振興。
參考文獻
1.Murthy MSS. Never say dye: The story of coloured cotton. Resonance, 2001, 6:29-35.
2.Rapp R, Haigler C, Flagel L, Hovav R, Udall J, Wendel J. Gene expression in developing fibres of Upland cotton (Gossypium hirsutum L.) was massively altered by domestication. Genome Biology, 2010, 8:139.
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來源： 光明網
