科学普及 | 彩棉从何而来，去往何处？

“衣食住行”是人们生活的基本保障，而其中“衣”的主要来源就是纺织工业第一大原料——棉花。种植在田间的棉花纤维通常都是雪白雪白的，我们实际上可以看到的是人们身着五彩斑斓的衣裳。这些花花绿绿的布料则主要来源于棉花纺织布料后经过工业印染加工而形成的，而实际上自然界也存在着一类天然彩棉，无需印染加工就可以形成彩色布料，那就是我们的天然彩棉。

什么是天然彩棉？

当前，天然彩棉主要包含棕色棉和绿色棉两大类（图1），天然彩棉是由于棉纤维细胞在分化和发育过程中可以产生色素物质，并且色素物质可以在纤维细胞内积累从而形成具有颜色的纤维。

图1 白棉、天然棕色棉和天然绿色棉（图片由石河子大学孙杰教授提供）

彩棉育种和栽培历史？

天然彩棉是棉花中重要的种质资源，彩棉种植和育种历史悠久。天然彩棉有将近5000年的历史。约在4000年前秘鲁开始天然彩棉的种植，但是彩棉由于其品质差以及颜色不稳定，逐渐被淘汰出生产行列。20世纪60年代初，人们重新认识到彩棉的重要性，美国、埃及、秘鲁等18个国家相继开展彩棉研究与开发。美国80年代初，彩棉育种家福克斯引进中美洲印第安人种植的彩色棉与当地的长纤维白棉杂交筛选培育出黄色、棕色、红色和绿色等长纤维天然彩棉。我国于上世纪70年代开始进行彩棉的种质资源收集，最初从美国引进了一批彩棉种质资源，经过各科研单位（中国农业科学院棉花研究所和新疆石河子农业科学院等）并联合公司（中国彩棉股份有限公司）研究，获得了众多天然彩棉品种。

天然彩棉的优点有哪些？

天然彩棉不需要印染加工就能呈现天然的彩色，因此不含化学染料、不产生偶氮化合物、不含甲醛等有毒化合物，特别适合纺织贴身衣物，具有质地柔软和穿着舒适的优势（Murth，图2）；彩棉在加工过程中不需要漂白、印染、消毒等加工过程，减少了劳动力的投入和化学染料的使用，不会形成化学污染和化学残留，在处理此类天然彩色纤维时，可以采取填埋等方式，对环境不会造成污染，属于环境友好型原材料；另外天然棕色棉具有天然抗菌性以及良好的防火性能。

图2 天然彩棉及其纺织品（Murth，2001）

彩棉从何而来，去往何处？

从彩棉悠久的种植历史以及众多野生棉纤维呈现棕色来看，彩棉自古有之，而研究人员和育种家在田间也时常发现白棉可以突变为棕色棉和绿色棉。近年来，中国农业科学院棉花研究所、西南大学、华中农业大学和石河子大学均为彩棉育种和基础研究做出了重要贡献，尤其鉴定到棕色棉目标基因并通过基因工程获得了棕色的转基因棉花。未来通过基因工程转入棉花内源或者外源物种的彩色基因可能可以获得更多色彩的彩棉品种，从而为纺织工业提供更多无需印染的纺织布料，为我国实现环境友好型社会和碳中和做出一份贡献。

参考文献

1. Murthy M S S. Never say dye: the story of coloured cotton. Resonance, 2001, 6: 29-35.

2. Wen T, Wu M, Shen C, Gao B, Zhu D, Zhang X, You C, Lin Z. Linkage and association mapping reveals the genetic basis of brown fibre (Gossypium hirsutum). Plant Biotechnol J, 2018, 16: 1654-1666.

3. Yan Q, Wang Y, Li Q, Zhang Z, Ding H, Zhang Y, Liu H, Luo M, Liu D, Song W, Liu H, Yao D, Ouyang X, Li Y, Li X, Pei Y, Xiao Y. Up-regulation of GhTT2-3A in cotton fibres during secondary wall thickening results in brown fibres with improved quality. Plant Biotechnol J, 2018, 16:1735-1747.

4. Sun J, Sun Y, Zhu Q H. Breeding next-generation naturally colored cotton. Trends Plant Sci, 2021, 26: 539-542.

出品：科普中国

撰稿：温天旺（江西农业大学/作物生理生态与遗传育种教育部重点实验室）

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