生物技术在衣的应用——天然彩色棉 姓名:张登高 学号:13301030041 、技术介绍 天然彩色棉是棉纤维本身具有自然色彩的特殊类型棉花,因其纤维具有独 特的自然色彩,无需漂染,在纺织加工过程中不需要人工着色、漂白等传统工艺, 成衣中也不会有甲醛、偶氮染料等有害物质,是真正的绿色产品。用天然彩色棉 生产的纺织服装具有穿着舒适,经济价值高等优点,因而受到国内外棉花育种专 家、环保专家及纺织、服装工业界和消费者的重视。 天然彩棉是名副其实的"绿色产品",被誉为"生态服装"、"植物羊绒",是适 应世界各国人民保护生存环境、实现可持续发展要求的新型纺织原料,顺应了人 们追求纯天然时尚、环保与健康的时代潮流。用天然彩棉制成的纺织品,如彩棉 毛巾,彩棉内衣,彩棉时装等,正在走俏世界。 天然彩棉,无印最 剧ABY肌肤零负担 (图为天然彩色棉花产品) 目前国内外天然彩色棉研究已取得了很大的成就,但是天然彩色棉颜色的创 新还未有突破性进展,研究的内容主要集中在产量和纤维品质的提高和改进上, 而对与天然彩色棉纤维色素的创新仍处于徘徊局面。用传统的常规育种技术很难 创新出新的色彩类型,因此要想培育出新型色彩的优良天然彩色棉新品种,必须 结合分子生物学技术、基因工程技术才能实现。因而充分认识和了解天然彩色棉 研究现状和发展趋势,对于天然彩色棉特异优良种质材料和新型色彩类型的创造 和培育,指导育种实践,提高产量、纤维品质,把握今后天然彩色棉研究的发展 方向,有着重要的现实意义。 、技术原理: 天然彩色棉是棉纤维本身具有自然色彩的特殊类型棉花,是棉纤维细胞次 生壁加厚期时色素在纤维细胞中沉结的结果,其种质资源匮乏、产量低、纤维品 质差,很难被直接利用;天然彩色棉纤维色素受遗传基因控制,性状表现为不完 全显性单基因控制,因此,育成优良的品种难度大,颜色单调,目前仅有棕 色、绿色两大系列(如图)的天然彩色棉应用于纺织品和服装的开发。利用育种 技术和基因工程技术改良天然彩色棉的研究正在逐步推进
生物技术在衣的应用——天然彩色棉 姓名：张登高 学号：13301030041 一、技术介绍： 天然彩色棉是棉纤维本身具有自然色彩的特殊类型棉花, 因其纤维具有独 特的自然色彩,无需漂染 ,在纺织加工过程中不需要人工着色、漂白等传统工艺， 成衣中也不会有甲醛、偶氮染料等有害物质，是真正的绿色产品。用天然彩色棉 生产的纺织服装具有穿着舒适 ,经济价值高等优点,因而受到国内外棉花育种专 家、环保专家及纺织、服装工业界和消费者的重视。 天然彩棉是名副其实的"绿色产品"，被誉为"生态服装"、"植物羊绒"，是适 应世界各国人民保护生存环境、实现可持续发展要求的新型纺织原料，顺应了人 们追求纯天然时尚、环保与健康的时代潮流。用天然彩棉制成的纺织品，如彩棉 毛巾，彩棉内衣，彩棉时装等，正在走俏世界。 （图为天然彩色棉花产品） 目前国内外天然彩色棉研究已取得了很大的成就，但是天然彩色棉颜色的创 新还未有突破性进展，研究的内容主要集中在产量和纤维品质的提高和改进上， 而对与天然彩色棉纤维色素的创新仍处于徘徊局面。用传统的常规育种技术很难 创新出新的色彩类型，因此要想培育出新型色彩的优良天然彩色棉新品种，必须 结合分子生物学技术、基因工程技术才能实现。因而充分认识和了解天然彩色棉 研究现状和发展趋势，对于天然彩色棉特异优良种质材料和新型色彩类型的创造 和培育，指导育种实践，提高产量、纤维品质，把握今后天然彩色棉研究的发展 方向，有着重要的现实意义。 二、技术原理： 天然彩色棉是棉纤维本身具有自然色彩的特殊类型棉花, 是棉纤维细胞次 生壁加厚期时色素在纤维细胞中沉结的结果 ,其种质资源匮乏、产量低、纤维品 质差 ,很难被直接利用;天然彩色棉纤维色素受遗传基因控制 ,性状表现为不完 全显性单基因控制 ,因此, 育成优良的品种难度大, 颜色单调 , 目前仅有棕 色、绿色两大系列（如图）的天然彩色棉应用于纺织品和服装的开发。利用育种 技术和基因工程技术改良天然彩色棉的研究正在逐步推进
彩色棉的色泽类型 彩色棉 棕色 绿色 深棕色 淡棕色 深绿色 淡绿色 棕红、粉红 黄色、淡黄色 浅灰色 褐色、咖啡色等 乳黄色等 淡蓝色等 图为目前天然彩棉色系分类) (一)天然彩色棉纤维色素的遗传控制 我国研究人员于1998~2000,用棕色和绿色彩色棉与常规白色棉杂交 对天然彩色棉的遗传特性和育种工作进行研究。结果与分析说明了棕色和绿色彩 棉遗传特性如下 ①棕色纤维遗传。试验结果表明,用棕色彩色棉作母本,普通白色棉作父 本,3个组合的杂种F棉花纤维呈中间色(中棕),F2分离出棕色、浅棕色、 中棕色、白色纤维的植株,有色纤维的棉株与白色纤维的棉株分离比例分别为 3:1,2.95:1和2.8:1,经卡平方测验表明,符合3:1的孟德尔分离遗 传规律,说明棕色纤维基因为单基因不完全显性遗传(表1) 表1F2棕色棉纤维分离比例 紫絮花苞×冀668 104 0.0128 紫褐陆地棉×晋棉25号 2.95:1 苏联紧凑棕絮×晋棉25 注:x20m=3.84df=1 ②绿色纤维遗传。试验结果表明,不管用绿色彩色棉作母本还是作父本,正 交或反交,8个组合的杂种F1棉花纤维呈浅绿色,F2分离出绿色、浅绿色 浅灰色、灰色、白色纤维的植株,F2有色纤维棉株与白色纤维棉株分离比例符合 孟德尔分离遗传规律,说明绿色纤维基因为单基因不完全显性遗传(表2)。 表2绿色棉纤维遗传规律 总株数 彩色株数 白色株数 Lg墨絮×晋棉25号 0,00183 绿色棉×徐州203 2,91:1 0,00741 绿色棉×晋棉25号 84 绿絮×运4050 66 49 Lg墨絮×运4050 22 3,14:1 0,0115 运4050×红鸡叶绿 0,00312 绿絮×邯郸4104 15 0,0667 注:X20.05=3.84,df=1 结论表明,选用现有两种不同颜色的天然彩色棉一—一棕色棉和绿色棉进行
（图为目前天然彩棉色系分类） （一）天然彩色棉纤维色素的遗传控制 我国研究人员于 1998 ～ 2000,用棕色和绿色彩色棉与常规白色棉杂交 , 对天然彩色棉的遗传特性和育种工作进行研究。结果与分析说明了棕色和绿色彩 棉遗传特性如下： ①棕色纤维遗传。试验结果表明, 用棕色彩色棉作母本 ,普通白色棉作父 本 ,3 个组合的杂种 F1 棉花纤维呈中间色(中棕), F2 分离出棕色、浅棕色、 中棕色、白色纤维的植株, 有色纤维的棉株与白色纤维的棉株分离比例分别为 3∶1 ,2 .95∶1 和 2 .8∶1 ,经卡平方测验表明 ,符合 3∶1 的孟德尔分离遗 传规律 ,说明棕色纤维基因为单基因不完全显性遗传(表 1)。 表 1 F2 棕色棉纤维分离比例 组 合 总株数 彩色株数 白色株数 比例 X 2 紫絮花苞×冀 668 104 78 26 3∶1 0 .0128 紫褐陆地棉×晋棉 25 号 83 62 21 2 .95∶1 0 .000402 苏联紧凑棕絮×晋棉 25 号 57 42 15 2 .8∶1 0 .00585 注:X2 0 .05 =3.84 df =1 ②绿色纤维遗传。试验结果表明, 不管用绿色彩色棉作母本还是作父本,正 交或反交 ,8 个组合的杂种 F1 棉花纤维呈浅绿色 ,F2 分离出绿色、浅绿色、 浅灰色、灰色、白色纤维的植株,F2 有色纤维棉株与白色纤维棉株分离比例符合 孟德尔分离遗传规律 ,说明绿色纤维基因为单基因不完全显性遗传(表 2)。 表 2 绿色棉纤维遗传规律 组合 总株数 彩色株数 白色株数 比例 X 2 Lg 墨絮×晋棉 25 号 182 142 47 3 .02∶1 0 .00183 绿色棉×徐州 203 180 134 46 2 .91∶1 0 .00741 绿色棉×晋棉 25 号 181 135 46 2 .93∶1 0 .00184 绿絮×运 4050 66 49 17 2 .88∶1 0 Lg 墨絮×运 4050 29 22 7 3 .14∶1 0 .0115 运 4050 ×红鸡叶绿絮 107 80 27 2 .96∶1 0 .00312 绿絮×邯郸 4104 20 15 5 3 .00∶1 0 .0667 邯郸 4104 ×绿絮 27 20 7 2 .86∶1 0 .0123 注:X2 0 .05 =3.84 ,df =1 结论表明，选用现有两种不同颜色的天然彩色棉———棕色棉和绿色棉进行
杂交,无论正反交,其后代仍只能分离出棕色和绿色两类纤维颜色的植株,也不 会产生除棕色和绿色以外其它新的色泽类型的棉花,表明天然彩色棉纤维色素基 因是受一对显性基因控制,表现为不完全显性,绿色纤维对棕色纤维表现为相 对显性。因此用目前常规育种方法在颜色方面尚无法与用化学印染技术相抗衡。 若利用现代生物技术可能是天然彩色棉颜色创新的一条有效途径。 (图为天然白色棉花、绿色棉、棕色棉) (二)天然彩色棉纤维色素的形成与沉积 棉纤维是胚珠外层珠被上单个表皮细胞分化产生的,其发育受多种植物激素 的诱导和控制。棉纤维发育一般由4个连续、重叠的发育过程组成,即纤维原 始细胞的分化及突起、初生壁伸长、次生壁加厚和脱水成熟。在这4个阶段中 将伴随形态、生理、生化等一系列复杂的变化。天然彩色棉纤维发育还伴随着色 素物质的形成和积累,这同样是一个复杂的物质代谢过程,通过对开花至吐絮时 期套黑色袋子(阻止光线直接照射到棉铃中)的观察,发现套黑色袋子与不套黑 色袋子在棉花吐絮时纤维颜色没有变化,表明天然彩色棉纤维色素的形成不是纤 维吸收了光线中某些成分,而与色素合成酶基因在纤维细胞中的特异性表达有 关。通过电子显微镜对天然彩色棉和普通白色棉超薄切片机的纵切面观察,天然 彩色棉纤维色素在初生壁伸长期前也就是棉铃膨胀期前,它的纤维颜色与普通白 色棉一样均为纯白色,天然彩色棉纤维色素形成始于初生壁伸长期之后,与纤维 细胞次生壁加厚期同时进行,当纤维细胞次生壁加厚期开始,才逐渐呈现出很淡 的色素,说明这时色素类物质开始在中腔中沉积,直至纤维完全成熟(即吐絮 时色素才达到其最大程度 天然彩色棉纤维色素的形成与积累的过程要消耗一部分的能量,这就造成了 天然彩色棉纤维品质不及白色棉的主要原因,还由于纤维在发育过程中非纤维素 物质的一部分被用于色素物质的形成与积累,所以天然彩色棉纤维素的积累是不 充分的,它不仅降低了纤维中纤维素的含量,还直接参与了纤维素在纤维色素中 的沉积;而且浅棕色棉和绿色棉在纤维发育过程中,由于非纤维素物质转化的不 充分,从而导致浅棕色棉纤维色素较浅和绿色棉纤维色素不稳定。白色棉在纤维 中无染色较深的物质出现,但棕色棉和绿色棉纤维色素的形成与沉积部位有所区 别,棕色棉纤维色素集中在纤维中腔内,存在着大量染色较深的物质,这些染色 较深的物质就是棕色棉纤维的色素物质,在它外面包一层蜡质,因而洗涤时颜色 有加深的趋势;同时也造成棕色棉纤维色素越深纤维素含量越低,纤维色素越浅 纤维素含量越高。而绿色棉除纤维中腔内外,在纤维的次生壁内层也存在大量染
杂交, 无论正反交 ,其后代仍只能分离出棕色和绿色两类纤维颜色的植株,也不 会产生除棕色和绿色以外其它新的色泽类型的棉花,表明天然彩色棉纤维色素基 因是受一对显性基因控制 ,表现为不完全显性, 绿色纤维对棕色纤维表现为相 对显性。因此用目前常规育种方法在颜色方面尚无法与用化学印染技术相抗衡。 若利用现代生物技术可能是天然彩色棉颜色创新的一条有效途径。 （图为天然白色棉花、绿色棉、棕色棉） （二）天然彩色棉纤维色素的形成与沉积 棉纤维是胚珠外层珠被上单个表皮细胞分化产生的，其发育受多种植物激素 的诱导和控制。棉纤维发育一般由 4 个连续、重叠的发育过程组成，即纤维原 始细胞的分化及突起、初生壁伸长、次生壁加厚和脱水成熟。在这 4 个阶段中 将伴随形态、生理、生化等一系列复杂的变化。天然彩色棉纤维发育还伴随着色 素物质的形成和积累，这同样是一个复杂的物质代谢过程，通过对开花至吐絮时 期套黑色袋子 (阻止光线直接照射到棉铃中)的观察，发现套黑色袋子与不套黑 色袋子在棉花吐絮时纤维颜色没有变化，表明天然彩色棉纤维色素的形成不是纤 维吸收了光线中某些成分，而与色素合成酶基因在纤维细胞中的特异性表达有 关。通过电子显微镜对天然彩色棉和普通白色棉超薄切片机的纵切面观察，天然 彩色棉纤维色素在初生壁伸长期前也就是棉铃膨胀期前，它的纤维颜色与普通白 色棉一样均为纯白色，天然彩色棉纤维色素形成始于初生壁伸长期之后，与纤维 细胞次生壁加厚期同时进行，当纤维细胞次生壁加厚期开始，才逐渐呈现出很淡 的色素，说明这时色素类物质开始在中腔中沉积，直至纤维完全成熟 (即吐絮 ) 时色素才达到其最大程度。 天然彩色棉纤维色素的形成与积累的过程要消耗一部分的能量，这就造成了 天然彩色棉纤维品质不及白色棉的主要原因，还由于纤维在发育过程中非纤维素 物质的一部分被用于色素物质的形成与积累，所以天然彩色棉纤维素的积累是不 充分的，它不仅降低了纤维中纤维素的含量，还直接参与了纤维素在纤维色素中 的沉积；而且浅棕色棉和绿色棉在纤维发育过程中，由于非纤维素物质转化的不 充分，从而导致浅棕色棉纤维色素较浅和绿色棉纤维色素不稳定。白色棉在纤维 中无染色较深的物质出现，但棕色棉和绿色棉纤维色素的形成与沉积部位有所区 别，棕色棉纤维色素集中在纤维中腔内，存在着大量染色较深的物质，这些染色 较深的物质就是棕色棉纤维的色素物质，在它外面包一层蜡质，因而洗涤时颜色 有加深的趋势；同时也造成棕色棉纤维色素越深纤维素含量越低，纤维色素越浅 纤维素含量越高。而绿色棉除纤维中腔内外，在纤维的次生壁内层也存在大量染
色深的物质,因而洗涤时易变色。 综上所述,天然彩色棉纤维色素是棉纤维细胞次生壁加厚期时色素在纤维细 胞中沉积的结果,天然彩色棉纤维色素的形成和积累与色素合成酶基因在纤维细 胞中的特异性表达有关。 三、技术应用: 改良天然彩色棉品种,可通过利用高新技术与常规育种相结合的途径,采用 系统选育、杂交育种、回交育种、诱变技术、航天技术和生物技术等方法产生变 异,创造新的特异优良种质材料,加速育成纤维色素遗传稳定的新品种。 天然彩色棉纤维性状受不完全显性单基因的控制,它对棉花纤维品质和产量 均呈负效应,常规的育种技术虽能改良和提高其纤维品质和产量,但要改变现有 颜色的单调性,创造出新的不同类型的色泽来是很难做到的,只有借助于生物技 术 由于天然彩色棉的价值在于种子上纤维的颜色,而不是棉株其他器官的颜 色,利用从天然彩色棉本身分离的色素基因,难以克服与一些不利性状的连锁, 利用基因工程与分子标记手段将外源基因(来源于植物、动物和微生物)转入棉 花中,可以进行棉花纤维颜色的克隆,在目前天然彩色棉纤维颜色还不丰富的情 况下,棉花纤维颜色的改良只好主要依赖棉花以外的外源基因资源。如果能将产 生的色素基因与棉纤维特异启动子连接构成融合基因,通过根癌农杆菌介导法或 花粉管通道法导入棉花植株中在棉花纤维的发育后期,产生的色素若沉积在纤维 的中腔内则会呈现出颜色,就可以获得其他颜色纤维的棉花,天然彩色棉颜色创 新和纤维品质就能得到进一步改善。 近代我国天然彩色棉研究开始于二十世纪九十年代初,除开展常规育种 外,还开展了辐射诱变、太空诱变、离子束注入诱变、化学诱变和生物技术等方 法。如浙江省农业科学院除开展常规育种外,还开展辐射诱变、化学诱变、天然 彩色棉纤维色素形成机理和湿处理色变规律的研究。通过137Csγ射线和60Co 辐射诱变处理试验获得了较完整的天然彩色棉诱变技术体系,选育了一批天 然彩色棉种质材料,筛选出颜色与原来不同的变异株,已进行了大面积的繁育 试验,这将有望解决困扰天然彩色棉颜色不够丰富的难题。 目前还可利用植物转基因技术对彩色棉花防虫害特性进行改良,转基因技术 其核心是基因重组,即通过一系列实验技术,最终把一个生物体中的遗传信息 (DNA)转入另一生物体,典型的实验过程包括:(1)提取供体生物的目的基因 (或外源基因),酶解连接到另一个DNA分子上(克隆体),形成一个新的重组 DNA分子;(2)将这个重组DNA分子转入受体细并在受体细胞中复制保存,这个 过程称为转化;(3)对吸收了重组DNA的受体细胞进行筛选和鉴定;(4)对含有 重组DNA的细胞进行大量培养,检测外源基因是否表达,其实验模型如图一所示
色深的物质，因而洗涤时易变色。 综上所述，天然彩色棉纤维色素是棉纤维细胞次生壁加厚期时色素在纤维细 胞中沉积的结果，天然彩色棉纤维色素的形成和积累与色素合成酶基因在纤维细 胞中的特异性表达有关。 三、技术应用： 改良天然彩色棉品种，可通过利用高新技术与常规育种相结合的途径，采用 系统选育、杂交育种、回交育种、诱变技术、航天技术和生物技术等方法产生变 异，创造新的特异优良种质材料，加速育成纤维色素遗传稳定的新品种。 天然彩色棉纤维性状受不完全显性单基因的控制，它对棉花纤维品质和产量 均呈负效应，常规的育种技术虽能改良和提高其纤维品质和产量，但要改变现有 颜色的单调性，创造出新的不同类型的色泽来是很难做到的，只有借助于生物技 术。 由于天然彩色棉的价值在于种子上纤维的颜色，而不是棉株其他器官的颜 色，利用从天然彩色棉本身分离的色素基因，难以克服与一些不利性状的连锁， 利用基因工程与分子标记手段将外源基因(来源于植物 、动物和微生物 )转入棉 花中，可以进行棉花纤维颜色的克隆，在目前天然彩色棉纤维颜色还不丰富的情 况下，棉花纤维颜色的改良只好主要依赖棉花以外的外源基因资源。如果能将产 生的色素基因与棉纤维特异启动子连接构成融合基因，通过根癌农杆菌介导法或 花粉管通道法导入棉花植株中在棉花纤维的发育后期，产生的色素若沉积在纤维 的中腔内则会呈现出颜色，就可以获得其他颜色纤维的棉花，天然彩色棉颜色创 新和纤维品质就能得到进一步改善。 近代我国天然彩色棉研究开始于二十世纪九十年代初 , 除开展常规育种 外 ,还开展了辐射诱变、太空诱变、离子束注入诱变、化学诱变和生物技术等方 法。如浙江省农业科学院除开展常规育种外 ,还开展辐射诱变、化学诱变、天然 彩色棉纤维色素形成机理和湿处理色变规律的研究。通过 137 Csγ射线和 60 Co γ辐射诱变处理试验获得了较完整的天然彩色棉诱变技术体系 ,选育了一批天 然彩色棉种质材料 ,筛选出颜色与原来不同的变异株, 已进行了大面积的繁育 试验,这将有望解决困扰天然彩色棉颜色不够丰富的难题。 目前还可利用植物转基因技术对彩色棉花防虫害特性进行改良，转基因技术 其核心是基因重组，即通过一系列实验技术，最终把一个生物体中的遗传信息 （DNA）转入另一生物体，典型的实验过程包括：（1）提取供体生物的目的基因 （或外源基因），酶解连接到另一个 DNA 分子上（克隆体），形成一个新的重组 DNA 分子；（2）将这个重组 DNA 分子转入受体细并在受体细胞中复制保存，这个 过程称为转化；（3）对吸收了重组 DNA 的受体细胞进行筛选和鉴定；（4）对含有 重组 DNA 的细胞进行大量培养，检测外源基因是否表达，其实验模型如图一所示
翻酶牌 并海选转碧素学的克园 大量培养这些克隆,检测表达产物 图1DNA重组技术实验基本步骤 利用转基因技术对彩色棉花品种进行改良,可以提高彩棉品种的抗病毒,抗 虫害能力,以及彩色纤维生产品质等。以转基因抗虫害棉花为例。虫害是危害棉 花等农作物高产的主要原因,长期使用化学杀虫剂不仅使很多害虫产生了抗性, 还带来了严重的生态问题。采用基因工程手段培养抗虫害棉花品种,即把抗虫基 因转入农作物形成转基因作物新品系。向作物中转入抗虫基因主要有两种:苏云 金杆菌等具有杀虫活性的原毒基因;能够影响昆虫对食物消化吸收的蛋白酶抑制 剂编码基因 苏云金杆菌是一种能合成δ内毒素和Bt毒蛋白的革兰氏阳性短杆菌。菌体 破裂后可释放芽孢和伴孢晶体,菌体被昆虫吞食后,芽孢在在昆虫肠道萌发并大 量繁殖,穿透肠壁进入血液,引起昆虫败血症,伴孢晶体由蛋白质和糖类组成, 是毒素的前体,被昆虫吞食后在肠道的碱性条件和特定蛋白酶作用下,变成毒性 分子插入小肠上皮细胞,形成离子通道,造成胞内大量ATP流出,细胞代谢终止, 从而特异性毒杀昆虫,使之停止进食脱水死亡,其作用机制如图二。由于形成毒 蛋白活性必须具备碱性和特定蛋白酶两个条件,因此人畜不受影响 ATP 肠道上皮细胞细胞膜 肠道上皮细胞细胞膜 (a)正常情况(b)毒素蛋白处理后的情况 图2苏云金杆菌毒素蛋白的作用机理 因为苏云金杆菌中的晶体结构在大田条件下不稳定,在植物中表达不理想, 研究人员截短了苏云金杆菌的基因,插入一个很强的启动子来控制该基因的表 达,所构建的带有苏云金杆菌毒蛋白基因的共整合载体如图三。在此基础上,我 国研究人员获得了转人工合成苏云金杄菌Bt毒蛋白的棉花,对棉铃虫有很强的 毒杀作用;同时对Bt毒蛋白基因进行修饰改造,获得了多种高抗虫性转基因作 物。因此基因工程手段对天然彩色棉花品种的改良有着重大的意义
利用转基因技术对彩色棉花品种进行改良，可以提高彩棉品种的抗病毒，抗 虫害能力，以及彩色纤维生产品质等。以转基因抗虫害棉花为例。虫害是危害棉 花等农作物高产的主要原因，长期使用化学杀虫剂不仅使很多害虫产生了抗性， 还带来了严重的生态问题。采用基因工程手段培养抗虫害棉花品种，即把抗虫基 因转入农作物形成转基因作物新品系。向作物中转入抗虫基因主要有两种：苏云 金杆菌等具有杀虫活性的原毒基因；能够影响昆虫对食物消化吸收的蛋白酶抑制 剂编码基因。 苏云金杆菌是一种能合成δ内毒素和 Bt 毒蛋白的革兰氏阳性短杆菌。菌体 破裂后可释放芽孢和伴孢晶体，菌体被昆虫吞食后，芽孢在在昆虫肠道萌发并大 量繁殖，穿透肠壁进入血液，引起昆虫败血症，伴孢晶体由蛋白质和糖类组成， 是毒素的前体，被昆虫吞食后在肠道的碱性条件和特定蛋白酶作用下，变成毒性 分子插入小肠上皮细胞，形成离子通道，造成胞内大量 ATP 流出，细胞代谢终止， 从而特异性毒杀昆虫，使之停止进食脱水死亡，其作用机制如图二。由于形成毒 蛋白活性必须具备碱性和特定蛋白酶两个条件，因此人畜不受影响。 因为苏云金杆菌中的晶体结构在大田条件下不稳定，在植物中表达不理想， 研究人员截短了苏云金杆菌的基因，插入一个很强的启动子来控制该基因的表 达，所构建的带有苏云金杆菌毒蛋白基因的共整合载体如图三。在此基础上，我 国研究人员获得了转人工合成苏云金杆菌 Bt 毒蛋白的棉花，对棉铃虫有很强的 毒杀作用；同时对 Bt 毒蛋白基因进行修饰改造，获得了多种高抗虫性转基因作 物。因此基因工程手段对天然彩色棉花品种的改良有着重大的意义