关于棉花的学科知识有哪些？

近日，我国的新疆棉花因为一些国外荒谬言论上了热搜，关于棉花，有很多学科知识可以讲给学生听。我们为大家整理如下：

棉花纤维

棉花的重要产物就是棉纤维，而棉纤维是由胚珠的表皮细胞经伸长、加厚而成的纤维，不同于一般的韧皮纤维。棉纤维以纤维素为主，占干重的93-95％，其余为纤维的伴生物。棉纤维细胞壁的主要组成物质是纤维素，表层含蜡类物质和少量糖类物质，内壁面含有蛋白质、糖类等。干燥的成熟棉纤维中，纤维素的含量在95%以上，是自然界中纯度极高的纤维素资源之一。由于棉纤维具有许多优良经济性状，使之成为最主要的纺织工业原料。

棉纤维的截面由外至内主要由初生层、次生层和中腔三个部分组成。

●初生层

生层初生层的外皮是一层极薄的蜡质与果胶，表面有细丝状皱纹。蜡质对棉纤维具有保护作用，能防止外界水分的侵入。

●次生层

生层次深层是棉纤维加厚期淀积纤维素形成的部分，是棉纤维的主要构成部分，几乎全为纤维素组成。次深层决定了棉纤维的主要物理性质。

●中腔

腔它是棉纤维生长停止后遗留下来的内部空隙。中腔内留有少数原生质和细胞核残余物，对棉纤维本色有影响。

1.棉纤维的截面形态结构

成熟正常的棉纤维，截面是不规则的腰圆形，中有中腔。未成熟的棉纤维，截面形态极扁，中腔很大。过成熟棉纤维，截面呈圆形，中腔很小。

2.棉纤维纵向形态

棉纤维具有天然转曲，它的纵面呈不规则的而且沿纤维长度不断改变转向的螺旋形扭曲。成熟正常的棉纤维转曲最多。未成熟棉纤维呈薄壁管状物，转曲少。过成熟棉纤维呈棒状，转曲也少。

棉纤维的质量优劣主要看两个物理特性：一是强度，纤维强度高，则成纱强度也高。二是长度，棉纤维长度是指纤维伸直时两端间的距离，棉纤维长度长，整齐度好，短绒少，则成纱强力高，条干均匀，纱线表面光洁，毛羽少。而我国长绒棉曾经深受0.3厘米的限制。

弥补0.3厘米差距

年，我国就是世界第一产棉大国，无论是棉花单产还是总产量都比较高，但我国的原棉品质偏差，纤维平均长度偏短，纺高支纱棉布时，要掺入30%左右的进口优质原棉。中国原棉平均长度3厘米，美国原棉3.3厘米，这0.3厘米的差距就导致了我们需要进口1/4的进口原棉。

长绒棉纤维长度的差距

当年我国，每年有至万吨的产量，但还要从美国进口至万吨的优质棉花，以每吨3万元计算，就需要多亿元的外汇。

自己的棉花用不完，为什么还要进口呢？“棉花是一个很有意思的作物。”植物生理学家、中科院院士朱玉贤说，我们现在穿的棉布衣服都产自四倍体棉花，纤维长度在3.0到3.3厘米之间。我国棉花纤维长度主要在2.8到3.0厘米左右，美洲的棉花可达到3.0到3.3厘米。差10%的纤维长度，在纺织业上差距是很大的。众所周知，棉纤维短了一截后，纺纱的接头多，容易起疙瘩，穿在身上不舒适。

要纺织出高质量的棉布就要掺入越来越多的3.3厘米的优质纤维。实验发现，把美国的优良品种引种到中国，棉花纤维又迅速变短。

如何通过细胞生物学、生物化学和分子生物学的研究，阐明纤维长度的最终决定因子，研究并获得调控纤维细胞伸长的关键基因或关键代谢途径，是本领域的核心科学问题。

芯片数据表明，植物激素乙烯生物合成途径在棉花纤维发育早期显著上调，外源乙烯导致棉花纤维显著伸长，三个棉纤维特异表达的ACO基因都具有在体外合成植物激素乙烯的功能。

超长链脂肪酸通过调控植物激素乙烯的生物合成，影响纤维伸长。通过实验表明，超长链脂肪酸是控制棉纤维伸长发育的充分和必要条件。另外，超长链脂肪酸对细胞伸长不光影响纤维细胞，它还能影响根毛、主根、侧根的细胞生长。

因此，科学家首次在棉纤维伸长过程中的调控机制，发现饱和超长链脂肪酸作用于乙烯信号的上游，运用基因工程的手段，提高ACO或者KCS的基因的表达强度，可能提高我国棉花的产量和品质。

在小小的实验室里，朱玉贤带领团队进行了长达13年的反复实验，终于发现了控制棉纤维伸长的调控机制。通过这些发现，朱玉贤团队成功让中国的棉花纤维增长了0.3厘米。

附：新疆长绒棉育成品种系谱图

直到年，经过十多年艰苦实验、不断培育，将我国棉花纤维的长度提高了0.3厘米，让我国的高端棉纺织产业开始摆脱对进口棉花的依赖，也使中国的棉花研究达到世界领先水平。朱玉贤研究团队的成果，获得国家自然科学二等奖，用科学力量开拓出我国棉花产业的新格局。

棉纤维的长度主要由棉花品种、生长条件、初加工等因素决定。

新疆有得天独厚的自然条件，夏季温差大，阳光充足，光合作用充分，棉花生长时间长。因此，新疆长绒棉，世界顶级，做衣被，暖和、透气、舒适，长年供不应求。

新疆棉花生育期内积温高，热量充足，日照时数为小时。吐絮期累计降水量不到0.5毫米，利于棉桃吐絮，纤维质量不会受降雨影响而下降，吐絮期平均昼夜温差普遍在14℃以上。

年10月9日，在新疆哈密拍摄的长绒棉花。（普拉提·尼亚孜/视觉中国）

因此，新疆的棉花具有世界顶级品质。

抗虫棉打破美国的限制

上世纪90年代初期，我国黄淮海流域棉区棉铃虫大爆发。短时间内，多个产棉区被棉铃虫危害到几近绝收。农药防治几乎不能有效控制棉铃虫的发生与为害。疯狂而猖獗的棉铃虫竟然逃过了农药的重重“洗礼”，变得百毒不侵。多地发生了农药没有毒死棉铃虫，却把人毒倒了的故事。这场棉铃虫危害曾给国家和棉农造成巨大的经济损失。用生物技术手段防治棉铃虫成了打赢这场棉田保卫战的必然选择。

与此同时，美国孟山都公司从苏云金芽孢杆菌中克隆到Bt杀虫基因，利用转基因技术将其转化到棉花中，培育出了转Bt基因抗虫棉。抗虫棉分为转基因单价抗虫棉和转基因双价抗虫棉。转基因单价抗虫棉是将一种细菌（苏云金芽孢杆菌）来源的、可专门破坏棉铃虫消化道的Bt杀虫蛋白基因经过改造，转到了棉花中，使棉花细胞中存在这种杀虫蛋白质，专门破坏棉铃虫等鳞翅目害虫的消化系统，导致其死亡，而对人畜无害的一种抗虫棉花。具体原理见下图：

1.CRY蛋白需要在昆虫肠胃里碱性的环境里，被特殊的蛋白酶剪切才会被激活

2.被剪切后的毒性蛋白，只有在特定昆虫肠道里受体存在的情况下才会发生作用，引起其肠胃细胞穿孔，坏死。

人类和其他哺乳动物不具备着两个条件，所以这种蛋白对人类没有任何毒性。

年底，我国科学家为了打破美国的限制，研制成功了具有自主知识产权的Bt转基因抗虫棉。年，具有两种抗虫基因（bt+CpTI）的双价抗虫棉研制成功，年起，我国开始大面积推广种植转基因抗虫棉，这是我国首个批准商业化种植的农作物。年正式授权，年该专利被国际知识产权组织及国家知识产权局授予发明专利金奖。它标志着我国成为继美国之后，世界上独立自主研制成功抗虫棉的第二个国家。

种植国产转基因抗虫棉后，棉田化学农药的使用量显著降低，棉农的劳动强度和防治成本也得到了显著下降，棉田生态环境明显改善。我国转基因抗虫棉的成功研发和推广，对于应用转基因技术改造农作物提供了良好的借鉴。

棉属植物的种子中含有一类有毒的多酚类物质——棉酚。对棉花来说，棉酚是抵抗昆虫取食的武器，但是人吃了以后会有诸多不良反应。其一，它会破坏组织细胞，引起出血性炎症；其二，它会和体内一些蛋白质结合，抑制它们的生理功能。还有最严重的两个问题，棉酚会降低血钾、影响神经信号传导甚至导致肌无力；此外，它还会使动物精子退化导致不育，即使停止食用也不一定都能恢复。

年《美国国家科学院院刊》发表了一篇文章，内容是利用RNA干扰技术沉默陆地棉的特定基因，使之不能表达出一些关键酶，从而将棉籽中棉酚含量降低98%，可能会使棉籽油成为新的脂肪来源。

“科学技术是第一生产力，是推动当代经济发展和社会进步的伟大革命力量。“走好自己的路，做好自己的事，相信伟大祖国一定会迎来更加美好的明天。”朱玉贤说。

马克龙表示，法方欢迎中方宣布力争于年前实现碳中和，这一重大承诺体现了中方主动承担重要责任。法方愿同中方一道，推进法中、欧中经济关系进一步发展，携手帮助非洲实现绿色发展，并就帮助发展中国家减缓债作出共同努力。疫苗不应成为大国竞争的工具，法方愿同中方就疫苗公平分配加强合作，就伊朗核等地区问题加强协调。

默克尔表示，德法中三国加强合作应对气候变化非常重要。中国宣布国家自主贡献目标既具雄心，也富挑战，对全球应对气候变化非常重要，欧方愿同中方加强政策沟通与对接。中国率先恢复经济增长对世界是好消息。德方重视中国实施“十四五”规划给德中、欧中合作带来的重要机遇，愿同中方深化互惠互利的经贸合作，就数字经济、网络安全等问题加强沟通，对各国企业一视同仁，避免贸易壁垒。希望双方共同努力，推动《欧中投资协定》尽快批准生效。

4月16日下午，国家主席习近平在北京同法国总统马克龙、德国总理默克尔举行中法德领导人视频峰会。饶爱民摄（新华社）

三国领导人一致认为，要坚持多边主义，全面落实《巴黎协定》，共同构建公平合理、合作共赢的全球气候治理体系，推动领导人气候峰会取得积极、平衡、务实成果；加强气候政策对话和绿色发展领域合作，将应对气候变化打造成中欧合作的重要支柱；统筹办好昆明《生物多样性公约》第十五次缔约方大会、格拉斯哥《联合国气候变化框架公约》第二十六次缔约方大会、马赛第七届世界自然保护大会等重要多边议程，打造全球环境治理新格局；支持“新冠肺炎疫苗实施计划”，促进人员健康安全有序往来，维护产业链顺畅稳定，推动国际经贸合作早日恢复正常；支持发展中国家能源供给向高效、清洁、多元化方向发展。