Что такое хлопок

Хлопок является наиболее широко производимым натуральным волокном на планете. Другие натуральные волокна включают шелк, сделанный из коконов тутового шелкопряда; шерсть, изготовленная из меха овец или альпак; и полотно, изготовленное из волокон стеблей льна.
Хлопковые волокна получают из хлопчатника. В частности, они растут из семенной кожуры — внешнего слоя семян хлопчатника. Прежде чем их можно будет превратить в простыни или футболки, необходимо сначала отделить семена хлопка от растений, а затем волокна от семян.

Стадии формирования цветков и плодов хлопчатника: 1. Бутон цветка; 2. Цветок; 3. Развивающаяся семенная коробочка; 4. Семенная коробочка высыхает и раскрывается, обнажая зрелые хлопковые волокна.

Хлопковые волокна начинают формироваться вскоре после раскрытия цветка (день 1). Даже тогда они видны как увеличенные одиночные клетки на поверхности развивающегося семени. К 3 дню волокна уже начали удлиняться. К 60-му дню они достигают своей полной длины, становятся сухими и готовы к сбору урожая. Отдельные волокна можно увидеть в тканой хлопчатобумажной ткани (внизу справа).
Изображения использованы с разрешения: семена и вставки изменены из Stewart (1975); зрелые волокна от Beasley (1975); ткань, предоставленная…

Если вы внимательно посмотрите на свои хлопковые джинсы, хлопковые носки или ватный тампон, вы увидите очень тонкие, похожие на волосы волокна. Каждое хлопковое волокно представляет собой отдельную клетку. Большинство типов клеток настолько крошечные, что вам нужно использовать мощный микроскоп, чтобы их увидеть. Но волокна хлопка хорошо видны невооруженным глазом, достигая длины до 2 дюймов (5 см). Фактически, волокна одомашненного хлопка являются самыми длинными клетками любого растения.
Хлопковые волокна достигают большей части своей длины всего за 30 дней. Они начинаются как крошечные клетки в оплодотворенном цветке хлопчатника. Примерно через месяц они заполняют созревающие семенные коробочки до такой степени, что они лопаются.
Чтобы сделать нити для ткани, отдельные волокна накладываются друг на друга и закручиваются друг вокруг друга. Более длинные волокна более ценны, чем короткие, потому что они требуют меньшего нахлеста и, следовательно, могут быть сплетены в более тонкие нити. Для изготовления тканей с большим количеством нитей можно использовать более тонкие и тонкие нити — большее количество нитей на квадратный дюйм ткани. Ткани с большим количеством нитей считаются тонким льном, поэтому они стоят дороже, чем другие ткани, менее тонкие и воздушные.

Различные типы волокон состоят из различных типов молекул. Большинство животных волокон состоит из белков. Синтетические волокна, такие как нейлон и полиэстер, состоят из длинных цепочек углеводородов, обычно получаемых из сырой нефти. Хлопок, как и большинство других растительных волокон, состоит из углевода, называемого целлюлозой.
Целлюлоза представляет собой полимер, состоящий из глюкозы, разновидности сахара. Глюкоза вырабатывается в листьях хлопчатника, наполненных ярко-зелеными хлоропластами. Хлоропласты осуществляют процесс фотосинтеза: они используют энергию солнечного света для превращения углекислого газа (из воздуха) и воды в глюкозу.
Глюкоза перемещается к созревающим клеткам хлопкового волокна, где ферменты связывают вместе множество молекул глюкозы, образуя целлюлозу. Целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок, окружающих все растительные клетки. Хлопковые волокна представляют собой более или менее высохшие остатки необычайно длинных и толстых клеточных стенок.

Хлопковые растения производят волокна из воздуха! Большая часть массы хлопкового волокна образуется в виде углекислого газа. Углекислый газ, безусловно, является парниковым газом. Ваши хлопковые полотенца, простыни и футболки не только полезны сами по себе, но и защищают атмосферу от нескольких фунтов углекислого газа.

Волокна состоят из нескольких мономеров (аминокислот для шелка или глюкозы для хлопка), которые объединяются в полимеры. (шелковая графика на основе записи PDB 3ua0)

Будучи продуктом биологии, хлопковые волокна содержат клеточный материал, в том числе ядро, заполненное ДНК. Другими словами, у ваших джинсов есть гены. На самом деле их много. Каждое хлопковое волокно содержит копию всего генома хлопка.
Как и в случае любого специализированного типа клеток, клетки хлопкового волокна используют только часть генов, которые они содержат. Гены, которые контролируют такие вещи, как развитие лепестков, рост корней и прочность стебля, «выключены» в волокнистых клетках, и из них не вырабатывается белок. Но гены, важные для формирования волокон, включаются. Когда ген «включен», он транскрибируется в мРНК, которая, в свою очередь, транслируется с образованием белка. Затем белки выполняют работу клетки.
Многие гены, активные в клетках хлопкового волокна, кодируют белки «домашнего хозяйства», которые выполняют основные функции, общие для всех типов клеток. Другие активные гены специфичны для формирования хлопкового волокна. Например, во время ранней фазы «удлинения» роста хлопкового волокна фермент пероксидаза вырабатывает химические вещества, которые ослабляют клеточную стенку растения, чтобы она могла расширяться и удлиняться. Позже фермент целлюлозосинтаза строит целлюлозу, которая утолщает клеточную стенку.

Используя такие инструменты, как анализ микрочипов, исследователи могут узнать, какие гены включаются и выключаются в разных тканях с течением времени/

Хлопковые растения с двумя копиями определенной генетической вариации производят коричневые волокна, которые также являются огнестойкими (вверху слева). Когда это растение скрещивается с растением, дающим белые волокна (вверху справа), в потомстве образуются волокна промежуточного цвета и огнестойкости (в центре). Ниже генетические вариации заставляют хлопковые растения производить волокна зеленого, красного, коричневого или белого цвета. (Изображения предоставлены Дугом Хинчлиффом, USDA-ARS-SRRC)

Различные штаммы или типы хлопка имеют разные характеристики. Многие из этих различий возникают из-за различий в генах.
Как и все организмы, хлопчатник передает потомству копии своих генов. Поскольку хлопчатник размножается половым путем, потомство хлопчатника получает две копии (или аллели) каждого гена — по одной от каждого родителя. Комбинация аллелей, которые они получают, влияет на их черты.
Изменения в генах влияют на длину, количество, качество волокон и, как показано на фотографиях, на цвет и огнестойкость. Ученые заинтересованы в изучении генов, влияющих на эти и другие характеристики волокон и растений, чтобы они могли вывести новые сорта хлопка.