[發(fā)明專利]AtNIA1基因在提高杭白菊苗抗重金屬污染和抗氧化活性中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711297612.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN108018307B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐茂軍;蔣智芳;董菊芳;朱赟;孫儷娜;鄭耀奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N15/82
• 分類號(hào): C12N15/82;C12N15/29;A01H5/00;A01H6/14
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 沈淵琪

本發(fā)明提供了AtNIA1基因在提高杭白菊苗抗重金屬污染和抗氧化活性中的應(yīng)用。經(jīng)過重金屬處理20天后，轉(zhuǎn)AtNIA1杭白菊苗葉片的非酶促抗氧化能力顯著增加：·DPPH自由基清除率、·OH自由基清除能力和總還原力分別比野生型杭白菊幼苗提高104.8%、87.5%和114.3%；酶促抗氧化活力也明顯上升：SOD活性、CAT活性、POD活性以及GPX活性分別比野生型杭白菊幼苗提高了87.4%、102.4%、78.0%和97.4%；轉(zhuǎn)AtNIA1杭白菊苗幼葉細(xì)胞膜的受損率比野生型杭白菊幼苗降低了57.3%、細(xì)胞活力提高了44.5%；轉(zhuǎn)AtNIA1基因杭白菊苗單株重量比野生型杭白菊幼苗增加了21.3%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及AtNIA1基因在提高杭白菊苗抗重金屬污染和抗氧化活性中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，重金屬污染日益嚴(yán)重。研究報(bào)道表明，以鎘、鉛、汞等為代表的重金屬污染已成為植物生長(zhǎng)中主要的環(huán)境脅迫因子之一。重金屬污染脅迫對(duì)植物具有普遍毒害作用，不僅影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量、品質(zhì)，而且限制了植物的栽培推廣。土壤中鎘、鉛等重金屬含量過高已成為制約我國(guó)許多地區(qū)植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的重要因素之一。由于重金屬性質(zhì)十分穩(wěn)定，土壤一旦被重金屬污染，短時(shí)間內(nèi)很難去除，從而成為持久性污染物，而且隨著全球工業(yè)化進(jìn)程等人類活動(dòng)，土壤等環(huán)境受重金屬污染的情況將會(huì)日益嚴(yán)峻。因此，提高作物對(duì)重金屬的抗性在維護(hù)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展方面具有越來越重要的作用。

研究報(bào)道表明，當(dāng)植物遭遇重金屬等非生物脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量活性氧自由基(ROS)，導(dǎo)致氧化脅迫、膜脂過氧化及膜蛋白聚合，質(zhì)膜透性增加，膜正常結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而使植物細(xì)胞活力下降，最終出現(xiàn)毒害癥狀。植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成了一個(gè)復(fù)雜的抗氧化保護(hù)系統(tǒng)來清除或降低ROS的傷害，包括非酶促保護(hù)系統(tǒng)和酶促保護(hù)系統(tǒng)。非酶促抗氧化保護(hù)系統(tǒng)主要通過合成一些具有還原能力的代謝產(chǎn)物，如黃酮、多酚類次生代謝產(chǎn)物以及還原性谷胱甘肽、類胡蘿卜素、抗壞血酸(AsA)等提高植物的抗氧化能力；酶促抗氧化保護(hù)系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT )、過氧化物酶(POD)和抗壞血酸過氧化物酶(APN)等。研究發(fā)現(xiàn)，具有較高非酶促保護(hù)力和酶促保護(hù)能力的植物往往具有比較強(qiáng)的抵抗重金屬污染的能力。因此，在以往的研究中廣泛嘗試將各種酶促抗氧化保護(hù)系統(tǒng)和非酶促抗氧化保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵基因通過遺傳轉(zhuǎn)化的方法導(dǎo)入植物體內(nèi)來提高植物對(duì)重金屬的抗性。例如，SOD是第一個(gè)清除ROS的關(guān)鍵抗氧化酶，可以清除脅迫細(xì)胞產(chǎn)生的超氧自由基及其衍生物。研究發(fā)現(xiàn)，將煙草Mn-SOD的cDNA轉(zhuǎn)人煙草中，轉(zhuǎn)化植株對(duì)鎘等重金屬脅迫的耐性增強(qiáng)；還有研究者將番茄類囊體抗壞血酸過氧化物酶基因Let-1P5在番茄中過量表達(dá)，結(jié)果表明：在鉛脅迫條件下轉(zhuǎn)基因番茄APN活性、GSH含量、葉綠素含量、凈光合速率、最大光化學(xué)效率提高，過氧化氫含量、離子滲漏率、MDA含量降低，超表達(dá)Let-1P1減輕了鎘對(duì)轉(zhuǎn)基因植株的光抑制并提高了轉(zhuǎn)基因植株的重金屬抗性；將蕪箐DIDK-1 R基因在擬南芥中超量表達(dá)，結(jié)果轉(zhuǎn)基因擬南芥ASA、GSH、葉綠素含量提高，MDA含量降低，提高了轉(zhuǎn)基因植株的耐鋁性。

上述研究結(jié)果表明，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)在植物過量表達(dá)各種酶促和非酶促抗氧化因子，可以降低重金屬對(duì)植物細(xì)胞的氧化脅迫傷害，提高植物的重金屬抗性。但是由于植物對(duì)重金屬抗性的形成是一個(gè)包括多種酶促和非酶促抗氧化因子共同作用的結(jié)果，而目前的研究中大多是利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)將其中一兩個(gè)因子導(dǎo)入到植物中，雖然也能提高植物的抗性，但是由于不能全面激活植物體內(nèi)的酶促和非酶促抗冷保護(hù)系統(tǒng)，因此其作用效果往往比較有限。

發(fā)明內(nèi)容