[发明专利]甘露糖在提高植物耐镉及镉积累以及在修复镉污染土壤中的应用

说明书

技术领域。

本发明涉及植物生理生化，特别涉及甘露糖在提高植物耐镉及镉积累以及在修复镉污染土壤中的应用。 

背景技术

镉(Cd)是一种具有极强生物毒性的重金属元素，当Cd的浓度在一定范围内，它对植物的毒害性比其他重金属要大得多。近年来，由于社会的不断发展，工业废水废气废渣的大规模排放、农田灌溉水源被有毒有害成分污染、剧毒农药和有害除草剂及传统化肥的大量使用，使得土壤中Cd等重金属的浓度上升加剧。随着人类社会发展的进一步深入，Cd的生物地球化学循环不断加速。据测算，全世界每年由于人为因素向环境中释放的Cd有30000 t左右，排放到环境中的Cd约有82％～94％进入土壤。土壤中过量的Cd又容易被植物吸收和富集，影响植物的正常生长和发育，不仅严重削弱了农作物的产量和品质，而且积累在植物体中的Cd，不仅不易排出植物体外，还可通过食物链的层层富集，最终进入人体，威胁着人类的健康，是人类生存的潜在隐患。1972年，联合国粮农组织(FAO)与世界卫生组织(WTO)联合专家委员会在关于食品污染毒性报告中指出，Cd的食品污染物毒害性位居第三，1984年，联合国环境规划署提出的具有全球意义的12种危害物质中，Cd位列第一，并于1993年被正式确定为致癌物质。 

拟南芥具有以下特点：植株个体较小，不占空间、生长周期短，从播种到收获不超过8周，便于观察、结子多，易于扩培、生活力强，生长条件简单，可用普通的土培或皿培，无需大量人工管理。拟南芥是一种研究植物的模式生物，它的大多数基因在其它植物中都能找到，有关拟南芥的任何发现都能应用于其它植物研究。因此，拟南芥抗重金属毒害的研究可以推广到农作物，对提高粮食的产量和增加食品安全性具有重要的理论与经济意义。 

植物螯合肽(PCs)广泛存在于植物体中,与植物抗重金属胁迫关系密切。植物螯合肽及其复合物是一类富含半胱氨酸的低分子量化合物。现有研究证明,PCs由谷胱甘肽(GSH)为底物的酶促反应合成,其合成受相关基因的调控,从模 式植物拟南芥的突变体中已分离到与PCs合成有关的几个基因。植物螯合肽首先与重金属离子结合形成低分子量(LMW)复合物,以此形态经由细胞质进入液泡后,再与一个分子的植物螯合肽结合,形成对植物组织毒性较小的高分子量(HMW)复合物,从而达到缓解重金属对植物的危害作用。 

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种全新的提高耐镉及镉积累的方法，并可将该方法应用于修复镉污染土壤中。 

本发明的目的之一是保护甘露糖在提高植物耐镉及镉积累中的应用。 

所述应用是指将所述甘露糖加入到所述植物的生长环境中。 

本发明的另一目的是保护一种修复镉污染土壤的方法，该方法即是将1.5mM甘露糖以浇灌的方式加入镉污染的土壤中提高植株对镉毒害的耐受性，增加植株体内的镉含量。 

本发明相比现有技术，具有如下技术效果： 

甘露糖与植株的镉胁迫缓解和镉含量增加有直接的关系，通过在植物的生长环境中加入甘露糖可以提高植物耐镉及镉积累。从而可以将甘露糖应用于修复镉污染土壤。本发明方法简便，成本低，可控性好，非常适于大面积推广应用于修复镉污染土壤中。 

附图说明

图1为野生型和xcd1-2突变体在镉胁迫下加入甘露糖后的表型比较(A.1/2MS；B.1.5mM甘露糖+1/2MS；C.50μM CdCl₂+1/2MS；D.50μM Cd+1.5mM甘露糖+1/2MS)。 

图2为野生型和xcd1-2突变体在镉胁迫下加入甘露糖后的根长鲜重比较(A.野生型和突变体xcd1-2的根长比较；B.野生型和突变体xcd1-2的鲜重比较)。 

图3为甘露糖荧光光谱 

图4为野生型和xcd1-2突变体在镉胁迫下加入外源甘露糖后根部的镉含量。 

图5为野生型在镉胁迫下加入外源甘露糖后植株内植物螯合肽的含量。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。下述方法如无特殊说明，均为常规方法。 

本发明方法适用于自然界中的各种植物及作物，下面仅以拟南芥植物为例对本发明技术方案做进一步解释说明。本发明所使用的拟南芥，包括拟南芥野生型WT和xcd1-2突变体。xcd1-2突变体是XCD1基因功能缺失突变体，拟南芥XCD1基因编码一个(1,4)-β-甘露聚糖水解酶。可以将甘露聚糖水解为小分子甘露糖。本发明甘露糖为现有市售产品。