[发明专利]一种钙调磷酸酶催化亚基基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，具体地，涉及土生隐球酵母编码钙调磷酸酶催化亚基的耐铝基因，核苷酸序列和氨基酸序列，以及耐铝蛋白的异源表达，涉及含有该基因的重组质粒和表达该耐铝基因的工程菌株，它们的制备和表达方法，以及它们在吸附环境中活性铝的应用。

背景技术

酸性土壤在世界上广泛存在，其中可耕种面积为1.79亿hm²。我国酸性土壤的分布遍及14个省区，约占全国耕地面积的21% （熊毅和李庆逵，1987）。氮肥的过量施用是导致农田土壤酸化的最主要原因。此外，工业化发展导致的酸雨、人类不良的耕作方式和阳离子在土壤中的淋失，使酸性土壤的面积不断扩大，酸化程度不断加剧。

铝（aluminum，Al）在地壳中分布广泛，约占地壳总质量的7%。在土壤中，铝的主要存在形态是不溶于水的氧化物或铝硅酸盐，这些形态是对植物和环境没有伤害的。但是随着土壤酸化程度的增加，土壤中的铝从不溶于水的形态中溶解出来，转化为可溶于水的无机离子态，如Al³⁺、(AlOH)²⁺、(AlOH)₂⁺，这些形态对植物根系的毒害作用最大，又称为活性Al。因此，在酸性土壤上铝毒害是影响农作物产量的主要限制因素之一。通常，解决铝毒害的方法是大量施用石灰来提高土壤的pH值，使游离铝沉淀。但是这种方法难以彻底解决土壤酸度和铝毒害问题，同时还存在着潜在的环境问题。

土壤微生物是土壤生态体系的重要组成部分，在植物和土壤的相互作用过程中扮演着重要的角色。土壤微生物参与土壤养分转化、物质代谢、有机物分解、矿化以及污染物降解等多种生化反应。特别是，土壤微生物在土壤中污染物或者是重金属清除中发挥了重要作用，也即微生物修复技术。微生物修复技术是利用微生物（土著菌、外来菌、基因工程菌）对污染物的代谢作用而转化、降解污染物。微生物修复技术已成功应用于煤气厂址PAHs污染修复，石油烃污染土壤修复，农药污染土壤修复等。此外，重金属污染土壤的微生物修复主要是利用土壤中天然的微生物资源，削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性，从而使污染物的浓度降低到可以接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将其稳定化以减少其向周边环境扩散。在重金属污染土壤的生态修复中微生物主要通过以下几种方式起作用：（1）通过微生物的吸附、代谢达到对重金属消减、净化作用和固定作用；（2）通过微生物改变重金属的化学形态，使重金属固定或生物可利用性降低，减少重金属的危害；（3）土壤微生物通过氧化还原作用改变根际重金属形态或产生的有机酸可增加金属的溶解性，提高重金属的有效性，以利于植物吸收；（4）通过促进植物生长，提高植物抗病性、抗逆能力等方式间接影响修复效率。因为微生物种类多，代谢类型丰富，生长在酸性环境中的微生物在长期的进化过程中，为了保护细胞免受铝的毒害，产生了一系列的抗铝毒机制：如有机酸及其代谢产物对铝的螯合作用；抗氧化胁迫作用；抗细胞程序性死亡等。因此，筛选或者改良土壤微生物使其增加对铝的耐受性或者提高其对土壤中铝的清除能力，是解决酸性土壤上铝毒害的直接而有效的措施。