[发明专利]与冬小麦吸收镉相关的基因及硼或含硼物质在抑制冬小麦吸收镉中的应用

说明书

本发明提供了与冬小麦吸收镉相关的基因及硼通过抑制该基因表达在抑制冬小麦吸收镉中的应用，属于农田污染修复技术领域。与冬小麦吸收镉相关的基因，所述基因包括TaCdT1、TaCdT2、TaCdT3、TaCdT4和TaCdT5。硼或含硼物质通过下调所述基因的表达量在抑制冬小麦吸收镉中的应用。采用硼处理对冬小麦镉吸收转运分析，硼处理能显著降低了单株镉含量，分析镉迁移系数发现，硼处理降低了地上部/根的迁移系数有利于阻控镉向除根部的其他组织迁移，达到降低了镉积累的危害。

技术领域

本发明属于农田污染修复技术领域，具体与冬小麦吸收镉相关的基因及硼或含硼物质在抑制冬小麦吸收镉中的应用。

背景技术

近年来，越来越多的农田土壤受到重金属污染，进而威胁到人类膳食安全。根据环境保护部和国土资源部2014年4月17日联合发布的《全国土壤污染调查公报》，我国土壤存在镉超标的问题。镉可以通过土壤母质和人类活动进入土壤。镉污染农田土壤镉含量0.01～0.7mg/kg，菜地则高达0.27～2.86mg/kg，磷肥(Cd含量2～200mg/kg)的施用也是农业土壤镉污染的来源之一。小麦作为人类的主要粮食之一，每年生产高达7.3亿吨，其中中国以1.26亿吨总产量位居第一位。

现有技术研究表明，植物生长毒害元素镉可以影响矿质元素的吸收，例如钙、铜、铁、锌和锰。同样的，这些矿质元素也影响镉的吸收。例如在水稻中发现施用磷酸盐可以降低镉的吸收，同时增加了铁的吸收，也有报道铁和镉可以通过Nramp和IRT基因进行共转运。锰也被发现可以改善镉毒害引起的失水、叶片变黄、生长抑制和营养平衡等症状。锰可能通过调节植物体内的锰/镉比，增强抗氧化物酶活性来降低水分损失和提高光合作用。研究表明水稻中Nramp5和Nramp6可能参与环境中的锰和镉向根细胞中转运。锌是一个和镉化学性质相似的金属元素，因此他们在吸收上具有较大的相似性，例如镉超积累植物(东南景天)同时也能超积累锌，这表明镉和锌在吸收上面存在协同作用。也有研究表明氨基酸鳌合锌或者锌生物富集植物，或者叶片喷锌可以降低镉的吸收和镉向籽粒的迁移。锌诱导ZNT和MTP基因表达可以部分缓解镉毒害。另外HMA转运基因可能参与镉和锌的共转运，因此锌被认为是镉吸收的拮抗离子之一。有研究证明钼和镉吸收呈正相关关系，然而也有研究证明在缺铁条件下，钼和镉吸收存在负相关关系。另外通过钙离子通道抑制剂试验证明镉吸收受到钙离子通道活性影响，说明镉可以通过钙离子通道进入植物体内。

在非金属元素中，研究发现有益元素硅和硒也能抑制镉的吸收。硅通过提高植物螯合肽含量、上调植物螯合肽基因和铁和金属转运基因表达，进而降低镉在植物体内的积累。另一方面，有报道称水稻细胞中半纤维素态、带负电荷硅可以通过络合和共沉淀镉进而抑制镉的吸收。而硒则通过调节SOD、POD和H⁺-和Ca²⁺-ATP酶活性来降低镉的吸收和镉的毒害作用。

此外，为了解决抑制小麦籽粒对镉吸收及叶面积累的问题，公开号为CN108739165 A的专利公开了一种阻隔剂，具有包含浓度为40μmol/L～320μmol/L的甘露糖溶液，通过定期对小麦叶面喷施，可以有效降低小麦籽粒中的镉含量。该方法操作简便，不会对土壤造成二次污染，为小麦镉污染提供了良好的解决途径。但是甘露糖成本高，同时溶液本身具有少许甜味，喷施到小麦叶片上容易吸引昆虫，附着杂质，一定程度上影响小麦叶片的光合作用，进而影响小麦的生长状态和产量。

到目前为止，更多的镉吸收抑制调控元素为植物生长必需的金属矿质元素和有益元素，而植物生长必需元素中非金属元素对镉的吸收调控情况并不清楚，特别是农田土壤中较为缺乏的植物必需的微量非金属元素，例如硼。

现有技术中题为不同中微量及有益元素对小麦吸收镉的影响的文章报道了含有中、微量元素的无机盐对于土壤中Cd吸收的影响，其中具体公开了硼酸处理增加了小麦对Cd的吸收。但该研究是在土壤中进行的，其影响因素复杂，导致其最终的结论掺杂了其他元素的影响，不能准确反映硼酸的作用。

发明内容