[发明专利]AtNIA1基因在提高杭白菊苗抗重金属污染和抗氧化活性中的应用

说明书

本发明提供了AtNIA1基因在提高杭白菊苗抗重金属污染和抗氧化活性中的应用。经过重金属处理20天后，转AtNIA1杭白菊苗叶片的非酶促抗氧化能力显著增加：·DPPH自由基清除率、·OH自由基清除能力和总还原力分别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显上升：SOD活性、CAT活性、POD活性以及GPX活性分别比野生型杭白菊幼苗提高了87.4%、102.4%、78.0%和97.4%；转AtNIA1杭白菊苗幼叶细胞膜的受损率比野生型杭白菊幼苗降低了57.3%、细胞活力提高了44.5%；转AtNIA1基因杭白菊苗单株重量比野生型杭白菊幼苗增加了21.3%。

技术领域

本发明涉及AtNIA1基因在提高杭白菊苗抗重金属污染和抗氧化活性中的应用。

背景技术

近年来，随着工业化的快速发展，重金属污染日益严重。研究报道表明，以镉、铅、汞等为代表的重金属污染已成为植物生长中主要的环境胁迫因子之一。重金属污染胁迫对植物具有普遍毒害作用，不仅影响植物的生长发育及产量、品质，而且限制了植物的栽培推广。土壤中镉、铅等重金属含量过高已成为制约我国许多地区植物生长和产量的重要因素之一。由于重金属性质十分稳定，土壤一旦被重金属污染，短时间内很难去除，从而成为持久性污染物，而且随着全球工业化进程等人类活动，土壤等环境受重金属污染的情况将会日益严峻。因此，提高作物对重金属的抗性在维护农业高产稳产、农业可持续性发展方面具有越来越重要的作用。

研究报道表明，当植物遭遇重金属等非生物胁迫时，细胞内会产生大量活性氧自由基(ROS)，导致氧化胁迫、膜脂过氧化及膜蛋白聚合，质膜透性增加，膜正常结构遭到破坏，从而使植物细胞活力下降，最终出现毒害症状。植物在长期进化过程中形成了一个复杂的抗氧化保护系统来清除或降低ROS的伤害，包括非酶促保护系统和酶促保护系统。非酶促抗氧化保护系统主要通过合成一些具有还原能力的代谢产物，如黄酮、多酚类次生代谢产物以及还原性谷胱甘肽、类胡萝卜素、抗坏血酸(AsA)等提高植物的抗氧化能力；酶促抗氧化保护系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT )、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APN)等。研究发现，具有较高非酶促保护力和酶促保护能力的植物往往具有比较强的抵抗重金属污染的能力。因此，在以往的研究中广泛尝试将各种酶促抗氧化保护系统和非酶促抗氧化保护系统的关键基因通过遗传转化的方法导入植物体内来提高植物对重金属的抗性。例如，SOD是第一个清除ROS的关键抗氧化酶，可以清除胁迫细胞产生的超氧自由基及其衍生物。研究发现，将烟草Mn-SOD的cDNA转人烟草中，转化植株对镉等重金属胁迫的耐性增强；还有研究者将番茄类囊体抗坏血酸过氧化物酶基因Let-1P5在番茄中过量表达，结果表明：在铅胁迫条件下转基因番茄APN活性、GSH含量、叶绿素含量、净光合速率、最大光化学效率提高，过氧化氢含量、离子渗漏率、MDA含量降低，超表达Let-1P1减轻了镉对转基因植株的光抑制并提高了转基因植株的重金属抗性；将芜箐DIDK-1 R基因在拟南芥中超量表达，结果转基因拟南芥ASA、GSH、叶绿素含量提高，MDA含量降低，提高了转基因植株的耐铝性。

上述研究结果表明，利用转基因技术在植物过量表达各种酶促和非酶促抗氧化因子，可以降低重金属对植物细胞的氧化胁迫伤害，提高植物的重金属抗性。但是由于植物对重金属抗性的形成是一个包括多种酶促和非酶促抗氧化因子共同作用的结果，而目前的研究中大多是利用转基因技术将其中一两个因子导入到植物中，虽然也能提高植物的抗性，但是由于不能全面激活植物体内的酶促和非酶促抗冷保护系统，因此其作用效果往往比较有限。

发明内容