植物耐鹽相關(guān)基因克隆與基因工程的研究進(jìn)展 畢業(yè)論文

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1、植物耐鹽相關(guān)基因克隆與基因工程的研究進(jìn)展摘要：隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，植物耐鹽基因工程已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)．植物基因工程為耐鹽新品種選育提供新的途徑．很多耐鹽相關(guān)基因相繼被克隆和研究，包括離子調(diào)節(jié)關(guān)鍵基因、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)合的關(guān)鍵基因、氧化脅迫調(diào)節(jié)關(guān)鍵基因、鹽脅迫信號(hào)傳導(dǎo)途徑相關(guān)基因以及相關(guān)調(diào)控元件和因子，部分成功應(yīng)用于植物育種研究．關(guān)鍵詞：耐鹽性、基因克隆、基因工程、土壤鹽漬化、耐鹽基因隨著全球水資源危機(jī)以及土壤鹽化問(wèn)題的加劇，鹽脅迫已經(jīng)成為影響植物生長(zhǎng)、導(dǎo)致糧食和經(jīng)濟(jì)作物減產(chǎn)的主要限制因素。目前，世界鹽漬土面積約１０億ｈｍ２；中國(guó)鹽漬土面積約３４６０萬(wàn)ｈ

2、ｍ２，鹽堿化耕地７６０萬(wàn)ｈｍ２，其中原生、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的５２％、４０％和８％。對(duì)于鹽漬化土壤的利用主要采取兩種措施，一是用化學(xué)或物理方法改造土壤；二是通過(guò)生物技術(shù)培育耐鹽作物品種。前者不僅耗資巨大，且隨著大量化學(xué)物質(zhì)的加入加重了土壤的次生鹽漬化，因此培育耐鹽的作物品種就日益重要。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了鹽分對(duì)植物的傷害、植物耐鹽的機(jī)理，克隆了一些耐鹽相關(guān)基因，并通過(guò)耐鹽相關(guān)基因轉(zhuǎn)化，獲得了一些耐鹽性提高的轉(zhuǎn)基因植物，展示了誘人的前景。本文從植物耐鹽的機(jī)理、耐鹽相關(guān)基因的克隆及轉(zhuǎn)耐進(jìn)行了展望。1、植物耐鹽的機(jī)理鹽分對(duì)植物脅迫分為滲透脅迫、離子傷害

3、、離子不平衡或營(yíng)養(yǎng)缺乏三類，滲透脅迫和離子傷害目前被認(rèn)為是對(duì)植物危害的兩個(gè)主要過(guò)程。植物的耐鹽性環(huán)境下的少數(shù)耐鹽植物進(jìn)化出特殊器官泌鹽和稀鹽，如海灘的紅樹(shù)和堿蓬屬植物。對(duì)多數(shù)植物來(lái)說(shuō)，則是生理耐鹽。鹽脅迫下滲透機(jī)制的調(diào)節(jié)在鹽脅迫下，由于外界滲透壓較低，植物吸收水分困難，細(xì)胞會(huì)發(fā)生水分虧缺現(xiàn)象。植物為了避免這種傷害，會(huì)主動(dòng)積累一些可溶性物質(zhì)，降低細(xì)胞的滲透勢(shì)，從而使水分順利地進(jìn)入植物體內(nèi)，保證植物正常生理活動(dòng)的進(jìn)行。滲透調(diào)節(jié)分為無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)和有機(jī)滲透調(diào)節(jié)。參與無(wú)機(jī)滲透調(diào)節(jié)的離子主要是Ｎａ＋、Ｋ＋、ｃａ２＋和ｃｌ。趙可夫等研究發(fā)現(xiàn)鹽生植物的無(wú)機(jī)滲透劑以Ｎａ＋、Ｋ＋和

4、ｃｌ為主，而非鹽生植物高梁、蘆葦?shù)戎饕裕耍陀袡C(jī)滲透物質(zhì)為主。說(shuō)明鹽生植物和非鹽生植物在滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)方面的不同。植物在逆境中會(huì)主動(dòng)積累一些有機(jī)滲透物質(zhì)，其中小分子化合物有如下幾類：第一類是多元醇，如甘如蔗糖、海藻糖等；第三類是氨基酸及其衍生物，如脯氨酸、甘氨酸、甜菜堿等。這些物質(zhì)對(duì)細(xì)胞無(wú)毒，對(duì)代謝過(guò)程無(wú)抑制作用，它們的積累在一定范圍內(nèi)可以維持鹽脅迫下細(xì)胞的正常膨壓和代謝功能。這些保護(hù)滲透物質(zhì)在植物抗鹽研究中已越來(lái)越受重視。鹽脅迫改變代謝途徑在鹽脅迫下，一些鹽生植物能夠通過(guò)改變其自身的代謝途徑而適應(yīng)高鹽度的生存環(huán)境。一些肉質(zhì)植物，如豆瓣綠屬植物、馬齒莧科植物以及

5、禾本科植物冰草等，在鹽漬或水分脅迫下可以改變光合碳同化途徑，途徑變?yōu)椋茫粒屯緩?。ＣＡＭ植物在夜間開(kāi)放氣孔進(jìn)行C0２吸收和固定，白天氣孔關(guān)閉減少蒸騰量。這種轉(zhuǎn)變的機(jī)理，趙可夫等認(rèn)為主要是Ｃｌ活化了細(xì)胞中的ＲｕＢＰ羧化酶所導(dǎo)致的。并通過(guò)測(cè)量Ｃ０２固定和ＰＥＰ羧化酶活性證實(shí)光合作用轉(zhuǎn)變是受鹽誘導(dǎo)目前獲得的一些轉(zhuǎn)基因植物耐鹽性雖有提高，但這只是相對(duì)于對(duì)照植株而言的，轉(zhuǎn)入均是單個(gè)基因或相關(guān)的兩個(gè)基因，并沒(méi)有得到生產(chǎn)大田能利用的抗鹽植株。目前比較一致的觀點(diǎn)是：植物的耐鹽性是多種生理性狀的綜合表現(xiàn)，是由位于不同染色體上的多個(gè)基因控制的，因此培育有實(shí)踐意義的轉(zhuǎn)基因植物可能需要同

6、時(shí)轉(zhuǎn)入多個(gè)基因。植物耐鹽基因工程的工具基因植物作為固著生物，為了適應(yīng)變化的環(huán)境就必須對(duì)脅迫產(chǎn)生快速應(yīng)答，鹽脅迫也不例外。植物耐鹽應(yīng)答機(jī)制主要包括生理和分子細(xì)胞兩個(gè)水平，以下根據(jù)不同耐鹽機(jī)制對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行分類介紹。１．１離子調(diào)節(jié)相關(guān)基因Ｎａ＋是鹽漬土壤中主要的有害離子，在植物體中過(guò)量積累會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、使膜選擇性喪失、降低胞質(zhì)酶活性、阻礙光合作用和代謝過(guò)程，引發(fā)離子脅迫。植物要在高鹽環(huán)境下維持正常生長(zhǎng)發(fā)育．降低胞質(zhì)Ｎａ＋濃度是關(guān)鍵，為此植物細(xì)胞采取了限制Ｎａ＋內(nèi)流、增加Ｎａ＋外排、Ｎａ＋區(qū)隔化等策略。高等植物中Ｎａ＋外排主要依賴于質(zhì)膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而

7、植物囊泡中Ｎａ＋區(qū)隔化則通過(guò)液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)。ＧａｘｉｏｌａＲＡ等人首先在擬南芥中克隆了編碼液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的ＡｔＮＨＸｌ基因。Ａｐｓｅ等人在擬南芥中超量表達(dá)ＡｔＮＨＸｌ基因提高了植株的耐鹽性，并對(duì)番茄和油菜進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到了可在２００ｍＭＮａＣｌ條件下正常生長(zhǎng)結(jié)實(shí)的轉(zhuǎn)基因植株，獲得了世界第一批真正意義上的耐鹽作物。此后又分離了多種高等植物ＮＨＸｌ基因．ＣｈｅｎＬＨ等人將ＡtＮＨＸｌ基因?qū)损B(yǎng)麥，獲得了可在２００ｍＭＮａＣＩ條件下生長(zhǎng)開(kāi)花且主要營(yíng)養(yǎng)成分未受影響的轉(zhuǎn)基因植株，此時(shí)野生型植株已無(wú)法正常生長(zhǎng)。Ｎａ＋大量涌人還會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)

8、離子平衡，引發(fā)營(yíng)養(yǎng)脅迫。