植物耐盐相关基因克隆与基因工程的研究展毕业论文.doc

植物耐盐相关基因克隆与基因工程的研究进展摘要：随着分子生物学技术的不断发展，植物耐盐基因工程已经成为当前研究的热点．植物基因工程为耐盐新品种选育提供新的途径．很多耐盐相关基因相继被克隆和研究，包括离子调节关键基因、渗透调节物质合关键基因、氧化胁迫调节关键基因、盐胁迫信号传导途径相关基因以及相关调控元件和因子，部分成功应用于植物育种研究．关键词：耐盐性基因克隆基因工程土壤盐渍化耐盐基因随着全球水资源危机以及土壤盐化问题的加剧，盐胁迫已经成为影响植物生长、导致粮食和经济作物减产的主要限制因素。目前，世界盐渍土面积约１０亿ｈｍ２；中国盐渍土面积约３４６０万ｈｍ２，盐碱化耕地７６０万ｈｍ２，其中原生、次生盐化型和各种碱化型分布分别占总面积的５２％、４０％和８％。对于盐渍化土壤的利用主要采取两种措施，一是用化学或物理方法改造土壤；二是通过生物技术培育耐盐作物品种。前者不仅耗资巨大，且随着大量化学物质的加入加重了土壤的次生盐渍化，因此培育耐盐的作物品种就日益重要。国内外学者研究了盐分对植物的伤害、植物耐盐的机理，克隆了一些耐盐相关基因，并通过耐盐相关基因转化，获得了一些耐盐性提高的转基因植物，展示了诱人的前景。本文从植物耐盐的机理、耐盐相关基因的克隆及转耐行了展望。植物耐盐的机理 盐分对植物胁迫分为渗透胁迫、离子伤害、离子不平衡或营养缺乏三类，渗透胁迫和离子伤害目前被认为是对植物危害的两个主要过程。植物的耐盐性环境下的少数耐盐植物进化出特殊器官泌盐和稀盐，如海滩的红树和碱蓬属植物。对多数植物来说，则是生理耐盐。盐胁迫下渗透机制的调节在盐胁迫下，由于外界渗透压较低，植物吸收水分困难，细胞会发生水分亏缺现象。植物为了避免这种伤害，会主动积累一些可溶性物质，降低细胞的渗透势，从而使水分顺利地进入植物体内，保证植物正常生理活动的进行。渗透调节分为无机渗透调节和有机渗透调节。参与无机渗透调节的离子主要是Ｎａ＋、Ｋ＋、ｃａ２＋和ｃｌ。赵可夫等研究发现盐生植物的无机渗透剂以Ｎａ＋、Ｋ＋和ｃｌ为主，而非盐生植物高梁、芦苇等主要以Ｋ＋和有机渗透物质为主。说明盐生植物和非盐生植物在渗透调节物质方面的不同。植物在逆境中会主动积累一些有机渗透物质，其中小分子化合物有如下几类：第一类是多元醇，如甘如蔗糖、海藻糖等；第三类是氨基酸及其衍生物，如脯氨酸、甘氨酸、甜菜碱等。这些物质对细胞无毒，对代谢过程无抑制作用，它们的积累在一定范围内可以维持盐胁迫下细胞的正常膨压和代谢功能。这些保护渗透物质在植物抗盐研究中已越来越受重视。盐胁迫改变代谢途径在盐胁迫下，一些盐生植物能够通过改变其自身的代谢途径而适应高盐度的生存环境。一些肉质植物，如豆瓣绿属植物、马齿苋科植物以及禾本科植物冰草等，在盐渍或水分胁迫下可以改变光合碳同化途径，途径变为ＣＡＭ途径。ＣＡＭ植物在夜间开放气孔进行２吸收和固定，白天气孔关闭减少蒸腾量。这种转变的机理，赵可夫等认为主要是Ｃｌ活化了细胞中的ＲｕＢＰ羧化酶所导致的。并通过测量Ｃ０２固定和ＰＥＰ羧化酶活性证实光合作用转变是受盐诱导目前获得的一些转基因植物耐盐性虽有提高，但这只是相对于对照植株而言的，转入均是单个基因或相关的两个基因，并没有得到生产大田能利用的抗盐植株。目前比较一致的观点是：植物的耐盐性是多种生理性状的综合表现，是由位于不同染色体上的多个基因控制的，因此培育有实践意义的转基因植物可能需要同时转入多个基因。植物耐盐基因工程的工具基因植物作为固着生物，为了适应变化的环境就必须对胁迫产生快速应答，盐胁迫也不例外。植物耐盐应答机制主要包括生理和分子细胞两个水平，以下根据不同耐盐机制对相关基因进行分类介绍。１．１离子调节相关基因Ｎａ＋是盐渍土壤中主要的有害离子，在植物体中过量积累会破坏细胞膜结构、使膜选择性丧失、降低胞质酶活性、阻碍光合作用和代谢过程，引发离子胁迫。植物要在高盐环境下维持正常生长发育．降低胞质Ｎａ＋浓度是关键，为此植物细胞采取了限制Ｎａ＋内流、增加Ｎａ＋外排、Ｎａ＋区隔化等策略。高等植物中Ｎａ＋外排主要依赖于质膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向转运蛋白，而植物囊泡中Ｎａ＋区隔化则通过液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向转运蛋白来实现。ＧａｘｉｏｌａＲＡ等人首先在拟南芥中克隆了编码液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向转运蛋白的ＡｔＮＨＸｌ基因。Ａｐｓｅ等人在拟南芥中超量表达ＡｔＮＨＸｌ基因提高了植株的耐盐性，并对番茄和油菜进行转化，得到了可在２００ｍＭＮａＣｌ条件下正常生长结实的转基因植株，获得了世界第一批真正意义上的耐盐作物。此后又分离了多种高等植物ＮＨＸｌ基因．ＣｈｅｎＬ Ｈ等人将ＡＮＨＸｌ基因导人养麦，获得了可在２００ｍＭＮａＣＩ条件下生长开花且主要营养成分未受影响的转基因植株，此时野生型植株已无法正常生长Ｎａ＋大量涌人还会破坏细胞内离子平衡，引发营养胁迫。但是质膜上没有Ｎａ