[发明专利]一种提高植物对多环芳烃的耐受性和降解能力的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境科学领域，具体涉及一种提高植物对多环芳烃的耐受性和降解能力的方法。 

背景技术

多环芳烃（PAHs）大多是石油、煤等化石燃料以及木材、天然气、汽油、重油、有机高分子化合物、纸张、作物秸秆和烟草等含碳氢化合物的物质经不完全燃烧或在还原性气氛中经热分解而生成的。高分子量PAHs在环境中比较稳定，能以其为唯一碳源和能源进行代谢的降解菌的研究报道甚少。大多数微生物对四环及以上多环芳烃的矿化作用一般是以共代谢方式开始的。共代谢过程中微生物优先利用一种较易摄取的基质获取能量，进而完成另一种基质的代谢，只有在初级碳源和能源存在的条件下，微生物才能进行有机物降解。Mahaffey等的实验表明，在有联苯、水杨酸作为共代谢底物时，拜叶林克氏菌（Beijerinckia，现在归属鞘氨醇单孢菌Sphingomonas yanoikuyae）可以分解原本不被其作为碳源和能源的苯并蒽。共代谢作用可以提高微生物降解多环芳烃的效率，增大微生物对碳源和能源的利用范围（Mahaffey等Applied and Environmental Microbiology 1988,54，2415-2423）。 

细胞色素P450是一类以血红素为辅基的B族细胞色素超家族蛋白酶。P450是一种末端加氧酶，从NAD(P)H获得电子后，催化单加氧反应。P450能够在生物体内催化多种内源性物质的生物合成，还参与许多外源性难降解有机物的生物氧化和降解。 

P450在原核和真核生物中广泛存在。真核生物中的P450为膜结合状态，原核生物中的P450为游离状态，为一种可溶性蛋白。不同物种间P450具有同源性。如不同P450形成螺旋倾向的位置十分匹配，疏水性状也极为相似，对P450编码蛋白的分子结构的对比分析发现，在C末端的血红素结合区，存在高度保守的FXXGXXXCXG结构，螺旋K区存在保守的EXXR 结构，螺旋I区有一高度保守的苏氨酸。根据氨基酸序列相似性，P450蛋白质分类并命名为家族(CYP1，2…)、亚家族(A，B…)、单个基因(A1，2…)，它们的氨基酸序列同源性分别为：>40％、>55％、>97％。截至2005年1月，已发现并命名4504条来自动物(1581条)、植物(1740条)和微生物(1180条)的P450基因序列。 

Poulos等首次报导了P450CAM的X-晶体衍射结构(Journal of Molecular Biology 1987,195,687-700)。该分子为三角形，其中血红素平面与三角平面近似平行，血红素辅基深埋于疏水腔内，晶体结构显示Cys-357是血红素中Fe(III)的结合部位。氨基酸序列对比显示P450分子中有两段相似的核心序列存在活性中心区域。第一段含有Cys-357血红素中Fe(III)的结合部位，第二段含有Thr-252，与O₂结合密切相关。酶的活性中心为六配位，加入底物后，六配位变为五配位，Fe(III)由低自旋变为高自旋并引起条件电位的显著增加，最后还原为F（II）并与O₂结合。不同P450底物结合区域的序列存在较大差异，P450底物结合部位的细微变化可以改变P450的底物特异性和催化效率，因此通过对P450酶底物结合部位进行重新设计，一方面可以使P450结合和作用于非天然底物，从而用于特定的环境污染物的生物净化；另一方面可以提高环境污染物的净化效率。