[发明专利]一种转基因植物复合体系应用于污染土壤的植物修复方法

说明书

本发明公开了一种转基因植物及其应用在被污染土壤的植物修复。转基因植物通过植物转化载体的构建、植物遗传转化等步骤获得。转基因植物可用于对重金属污染的土壤和水体进行植物修复。本发明转基因植物表现出对铅、镉等不同重金属的超积累特性和抗性，可以广泛的应用于被重金属污染的土壤的植物修复，并且对污染土壤有高效的修复效率。本发明对矿山开采造成的污染土壤以及周边堆土场场地土壤污染；电镀厂废弃厂址以及周边的污染土壤，如Cd、Cr、Cu、Pb、Zn和Ni等多种复合金属污染土壤。本发明在复合污染土壤修复种具有适应性强，环境友好等多重优点，具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及生物技术及土壤修复领域，特别是通过外源基因在修复植物中的特异性表达的方法和应用于污染土壤的重金属修复技术。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源，世界面临的各种粮食、资源和环境问题都与土壤密切相关。上世纪年代以来，采矿、冶金业的不断发展，各种化学产品、农药及化肥的广泛使用，导致重金属土壤和地下水污染问题随之出现。土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤组成及理化性质发生变化，造成土壤质量退化、生态恶化的现象。目前，世界各国土壤存在不同程度的污染。在欧洲，受重金属污染的农田有数百万公顷；在日本受Cd、Cu、As等污染的农田面积为7224公顷。随着我国工业化进程的不断加快，环境污染也不断加剧，治理人类赖以生存的土壤及大气污染已经迫在眉睫。除了严格控制污染物的排放外，研究开发适合我国国情的环境污染治理技术具有重要的意义。环境污染包括重金属污染、农药和持久性有机化合物污染、化肥施用污染等。随着人口增加及经济发展，大量未经处理的废弃物向农田转移，我国面临的土壤及水体污染问题越来越严重。近年来我国的土壤污染正在向不同尺度的区域性发展，并对各种农产品品质产生严重影响。据不完全统计，我国重金属污染的土壤面积达2000万公顷，占总耕地面积的1/60因工业“三废”污染的农田近700万公顷，使粮食每年减产100亿公斤。在一些地区汞、砷、铜、锌等元素的超标面积占污染总面积的一半左右。重金属污染物在土壤系统中具有长期性、隐蔽性和不可逆性的特点，容易通过食物链途径在植物、动物和人体内积累，对生态环境、食品安全和人体健康构成严重威胁。因此，农田土壤重金属污染己成为当前日益严重的环境问题。

污染环境的生物修复技术与传统的物理和化学污染治理方法相比，具有成本低，不造成二次污染等优点，因此近年来得到了很快的发展。生物修复主要包括微生物修复（microbial remediation）和植物修复(phytoremediation)两大类。微生物修复治理污染仅仅局限于某些污染如水体的治理，而且经过近20年的研究与实践，其治理污染的能力十分有限。因此，生物修复逐渐从微生物修复技术转向植物修复技术。植物修复是指利用绿色植物来吸收、固定、转移、转化污染物的一种环境治理技术，其中包括植物萃取、根际过滤、植物固定和植物挥发等。目前国内外共发现超富集植物约 450 余种，包括烟草、龙葵、印度芥菜、水花生、拟南芥等等，此外，木本植物、蔬菜和农作物对重金属也有一定的富集能力，利用草本与木本的联合修复可有效提高重金属提取和修复效率，缩短修复周期。

近年来，转基因植物通过改变植物对土壤中重金属的耐受性和积累成为研究修复土壤和地下水重金属污染的热点。例如，Gasic和Korban（2007）将表达编码植物螯合肽合酶（PCS）的拟南芥AtPCS1插入到印度芥菜中。Balestrazzi（2009）将金属硫蛋白PsMT（A1）基因插入到白杨中，发现其具有较强的抵抗重金属毒性的能力，尤其是对铜离子的修复效率较高。在我国，贾翠翠等（2014）将LcGS基因转入烟草，发现转基因植株对重金属的耐逆性比对照组更强。厉芳（2017）将金属硫蛋白基因MT基因导入到紫花苜蓿。发现其抗性显著提高。钟活权（2017）发现过表达AtRD22和过表达AtRD22的BURP结构域的转基因拟南芥对Cu²⁺胁迫的抗性强于野生型植株,而敲除AtRD22的转基因植株RDi对Cu²⁺胁迫的抗性明显弱于野生型植株。姚启超（2013）对转柽柳eIF1A基因的T2代烟草进行Cd胁迫研究，发现hmbp转基因拟南芥对镉具有很高的抗逆性。张路（2017）发现MIR156可以增强伴矿景天对Cd的耐受性。