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硝酸盐作为强致癌物-亚硝胺的前体,对人体健康的潜在威胁已受到世界各国的广泛关注。研究资料表明,人体摄入的硝酸盐80%以上来自蔬菜,而蔬菜又在人们日常生活中不可缺少。因此,解决蔬菜硝酸盐污染对人体健康具有重要的意义。硝酸还原酶(NR)是植物氮代谢的关键酶,也是限速酶。硝酸还原酶活性(NRA)代表了植物还原硝酸盐的能力,提高NRA可以加速植物体内硝酸盐的同化,从而减少植物体内硝酸盐的积累。本研究旨在克隆硝酸还原酶基因,研究NR基因在植物体内的表达,构建NR基因的过量表达载体,研究遗传转化油菜过程中使用抗生素的浓度,在油菜中过量表达硝酸还原酶活性以降低油菜体内的硝酸盐含量。以此来探索解决蔬菜硝酸盐污染问题的途径。主要研究结果和结论如下:
1.硝酸还原酶(NR,EC.1.6.6.1)是硝酸盐同化过程中的关键酶,也是限速酶。以经10mmol/LKNO3诱导2h的番茄根和叶为材料,采用RT-PCR技术克隆了番茄硝酸还原酶基因的全长cDNA序列。此序列全长2736bp,编码一个由911个氨基酸残基组成的蛋白质,其编码蛋白质的相对分子质量为102.4kDa,理论等电点为6.88。比较番茄NR与其它十几种植物NR的氨基酸序列发现,植物的NR基因比较保守。
2.采用Northern杂交技术和硝酸还原酶体内活力测定法,研究了光和硝酸盐对番茄幼苗根和叶中硝酸还原酶(NR)基因转录水平和酶活的调控。试验发现番茄硝酸还原酶基因的转录和酶活存在组织间差异。无光时,硝酸盐诱导番茄根中NR基因的转录大于叶中NR基因的转录。光和硝酸盐共同作用时,低浓度的硝酸盐可诱导番茄根、叶NR基因的转录,而高浓度的硝酸盐则抑制叶中NR基因的转录。硝酸盐对叶中硝酸还原酶活性的诱导大于光对其的诱导,在根中却相反。光和硝酸盐两个因素的协同效应大于单个因素对番茄硝酸还原酶活性的调控。相同条件下番茄根、叶NR基因的转录与NRA的变化规律不一致。
3.构建携带35S启动子的植物双元表达载体pCAMBIA1300-35S,并将克隆到的番茄全长cDNA插入这个表达载体。转化农杆菌LBA4404。
4.考察了Kan、PPT、Hyg三种抗生素对宁油12、14、16号甘蓝型油菜品种种子萌发和幼苗生长的影响以及这些品种对这三种抗生素的耐受性。结果发现,Kan主要影响油菜叶绿素的合成,而PPT和Hyg主要影响油菜下胚轴的伸长。Kan对宁油12、14、16号的最低抑制浓度分别为50mg/L、100mg/L、150mg/L。而PPT和Hyg对宁油12、14、16号的最低抑制浓度均为20mg/L和25mg/L。研究结果为油菜转基因种子的筛选及转化过程中抗生素种类和抗生素浓度的选择提供了参考。