發(fā)布時(shí)間：2020-07-28 13:08

【摘要】：我國淡水水體富營養(yǎng)化問題十分突出,26個(gè)國控湖庫中有61.6%的湖庫處于V類和劣V類,湖泊富營養(yǎng)化的危害很大。因此,控制水體營養(yǎng)鹽水平,提高水資源利用效率,具有重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。氮和磷是富營養(yǎng)化控制中最為重要的指標(biāo)。富營養(yǎng)化水體的防治一方面要加強(qiáng)外源污染物輸入的控制,減少氮、磷的向水體中的排放;另一方面是內(nèi)源污染物的削減,減少內(nèi)源營養(yǎng)物成為二次污染物的可能性。通過以上兩方面的結(jié)合,最終降低富營養(yǎng)化壓力,減少甚至避免藍(lán)藻水華暴發(fā)等災(zāi)害性水污染事件的發(fā)生。外源性磷控制的主要途徑是污水中磷的去除。在污水處理中主要應(yīng)用的是生物除磷方法。生物除磷的機(jī)理是利用污水處理系統(tǒng)中存在的一類能夠大量積累磷并轉(zhuǎn)化為多聚磷酸鹽的細(xì)菌(聚磷菌或硝化聚磷菌)將磷轉(zhuǎn)化為細(xì)胞的一部分,形成活性污泥的形式排出,從而去除污水中的磷。提高生物除磷效率的一個(gè)關(guān)鍵途徑是提高細(xì)菌中聚磷的含量,即提高活性污泥中磷的比例。當(dāng)前的研究中發(fā)現(xiàn)多聚磷酸鹽由聚磷激酶基因表達(dá)的聚磷激酶催化生成。目前有關(guān)聚磷轉(zhuǎn)基因的應(yīng)用僅限于實(shí)驗(yàn)室研究。本論文在假單胞菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化廣宿主、低拷貝重組質(zhì)粒,用于高效表達(dá)聚磷激酶基因,獲得了高效聚磷工程菌KTPPK。將KTPPK用于以火山石為生物濾料的序批式生物膜反應(yīng)器,進(jìn)行小試研究。研究發(fā)現(xiàn),KTPPK在反應(yīng)器中具有很好的除磷效果,系統(tǒng)運(yùn)行200 hrs后,在好氧反應(yīng)末期,含有KTPPK的反應(yīng)器出水中P043--P濃度從實(shí)驗(yàn)初期的12 mg/L下降到低于2 mg/L。相比對(duì)照能夠提高20%左右的除磷效率。內(nèi)源性磷的削減有物理、化學(xué)和生物方法。生物方法如植物修復(fù)等具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好、能美化環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)植物修復(fù)從環(huán)境中尋找耐受性或超富集植物。例如利用寬葉香蒲構(gòu)建人工生態(tài)濕地。但寬葉香蒲對(duì)重金屬的富集主要集中在根部難以去除,且對(duì)氮磷的吸收能力有限。通過分子生物學(xué)手段能夠克服以上問題。本課題針對(duì)富營養(yǎng)化水體的植物修復(fù),選取寬葉香蒲和黃菖蒲作為關(guān)鍵植物。建立了一種寬葉香蒲從根尖誘導(dǎo)愈傷組織并分化成苗的方法。根培養(yǎng)為愈傷組織誘導(dǎo)提供了大量的材料,每粒萌發(fā)的種子能夠誘導(dǎo)出12.7塊愈傷組織,且在添加合適配比的生長素和分裂素之后,愈傷組織的再生能力也得以提高,生長速度加快,為植物的轉(zhuǎn)基因工作和富營養(yǎng)化水體的植物修復(fù)提供了大量的材料,同時(shí)簡化了苗再生的步驟。另外本研究建立了黃菖蒲懸浮培養(yǎng)體系,該體系能夠促進(jìn)愈傷組織快速、大量的形成,并能夠用于苗的再生,為轉(zhuǎn)基因提供大量受試材料的同時(shí),能夠快速大量的培養(yǎng)富營養(yǎng)化水體修復(fù)所需的植物材料。植物轉(zhuǎn)化方法主要有農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法和以基因槍等為代表的物理轉(zhuǎn)化方法這兩類方法。農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法通常會(huì)受限于農(nóng)桿菌和植物的種類、基因型以及兩者間的相互作用關(guān)系�；驑屴D(zhuǎn)化法能夠不加區(qū)別的在植物細(xì)胞內(nèi)引入外源DNA,但是通常效率很低。本研究將人工修飾的Tn5轉(zhuǎn)座酶裝備在金粉顆粒上,制備成轟擊粒子。通過Tn5轉(zhuǎn)座酶介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化方法獲得了水稻、玉米和石斛蘭植株。該方法一方面提高了轉(zhuǎn)基因效率。最低裝配20 ngDNA的金粉微粒轉(zhuǎn)化水稻的效率也比傳統(tǒng)基因槍法提高了兩倍,而對(duì)玉米和石斛蘭來說轉(zhuǎn)化效率提高了近10倍(裝配20 ngDNA);另一方面該轉(zhuǎn)化方法降低了DNA多拷貝插入的幾率,提高了遺傳穩(wěn)定性和正常表達(dá)的概率。對(duì)水稻來說,20個(gè)轉(zhuǎn)化子在無選擇壓力下繼代培養(yǎng)后能夠得到8個(gè)單拷貝植株。對(duì)玉米和石斛蘭來說,單拷貝比率分別為24%和33.3%(裝配20ngDNA),遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)DNA包被的基因槍轉(zhuǎn)化�；谝陨戏椒�,本研究成功將聚磷激酶基因轉(zhuǎn)入水稻中,獲得的轉(zhuǎn)基因水稻能夠提高1-5%的磷吸收效率,對(duì)構(gòu)建高聚磷轉(zhuǎn)基因植物提供了重要的參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X703
【圖文】：

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本文編號(hào)：2772921