本發(fā)明屬于農作物抗逆領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法。

背景技術：

1、我國和全球糧食安全都受到環(huán)境變化的威脅。日益嚴重的工業(yè)污染和快速的城市化一直在增加污染物向環(huán)境中的釋放，包括鎘和鉻等重金屬，從而影響作物生長，并通過食物鏈影響人類健康。此外，人類活動加速了二氧化碳和其他溫室氣體的釋放，導致全球變暖和頻繁的極端天氣事件；高溫和干旱脅迫對糧食安全的威脅正變得越來越嚴重。因此，迫切需要提高作物對這些不同形式的非生物脅迫的抗性。硅作為植物的一種重要有益元素，已被證明在提高作物對一系列非生物和生物脅迫的恢復力方面非常有效。

2、盡管硅是地殼和土壤中第二豐富的元素，但它僅以未聚合硅酸的形式存在于植物中。這種形式的硅可以被根部吸收，并通過蒸騰和主動運輸被運輸?shù)降厣现参锊糠?。超過90％的si可以在質外體中沉積為無定形二氧化硅，特別是在細胞壁中，形成抵御各種應力的防御屏障。例如，硅可以增強細胞壁的機械性能以抵抗倒伏，提高細胞膜的穩(wěn)定性以承受高溫，減少重金屬離子進入細胞，并抑制病原體的定植和食草動物的進食。包括水稻、小麥和玉米在內的主要谷類作物能夠積累大量的硅，這有助于提高作物產量和抗逆性，因此硅肥被廣泛用于這些作物。然而，不同物種和植物科之間的硅濃度存在非常大的差異，從小于0.1％到大于10％不等。根據(jù)硅含量和植物對硅的吸收，它們可分為硅累積型(莖硅含量為1.5％-10％)、被動型(0.5-1.5％)和非累積型(<0.2％)物種。與單子葉植物物種(如水稻)形成鮮明對比的是，許多雙子葉植物物種(如擬南芥)是硅的非累積者，因此它們無法形成有效的硅基防御屏障，這限制了其對這些物種抗逆性的積極影響。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于采用“基因過表達+供硅”的策略，通過讓低硅植物體內產生來自高硅植物的誘導硅聚合的組分，以提高硅在其根系的沉積量，并提高抗脅迫能力。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入目標植株中，獲得能夠過表達cslf6基因的株系；在該株系的生長過程中，向其根系所在環(huán)境中額外補充硅元素，使其根系從環(huán)境中獲得硅元素，提高植物抗脅迫能力。

4、作為上述第一方面的優(yōu)選，利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入目標植株的方法為：先通過pcr克隆構建35s啟動子驅動的cslf6過表達載體質粒，再將cslf6過表達載體質粒導入農桿菌感受態(tài)細胞中并侵染目標植株的愈傷組織，最后通過共培養(yǎng)促進基因整合，并篩選陽性愈傷進行分化生根，獲得能夠過表達cslf6基因的該株系。

5、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述目標植物為水稻。

6、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述目標植株的愈傷組織為水稻種子去皮后的籽粒。

7、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述目標植物為擬南芥。

8、作為上述第一方面的優(yōu)選，所述目標植株的愈傷組織為擬南芥的花序。

9、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入擬南芥中，獲得能夠過表達cslf6基因的擬南芥種子，由擬南芥種子培育成的擬南芥幼苗種植于重金屬脅迫的基質中，且在擬南芥生長過程中，向其根系環(huán)境中額外補充提供硅元素，提高擬南芥在重金屬脅迫下的生長狀況并降低地上部重金屬積累量。

10、第三方面，本發(fā)明提供了一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入擬南芥中，獲得能夠過表達cslf6基因的擬南芥種子，由擬南芥種子培育成的擬南芥幼苗種植于高溫脅迫的基質中，且在擬南芥生長過程中，從根系環(huán)境中額外獲取硅元素，提高擬南芥對高溫脅迫的耐受性，緩解根異常伸長的癥狀。

11、作為上述第二方面和第三方面的優(yōu)選，所述基質為培養(yǎng)基或土壤。

12、作為上述第一方面、第二方面和第三方面的優(yōu)選，在該過表達株系的生長過程中，采用施加硅酸的形式向其根系環(huán)境中額外補充提供硅元素。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果：

14、傳統(tǒng)的土壤施硅對于硅積累植物作用明顯，但許多硅非積累植物硅利用效率低，無法形成有效的硅基防御屏障，本發(fā)明提出的基因過表達+硅的策略，可以擴大硅肥的應用范圍。其次，目前發(fā)現(xiàn)的植物硅轉運蛋白盡管能夠影響地上部的硅，但不影響根部的硅，而在很多研究中已經(jīng)證明，根部的硅沉積對于植物抗重金屬、鹽脅迫至關重要。而本發(fā)明報道了影響根系硅沉積的cslf6基因，可以影響硅非積累植物根部的硅含量，從而提高抗逆性。另外，向非硅積累的植物單獨過表達cslf6和供硅都無法起到提高脅迫抗性的作用，而采用“基因過表達+供硅”的策略，則能顯著改善脅迫調節(jié)下植物的生長。

技術特征：

1.一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入目標植株中，獲得能夠過表達cslf6基因的株系；在該株系的生長過程中，向其根系所在環(huán)境中額外補充硅元素，使其根系從環(huán)境中獲得硅元素，提高植物抗脅迫能力。

2.如權利要求1所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入目標植株的方法為：先通過pcr克隆構建35s啟動子驅動的cslf6過表達載體質粒，再將cslf6過表達載體質粒導入農桿菌感受態(tài)細胞中并侵染目標植株的愈傷組織，最后通過共培養(yǎng)促進基因整合，并篩選陽性愈傷進行分化生根，獲得能夠過表達cslf6基因的株系。

3.如權利要求2所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，所述目標植物為水稻。

4.如權利要求3所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，所述目標植株的愈傷組織為水稻種子去皮后的籽粒。

5.如權利要求2所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，所述目標植物為擬南芥。

6.如權利要求5所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，所述目標植株的愈傷組織為擬南芥的花序。

7.一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入擬南芥中，獲得能夠過表達cslf6基因的擬南芥種子，由擬南芥種子培育成的擬南芥幼苗種植于重金屬脅迫的基質中，且在擬南芥生長過程中，向其根系環(huán)境中額外補充提供硅元素，提高擬南芥在重金屬脅迫下的生長狀況并降低地上部重金屬積累量。

8.一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，利用農桿菌侵染法將cslf6基因導入擬南芥中，獲得能夠過表達cslf6基因的擬南芥種子，由擬南芥種子培育成的擬南芥幼苗種植于高溫脅迫的基質中，且在擬南芥生長過程中，向其根系環(huán)境中額外補充提供硅元素，提高擬南芥在高溫脅迫下的生長狀況，緩解根長伸長的癥狀。

9.如權利要求7或8所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，所述基質為培養(yǎng)基或土壤。

10.如權利要求1、7或8所述的基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法，其特征在于，在過表達株系的生長過程中，采用施加硅酸的形式向其根系環(huán)境中額外補充提供硅元素。

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于基因過表達和供硅策略的根系硅沉積和抗逆調控方法。本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)了對于水稻根系硅沉積起關鍵作用的基因。單獨過表達該基因或供硅對硅非積累植物效果欠佳，但采用本發(fā)明的基因過表達+供硅策略能夠顯著提高硅非積累植物在重金屬(如六價鉻和鎘)，以及高溫脅迫中抗性。

技術研發(fā)人員：龐志豪,王譽曉,彭紅云,梁永超
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6