口袋K。25.用于生物修复的生物技术植物

这个烂摊子

在上个世纪,全球工业化,战争,自然过程导致大量有毒化合物释放到生物圈中。污染物主要分为两类:无机和有机。无机污染物包括镉等重金属,汞,和领导;砷等非金属化合物;以及放射性核废料。有机污染物包括石油碳氢化合物,溶剂、酚类化合物,炸药,肥料,除草剂,和杀虫剂。

污染是一个巨大的全球环境问题。例如,11.000吨汞每年释放到生物圈(1)。有12个,000年受污染的网站在美国上市,400,西欧的000个受污染地点,在世界各地有成千上万个新增站点(2)。广泛的污染影响发展中国家的大片地区,在污染土地和水用于粮食生产的压力也是非常高的。世界市场修复估计在15—十亿美元之间,1998年(2)扩张。

常规补救战略

对污染场地的常规补救通常包括物理去除污染物,和他们处理在指定的网站。因此,物理补救策略并不能消除这个问题,他们只是改变它。此外,物理修复策略也非常昂贵,破坏环境,可能暂时增加暴露在化学物质,并且经常留下残留的污染物。

植物修复

植物修复,利用植物去除或降低土壤和地表水的污染,已被建议作为一种廉价的,可持续的,有效的,以及环境友好的替代传统修复技术。植物利用太阳能(通过光合作用)从土壤中提取化学物质,并将其沉积到身体上部,或者将它们转化成毒性较小的形式。这些植物可以收获和治疗,去除污染物。

理想phytoremediator会:高公差污染物;的能力降低或集中污染物在生物质高水平;广泛的根系;从土壤中吸收大量水的能力;生长速度快,生物量高。

虽然一些物种可以耐受并生长在一些受污染的地方,这些物种通常生长得很慢,产生非常低水平的生物量,并且适应非常特定的环境条件。还有树木,它们有广阔的根系,高生物量、和较低的农业投入需求——容忍污染物不佳,不要积累。传统的植物成功phytoremediators因此无法满足要求。

用绿色更有效地清洁,生物技术”拖把””

通过遗传操作和植物转化技术可以显著提高植物的修复能力。小说特征的引入对污染物的吸收和积累高生物量植物被证明是一个成功的策略改进phytoremediators的发展。这个口袋K评论在这个领域的一些研究成果,并强调未来的挑战。

镉,锌,铅、和硒

有毒金属影响作物产量,土壤生物量、和生育能力,并在食物链积累。Metal-tolerant物种保护自己免受金属离子结合金属离子的毒性与特定的蛋白质,使他们在一个安全的形式。三类蛋白质对植物的金属解毒很重要:金属硫蛋白,转移,谷胱甘肽。编码这些基因的基因已经成功地用于通过基因工程改良植物修复剂。

例如,灌木烟草(光烟草)改变了决定液泡植物螯合肽TaPCS1显示高水平的锌的积累,铅,镉,镍、硼产生高生物量(3)。在拟南芥,印度芥末,和烟草植物,改善金属宽容是通过酶的表达,诱导形成的转移(45,和6)。

植物对重金属自然宽容也被用作植物修复的基因来源。转基因拟南芥植物表达硒代半胱氨酸甲基转移酶(执委会)从硒hyperaccumulator基因黄耆bisulcatus包含8倍硒在生物生长在亚硒酸盐相比,非转基因控制。比较之间的基因表达谱拟南芥以及与此密切相关的物种一个。hallerri,这是宽容和hyperaccumulates锌镉,也帮助识别主要基因所需金属宽容(6)。

除草剂

哺乳动物P450细胞色素基因已经被用来赋予抗除草剂作物,可用于设计用于延缓杂草抗除草剂进化的除草剂轮作系统,并减少农业化学品的环境负荷(56)。还提供了抗除草剂玉米谷胱甘肽的表达S-transferase我(GSTI)基因(6)。

炸药

数以百万吨的爆炸物已经释放到环境中,由此产生的污染的广袤的土地和水资源。williamhillRDX(研究部门炸药)是二战期间使用的主要爆炸,和新衍生品广泛应用。炸药,及其降解产物,非常有毒和腐蚀性。

利用NADPH依赖的硝基还原酶细菌基因工程化的烟草植物耐受并降解高水平的TNT(9),和拟南芥植物携带xplA基因从红球菌属细菌是高度耐药的黑索今(6)。

地雷

地雷影响数百万人,战士和平民,在80多个国家。全世界存在6,000万到7,000万枚活动地雷,这些主张的生命和肢体每天50人,并威胁更多,否认他们的生计获得人道主义援助,农业用地,水资源。williamhill正在努力开发转基因植物可以用来警告平民地雷的存在的字段(10)。拟南芥(Arabidopsis)是一种根部与地雷降解产物接触后颜色发生变化的拟南芥。科学家们正在努力让工厂来传输信号,它们的叶子,人类可读的效果变化的实际爆炸物探测系统。

汞是一种剧毒元素发现自然和介绍了污染物在环境中,和是一个非常严重的全球环境问题。有机汞(有机汞),最有毒的生物,当水和土壤中的细菌将元素汞转化为甲基汞时产生。甲基汞在食物链中易于吸收和积累。汞中毒影响免疫系统,损害神经系统,并对胎儿的成长有害。

解毒的有机汞转化拟南芥转基因植物技术已经取得了,烟草,杨树,印度芥末,以及带有两个细菌基因的东部棉木,梅拉和默布。(5)6,7)。merA的联合行动和merB变换甲基汞的挥发性元素形式,毒性小100倍,和发布的是植物通过蒸腾无毒浓度的气氛。

砷天然存在于岩石和土壤中,并释放到地下水。饮用受污染的饮用水会导致皮肤疾病,坏疽,和癌症的肾脏和膀胱。此外,农田中高浓度的砷使土壤退化,降低作物产量,并将污染物引入食物链(8)。仅在孟加拉国,砷污染就威胁到多达4000万人,一个问题被世界卫生组织(世卫组织)描述为“历史上最大的人口中毒。

科学家通过引入两个细菌基因改造了具有砷耐受性的拟南芥植物:arsCy-ECSarsC砷酸转换,砷的形式被植物吸收,亚砷酸盐。双基因转移不仅是高度容忍砷,它们还提高了镉的耐受性,生物量的水平和增长了5倍,与野生型相比控制(6)。

前景

尽管使用生物技术发展与提高转基因植物可能有效,干净,便宜的,和可持续的生物修复技术是很有前途的,仍然存在若干挑战。

  • 更好的理解的分子基础途径参与降解污染物是必要的。进一步分析和发现适合植物修复的基因是必要的。
  • 植物修复技术目前只适用于一小部分污染物,许多地方被几种化学物质污染。因此,phytoremediators需要与多个堆叠genesin工程以满足特定需求的网站。
  • 植物修复技术还处于早期发展阶段,和现场测试的转基因植物,植物修复是非常有限的。生物安全问题需要妥善解决,并且需要制定防止基因流入野生物种的策略。
  • 植物修复的真实成本效益与转基因植物必须确定。
  • 需要政治意愿和资金,双方都致力于植物修复的基础研究,小说和实现策略。

参考文献

  1. 定量评估全球污染的空气,水和土壤中的微量金属。1988。尼拉古J.O& Pacyna J.M.自然333:134 - 139。
  2. 美国以及国际植物修复市场,1999-2000年。玻璃D。http://www.researchandmarkets.com/reportinfo.asp?report_id = 301701
  3. 一个工程植物积累重金属水平高于菥caerulescens,矿区土壤的生物量是矿区土壤的100倍。2006.马丁内兹M等。臭氧层64:478 - 485。
  4. 植物修复:清除污染土壤的新方法。2005.克雷默U。Curr。Op。生物技术。16:133-141。
  5. 植物修复:绿色技术环境中有毒金属的清理。2005.Gratao L。P.等。布拉兹。J植物杂志。17:53-64。
  6. 植物修复中的转基因植物:新进展和新可能性2005.切里安S&奥利维拉M。点。化学。SOC。39:9377 - 9390
  7. 利用基因工程植物对有害有机汞进行植物解毒。2000。Bizily……等。自然生物技术18:213—217。
  8. 在世界范围内出现的砷在地下水。2002.Nordstrom大桥街科学296:2143 - 2144。
  9. 爆炸降解细胞色素P450活性及其在RDX植物修复中的靶向应用2006.Rylott E.L。等。自然生物技术24:216 - 219。
  10. 使用转基因植物地雷探测的可行性。2006.
  11. Deyholos M.et al . .学报学报》6217。

*2006年11月

下一个口袋K:分子嫁接和生物制药