CN118266478A - 一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体及其制备方法和应用 - Google Patents
一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体及其制备方法和应用，属于生物农业技术领域。一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，负载有植物抗逆分子和交联有植物根系结合蛋白RBP的介孔材料纳米粒子；所述植物根系结合蛋白RBP为一个或两个以上的里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A串联重复形成的蛋白。本发明通过植物根系结合蛋白RBP共价连接到负载植物抗逆分子的介孔材料纳米递送载体。本发明提供的纳米组装体能够与植物根系发生强烈特异性结合，随后使纳米组装体中植物抗逆分子缓慢释放，进而显著增强作物的耐盐碱性能，促进作物生长，提高作物产量。
Description
技术领域
本发明属于生物农业技术领域，具体涉及一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体及其制备方法和应用。
背景技术
土壤盐碱化是全球土壤面临的重大问题，造成全球可利用耕地面积的大幅度下降，从而给农业生产带来了巨大威胁。如何有效提高植物的抗盐碱能力，实现在盐碱化土地上的高效农业生产，是全球面临的重大挑战。基于传统杂交技术、现代分子生物学技术的植物遗传育种是一种广泛应用的提升植物抗盐碱性能的手段，通过将天然或者人工合成的抗盐碱遗传信息导入受体植物，能够在一定程度上提升植物的抗盐碱能力。然而，这一手段具有遗传操作过程繁琐、易造成植物生产性能不稳定、抗盐碱性能提升幅度小等问题，难以满足大面积盐碱化土地植物高效种植的需要。因此，亟待开发出高效、经济、可行的化学与生物技术，以提高植物的抗盐碱能力。
植物抗逆分子是一类能够提高植物抵抗盐碱、干旱、低温、高温、紫外照射、病原菌侵染等环境压力条件的化合物，如水杨酸、类黄酮、脯氨酸、生物碱等。这些化合物能够通过激活植物信号转导途径、提高膜质氧化耐受能力、抑制紫外线照射引发的植物DNA突变、抑制入侵病原微生物的生长等方式，提高植物的抗逆能力。尽管目前学者们已经对上述抗逆分子的种类及生物效应机制有了较为清晰的认识，但目前尚缺乏基于以上抗逆分子，提高植物抗逆性的深入研究。究其原因，主要是由于抗逆分子在复杂土壤环境中易被微生物吸收与代谢，从而无法有效作用于植物体。如何有效保护并长效释放抗逆分子，以提高植物抗盐碱性能，是当前盐碱化土地资源化利用的重大问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，通过提供一种新型纳米载体能够高效负载抗逆分子的同时还能吸附在植物根系表面，从而提高植物的抗盐碱性能，促进植物在盐碱土壤中的生长。
本发明提供了一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，负载有植物抗逆分子和交联有植物根系结合蛋白RBP的介孔材料纳米粒子；
所述植物根系结合蛋白RBP为一个里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A或两个以上的里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A串联重复形成的蛋白；
所述里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A的氨基酸序列如氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
优选的，所述植物根系结合蛋白RBP的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。
优选的，所述植物根系结合蛋白RBP的制备方法，包括以下步骤：
将密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列克隆至载体上，得到重组载体；
将所述重组载体转入宿主细胞中，经重组表达培养得到重组植物根系结合蛋白RBP。
优选的，所述密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列的核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示。
优选的，所述宿主细胞包括原核表达***和/或真核表达***。
优选的，所述抗逆分子包括以下至少一种：水杨酸、类黄酮、脯氨酸和生物碱。
优选的，所述介孔材料纳米粒子包括以下至少一种：介孔二氧化硅纳米粒子、磁性介孔二氧化硅纳米粒子、纳米纤维素、有机金属框架和海藻酸钙。
本发明提供了所述纳米组装体的制备方法，包括以下步骤：
制备表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子；
将表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子混合进行吸附反应，得到负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子；
将负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子和重组植物根系结合蛋白RBP在交联剂作用下进行交联反应，得到纳米组装体。
优选的，所述吸附反应的温度为0～40℃；所述交联反应的时间为12～24h；
所述表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子的质量比包括(1～10)：(0.1～10)。
所述交联反应时，交联剂包括戊二醛；
所述负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子、重组植物根系结合蛋白RBP和交联剂的质量比为(1～10)：(0.1～10)：(0.1～1)。
所述交联反应的时间为2～12h。
本发明提供了所述纳米组装体或所述制备方法得到的纳米组装体在盐碱地植物种植中的应用。
本发明提供的提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，负载有植物抗逆分子和交联有植物根系结合蛋白RBP的介孔材料纳米粒子；所述植物根系结合蛋白RBP为一个里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A或两个以上的里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A串联重复形成的蛋白；所述里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A的氨基酸序列如氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。本发明通过植物根系结合蛋白RBP共价连接到负载植物抗逆分子的介孔材料纳米递送载体。本发明提供的纳米组装体能够与植物根系发生强烈特异性结合，随后使纳米组装体中植物抗逆分子(水杨酸、类黄酮、脯氨酸、生物碱等)缓慢释放，进而显著增强大豆、玉米、小麦、水稻等作物的耐盐碱性能，促进作物生长，提高作物产量。
附图说明
图1为实施例1制备的负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体的透射电镜图；
图2为负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体对植物抗逆分子的吸附能力；
图3为负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体对小麦种植60天后土壤盐度的影响；
图4为负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体对小麦种植60天后土壤pH的影响；
图5为负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体对小麦种植60天后土壤有机质含量的影响；
图6为负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体对小麦种植60天后植株鲜重的影响；
图7为负载黄铜的磁性介孔二氧化硅纳米组装体对白菜种植60天后植株鲜重的影响；
图8为负载甜菜碱的ZIF-8MOF组装体对菜花种植90天后植株鲜重的影响。
具体实施方式
本发明提供了一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，负载有植物抗逆分子和交联有植物根系结合蛋白RBP的介孔材料纳米粒子；所述植物根系结合蛋白RBP为一个里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A或两个以上的里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A串联重复形成的蛋白；所述里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A的氨基酸序列如氨基酸序列如SEQ ID NO:1(CSSVWGQCGGQNWSGPTCCASGSTCVYSNDYYSQCL)所示。
在本发明中，所述纳米组装体中负载植物抗逆分子。所述植物抗逆分子的作用为发挥抗盐碱作用主要药物成分。所述植物抗逆分子优选包括以下至少一种：水杨酸、黄酮、脯氨酸和生物碱。所述植物抗逆分子通过吸附作用与介孔材料纳米粒子连接。所述吸附作用包括静电吸附、疏水作用或配位作用。当植物抗逆分子包括多种时，所述水杨酸、黄酮、脯氨酸和生物碱的组合方案包括水杨酸+黄酮、水杨酸+脯氨酸、黄酮+生物碱。
在本发明中，所述纳米组装体中交联植物根系结合蛋白RBP。所述植物根系结合蛋白RBP的作用为与植物根系有强烈的结合作用，纳米组装体施用后，在植物根系结合蛋白RBP的作用下，将纳米组装体靠近植物根系，以便纳米组装体中植物抗逆分子的缓慢释放能够被就近的植物根系快速吸收，从而提高植物抗逆分子的施用效果和根系吸收率。
在本发明中，所述植物根系结合蛋白RBP优选为两个以上的里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A串联重复形成的蛋白，串联时，优选两个结构域CBDCel6A之间通过连接基序连接。所述连接基序的氨基酸序列优选如SEQ ID NO:3(PGTYTSYSPKPSPR)和/或SEQ ID NO:4(SASAGASASAGASASAGA)所示。为了方便检测植物根系结合蛋白RBP的结合位置，优选还包括荧光报告蛋白。所述荧光报告蛋白优选包括mCherry蛋白。同时了方便重组表达时植物根系结合蛋白RBP的纯化分离，在植物根系结合蛋白RBP的末端添加组氨酸标签(HHHHHH，SEQ ID NO:5)。在本发明实施例中，所述植物根系结合蛋白RBP的氨基酸序列优选如SEQ ID NO:2(MCSSVWGQCGGQNWSGPTCCASGSTCVYSNDY YSQCLPGTYTSYSPKPSPRCSSVWGQCGGQNWSGPTCCASGSTCVYSNDYYSQCLSASAGASASAGASASAGAPGGGGVSKGEDDNMAIIKEFMRFKVHMEGSVNGHEFEIEGEGEGRPYEGTQTAKLKVTKGGPLPFAWDILSPQFMYGSKAYVKHPADIPDYLKLSFPEGFKWERVMNFEDGGVVTVTQDSSLQDGEFIYKVKLRGTNFPSDGPVMQKKTMGWEASSERMYPEDGALKGEIKQRLKLKDGGHYDAEVKTTYKAKKPVQLPGAYNVNIKLDITSHNEDYTIVEQYERAEGRHSTGGMDELYKHHHHHH)所示。
在本发明中，所述植物根系结合蛋白RBP的制备方法，优选包括以下步骤：将密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列克隆至载体上，得到重组载体；将所述重组载体转入宿主细胞中，经重组表达培养得到重组植物根系结合蛋白RBP。
本发明将密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列克隆至载体上，得到重组载体。
在本发明中，所述密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列的核苷酸序列优选如SEQ ID NO:6(ATGTGCAGCAGCGTGTGGGGTCA GTGCGGTGGCCAAAATTGGAGCGGTCCGACTTGCTGCGCCTCAGGCTCAACGTGCGTTTACTCTAACGATTACTACAGCCAGTGCTTGCCGGGCACCTATCCGAGCTACTCACCGAAACCGAGCCCGCGTTGTAGCAGCGTTTGGGGTCAATGCGGCGGGCAAAACTGGAGCGGACCGACCTGTTGTGCGAG CGGTTCGACGTGCGTGTATAGTAACGACTATTACTCCCAATGCCTCTCCGCGTCTGCGGGCGCGAGCGCGAGCGCGGGTGCTTCCGCATCAGCCGGCGCGCCAGGCGGCGGAGGTGTTAGCAAAGGTGAGGATGATAACATGGCAATTATCAAGGAGTTCATGCGTTTTAAGGTGCACATGGAGGGTTCCGTCAATGGTCATGAGTTCGAGATCGAGGGTGAGGGCGAGGGCCGTCCGTATGAGGGTACCCAAACCGCCAAGTTGAAGGTGACCAAAGGCGGTCCGCTGCCGTTTGCATGGGATATCCTGAGCCCGCAATTTATGTACGGCTCCAAAGCGTATGTTAAACATCCGGCGGACATTCCGGATTACCTGAAGTTGTCGTTCCCGGAGGGCTTCAAATGGGAACGCGTTATGAATTTCGAAGACGGTGGTGTCGTGACCGTGACCCAGGACAGCTCCTTACAAGATGGTGAGTTCATCTACAAAGTCAAGCTGCGCGGTACGAACTTTCCGAGCGATGGTCCGGTTATGCAGAAAAAAACCATGGGTTGGGAAGCTAGTAGCGAACGCATGTATCCGGAGGACGGCGCGCTGAAAGGTGAAATTAAGCAGCGTCTGAAGTTGAAGGATGGCGGCCACTACGACGCAGAAGTTAAGACCACGTACAAAGCGAAGAAACCGGTGCAGCTGCCGGGTGCCTATAACGTAAACATTAAACTGGATATTACCAGCCATAATGAAGACTATACCATTGTTGAACAGTACGAAAGAGCAGAAGGTCGTCATAGCACCGGTGGTATGGATGAACTGTATAAACACCACCACCACCACCACTAA)所示。本发明对所述载体的种类没有特殊限制，采用本领域所熟知的表达载体即可。所述载体根据后续宿主细胞的类型进行选择。在本发明实施例中，以原核表达***为宿主细胞，因此，所述表达载体优选为pET-28a质粒。本发明对克隆的方法没有特殊限制，采用本领域所熟知的克隆方法即可，例如酶切和连接。所述密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列的克隆位点优选BamHⅠ和XhoⅠ。所述密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列的优选T7强启动子启动表达。
在本发明中，所述宿主细胞优选包括原核表达***和/或真核表达***。原核表达***优选包括大肠杆菌、乳酸杆菌等。所述真核表达***优选包括酵母或昆虫细胞等。本发明对转入的方法没有特殊限制，采用本领域所熟知的转入方法即可。转入后得到的重组细胞经验证用于重组表达目标蛋白。所述验证方法为菌落培养和测序。
在本发明中，所述介孔材料纳米粒子优选包括以下至少一种：介孔二氧化硅纳米粒子、磁性介孔二氧化硅纳米粒子、纳米纤维素、有机金属框架和海藻酸钙。所述介孔材料纳米粒子的粒径优选为10～500nm，更优选为50～200nm。所述介孔材料纳米粒子的孔隙率优选为1～20nm，更优选为3～10nm。所述介孔材料纳米粒子发挥载体的作用。
本发明提供了所述纳米组装体的制备方法，包括以下步骤：
制备表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子；
将表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子混合进行吸附反应，得到负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子；
将负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子和重组植物根系结合蛋白RBP在交联剂作用下进行交联反应，得到纳米组装体。
本发明制备表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子。
在本发明中，优选采用溶胶-凝胶法制备表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子。所述溶胶-凝胶法的操作方法优选参考现有技术(QilinYu,Tian Deng,Fang-Chu Lin,BingZhang,Jeffrey I.Zink*.(2020).Supramolecular assemblies of heterogeneousmesoporous silica nanoparticles to co-deliver antimicrobial peptides andantibiotics for synergistic eradication ofpathogenic biofilms.ACS Nano,14(5),5926-5937.)。
制备完成后，本发明将所述表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子混合进行吸附反应，得到负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子。
在本发明中，所述吸附反应的温度优选为0～40℃，更优选为20-30℃；所述吸附反应的时间优选为12～24h，更优选为15～20h。所述表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子的质量比优选包括1～10：0.1～10，更优选为10：1～2。
得到负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子后，本发明将负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子和重组植物根系结合蛋白RBP在交联剂作用下进行交联反应，得到纳米组装体。
在本发明中，所述交联反应时，所述交联剂优选包括戊二醛。所述负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子、重组植物根系结合蛋白RBP和交联剂的质量比为1～10：0.1～10：0.1～1，更优选为10：1～2：0.2～0.5。所述交联反应的时间优选为2～12h，更优选为4～8h，最优选为6h。所述交联反应的温度优选为18～27℃，更优选为20～25℃。
本发明提供了所述纳米组装体或所述制备方法得到的纳米组装体在盐碱地植物种植中的应用。
在本发明中，所述纳米组装体单独或与其他肥料施用后，在根系结合蛋白RBP能够与根系紧密结合的功能下，将纳米组装体与根系靠近，同时纳米组装体中负载的植物抗逆分子发生缓慢释放，能够被就近的植物根系快速吸收，从而实现植物抗盐碱土壤的目的。
在本发明中，所述纳米组装体的施用量优选为10～10000mg/kg，更优选为100～1000mg/kg。所述盐碱地包括盐碱土壤或盐碱水体。所述植物优选包括以下至少一种：大豆、玉米、小麦、马铃薯、白菜、油菜、菜花、苋菜和水稻等。所述盐碱地的含盐量优选为0.3～2％，更优选为1％。所述盐碱地的pH值为8～10，更优选为9.5。本发明实施例结果表明所述纳米组装体施用后，能够改善盐碱地的盐度、pH值以及酶活水平和植物的生物量以及叶片的叶绿素含量以及抗逆相关酶的含量及产量。这说明本发明提供的纳米组装体对作物抗盐碱性能的提升作用。
下面结合实施例对本发明提供的一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种提高植物耐盐碱性能的介孔二氧化硅纳米组装体的制备方法
(1)作物根系结合蛋白RBP的设计：通过融合里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A、连接基序(PGTYTSYSPKPSPR)、连接基序(SASAGASASAGASASAGA)、荧光蛋白mCherry和组氨酸标签(HHHHHH)，设计了一种人工合成蛋白RBP(SEQ ID NO:2)。
(2)合成微生物EcRBP的制备：根据大肠杆菌的密码子偏好性，设计并从头合成编码RBP的基因rbp(SEQ ID NO:3)。将rbp基因克隆到pET-28a质粒上，使该基因位于T7强启动子的下游，酶切位点为BamHⅠ和XhoⅠ，得到pET-rbp质粒。采用大肠杆菌BL21感受态细胞作为受体菌，将该质粒转化到该细胞中，得到合成微生物Ecrbp。
(3)作物根系结合蛋白RBP的提取：将合成微生物Ecrbp培养于含有IPTG和卡那霉素的液体培养基，37℃摇床培养18小时，离心收集菌体。采用超声破碎方法破碎菌体，超声条件为：功率100w，冰浴超声，超5s，停2s，重复100次，离心去除细胞残渣。采用镍柱亲和层析方法，分离纯化目的蛋白RBP。
(4)纳米组装体MRST的制备：采用现有技术公开的溶胶-凝胶法制备表面暴露氨基的介孔二氧化硅纳米粒子，随后将植物抗逆分子水杨酸、黄酮、脯氨酸分别与介孔二氧化硅纳米粒子混合，20℃下共孵育20h，得到负载抗逆分子的介孔二氧化硅纳米粒子。向负载抗逆分子的介孔二氧化硅纳米粒子中加入交联剂戊二醛、人工合成的作物根系结合蛋白RBP，室温反应12h。离心收集介孔二氧化硅纳米粒子，无菌水洗涤数次，得到纳米组装体MRST。
制备的纳米组装体中各纳米粒子为规则的球形结构，粒径为60～100nm(见图1)。对三种抗逆分子水杨酸、黄酮、脯氨酸的负载率分别为12％、15％和7％(见图2)。由此得到分别负载水杨酸、黄酮、脯氨酸的介孔二氧化硅纳米组装体。
实施例2
一种负载黄酮的磁性介孔二氧化硅纳米组装体的制备方法
(1)作物根系结合蛋白RBP的设计：同实施例1。
(2)合成微生物ScRBP的制备：根据大肠杆菌的密码子偏好性，设计并从头合成编码RBP的基因rbp。将rbp基因克隆到pESC-URA质粒上，使该基因位于PGAL1启动子的下游，得到pESC-rbp质粒。采用酿酒酵母InvSc1感受态细胞作为受体菌，将该质粒转化到该细胞中，得到合成微生物Scrbp。
(3)作物根系结合蛋白RBP的提取：同实施例1。
(4)负载黄酮的磁性介孔二氧化硅纳米组装体的制备：采用热沉积法制备磁性纳米粒子，随后采用胶束法制备表面暴露氨基的磁性介孔二氧化硅纳米粒子，随后将植物抗逆分子黄酮溶液与磁性介孔二氧化硅纳米粒子溶液混合，20℃下共孵育20h，得到负载黄酮的磁性介孔二氧化硅纳米粒子。向负载黄酮的磁性介孔二氧化硅纳米粒子中加入交联剂戊二醛、人工合成的作物根系结合蛋白RBP，室温反应12h。离心收集介孔二氧化硅纳米粒子，无菌水洗涤数次，得到负载黄酮的磁性纳米组装体。
实施例3
一种负载甜菜碱的ZIF-8MOF组装体的制备方法
将150mg Zn(NO3)2·6H2O溶解于5mL去离子水，同时将330mg 2-甲基咪唑溶解于10mL甲醇。在200rpm、室温磁力搅拌条件下，缓慢加入5mL硝酸锌溶液、5ml甜菜碱溶液(10mg/mL)、1ml重组RBP溶液(10mg/mL)，超声15min。乙醇、去离子水分别洗涤两次，得到负载甜菜碱的ZIF-8MOF组装体。
实施例4
纳米组装体MRST对作物抗盐碱性能的提升作用研究
(1)负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体对作物抗盐碱性能的提升作用
选择天津市滨海新区盐碱土壤进行小麦栽培实验，土壤含盐量为0.3％，pH为9，有机质含量15g/kg。随后将实施例1制备的负载水杨酸介孔二氧化硅纳米组装体按照500mg/kg的施加量施加到盐碱土壤中，同时设置3组对照，包括空白对照，水杨酸添加到盐碱土壤中，以及未负载的介孔二氧化硅纳米组装体添加到盐碱土壤中，添加量与负载水杨酸的纳米组装体中相应组分相同。测定不同生长时期土壤盐度、pH、有机质水平以及作物的鲜重，其中盐度和pH分别采用盐度计与pH计进行测定，有机质水平采用总碳试剂盒进行测定，作物鲜重采用称重法进行测定。
结果：作物生长60天后，与其他组相比，负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体处理组土壤盐度和pH显著下降(见图3和图4)，有机质含量显著上升(见图5)，作物鲜重得到显著增加(见图6)，表明负载水杨酸的介孔二氧化硅纳米组装体显著提高了作物的抗逆能力，对土壤品质改良和作物增产具有重要作用。
(2)负载黄酮的磁性介孔纳米组装体对作物抗盐碱性能的提升作用
选择天津市滨海新区盐碱土壤进行白菜栽培实验，土壤条件同(1)。栽培实验将实施例2制备的负载黄酮的磁性介孔纳米组装体按照500mg/kg的施加量施加到盐碱土壤中，同时设置3组对照，包括空白对照，黄酮添加到盐碱土壤中，以及未负载的介孔二氧化硅纳米组装体添加到盐碱土壤中，添加量与负载黄酮的纳米组装体中响相应组分含量相同。作物生长60天后，与三组对照相比，作物鲜重显著增加(图7)，表明负载黄酮的磁性介孔纳米组装体对作物抗盐碱性能具有提升作用。
(3)负载甜菜碱的ZIF-8MOF组装体对作物抗盐碱性能的提升作用
选择天津市滨海新区盐碱土壤进行菜花栽培实验，土壤条件同(1)。将实施例3制备的负载甜菜碱的ZIF-8MOF组装体按照500mg/kg的施加量施加到盐碱土壤中，同时设置3组对照，包括空白对照，甜菜碱添加到盐碱土壤中，以及未负载的介孔二氧化硅纳米组装体添加到盐碱土壤中，添加量与纳米组装体中组分含量相同。作物生长90天后，与三组对照相比，作物鲜重显著增加(图8)，表明负载甜菜碱的ZIF-8MOF组装体对作物抗盐碱性能具有提升作用。
由上述结果可知，本发明通过交叉合成生物学与材料化学技术，制备具有抗逆分子高效负载能力的纳米组装体。该组装体通过高效负载抗逆分子，使其在植物根系表面紧密富集并缓慢释放，从而提高作物的抗盐碱性能，促进作物在盐碱土壤中的生长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，其特征在于，负载有植物抗逆分子和交联有植物根系结合蛋白RBP的介孔材料纳米粒子；
所述植物根系结合蛋白RBP为一个里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A或两个以上的里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A串联重复形成的蛋白；
所述里氏木霉纤维素水解酶Cel6A碳水化合物结合结构域CBDCel6A的氨基酸序列如氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
2.根据权利要求1所述提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，其特征在于，所述植物根系结合蛋白RBP的氨基酸序列如SEQ ID NO:2所示。
3.根据权利要求1所述提高植物耐盐碱性能的纳米组装体，其特征在于，所述植物根系结合蛋白RBP的制备方法，包括以下步骤：
将密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列克隆至载体上，得到重组载体；
将所述重组载体转入宿主细胞中，经重组表达培养得到重组植物根系结合蛋白RBP。
4.根据权利要求3所述纳米组装体，其特征在于，所述密码子优化的编码植物根系结合蛋白RBP的基因序列的核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示。
5.根据权利要求3所述纳米组装体，其特征在于，所述宿主细胞包括原核表达***和/或真核表达***。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述纳米组装体，其特征在于，所述抗逆分子包括以下至少一种：水杨酸、类黄酮、脯氨酸和生物碱。
7.根据权利要求1～5中任意一项所述纳米组装体，其特征在于，所述介孔材料纳米粒子包括以下至少一种：介孔二氧化硅纳米粒子、磁性介孔二氧化硅纳米粒子、纳米纤维素、海藻酸钙和有机金属框架。
8.权利要求1～7中任意一项所述纳米组装体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子；
将表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子混合进行吸附反应，得到负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子；
将负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子和重组植物根系结合蛋白RBP在交联剂作用下进行交联反应，得到纳米组装体。
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述吸附反应的温度为0～40℃；所述吸附反应的时间为12～24h；
所述表面暴露氨基的介孔材料纳米粒子和植物抗逆分子的质量比包括(1～10)：(0.1～10)。
所述交联反应时，交联剂包括戊二醛；
所述负载有植物抗逆分子的介孔材料纳米粒子、重组植物根系结合蛋白RBP和交联剂的质量比为(1～10)：(0.1～10)：(0.1～1)；
所述交联反应的时间为2～12h。
10.权利要求1～7中任意一项所述纳米组装体或权利要求8或9所述制备方法得到的纳米组装体在盐碱地植物种植中的应用。
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| CN202410375334.0A Pending CN118266478A (zh) | 2024-03-29 | 2024-03-29 | 一种提高植物耐盐碱性能的纳米组装体及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN118266478A (zh) |
-
2024
- 2024-03-29 CN CN202410375334.0A patent/CN118266478A/zh active Pending
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