植物耐旱基因工程的研究进展

李孟阳

摘    要：目前将先进的生物技术应用于各领域中发挥了重要作用。在种植领域应用生物技术后可对植物的耐旱基因进行有效研究，并在研究的过程中获取稳定的耐旱植株，而后将研发出的耐旱植株应用于农业、畜牧业、生态环境、城市绿地改造建设中，如此能够促进这些领域的快速发展。主要针对植物耐旱基因工程当前的研究进展进行了阐述。

关键词：植物耐旱基因工程;研究意义;研究进展

文章编号： 1005-2690（2021）10-0024-02       中国图书分类号： Q943.2       文献标志码： A

在高等植物生长的过程中，高等植物会因为周围恶劣环境的影响而停止发育，如干旱或低湿与高温等，特别是在干旱的环境中会因高等植物缺乏水分而阻碍植物生长。因此，为了使高等植物在干旱环境中顺利地生长发育，研究人员针对植物耐旱基因进行了深入性研究，且利用当下先进的生物技术在实现植物具备耐旱能力的同时，促进植物更好地生长，进一步促进与植物相关领域的快速发展。

1   研究植物耐旱基因工程的重要意义

1.1   有效提升植物的耐旱能力且延长植物的寿命

从全球角度看，干旱问题已成为世界性问题且影响植物的生长发育。由统计数据可知，半干旱地区已经占据陆地面积1/3以上。而植物的生长需要肥沃的土地与充足的水分，干旱地区的土地水分含量极少，故而无法促进植物生长。因此，植物正呈现出大面积消失的现象且对人类的生存产生严重影响。因此，各国专家、学者针对植物如何有效抗旱进行了研究。通过研究植物耐旱基因，可在掌握植物生长所需及植物内部拥有的具体成分后，通过转化植物基因的措施获取抗旱转基因植株，将其种植在半干旱区域，可以有效抵抗恶劣的干旱环境，从而实现正常生长发育。另外，通过转化植物基因提升植物的耐旱能力后，植物的寿命也得到了显著延长，主要是植物耐旱能力增强后不会因为缺水而发生死亡现象，进一步提高了植物寿命[1-2]。

1.2   促进植物品种更新换代

开展植物耐旱基因研究，可以研发出新的植物品种，使这些植物品种都具有抗旱能力且可在恶劣的环境中生长。如果将这些具有抗旱能力的新品种应用于农业生产领域中，可以在农业生产中获得更多优质的植物种子，在促进抗旱植物新品种健康生长的同时提升农业经济收益，并推动农业快速发展。另外，抗旱植物新品种在实际种植后并不需要过多地为植物补充水分，可显著降低农户的劳动量，还将节省更多的时间。

1.3   有效促进植物基因研究领域的快速发展

植物耐旱基因研究成功后，促进了植物基因研究领域的快速发展，并为研究工作提供了更多准确的数据支持，能够让研究人员根据掌握的数据研究植物其他方面的基因，进而达到不断创新植物新品种且促进与植物种植相关领域的快速发展。另外，植物耐旱基因的研究，还推动了我国科学技术的快速发展，促进了综合国力的提升。

1.4   可引发新的产业革命且带动其他行业快速发展

在植物耐旱基因研究成功后，可将原有的各类植株转化成耐旱植株，如果应用于与植物种植相关的领域中，还可引发新的产业革命，并且会带动相关行业快速发展，如在城市绿地改造工程中应用耐旱植株，可以显著减轻后续工作人员的工作量及工作压力。通过植物耐旱基因的研究研发出了耐旱植株，将耐旱植株应用于城市绿地改造工程中，可以显著降低工作人员补水的次数，在显著减小工作人员工作压力的同时可将节省出的时间应用于其他工作中。可见，基因研究工程是推动与植物种植相关领域的重要工程，也是提升我国环境建设水平与经济发展水平的重要措施[3]。

2   当前植物耐旱基因工程的研究进展

2.1   研究出具有渗透调节能力物质的合成关键酶基因

2.1.1   α糖类

在低等维管植物中含有的海藻糖是合成关键酶基因的重要组成部分，海藻糖的本质属于还原性双糖且与蔗糖的化学结构存在较强相似度，但是在甜度方面却远低于蔗糖。海藻糖可实现细胞磷脂双分子膜在处于干燥的环境中不会产生液态向固态转化的过程，可有效稳定细胞磷脂双分子膜且进一步稳定高分子物质。另外，在极少数极端耐旱植物中发现了海藻糖的存在。如果应用植物基因工程技术在不能合成海藻糖的植物中植入海藻糖关键酶基因，可以让这些植物不断累积海藻糖，并提升耐旱能力。

2.1.2   脯氨酸合成酶

脯氨酸具有较强的水溶性且拥有的偶极性能够实現疏水端与蛋白质之间有效的联结，结合后的疏水端与水分子会促进蛋白在脯氨酸的作用下获取更多的水分子，从而提升蛋白质水溶性，并且让这些可溶性蛋白质能够参与到渗透调节的过程中。同时，在脯氨酸促进水含量不断增加后可有效防止细胞产生脱水的问题，进一步阻止了蛋白产生变化的现象发生。在此过程中显著增强了脯氨酸具有的合成能力，从而达到提高植物耐旱能力的目标。

2.1.3   甜菜碱

甜菜碱属于季铵型水溶性生物碱范畴且为非毒性渗透调节物质。甜菜碱的作用不仅能实现植物细胞在受到干旱与盐碱影响时保持渗透平衡的状态，还具有稳定复杂性蛋白质高结构的能力，进而让植物在代谢时可保持酶类良好的活性。如果甜菜碱完成合成后不会产生进一步代谢的过程，形成的渗透调节剂则会表现出永久性或半永久性。近年来，研究人员在研究甜菜碱时，通过甜菜碱体外试验的过程可知，此碱可以稳定双螺旋DNA，还可以有效降低DNA退火温度的功能。因此，从研究中可了解到甜菜碱能够在水分胁迫的作用下实现转录与复制的过程。另外，还有研究学者通过研究认为，甜菜碱在胁迫条件解除后处于恢复期间时，蛋白质合成的过程得到加速。

2.2   抗氧化防御系统基因工程的研究进展

如果植物所处的环境存在较大的干旱胁迫，植物内部会产生活性氧，从而导致蛋白代谢、脂类代谢出现异常现象，存在的酶会失去活性且产生膜脂过氧化现象等。为了避免植物在面对干旱环境时产生活性氧并受到活性氧的侵害，促进植物细胞处于正常生理代谢，需要在植物体内植入抗氧化防御系统，实现有效清除活性氧的目标。经过研究学者深入研究后构建出一套防御系统，此系统是由酶系与抗氧化物质共同组成的，如过氧化物酶物质、超氧化物酶物质、过氧化氢酶物质、抗坏血酸物质、类胡萝卜素物质、含巯基低分子化合物等。如果植物受到干旱的影响而产生活性氧，这些物质会共同发挥出自身的功能，抵制活性氧对植物细胞的伤害。能够有效避免活性氧对植物细胞伤害的物质是SOD。如果植物在生长的过程中受到了干旱的胁迫会实施气孔关闭的过程，在气孔关闭后会减少氧气的输入量，从而增加超氧化物自由基的产生。同时，大幅度增加植物光呼吸的过程，产生大量过氧化氢，从而阻碍细胞正常的代谢功能且进一步影响了植物存活与正常生长，而SOD可有效清除植物中产生的过氧化氢，并促进植物抵御干旱环境。

2.3   胁迫蛋白的研究

胁迫蛋白为水孔蛋白，且具有水分运输的功能，并属于高度保守膜蛋白，其含有跨膜区段且连接方式为个环连接模式。分析水孔蛋白的功能可知，水孔蛋白可实现膨压的调节且能够促进细胞与介质之间实施被动式的跨膜水运输过程，还有效参与了水分长途运输的过程等。水孔蛋白具有的调节功能可分为两种模式，一是利用蛋白水平中拥有的磷酸化与脱磷酸化实施活性调节的过程，经过研究可知是CDPK充分发挥着作用，而影响CDPK活性与表达的因素为植物激素;二是通过调控基因水平达到调节目的。学者在研究水孔蛋白的表达时发现，此物质的特点为时空特异性，水孔蛋白表达的有效调节依靠的是植物发育的过程与干旱因素的干预。另外，还有一些研究学者经过研究发现，冰草高盐对于水孔蛋白会产生一定的影响且会促进mRNA水平快速下降。如果植物细胞内含有的渗透活性物质不断增加，也会对水孔蛋白具有的mRNA水平产生一定的影响，且会表现出mRNA水平逐渐恢复的过程。

2.4   脱水素的研究

脱水素与植物中的植物激素产生互相作用的过程，也需要针对两者的相互作用进行研究。经过学者研究后发现，ABA可以对脱水素进行诱导从而达到有效表达的目的，如果植物受到外源ABA的影响，会产生植物内含有的脱水素含量逐渐升高。另外，从一些相关报道中可知，植物激素并不是唯一影响脱水素表达的物质，只是还未研究出其他物质的干预机理。通过深入性的研究，在实际生产中应用高效诱导剂达到促进脱水素充分表达的目的，可以有效提升植物抗逆性能。还有相关研究表明，植物处于逆境状态结束进入恢复期后，脱水素含量会产生逐渐下降甚至消失的过程。

3   结束语

在全球干旱环境不断拓展下需开展植物基因研究工作，特别是植物耐旱基因的研究可实现植物在半干旱区域正常生长，进而利用植物改變半干旱区域的环境，促进生态环境的改善，进而达到实现人类可持续生存与发展的目标。另外，研究学者还要加大植物抗旱能力的研究力度，进而研发出耐旱能力更强的植物，促进与植物种植相关领域的快速发展。

参考文献：

[ 1 ] 王建红，任桂芳，冯慧.植物抗旱基因工程研究进展[J].北京园林，2003（1）：26-30.

[ 2 ] 张树珍，王自章.植物耐旱的分子基础及植物耐旱基因工程的研究进展[J].生命科学研究，2001（S1）：134-140.

[ 3 ] 江香梅，黄敏仁，王明庥.植物抗盐碱、耐干旱基因工程研究进展[J].南京林业大学学报（自然科学版），2001（5）：57-62.