铝(Al)毒显著限制了酸GSK126价格性土壤中植物的生长,缓解和修复酸性土壤中Al毒害问题已成为一个重要的研究领域。本研究根据水稻自身的解Al毒机制,通过基因工程技术成功构建携带水通道蛋白OsTIP2-1基因的酵母工程菌株,并将其用于含Al废水处理和提高酸性土壤中农作物抗Al性的实际应用中。同时也将定位于水稻根细胞膜且已被验证具有解Al毒作用的Os NIP1-2酵母工程菌与其同时添加,提高对含Al废水的处理效果,为获得解决环境中Al污染问题的有效方法奠定基础。首先分析了水稻OsTIP基因家族成员对Al毒胁迫的表达特性,结果表明OsTIP2-1显著受Al毒诱导表达;进而利用激光共聚焦显微技术确定了OsTIP2-1定位于液泡膜上;然后利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对野生型水稻中的OsTIP2-1基因进行编辑,获得了OsTIP2-1功能缺失突变体水稻,并以GDC-0068溶解度野生型水稻为对照,分析了突变体水稻在Al胁迫下的生长状况及其各部位的Al含量,结果表明,Al胁迫特异性且快速地诱导了OsTIP2-1在根中的表达,在两个独立的水稻品系中,OsTIP2-1的功能突变显著提高了水稻对Al的敏感性,但对其他金属的敏感性没有提高。与野生型水稻相比,ostip2-1突变体在根中的Al累积较少,在茎叶中的Al积累较多,表明OsTIP2-1参与了Al在水稻根部的过量累积,并限制了其向茎部的迁移。另外,与野生型水稻相比,ostip2-1突变体在细胞壁中的Al积累基本不变,而在细胞汁液的Al积累显著减少,说明OsTIP2-1在将Al转运和储存于根系液泡中的过程中发挥了重要功能。将OsTIP2-1+GFP的融合蛋白在酿酒酵母BY4741中异源表达,发现OsTIP2-1也定位于酵母菌液泡膜。铝毒耐受性实验结果表明,转入OsTIP2-1的酵母菌株比对照菌株对铝毒胁迫的耐受性更高,说明定位于液泡膜的OsTIP2-1通过促进酵母细胞质中Al隔离到液泡中来解Al毒,可作为后续工程菌株加以应用。将构建成功的OsTIP2-1工程菌株投加到Al污染废水中,结果表明,与野生型(转入空载体p YES2)酵母菌相比,过量表达OsTIP2-1基因的工程菌株对Al的去除率和吸收有所增加但不显著,而转化Os NIP1-2基因的工程菌株对Al的去除和吸收有显著增加,这可能与Os NIP1-2定位于细胞膜,而OsTIP2-1定位于液泡膜有关;但将两种工程菌同时投加时,其对Al的去除与吸收远远大于单独投加一种菌。究其原因,可能是由于Os NIP1-2定位于细胞质膜,能够直接接触Al污染水体中的Al,从而对其具有更直接的吸收或转化作用,Personal medical resources而OsTIP2-1定位于液泡膜,其无法直接吸收或转化环境中的Al,因此,其对Al的去除效果不太明显。此外,Os NIP1-2和OsTIP2-1显示出相似的细胞特异性定位,Os NIP1-2和OsTIP2-1同时添加时可能协同作用,即Os NIP1-2转运的Al被OsTIP2-1隔离到细胞液泡中。因此而同时投加两种工程菌株可以显著提高Al的去除率,从而解决了OsTIP2-1工程菌株对Al去除率低的问题。将OsTIP2-1工程菌株投加到水稻水培溶液中,在两个不同品种的野生型水稻(R1、R2)水培研究中,野生型菌株(转入空载体p YES2)、Os NIP1-2工程菌株和OsTIP2-1工程菌株的投加均使野生型水稻根生长得到了促进,但OsTIP2-1工程菌株效果更加显著,Os NIP1-2工程菌株次之。另外,投加工程菌株使得两种野生型水稻根部Al的含量减少。这说明Os NIP1-2、OsTIP2-1基因赋予了酵母菌株对抗Al毒的能力,从而使得这两种工程菌株促进Al环境下野生型水稻的生长。究其原因,可能是在酵母菌株中定位于细胞膜的Os NIP1-2和定位于液泡膜的OsTIP2-1具有在植物细胞中转运Al毒的协同作用,其分别将Al转运到酵母细胞质和液泡中,以减轻Al对水稻的毒害作用。