一种从植物中提取天然硅体的方法技术

本发明专利技术公开了一种从植物中提取硅体的方法。该方法，包括以下步骤：１）在含有去垢剂的缓冲溶液中破碎植物细胞，得到匀浆液；收集所述匀浆液中直径在２－１ｍｍ以下的细胞壁碎片；反复漂洗所收集的细胞壁碎片，直到沉降之后的上清液颜色透明且无悬浮颗粒，得到含有粗硅体和硅质化细胞壁的沉淀；２）将步骤１）得到的含有粗硅体和硅质化细胞壁的沉淀与０．５－３％ＳＤＳ或ｔｒｉｔｏｎ　　Ｘ－１００漂洗液，保温０．５－１ｈ，收集沉淀；３）将步骤２）中收集的沉淀用丙酮或乙醚进行漂洗，直至无黄色物质析出；再用１－８ｍｏｌ.Ｌ↑［－１］的ＮａＣｌ溶液或０．１－０．５ｍｏｌ.Ｌ↑［－１］的ＣａＣｌ↓［２］溶液漂洗，得到的沉淀为硅体和硅质化细胞壁的混合物；４）将步骤３）得到的硅体和硅质化细胞壁的混合物通过滤径为３０－９０μｍ的筛网过滤，收集滤液得到硅体。

【技术实现步骤摘要】
一种从植物中提取天然硅体的方法
本专利技术涉及一种从植物中提取天然硅体的方法。
技术介绍
禾本科植物是典型的积累硅的植物，以前人们并不了解硅的生理功能，但是，近几年来，大量的研究已经充分地证明，硅对保证植物的健康生长具有重要的作用，硅可提高植物的产量，增加机械强度，提高其对病虫害、干旱、抗紫外胁迫、盐害及重金属胁迫的抗性，因此硅是一种具有广谱抗性的元素。此外，硅对人类健康也起着重要作用，研究发现，硅能促进人体骨骼的发育，还能减少人们对食物中神经毒性元素铝的摄入，防止早老性痴呆症。由于硅体形态具有种类专一性，并且其形态及分布受环境因子的影响很小，是很明显的遗传控制，所以硅体常用作系统分类学研究的一个特征以及用来鉴定种属类别，近年来，由于在考古学中的应用，硅体的研究逐渐得到重视。然而，硅在禾本科植物中的积累也降低了牲畜对秸秆饲料的消化率，降低了麦秸等造纸原料的纸浆产率。因此，近年来，人们迫切需要了解植物体内控制硅沉积的机制，一方面，希望通过分子遗传手段增加经济作物中硅的含量(特别是含硅量低的双子叶植物)，这既可以培育出具有高产和抗逆作用的优良品种，也可以增加人体对硅的摄入量；另一方面，又希望通过敲除或抑制硅沉积的基因，培育出含硅量低的、适合于牲畜食用的禾本科饲料作物或造纸专用的植物品种。因此，阐明植物控制硅沉积的分子机制，在作物抗逆性状的分子改良、畜牧业、造纸业及保健医学等方面具有重要的应用前景。为了揭示生物体系中纳米硅材料的合成机理，首先必须获得大量的含有天然有机活性成分的硅体，即天然硅体，然后搞清硅体中有机大分子物质的生物化学性质。最近，德国生物科学家Krger等(Krger N.，R.Deutzmann，E.Brunner，M.Sumper.2000.Species-specific polyamine from diatoms control silicamorphology.Proc.Natl.Acad.Sci.USA，97(26)：14133-14138；Krger N.，R.Deutzmann，M.Sumper.1999.Polycationic peptides from diatom biosilicathat direct silica nanosphere formation.Science，286：1129-1132；KrgerN.，S.Lorenz，E.Brunner，M.Sumper.2002.Self-assembly of highly-->phosphorylated silaffins.Science，298：584-586)，报道从硅藻(Cylindrotheca fusiformis)细胞壁中提取的天然硅体中分离出一组富含碱性氨基酸和多胺侧链的多价阳离子蛋白(Silaffins)，体外试验证明其中一些带正电荷的蛋白能与可溶性寡聚硅酸微粒发生静电相互作用，在几秒内诱导硅沉淀的形成，而另一些蛋白具有控制硅体形态的作用。与此同时，美国学者Cha等(ChaJ.N.，D.S.Galen，D.E.Morse，T.J.Deming.2000.Biomimetic synthesisof ordered silica structures mediated by block copolypetides.Nature，403：289-292；Cha J.N.，K.Shimizu，Y.Zhou，S.C.Christiansen，B.F.Chmelka，G.D.Stucky，D.E.Morse.1999.Silicatein filaments and subunits froma marine sponge direct the polymerization of silica and silicones in vitro.Proc.Natl.Acad.Sci.USA，96：361-65)报道，在海绵中分离到一种能够催化有机硅氧烷聚合形成纳米硅材料的硅蛋白(Silicatein)，这种蛋白含有大量的羟基氨基酸，其中的羟基与寡聚硅酸分子上的羟基通过氢键作用催化纳米二氧化硅颗粒的形成。以上重要突破引起了国际植物营养学界、医学界及仿生纳米材料学科的广泛关注。以上研究都以简单的低等海洋生物为材料，在研究硅沉积机理方面取得了突破性的进展，发现了控制硅沉积的蛋白质和基因。由于单细胞的硅藻或海绵细胞壁结构简单，从它们的棘刺和硅化的细胞中较易得到大量纯净的含有天然活性成分的硅体。而对于高等植物来说，由于它们是由多细胞构成的，其中的硅体分散在各种非硅质化的组织之中，很难将天然硅体从中分离出来，目前大多采用强腐蚀性化学试剂处理或高温灼烧的方法将非硅质化的有机成份降解，以便获得没有其它有机质污染的纯净的硅体。Harrison(Harrison C.C.1996.Evidence for intramineral macromolecules containing protein from plantsilica.Phytochem.，41：37-42)和Perry和Tucker(Perry C.C.，T.K.Tucker.2003.Model studies of colloidal silica precipitation usingbiosilica extracts from Equisetum telmateia.Colloid.Polym.Sci.，281：652-664)的实验显示，与硅体紧密结合的蛋白质(称之为硅结合蛋白)可能是催化硅酸聚合的主要“模板”分子，因而认为高等植物硅体中存在着和硅藻海绵类似的控制硅沉积的蛋白，但由于他们采用湿消化法用浓硫酸、浓硝酸和高氯酸的混合液分离硅体，不可避免地造成了对硅体内部有机物的破坏，至今未能分离出完整的具有催化硅酸聚合能力的蛋白质。综上所述，虽然不少研究已经证明硅体的形成受遗传控制，而且，一些研究-->者已经在低等海洋生物中发现了控制硅沉积的蛋白质和基因，但是，在高等植物中，由于缺乏分离天然硅体的方法，目前还未能找到控制硅沉积的蛋白质和基因，高等植物控制硅沉积的机理仍不完全清楚。有资料显示禾本科植物体内可溶性硅的浓度只有2-5mmol·L-1，而硅藻细胞内可溶性硅的浓度高达20-100mmol·L-1(Kaufman P.B.，P.Dayananda，Y.Takeoka，W.C.Bigelow，J.D.Jones，R.Iler.1981.Silica in shoots of higher plants.In：Simpson T.L.，B.E.Volcani，eds.Silicon and siliceous structures in biological systems.NewYork：Springer-Verlag，409-449；Epstein E.1999.Silicon.Annu.Rev.PlantPhysiol.Plant Mol.Biol.，50：641-664)，这说明随着生物自然演化的进程，高等的禾本科植物比低等植物具有更强的合成纳米硅材料的能力，它能使硅的沉积反应在很低的硅浓度下进行，因此具有更大的仿生学研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从植物中提取硅体的方法，包括以下步骤：１）在含有０．５－３％的ＳＤＳ或ＴｒｉｔｏｎＸ－１００的缓冲液中破碎植物细胞，得到匀浆液；收集所述匀浆液中直径在１－２ｍｍ以下的细胞壁碎片；反复漂洗所收集的细胞壁碎片，直到沉降之后的上清 液颜色透明且无悬浮颗粒，得到含有粗硅体和硅质化细胞壁的沉淀；２）将步骤１）得到的含有粗硅体和硅质化细胞壁的沉淀在含有０．５－３％的ＳＤＳ或ｔｒｉｔｏｎＸ－１００的缓冲液中，进行保温处理后收集沉淀；所述保温处理为５０－９５℃保温０ ．５－１ｈ；３）将步骤２）中收集的沉淀用丙酮或乙醚进行漂洗，直至无黄色物质析出；再用１－８ｍｏｌ.Ｌ↑［－１］的ＮａＣｌ溶液或０．１－０．５ｍｏｌ.Ｌ↑［－１］的ＣａＣｌ↓［２］溶液漂洗，得到的沉淀为硅体和硅质化细胞壁的混合物； ４）将步骤３得到的硅体和硅质化细胞壁的混合物通过滤径为３０－９０μｍ的过滤，收集滤液，得到纯化的硅体沉淀；所述百分含量均为质量百分含量。

【技术特征摘要】
1、一种从植物中提取硅体的方法，包括以下步骤：1)在含有0.5-3％的SDS或Triton X-100的缓冲液中破碎植物细胞，得到匀浆液；收集所述匀浆液中直径在1-2mm以下的细胞壁碎片；反复漂洗所收集的细胞壁碎片，直到沉降之后的上清液颜色透明且无悬浮颗粒，得到含有粗硅体和硅质化细胞壁的沉淀；2)将步骤1)得到的含有粗硅体和硅质化细胞壁的沉淀在含有0.5-3％的SDS或triton X-100的缓冲液中，进行保温处理后收集沉淀；所述保温处理为50-95℃保温0.5-1h；3)将步骤2)中收集的沉淀用丙酮或乙醚进行漂洗，直至无黄色物质析出；再用1-8mol·L-1的NaCl溶液或0.1-0.5mol·L-1的CaCl2溶液漂洗，得到的沉淀为硅体和硅质化细胞壁的混合物；4)将步骤3得到的硅体和硅质化细胞壁的混合物通过滤径为30-90μm的过滤，收集滤液，得到纯化的硅体沉淀；所述百分含量均为质量百分含量。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述破碎植物细胞是先用液氮冷冻植物样品并在研钵中磨碎植物组织，然后在含有质量百分含量为0.5-3％SDS或Triton X-100的缓冲液中，用高速组织捣碎机破碎植物细胞。3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤1)和步骤2)中所述缓冲溶液为pH为6.8-7.6的浓度为0.05-0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贺，史新慧，李文彬，覃闯登，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]