[发明专利]一种提高植物氮素营养利用率的专用载体与应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体涉及一种提高植物氮素营养利用率的专用载体的构建及其应用。

背景技术

氮是植物重要的营养元素，植物吸收的氮素形态主要有无机态氮(硝态氮和铵态氮)和有机态氮(如尿素、各种氨基酸等)。虽然各种形态氮吸收利用的形式是不同的，但进入植物体后都要经过谷氨酸或谷氨酰胺的转氨作用形成不同的氨基酸，进而最终合成蛋白质。氮素的吸收和同化与植物的很多生理过程(如光合作用、光呼吸等)、产量和品质紧密相关(刘文国，范学科，马安良.2002.植物体对氮吸收和同化过程的研究进展.杨凌职业技术学院学报.1(2)：17-19)。氮是植物生长的限速因子，植物如果缺乏氮营养，不仅蛋白质、核酸、磷脂等物质的合成受阻；而且植物生长矮小，分枝、分蘖很少，叶片小而薄，花果少而易脱落。缺氮还会影响叶绿素的合成，使枝叶变黄，叶片早衰甚至干枯，从而导致作物生长不良，产量降低。因此所有农作物的生长都需要施用无机氮肥。植物从环境中获得的氮大都是以无机盐形式存在(主要是硝酸盐和铵盐)，植物无法直接利用这些无机盐形式的氮，必须将其转化成有机态的氮或有机氮化合物才能被植物利用。氮同化过程是植物的基本生理过程之一。其主要途径是经过硝酸盐还原为铵后直接参与氨基酸的合成与转化，接着进行蛋白质合成，最后经过蛋白质的修饰、分类、转运及储存等过程成为植物有机体的组成部分。此外，氮同化过程还与植物的碳代谢等相互协调，共同成为植物生命活动的基本过程(Song JM，Tian JC，Zhao SJ.1998.Relationship betweenphotosynthetic carbon and nitrogen metabolism in plants and itsregulation.Plant Physiol Commun.34：230-238)。

氮素又是世界农业生产中消耗量和浪费量最大的元素之一。氮肥通常是在高温高压下生产的，需要消耗大量能源(煤炭、石油等)；而农业生产中施用的氮肥只有30％左右可以被农作物吸收，其余大部分进入地下水，造成水体和环境污染。此外，长期施用化肥还造成土壤板结，严重影响农业的可持续生产。随着人口数量激增、能源危机、环境污染等世界性难题的加剧，如何提高植物的氮素利用效率成为当前植物营养学的研究热点。Clark等(Clark RB，DuncanRR.1991.Improvement of plant mineral nutrition through breeding.FieldCrop Res.27：219-24)指出：人类在通过施用化肥改变土壤环境满足植物需要方面取得了巨大成绩，但这种途径并不是最实用和经济的办法，可以运用遗传学方法提高植物对土壤环境逆境的适应性。这种办法不仅可以降低生产成本、减少环境污染，而且对动物和人类的健康有益。可见选育出耐瘠薄或具有高氮素利用效率的新品种用于农业生产势在必行。