[发明专利]一种提高氮素利用效率的基因串联超表达载体及其应用

说明书

一种提高氮素利用效率的基因串联超表达载体及其应用，所述载体上串联的基因为铵转运体基因和铵代谢基因。本发明首次提出将铵转运体基因和铵代谢基因同时组装到植物中，明确提升植物对铵态氮素的吸收利用的效率需同时考虑根系吸收与植株体内铵同化利用途径的协同增效，以打破体内铵积累对吸收造成的抑制作用，进而有效提高植物氮素利用率。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，特别涉及一种提高氮素利用效率的基因串联超表达载体及其应用。

背景技术

氮是植物生长发育所必需的三大矿质营养元素之一，氮肥施用对提高作物产量起着极其关键的作用。土壤中可供植物利用的无机态氮主要是铵态氮和硝态氮，在通气良好的土壤中，硝态氮是主要的氮素形式；而淹水环境或酸性土壤中，铵态氮是主要的氮素形式。通常，由于土壤类型、质地及氮肥施肥量、肥料种类及施肥方式的差异，促使土壤溶液中的硝酸根和铵离子浓度在0.1～10mM范围内变动。

在农业生产中，为了保证粮食产量，不得不施用大量氮肥。中国是目前世界上氮肥需求量最大的家，氮肥的大量投入是目前保障粮食产量的重要生产模式，而中国的主要作物氮素利用率偏低，远低于世界平均水平(严湘等2008)；盈余的氮素还会带来巨大的环境风险，因此，提高农作物的氮素利用效率在农业生产和环境优化上均具有重大意义。

植物的氮素利用包括吸收、同化等过程。水稻是重要的粮食作物，由于长期生长在淹水环境，其对土壤中占主导的氮素形态—铵态氮的吸收利用是保证水稻氮素营养的关键之一。水稻对铵的吸收主要是由根系定位的一家族铵转运体(Ammonium Transporter,AMT1)介导的，近年来的研究表明水稻AMT1的铵吸收功能受到底物铵在体内积累的自发抑制(Yang et al.,2015)，超表达AMT的转基因水稻仅在铵供应不足的情况下才能更好发挥促进铵吸收的效果,如超表达OsAMT1；1的水稻在0.3mM NH₄⁺条件下有较好的效果，当供铵达到3mM时, 其饱满粒减少、憋粒增多，总籽粒产量显著降低，因而氮素利用率显著降低(Ranathunge et al., 2014)。生产上为追求高产，往往不得不施用远超过水稻所需要的氮素化肥用量“堆砌”充足的氮素养分供应以发挥现有高产水稻品种如超级稻的增产潜力。这种高产高投的集约化生产模式不仅导致氮肥利用率持续走低，过量的氮也对环境造成更大的负面影响。如能在增强铵吸收环节的同时匹配上铵同化环节，及时同化掉吸收的铵以打破体内铵积累对吸收造成的抑制作用，促进植物体内铵吸收和同化利用途径的协同增效，在当今氮肥减量增效的国家迫切需求下将会具有重要的理论和现实意义。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种提高氮素利用效率的基因串联超表达载体及其应用，将铵转运体基因和铵代谢基因串联，以转化植物获得的超表达纯系植株，实现超表达纯系植株中铵的根系吸收与铵同化利用途径的协同增效，以打破植物体内铵积累对铵吸收造成的抑制作用。

技术方案：一种提高氮素利用效率的基因串联超表达载体，所述载体上串联的基因为铵转运体基因和铵代谢基因。

上述铵转运体基因的多核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述铵代谢基因的多核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。

上述提高氮素利用效率的基因串联超表达载体在提高植物氮素利用效率中的应用。