本发明专利技术公开了一种植物磷素营养快速诊断和可视化动态监测方法及其重组表达载体的应用。用特异地响应缺磷信号的启动子调控植物花青素合成途径基因表达的重组表达载体转化到植物中获得转基因植物，在磷素供应充足时，转基因植物叶片保持原有绿色；在磷素养分缺乏时，启动子特异的驱动花青素合成基因的过量表达，使转基因植物叶片上花青素大量积累，植物叶片变成深紫色；在重新供应充足磷素养分时，转基因植物可在短期内恢复绿色，从而达到可视化动态监测植物磷素养分的目的。本发明专利技术方法可灵敏而专一的监测植物体内磷素养分的动态变化，同时结合遥感技术的应用可实现大面积快速监测植物磷素养分供应状况，从而指导田间合理施肥。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种植物磷素营养快速诊断和可视化动态监测方法及其重组表达载体的应用。用特异地响应缺磷信号的启动子调控植物花青素合成途径基因表达的重组表达载体转化到植物中获得转基因植物，在磷素供应充足时，转基因植物叶片保持原有绿色；在磷素养分缺乏时，启动子特异的驱动花青素合成基因的过量表达，使转基因植物叶片上花青素大量积累，植物叶片变成深紫色；在重新供应充足磷素养分时，转基因植物可在短期内恢复绿色，从而达到可视化动态监测植物磷素养分的目的。本专利技术方法可灵敏而专一的监测植物体内磷素养分的动态变化，同时结合遥感技术的应用可实现大面积快速监测植物磷素养分供应状况，从而指导田间合理施肥。【专利说明】一种植物磷素营养快速诊断和可视化动态监测方法及其重组表达载体的应用
本专利技术属于基因工程
，涉及一种植物磷素营养快速诊断及可视化动态监测方法及其重组表达载体的应用。
技术介绍
磷是植物生长发育过程中最为重要的大量矿质营养元素之一，广泛参与植物体内的能量转移、信号转导、生化合成等代谢过程。然而由于磷在土壤中容易被固定和沉淀，且植物从土壤中吸收的主要是无机态正磷酸盐，因此相对于其他营养元素，磷在土壤中的移动性和有效性均很低，这也常常成为农田及自然生态系统中植物生长的主要限制因子之一 0施加磷肥是农业耕作系统中解决作物缺磷、提高产量和品质的重要手段。但是80%以上施加的磷肥被土壤矿物固定而不能被植物吸收利用。为了确保作物产量，农民通常在土壤中过度施加磷肥，这样极易造成土壤磷含量超标。过度施用的磷肥随着雨水的冲刷进入水体造成水体富营养化等生态环境污染问题。另一方面，磷矿作为一种非可再生资源，按照目前的开采速度，世界上已探明的磷矿将趋于耗尽。因此通过有效的生物技术手段，提高与完善磷肥的使用与管理，减少对不可再生磷资源的利用对于缓解磷资源的危机有重要意义。 在磷素养分供应不足时，植物会出现矮化，生长发育不良，叶色深绿等表型，但这些表型往往出现在缺磷严重并已影响植物生长的情况下，而此时已经滞后于最佳的施肥时间。传统的定性分析磷素养分供应状况的方法是通过测定植株叶片可提取磷含量和土壤有效磷含量来指导施肥。近年来我国大力推行地“测土配方施肥”项目就是以此为基础进行的。然而这种传统的生理检测方法需要破坏性采样，且高度依赖于实验条件和设备，需要专业人员操作，并不适用于大规模简单便捷的田间监测。随着生物技术的迅速发展，对植物缺磷信号转导途径的分子生物学研究将作物的缺磷诊断深入到了分子水平。将响应缺磷信号的基因启动子融合报告基因后转入受体植物，通过检测报告基因的表达指示植物磷素养分缺乏状况。这一方法同时也应用于突变体筛选。常见的报告基因有三种:GUS ( β - glucuronidase)、LUC(Luciferase)和各种荧光蛋白(Fluorescent Protein)，如黄色荧光蛋白(YFP)、绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白(RFP) 。虽然这些报告基因可灵敏的指示植物磷素养分状况，但是其测定仍然需要依赖于破坏性采样，复杂的实验操作和精密的实验仪器，同样无法实现大规模田间监测。此外由于这些报告基因大多来源于细菌基因组，其对植物体、人体及生态环境的影响具有一定的不确定性。花青素属于黄酮类物质亚家族，通常存在于植物细胞液泡中。作为植物体内的一种天然色素，花青素可促进植物授粉、种子传播、防止紫外线对植物光合组织的侵害等；在人体内，适量的花青素可抗衰老、预防心脑血管疾病，保护肝脏健康。由于花青素具有吸光性，因此其在植物体内的积累可使植物组织呈现出红、紫、蓝等肉眼易辩的色彩。目前对花青素的研究应用主要集中在培育花卉新品种及研制抗氧化保健食品等领域，将其作为可视的报告基因在生物技术工程领域的应用研究仍是空白。1.Abel S，Ticconi CA, Delatorre CA (2002) Phosphate sensing in higherplants.Physiologia Plantaruml15:1 - 8.2.Raghothama KG(1999)Phosphate acquisition.Annual Review of PlantPhysiology and Plant Molecular Biology50:665 - 693.3.Barber SA(1980)Soil - plant interactions in the phosphorus nutritionof plants.The role of phosphorus in agriculture:591 - 615.4.Holford I (1997) Soil phosphorus:1ts measurement, and its uptake byplants.Australian Journal of Soil Research35:227 - 240.5.Ticconi CA，Abel S(2004)Short on phosphate:plant surveillance andcountermeasures.Trends in plant science9:548 - 555.6.Vance CPj Uhde - Stone Cj Allan DL(2003)Phosphorus acquisition anduse: critical adaptations by plants for securing a nonrenewable resource.NewPhytologistl57:423 - 447.7.Cordell Dj Drangert J-Oj White S (2009) The story of phosphorus:Globalfood security and food for thought.Global Environmental Changel9:292 - 305.8.Van Vuuren Dj Bouwman A, Beusen A(2010)Phosphorus demand for thel970 -2100period:a scenario analysis of resource depletion.Global EnvironmentalChange20:428 - 439.9.Walworth J，Sumner M(1987)The diagnosis and recommendation integratedsystem(DRIS).Advances in soil science: Springer, pp.149 - 188.10.Hammond JP，Bennett MJj Bowen HCj Broadley MR, Eastwood DC, et al.(2003)Changes in gene expression in Arabidopsis shoots during phosphate starvationand the potential for developing smart plants.Plant Physioll32:578 -本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种植物磷素营养快速诊断及可视化动态监测方法，其特征在于用特异地响应缺磷信号的启动子调控植物花青素合成途径相关基因表达的重组表达载体转化到植物中获得转基因植物，在磷素供应充足时，转基因植物叶片保持原有绿色；在磷素养分缺乏时，响应缺磷信号的启动子特异的驱动花青素合成途径相关基因的过量表达，使转基因植物叶片上花青素大量积累，植物叶片变成深紫色；在重新供应充足磷素养分时，转基因植物可在短期内恢复绿色，从而达到快速诊断植物磷素营养状况，以及灵敏地可视化动态监测植物磷素养分的目的。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐国华，李依婷，顾冕，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：
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