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谷氨酰胺合成酶在植物氮循环中催化谷氨酸和NH4+合成谷氨酰胺,从而参与植物含氮化合物的新陈代谢。植物中的谷氨酰胺合成酶主要分为两类:胞质型的谷氨酰胺合成酶Ⅰ(GS1)和质体型的谷氨酰胺合成酶Ⅱ(GS2)。GS1主要存在于非光合器官中,功能是与谷氨酸合酶(GOGAT)共同指导谷氨酸的合成,对于NH4+同化和再同化有着重要作用,因此对GS1功能和分子机理的研究和应用对作物氮高效利用具有重要意义。本研究以玉米谷氨酰胺合成酶Ⅰ基因过表达遗传转化(zmGS1ox)转基因植株中T2代个体为材料,筛选并验证玉米zmGS1ox植株中T2代个体,分别进行氮处理,开展阳性转化体与对照相比,分子水平上的拷贝数差异,转录水平的基因表达差异,低氮逆境下的表型鉴定。结论如下:1.过表达谷氨酰胺合成酶基因提高了植株对低氮胁迫的适应性。低氮条件下,过表达谷氨酰胺合成酶基因能够降低植物茎部花青苷的积累、降低植株的根冠比、减少根长和根系表面积。2.过表达谷氨酰胺合成酶基因提高了玉米植株主要组织器官的谷氨酰胺合成酶基因表达量和活力。低氮条件下,在苗期的根和叶片中,过表达株谷氨酰胺合成酶基因的表达量、叶绿素含量以及根中的谷氨酰胺合成酶活力均显著高于对照,说明导入的外源基因在植株中过表达,引起了叶绿素含量以及谷氨酰胺合成酶活力的提高,而低氮条件和正常氮条件下叶片中谷氨酰胺合成酶活力并没有显著提高,可能是因为苗期叶片中玉米谷氨酰胺合成酶基因在翻译水平上受到抑制。3.过表达谷氨酰胺合成酶基因能够提高叶片中叶绿素含量和光合作用,改善叶片光化学效率。低氮条件下,过表达株的叶绿素相对含量高于对照株,且差异显著;正常氮条件下过表达株叶绿素相对含量与对照株在六叶期和散粉期差异显著,授粉后无显著差异。过表达株的光合潜力和光化学效率都显著高于对照株,非光化学猝灭明显低于对照株。正常氮水平下,过表达株的光合潜力和光下光化学潜力都显著高于对照株,但两者的实际光化学效率和电子传递效率差别不大。低氮水平下过表达株通过降低非光化学猝灭,从而改善叶片的光化学效率。4.过表达谷氨酰胺合成酶基因具有提高玉米产量的潜力。两种不同氮水平,过表达株的植株干重高于对照株,且差异显著;过表达株籽粒数和百粒重虽高于对照株,但无显著差异;两种氮水平下,过表达株的籽粒氮含量高于对照株,在低氮水平差异显著,表明过表达谷氨酰胺合成酶基因具有提高玉米产量的潜力。