植物对矿质营养元素的跨膜吸收、转运和分配等过程都是由膜上离子转运蛋白来介导完成的。根据膜吸收转运蛋白对底物养分离子的亲和力大小，分为高亲和吸收转运蛋白和低亲和吸收转运蛋白两大系统。高亲和吸收转运蛋白基因受养分缺乏胁迫诱导上升表达，显著提高其所编码的蛋白丰度，并定位在质膜上，从而增强了根系对外界养分离子的吸收转运。比如拟南芥硼吸收转运基因NIP5；1，磷吸收转运基因Pht1；8、Pht1；9，钾吸收转运基因AKT1等，都是对应硼、磷、钾缺乏下特异诱导表达的基因。此外，养分胁迫下高亲和转运蛋白基因的上游调控因子、转录因子也受养分胁迫特异表达。比如，缺磷胁迫下甘蓝型油菜BnIPS1；1、BnIPS1；2、BnSPX3；1和BnSPX3；2基因表达显著上升，而在氮、钾、硫、铁、铜、锌等养分缺乏以及盐害、干旱下这些基因都不表达。因此，检测植物体内这些养分缺乏特异诱导的基因是否显著上升表达，就可判断体内该养分的丰缺状况。如检测到显著表达，则表明植物体内该养分处于缺乏状况，反之为正常或丰富状态，这样就可指导是否需要施肥。根据这个原理，国际上已有学者提出利用转基因技术培育能自我报告体内养分丰缺的智能植物。比如，将水稻缺磷特异诱导基因OsPT6的启动子连接紫色素基因，构建成OsPTpro6::Pr植物转化载体转化烟草，转基因烟草在缺磷7天时叶片出现紫色，21天时整个植株成为深紫色，恢复供磷后，叶片紫色逐渐缓解，14天时恢复正常。

开展植物基因诊断，检测植物体内养分胁迫特异基因表达与否的方法很多，截至2018年底主要有RNA印迹杂交、聚合酶链式反应和基因芯片技术等。

RNA印迹杂交。RNA印迹杂交是核酸杂交中的一种，是从核酸分子混合液中检测某一特定核酸分子是否存在的一种技术。其主要步骤是将提取的植物组织或器官的总RNA或mRNA用变性凝胶电泳分离后，将它们原位转移到尼龙膜上，然后在适宜的离子强度和温度等条件下，用特异的基因探针与膜杂交，通过探针的标记性质检测是否产生杂交体。若检测到杂交的谱带，表明所检测的植物组织内该特异基因已有表达，谱带的深浅强度表明该特异基因表达量的强弱。反之，没有检测到杂交谱，则表明该特异基因没有表达。

聚合酶链式反应（PCR）。利用聚合酶链式反应技术检测某一特异基因的表达，常用的方法有RT-PCR（Reverse Transcription-PCR）和Real Time PCR。RT-PCR也称反转录PCR，指将提取的植物组织或器官的总RNA（mRNA）反转录成cDNA，然后根据PCR的技术原理，以cDNA为模板，利用基因特异引物，扩增目标基因。Real-Time PCR又称实时定量荧光PCR，指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号累积实时测定特异性产物的量。

基因芯片技术。基因芯片也称生物芯片和DNA芯片，它的基本原理是核酸杂交。此技术的基本过程是将许多特定的寡核苷酸片段或基因片段作为探针，有规律的排列固定于支持物上，形成矩阵点。提取的植物组织或器官的DNA/RNA通过PCR扩增、体外转录等技术掺入荧光标记分子，然后按碱基配对原理进行杂交，再通过荧光检测系统等对芯片杂交结果进行扫描，并配以计算机系统对每一探针上的荧光信号做出比较和检测，从而得出所要的信息。

植物矿质养分参与体内生理生化过程，养分胁迫导致生理生化反应发生变化，由此影响植物生长发育和产量品质。当植物因养分胁迫在形态上表现症状，说明植物已受到严重伤害，因此利用植物形态诊断植物营养丰缺的方法来指导施肥为时已晚，可能无法恢复正常产量。而响应养分胁迫的基因表达变化发生在生理生化和形态症状之前，因此基因诊断是早期的诊断方法，在及时补施保障产量品质方面有明显的优势。