養(yǎng)殖廢水中高濃度銨的去除是治理農(nóng)業(yè)面源污染的熱點和難點問題。利用綠狐尾藻構建的人工濕地，在控制農(nóng)業(yè)面源污染特別是高銨污染廢水具有顯著效果。但綠狐尾藻耐高銨的分子生理機制仍不清楚。
中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究員團隊以耐高銨的濕地植物綠狐尾藻為研究對象，借助二代轉錄組和三代轉錄組測序技術，比較研究了綠狐尾藻在不同銨濃度處理下相應基因的表達差異及其生理響應。研究結果表明：在高銨條件下，綠狐尾藻下調了根系中銨轉運蛋白(AMTs)基因的表達，避免了過多銨的吸收；另一方面，通過增加銨同化基因的表達，比如：谷氨酰胺合成酶(GS)，谷氨酸合成酶(GOGAT)，谷氨酸脫氫酶(GDH)和天冬酰胺合成酶(AS)基因，增強了銨在體內的同化，及時將銨轉化成氨基酸，降低了過多的銨對細胞造成的毒害（圖一）；此外，上調表達的過氧化氫酶(CAT)基因有助于清除體內由于過量銨誘導產(chǎn)生的活性氧，葉綠素a/b結合蛋白（LHC）基因的上調表達提高了綠狐尾藻葉片捕獲光，并將光能轉化為化學能的能力，為銨同化提供了充足的碳源（圖二）。此研究不僅提供了綠狐尾藻高效治理高銨養(yǎng)殖廢水的理論依據(jù)，同時也對高氮背景下提高作物氮素利用率具有重要的指導價值。
在吳金水研究員和李寶珍副研究員指導下，該研究結果以Transcriptomic and physiological analysis revealed the ammonium tolerance mechanisms of Myriophyllum aquaticum為題發(fā)表在Environmental and Experimental Botany。該研究得到國家自然科學基金面上項目、中國科學院戰(zhàn)略性重點研究項目、中國科學院前沿科學重點研究項目和湖南省水利科技攻關項目資助。
圖一 不同銨條件下（N1:0.2 mM; N2:10 mM; N3:70 mM）氮代謝路徑中差異表達基因熱圖和關鍵同化產(chǎn)物含量
圖二 綠狐尾藻耐高銨機制模式圖