南方粮油作物协同创新中心PI张振华博士领导的创新团队的研究结果表明，与其他轮作方式相比，冬油菜轮作可以显著改善稻田土壤质量，增加根际土壤微生物数量，提高土壤养分的可利用性，最终提高粮油作物的氮素利用效率，可在次年使水稻增产5-15%(植物生理学，2016；《土壤、植物和土壤的生物学和肥力》，G3，2018年)。然而，运米车也面临着巨大的挑战，其中水田油菜涝渍问题亟待解决。
最近，该团队对影响稻田油菜籽养分高效利用的渍水问题进行了研究，并在《植物生理学》上发表了一篇题为“与NRT 1.1相关的NH4+毒性与NH4+吸收和同化之间的失衡有关”的研究论文。揭示了拟南芥NRT1.1的信号功能调节铵的吸收和碳氮代谢的解耦，增强植物对铵胁迫的敏感性。研究结果为理解水稻渍水条件下植物铵毒害的机理和提高油菜对氮素营养的利用效率提供了理论支持。
铵态氮(NH4+-N)作为植物使用的无机氮源，在植物的生长发育中起着重要作用。然而，生长环境中高浓度的NH4+容易对植物造成毒性作用，抑制植物生长，降低作物产量。在农业生产中，由于过量施肥和土壤淹水导致土壤氧化还原电位下降，经常出现植物铵中毒现象。早在2011年，日本学者Takushi Hachiya就发现拟南芥NRT1.1突变体chl1-1和chl1-5对高浓度NH4+(10 mM)的耐受性增强，但NRT1.1参与植物铵毒性调控的机制尚不清楚。
本研究发现，NRT1.1在(NH4)2SO4环境中通过信号调节诱导根中NH4+吸收转运蛋白的表达，从而增强了生长环境中NH4+的吸收。此外，根系NH4+同化途径的GS/GOGAT循环显著降低，但PK酶活性不受显著影响，导致植物体内NH4+大量积累，碳氮代谢失衡，诱导乙烯产生，促进植物衰老。(NH4)2SO4对nrt1.1突变体根中NH4+吸收转运蛋白的诱导作用不显著，对GS/GOGAT循环的影响不显著，但GDH活性显著提高。通过NH4+吸收和同化的协同作用，降低了植物对NH4+的积累，减轻了铵毒害的发生。
模式图:植物通过信号作用调节碳氮代谢平衡和铵态氮吸收，从而影响植物对铵态氮毒性的耐受性
本文第一作者是湖南农业大学资源与环境学院博士生简少芬。作者是湖南农业大学“南方粮油作物协同创新中心”皮张振华博士。本文作者为湖南农业大学关春云院士和宋海星教授。该研究得到了国家重点研发项目(2017YFD0200103，2017YFD0200100)的资助。
研究背景参考文献:
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(2)卢生、乔乐坡、宋海星、关春云、张振华*。通过改善土壤结构、根际微生物群落和水稻土的养分生物有效性，在长期轮作制度下提高水稻产量。《土壤生物学与肥力》，2018年，https://doi.org/10.1007/s00374-018-1315-4
③陈、、*。通过与代谢组学和生理学分析相结合的比较，发现在不同的酸碱度条件下，活性氧介导的氧化还原信号会影响水稻的生长和细胞内氧稳态。植物与土壤，2018，https://DOI:10.1007/s 11104-018-3859-3
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(5)华、周婷、、、关春云、*。基因组学辅助鉴定和表征异源四倍体rap基因型氮利用效率差异的遗传变异。G3-基因基因组遗传学，2018，doi:10.1534/g3.118.200481
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