文章信息
通讯作者：郭旋，杜连凤
通讯单位：北京市农林科学院
亮点
研究进展
RNA-seq分析显示（图4），NH4+–N和NO3-–N处理下分别有数百至数千个共同差异表达基因（DEGs）。NH4+–N处理下下调的DEGs多于上调，而NO3-–N处理下则相反。GO和KEGG富集分析显示，这些DEGs主要参与氮代谢相关过程，但在NO3-–N处理下还涉及氧化还原反应。特别地，SMX处理在NH4+–N组中与光合作用相关途径富集，而所有抗生素在NO3-–N处理下均与光合作用相关途径富集，提示NO3-–N可能诱导光合作用过程。此外，SMX处理在两个组中均高度富集于“内质网中的蛋白质加工”，表明SMX诱导蛋白质分泌。
综合以上分析，M. aquaticum主要通过吸收和代谢来去除NH4+–N和NO3-–N，但抗生素的存在会影响其去除能力（图5）。抗生素的类型和浓度是决定其促进或抑制作用的关键因素，可能的机制与去除途径、碳代谢、光合作用和氧化应激有关。
【1】吸收与代谢：NH4+–N和NO3-–N通过两步进入植物体内：吸收和代谢。抗生素对NH4+–N的吸收无显著影响，但会阻碍NO3-–N的吸收。在代谢过程中，SMX和OTC显著降低了GS/GOGAT途径的基因表达，但促进了GDH途径的基因表达，表明当GS/GOGAT途径被抑制时，GDH途径成为M. aquaticum适应氮代谢的自我调节途径。
【2】碳循环：氨合成氨基酸需要碳骨架，由TCA循环提供。抗生素影响M. aquaticum各组织中氨基酸的合成和转化。抗生素应激影响M. aquaticum中TCA循环的能量产生过程，但M. aquaticum通过自我调节氮同化途径（从GS/GOGAT到GDH途径）来减轻这种影响。
【3】光合作用：抗生素显著降低了M. aquaticum的叶绿素含量和LHC基因表达，影响光合作用，进而影响能量提供和氮代谢。M. aquaticum对NH4+–N和NO3-–N的去除能力与叶绿素水平呈负相关，表明抗生素通过抑制或促进光合作用影响M. aquaticum对水中氮的吸收和代谢。
图5 基于转录组和代谢组的水生植物狐尾藻吸收和代谢氮机制
作者介绍
郭旋，博士，北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所副研究员。任职农业农村部对外科技援助专家，国家自然科学基金委系统评议专家，《中国给水排水》、《生态与农村环境学报》、Eco-Environment & Health、Agriculture Communications等期刊青年编委，中国植物营养与肥料学会生态环境专委会委员和中国土壤学会青年工作委员会委员。聚焦农业“clean and green”理念，开展农业面源污染监测与污染防治等方面的研究。创建了农业面源污染智能监测方法，阐明了农业源新污染物/传统污染物多介质协同控制机理，提出了农业面源污染修复与治理策略。近五年发表论文30余篇，主持国家自然科学基金、重点研发计划任务等项目9项。入选中国科协“青年人才托举工程”、中国植物营养与肥料学会百年“百名科学家”，北京市农林科学院“优秀青年科学家基金”，“中国-新西兰科学家交流计划”。
杜连凤，博士，研究员，现任北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所副所长。主要从事农田施肥与环境领域研究，在农田施肥与面源污染现状调查、农田化肥投入阈值、土壤氮磷环境容量、农业面源污染防控与氮磷减排、保护地次生盐渍化改良等方面进行了大量的研究，为农田合理施肥、降低环境污染提供数据支撑。主持“十三五”国家重点研发计划、北京市科委新星计划等课题4项，参加“十三五”国家重点研发计划、农业部行业专项、国家科技支撑计划等课题10余项。在农田氮磷监测与减排及农业面源污染防控方面获得国家科技进步二等奖（2017）、北京市科学技术二等奖（2015、2009）、中华农业科技一等奖（2015）、北京市农业技术推广奖一等奖（2008）共5项。在国内外期刊发表论文50余篇，合写出版科技著作4部。
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