植物利用土壤中的硝酸盐、铵和有机氮作为氮源。然而，丰富的铵营养会损害生长，即铵中毒，其主要原因在以往中被认为是铵的积累是导致毒性。现在有研究表明这一说法可能被颠覆。
2021年8月16日，Nature Communication杂志在线发表了来自日本岛根大学的Takushi Hachiya等人题为“Excessive ammonium assimilation by plastidic glutamine synthetase causes ammonium toxicity in Arabidopsis thaliana”的研究论文。该研究认为植物铵中毒的主要原因是酸性压力，而不是铵的积累。
硝酸盐和铵盐是大多数植物氮 (N) 的主要来源。最近的研究表明，大气中CO2浓度的上升会减少 C3植物中硝酸盐的还原，而铵的利用率不会降低。因此，随着全球CO2水平的上升，增加作物对铵的使用是农业的一个重要目标，然而，与硝酸盐或较低浓度的铵相比，毫摩尔浓度的铵会导致植物的生长抑制和萎黄病，被称为铵中毒。在高铵盐条件下生长的植物会表现为无效的跨膜铵循环、无机阳离子和有机酸的缺乏、激素稳态受损、pH 调节紊乱以及光磷酸化的解偶联等，然而，触发铵毒性的初始事件仍有待确定和表征。
该研究首先鉴定到一种明显的对铵不敏感的突变体ami2，其当在 5 mM (NH 4 ) 2 SO 4形式的 10 mM 铵作为唯一 N 源时，该突变体显示出比野生型生长更好，表明铵的毒性在ami2芽中减弱。进一步发现该基因定位在为谷氨酰胺合成酶 2 ( GLN2 )，并证实谷氨酰胺合成酶 2是铵毒性的致病基因。
在有毒水平的铵的存在下，GLN2 反应会在细胞内外引起酸性应激，在细胞内产生大量质子，从而提高芽酸度并刺激酸性应激反应基因的表达。将碱性氨溶液应用于铵培养基有效地减轻了铵毒性，同时降低了芽中的酸度。因此，酸性胁迫是拟南芥铵中毒的主要原因之一。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25238-7
文章来源“iPlants”公众号
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