氮是植物生長發育所需的必要元素，近年來，氮肥的過度使用以及大量含氮生活污水、工業廢水的排放導致水體中的氮含量急劇增加。作為植物更易吸收的氮源，NH4+在低濃度時能促進植物的生長，高濃度時，會對植物產生抑制甚至毒害作用。陸生植物主要通過根部對銨進行吸收，然后以各種含氮化合物的形式轉運到地上部分。銨進入細胞后主要通過兩種途徑進行同化：在谷氨酰胺合成酶（GS）的作用下銨首先被合成谷氨酰胺，然后在谷氨酸合成酶（GOGAT）的作用下合成谷氨酸，也稱GS/GOGAT途徑；另一條途徑主要通過谷氨酸脫氫酶（GDH）進行催化，銨與α-酮戊二酸結合生成谷氨酸。其中GS/GOGAT途徑一直以來被認為是高等植物銨同化的主要途徑，但也有研究認為，GDH途徑在植物處于特殊環境條件下起主導作用。
以上研究成果主要來自于陸生植物。作為水生態系的重要組成成分，沉水植物在物質循環及水質量改善上起到重要作用。沉水植物與陸生植物有極大的區別：一是沉水植物的葉片能夠直接從水體中吸收大量營養；二是沉水植物對銨的耐受性有物種差異性。這些差異是否會導致沉水植物在銨的同化機制上與陸生植物存在差異，其在沉水植物銨解毒過程中是否起到一定的作用到目前還缺乏相關研究。
基于以上背景，中國科學院水生植物與流域生態重點實驗室，中國科學院中-非聯合研究中心，武漢植物園水生植物生物學學科組的研究人員開展了一系列研究。首先比較了常見的6種沉水植物的銨耐受性，并篩選出了銨耐受型代表物種穗狀狐尾藻（Myriophyllum spicatum）和敏感型代表物種光葉眼子菜(Potamogeton lucens)。在此基礎上，通過設置銨濃度梯度對兩種代表性沉水植物葉片中銨同化相關酶的活性和代謝產物等指標開展監測，結果發現GDH途徑在銨耐受型物種M. spicatum的銨解毒中起到重要作用，在高銨濃度下其活性分別增加了169%（NADH-GDH）和103%（NADPH-GDH），GS活性未發生顯著變化。而在銨敏感型物種P. lucens中，GDH未產生顯著性變化，GS活性增加了約17%。基于此結果，研究人員發現GDH途徑是沉水植物銨解毒過程中的重要機制。
研究成果以“Glutamate dehydrogenase plays an important role in ammonium detoxification by submerged macrophytes”為題，發表于國際學術期刊Science of the Total Environment。武漢植物園博士研究生鮮玲為第一作者，劉帆副研究員為通訊作者。這項工作得到了中國科學院戰略先導專項項目(XDB31010104)、國家重點研發計劃項目(2016YFA0601001)和國家自然科學基金（31670369）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137859
圖1不同物種篩選及銨耐受型和敏感型植物同化途徑的比較
