氮肥的施用对提高粮食产量发挥着至关重要的作用。随着大量氮肥的使用和畜牧粪便的排放，近一二十年，人们开始认识到过量氮肥对生态环境的负面影响。其中，过量铵态氮对农业和生态系统的影响尤其明显。植物铵毒害现象本是个传统的农业生产问题，然而当前呈现出与传统的明显不同的特征，即，随着土壤铵的累积和铵沉降的增加，植物不仅需要应对根部高铵，更需要面对先前未曾碰到过的自于地上部的铵胁迫。已有大量长期定位实验表明过量铵沉降不仅抑制植物生长降低产量，还能明显改变植物种群数量，甚至导致敏感物种的灭绝。
近几年，主要以模式植物拟南芥为材料，在植物铵胁迫响应信号途径，感受部位，关键遗传控制位点及其生理调控过程方面取得重要性研究进展。该综述主要总结和讨论相关研究结果，并概述相应的研究方法，最终提出植物对铵胁迫响应的行为特征，信号作用部位，遗传位点及生理作用目标模式（附图）。植物铵胁迫可明显分为来自根部或地上部铵胁迫效应。在根部高铵条件下，根伸长受阻、向地性减弱、但侧根数增加，且地上部影响很小。这些变化分别受不同基因调控，但关键调控部位都发生于根尖，呈现出胁迫响应信号高度局部化特征。在地上部高铵条件下，同时表现出局部性 （叶片黄化）和系统性 （侧根数量减少）胁迫特征，主要分别受质体反馈信号途径和乙烯-生长素途径调控。当根部和地上部同时受到铵胁迫时，则主要表现出地上部铵胁迫特征。因此，地上部相比根部，对铵胁迫而言，是更敏感的感应部位。保持地上部不直接接触铵是相对非常划算的避免铵毒害策略。这个假设可能能解释为什么一些铵敏感物种在高铵沉降区域更容易受到影响甚至灭绝，也为合理使用铵态氮释放型氮肥及提高氮利用效率提供了理论基础。
Trends in Plant Science 是细胞出版社中导向性综述系列 (the leading Trends review series) 期刊 的一员，是目前植物学领域最好的月刊综述期刊 (http://www.cell.com-trends-plant-science-aims，影响因子: 11.8) 。其内容覆盖广泛的植物科学基础研究，从分子生物学到生态学。文章主要由综述和观点两类组成。综述文章是最核心部分，发表的是导向性的文章，邀请国际上各特定领域的领军人物（leading researchers）撰写。
我室施卫明研究员团队在植物铵胁迫分子生物学方向上已在国际著名植物学期刊连续发表多篇论文，如 Plant Physiology (Li et al. 2012)、New Phytologist (Zou et al. 2013)、Plant Cell & Environment (Li et al. 2010 2011)、Journal of Experimental Botany (Zou et a. 2012; Li et al. 2013)、Planta (Li et al. 2012)，受到国际同行广泛关注。已多次受邀在Plant Signaling & Behavior撰写相关评论与综述。本次受Trends in Plant Science期刊主编邀请撰写发表的综述题目为Ammonium stress in Arabidopsis: signaling genetic loci and physiological targets (http://www.cell.com-trends-plant-science-abstract-S1360-1385(13)00191-X，doi: 10.1016-j.tplants.2013.09.004)。文章通讯作者为南京土壤研究所施卫明研究员，第一作者为李保海博士。该文章受到国家自然科学基金(Grant no. 31200189 and 30771285) 和中国科学院南京土壤研究所知识创新项目 (CAS ISSASIP1103) 资助。
拟南芥中铵胁迫的行为与信号响应模式图
(引自于Li et al. 2013 Trends in Plant Science doi: 10.1016-j.tplants.2013.09.004)
Baohai Li Guangjie Li Herbert J. Kronzucker Frantisˇek Balusˇka and Weiming Shi. Ammonium stress in Arabidopsis: signaling genetic loci and physiological targets. Trends in Plant Science Available online 11 October 2013http://dx.doi.org-10.1016-j.tplants.2013.09.00
Abstract
Ammonium (NH4+) toxicity is a significant ecological and agricultural issue and an important phenomenon in cell biology. As a result of increasing soil nitrogen input and atmospheric deposition plants have to deal with unprecedented NH4+ stress from sources below and above ground. In this review we describe recent advances in elucidating the signaling pathways and identifying the main physiological targets and genetic loci involved in the effects of NH4+ stress in the roots and shoots of Arabidopsis thaliana. We outline new experimental approaches that are being used to study NH4+ toxicity in Arabidopsis and propose an integrated view of behavior and signaling in response to NH4+ stress in the Arabidopsis system.