随着人类活动的增加导致水体大量营养物质输入进而对内陆水体水质以及水体生态系统产生了重要影响。由于沉水植物对水体营养物质具有积累和吸收的作用,使得其在水生毒理学领域一直受到广泛的关注。沉水植物不仅仅是水体生态系统的初级生产者,而且对降解水体有害物质,用于水体生态修复具有重要作用。在更大尺度上而言,沉水植物也是水体地球化学循环中具有重要作用,同时也是开展经济高效水体生态修复的重要手段之一。一般而言,植物的生长和生产力一般受到氮素的限制,因此,沉水植物在长期氮条件下形成了适应于自身氮源的信号转导和同化机制。相对于硝态氮而言,沉水植物更倾向于利用铵态氮,因为铵氮需要消耗更少的能量。而水体中铵氮的增加会增加水体的营养负荷进而降低水体水质,对于沉水植物而言,高浓度的铵氮会对植物产生毒性,会限制植物生长并产生一定的生理抑制。因此,理解沉水植物对铵氮的减毒机理对利用沉水植物开展水体生态修复等工作具有重要作用。以往针对铵氮解毒机理的相关研究主要集中在铵氮的吸收、利用和同化方面,而很少有研究关注不同浓度铵氮条件下,沉水植物体内碳的利用,因为已有研究表明,植物碳氮间存在了紧密的联系。本实验通过设置不同的铵氮浓度开展铵氮对植物光合作用和呼吸作用的影响研究,为达到我们的目标,我们总共选择了3个物种,光叶眼子菜Potamogeton lucens,微齿眼子菜Potamogeton maackianus和穗状狐尾藻Myriophyllum spicatum,并选取叶片作为研究对象,分别在铵氮浓度为0,15 and 50mg/L的培养液中培养4天。结果表明,微齿眼子菜和穗状狐尾藻的净光合速率随着铵氮浓度从0mg/L增加到50 mg/L变化不明显,而光叶眼子菜随着铵氮浓度的增加其净光合速率分别下降了89%和87%。同时,光叶眼子菜呼吸速率随着浓度的增加而增加,微齿眼子菜和穗状狐尾藻变化则不明显。我们进一步对光合作用相关其他植物开展了测定,结果表明,叶绿素荧光Fv/Fm和植物叶绿素在光叶眼子菜中下降了49%和73%,但是在穗状狐尾藻中变化不大;而当铵浓度从0 mg/L增加到50 mg/L时,淀粉含量在穗状狐尾藻中增加了9倍而在光叶眼子菜中下降了2倍。为了进一步研究其中的机制,我们测定了与碳利用相关酶的活性,结果表明,Rubisco酶的活性随着铵氮浓度的增加变化不明显,而PEPC酶的活性在光叶眼子菜中显著降低,在穗状狐尾藻中显著增加,PEPC/Rubisco在穗状狐尾藻中随着铵氮浓度的增加而显著增加,在15mg/L和50mg/L时分别到了1.9和4.0。该结果说明,穗状狐尾藻可能启动了C4代谢的机制以保证在高铵氮环境下植物碳的利用。我们的结果说明,在不同铵氮条件下植物对碳的维持和利用具有物种差异性,其中铵耐受型物种如穗状狐尾藻和微齿眼子菜可能会启动C4代谢途径来增加植物体内碳的利用和积累而铵敏感型植物无法启动C4代谢途径导致其碳的利用能力较弱,进而不能适应高浓度铵氮的环境。