条斑紫菜（Pyropiayezoensis）是一种重要的海洋经济作物,在我国主要栽培于江苏及山东沿岸海区,有重要的经济价值。研究发现,随着海水富营养化加剧和海洋绿潮侵袭等多重影响,我国条斑紫菜栽培区溶解态NO3--N的浓度范围在7.4-95μM之间,氮浓度年际变化快速且剧烈,探究氮富集条件下条斑紫菜生理代谢反应对于研究藻类的适应和进化过程具有重要作用。本实验以条斑紫菜为样本,分别培养于0.168mM和1.68mM硝酸盐浓度的对照培养基和氮富集培养基中。第2天时,氮富集组藻体表型、生长速率和光合色素含量出现了显著性下调,并进行转录测序分析。条斑紫菜转录组大小为38.6M,GC含量为67.34%,预测出的Unigene总数为21489个。通过差异基因GO富集分析发现,差异基因主要富集在细胞组分、催化活性、结合和细胞学过程等方面。KEGG注释分析发现,上调基因主要富集在碳代谢过程以及蛋白质的折叠、分类和降解过程;下调基因主要分布在能量代谢、碳代谢以及辅酶和维生素代谢。通过转录组差异基因分析发现,氮富集组条斑紫菜的氮吸收关键酶基因的表达量全部下调,说明了高浓度的硝酸盐对于紫菜生长起到了胁迫作用。根据转录测序数据,首次在条斑紫菜中成功克隆了PyNR、PyNiR基因的全长序列和PyGS的部分片段。其中,PyNR的序列全长为2532 bp,上传到NCBI数据库后获得GeneBank登录号为:MW410947;PyNiR的序列全长为1347 bp,GeneBank登录号为:MW410948;PyGS的部分序列为795bp,GeneBank登录号为:MW683969。填补了条斑紫菜在氮吸收关键酶基因克隆上的空白,为进一步研究紫菜氮素代谢提供了资料。通过检测条斑紫菜在氮富集和对照条件下硝酸盐吸收速率,研究藻体对不同硝酸盐浓度的吸收变化规律。进一步提取胞内硝酸盐和亚硝酸盐,并检测其含量的变化,发现了条斑紫菜积累硝酸盐存在饱和值和临界值。当胞内硝酸盐含量达到为800mg/kg时,硝酸盐吸收达到饱和,硝酸盐吸收速率降低,生长速率减缓,光合色素含量不再增加;当胞内硝酸盐含量达到1000mg/kg时,硝酸盐吸收受到严重抑制,生长停滞,光合色素含量下降,不利于条斑紫菜生长。通过统计发现,氮富集条件下氮素利用效率降低,在对照组中氮素在增加的生物质中占比为3.36%,而氮富集条件下则达到了 6.2%,造成了养殖过程中氮素的损失。此外,氮富集培养条件下,条斑紫菜藻体内硝酸盐和亚硝酸盐含量大量积累,硝酸盐含量接近世界卫生组织规定的1500mg/kg的安全值,而亚硝酸盐含量超过了我国食品安全指导的15.5mg/kg的限值。高浓度的氮素养殖条斑紫菜,既造成了氮素的损失,不利于经济效益和环境安全,又导致了藻体硝酸盐和亚硝酸盐的积累,也不利于食品安全。通过qPCR检测硝酸盐转运蛋白基因NRT2和氮吸收关键酶基因PyNR、PyNiR、PyGS和PyGOGAT的mRNA表达量,发现氮富集培养条件下会诱导其表达量快速上调,迅速吸收和固定硝酸盐。当胞内硝酸盐达到临界值时,基因的表达会迅速受到抑制,24h时mRNA的表达量同时维持在极低水平,硝酸盐的吸收和代谢过程停止。相比于氮富集组,适宜氮浓度处理的对照组中氮吸收关键酶基因的表达量始终维持在稳定的水平。可知氮吸收相关基因的表达受到氮浓度的严格调控。