氮肥投入是提高粮食产量的重要农业措施，但长期过量施氮也可能引发土壤生态功能下降、养分失衡以及作物自身适应能力改变等问题。已有研究表明，氮素供应水平能够影响作物籽粒形成和品质特征，但长期连续高氮环境是否会通过跨代效应影响后代种子萌发能力，以及其潜在调控机制仍不清楚。

针对上述问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所作物生理与栽培学科组以小麦为研究对象，建立连续七代高氮和正常氮处理实验体系，结合空间代谢组学、空间转录组学以及种子内生微生物群落分析，系统揭示了长期高氮输入对小麦后代种子萌发能力的影响及其代谢—微生物调控机制。

研究发现，连续七代高氮处理显著延缓了小麦后代种子的萌发过程，使第七代（F7）种子的萌发指数降低12.3%，而种子活力指数未发生显著变化。为进一步解析长期高氮影响种子萌发的内在机制，研究团队利用空间代谢组学和空间转录组学技术，对小麦种子胚和胚乳区域的代谢变化进行了分析。结果发现，长期高氮处理改变了种子不同组织间的代谢分配模式，其中作为萌发过程中主要营养供应组织的胚乳，其关键代谢物L-天冬氨酸含量下降73.9%；与此同时，胚中β-丙氨酸和精胺等代谢物也显著降低。进一步研究发现，长期高氮还改变了小麦种子内生细菌群落组成，并促进芽孢杆菌属（Bacillus）的富集。功能验证显示，Bacillus能够利用L-天冬氨酸作为碳氮来源，并在补充L-天冬氨酸条件下降低小麦种子的萌发能力，提示种子内生微生物可能通过竞争关键代谢资源参与长期高氮诱导的萌发抑制过程。

该研究解析了长期高氮输入影响作物后代种子萌发的潜在机制，即高氮环境通过改变种子营养资源供应、组织特异性代谢过程以及内生微生物组装，共同调控小麦种子萌发能力。研究结果拓展了对农业养分管理长期生态效应的认识，为优化氮肥投入策略、提高作物种子质量和农业可持续生产提供了新的理论依据。

研究成果以“Multi-Generational High Nitrogen Application Inhibits Seed Germination in Wheat: Insights Into Metabolic Dynamics and Microbial Interactions”为题，在线发表于国际学术期刊Plant, Cell & Environment。论文由中国科学院东北地理与农业生态研究所联合培养博士生穆朋、客座研究人员杨爱峥副教授、李向楠研究员等共同完成。该研究得到黑土地保护与利用重点实验室开放基金项目（2023HTDGZ-KF-06）、国家自然科学基金（32372228）以及吉林省科技发展计划（0217-00084B）等资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1111/pce.70734

图1. 连续七代高氮处理改变小麦种子代谢特征和内生微生物群落组成

图2. 长期高氮诱导小麦种子胚和胚乳代谢重编程，导致关键萌发相关代谢物减少

图3. 芽孢杆菌通过竞争利用L-天冬氨酸参与高氮诱导的小麦种子萌发抑制过程