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硫化氢信号分子（Hydrogen sulfide,H2S）能够参与植物的生长发育过程,并在植物响应各种生物和非生物胁迫过程中发挥重要作用,因此被认定为继一氧化氮（Nitric oxide,NO）和一氧化碳（Carbon monoxide,CO）后的新的气体信号分子。然而,H2S是否参与调控大豆-根瘤菌共生固氮体系进而影响根瘤的固氮及衰老过程还不是很清楚。因此,本项目选用大豆中黄13为实验材料,从植株生长表型、氮素含量、根瘤数目及衰老根瘤所占比例、根瘤内固氮酶活性、固氮酶蛋白表达、衰老标记基因及固氮共生基因的表达等方面分析H2S在大豆植物根瘤衰老以及固氮过程中的调控机制研究。研究结果如下:1.以人工气候室培养的大豆（中黄13）为实验对象,接种大豆根瘤菌（Sinorhizobium fredii,strain Q8）。在接种根瘤菌后三周,外源添加H2S,分6个时期（3周、4周、5周、6周、7周、8周）分别收取样品,并测定大豆地上/地下干重、根瘤总数及衰老根瘤所占比例等生理指标。结果表明,相比对照组,H2S处理后大豆植株干重增加、叶绿素含量下降较慢、根瘤数目增多且根瘤衰老比例减小、固氮酶活性增加、氮素营养积累较多且向豆荚转移快,表明H2S影响根瘤的固氮酶活性、可延长固氮周期、促进根瘤成熟延缓衰老。2.采用石蜡切片观察6个时期不同处理条件下根瘤内的根瘤菌侵染情况以及共生体的分布。切片显示3-5周施加H2S对根瘤内共生体分布与根瘤侵染状态没有明显差异,但从6周开始,未施加H2S处理的根瘤共生体内出现空腔且形成一个中央衰老区,而H2S处理的根瘤在7周才出现衰老区,此时未经过H2S处理的根瘤衰老区已经出现根瘤结构的破坏。透射电子显微镜分析根瘤超微结构显示,在接菌后3周H2S处理的根瘤中类菌体内PHB颗粒较多,接菌后5周两个处理无明显差异。但接菌后6周Q8开始出现衰退的类菌体,囊泡中出现类菌体降解后的空隙,而此时Q8+NaHS没有明显的衰老特征。接菌后7周观察到Q8类菌体有皱缩的边缘,衰老导致的杆状类菌体皱缩成圆球状的数量增多,囊泡的空隙变大。同时Q8+NaHS也开始出现衰退的类菌体。表明H2S处理延缓了根瘤的衰老、延长了根瘤的活性时期。3.选用固氮酶铁蛋白（Nitrogenase iron-protein,）抗体、谷氨酰胺合成酶类蛋白（glutamate–ammonia ligase-like protein,NodGS）抗体。分别提取6个时期大豆根和根瘤的总蛋白并进行Western-blot。结果表明:H2S处理后,根瘤中固氮酶铁蛋白表达量增多。谷氨酰胺合成酶类蛋白,在施加H2S处理后表达增多且在接菌后4周和5周Q8、Q8+NaHS的NodGS表达差异最大,前期表达较多,而后逐渐下降。H2S处理能够提高结瘤素蛋白在初生根及根瘤的发育和信号转导中的作用,使固氮酶活性保持较长时间,延长了固氮周期。4.提取6个时期的大豆根及根瘤RNA,设计植物衰老（半胱氨酸蛋白酶等）以及与共生固氮相关基因（钙调速依赖性蛋白激酶等）的特异性引物,qRT-PCR分析这些基因的表达情况。实验结果表明,外源施加H2S会干扰根瘤菌侵染过程中核孔蛋白及Ca2+信号传递等共生基因的表达。另外,外源添加H2S后,植株根和根瘤内半胱氨酸蛋白酶表达量下降,超氧化物歧化酶、谷氨酰胺合成酶相关基因表达量增高。综上所述,H2S信号分子通过影响大豆根瘤菌共生体系建立过程中共生、氮代谢以及根瘤衰老过程相关基因的表达,使大豆氮素积累增多及转移加快、干重增加、根瘤产生增多且衰老比例下降、固氮酶活性升高,进而延缓根瘤的衰老进程。H2S信号分子在延缓大豆衰老中具有作用,可以为提高大豆生物固氮作用、扩大固氮周期、提高氮肥利用率提供一定的理论基础和科学依据,为实现大豆高产高效提供新的思路。