汞已成为我国农田和水体有毒重金属污染的主要来源之一,对植物具有很强的毒性。汞对植物细胞毒害作用之一是通过激发活性氧的大量产生,造成植物体氧化胁迫伤害。一氧化碳(CO)作为信号分子介导许多生物和非生物胁迫诱导的生理反应。本文中我们通过实验证明CO可缓解莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中汞诱导的氧化胁迫伤害并呈现浓度的依赖性。我们选取了缓解作用最明显的CO浓度(40/μM)进行试验,发现外源CO可有效提高汞胁迫下衣藻细胞的存活率。对于光合系统,CO不仅明显提高了细胞中叶绿素的含量,而且减少Hg诱导产生的ROS对叶绿体的伤害,保证PS Ⅱ电子传递链有效进行,提高了光能转换效率,为细胞生长提供了能量。通过DCF-DA染色的方法追踪胞内ROS的水平,CO可以明显降低细胞内Hg诱导的ROS水平。琼脂糖电泳检测DNA片断也表明CO可以缓解Hg胁迫导致的细胞凋亡。用活性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)和分光光度法检测莱茵衣藻中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性变化,通过荧光定量PCR的方法分析这些抗氧化酶基因表达量变化,进一步证明CO可以降低细胞内的过氧化水平,使细胞具有更高的抗重金属毒害能力。ICP-AES(电感耦合等离子体发射光谱)法对细胞内Hg含量进行测定表明,CO可以使细胞内积累的Hg处于较低的水平,从而缓解对细胞的伤害。血红素加氧酶(heme oxygenase, HO)是催化血红素降解反应重要的限速酶,催化血红素到胆绿素,同时释放CO和亚铁离子。研究证实,HO参与了上述CO缓解Hg胁迫的生理反应。我们测定了CO处理下HO1基因转录水平。Ht是HO的底物,可诱导内源HO转录水平增加。而CO、BR是HO的产物,可模拟内源HO表达活性增加时的生理状态。结果显示,外源添加BR、Ht和CO均可以有效地降低Hg胁迫诱导的TBARS上升,降低ROS诱导的细胞凋亡,缓解Hg胁迫造成的脂质过氧化作用。ZnPPIx是HO的竞争性抑制剂。在添加ZnPPIx的Hg处理中,TBARS含量进一步增加,细胞凋亡和脂质过氧化程度进一步加深。证明HO确实在细胞抗氧化胁迫中扮演着重要的保护性角色。为了进一步证明HO耐重金属胁迫的功能,我们构建了HO1表达载体,成功获得了HO1基因过表达及HO1::RNAi干扰藻株。对于转基因藻在重金属汞的处理下的生理反应进行了一系列的功能鉴定,发现HO1过表达的转基因藻在同样浓度的Hg处理下,所受毒害作用明显小于WT。同样该藻细胞中Hg的积累量也较少,说明HO1的过表达抑制了藻细胞对于重金属的吸收,从而减轻Hg对细胞的伤害。相反,对于转HO1::RNAi的藻,因为其细胞内HO1的表达受到抑制,使其基因表达量和酶活性都处于较低的水平。在Hg处理的情况下,其细胞内的TBARS和ROS大量积累,同时细胞内还积累了大量的Hg,造成严重的毒害,严重影响细胞的生长。