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血红素加氧酶(Heme oxygenase,HO,EC 1.14.99.3)可通过催化降解血红素(Heme)产生一氧化碳(Carbonmonoxide,CO)、胆绿素(BV)和亚铁离子,是动物体内一种重要的抗氧化酶。近年来的研究发现植物中的HO在氧化防护和生长发育中发挥重要作用。水稻OsSE5编码OsHO1蛋白,该蛋白与拟南芥AtHO1高同源。硫化氩(Hydrogen sulfide,H2S)是继一氧化氮(Nitric oxide,NO)和CO之后发现的第三种气体信号分子。植物中的研究表明H2S可缓解多种逆境胁迫造成的损伤和毒害,并参与特定的生理代谢过程。本实验以水稻(Oryza sativa L.)野生型、OsSE5过表达株系35S:OsSE5-1和OsSE5基因沉默株系OsSE5-RNAi-1为实验材料,研究H2S对高铵(ammonium,NH4+)胁迫下水稻体内生理生化指标的影响,并对H2S和OsSE5在缓解铵胁迫过程中的关系进行了研究。主要结果如下:1.外源NH4Cl(2.5-10mM)诱导野生型根部铵离子含量和L-半胱氨酸脱巯基酶(L-cysteine desulfhydrase,L-DES)活性呈浓度依赖式升高。H2S供体硫氩化钠(sodium hydrosulfide,NaHS;100μM)可以增强水稻对高铵胁迫的耐受性;其表现为NaHS预处理缓解了高铵对水稻幼苗生长的抑制,减少根部脂质过氧化和铵离子含量。而加入H2S的清除剂亚牛磺酸(hypotaurine,HT)或L-DES的活性抑制剂DL-炔丙基甘氨酸(DL-propargylglycine,PAG)则会进一步加剧高铵引发的毒害症状。此外,NaHS预处理显著增强水稻抗氧化酶和铵同化酶的活性,提高了根部总氮和游离氨基酸的含量。2.35S:OSE5-1、野生型和OsSE5-RNAi-1植株对高铵胁迫敏感性呈递增趋势。高铵胁迫下,35S:OsSE5-1幼苗的生长抑制程度、根部脂质过氧化和铵离子的含量显著低于野生型和OsSE5-RNAi-1,OsSE5-RNAi-1植株铵毒症状最严重。高铵胁迫诱导了水稻根部L-DES活性。与野生型相比,35S:OsSE5-1幼苗L-DES活性明显高于Os5SE5-RNAi-1。此外,与野生型相比,高铵胁迫下35S:OsSE5-1根部的铵同化酶活性、游离氨基酸和总氮含量也显著高于OsSE5-RNAi-1。这些结果表明与野生型和OsSE5-RNAi-1相比,35S:OsSE5-1株系具有更强的铵同化能力来降低植株体内铵离子含量,从而更能适应高铵胁迫。3.药理学实验表明,HT或PAG预处理阻断了35S:Os E5-1幼苗的耐铵表型,而NaHS则逆转OsSE5-RNAi-1对高铵胁迫的超敏现象。随后研究发现,HT或PAG预处理降低了 35S:OsSE5-1根部抗氧化酶、铵同化酶活性和总氮含量,NaHS则增强了OsSE5-RNAi-1根部抗氧化酶、铵同化酶活性及总氮含量。4.总之,上述研究表明H2S在水稻响应高铵胁迫中发挥着关键作用。H2S通过上调抗氧化系统来缓解高铵诱导的脂质过氧化,并调控铵同化系统将过量的铵同化为氨基酸,提高铵同化效率。此外,OsSE5通过上调铵同化系统增强水稻耐铵性,其调控的铵同化受到依赖L-DES产生H2S的介导。