硫化氢(H2S)作为一种新的气体信号分子已经被证明在动植物体内起着非常重要的调控作用。本论文首先以菠菜为实验材料研究了H2S对植物光合作用的调控，并通过蛋白质组学的方法深入探讨了H2S参与调控了植物体哪些蛋白的表达;此外，由于铁的吸收和植物光合作用紧密相关，因此深入研究了H2S对植物铁吸收、转运和利用机制的影响;最后，以大麦为材料，研究了H2S在缓解植物遭受铝毒害中的作用机制。主要结论如下:　　 1.本研究首先以菠菜（Spinacia oleracea）为实验材料，研究了H2S在调控菠菜幼苗光合中的作用。(i)硫氢化钠(NaHS)，一种H2S供体，可以增加菠菜叶片的叶绿素含量。(ii) NaHS以一种剂量依赖的方式影响菠菜幼苗生长、可溶性蛋白含量和光合作用，其中100μM NaHS为最适浓度。(iii)在最适NaHS处理条件下，可以显著增加功能叶绿体中基粒片层的数目。(iv)在最适NaHS处理条件下，光饱和点、最大净光合速率、羧化效率和光系统Ⅱ最大光化学效率都达到了最大值，然而光补偿点和暗呼吸效率却有显著的下降。(v)在NaHS处理的条件下，核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶(RuBISCO)的活性和RuBISCO大亚基(RuBISCO LSU)的蛋白表达也显著增加。(vi)总巯基含量、谷胱甘肽和半胱氨酸水平、内源H2S含量、O-乙酰丝氨酸巯基裂解酶和L-半胱氨酸脱巯基酶活性均有不同程度的增加，这些数据表明了NaHS可以诱导植物体内的巯基还原修饰。（vii）应用实时荧光定量PCR技术进一步研究表明:编码RuBISCO大亚基(RBCL、小亚基(RBCS)、铁氧还硫氧还蛋白还原酶（FTR）、铁氧还蛋白(FRX)、硫氧还蛋白m（TRX-m）和硫氧还蛋白f(TRX-f)、NADP-苹果酸脱氢酶(NADP-MDH)以及O-乙酰丝氨酸巯基裂解酶(OAS)的基因表达在最适H2S处理条件下均上调，然而一些编码丝氨酸乙酰基转移酶(SERAT)、乙醇酸氧化酶(G YX)和细胞色素氧化酶(CCO)基因均呈现表达下调趋势。这些结果说明了RuBISCO酶的活性和巯基还原修饰功能在植物光合作用中起着非常重要的作用，即H2S主要是通过调控RuBISCO酶的活性和巯基还原修饰相关地基因表达来促进植物光合作用。　　 2.为了更深入研究H2S在植物体内的生理功能，第一次利用蛋白组学的方法研究H2S所调控的代谢和信号转导通路中哪些蛋白发生了变化。菠菜幼苗用100μM NaHS处理30天，利用双向电泳技术和MALDI-TOF MS技术分析了H2S处理的菠菜叶片蛋白差异表达，每张电泳图谱上分离得到1000多个蛋白点:其中有92个蛋白的表达变化是2倍以上，65个蛋白在H2S处理下呈表达上调，而27个蛋白呈下调表达。这些蛋白按照其功能分成9组:(1)能量产生和光合相关蛋白;(2)细胞拯救、发育和防御相关蛋白;(3)转录、蛋白合成和折叠修饰相关蛋白;(4)分子伴侣、辅助因子和细胞组分合成相关蛋白;(5)细胞转运、物质运输和信号转导相关蛋白;(6)氨基酸、氮和硫代谢相关蛋白;(7)碳组分和碳代谢相关蛋白;(8)磷代谢相关蛋白;(9)脂质、脂肪酸和类异戊二烯代谢相关蛋白。这些蛋白主要是定位在叶绿体、线粒体、核仁、过氧化物酶体、细胞膜和细胞壁中。该研究结果表明H2S参与调控植物生理功能的各个方面，并且对植物光合作用过程中碳固定起着非常重要的作用。同时，这些蛋白信息将为后续研究H2S在植物体内的功能提供了坚实的基础。　　 3.铁的吸收与植物光合作用紧密相关。本研究探讨了在缺铁条件下H2S对玉米（Zea mays）幼苗铁吸收机制的影响。(i) H2S供体NaHS可以缓解玉米幼苗生长在缺铁下导致的叶片脉间失绿。(ii)超微结构显示在缺铁条件下生长的玉米幼苗叶肉细胞叶绿体中的基粒片层数目显著减少，相反，H2S处理后，叶肉细胞的叶绿体发育良好，基粒片层数目有显著增加。(iii) H2S处理可以增加玉米幼苗体内铁的积累，主要是通过调控三价铁螯合还原酶（FRO1）、铁结合蛋白(IBP)和铁转运子(IRT)的基因表达来实现。(iv)在缺铁条件下，H2S处理可以加强玉米根部植物铁载体(phytosiderophore，PSs)的积累和分泌。除此之外，在铁饥饿条件下玉米铁载体转运子基因（ZmYS1）表达被诱导，然而在外源加入NaHS之后又有显著的下降。(v)在缺铁条件下，H2S通过促进RuBISCOLSU和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的蛋白表达和一些编码RuBISCO LSU（RBCL）、SSU(RBCS)、D1蛋白(psbA)和PEPC的基因表达来增强植物光合作用。综上所述，结果表明了H2S与植物对铁的吸收、转运和利用紧密相关，随后可以增加叶绿素的生物合成、叶绿体的发育和植物光合作用。　　 4.以大麦（Hordeum vulgare）为材料，研究了H2S在缓解铝毒中的作用机制。大麦幼苗先用H2S供体NaHS进行预处理，随后用铝处理来研究其对根伸长、铝积累、铝诱导的柠檬酸分泌和氧化胁迫、质膜(PM) H+-ATPase的表达和果胶甲基脂酶活性的影响。结果显示了H2S可以显著地缓解由铝毒造成的根伸长抑制，这与H2S处理下铝在幼苗中积累的减少密切相关，同时，NaHS预处理也显著的增加了铝诱导的柠檬酸分泌。H2S通过激活抗氧化酶系统的活性来缓解由于铝诱导的氧化胁迫，包括脂质过氧化和ROS的爆发。除此之外，在外源加入NaHS之后，铝诱导PM H+-ATPase蛋白表达的减少和果胶甲基脂酶活性的增强也被逆转。总之，结果表明:H2S在保护植物免受铝毒害作用中起着缓解作用，主要是通过诱导抗氧化酶的活性、增加柠檬酸分泌和柠檬酸转运子基因的表达、增加PM H+-ATPase蛋白表达和减少果胶甲基脂酶活性来实现。　　 综上所述，H2S作为一种气体信号分子不仅可以调控植物光合作用，而且利用蛋白质组学的方法也发现H2S参与调控植物生理功能的各个方面并且进一步印证其对植物光合作用过程中碳固定起着非常重要的作用。此外也发现H2S可以促进植物对铁的吸收、转运和利用，并且对于植物遭受铝毒害也起着显著的缓解作用。