水涝阻碍植物根、叶与空气间的气体交换,降低细胞中氧的供应。氧气作为线粒体电子传递链上的最终电子受体,在呼吸过程中发挥重要作用。水涝造成的氧缺乏会影响有氧呼吸的正常进行,减少能量供应,造成氧化胁迫,同时影响光合作用,使细胞死亡。多种生物和非生物胁迫会引起植物内源H₂S含量的升高,进而调节植物对逆境的响应,但其是否参与拟南芥对水涝低氧胁迫的应答过程尚不完全清楚。本研究以野生型Col、H₂S合成突变体des1-1、35S::DES1过表达系为实验材料,利用表型统计、组织化学染色、生理生化指标测量、实时荧光定量PCR技术等方法检测并分析了水涝胁迫下的存活率、ROS和抗氧化系统酶活、H₂S含量及其代谢、低氧感知和应答相关基因的变化,阐释了H₂S在植物应答水涝胁迫时发挥的重要功能。主要结果如下:1.对水淹处理4天、复氧4天后的结果进行分析发现,与野生型Col相比,des1-1突变体植株死亡程度更严重,这种水涝敏感性能够被外源H₂S预处理缓解,外源H₂S预处理也能够增强野生型水涝的耐受性和复氧后的存活率。说明H₂S参与植物对水涝低氧胁迫的应答。2.Evans Blue和DAB组织化学染色结果表明,水涝处理后H₂S预处理组表现出比非预处理组更轻的叶片死亡程度和更少的H₂O₂的积累,非预处理组突变体叶片细胞的死亡程度和ROS积累比非预处理组野生型更严重,ROS含量检测以及ROS产生途径重要基因的表达水平也展现出相似的趋势。通过对细胞电导率的测量发现,H₂S还能够减少水涝胁迫下细胞内电解质的渗透,而DES1基因突变导致水涝胁迫下突变体内容物的大量渗透。说明H₂S能够减少水涝后ROS的积累,减少ROS对细胞膜造成的损伤。3.H₂S预处理能够提高水涝后SOD、CAT和APX酶的活性,并提高APX基因的表达水平,从而及时清除活性氧,减少活性氧对细胞造成的伤害,提高植物对水涝的耐受性。4.与野生型Col相比,des1-1突变体中H₂S含量明显降低,其对水涝更敏感的特性可能是较低的H₂S含量造成的。此外,H₂S预处理还能够提高内源H₂S含量、H₂S清除和合成基因的表达水平和H₂S清除酶的活性,并降低H₂S合成酶活性。5.通过对N-端规则途径基因以及低氧相关基因的定量研究发现,H₂S预处理和DES1基因的突变都能够影响N-端规则途径基因的表达,H₂S预处理能够通过提高N-端规则途径靶蛋白RAP2.12的基因表达水平刺激低氧响应相关基因ADH1和PDC1的表达。综上所述,H₂S合成突变体des1-1表现出相较于野生型水涝更敏感的表型,外源H₂S预处理能够提高拟南芥的水涝耐受性并够提高拟南芥内源H₂S的含量,说明H₂S参与了植物水涝应答过程并增强植物水涝耐受性。H₂S这一作用可能是通过降低细胞死亡程度、减少ROS含量、提高细胞膜完整性、提高抗氧化系统、影响H₂S代谢和提高低氧应答相关基因的相对表达水平等过程完成的。