硫化氢通过抑制镉离子内流降低拟南芥体内的镉毒性(英文)

• 作 者: 金竹萍 乔增杰 张丽萍 裴雁曦
• 机 构: 山西大学生命科学学院生物科学系; 特色植物资源研究与利用山西省重点实验室; 山西医科大学公共卫生学院卫生检验学教研室
• 出 处: 中国生物化学与分子生物学报
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 硫化氢 气体信号分子 非损伤微测技术 镉离子内流 拟南芥
• 基金项目: 国家自然科学基金(No.31672140,31671605);山西省优秀人才科技创新项目(No.2018050211016)资助

硫化氢(H₂S)作为一种新兴的气体信号分子，在植物体内主要由半胱氨酸脱巯基酶（CDes）降解半胱氨酸产生。已有报道表明，H₂S信号与植物激素共同作用增强植物的镉（Cd）耐受。然而，H₂S信号响应重金属Cd胁迫的作用机制尚缺乏系统研究。本文以拟南芥为实验材料，从不同水平探究H₂S分子对Cd胁迫诱导氧化应激的保护作用。结果表明，CDes基因表达量和H₂S的产率随CdCl₂浓度升高而逐渐增加。重金属Cd胁迫导致幼苗干重降低约33%、体内过氧化氢显著增加、丙二醛含量升高约110%、超氧化物歧化酶（SOD）增加约100%、谷胱甘肽还原酶活性和过氧化氢酶活性分别下降27%和21%，还原性谷胱甘肽含量随之显著降低。生理浓度NaHS(H₂S供体)预处理显著缓解以上Cd胁迫产生的影响，使恢复到对照水平。同时，H₂S处理可显著下调质膜中Cd转运蛋白（HMA4和IRT1）的表达，同时上调液泡膜中MRP3和CAX2的表达。利用非损伤微测技术测定植物根系Cd²⁺的流动速度和流动方向。结果显示，生理浓度的H₂S显著抑制Cd^{2 +}内流，最终表现为植物叶片和根中的Cd含量显著降低，分别下降了15%和38.4%。总之，在Cd胁迫条件下，H₂S信号可激活植物体内的抗氧化酶促和非酶促系统，以清除细胞内H₂O₂。H₂S对Cd²⁺转运和液泡区式化的调节，降低了体内Cd²⁺的浓度，减小Cd毒性对植物生长的影响。为理解农作物应对重金属胁迫的机制提供了新的思路。