硫化氢
——从有毒气体到植物信号分子*

李忠光， 龙维彪， 杨仕忠， 陈才波， 孙玉莹，王加琪， 向汝华， 李小二， 陈宏艳

(云南师范大学 生命科学学院,生物能源持续开发利用教育部工程研究中心,云南省生物质能与环境生物技术重点实验室,云南 昆明650500)

1 引言

硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)，又称氢硫酸、硫烷、二氢硫或下水道气体，是一种具有臭鸡蛋气味的无色可燃气体[1].H2S过去被认为是一种有毒气体，可导致包括人在内的有机体的损伤，甚至死亡[1].进一步的研究表明，H2S对含有亚铁的蛋白质包括酶(如细胞色素氧化酶(cytochrome oxidase,CCO)、血红蛋白(hemoglobin,HG)、肌红蛋白(myoglobin,MG)、过氧化氢酶(catalase,CAT)和过氧化物酶(peroxidase,POD)等)具有很高的亲和力，可导致线粒体呼吸的紊乱，干扰细胞代谢，甚至导致细胞死亡[2].此外，H2S可能是二叠纪末期生物大灭绝的元凶.二叠纪末期，由于火山爆发，地球上大量积累H2S，导致海水含氧量迅速下降.含氧量的迅速下降导致厌氧菌绿色硫细菌在海洋中大量繁殖，此菌利用海水中的硫酸盐代替O2进行呼吸，同时释放大量的H2S.释放的H2S扩散进入空气和陆地，导致95%的海洋生物和70%的陆生生物灭绝[1].此外，H2S可导致植物叶片坏死、脱落和生长抑制；抑制光合作用过程中O2的释放，以及根系对矿质元素如磷的吸收[2].最近的研究表明，H2S在拟南芥中可通过触发活性氧(reactive oxygen species,ROS)-一氧化氮(nitric oxide,NO)途径，抑制主根的生长和调节根系统构架[3].这些都说明，H2S是一种细胞毒害剂.

现在的研究则表明，高浓度的H2S是一种细胞毒害剂，但低浓度时是一种信号分子，其在植物体中的研究焦点已从毒性分子转向信号分子，并取得较多的研究成果[2,4-5].作为信号分子的H2S，在植物体中可通过酶促途径和非酶促途径进行代谢，同时这些代谢途径也是维持其在细胞内稳态的重要举措.在这些H2S代谢途径中，酶促途径是主要的且可控的途径，是维持其动态平衡和诱发H2S信号的活跃途径[2,5].一般认为，在正常情况下，H2S在植物体内的含量为0.1～4 μmol/g鲜重左右；而在逆境胁迫下，其含量有所增加，触发H2S信号途径[2,5].当然H2S在植物体内的含量也因植物组织、器官、种类以及逆境胁迫的种类和强度而异.而在药理学实验中，常用的H2S供体为NaHS和GYY4137，使用浓度为0.01～2 mmol/L，也因植物及处理方式(灌根、浸种和喷施等)而异.许多研究表明，H2S不仅调控种子的萌发与幼苗的生长、植物的生长与发育以及生殖与衰老，在植物响应和适应逆境胁迫中，也起着重要的作用[4].本文基于H2S在植物体中的最新研究进展，总结了H2S的理化性质与毒性、酶促与非酶促代谢，以及其对种子萌发、植物生长发育及响应与适应逆境胁迫的调控作用，并提出未来的研究方向，以促进H2S信号研究在植物学领域的发展及进一步揭示其生理功能.

2 H2S的理化性质与毒性

2.1 H2S的理化性质

H2S分子量为34.08，密度为1.19，比空气(密度为1.0)重[1,6].H2S的冰点、熔点和沸点分别为-86、-82.3 ℃和-60.3 ℃.在水溶液中，H2S的溶解度随温度变化，在20、25 ℃和37 ℃下，H2S的溶解度分别为122、100 mmol/L和80 mmol/L.H2S是一种弱酸，37 ℃下其电离常数pKa为6.76，在水溶液中电离为HS-和H+，因此一般认为HS-和H2S在水溶液中分别占80%和20%(而在植物细胞中，一般认为二者相等)[1].此外，H2S是脂溶性分子，在乙醇和乙醚中的溶解度分别为312 mmol/L和606 mmol/L，其在脂中的溶解度大约是水溶液中的5倍，能自由地穿过生物膜(H2S的偶极矩为0.97，NO和CO的偶极矩分别为0.16和0.13)，穿过膜脂(脂双层)的扩散速度为5 mm/s[1].但是H2S的电离产物HS-不能穿过生物膜，因此H2S或许能以HS-的形式发挥生理作用，特别是在线粒体和叶绿体等细胞器的碱性介质(pH可达8.0左右)中，HS-的浓度更高.H2S具有较高的键解离能，可达90 kcal/mol，类似于巯基键(S-H)的键解离能92 kcal/mol.H2S也是一种还原剂，其还原势约为0.23 V，所以其氧化态的化合价可从-2到+6价.水溶液中的H2S也容易挥发到空气中，其蒸汽压为1.875×106Pa[6].在空气中，H2S的半衰期为12～37 h，一般随着温度的降低而增加[1].

2.2 H2S的毒性

由于H2S对含亚铁离子的蛋白质如CCO、HG、MG、CAT及POD等有很高的亲和力，导致这些蛋白的活性散失，从而干扰细胞的代谢，甚至造成细胞死亡.如当H2S与CCO结合时，可导致CCO失活，继而扰乱呼吸链的电子传递，抑制线粒体呼吸；当H2S与HG或MG结合时，可导致HG或MG与O2的结合能力下降；当H2S与CAT或POD结合时，可导致二者失活，细胞积累ROS，产生氧化胁迫[1,2,6].这些结合轻则导致细胞代谢的紊乱，重则导致细胞死亡.因此，有人认为H2S可能是二叠纪末期地球上物种大灭绝的元凶[1,6].如前所述，H2S是一种具有臭鸡蛋气味的气体，但人类能感受到此气味的范围是0.000 5～100 ppm，当空气中的H2S含量超过100 ppm时，人类就无法闻到此气味.正常情况下，空气中H2S的含量在0.000 3 ppm以下，人类不能嗅到此气味.研究表明，当空气中的H2S的含量达到500 ppm左右时，常致人死亡[1,6].因为500 ppm的H2S已经超出人类的嗅觉范围，无法闻到，这也是H2S这种下水道气体导致人类伤亡的主要原因.在植物系统中，H2S熏蒸可导致苜蓿、葡萄和莴苣植物叶片坏死、脱落和生长抑制[1].此外，H2S可抑制水稻幼苗光合作用过程中O2的释放，以及根系对矿质元素如磷的吸收[7].这些结果暗示，高浓度的H2S是一种植物细胞毒害剂.此外，在拟南芥中，H2S可通过触发ROS-NO途径抑制主根的生长并调节根系统构架[3].

3 H2S的酶促与非酶促代谢

与其他信号分子(如Ca2+、ROS、NO和甲基乙二醛(methylglxyoal,MG))相类似，H2S作为信号分子，在植物中有多条代谢途径，包括酶促途径和非酶促途径.酶促途径又包括半胱氨酸(cysteine,Cys)途径、亚硫酸盐途径、硫化碳(carbonyl sulfide,COS)途径和还原系统途径(图1)，而非酶促途径又包括脱硫作用途径、含硫化合物途径、葡萄糖(glucose,Glc)途径和过硫化作用途径.这些途径分述如下.

图1 植物中H2S代谢途径

3.1 酶促途径

3.1.1 半胱氨酸途径

H2S具有细胞毒害剂和信号分子双重特性，因此在细胞中必须保持严格的动态平衡.Cys途径是植物中合成H2S的主要途径，在此途径中，L-Cys脱巯基酶(L-Cys desulfurase,LCD)、D-Cys脱巯基酶(L-Cys desulfurase,DCD)、氰丙酸合成酶(cyanoalanine synthase,CAS)、Cys脱巯基酶1(Cys desulfurase 1,DES1)和固氮酶铁硫簇(nitrogenase Fe-S cluster,NFS)分别以Cys为底物，催化H2S的合成(图1)[2,4].通过此途径合成的H2S，在半胱氨酸合成酶(cysteine synthetase,CS，又称O-乙酰丝氨酸硫醇裂解酶(O-acetylserine(thiol)lyase,OASTL))的催化下，可被迅速转变为Cys，避免植物细胞中过多的H2S积累及毒副作用.此反应是可逆反应，故其逆反应可合成H2S[2,4].这也说明Cys-H2S循环在植物细胞Cys和H2S稳态中的重要作用.

3.1.2 亚硫酸盐途径

硫是植物的必需元素，植物从根系吸收的硫酸盐(SO42-)在ATP硫酸化酶(ATP sulfating enzyme,ASE)的作用下，转变为腺苷酰硫酸(5-adenaylysulfate,APS).接着，APS还原酶(APS reductase,APSR)以谷胱甘肽(glutathione,GSH)为辅因子，将APS还原为亚硫酸盐(SO32-).最后，亚硫酸还原酶(sulfite reductase,SiR)以铁氧还蛋白(ferredoxin,Fd)为还原剂，把SO32-还原为H2S(图1)，继而合成Cys[2,4].

3.1.3 硫化碳途径

空气中的COS(又称氧硫化碳或羰基硫)可通过气孔进入植物细胞，并在碳酸酐酶(carbonic anhydrase,CA)的作用下转变为CO2和H2S(图1)[8]，成为植物细胞中H2S合成的又一途径.

3.1.4 还原系统途径

除了上述3个酶促途径外，植物中还存在还原系统途径合成H2S.在模式植物拟南芥中，3-巯基丙酮酸硫基转移酶(3-mercaptopyruvate sulfurtransferase,MST)含有巯基(-SH)，可被3-巯基丙酮酸过硫化，形成过硫化的MST(MST-SSH).MST-SSH能与还原系统硫氧还蛋白(thioredoxin,TRX)或谷氧还蛋白(glutaredoxin,GRX)作用，将发生过硫化作用的硫脱下，释放H2S，而酶本身回到原来的状态(MST-SH)(图1)[9].因此，此途径中的氧化还原系统不仅可调节MST的活性，也是植物中产生H2S的途径之一.

3.2 非酶促途径

3.2.1 脱硫作用

植物中含有巯基的蛋白质(P-SH)在GSH的作用下可发生脱硫作用，蛋白质中的巯基(-SH)可被GSH中的GS取代，产生谷胱甘肽化的蛋白质(P-SG)；而脱下的巯基可与GSH中的H结合，形成H2S[10].所以，GSH可通过脱硫作用调节蛋白质(包括酶)的活性，同时也维持细胞中的H2S稳态.

3.2.2 含硫化合物途径

植物细胞中的含硫化合物如硫代硫酸盐(Thiosulfate,TS)和硫代胱氨酸(Thiocysteine,TC)分别在GSH的作用下，也可产生H2S(图1)[8].

3.2.3 葡萄糖途径

作为能源和结构物质的Glc，可分别在甲硫氨酸(Methionine,Met)、Cys和同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcys)的作用下，转变为H2S(图1)[8]，但其具体途径目前尚未完全清楚.

3.2.4 过硫化作用

植物细胞中的H2S，除了可被迅速转变为Cys外，也可通过蛋白质过硫化作用(protein persulfidation,-SSH，也称硫巯基化作用)而消耗.过硫化作用与上述的脱硫作用相反，此过程是消耗H2S，而脱硫作用是产生H2S[11].二者作为翻译后修饰，都可改变蛋白质的空间结构、活性、稳定性和在细胞中的定位，从而调控植物细胞代谢，也可维持细胞中的H2S平衡[11].这可能也是H2S作为信号分子的主要功能之一.

4 H2S在植物生长发育及响应逆境胁迫中的作用

如前所述，H2S具有双重作用，高浓度下是细胞毒害剂，低浓度下是信号分子.植物中关于H2S的研究，现已从细胞毒害剂机制的探究转向信号分子作用.作为信号分子的H2S参与植物生长发育及对逆境胁迫的响应与适应.此部分内容主要陈述最近几年H2S在种子萌发、植物生长、开花、逆境响应和适应中的最新研究进展(图2).

图2 H2S提高植物耐逆性的机理

4.1 H2S促进种子萌发和植物生长

在非逆境胁迫条件下，用适宜浓度的H2S(10～100 μmol/L)处理豌豆、小麦和玉米种子，可促进种子的萌发、幼苗茎和叶的生长，增强植株的光合作用，提高作物鲜重及产量；对于豌豆，这种促进以10 μmol/L为宜，用同样浓度的H2S处理上述三种植物幼苗，均可促进植株的光合作用和生长，提高作物产量；而1 mmol/L H2S处理，则抑制植物的生长；20 mmol/L H2S处理，则杀死植物[12].我们前期的研究结果也表明，10 mmol/L H2O2浸种24 h，可促进能源植物小桐子种子的萌发和提高发芽率，这种促进效应可被H2S合成抑制剂氨氧基乙酸削弱，而1 mmol/L H2S外源浸种，也可促进萌发和提高发芽率.进一步的研究表明，H2O2浸种可提高小桐子种子的LCD活性，继而诱导内源H2S的积累，触发H2S信号[13].这些结果说明，H2S信号可介导H2O2诱导的种子萌发.类似地，在小麦中，1.4 mmol/L H2S浸种12 h，可促进小麦种子的萌发[14].类似的结果在拟南芥、绿豆和苜蓿种子的萌发中也可观察到[15-17].

在铝胁迫下，200 μmol/L H2S处理可降低大麦幼苗根系和叶片中的铝含量，促进根系中柠檬酸的分泌，增加GSH含量及抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、CAT、POD和抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)的活性，继而减少ROS的积累及膜脂过氧化，最终提高大麦幼苗在铝胁迫下的生长能力，特别是根的生长[18].在小麦中，铜胁迫可抑制种子的萌发且降低发芽率，而1.4 mmol/L H2S浸种12 h，可缓解铜胁迫下种子萌发的抑制并提高发芽率.此外，H2S浸种可提高铜胁迫下小麦种子淀粉酶、酯酶、SOD、CAT和APX的活性，提高游离氨基酸的水平，减少内源铜、ROS和膜脂过氧化产物丙二醛的积累，缓解铜胁迫诱发的氧化损伤[14].类似地，在高温胁迫下，100 μmol/L H2S处理，可上调草莓中抗氧化酶(SOD、CAT、APX和谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase,GR))、抗氧化剂合成酶(半乳糖脱氢酶(galactose dehydrogenase,GDH)、谷胱甘肽合成酶(glutathione synthetase,GS)和谷氨酰半胱氨酸合成酶(glutamylcystein synthetase,GCS))、热激蛋白(heat shock proteins,HSP)和水孔蛋白(aquaporin,PIP)等基因的表达，继而提高草莓对高温胁迫的抵抗能力，改善草莓的生长[19].我们前期的研究结果也表明，50 μmol/L H2S处理烟草悬浮培养细胞，可提高其在高温胁迫下的再生能力，并且这种再生能力的提高与钙信使系统有关[20].在玉米中，H2S引发可提高高温胁迫下种子的萌发率，改善玉米幼苗的生长状况，这种改善与H2S增强抗氧化系统和渗透调节系统的活力有关[21].这些结果表明，H2S可促进非胁迫和胁迫条件下植物的生长.

4.2 H2S调控植物开花

春化作用是指低温促进植物开花的效应.关于春化作用的机理，目前尚未完全清楚.一般认为，开花阻遏物基因(FLOWERINGLOCUSC,FLC)、SOC1(SuppresorofOverexpressionofCanstant1)和开花基因(FLOWERINGLOCUST,FT)是春化反应和控制开花的关键基因，FLC表达受表观遗传调控[22].FLC的表达产物FLC是转录因子，能结合到SOC1或FT的启动子上，继而抑制SOC1和FT的表达，即抑制开花素的合成，因此植物不能开花.只有当转录因子FLC从SOC1或FT的启动子上脱落下来，FT才能表达，开花素FT才能合成，植物才能开花.Ma等[22]的最新研究表明，在大白菜(BrassicarapaL.)中，100 μmol/L H2S处理可促进植物开花，以补偿春化作用的不足.进一步的研究表明，H2S可触发大白菜开花阻遏物(BraFLC)的过硫化作用，导致构象的改变和与SOC1或FT的启动子的结合能力下降，从启动子上脱落，继而促进FT表达和开花素FT的合成，最终促进植物开花.同时，该课题组发现，H2S处理也可促进拟南芥植物的开花，其机理与大白菜开花一致[22].这些研究进一步表明，信号分子H2S在植物发育，特别是开花过程中起着重要的作用.

4.3 H2S提高植物耐逆性

4.3.1 H2S提高植物耐涝性

H2S除了在种子萌发、植物生长和开花中扮演着重要的信号分子作用外，在植物响应和适应逆境胁迫中也起着重要作用.在拟南芥幼苗中，水涝可上调LCD和DCD基因的表达，继而提高内源H2S水平，说明低氧或缺氧可触发H2S信号.此外，100 μmol/L H2S外源处理，可缓解水涝导致的叶片死亡，提高植物在涝害胁迫下的存活率，暗示H2S可提高植物的耐涝性[23].进一步的研究表明，H2S处理可改变内质网胁迫诱导的非折叠蛋白响应基因(endoplasmic reticulum stress-induced unfolded protein response(UPR)genes)如BIP、CNX、TINI、PDI、ERO和CRT的表达，说明UPR信号途径参与H2S诱导的植物耐涝性的形成[23].在拟南芥中，Yang等[24]利用转录组和代谢组手段，证实信号分子H2S在拟南芥耐涝性形成中的重要作用.他们的研究表明，外源提供和/或通过LCD、DCD、CAS及OASTL等内源产生的H2S，可激活转录因子(如ERF、MYB、NAC和WRKY等)，上调低氧响应基因(如POC、ADH、LBD和HRA等)和激素信号相关基因的表达，继而调节GSH、氨基酸和植物激素(吲哚乙酸、茉莉酸和水杨酸等)的代谢，最终提高植物对水涝的抵抗能力，提高水涝胁迫下拟南芥的存活率.此外，Li等[25]认为，水涝一方面可导致氧化胁迫、光合作用的下降、离子不平衡、生物膜的损伤和能量的匮缺，另一方面可通过激活CAS、DES1、SiR和CS，促进内源H2S的积累，以此作为第二信使，继而通过增强抗氧化系统(如CAT、SOD、POD和APX的活性，以及GSH和脯氨酸的含量)，增强H2S与植物激素(如吲哚乙酸(indoleacetic acid,IAA)、水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)和脱落酸(abscisic acid,ABA)等)和钙信号(Ca2+和钙调素)的交互作用，调节呼吸代谢(如苹果酸脱氢酶、磷酸果糖激酶和葡萄糖6-磷酸脱氢酶等的活性)，提高生物膜的完整性，稳定离子稳态，调整代谢适应，促进不定根的形成，缓解根尖细胞的死亡和改善光合作用，最终提高植物的耐涝性.

4.3.2 H2S提高植物耐冷性

冷胁迫作为主要的非生物胁迫因子，抑制植物的生长和产量的提高.在冷敏植物辣椒中，昼/夜温度为10 ℃/5 ℃时可抑制幼苗的光合能力，而这种抑制可分别被氨基乙酰丙酸(叶绿素合成的前体物质)和H2S所缓解，二者的组合处理可提高幼苗的光合能力.此外，冷胁迫可降低叶绿素合成中的上游物质氨基乙酰丙酸、原卟啉IX、Mg-原卟啉、原叶绿素酸酯、叶绿素a和叶绿素b的积累，下调上游基因HEMA1、HEMB、FAR1、FHY3、CHLH、HEME1、HEMF和PORA的表达；而氨基乙酰丙酸和H2S联合处理，可提高辣椒幼苗的叶绿素含量及其上游物质的水平，上调上游基因的表达[26].这些说明H2S处理可通过增加叶绿素的合成而提高冷胁迫下植物光合作用.类似地，在蓝莓中，H2S处理可缓解低温胁迫下光合色素类胡萝卜素和叶绿素的降解，继而阻止光系统I和光系统II的光抑制，最终提高蓝莓对低温胁迫的抵抗能力[27].黄瓜幼苗于4 ℃下暴露12 h，可上调H2S合成酶基因LCD和DES的表达，继而增加内源H2S含量.此外，4 ℃的低温胁迫下，H2S处理可提高次生代谢物葫芦素C合成酶的基因表达，而且这种表达是通过H2S对转录因子bHLH的过硫化作用，以提高其对启动子的结合能力而实现[28].在黄瓜幼苗中，水杨酸处理可提高LCD和DCD的基因表达，继而提高内源H2S水平和植物的耐冷性；这些效应可被H2S合成抑制剂和清除剂所消除，而SA抑制剂对此效应没有显著影响，暗示H2S在SA的下游发挥作用.进一步的研究表明，SA和H2S处理，可增强抗氧化酶SOD、CAT、POD、APX和GR活性和抗氧化剂(GSH和抗坏血酸(ascorbic acid,ASA))含量，并增强冷响应基因ICE、CBF和COR的表达[29].

4.3.3 H2S提高植物耐热性

与低温相类似，高温也是限制作物产量的重要环境因子.高温胁迫通常触发蛋白质变性、酶失活和基因表达的改变，继而导致细胞损伤.在植物响应和适应高温胁迫中，HSP和抗氧化系统起着重要的作用.如上所述，42 ℃的高温胁迫下，100 μmol/L H2S处理可导致HSP、SOD、CAT、APX、GR、GDH、GS、GCS和PIP等的基因表达，继而提高草莓对高温胁迫的抵抗能力[19].在白杨中，H2S供体(NaHS和GYY4137)处理，可增加亚硝基谷胱甘肽还原酶的活性，继而削弱高温胁迫下ROS/活性氮(reactive nitrogen species,RNS)诱导的细胞氧化损伤，最终提高白杨的高温抵抗能力[30].类似地，NaHS或GYY4137处理拟南芥种子，可提高高温胁迫下种子的萌发，增加植物激素脱落酸信号途径中重要的转录因子ABI5的基因表达，继而提高拟南芥的耐热性[17].我们的前期研究也表明，H2S处理可提高烟草悬浮细胞的耐热性，并且这种耐热性的获得受钙信使系统的调控[20].在玉米幼苗中，H2S处理可提高其耐热性，且此耐热性的提高可能通过调控抗氧化系统[31-32]和渗透调节系统[33-34]来实现.此外，H2S诱导玉米幼苗耐热性形成过程中，存在与H2O2、NO和SA信号的交互作用[35-37].

4.3.4 H2S提高植物对重金属胁迫的耐性

随着工业化和农业现代化的进程，重金属污染有所增加，影响到人类健康和作物产量的提高.寻找缓解重金属污染对植物伤害的策略是提高作物对重金属胁迫的耐性的重要手段.在花椰菜中，H2S处理可减少植物中重金属Cr的含量，其通过增强抗氧化系统的活力，降低ROS和丙二醛的水平，提高花椰菜对Cr的耐性[38].在番茄幼苗中，Cr胁迫可导致ROS的积累，改变H2S和半胱氨酸的代谢.而NO处理可通过引发H2S信号，从而改善Cr胁迫下幼苗的光合作用和植物的生长状态[39].此外，Cd胁迫可增加小麦幼苗内源NO和H2S水平，而外源NO和H2S处理可增加抗氧化酶SOD、CAT和POD的活性，保持生物膜的完整性，从而提高小麦幼苗对氧化胁迫的抵抗能力[40].在拟南芥中，超表达DCD可增加内源的H2S水平，降低幼苗中的Cd和ROS水平[41].Luo等[42]的进一步总结表明，Cu、Al、Cr、Cd、As、Pb、Zn和Ni等重金属胁迫，一方面可导致ROS/RNS的积累，产生氧化胁迫；另一方面可激活LCD、DCD和OASTL活性，继而提高内源H2S水平.H2S可通过对靶蛋白如CAT和APX的过硫化来调节他们的活性，以及提高抗氧化系统的活力，缓解氧化胁迫；此外,H2S可促进柠檬酸的分泌及植物螯合肽和金属硫蛋白的合成，减少植物体内重金属的积累；同时H2S还通过与其他信号分子如NO、H2O2、Ca2+、植物激素(SA和JA等)的交互作用，最终提高植物对重金属胁迫的抵抗能力.

4.3.5 H2S提高植物耐旱性

干旱胁迫作为一个非生物胁迫因子，通常导致渗透胁迫(即细胞缺水)和氧化胁迫.因此凡是能够减少气孔开度的策略，都可维持细胞的水分平衡，提高植物的抗旱性.Chen等[43]的研究表明，干旱胁迫可直接或间接(通过ABA信号途径)触发拟南芥中H2S的积累，导致蔗糖非发酵相关蛋白激酶2.6(sucrose non-fermenting related protein kinase,SnRK2.6)过硫化和磷酸化并被激活，继而诱发保卫细胞膜上Ca2+通道的开放，最终导致气孔的关闭，从而维持植物体内的水分平衡，提高植物的抗旱性.类似地，ABA可激活拟南芥DES1活性，增加内源H2S水平，继而导致转录因子ABA不敏感4(ABA insensitive 4,ABI4)发生过硫化并被激活，提高其与促分裂原活化蛋白激酶的激酶的激酶18(mitogen-activated protein kinase kinase kinase 18,MAPKKK18)的启动子的结合能力，促进MAPKKK18的基因表达，引发MAPK信号级联，调节下游生理过程包括耐旱性[44].在水稻幼苗中，干旱脱水可激活LCD活性，继而连续不断地增加内源H2S水平；而外源H2S处理，可改善幼苗在干旱胁迫下的生理性能和光合参数，提高抗氧化酶SOD、CAT、APX和GR活性及抗氧化剂GSH和ASA的水平，缓解ROS的积累和氧化损伤.此外，H2S处理可上调ABA合成酶和ABA响应基因的表达，下调ABA氧化酶基因表达，从而提高水稻幼苗中的ABA水平，最终提高幼苗对干旱胁迫的抵抗能力[45].在小麦幼苗中，外源硅和H2S处理不仅可提高小麦的耐旱性，还可提高小麦对叶锈病菌浸染的抵抗能力.这种抵抗能力的形成与硅和H2S增强抗氧化酶SOD、POD、多酚氧化酶和苯丙氨酸裂解酶的活力，增加渗透调节物质可溶性糖和脯氨酸水平及内源激素ABA和SA的含量有关[46].

4.3.6 H2S提高植物耐盐性

与干旱胁迫类似，盐胁迫也会导致渗透胁迫、离子毒害、营养胁迫和氧化胁迫.能够缓解这四个方面伤害的策略都可提高植物对盐胁迫的抵抗能力.在茄子幼苗中，盐胁迫导致植物体内大量元素(N、P、K、Ca、Mg和S)和微量元素(Mn、Fe、Zn和B)的减少，产生营养胁迫，继而导致植物高度、茎秆直径、叶面积、植株鲜重和干重等生长相关参数的下降；而外源H2S处理，则可提高上述大量元素和微量元素的含量，缓解营养胁迫和植物生长相关参数的下降；外源H2S处理可提高抗氧化酶SOD和CAT的活性，减少ROS和丙二醛的积累；提高渗透调节物质蔗糖和脯氨酸的含量以及植物激素ABA水平，最终改善茄子幼苗在盐胁迫下的生长特性[47].类似地，在药用植物青钱柳中，盐胁迫可改变叶绿素荧光参数(Fv/Fm、NPQ和ETR)，产生氧化胁迫，减少生物量的积累；而H2S处理，可通过激活硝酸还原酶活性，触发NO信号,以及提高盐胁迫下植物中抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX的活性及抗氧化剂脯氨酸和多酚的水平，继而减少ROS积累，缓解氧化损伤，改善光合参数，积累生物量[48].此外，在黄瓜幼苗中，褪黑素处理可增加LCD和DCD的转录并提高酶的活性，继而积累内源H2S，上调抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX、GR和脱氢抗坏血酸还原酶(dehydroascorbate reductase,DHAR)的基因表达，提高这些抗氧化酶的活性，降低盐胁迫下幼苗的氧化损伤，改善幼苗的光合参数，最终提高幼苗对盐胁迫的抵抗能力[49].Wei等[50]利用蛋白组手段，证实外源H2S对盐胁迫下的水稻幼苗有保护作用；其主要机理为H2S处理可上调抗氧化相关蛋白(SOD、POD、APX、GSH硫转移酶等)、光合作用相关蛋白(核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶等)、能量产生和物质代谢相关蛋白(糖酵解和三羧酸循环相关酶等)及胁迫响应和保护相关蛋白(蛋白激酶等)的表达，继而缓解氧化胁迫，改善盐胁迫下水稻幼苗地下部分和地上部分的生长，积累更多的生物量.

5 总结与展望

H2S与其他信号分子(如Ca2+、ROS、NO和MG等)相似，具有双重作用，即高浓度下是细胞毒害剂，低浓度下是信号分子.作为信号分子的H2S在植物体内可通过酶促和非酶促途径进行代谢，以维持它的稳态和触发下游信号途径.H2S不仅可独立作用，也可通过与其他信号分子(如Ca2+、ROS、NO和MG等)交互作用，形成信号网络，继而调控种子的萌发与幼苗的生成、植物的生长与发育、生殖与衰老以及植物对逆境胁迫的响应与适应.最新的研究表明，H2S引发蛋白质过硫化作用(一种新的翻译后修饰)，继而改变蛋白的构象、活性、稳定性和细胞定位，这可能是它作为信号分子调控植物生理生化过程的重要手段.虽然H2S信号近几年来在植物体中的研究取得了很大发展，但许多科学问题也需要进一步阐明：(1)随着组学的发展，H2S处理提高植物不同耐逆性中的转录组、蛋白组、代谢组和表型组的变化及差异，以及其提高植物耐逆性的分子机制，需要进一步研究；(2)H2S与其他信号分子(如Ca2+、ROS、NO、MG、环核苷酸、脂信号和糖信号等)的交互作用，以及交互作用形成的信号网络有待于进一步补充和完善；(3)H2S作为信号分子，能导致某些蛋白的过硫化，这些蛋白是否就是它的受体也需要确认；(4)H2S调控种子萌发、生长发育及形态建成的分子机制也有待于进一步解析.