全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2012, 47 (3): 217–225, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2012.00217
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收稿日期: 2011-09-01; 接受日期: 2012-02-09
基金项目: 国家自然科学基金(No.30970228, No.31170237)、山东省自然科学基金(No.ZR2010CM024)和植物生理学与生物化学国家重
点实验室开放课题(No.SKLPPBKF11001)
* 通讯作者。E-mail: liuxin6080@yahoo.com.cn
H2O2介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭
王兰香, 侯智慧, 侯丽霞, 赵方贵, 刘新*
青岛农业大学生命科学学院, 山东省高校植物生物技术重点实验室, 青岛 266109
摘要 以野生型拟南芥(Arabidopsis thaliana)及其突变体(atrbohD、atrbohF、atrbohD/F、atl-cdes、atd-cdes)和过表达株
系(OEL-CDes、OED-CDes)为材料, 利用药理学实验, 结合分光光度法和激光共聚焦显微技术, 探讨硫化氢(hydrogen
sulfide, H2S)在干旱诱导的拟南芥气孔关闭中的作用及其与过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)的关系。结果表明, H2S清
除剂次牛磺酸(hypotaurine, HT)及合成抑制剂氨氧基乙酸(aminooxy acetic acid, AOA)、羟胺(hydroxylamine, NH2OH)和丙
酮酸钾(potasium pyruvate, C3H3KO3)+氨水(ammonia, NH3)均可不同程度抑制干旱诱导的气孔关闭; 干旱对OEL-CDes和
OED-CDes植株气孔关闭的诱导作用明显, 而atl-cdes和atd-cdes叶片气孔对干旱胁迫反应的敏感性下降; 干旱胁迫能明显
增加拟南芥保卫细胞中H2O2水平及叶片中H2S含量, 提高D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性及基因表达量, 而对突变体atrbohD、
atrbohF和atrbohD/F没有显著影响。清除H2O2可减弱干旱胁迫对H2S含量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的诱导效应。研究
结果表明H2S位于H2O2下游参与干旱诱导拟南芥气孔关闭的信号转导过程。
关键词 拟南芥, 干旱胁迫, 过氧化氢, 硫化氢, 气孔关闭
王兰香, 侯智慧, 侯丽霞, 赵方贵, 刘新 (2012). H2O2介导的H2S产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭. 植物学报 47,
217–225.
干旱是限制植物生长的最重要环境因素之一, 干
旱胁迫下植物能够通过调控气孔开度来防止植物体
内水分的散失并维持一定的光合作用(Seemann and
Critehley, 1985)。业已证明脱落酸(abscisic acid,
ABA)、茉莉酸(jasmonate acid, JA)和乙烯(ethylene,
Eth)等植物激素均能够促进植物气孔关闭; Ca2+、质
子和过氧化氢(hydrogen peroxide, H2O2)等作为重要
的组分参与气孔运动的信号转导途径(刘新等, 2003;
Desikan et al., 2006; 刘国华等, 2009a, 2009b; 侯
智慧等, 2011); K+和Cl–等渗透调节物质在植物调节
保卫细胞膨压过程中发挥重要作用(高巍和尚忠林,
2010)。在干旱胁迫下是否还存在其它参与调控气孔
运动的因子以及其作用机制还有待深入研究。
硫化氢(hydrogen sulfide, H2S)是近年来发现的
继一氧化氮 (nitric oxide, NO)和一氧化碳 (carbon
monoxide, CO)之后的第3种内源性气体信号分子
(García-Mata and Lamattina, 2010; Kajimura et al.,
2010; Tan et al., 2010)。大量动物实验已经证明, H2S
参与神经活动的调节、大脑的发育、血管结构的重建
及多种病理生理变化(Łowicka and Bełtowski, 2007;
Kajimura et al., 2010)。近几年对H2S在植物生命活动
中发挥作用的报道也越来越多, 如一定浓度的外源
H2S能提高小麦(Triticum aestivum)幼苗的耐寒性
(Stuiver et al., 1992); 增强小麦种子(Zhang et al.,
2008)和甘薯(Ipomoea batatas)幼苗(Zhang et al.,
2009)抵抗非生物胁迫的能力; 促进豌豆(Pisum sa-
tivum)胚根生长(李东波等 , 2010); 调控蚕豆(Vicia
faba)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和凤仙花(Impa-
tiens walleriana)的气孔运动(García-Mata and Lama-
ttina, 2010)等。内源H2S亦参与ABA诱导蚕豆气孔关
闭的过程(刘菁等, 2011)。但H2S在干旱诱导气孔运动
过程中的作用及其机制却鲜见报道。
有报道显示, 在植物体抵御逆境的过程中H2S和
H2O2之间存在联系, 外源H2S能够通过提高抗氧化酶
的活性进而降低H2O2的水平来抵抗由多种胁迫所引
起的氧化伤害(Zhang et al., 2008, 2009, 2010)。但尚
·研究报告·
218 植物学报 47(3) 2012
不清楚在植物应答逆境胁迫的信号转导过程中内源
H2S和H2O2之间的关系。植物细胞可以通过多条途径
形成H2S和H2O2, 如H2S主要是通过D-/L-半胱氨酸脱
巯基酶(D-/L-cysteine desulfhydrase, D-/L-CDes)、
亚硫酸盐和硫酸盐的代谢作用产生 (Riemensch-
neider et al., 2005); 产生H2O2的途径则主要涉及
NADPH氧化酶、细胞壁过氧化物酶和多胺氧化酶等
(Mustilli et al., 2002)。那么, H2S是否参与干旱胁迫诱
导拟南芥气孔关闭的信号转导过程, 其与H2O2的关
系又是怎样的？本实验以野生型拟南芥及其H2O2合
成酶缺失型突变体(atrbohD, atrbohF, atrbohD/F)、
H2S合成酶缺失型突变体(atl-cdes, atd-cdes)和过表
达株系(OEL-CDes、OED-CDes)为材料, 利用药理
学实验, 结合分光光度法和激光共聚焦显微技术, 探
讨H2S在干旱诱导拟南芥气孔关闭中的作用及其与
H2O2的关系。
1 材料与方法
1.1 材料和试剂
供试材料为拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)野生型
Col-0、D-/L-半胱氨酸脱巯基酶缺失型突变体atd-
cdes和atl-cdes及其过表达株系OED-CDes和OEL-
CDes、NADPH氧化酶缺失型突变体 atrbohD和
atrbohF及其双突变体atrbohD/F。材料培养参照刘国
华等(2009a)所述方法, 取生长4–5周完全展开的拟
南芥莲座叶供实验用。
实验中所用试剂包括表皮条缓冲液(10 mmol·L–1
MES, 50 mmol·L–1KCl, 0.1 µmol·L–1CaCl2, 用KOH
调节pH至6.1)、0.1 mmol·L–1硫氢化钠(sodium hydro-
sulfide, NaHS)、0.1 mmol·L–1抗坏血酸(ascorbic
acid, AsA)、0.01 mmol·L–1水杨羟肟酸(salicylhy-
droxamic acid, SHAM)、20 mmol·L–1 Tris-HCl、0.01
mmol·L–1二苯基碘(diphenylene iodonium, DPI)、2.5
mmol·L–1二硫苏糖醇(dithiothreitol, DTT)、0.8
mmol·L–1D-半胱氨酸(D-cysteine)、0.8 mmol·L–1L-
半胱氨酸(L-cysteine)、30 mmol·L–1FeCl3、20 mmol·
L–1N,N-二甲基-对苯二胺(N,N-dimethyl-p-phenylene-
diamine dihydrochloride)、10%PEG6000、15 μmol·
L–1次牛磺酸(hypotaurine, HT)、0.4 mmol·L–1氨氧基
乙酸(aminooxy acetic acid, AOA)、0.2 mmol·L–1丙酮
酸钾(potasium pyruvate, C3H3KO3)、0.2 mmol·L–1
氨水(ammonia, NH3)和0.4 mmol·L–1羟胺(hydroxy-
lamine, NH2OH)。其中NaHS、AsA、DPI、SHAM、
AOA、L-半胱氨酸及D-半胱氨酸均购于Sigma公司;
其它药品均为国产分析纯。
1.2 气孔开度的测定
气孔开度的测定参照刘国华等(2009a)的方法, 首先
用光诱导使叶片气孔完全张开, 用显微测微尺测量气
孔的初始孔径。然后将其分别置于含有不同处理液的
MES缓冲液中, 于光下(光照强度200 μmol·m–2·s–1)
处理30分钟, 记录终态孔径。
1.3 H2S含量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的
测定
取0.1 g生长状态一致的拟南芥莲座叶片, 外施10%
PEG6000, 光下(光照强度120 μmol·m–2·s–1)分别处
理0、1、2、4、6小时, 检测干旱胁迫对叶片H2S含
量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的影响。
取0.1 g生长状态一致的拟南芥莲座叶片 , 用
10%PEG6000分别与0.1 mmol·L–1AsA、0.01 mmol·
L–1DPI和0.01 mmol·L–1SHAM共同处理2小时, 研究
H2O2清除剂和合成抑制剂对干旱胁迫下叶片H2S含
量和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的影响。
拟南芥叶片H2S含量的测定参照亚甲基蓝法
(Sekiya et al., 1982; 侯智慧等, 2011)并稍作修改。
D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性测定参照侯智慧等
(2011)的方法进行。
1.4 保卫细胞内H2O2水平的检测
用H2O2的特异性荧光探针2,7-Dichlorodihydrofluo-
rescein diacetate (H2DCF-DA)(Sigma, 美国)检测保
卫细胞内的H2O2水平(刘国华等, 2009a)。光诱导使气
孔完全张开 , 然后将叶片置于10%PEG6000、15
μmol·L–1HT、10%PEG6000+15 μmol·L–1HT处理液
中处理。处理时加入H2DCF-DA (50 μmol·L–1), 25°C
下避光孵育20分钟, 然后除去多余的染料, 在激光共
聚焦扫描显微镜(Zeiss LSM 510 META)下进行扫描
观察。用488 nm蓝光激发, 发射波长为505–530 nm,
在LSM 5 Image Browse软件包下获得拟南芥气孔保
卫细胞中H2O2的静态分布图像。
王兰香等: H2O2介导的 H2S 产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭 219
1.5 荧光实时定量PCR检测
用TriZol试剂盒 (Invitrogen, 美国 )提取拟南芥总
RNA。以总RNA为模板, Oligo d(T)18为引物, 在逆
转录酶M-MLV(TaKaRa, 大连 )作用下合成第1链
cDNA。荧光实时定量PCR反应及检测以SYBR green
I(Sigma, 美国 )为荧光探针在Bio-Rad公司的MyiQ
Real-Time PCR Detection System上进行, 操作严
格遵照该仪器的操作程序。为了保证定量PCR结果的
准确性, 对每一种样品的分析都重复3次, 包括目标
基因和作为内参的管家基因(β-actin)。AtL-CDes定量
PCR的正向和反向引物序列分别为5-TGTATGT-
GAGGAGGAGGC-3 和 5-GTTTCATACTGATGCT-
GCTC-3。AtD-CDes定量PCR的正向和反向引物序
列分别为5-ATAGAAGCAGCAAGGGAA-3和5-TG-
AGGCTCTTACTAATGCT-3。β-actin定量PCR的正
向和反向引物序列分别为5-GGTAACATTGTGCT-
CAGTGGTGG-3 和 5-CACGACCTTAATCTTCAT-
GCTGC-3。用熔解曲线法检测实时定量PCR产物的
特异性, 采用MyiQ software进行数据分析。
1.6 数据统计和分析
所有定量结果均为3次重复的平均值±标准误差。用
DPS数据处理系统对测定结果进行方差分析。

______________________________________________________
→
图1 H2S合成抑制剂及清除剂对干旱调控的拟南芥气孔运动
的影响
(A) 干旱对气孔开度的影响; (B) H2S清除剂次牛磺酸(HT)对干
旱诱导气孔关闭的影响; (C) H2S清除剂和合成抑制剂对干旱诱
导拟南芥气孔关闭的影响。a: MES; b: 15 μmol·L–1HT; c: 0.4
mmol·L–1氨氧基乙酸(AOA); d: 0.4 mmol·L–1羟胺(NH2OH); e:
0.2 mmol·L–1丙酮酸钾(C3H3KO3)+0.2 mmol·L–1氨水(NH3)

Figure 1 Effects of H2S synthesis inhibitors and scavenger
on drought-regulated stomatal movement in Arabidopsis
(A) Effects of drought on stomatal closure; (B) Effect of hy-
potaurine (HT), the scavenger of H2S on drought-induced
stomatal closure; (C) Effects of the scavenger and synthesis
inhibitors of H2S on drought-induced stomatal closure. a:
MES; b: 15 μmol·L–1HT; c: 0.4 mmol·L–1aminooxy acetic acid
(AOA); d: 0.4 mmol·L–1hydroxylamine (NH2OH); e: 0.2 mmol·
L–1potasium pyruvate (C3H3KO3)+0.2 mmol·L–1ammonia (NH3)

2 结果与讨论
2.1 H2S参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭
2.1.1 H2S对干旱诱导拟南芥气孔关闭的影响
图1A显示, 一定浓度的PEG6000处理可诱导拟南芥
气孔关闭, 且当PEG6000浓度为10%时保卫细胞保



220 植物学报 47(3) 2012
持良好的活性, 不会对细胞造成伤害(P<0.05)。据此
我们采用10%PEG6000模拟干旱胁迫, 并结合H2S
清除剂HT、H2S合成酶抑制剂AOA和NH2OH以及H2S
合成酶D-/L-半胱氨酸脱巯基酶的产物C3H3KO3+NH3
处理, 研究H2S在干旱诱导拟南芥气孔关闭过程中的
作用。图1B表明一定浓度的HT单独处理对气孔的开
闭运动没有显著影响, 但当其与10%PEG6000共处
理时, 可以不同程度地抑制PEG诱导的拟南芥气孔
关闭, 并且15 μmol·L–1浓度的HT处理几乎能够抵消
PEG诱导气孔关闭的效应(P<0.05)。另外, 单独施加
H2S的合成抑制剂均对气孔开闭无显著影响, 但可不
同程度地减弱PEG6000诱导的气孔关闭效应(图1C)。
以上结果初步证明H2S是干旱诱导拟南芥气孔关闭运
动过程中的重要组分。

2.1.2 干旱对拟南芥叶片H2S含量及D-/L-半胱氨酸
脱巯基酶活性的影响
为了证明H2S参与拟南芥对干旱胁迫的应答, 我们检
测了干旱胁迫下叶片H2S含量及D-/L-半胱氨酸脱巯
基酶活性的变化情况。由图2可知, 拟南芥叶片中含
有一定水平的内源H2S, 干旱可诱导拟南芥叶片H2S
含量的明显增加(图2A插图)(P<0.05), 同时显著提高
了拟南芥叶片中H2S合成酶D-/L-半胱氨酸脱巯基酶
的活性(图2B和2C插图)(P<0.05), 且酶活性的变化

_____________________________________________
→
图2 H2O2清除剂和合成酶抑制剂对干旱处理的拟南芥叶片
H2S含量(A)、D-半胱氨酸脱巯基酶(B)和L-半胱氨酸脱巯基酶
(C)活性的影响
插图显示干旱处理对拟南芥叶片H2S含量(A)、D-/L-半胱氨酸脱
巯基酶活性(B, C)影响的时间效应。a: H2O; b: 0.1 mmol·L–1抗
坏血酸(AsA); c: 0.01 mmol·L–1二苯基碘(DPI); d: 0.01 mmol·
L–1水杨羟肟酸(SHAM)

Figure 2 Effects of the scavenger and synthesis inhibitors
of H2O2 on the H2S content (A), the activity of D-cysteine
desulfhydrase (B) and L-cysteine desulfhydrase (C) in leaves
of Arabidopsis treated by drought stress
Illustrations indicated the time course for the effect of drought
on H2S content (A) and the activity of D-/L-cysteine desulfhy-
drase (B, C) in leaves of Arabidopsis. a: H2O; b: 0.1 mmol·L–1
ascorbic acid (AsA); c: 0.01 mmol·L–1diphenylene iodonium
(DPI); d: 0.01 mmol·L–1salicylhydroxamic acid (SHAM)

王兰香等: H2O2介导的 H2S 产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭 221
与H2S水平的变化趋势相一致。由此推测H2S参与干
旱诱导的拟南芥气孔关闭, 且D-/L-半胱氨酸脱巯基
酶与干旱诱导的H2S合成相关。

2.1.3 干旱对拟南芥叶片H2S合成酶基因表达的影响
为了证明来自D-/L-半胱氨酸脱巯基酶途径的H2S在
拟南芥抵御干旱胁迫中起重要作用, 检测了干旱胁迫
对AtD-CDes和AtL-CDes两个基因表达的影响。结果
显示, 干旱可诱导拟南芥叶片AtD-CDes和AtL-CDes
的表达量增加, 分别在处理后120分钟和15分钟其表
达量达到最高(图3)(P<0.05), 而后逐渐降低, 最终恢
复到初始表达量。本研究在分子水平上进一步证明干
旱能够通过诱导D-/L-半胱氨酸脱巯基酶的表达, 增
加H2S的合成, 从而诱导拟南芥气孔关闭。

2.1.4 干旱对拟南芥H2S合成酶突变体及过表达株
系气孔运动的影响
为了进一步提供遗传证据以证明H2S参与干旱诱导的
拟南芥气孔关闭 , 以AtD-CDes和AtL-CDes基因的
T-DNA插入突变体atd-cdes、atl-cdes及其过表达株
系OED-CDes、OEL-CDes为材料, 检测了干旱胁迫
对其叶片气孔开度的影响。结果表明, 干旱不能明显
改变H2S合成酶缺失型突变体的气孔开度, 但过表达
株系的气孔运动对干旱胁迫的响应较野生型更为敏
感(P<0.05)(图4)。综合以上生理学、分子生物学和遗
传学证据, 证明H2S参与了干旱诱导的拟南芥气孔关
闭, 推测干旱可以通过上调D-/L-半胱氨酸脱巯基酶
基因的表达, 提高D-/L-半胱氨酸脱巯基酶的活性, 进
而引起H2S水平升高, 诱导气孔关闭。
2.2 H2S作为H2O2的下游信号分子介导干旱诱导
的拟南芥气孔关闭
已有证据显示, H2O2是抵御干旱胁迫调控气孔运动过
程中的重要信号分子(Miao et al., 2006)。为了探明在
干旱调控气孔关闭的信号转导链中H2S与H2O2的关
系, 我们利用H2O2清除剂和合成酶抑制剂以及H2O2
合成酶缺失型突变体进行了研究。结果表明, H2O2清
除剂和合成酶抑制剂均能不同程度地抑制干旱所引
起的拟南芥叶片中H2S含量的增加(图2A)以及H2S主
要合成酶D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的升高(图2B,
C); 且干旱胁迫不能诱导H2O2合成酶缺失型突变体

图3 干旱胁迫对拟南芥叶片AtD-CDes和AtL-CDes基因表达
的影响

Figure 3 Effect of drought treatment on the expression of
AtD-CDes and AtL-CDes genes in leaves of Arabidopsis



图4 干旱胁迫对突变体atd-cdes、atl-cdes和过表达株系OED-
CDes、OEL-CDes气孔开度的影响

Figure 4 Effects of drought stress on stomatal aperture in
Arabidopsis wild-type (WT), mutants (atd-cdes, atl-cdes) and
overexpression lines (OED-CDes, OEL-CDes)


叶片中H2S含量(图5A)和D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活
性(图5B, C)的变化。我们还检测了H2S清除剂HT对干
旱诱导的拟南芥气孔保卫细胞中H2O2水平的影响。结
果显示, HT不能改变干旱所引起的拟南芥气孔保卫
细胞中H2O2水平的升高(图6)。以上结果为H2O2参与
干旱诱导的拟南芥叶片H2S的合成提供了生理学和遗
传学证据。由此推断, H2S作为H2O2的下游信号分子
222 植物学报 47(3) 2012

图5 H2O2清除剂对干旱胁迫下H2O2合成酶缺失型突变体叶片
中H2S含量(A)、D-半胱氨酸脱巯基酶(B)和L-半胱氨酸脱巯基酶
(C)活性的影响
a: H2O; b: 10%PEG6000; c: 0.1 mmol·L–1抗坏血酸(AsA); d:
10%PEG6000+0.1 mmol·L–1AsA

Figure 5 Effects of the H2O2 scavenger on H2S content (A),
D-cysteine desulfhydrase activity (B) and L-cysteine desulf-
hydrase activity (C) in Arabidopsis wild-type (WT) and atr-
bohD, atrbohF, atrbohD/F mutants treated by drought stress
a: H2O; b: 10%PEG6000; c: 0.1 mmol·L–1ascorbic acid (AsA);
d: 10%PEG6000+0.1 mmol·L–1AsA

介导干旱诱导的拟南芥气孔关闭。
2.3 讨论
气孔运动在植物生命活动中起着极其重要的作用, 长
期以来一直受到人们的极大重视。已有大量实验证据
表明干旱胁迫能够引起气孔关闭 (Seemann and
Critehley, 1985)。进一步的研究证实干旱胁迫下根系
产生脱落酸(ABA)并随水流传递到叶片, 进而影响植
物的气孔导度(张岁歧等, 2001)。亦有报道表明Ca2+、
NO和H2O2等作为第二信使均参与水分胁迫下的信号
转导过程, 从而调控气孔运动(Frandsen et al., 1996;
Pei et al., 2000; García-Mata et al., 2001; Zhao et
al., 2001)。但干旱诱导的气孔关闭是一个复杂的过
程, 其作用机制还有待深入研究。
大量动物实验表明, H2S能够作为一种信号分子
参与动物神经系统以及心脑血管系统的生长发育
(Łowicka and Bełtowski, 2007)。但H2S在植物中的作
用及其机制研究还刚起步, 主要集中于外源H2S在提
高植物抗逆性中的作用。例如, H2S可以调控拟南芥
中的巯基水平(Riemenschneider et al., 2005); 外源
H2S能够促进小麦种子萌发, 并可以通过调节活性氧
代谢减缓铜离子胁迫所引起的氧化损伤(Zhang et
al., 2008)。但关于H2S是否参与植物对干旱胁迫的应
答, 以及内源H2S在干旱调控气孔运动中的作用却鲜
见报道。最近研究发现一定浓度的H2S供体NaHS可
以诱导拟南芥气孔关闭, 且作为信号分子参与了ABA
诱导的蚕豆气孔关闭(刘菁等, 2011)。已知干旱胁迫
能够促进植物合成ABA并启动保卫细胞中一系列复
杂的信号网络, 从而促进气孔关闭(刘子会等, 2004)。
那么H2S是否参与植物对干旱应答的信号转导过程？
本实验结果显示, 干旱胁迫能够引起拟南芥叶片中
H2S含量、D-/L-半胱氨酸脱巯基酶基因表达量和酶活
性的升高(图2, 图3); H2S合成酶缺失型突变体叶片
气孔对干旱胁迫的敏感性大大下降, 而干旱对AtL-
CDes和AtD-CDes的过表达植株气孔关闭的诱导作
用明显(图4)。本研究首次从分子水平和组织水平证明
H2S作为一种内源信号分子, 在干旱调控的拟南芥气
孔关闭过程中起重要作用。
H2O2作为信号分子广泛参与植物的生长发育过
程, 且H2O2在干旱、茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,
王兰香等: H2O2介导的 H2S 产生参与干旱诱导的拟南芥气孔关闭 223



图6 H2S清除剂次牛磺酸(HT)对干旱处理的拟南芥气孔保卫细胞中H2O2水平的影响
(A) MES; (B) 10%PEG6000; (C) 15 μmol·L–1HT; (D) 10%PEG6000+15 μmol·L–1HT。A1–D1: 多个保卫细胞; A2–D2: 单个保卫细
胞。Bar=5 µm

Figure 6 Effect of the H2S scavenger, hypotaurine (HT) on the H2O2 level in guard cells of Arabidopsis treated by drought stress
(A) MES; (B) 10%PEG6000; (C) 15 μmol·L–1HT; (D) 10%PEG6000+15 μmol·L–1HT. A1–D1: Multiple guard cells; A2–D2: Single
guard cell. Bar=5 µm


MeJA)、ABA和乙烯等诱导的拟南芥气孔关闭过程中
起重要作用(Zhang et al., 2001; Kolla et al., 2007;
Munemasa et al., 2007; 刘国华等, 2009a)。例如
H2O2作为胞质碱化的下游组分参与了ABA和JA诱导
的拟南芥气孔关闭过程(Suhita et al., 2004); 亦可通
过NO介导乙烯诱导的拟南芥叶片气孔关闭(刘国华
等, 2009a)。近期研究显示H2O2可能位于H2S的下游
参与了JA诱导的蚕豆气孔关闭, 且H2O2主要来源于
NADPH氧化酶途径和细胞壁过氧化物酶途径(侯智
慧等, 2011)。那么干旱胁迫下调节气孔运动的H2O2
主要来自什么途径？其与H2S的关系又是怎样的？本
实验分别利用H2O2合成酶抑制剂DPI和SHAM, 证明
来自NADPH氧化酶途径和细胞壁过氧化物酶途径的
H2O2均参与了干旱介导的拟南芥气孔关闭(结果未显
示), 这与An等(2008)的实验结果一致。并且清除
H2O2能够明显抑制干旱诱导的拟南芥叶片中H2S含
量以及D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的提高(图2); 干
旱不能引起H2O2合成酶缺失型突变体中H2S水平以
及D-/L-半胱氨酸脱巯基酶活性的变化(图5); 同时
H2S的清除剂亦不能改变干旱诱导的拟南芥气孔保卫
细胞中H2O2含量的升高(图6)。由此推测, H2S可能位
于H2O2的下游参与干旱调控的拟南芥气孔关闭过程。
本实验为全面了解H2S在调控植物气孔运动中的
作用, 深入阐明气孔运动信号转导过程中H2S与H2O2
的关系提供了植物生理学、细胞生物学、遗传学和分
子生物学方面的实验证据。据最近研究报道, H2S介
导神经细胞胞质中Ca2+水平的上升 (Yong et al.,
2010)。Ca2+是植物气孔运动信号转导途径中的第二
信使, 那么在对气孔运动的调控过程中H2S与胞质
Ca2+的关系怎样？在植物生长发育的不同阶段以及
多变的环境中H2S的产生途径及其主要合成酶基因的
表达、合成酶蛋白的分布是否有所变化？此外, 植物
体内是否存在H2S的受体(蛋白)？其调控机制如何？
这些问题都有待于进一步的研究。
224 植物学报 47(3) 2012
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H2S Induced by H2O2 Mediates Drought-induced Stomatal Closure
in Arabidopsis thaliana
Lanxiang Wang, Zhihui Hou, Lixia Hou, Fanggui Zhao, Xin Liu*
Key Laboratory of Plant Biotechnology in Universities of Shandong, College of Life Science, Qingdao Agricultural University,
Qingdao 266109, China
Abstract Using the Arabidopsis thaliana wild-type; mutants atrbohD, atrbohF, atrbohD/F, atl-cdes, and atd-cdes; and
D-/L-cysteine desulfhydrase overexpression plants, we investigated the roles of hydrogen sulfide (H2S) in drought-in-
duced stomatal closure in A. thaliana. We used a pharmacological experiment combined with laser scanning confocal
microscopy and spectrophotography. The H2S scavenger hypotaurine and H2S synthesis inhibitors aminooxy acetic acid,
hydroxylamine, potasium pyruvate and ammonia all inhibited drought-induced stomatal closure. Drought-induced
stomatal closure was greater in overexpression than wild-type plants, with the effect not obvious in atl-cdes and atd-cdes.
Moreover, drought stress enhanced the level of hydrogen peroxide (H2O2) in guard cells and increased the content of H2S
and the activity and expression of D-/L-cysteine desulfhydrase in leaves but had no significant effect in atrbohD, atrbohF,
and atrbohD/F. The H2O2 scavenger decreased drought-induced H2S production and the activity of D-/L-cysteine desulf-
hydrase in leaves. H2S may function downstream of H2O2 in the signal transduction pathway of drought-induced stomatal
closure in A. thaliana.
Key words Arabidopsis thaliana, drought stress, hydrogen peroxide, hydrogen sulfide, stomatal closure
Wang LX, Hou ZH, Hou LX, Zhao FG, Liu X (2012). H2S induced by H2O2 mediates drought-induced stomatal closure in
Arabidopsis thaliana. Chin Bull Bot 47, 217–225.
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* Author for correspondence. E-mail: liuxin6080@yahoo.com.cn
(责任编辑: 刘慧君)