动物中的研究表明，血红素加氧酶/一氧化碳(heme oxygenase/carbon monoxide，HO/CO)是一种内源信号系统，HO(EC1.14.99.3)产生的CO起着生理信号分子或生物活性小分子的功能，影响着细胞的繁殖和各种生长因子的合成。　　 在植物中，HO参与了光敏色素发色团的生物合成。先前我们通过研究发现，盐胁迫下小麦幼苗根部HO活性上升并导致内源CO含量增加，CO通过NO信号介导的上调根部抗氧化防护和维持离子稳态来提高小麦幼苗耐盐性，但还不清楚HO诱导与盐适应性之间的关系。我们进一步的研究发现，低浓度NaCl预处理(25 mM)不仅能激活小麦HO-1基因的表达和活性提高，还能诱导产生盐适应现象；200 mM NaCl处理则能导致相反的结果。进一步探讨了HO-1上调在小麦幼苗获得性耐盐性(盐适应)中的作用，发现HO-1专一性抑制剂锌原卟啉(zinc protoporphyrinⅨ，ZnPP)能够逆转盐适应的产生，而200 mM NaCl产生的毒害效应能被外加HO-1诱导剂haemin部分逆转，这说明盐适应过程与HO-1上调有关。此外，CO(HO的催化产物之一)处理能模拟低浓度NaCl诱导产生的盐适应现象。CO预处理能重建活性氧(reactive oxygen species，ROS)稳态平衡，这一过程是通过上调超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)和胞内过氧化物酶(peroxidase，POD)的转录本、总酶活和同工酶活性，下调NADPH氧化酶和细胞壁POD总酶活以及同工酶活性来实现的。同时也发现，过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)稳态的维持是HO-1介导的盐适应所必需。上述结果表明，HO-1是通过维持ROS稳态来介导小麦幼苗盐适应性。　　 在拟南芥中，共有四个基因编码HO，它们分别是HY1、HO2、HO3和HO4。为了阐明各HO基因在盐适应过程中的功能，进一步利用遗传突变体研究HO介导盐适应性产生中的具体机制。首先比较了拟南芥野生型和四个HO単突变体(hy1-100、ho2、ho3和ho4)在NaCl胁迫下的萌发率和主根生长差异。结果表明，hy1-100对NaCl最敏感，且没有盐适应表型；而HY1过表达株系(35S：HY1-1/2/3/4)对NaCl则更具抗性。进一步研究发现，低浓度NaCl能激活NADPH氧化酶D(respiratory burst oxidase homologues，RbohD)转录本，其产生的ROS呈双峰诱导(峰Ⅰ和峰Ⅱ)，ROS介导了低盐胁迫下HY1的诱导表达和其产生的盐适应现象；虽然hy1-100突变体的HY1无法正常表达，但依然检测到了ROS峰Ⅰ存在，这说明ROS峰Ⅰ的产生不依赖于HY1。我们还研究了受haemin诱导的HY1表达与RbohD产生的ROS峰Ⅱ对盐适应产生的影响。在atrbohD突变体中，haemin预处理能诱导HY1的表达，但无法诱导ROS和盐适应的产生；在hy1-100突变体中，haemin预处理既不能诱导HY1基因表达，RbohD产生的ROS峰Ⅱ也无法形成。上述结果说明，HY1在盐适应信号中起着重要作用，其功能的发挥需要RbohD产生的ROS峰Ⅱ参与。　　 由于渗透胁迫和盐胁迫存在诸多共性，因此进一步比较了拟南芥野生型Col-0、hy1-100突变体和HY1过表达突变体35s：HY1-3/1-4对渗透胁迫和盐胁迫的应答差异。结果表明，与野生型相比，hy1-100突变体的萌发受抑对mannitol和NaCl更敏感，而35s：HY1-3/1-4对mannitol和NaCl不敏感。HO-1活性诱导剂haemin和专一性抑制剂ZnPP能不同程度地缓解或更加抑制拟南芥野生型在渗透和盐胁迫下的鲜重累积和主根生长受抑；haemin不影响hy1-100突变体在胁迫下的表型，而ZnPP在一定程度上加剧了胁迫下hy1-100突变体的受抑程度。通过外源添加HO各催化产物发现，CO和胆红素(bilirubin，BR)是HY1调节拟南芥在胁迫下主根和侧根生长发育中的有效产物。与野生型相比，虽然hy1-100的生长受抑对渗透胁迫和盐胁迫均表现为超敏感，但hy1-100突变体在渗透胁迫均能存活，而盐胁迫下存活率较野生型则显著下降，这暗示着HY1在盐胁迫和渗透胁迫信号转导中功能可能存在差异。接着检测了渗透胁迫和盐胁迫下野生型和hy1-100突变体胁迫应答基因和脱落酸(abscisic acid，ABA)合成基因的表达，发现在渗透胁迫下，上述两类基因在hy1-100突变体中的诱导程度显著高于野生型的；而在盐胁迫下的结果则恰相反。同时，ABA能诱导HY1基因表达，hy1-100突变体的萌发受抑对外源ABA超敏感，35s：HY1-3/1-4过表达突变体则对ABA不敏感。自然干旱实验的结果表明，hy1-100突变体较野生型更耐旱，而35s：HY1-3过表达突变体不耐旱。进一步实验证明这可能是由于各材料气孔的开关对ABA响应的敏感性不同引起的，HY1可能通过调节气孔开放和关闭来改变耐旱性。　　 一氧化氮(nitric oxide，NO)是植物逆境信号转导的重要信号分子，还不清楚HY1与NO信号在耐盐信号转导中的关系。进一步的实验从遗传学角度继续研究了盐胁迫下NO产生的来源，并初步探讨了HY1与硝酸还原酶(nitrate reductase，NR)途径产生的NO之间的关系。NR抑制剂钨酸钠(tungstate)和动物NOS抑制剂NG-硝基-L-精氨酸甲酯(NG-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride，L-NAME)均能抑制NaCl诱导的NO产生，同时NaCl引起的拟南芥主根生长减缓和鲜重累积下降更受抑制；NaCl诱导了拟南芥根部两个NR的编码基因NIA1和NIA2及一氧化氮相关蛋白1(nitric oxide associated1，NOA1)转录水平的提高，这些结果说明NR和L-Arg途径对盐胁迫诱导的NO产生均有贡献。遗传学的证据还表明，NaCl无法诱导NR突变体nial-1/2-5、NOA1突变体noal和nial-1/2-5/noal突变体根部NO含量的提高，而外源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside，SNP)能同时增加各突变体的NO含量，说明NaCl诱导拟南芥根部NO的产生与NIA1、NIA2和NOA1均有关。同时，与野生型相比，nial-1/2-5、noal和nial-1/2-5/noal突变体的生长抑制均对NaCl表现为超敏感。进一步还比较了盐胁迫下拟南芥野生型、hy1-100、ho2、ho3和ho4突变体根部NO产生的差异。结果显示，hy1-100突变体在盐胁迫下产生更多的NO；NO供体二乙胺/一氧化氮复合物(diethylamine/nitric oxide adduct，NONOate)无法缓解hy1-100突变体萌发对NaCl超敏的现象，而NO清除剂2-苯-4，4，5，5-四甲基咪唑-1-氧-3-氧化物(2-phenyl-4，4，5，5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide potassium salt，PTIO)逆转了35s：HY1-3更抗盐的表型；HO-1诱导剂haemin能缓解NaCl胁迫下拟南芥野生型的萌发和子叶张开绿化受抑，但haemin对noal突变体的缓解效应则明显趋弱，haemin无法缓解nial-1/2-5和nial-1/2-5/noal突变体生长抑制对NaCl的超敏现象。这些结果暗示，盐胁迫信号转导途径中HY1可能与NR产生的NO存在互作，它们都是耐盐信号转导途径所必需的组分。　　 先前的研究表明，大豆血红素加氧酶响应紫外(ultraviolet，Uv)辐射，HO的诱导能缓解UV-B胁迫引起的氧化伤害，且这一过程可能与ROS有关。由于缺乏遗传学证据，还不清楚HO调节紫外胁迫的具体机理。本论文从遗传学角度探讨了拟南芥HO各基因对UV-C的应答变化，并比较了UV-C辐射下野生型和hy1-100突变体类黄酮合成代谢途径和抗氧化防御系统的差异。结果发现，UV-C辐射胁迫下，拟南芥根部HY1、HO2、HO3和HO4均受诱导，其中以HY1的诱导最为剧烈。同时，与野生型相比，hy1-100突变体的生长抑制对UV-C辐射胁迫表现为超敏感。进一步实验结果表明这与其类黄酮代谢水平降低有关：与野生型相比，hy1-100突变体紫外吸收物质含量显著降低，类黄酮代谢途径4个重要代谢酶查尔酮合酶(chalcone synthase，CHS)、查尔酮异构酶(chalcone isomerase，CHI)、黄烷酮3-羟化酶(flavonoid3-hydroxylase，F3H)和黄酮醇合成酶(flavonol synthase，FLS)的表达也有所降低。此外，UV-C辐射显著诱导了上述4个关键基因的表达；hy1-100突变体的CHI和FLS受诱导程度则部分受抑制，而CHS的表达则明显受抑制。hy1-100突变体上述基因诱导受抑是由其UV信号转导受阻引起的：UV-C辐射显著诱导了野生型根部类调控黄酮代谢的相关转录因子的表达；与之相对的是，HY1突变后，UV-C辐射对相关转录因子的诱导表达明显受到抑制。此外，抗氧化酶基因定量PCR的结果显示，hy1-100突变体对UV-C辐射超敏感还与其抗氧化防护系统无法有效诱导有关。