二氧化硫(sulfur dioxide, S02)作为常见的大气污染物之一,低浓度时能影响植物气孔运动,导致气孔开度减小,影响植物的正常生理活动；高浓度时可引起植物叶片失绿或坏死,抑制细胞分裂,诱导微核形成,导致部分细胞死亡。当植物所处的环境中SO2浓度过高时,植物细胞会在亚硫酸盐还原酶的作用下将SO2代谢中间产物SO32-还原为硫化氢(hydrogen sulfide, H2S),进而释放到植物体外。植物体能够通过释放H2S达到调节自身硫营养的平衡。H2S是近年来继NO、CO之后被确认的第三种内源性气体信号分子,在生物体多种应答反应信号转导途径中起重要作用。那么,在SO2胁迫信号转导过程中是否有H2S的参与?至今未见报道。植物叶表面的气孔保卫细胞是研究信号转导的模式实验系统,能对植株所处的外界环境条件的改变及内部发育信号的刺激做出灵敏而准确的反应。本文选用蚕豆叶下表皮气孔保卫细胞,研究H2S在SO2胁迫信号转导过程中的作用。研究发现,在SO2胁迫信号转导过程中有H2S的参与,且H2S主要通过影响胞内Ca2+水平来发挥其作用。主要实验结果如下：在50~200μmol·L-1浓度范围内SO2衍生物处理表皮条2h可诱导蚕豆气孔开度明显减小；H2S清除剂亚牛磺酸(hydrogen sulphide, HT)200μmol·L-1预处理可显著缓解由200μmol·L-1的SO2衍生物引起的气孔关闭。HT与SO2衍生物共同作用可显著抑制由SO2引起的保卫细胞内Ca2+水平的升高,但对由SO2引起的保卫细胞内ROS和NO升高无明显影响。H2S体外供体NaSH10~100μmol·L-1处理表皮条2h可诱导蚕豆气孔开度明显减小；100μmol.L-1的NaSH处理可引起保卫细胞内Ca2+水平的升高：HT可完全缓解由100μmol.L-1的H2S引起的气孔关闭。HT能缓解由10μm01.L-1的H2O2和100μmol.L-1的SNP诱导的气孔关闭,对100μmol.L-1的Ca2+引起的气孔关闭也有轻微的缓解作用；EGTA和LaCl3可显著缓解由100μmol.L-1的NaSH诱导的气孔关闭。蚕豆表皮条暴露于2~6mmol·L-1的SO2衍生物中3h可使气孔保卫细胞活性降低,部分细胞死亡；2mmol·L-1的HT对SO2诱导的气孔保卫细胞死亡有显著缓解作用。HT与2mmol·L-1的SO2衍生物共同作用时可显著抑制由SO2诱导的保卫细胞内Ca2+水平的升高,但对由SO2引起的保卫细胞内ROS和NO的水平升高无明显影响。1-5mm01·L-1的H2S体外供体NaSH暴露也可引起蚕豆气孔保卫细胞死亡；1mmol·L-1的NaSH处理可引起保卫细胞内Ca2+水平的升高；HT对500μmol·L-1及1mmol·L-1的NaSH引起的气孔保卫细胞死亡有极显著的缓解作用。HT能缓解由1~10mmol·L-1的H2O2和3mmol·L-1的SNP诱导的保卫细胞死亡,对300mmol·L-1的Ca2+引起的保卫细胞死亡也有轻微的缓解作用；EGTA和LaCl3可缓解1mmol·L-1的NaSH诱导的保卫细胞死亡。一定浓度(1-3mmol·L-1)的SO2衍生物处理表皮条3-9h后,蚕豆保卫细胞核形态出现异常,用2mmol·L-1的HT预处理后核异常率有所降低,外源的H2S也可引起蚕豆保卫细胞核形态异常。研究结果表明：低浓度SO2暴露可引起蚕豆气孔关闭,当SO2浓度过高就会对保卫细胞活性造成影响,影响细胞正常生理功能的行使,造成细胞死亡与核形态异常。在SO2诱导蚕豆气孔关闭过程中有H2S的参与。SO2胁迫后引起胞内ROS、NO水平升高,介导H2S的含量上升,导致胞外Ca2+内流或胞内钙库释放Ca2+,致使胞内Ca2+浓度升高,继而介导下游信号,引起气孔关闭。在SO2诱导蚕豆保卫细胞死亡及核形态异常过程中也有H2S的参与。高浓度S02胁迫后引起胞内ROS生成过量,NO合成大量增加,进而诱导H2S的含量明显上升,导致胞外Ca2+内流或胞内钙库释放Ca2+,致使胞内Ca2+浓度大幅度升高,继而介导下游一系列信号,使凋亡基因caspase转录水平升高,类caspase蛋白酶的特异性表达增强,引起保卫细胞核形态异常与细胞死亡SO2处理组蚕豆气孔保卫细胞中可见典型的核凋亡特征,且caspase蛋白酶抑制剂可显著降低SO2引发的细胞死亡率,说明SO2暴露诱导的细胞死亡途径中有部分细胞发生了程序性的死亡,在叶片保卫细胞中可能存在类caspase蛋白酶活性,参与了细胞的凋亡过程