植物的不定根通常在刺激下形成,具有扩大吸收面积、增强固着和支持植物的功能,其发生过程受到多种内源及外源因子的影响,例如生长素、损伤、光照和重力等。甲烷（methane,CH4）通常被认为是一种重要的生物能源和温室气体,然而近些年来,CH4参与动植物体内的多种生物学功能被发现,并得到广泛的关注。有研究利用富甲烷水（methane rich water,MRW）模拟氢气在植物体内的生物学效应,发现其可以有效促进黄瓜不定根的发生,但对其中的分子机理了解甚少。此外,尽管已经发现植物体在一些非生物胁迫下可以增加CH4的产量,但是植物体内CH4产生的具体途径仍不清楚。针对上述问题,本文利用药理学、解剖学、分子学和遗传学等试验研究CH4与生长素、过氧化氢（hydrogenperoxide,H2O2）和硫化氢（hydrogen sulfide,H2S）等对不定根发生有促进作用的信号分子之间的作用关系,并利用蛋白组学技术更详细揭示不定根发生的分子机理,具体研究结果如下:本研究首先发现,生长素和H2O2显著促进黄瓜外植体CH4的累积,同时生长素也可以促进H2O2的累积。H2O2的清除剂二甲基硫脲（dimethylthiourea,DMTU）可以部分抑制生长素对CH4累积和不定根发生的诱导作用,但不能明显改变外源CH4诱导的内源CH4产生和不定根发生。分子实验表明,生长素和H2O2单独处理黄瓜幼苗可以上调不定根发生的靶基因:CsDNAJ-1、CsCDPK1/5、CsCDC6、CsA ux22D-like和CsA ux22B-like的表达,与DMTU共处理后,上述诱导效应被部分或完全抑制,而DMTU不能明显抑制CH4过靶基因的上调。拟南芥（Arabidopsis thaliana）野生型和NADPH氧化酶（rbohD和rbohF）缺失突变体的不定根表型提供了进一步的遗传学证据:对比野生型,突变体不定根数量有所减少;生长素可以显著诱导野生型中不定根的数量,然而在突变体尤其是rbohF中,其诱导效应几乎消失;CH4和H2O2单独处理的野生型和突变体中,不定根数量均有明显增加。此外,生长素可以分别显著上调和下调拟南芥野生型miR160和miR167的表达,而在突变体中,该调节作用均被削弱;CH4和H2O2可以分别显著上调和下调miR160和miR167的表达,其调节作用在拟南芥野生型和突变体中没有太大差异。综上得出,H2O2作为生长素的下游信号分子参与生长素对CH4累积和不定根发生的调控。随后的研究发现,CH4和硫氢化钠（sodiumbisulfide,NaHS;H2S供体）诱导半脱氨酸脱巯基酶（cysteine desulfhydrase,DES;H2S合成关键酶）酶活性和内源H2S含量的增加,并最终促进黄瓜不定根的发生。H2S清除剂亚牛磺酸（hypotaurine,HT）可以明显抑制上述对H2S含量和不定根发生的诱导效应,同时也可以抑制CH4和NaHS对不定根原基的诱导。分子实验进一步表明,CH4对黄瓜不定根发生靶基因的表达诱导也被HT所抑制。此外,蛋白硫巯基化修饰可能参与CH4和H2S对不定根发生的调控。由此得出,H2S参与CH4诱导的黄瓜不定根的发生,同时,CH4可能通过调控H2S靶蛋白的硫巯基化修饰,从而影响不定根的形成。进一步采用label free蛋白组学技术更深入研究黄瓜不定根发生的分子机理。通过对CH4、吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）、NaHS 和去离子水（Con）处理24小时的黄瓜幼苗总蛋白表达模式进行分析,一共鉴定出1660种蛋白,其中,CH4、IAA和NaHS处理组分别与对照组相比,有934种蛋白的表达具有明显差异（表达丰度比大于1.5或小于0.67,且P<0.05）。从中挑选出40种蛋白进行生物信息学分析,按照功能将其分为5个类别:硫化合物代谢、氨基酸和蛋白质代谢、碳水化合物和能量代谢、次级代谢和金属离子稳态,并分析和比较了其中一些蛋白和代谢过程。蛋白组的表达模式与检测到的非蛋白巯基含量和锌铁含量的增加相吻合,说明CH4、IAA和H2S可能通过对硫化合物代谢和营养元素含量的调节影响不定根的发生。此外,本文还发现并用药理学的方法初步验证了谷胱甘肽对黄瓜不定根发生的诱导作用。综上所述,本研究利用多种试验方法揭示了 CH4诱导黄瓜不定根发生的分子机理,详细阐述在不定根发生的过程中,CH4与IAA、H202和H2S信号分子之间的作用关系。同时利用蛋白组学技术对CH4、IAA和NaHS处理黄瓜幼苗的部分靶蛋白和代谢过程进行研究,进一步完善对黄瓜不定根发生机理的理解。