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南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈文飆教授團(tuán)隊(duì)在氫氣植物學(xué)效應(yīng)方面占據(jù)超過(guò)半壁江山，更為可貴的是，他們不僅致力于氫氣對(duì)植物各種表型如抗逆，側(cè)根生長(zhǎng)等的作用，而且將這種研究寫(xiě)在大地上。大田效應(yīng)研究類似醫(yī)學(xué)人體臨床效應(yīng)，從證據(jù)層次上，是更加確定的效應(yīng)。尤其是對(duì)農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，對(duì)主糧主要蔬菜，是涉及民生，涉及社會(huì)國(guó)家安全的重大問(wèn)題。那么氫氣對(duì)大米這種國(guó)人主糧產(chǎn)量和品質(zhì)是否具有作用，能否減少農(nóng)藥化肥使用量，能否提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效應(yīng)。這些問(wèn)題都值得研究和探索的。最近該團(tuán)隊(duì)對(duì)大田大米的生產(chǎn)進(jìn)行了全面研究，通過(guò)各種指標(biāo)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，氫水種植大米，不僅能顯著增加產(chǎn)量，還能改善大米的品質(zhì)。我有幸品嘗到他們贈(zèng)送的大米樣品，口感也是一流的。據(jù)說(shuō)專業(yè)人士也有這樣的評(píng)價(jià)。另外氫氣大米鎘含量下降，也是值得關(guān)注的問(wèn)題，因?yàn)榇竺祖k容易超標(biāo)，許多土地受到工業(yè)和城市化影響，鎘含量比較高，這是嚴(yán)重威脅大米為主糧人群健康的問(wèn)題?？雌饋?lái)，用氫水澆灌種植大米，可能會(huì)成為將來(lái)農(nóng)業(yè)新技術(shù)的重要方向。

 

如何利用環(huán)境友好技術(shù)提高稻田面積和糧食品質(zhì)是科學(xué)界面臨的挑戰(zhàn)。結(jié)果表明，與溝灌相比，以氫納米氣泡水形式施用氫分子能顯著提高糙米/粗米和白米的長(zhǎng)度、寬度、厚度和千粒重。上述結(jié)果與高產(chǎn)相關(guān)的代表性基因的轉(zhuǎn)錄譜匹配良好，包括細(xì)胞增殖的異源三聚體G蛋白β亞基基因(RGB1)、粒寬的粒大小5 (GS5)、粒長(zhǎng)和粒寬的小粒1 (SMG1)、粒寬和粒重為粒重8 (GW8)，粒長(zhǎng)為粒大小負(fù)相關(guān)基因GS3 (GS3)的下調(diào)。同時(shí)，雖然氫水沒(méi)有改變白米的總淀粉含量，但直鏈淀粉含量下降了31.6%，這與直鏈淀粉代謝基因轉(zhuǎn)錄本的變化是平行的。特別是白米鎘積累量顯著降低，達(dá)到對(duì)照組的52%。這一現(xiàn)象與鎘進(jìn)入植株的轉(zhuǎn)運(yùn)基因的差異表達(dá)有關(guān)，包括下調(diào)的自然抗性相關(guān)巨噬細(xì)胞蛋白(Nramp5)、重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶(HMA2和HMA3)和鐵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(IRT1)，以及鎘在籽粒中積累的減少。包括下調(diào)的鎘。本研究表明，應(yīng)用氫分子可作為提高水稻產(chǎn)量和稻米品質(zhì)的有效途徑。

 

關(guān)鍵結(jié)果1 部分試驗(yàn)過(guò)程圖

 

 

 

 

結(jié)果2 氫水大米顆粒大

 

 

 

結(jié)果3 氫水大米收成好

 

 

大米通常是由糙米加工成精米，這是最常消費(fèi)的大米形式，超過(guò)30億人將大米作為他們的主要食物，特別是在亞洲、南美和非洲國(guó)家。大米富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素、生物活性化合物和有機(jī)酸，對(duì)人體健康有益。然而，與其他主要谷類作物相比，水稻通常對(duì)鎘(Cd)的吸收更多，這是一種由土壤污染和酸化引起的毒性很強(qiáng)的重金屬。這可能導(dǎo)致稻米中鎘的累積量超過(guò)最大允許值。直鏈淀粉含量是決定稻米食味品質(zhì)的關(guān)鍵因素。因此，避免白米中鎘的過(guò)量積累，提高大田品質(zhì)和籽粒品質(zhì)，特別是選育或生產(chǎn)低直鏈淀粉含量的水稻，不僅是水稻生產(chǎn)過(guò)程中需要考慮的重要問(wèn)題，也是科學(xué)界面臨的挑戰(zhàn)。

 

水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的改良通常采用分子遺傳選擇與雜交相結(jié)合的方法，這主要依賴于各種水稻種質(zhì)資源。改良種質(zhì)通常與化肥和農(nóng)藥的施用相結(jié)合。在過(guò)去的25年里，重組基因方法的使用已經(jīng)被學(xué)術(shù)上證實(shí)是更高效和可靠的，但該技術(shù)需要相對(duì)困難的批準(zhǔn)協(xié)議，并面臨著消費(fèi)者的不情愿。在田間使用過(guò)量的農(nóng)藥和化肥是另一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檫@些很容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

 

氫分子廣泛應(yīng)用于清潔能源領(lǐng)域。雖然氫氣()通常被認(rèn)為是一種生物惰性氣體，但以往的研究發(fā)現(xiàn)，這種氣體可以作為藥物的治療性抗氧化劑。在動(dòng)物模型和基礎(chǔ)臨床研究中，科學(xué)家逐漸認(rèn)識(shí)到分子氫具有抗炎、抗氧化、抗凋亡的作用。近十年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了在植物中的生理功能，包括增強(qiáng)植物對(duì)非生物脅迫的耐受性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。在上述情況下，可能與包括一氧化氮和硫化氫在內(nèi)的其他下游氣體傳遞素結(jié)合，并調(diào)節(jié)一些植物激素。在采后貯藏期方面，前期研究結(jié)果也表明，在富氫水、熏蒸、或氫氧化鎂(一種釋放材料)單獨(dú)應(yīng)用。由于在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和收獲后具有多種功能，因此可以推斷，氫分子在生殖生長(zhǎng)和種子發(fā)育階段可能具有顯著的影響，而生殖生長(zhǎng)和種子發(fā)育階段對(duì)作物特別是水稻的生產(chǎn)非常重要。

 

富氫水(HRW)或鹽水是一種典型的氫分子形式，由于其在實(shí)驗(yàn)室中的可行性和安全性，被廣泛應(yīng)用于植物和醫(yī)藥領(lǐng)域。的低溶解度和短停留時(shí)間限制了其在實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用，特別是在稻田中，但以往的研究結(jié)果表明，納米氣泡技術(shù)可以應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖和環(huán)境，因?yàn)檫@種方法可以提高水中目標(biāo)氣體的含量，延長(zhǎng)氣體在液體中的滯留時(shí)間，提高目標(biāo)氣體的利用效率。最近的一項(xiàng)研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，氫納米氣泡水(HNW)可以減輕銅在大型水蚤中的毒性，因?yàn)樗梢栽黾釉谒械娜芙舛群屯Ａ魰r(shí)間，從而有效地提高抗氧化能力。鑒于上述原因，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件下采用了氫納米氣泡水。

 

以溝渠水處理為對(duì)照，研究氫納米氣泡水對(duì)水稻大田品質(zhì)和籽粒品質(zhì)的影響及其機(jī)理。相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)一步支持了高值水稻在大田性狀、品質(zhì)性狀和品質(zhì)等方面均有顯著改善的觀點(diǎn)。重要的是，白米直鏈淀粉含量和鎘積累顯著降低。從分子標(biāo)記基因的轉(zhuǎn)錄譜初步評(píng)價(jià)了相關(guān)的分子機(jī)制。